空港綜合配套區(qū)（Q分區(qū)）次支市政道路基礎設施項目隧道結構計算書

空港綜合配套區(qū)（Q分區(qū)）次支市政道路基礎設施項目隧道結構計算書【全一冊】空港綜合配套區(qū)（Q分區(qū)）次支市政道路基礎設施項目隧道結構計算書【全一冊】目錄1 工程概況 12 設計依據(jù)及范圍 22.1 設計依據(jù) 22.2 設計采用的規(guī)范 23 設計原則及標準 33.1 設計原則 33.2 設計標準 43.3 設計參數(shù)及計算參數(shù) 44 隧道結構計算 54.1 隧道初期支護計算 54.1.1 計算參數(shù) 54.1.2 計算模型 54.1.3 內(nèi)力分析 64.1.4 計算結果分析 104.2 隧道二襯計算 104.2.1 荷載計算 104.2.2 內(nèi)力計算 124.2.3 襯砌結構截面計算 164.3 錨桿擋墻計算 194.4 小結 21-PAGE25-工程概況重慶兩路寸灘保稅港區(qū)空港綜合配套區(qū)基礎設施項目位于渝北東方紅水庫南側，面積約4km2，即規(guī)劃兩路組團Q標準分區(qū)，功能定位為環(huán)境優(yōu)良、配套完善的居住及公共服務區(qū)，承擔著空港新城、空港產(chǎn)業(yè)區(qū)的居住功能。作為兩江新區(qū)核心區(qū)的空港新城重要組成部分，在推動城市及區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著積極的作用，項目建設對于完善空港新城骨架路網(wǎng)、滿足交通量不斷增長、落實城市規(guī)劃意圖、改善城市投資環(huán)境具有重要的意義，同時對促進城市發(fā)展也起著積極的推動作用。項目的建成將極大改善片區(qū)交通狀況，能夠很好地輻射線路周邊區(qū)域，對沿線的土地開發(fā)創(chuàng)造良好的契機。項目區(qū)的骨架路網(wǎng)主要由四橫四縱組成，其中部分路網(wǎng)已完成設計工作，目前已進入實施階段。本項目的建設對完善該片區(qū)路網(wǎng)、改善片區(qū)交通環(huán)境具有十分重要的意義，并且是滿足項目區(qū)土地開發(fā)迫切需求的啟動器和助推器。重慶兩路寸灘保稅港區(qū)空港綜合配套區(qū)基礎設施項目北側緊鄰繞城高速，東至江北國際機場約5km，保稅港區(qū)空港功能區(qū)約4km，南距空港新城核心區(qū)約4km，觀音橋城市副中心約25km；西與悅來相距約9km，與蔡家組團中心區(qū)相距約12km；規(guī)劃椿萱大道經(jīng)地塊以南經(jīng)由寶山大橋通往蔡家組團；繞城高速公路靠地塊以北通過。在周邊路網(wǎng)關系中，本項目位于椿萱大道以北、繞城高速以南，公園東路以東，桃源大道以西。目前，項目區(qū)內(nèi)重要骨架路網(wǎng)正在建設中，未建次支路網(wǎng)的建設也被提上日程。道路功能定位為服務Q分區(qū)內(nèi)部的服務性次干路及支路。項目區(qū)路網(wǎng)圖本次設計的空港綜合配套區(qū)（Q分區(qū)）次支市政道路基礎設施項目，共有18條道路，其中次干路7條研究總長7.899km，支路11條研究總長10.883km，共約18.782km。次干路為雙向四車道，設計時速30km/h，標準路幅22m；支路為雙向兩車道，設計時速20km/h，標準路幅15m。橋梁10座，總長1293.5m；隧道1座，總長133m。