(完整word版)软土地区地铁盾构隧道课程设计计算书(word文档良心出品)

软土地区地铁盾构隧道课程设计说明书（共 00 页）姓名杨均学号 070849导师丁 文 琪土木工程学院地下建筑与工程系2010年 7月1 设计荷载计算1.1 结构尺寸及地层示意图2q=20kN/m00588KL1L27373B1B2138138D3505500350620000510001005300834546108215292人工填土kN/m3褐黄色粘土kN/m3灰色砂质粉土kN/m3灰色淤泥质粉质粘土3kN/m灰色淤泥质粘土kN/m 3c=12. kPa图 1-1 结构尺寸及地层示意图如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整：h 灰1350 + 849 * 5043800mm 。按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。1.2 隧道外围荷载标准值计算（1） 自重gh250.358.75kN / m2（ 2）竖向土压若按一般公式：n8.7 3.5 48.8 8 446.95KN / m2qi hi 18 0.5 8 1.0 9.1 1.0i 1由于 h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8mD=6.55m，属深埋隧道。应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压：a 太沙基公式：(h)(hB0 (c / B0 )tantan )p11 e B0 q e B0tan其中：B0 Rc/ tan(22.50/ 4) 3.1/ tan(22.507.70 / 4)6.83m（加权平均值8.901.6457.204.2057.70）5.85则：6.83(812.2 / 6.83)(48.8 tan 8.9 )(48.8 tan 8.9 )189.02KN / m2p111e6.83 20e6.83tan8.9b 普氏公式：p122B027.92269.73KN / m23tan8tan 8.9 03取竖向土压为太沙基公式计算值，即：p e1189.02KN / m2。（3） 拱背土压G2(14)Rc22(1)2.92527.628.72kN / m4。其中：1.645 8.0 1.287.17.6KN / m3 。1.6451.28（4） 侧向主动土压qe( pe1h)tan 2 (450)2c tan(450)22其中：pe1189.02KN / m 2，8 1.6457.14.2057.4KN / m35.858.901.6457.204.2057.705.85c12.21.64512.14.20512.1kPa5.85则：q e1189.02tan 2 (4507.70) 212.1 tan(4507.7 0) 121.00 KN / m222qe2(189.027.4 5.85)tan2 (4507.70) 2 12.1 tan(450 7.70) 154.06 KN / m 222（ 5） 水压力按静水压考虑： a 竖向水压：p w1 =w H w1 = 9.8 48.8 = 478.24 KN / m2b 侧向水压：q w1 =w H w1 = 9.8 48.8 = 478.24 KN / m2q w2 =w H w2 = 9.8 (48.85.5) = 532.14 KN / m 2（ 6） 侧向土壤抗力衬砌圆环侧向地层（弹性）压缩量：2(p e1 p w1 ) - (q e1qw1 ) - (qe2q w2 )R c4=EI0.0454kR c4 )24(其中：衬砌圆环抗弯刚度取EI3.45 1071.0 0.353123265.6KN m 212衬砌圆环抗弯刚度折减系数取0.7；则：2 (189.02 478.24) - (139.19478.24) - (154.06532.14) 2.9254=(0.7123265.60.0454200002.9254 )242261.110.61710 3 m3666008.57qr = k y = 200000.61710 -312.35 KN / m2（7） 拱底反力PR = pe1 + g+0.2146Rc- R cw2其中：p e1189.02KN / m 2g8.75kN / m21.645 8.01.28 7.17.6KN / m3 ，与拱背土压对应1.6451.28则：PR = 189.02 + 8.75 + 0.2146 2.955 7.6 - 2.955 10 174.91KN / m2。