軟土地區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道管片的設(shè)計(jì)

1、軟土地區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道襯砌的設(shè)計(jì)姓 名： 班 級：學(xué) 號：指導(dǎo)老師： 土木工程學(xué)院巖土施工教研室 2013年6月目 錄一、荷載計(jì)算-31.1、結(jié)構(gòu)尺寸級地層示意圖-31.2、隧道外圍荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算-3二、內(nèi)力計(jì)算-6三、標(biāo)準(zhǔn)管片的荷載計(jì)算-93.1、截面及內(nèi)力確定-93.2、環(huán)向鋼筋計(jì)算-93.3、環(huán)向彎矩平面承載力驗(yàn)算-12四、抗浮驗(yàn)算-12五、縱向接縫驗(yàn)算-135.1、接縫強(qiáng)度計(jì)算-135.2、接縫張開裂度驗(yàn)算-15六、裂縫張開驗(yàn)算-17七、環(huán)向接縫驗(yàn)算-18八、管片局部抗壓驗(yàn)算-20九、構(gòu)造說明-21十、參考文獻(xiàn)-21一、 荷載計(jì)算1.1、結(jié)構(gòu)尺寸及地層示意圖由任務(wù)書知：灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土

2、上層厚度進(jìn)行調(diào)整：1.2、隧道外圍荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算1.1.1自重計(jì)算1.1.2均布豎向地層荷載h=1.5+1.0+3.5+8.195=14.195m>D=6.2m 即屬深埋隧道豎向地層荷載： 地面超載：近似均布拱背土壓力：即：所以：1.1.3水平地層均布荷載其中：所以: 1.1.4按三角形分布的水平地層壓力由： 1.1.5拱底反力 1.1.6側(cè)向土層抗力 且由混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范知：襯砌圓環(huán)抗彎剛度:襯砌圓環(huán)抗彎剛度折減系數(shù): 即?。?.1.7荷載示意圖圓環(huán)外圍荷載示意圖二、內(nèi)力計(jì)算（用荷載-結(jié)構(gòu)法按均質(zhì)圓環(huán)計(jì)算襯砌內(nèi)力）取一米長度圓環(huán)進(jìn)行計(jì)算，其中荷載采用設(shè)計(jì)值，即考慮荷載組合系數(shù)。計(jì)算結(jié)

3、果如下表（已考慮荷載組合系數(shù)）： 隧道圓環(huán)內(nèi)力計(jì)算表截面/度弧度內(nèi)力 荷 重自重軸線半徑均布豎向地層荷載水壓水平均布荷載底部反力水平壓力Pk引起的圓環(huán)內(nèi)力每米內(nèi)力g(kN/)RH(m)q(kN/)q(kN/)P1(kN/)PR(kN/)P2(kN/)Pk(kN/)10.52.925187.527114.82187.52739.4510.0307400M(Kn.m)44.917031252.925479.7187961-62.56300781-245.5892156-78.61612378-35.440436-0.03129699102.3957472100878847

4、642.925452.9725201-40.92683795-230.7932342-76.03502816-33.8321079-0.029885588114.234274200.34888888936.908722132.925375.7237911-21.84643079-188.188113-68.3700873-29.06259635-0.025694225105.1395915300.52333333327.433040822.925256.5896797-5.900948659-122.9075025-55.85396107-21.32857955-0.01885012578.0

5、1287867400.69777777815.139766362.925108.79689736.425602894-42.81730739-38.86656112-11.04518785-0.00956103137.62364919500.8722222220.9454038192.925-51.377694814.7590665342.43210515-17.923519121.0660843410.001891355-10.09666273601.046666667-14.04931162.925-206.521866318.84649018122.56871476.3394645821

6、3.926304630.014626447-58.87557734701.221111111-28.61315962.925-340.128780318.56380513187.936561533.1859169126.12794720.02684971-102.9008594801.395555556-41.44536372.925-438.519578513.91959192230.659229361.8009467436.067238910.036123288-137.481812901.57-51.24113952.925-492.41814365.054819959245.58890

7、4291.3159799842.174008440.039791803-159.48577881001.744444444-56.75908262.925-497.8090844-7.76143149230.9266536120.653688343.201518570.077767458-110.71088791101.918888889-56.88750522.925-454.3405987-244391872146.576834138.514392360.022031228-161.81579991202.093333333-50.70684032.925-363