設計依據(jù)及范圍設計依據(jù)（1）設計合同（2）《重慶市主城區(qū)兩路組團Q標準分區(qū)控制性詳細規(guī)劃》（3）實測1：500電子地形圖及管線圖（4）《重慶兩路寸灘保稅港區(qū)空港綜合配套區(qū)基礎設施項目縱二線、縱四線、橫四線施工圖設計》（5）《重慶兩路寸灘保稅港區(qū)空港綜合配套區(qū)基礎設施項目悅港北路施工圖設計文件》（6）《重慶兩路寸灘保稅港區(qū)空港綜合配套區(qū)基礎設施項目悅港大道施工圖設計文件》（7）《重慶兩路寸灘保稅港區(qū)空港綜合配套區(qū)基礎設施項目—東聯(lián)絡線施工圖設計文件》（8）《悅港大道(秋成大道-公園東路段)施工圖設計》（9）《春華立交初步設計文件》（10）軌道交通十四號線、二十二號線遠景規(guī)劃方案（11）其他相關資料。設計采用的規(guī)范（1）《工程建設標準強制性條文（城市建設部分）》（2）《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）（2016修訂版）（3）《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）（4）《地下工程防水技術規(guī)范》（GB50108-2008）（5）《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》（GB50119-2013）（6）《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規(guī)范》（GB50086-2015）（7）《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB50330-2013）（8）《建筑防火設計規(guī)范》（GB50016-2014）（2018修訂版）（9）《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2012）；（10）《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）（2015修訂版）（11）《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》（GB/T50476-2008）（12）《城市地下道路工程設計規(guī)程》（CJJ221-2015）（13）《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD60-2015)（14）《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG3362-2018）；（15）《公路隧道設計規(guī)范》（JTG3370.1-2018）設計原則及標準設計原則通過分析該片區(qū)社會、經(jīng)濟發(fā)展目標以及綜合交通規(guī)劃后，確定了如下設計原則：（1）結構設計應以"以人為本"、"結構為功能服務"為原則，滿足城市規(guī)劃、行車運營、環(huán)境保護、抗震、防護、防水、防火、防腐蝕及施工等對結構的要求，同時做到結構安全、技術先進、經(jīng)濟合理。（2）結構在施工及使用期間應具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性及耐久性。應根據(jù)構件特點進行承載力（包括失穩(wěn)）計算；和抗傾覆、滑移、變形、抗裂或裂縫寬度驗算；以及滿足耐久性規(guī)定。（3）結構的凈空尺寸應滿足建筑限界及各種設備、管線使用功能的要求、施工工藝的要求，并考慮施工誤差、結構變形和位移等因素給出必要的富裕量。（4）結構設計應以地質(zhì)勘察資料為依據(jù)。（5）結構設計應減少施工中和建成后對環(huán)境造成的不利影響，并應考慮城市規(guī)劃引起周圍環(huán)境的改變對結構的作用。（6）結構設計應根據(jù)施工方法、結構或構件類型、使用條件及荷載特性等，選用與其特點相近的結構設計規(guī)范和設計方法。