2（8） 荷载示意图图 1-2 圆环外围荷载示意图2 内力计算2.1 用荷载 - 结构法按均质圆环计算衬砌内力取一米长度圆环进行计算， 其中荷载采用设计值， 即考虑荷载组合系数。 计算结果如下表（已考虑荷载组合系数） ：表 2-1隧道圆环内力计算结果垂直荷载水平荷载水平三角荷载地基抗力自重截面/度内力pe1+pw1q +qw1q +qw2-q-qw1q=kg每米内力e1e2e1k800.71719.09104.3514.8210.500M/KNm1712.65-1538.06-93.00-15.0930.9797.470N/KN0.002103.3395.3815.33-5.122208.930Q/KN0.000.000.000.000.000.008M/KNm1646.30-1478.48-90.28-14.6529.9592.848N/KN45.362062.5994.4515.18-4.472213.118Q/KN-322.78289.8813.272.134.96-12.5440.5M/KNm267.92-240.61-27.18-4.357.673.4640.5N/KN987.851216.1869.2011.6610.212295.1040.5Q/KN-1156.621038.7259.109.9519.83-29.0273M/KNm-1419.851275.1178.0714.51-25.51-77.6773N/KN2141.88179.8016.722.9435.922377.2573Q/KN-654.84588.0854.689.6116.3413.8790M/KNm-1712.651538.06111.6019.18-35.28-79.0890N/KN2342.080.000.000.0048.242390.3390Q/KN0.000.0019.080.005.1224.20105.5M/KNm-1468.031318.38109.1514.09-33.74-60.16105.5N/KN2174.82150.217.263.6852.482388.45105.5Q/KN603.13-541.65-26.17-13.2719.1141.15138M/KNm179.02-160.77-0.73-3.571.2415.18138N/KN1048.631161.60101.4211.3931.942354.98138Q/KN1164.63-1045.91-91.3210.2634.6772.33159M/KNm1272.75-1143.00-91.38-12.1128.2954.54159N/KN300.791833.21177.3014.3113.142338.74159Q/KN783.58-703.70-68.065.4923.6140.92180M/KNm1712.65-1538.06-130.20-15.0939.5868.88180N/KN0.002103.33209.8515.335.122333.62180Q/KN0.000.000.000.000.000.00内力（红色线条）分布图如下：92.8497.47M3.46-77.67-79.08-60.1615.1854.5468.88图 2-1 弯矩分布图（ KNm）N2213.112208.932295.102377.252390.332388.452354.982338.742333.62图 2-2 轴力分布图（受压KN）-12.540.00Q-29.0213.8724.2041.1572.33图 2-3 剪力分布图（KN）3 标准管片 (B)配筋计算3.1 截面及内力确定由上述内力计算，取 80 截面处内力进行内力计算。根据修正惯用法中的 - 法，由于纵缝接头的存在而导致结构整体刚度降低，取圆环整体刚度为：EI0.73.45107 1.0 0.35386285 .92KNm212而管片的内力：M s(1)M(1 0.3) 92.84120.69KN mN sN2213.11KN3.2 环向钢筋计算假设为大偏心构件。