8、.3321191-43.58415248123.2459785162.043592728.30305066-0.00066821-144.03115831302.267777778-37.5453482.925-227.5460963-65.5032672843.20240103156.986815213.66188621-0.030787483-116.77439671402.442222222-17.02558982.925-51.10414835-89.23215744-42.04679528119.7760642-3.505340637-0.064994292-83.202961571

9、502.61666666710.900532012.925160.638046-114.0505616-122.22961638.99053092-20.751486080.14217556-46.360379221602.79111111145.929947992.925401.2533123-139.2051476-187.6845333-94.72206797-35.481565640.149043041-9.7610111551702.96555555687.401090842.925663.4380695-163.9323788-230.5246394-286.9392535-45.

10、40326565019288231803.14134.30178292.925939.234021-187.4816905-245.5879697-538.1333835-48.9412608105461958300-15.356252.925-58.1427463548.87121875335.848558.1427463536.118376780.031793767405.5136393100.174444444N(kN)-14.193314972.925-40.7371202548731589657.26032

11、0535.563668210.031311237411.787975200.348888889-10.768034562.9259.46203092947.47919902296.599882854.639827933.843955030.029878292431.2867394300.523333333-5.2681978492.92586.6422348746.93405433251.963567950.3608103830.836608730.027538429461.4966168400.6977777782.0023860052.925181.889470746.5126337719

12、7.201041444.5531522826.468881430.02436267498.6519283500.87222222210.637263992.925284.25054546.22772903138.910844837.3931379220.865763490.020279891538.3055641601.04666666720.145315262.925382.036992646.0879880584.1165818329.0981007614.473042020.014551846575.9725724701.22111111129.972610092.925464.2138

13、73246.097652539.420618219.919826468.1028284650.007997478607.7354063801.39555555639.527277342.925521.706716546.2564290210.2085376410.136910272.8683550420.002396181630.7066219901.5748.206381122.925548.469826546.559498140.0002129740.0463006220.0058257355.69859E-08643.28804511001.74444444455.423720342.9

14、25550.313057146.9976605910.02568341.3520153870.6150960910.003011982664.73024491101.91888888960.637419012.925535.452036447.5576164639.07694252-12.214045.3784016870.012984798675.90136091202.09333333363.376172532.925504.338026348.2223689983.65349547-36.0533436714.329224530.030298419677.89624251302.2677

15、7777863.263055752.925457.915454448.97174044138.3841467-62.8797704426.7373940.053862383672.44588321402.44222222260.035881832.925397.593420949.78298455196.6741955-83.8216491341.1523733-0.024330105661.39287681502.61666666753.56322322.925325.202927150.631477251.5000558-89.6619161755.61000595-0.027513087

16、646.81825981602.79111111143.855363532.925242.941297651.49146284296.2555548-72.1518929467.96792144-0.029860944630.32984631702.96555555631.069637072.925153.305483252.33683827325.547935-25.2342180576.30160479-0.031302409613.29597791803.1415.509821592.92559.0162689753847648153.9793729179.27

17、555133-0.031793727596.7388121由以上表格知：，在度時(shí)軸力最大，彎矩最大。三、標(biāo)準(zhǔn)管片的配筋計(jì)算3.1 截面及內(nèi)力確定由上述內(nèi)力計(jì)算，取，進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，襯砌管片同時(shí)受到較大的正彎矩與負(fù)彎矩，采用對稱配筋。簡化模型為b=1000mm，h=350mm，保護(hù)層厚度取50mm。根據(jù)修正慣用法中的-法，由于縱縫接頭的存在而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體剛度降低，取圓環(huán)整體剛度為：最大負(fù)彎矩時(shí)：最大正彎矩時(shí)：3.2 環(huán)向鋼筋計(jì)算按最大負(fù)彎矩配筋（假設(shè)為大偏心構(gòu)件）?。海捎脤ΨQ配筋： 其中：，鋼筋選用HRB335鋼，則：由：知：得： 近似?。核裕捍_定為大偏心受拉構(gòu)件對取矩： 所以：（配筋率滿足要