（7）結構防水設計中遵循"以防為主、剛柔結合、多道防線、因地制宜、綜合治理"以及"防水與結構設計并重和統(tǒng)一考慮"的原則。設計標準（1）結構設計使用年限為100年。（2）結構中主要構件的安全等級為一級。（3）結構按抗震設防烈度6度進行抗震設計，按設防烈度7度采用抗震構造措施，結構抗震等級為三級，以提高結構和接頭處的整體抗震能力。（4）地下結構中混凝土構件的環(huán)境類別和作用等級為Ⅰ－C類。（5）鋼筋混凝土構件（不含臨時構件）正截面的裂縫控制等級為三級，即允許出現(xiàn)裂縫，裂縫寬不大于0.2mm。（6）結構主要構件的耐火等級為一級。（7）荷載：汽車：城-A級；人群：4KN/m2；（8）防火類別本工程按僅限通行非危險化學品等機動車考慮，按四類隧道進行設。設計參數(shù)及計算參數(shù)本設計采用建設方提供的《空港綜合配套區(qū)（Q分區(qū)）支次市政道路基礎設施項目工程地質(zhì)勘察報告》重慶市市政設計研究院2019.07所給的設計參數(shù)，具體如下表：地層代號巖土名稱重度(kN/m3)地基承載力基本容許值(kPa)地基承載力特征值(kPa)巖石抗壓強度frk(MPa)巖(土)體抗剪強度巖體抗拉強度(kPa)彈性模量(MPa)泊松比μ巖體水平抗力系數(shù)（土體抗力比例系數(shù)）砂漿與巖石的粘結強度極限標準值(kPa)基底摩擦系數(shù)μ天然飽和Ф(°)C(kPa)標準值范圍值標準值范圍值Q4el+dl粉質(zhì)粘土(天然)19.5*120*120*/12*25*///8/0.25粉質(zhì)粘土(飽和)19.8*///10*19*///8/0.15Q4ml素填土21.0(天然)21.5(飽和)壓實后確定壓實后確定/22(飽和)26(天然)*0*///18/0.25Ms強風化泥巖22.00*200*200//////201500.25Ss強風化砂巖21.50*250*250//////252000.30J2s-Ms中等風化泥巖25.5800271312.077.55~17.17.474.36~10.9032.1376631022000.311208000.40J2s-Ss中等風化砂巖252000890231.5026.6~46.924.5220.9~38.534*1500*9537200*0.18*42012000.55隧道結構計算隧道初期支護計算計算參數(shù)隧道的圍巖、初期支護和二次襯砌共同承擔荷載，《公路隧道設計規(guī)范》規(guī)定隧道初期支護根據(jù)工程類比并輔以必要的理論分析確定。隧道初期支護主要按工程類比法設計，Ⅴ級圍巖選定支護參數(shù)后需進行檢驗計算。初期支護結構計算采用MIDAS/GTS有限元分析軟件，按地層結構法進行計算，并通過對釋放荷載設置釋放系數(shù)控制初期支護的受力，開挖階段荷載釋放50%，支護階段荷載釋放50%。所用參數(shù)見表4.1、表4.2。表6.1圍巖物理力學參數(shù)表序號圍巖類別容重γ（kN/m3）彈性模量ES（MPa）泊松比μ內(nèi)聚力C（KPa）內(nèi)摩擦角φ（°）1粉質(zhì)粘土19.5500.4625132砂質(zhì)泥巖25.522000.34760323砂巖25.072000.17150034表6.2隧道支護結構力學參數(shù)表項目彈性模量ES（MPa）泊松比μ極限強度σ（MPa）容重γ（kN/m3）備注錨桿2100000.3335（抗拉）78.5全長粘結噴砼初襯260000.224.2（彎曲抗壓）2.0（抗拉）22.0C25計算模型本計算分別對Ⅴ級圍巖洞口段和洞身段計算結構初期支護，結構只加載噴射混凝土和錨桿。