e0M s120.69N s57mm2213.11取：k1.1 aa /50mme ke0ha 1.1 57 175 50 187.7mm2采用对称配筋：NbxRWNebxRW (h0x)Ag/ Rg/ ( h0a / )2其中：b = 1000mmR W= 23.1N/mm 2钢筋选用 HRB335 钢，则R g/ = 300N/mm 2由此：2390.331031000x 23.12390.33103187.71000 x23.1 (300x) Ag/300 (300 50)2得：(2a /100mm)( x103.48mm) (0.55h0165mm)确为大偏心。由此算出：Ag/0取：AgAg/0.2%1000300600mm2选配 4B14（ A/ g=615.75 mm 2）。3.3 环向弯矩平面承载力验算（按偏心受压验算）N sN2390.33KNiIbh 33502A12bh12101mml0 / i( 650Rc ) / i( 6502925) /10132.81800180 0查混凝土结构基本原理表4-1，得轴心受压稳定系数：0.98Ag/2615.751231.50mm2/1231.503%1000350取 A1000350350000mm2N cu( ARwAg/ Rg/ )0.98(35000023.11231 .50300)8285.36 KNN满足要求。3.4 箍筋计算根据混凝土结构基本原理，按照偏心受压构件进行计算。V72.33KN剪跨比：65 02925l180 011.13.0h0300故取3.0。矩形截面钢筋混凝土偏心受压构件斜截面抗剪承载力：Vu1.75 ft bh0f yvAsv h0 0.07 N c1s其中：ft 混凝土抗拉强度（1.89N/mm 2）fyv钢筋抗剪承载力（HPB235 级， 210N/mm 2）Nc轴向压力（要求0.3 f c A ）检验轴压力上限：0.3 fc A0.3 23.1 1000 3502425.5KNN c2390.33KN又由：Vcu1.75 1.891000 300 0.07 2390 .3310 3415.38KN V 72.33KN31既不需要计算配箍，按构造要求即可。根据混凝土结构基本原理中所述构造要求，选配四肢箍A8200。4 基本使用阶段验算4.1 抗浮验算盾构隧道位于含地下水的土层中时受到地下水的浮力作用，故需验算隧道的抗浮稳定性，用抗浮系数：G /G P R jKQ其中：G/ 隧道自重G拱背土压力P垂直荷载Rj井壁与土壤间摩擦力Q水浮力则：g 2 RcG ( pe1 pw1 ) 2RcKR 2wc8.7522.92528.72667.2622.92515.22.925210（注：上述计算中由于相对于垂直荷载摩擦力非常小，为计算简便， 将摩擦力忽略不计）满足要求。4.2 管片局部抗压验算由于管片连接时在螺栓上施加预应力，故需验算螺栓与混凝土连接部位的局部抗压强度。在于应力作用下，混凝土所受到的局部压应力：cNAn其中：N螺栓预应力（同上，取280KN）An螺帽（或垫片）与混凝土接触净面积，取：An(1302312 )12518 .46mm24则：c28000022.4N / mm2Rw 23.1N / mm212518.46即需在螺帽下设置一定厚度的内径为31mm 、外径为 130mm 的钢圆环垫片。4.3 管片裂缝验算取最大弯矩处进行裂缝验算（即 00 截面），此处满足要求，则其他位置亦可满足。根据桥涵规范条：/(b f/b)h f0 ，fbh06502.925l0/ h18009.4814 ，取 s=1.0，0.35ysh35050125mm，2as2esse0ys 11.3 97.47 1000 + 125 = 182.36mm ，2208.93z0.870.12(1/h0)2h00.87 0.12(3002 300 163.57mmf )(es)182.36，ssN s (es z)2390.33103 (182.36 -163.57)= 445.88N / mm2As z615.75163.57；再根据桥涵规范条：裂缝宽度：W tkC1C2 C3ss (30 d)Es0.2810，其中：C 钢筋表面形状系数（对带肋钢筋取1.0 ）1C 作用长期影响系数（取1+0.5N /N =1.5 ）21sC3与构件受力性质有关的系数（取0.9）配筋率（ 0.0060.02 ）则：W tk1.0 1.50.9445.885(3014)0.39mm 0.2mm2.0100.28100.006；不满足要求，需增加钢筋。经计算，钢筋改配为6B16 即可满足要求，验算过程如下：ssN s (esz)2390.33103 (182.36 -163.57)= 227.59N / mm2As z1206.37163.57，则：W tk1.0 1.50.9227.595(3016)0.20mm 0.2mm2.0100.28100.006；满足要求。