地下工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書之隧道設(shè)計(jì)

1、僅供個(gè)人參考僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途地下工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書之隧道設(shè)計(jì)第一章 設(shè)計(jì)概況地鐵是地下鐵道的簡(jiǎn)稱。它是一種獨(dú)立的軌道交通系統(tǒng)，不受地面道路情況的影響，能夠按照設(shè)計(jì)的能力正常運(yùn)行，從而快速、安全、舒適地運(yùn)送乘客。地鐵效率高，無污染，能夠?qū)崿F(xiàn)大運(yùn)量的要求，具有良好的社會(huì)效益。而地鐵車站是地下鐵道的重要組成部分，它要解決客流的集散、換乘，同時(shí)也要解決整條線路行駛中的就技術(shù)設(shè)備、信息控制、運(yùn)行管理， 以保證交通的順暢、快捷、準(zhǔn)時(shí)、安全。車站設(shè)計(jì)本著“以人為本”的觀念，堅(jiān)持適用性、安全性、識(shí)別性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性的原則。本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)城市地鐵區(qū)間隧

2、道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容為：對(duì)區(qū)間隧道進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算，求出內(nèi)力，并進(jìn)行配筋計(jì)算。1.1 工程地質(zhì)概況For personal use only in study and research; not for commercial use線路垂直于永定河沖、洪積扇的軸部，第四紀(jì)地層沉積韻律明顯，地層由上到下依次為：雜填土、粉土、細(xì)砂、圓礫土、粉質(zhì)粘土、卵石土。其主要物理力學(xué)指標(biāo)如表1，本地區(qū)地震烈度為7度。表1 各層土的物理力學(xué)指標(biāo)For personal use only in study and research; not for commercial use土的類型厚度（m）重度（kN/m3）彈

3、性抗力系數(shù)(Mpa/m）變形模量E（GPa）泊松比內(nèi)摩擦角（）粘聚力C(Mpa)雜填土3.516500.80.4200.005粉土3.218900.90.35210.01細(xì)砂5.2191001.20.32220.01圓礫土6.519.51201.50.32250.01粉質(zhì)粘土6.220.01501.80.32230.02卵石土8.520.02002.00.30270.03基巖223002.50.35350.041. 2其他條件地下水位在地面以下11m處；隧道頂板埋深5.5m。1.3設(shè)計(jì)依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GBJ 50009-2001）鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10003-2001）鐵路隧道噴錨構(gòu)

4、筑法技術(shù)規(guī)范（TB10108-2002）錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB 50086-2001）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50010-2002）地下工程防水設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50108-2001）建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-99）地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50157-2003） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1根據(jù)給定的隧道埋深判斷結(jié)構(gòu)深、淺埋可以采用鐵路隧道推薦的方法，即有 上式中s為圍巖的級(jí)別；B為洞室的跨度；i為B每增加1m時(shí)的圍巖壓力增減率。 由于隧道拱頂埋深5.5m，位于粉土層、細(xì)砂層和圓礫土層中，根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范可知，圍巖為級(jí)圍巖。所以，。則有：因?yàn)槁裆?，可知該隧道為極淺埋。2.2 結(jié)構(gòu)斷面形式 采用

5、暗挖法施工，隧道斷面型式為5心圓馬蹄形結(jié)構(gòu)。2.3 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算2.3.1 土壓力的計(jì)算斷面的土層狀況，如下圖所示： 5.5m 雜填土：.5m 粉土：3.5m 細(xì)砂：5.2m 地下水位：11m 圓礫土：6.5m 1.垂直土壓力結(jié)構(gòu)頂板處所受的垂直土壓力為： 結(jié)構(gòu)底板埋深處的垂直土壓力值為： 其中，水的壓應(yīng)力 有效壓應(yīng)力 截面穿過土層分界處的垂直土壓力為:2.側(cè)向土壓力雜填土的側(cè)向土壓力系數(shù)為：粉土的側(cè)向土壓力系數(shù)為：細(xì)沙的側(cè)向土壓力系數(shù)為：因此，頂板埋深處的側(cè)向土壓力為： 底板埋深處的側(cè)向土壓力為： 土層分界處的上下面?zhèn)认蛲翂毫Ψ謩e為:2.3.2 地面荷載（附加荷載）（1）地面車輛荷載折算等效

6、均布荷載?。?。（2）不同的土層引起的結(jié)構(gòu)側(cè)向壓力為：雜填土：粉 土： 細(xì) 沙：2.3.3 其他荷載（1）列車荷載列車按六節(jié)編組，軸重14t，折算等效靜載：；（2）結(jié)構(gòu)自重：在使用 Midas軟件進(jìn)行分析時(shí)，軟件將會(huì)通過定義材料的幾何特性和材料特性自動(dòng)考慮結(jié)構(gòu)自重。2.3.4 荷載組合按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行荷載效應(yīng)組合,并取各自的最不利組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。(1)按承載能力極限狀態(tài)組合荷載結(jié)構(gòu)由恒載起控制作用，所以按組合荷載公式：,來計(jì)算荷載設(shè)計(jì)值。土壓力為恒載，地面荷載（附加荷載）、列車荷載為活載。頂部豎向力設(shè)計(jì)值為： 頂部側(cè)向力設(shè)計(jì)值為： 底部側(cè)向力設(shè)計(jì)值為： 土層交界處的側(cè)