計算模型左右水平計算范圍均取隧道跨度的3倍，垂直計算范圍取至地面或隧道高度的3倍，向下取隧道高度的3倍，數(shù)值模擬隧道施工步驟：a.初始應力場計算c.左上臺階開挖，初期支護；d.左下臺階開挖，初期支護；e.右上臺階開挖，初期支護；f.右下臺階開挖，初期支護；圖4.1Ⅴ級圍巖洞身段分析模型圖4.2Ⅴ級圍巖洞口段分析模型內(nèi)力分析（1）Ⅴ級圍巖洞身段內(nèi)力及位移計算圖4.3Ⅴ級圍巖洞身段錨桿軸力圖圖4.4Ⅴ級圍巖洞身段噴射混凝土軸力圖圖4.5Ⅴ級圍巖洞身段噴射混凝土彎矩圖圖4.6Ⅴ級圍巖洞身段X方向位移圖圖4.7Ⅴ級圍巖洞身段Y方向位移圖（2）Ⅴ級圍巖洞口段內(nèi)力及位移計算圖4.8Ⅴ級圍巖洞口段錨桿軸力圖圖4.9Ⅴ級圍巖洞口段噴射混凝土軸力圖圖4.10Ⅴ級圍巖洞口段噴射混凝土彎矩圖圖4.11Ⅴ級圍巖洞口段X方向位移圖圖4.12Ⅴ級圍巖洞口段Y方向位移圖計算結果分析Ⅴ級圍巖洞身段和洞口段隧道開挖過程中圍巖變形以及初期支護最大內(nèi)力見表4.3所示。表4.3隧道初期支護內(nèi)力值表類別圍巖變形(mm)錨桿軸力(kN)初支彎距（kN·m）初支軸力（kN）豎向沉降水平收斂內(nèi)力安全系數(shù)內(nèi)力安全系數(shù)Ⅴ級洞身段3.10.6417.746.93.59034.3Ⅴ級洞口段2.070.6711.930.64.66345.6從表中可以看出，開挖完成前后，初支的所有安全系數(shù)都大于1.3，因此初支設計是安全的合理的。從各彎矩圖可以看出，初支的整體彎矩都比較小，只是由于豎向臨時支護的存在，而使局部彎矩比較大，可以認為現(xiàn)有初支設計參數(shù)能夠滿足受力要求。從表中表4.3可以看出錨桿軸力較小，均在其抗拉強度范圍內(nèi)，錨桿設計是合理的、安全的，能夠滿足其受力要求。從表中各級圍巖的位移值可以看出，施工開挖過程中洞身段斷面圍巖豎向變形為3.1mm，水平變形為0.64mm，洞口段斷面圍巖豎向變形為2.07mm，水平變形為0.67mm，圍巖變形較小，其值都在《公路隧道設計規(guī)范》允許范圍內(nèi)。隧道二襯計算荷載計算（1）一般暗挖段荷載確定圖6-2隧道計算模型示意圖（2）淺埋偏壓段隧道荷載計算（3）荷載結構法計算簡圖采用荷載結構法計算時，隧道計算模型如下圖所示。荷載結構法連拱隧道計算模型示意圖—垂直土壓力（包括地面超載）（kPa）；—側向土壓力（kPa）；隧道二次襯砌計算模型采用荷載—結構模型時，除考慮垂直土壓力和側向土壓力外，還用一定剛度的彈簧（只能受壓）模擬因地層對結構變形的約束作用產(chǎn)生的形變壓力。內(nèi)力計算采用荷載結構法計算時，根據(jù)地勘資料，計算中不考慮水壓。根據(jù)計算，各級圍巖下均為淺埋隧道。Ⅴ級圍巖洞身段及Ⅴ級圍巖洞口偏壓段彈性抗力系數(shù)取120Mpa/m；暗挖段初期支護和二襯荷載分擔比例，洞口段圍巖條件較差，二襯分擔75%，洞身段圍巖條件相對較好，二襯分擔65%。拱形明洞段考慮到后期回填厚度不大于4m以及所處位置，不考慮水壓力作用，彈性抗力系數(shù)取120Mpa/m，側壓力系數(shù)取0.3。計算荷載標準值斷面類型埋深圍巖壓力垂直荷載q(kN/m)水平荷載（kN/m）e1e2Ⅴ級圍巖洞身段18m386.7(250.9)100.6(65)156(101.4)Ⅴ級圍巖洞口偏壓段10~14m230～311(180～262.5)56～78(42～58.5)111～134(83～100.5)拱形明洞段4m8026.487.1注：表中括號內(nèi)數(shù)值為乘以分擔比例后的數(shù)值各襯砌斷面計算結果如下：Ⅴ級圍巖洞身段二次襯砌彎矩圖Ⅴ級圍巖洞身段二次襯砌軸力圖Ⅴ級圍巖洞身段二次襯砌剪力圖Ⅴ級圍巖洞口偏壓段二次襯砌彎矩圖Ⅴ級圍巖洞口偏壓段二次襯砌軸力圖Ⅴ級圍巖洞口偏壓段二次