同理，对标准管片进行验算，也需增加配筋为6B16 。综上所述，衬砌管片的配筋量由裂缝要求控制。弯矩越小，裂缝越大？4.4 管片接缝张开验算管片拼装之际由于受到螺栓（8.8 级），在接缝上产生预应力：N 1N 1 e0c1WF其中：N1螺栓预应力引起的轴向力（由钢结构基本原理取280KN）e 螺栓与重心轴偏心距（取25mm ）0F、W衬砌截面面积和截面距当接缝受到外荷载，由外荷载引起的应力：N2M2c2FW其中：N2、 M2外荷载，由外荷载引起的内力F、W衬砌截面面积和截面距选取最不利接缝截面（80），计算如下：N 1N1 e0280000280000 250.457 N / mm2c1W350 10001/6 1000 350 2FN 2M 22213.11 1030.7 92.84 1063.14 N / mm2c2W350 10001/6 1000 3502F均为压力，接缝不会张开。由此可得接缝变形量：lc1c 2lE其中：E防水涂料抗拉弹性模量（取3MPa）l 涂料厚度（取5mm）则：lc1c 2l0.4572.69 53.72mm l 3mmE3若用两只螺栓：l2 c1c2 l0.4572 2.6952.96mm l 3mmE3即环向每米宽度内选用两只螺栓即可满足要求。4.5 纵向接缝强度验算近似地把螺栓看作受拉钢筋，由此进行强度验算。a 负弯矩接头（ 73 截面）：M = -77.67 0.754.37kN mN = 2377.25kNM54.37e00.023mmN2377.25由：X0N + N g = R w b x2377.25 103 + 2 280000 = 23.1 1000xx127.1mm0.55h0165mm为大偏心受压,则：Ag Rg (h0x ) N ( hx)K e0222Ne02 280000(300 - 127.1/2) + 2377.25103 (350/2 - 127.1/2)2377.25103 23满足要求。b 正弯矩接头（8 截面处）：M = 92.84kN mN = 2213.11kNM92.840.042mme02213.11N由：X 0N + N g = R w b x2213.11103 + 2 280000 = 23.1 1000xx120.05mm0.55h0165mm为大偏心受压,则：Ag Rg (h0x ) N ( hx)K e0222Ne07.251.552 280000(300 - 127.1/2) + 2377.25103 (350/2 - 127.1/2)2377.25103 81满足要求。2.061.555 构造说明（1）混凝土保护层厚度地下结构的特点是外侧与土、 水相接触， 内测相对湿度较高。 故受力钢筋保护层厚度最小厚度比地面机构增加 510mm 。本设计中c=40mm。（2）横向受力钢筋为便于施工，将横向钢筋与纵向分布钢筋制成焊网。外侧横向钢筋为一闭合钢筋圈，内侧钢筋则沿横向通常配置。（3）分布钢筋由于考虑混凝土的收缩、温差影响、 不均匀沉降等因素的作用，必须配置一定数量的纵向分布钢筋。纵向分布钢筋的配筋率：顶、底板应大于0.15%，对侧墙应大于 0.20%，则本设计的纵向分布钢筋：顶、底板（一侧） ：10.15%1000600450mm2，配s2) ；2B12250(A=452mm侧墙（一侧）：10.20%1000600600mm22，配) ；B14250(A=616mm2s中墙（一侧）：10.20%1000400400mm2，配s2) 。2B12250(A=452mm（ 4） 箍筋断面厚度足够，不用配置箍筋。（ 5） 刚性节点构造框架转角处的节点构造应保证整体性，根据此处钢筋的布置原则，此点构造说明如下：a 沿斜托单独配置直线钢筋B12200；b 沿着框架转角处外侧的钢筋，其钢筋弯曲半径R=200mm 18 10=180mm ；c 为避免在转角部分的内侧发生拉力时，内侧钢筋与外侧钢筋无联系，是表面混凝土容易脱落，故在角部配置箍筋B12100（6）锚固长度根据桥涵规范条规定，取 :受压钢筋： l a 25d=25 18=450mm；受拉钢筋（直端） ： la 30d=30 18=540mm， la 30d=30 12=360mm；受拉钢筋（弯钩端） ： la 25d=30 18=450mm。（7）端部钢筋弯起根据桥涵规范条，并考虑施工方便，端部钢筋弯起均取为50mm 。