18、求）選配的HRB335的鋼筋（）按最大正彎矩配筋（ 假設(shè)為大偏心構(gòu)件）取：，采用對稱配筋： 其中：，鋼筋選用HRB335鋼，則：由：知：得： 近似?。核裕捍_定為大偏心受拉構(gòu)件對取矩： 所以：（配筋率滿足要求）選配的HRB的鋼筋（）所以：從安全角度考慮按最大負(fù)彎矩配筋。3.3環(huán)向彎矩平面承載力驗(yàn)算（按偏心受壓驗(yàn)算）所以：確定為大偏心構(gòu)件對取矩。 （縱向鋼筋配筋率滿足要求）所以選配的HRB的鋼筋（）（構(gòu)件截面面積）所以：滿足要求 四、抗浮驗(yàn)算盾構(gòu)隧道位于含地下水的土層中時(shí)受到地下水的浮力作用，故需驗(yàn)算隧道的抗浮穩(wěn)定性，用抗浮系數(shù)：式中：隧道自重G拱背土壓力P垂直荷載F水浮力且：水壓力：則： 抗浮

19、穩(wěn)定性滿足要求五. 縱向接縫驗(yàn)算5.1接縫強(qiáng)度計(jì)算近似地把螺栓看作受拉鋼筋，假設(shè)選用2根螺栓。按偏心受壓鋼筋混凝土截面盡行計(jì)算:.負(fù)彎矩接頭（截面） 取5.8級的M30細(xì)螺紋，則螺栓預(yù)應(yīng)力引起的軸向力由：得：所以：確定為大偏心受壓構(gòu)件則： 所以：負(fù)彎矩接縫強(qiáng)度滿足要求正彎矩接頭（截面） 取5.8級的M30細(xì)螺紋，則螺栓預(yù)應(yīng)力引起的軸向力由：得：所以：確定為大偏心受壓構(gòu)件則： 所以：正彎矩接縫強(qiáng)度滿足要求5.2接縫張開裂度驗(yàn)算（選取不利接縫截面）管片拼裝之際由于受到螺栓（5.8級），在接縫上產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力：其中：螺栓預(yù)應(yīng)力引起的軸向力，取M30細(xì)螺紋( )螺栓與重心軸偏心距（取25mm）襯砌截面面積

20、和截面距即：當(dāng)接縫受到外荷載，由外荷載引起的應(yīng)力：其中：外荷載，由外荷載引起的內(nèi)力襯砌截面面積和截面距即：由此可得接縫變形量：其中：E防水涂料抗拉彈性模量（取4MPa）l涂料厚度（取4mm）n螺栓個(gè)數(shù)所以滿足要求即：所以1只螺栓不滿足要求又所以2個(gè)螺栓滿足要求根據(jù)以上接縫強(qiáng)度計(jì)算每延米寬度需要2只螺栓才能滿足要求。考慮安全問題，所以取2只螺栓。六、裂縫張開驗(yàn)算(偏心受壓構(gòu)件)取最大彎矩處進(jìn)行裂縫驗(yàn)算（即截面），此處滿足要求，則其他位置亦可滿足。    即： 由以上計(jì)算知配筋為的HRB335的鋼筋（），查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002知：， 由所以：管片

21、裂縫張開寬度滿足要求。七、環(huán)向接縫驗(yàn)算管片彎矩取最大值，即為時(shí)彎矩最大混凝土面積：按環(huán)形斷面計(jì)算： 混凝土：所以管片伸長量：計(jì)算縱向螺栓（M30，45鋼），螺栓長度為160mm。 且：即：所以：又：即：所以：所以縱向螺栓伸長量：故環(huán)峰的綜合伸長量： 所以：環(huán)縫的伸長量滿足要求八、管片局部抗壓驗(yàn)算由于管片連接時(shí)在螺栓上施加預(yù)應(yīng)力，故需驗(yàn)算螺栓與混凝土連接部位的局部抗壓強(qiáng)度。圓形襯砌外徑為6200mm，內(nèi)徑5500mm，盾構(gòu)外徑6340mm，盾構(gòu)千斤頂中心線直徑5815mm，盾構(gòu)千斤頂共24臺，每臺最大頂力為1500Kn，頂塊受力面積尺寸為。由規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范-GB50010-2002知:且： 局部受壓面上作用的局部荷載或局部壓力設(shè)計(jì)值,取1500kN；混凝