襯砌剪力圖拱形明洞段二次襯砌彎矩圖拱形明洞段二次襯砌軸力圖拱形明洞段二次襯砌剪力圖各級圍巖襯砌斷面計算所得特征點處內(nèi)力值見下表所示：隧道二次襯砌內(nèi)力值斷面類別構件部位標準組合計算內(nèi)力彎距（kN·m）剪力（kN）軸力（kN）內(nèi)側外側Ⅴ級圍巖洞身段拱頂5094211278拱腰/邊墻4761765拱腳3302123Ⅴ級圍巖洞口偏壓段拱頂4504261160拱腰/邊墻4621700拱腳3861744拱形明洞段拱頂233192468拱腰/邊墻220689拱腳168783襯砌結構截面計算經(jīng)驗算，所有襯砌結構厚度及配筋均滿足要求，鑒于篇幅，僅給出Ⅴ級圍巖洞口偏壓段計算過程。襯砌類型截面位置截面高度(mm)實配鋼筋抗壓安全系數(shù)抗彎安全系數(shù)抗剪安全系數(shù)裂縫寬度(mm)受拉側受壓側明洞段拱頂700$25@100$25@10010.810.8\0.04拱肩700$25@100$25@1001414\0.04拱腳700$25@100$25@1001816\不驗算最大剪力截面700^8@200×500（縱向）\\2.5\洞身段拱頂550$22@100$22@1002.72.5\0.163拱肩550$22@100$22@1003.33.3\0.138拱腳550$22@100$22@1004.14.1\0.073最大剪力截面550^8@200×500（縱向）\\2.45\洞口段拱頂550$25@100$25@1003.973.97\0.103拱肩550$25@100$25@1004.44.4\0.090拱腳550$25@100$25@1005.45.3\0.068最大剪力截面550^8@200×500（縱向）\\6.9\從上表中的荷載組合可以看出，拱頂為受力最不利處，因此只需按公路隧道設計規(guī)范附錄N對拱頂分別進行正截面抗拉強度驗算以及裂縫寬度驗算，并對拱腳處進行斜截面抗剪強度驗算。正截面強度驗算：斜截面抗剪強度驗算：裂縫寬度驗算：根據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》附錄N第K.0.11條，當時，可不進行裂縫寬度驗算。根據(jù)前面進行的正截面強度驗算，可以看出拱頂不滿足，需進行裂縫寬度驗算。錨桿擋墻計算[計算簡圖][計算條件][基本參數(shù)]計算方法：極限平衡法(建坡規(guī)范附錄A.0.2)計算目標：計算安全系數(shù)邊坡高度：13.500(m)結構面傾角：22.0(°)結構面內(nèi)摩擦角：13.0(°)結構面粘聚力：20.0(kPa)水平外荷載Px(kN): 0.0(kN/m)豎向外荷載Py(kN):0.0(kN/m)[坡線參數(shù)]坡線段數(shù)2序號水平投影(m)豎向投影(m)傾角(°)16.00012.00063.425.0001.50016.7[巖層參數(shù)]層數(shù)1序號控制點Y坐標容重錨桿和巖石粘結強度(m)(kN/m3)frb(kPa)118.60025.0800.0[錨桿(索)控制參數(shù)]錨桿桿體抗拉安全系數(shù)： 2.20鋼筋與錨固體抗拔安全系數(shù)： 2.60交互錨桿鋼筋的抗拉強度： 否[錨桿(索)參數(shù)]鋼筋類型對應關系：d-HPB300,D-HRB335,E-HRB400,F-RRB400,G-HRB500,P-HRBF335,Q-HRBF400,R-HRBF500錨桿(索)道數(shù)5序號支護類型水平間距豎向間距入射角錨固體直徑自由段長度錨固段長度配筋錨筋fy鋼筋與砂漿(m)(m)(°)(mm)(m)(m)(MPa)fb(kPa)1錨桿2.0002.00020.011012.9005.0002E282400.02錨桿2.0002.50020.0