7、向力設(shè)計(jì)值： 列車荷載的設(shè)計(jì)值分別為： (2)按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行荷載組合按組合荷載公式“F=恒載+活載”來計(jì)算荷載設(shè)計(jì)值頂部豎向力設(shè)計(jì)值為： 頂部側(cè)向力設(shè)計(jì)值為： 底部側(cè)向力設(shè)計(jì)值為： 土層交界處的側(cè)向力設(shè)計(jì)值： 列車荷載的設(shè)計(jì)值分別為： 結(jié)構(gòu)受力圖如下：2.2.5 用midas軟件建立計(jì)算模型地下結(jié)構(gòu)是建筑在底層中的封閉式結(jié)構(gòu)，就其結(jié)構(gòu)本身是超靜定問題，考慮結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用，由結(jié)構(gòu)的變位才能確定被動(dòng)荷載的范圍和大小。而結(jié)構(gòu)的變位又在主動(dòng)荷載和被動(dòng)荷載的共同作用下發(fā)生的，所以求解過程式是一個(gè)非線性的問題。首先建立結(jié)構(gòu)有限元的模型如下圖所示：通道斷面結(jié)構(gòu)模型圖（注：彈簧支撐均作用于節(jié)點(diǎn)上

8、，未全部標(biāo)出）本設(shè)計(jì)采用荷載結(jié)構(gòu)模型，將應(yīng)用有限元方法的基本思想和彈性地基梁的理論結(jié)構(gòu)midas程序的特點(diǎn)，完成此次設(shè)計(jì)。輸入邊界條件、單元集合特性、材料特性，然后利用有限元計(jì)算軟件（midas）進(jìn)行結(jié)構(gòu)的計(jì)算。在midas處理后可以得到結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)下和正常使用極限狀態(tài)下的彎矩圖和軸力圖。（2）對(duì)承載能力極限狀態(tài)組合荷載建立模型得到彎矩圖、軸力圖。如下：結(jié)構(gòu)斷面的彎矩圖(最大彎矩：137)結(jié)構(gòu)斷面的軸力圖(最大軸力：387KN)（3）對(duì)正常使用極限狀態(tài)組合荷載建立模型得到彎矩圖、軸力圖。如下：結(jié)構(gòu)斷面的彎矩圖(最大彎矩：114)結(jié)構(gòu)斷面的軸力圖(最大軸力：325KN)3.3 通道的配筋

9、計(jì)算和裂縫寬度的驗(yàn)算（隧道結(jié)構(gòu)取最不利截面配筋）經(jīng)過計(jì)算，可知中墻頂部為最不利位置，沿隧道縱向取1m的計(jì)算單元，彎矩最大為76.4kN.m，軸力為96.6kN，以此截面為控制截面進(jìn)行配筋，為簡(jiǎn)便計(jì)算，可以對(duì)稱配筋。彎矩設(shè)計(jì)值，軸力設(shè)計(jì)值 截面長(zhǎng)度：L=1.0m 高度：計(jì)算長(zhǎng)度： 偏心距： 附加偏心矩：（20mm和1/30偏心方向截面尺寸中較大值） 初始偏心矩： 偏心距增大系數(shù)： ，所以取，所以構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比對(duì)截面曲率影響的系 則偏心矩增大系數(shù)：按小偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算取則受壓區(qū)鋼筋面積：采用2020，=6280，非超筋，滿足要求。，所以得驗(yàn)算裂縫寬度。，則使用階段的軸向壓力偏心矩增大系數(shù)軸向壓力作

10、用點(diǎn)至縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)的距離：縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面受壓合力點(diǎn)的距離：按有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的軸向力： 鋼筋混凝土構(gòu)件受拉區(qū)縱向鋼筋的應(yīng)力： 裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)：最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離：C=50mm受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑: 所以最大裂縫寬度： 滿足裂縫寬度的要求。 參考資料：1 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范GB5015720032 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范TB1000320053 賀少輝地下工程2008年版 北京交通大學(xué)出版社、清華大學(xué)出版社4 關(guān)寶樹地下工程2007年版 高等教育出版社5 李志業(yè)、曾艷華地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理與方法 2005年版 西南交通大學(xué)出版社6 曾亞武地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 2006年版 武漢大學(xué)出版社7 程文襄、王鐵成混凝土結(jié)構(gòu) 2008年版 中國(guó)建筑工業(yè)出版社僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur fr den persnliche