地铁区间隧道结构设计计算书

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1、地铁区间隧道结构设计计算书一、设计任务对某区间隧道进行结构检算，求出内力，并进行配筋计算。具体设计基本资料如下：1.1工程地质条件线路垂直于永定河冲、洪积扇的轴部，第四纪地层沉积韵律明显，地层由上到下依次为：杂填土、粉土、细砂、圆砾土、粉质粘土、卵石土。其主要物理力学指标如表1，本地区地震烈度为7度。表1各层土的物理力学指标土的类型厚度（m）重度γ（kN/m3）弹性抗力系数(Mpa/m）变形模量E（GPa）泊松比μ内摩擦角ф（º）粘聚力C(Mpa)杂填土5.916500.80.4200.005粉土3.218900.90.35210.01细砂4.9191001.20.32220.01圆砾土9.8

2、19.51201.50.32250.01粉质粘土5.220.01501.80.32230.02卵石土6.720.02002.00.30270.03基岩223002.50.35350.041.2其他条件地下水位在地面以下4.2处；隧道顶板埋深10.7m；采用暗挖法施工，隧道断面型式为5心圆马蹄形结构。2121二、设计过程2.1根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋；可以采用《铁路隧道设计规范》推荐的方法，即有上式中s为围岩的级别；B为洞室的跨度；i为B每增加1m时的围岩压力增减率。由于隧道拱顶埋深10.7m，位于粉土层、细砂层和圆砾土中，根据《地铁设计规范》10.1.2可知“暗挖结构的围岩分级

3、按现行《铁路隧道设计规范》确定”。围岩为Ⅵ级围岩。则有因为埋深，可知该隧道为极浅埋。2.2计算作用在结构上的荷载；1永久荷载A顶板上永久荷载a.顶板自重（可只考虑二衬）b.地层竖向土压力由于拱顶埋深10.7m，则顶上土层有杂填土、粉土、细砂，且地下水埋深4.2m，应考虑土层压力和地下水压力的影响。c.地层竖向水压力21B底板上永久荷载a.底板自重b.水压力（向上）：C侧墙上永久荷载地层侧向压力按主动土压力的方法计算，由于埋深在地下水位以下，需考虑地下水的影响。(为简化计算，按水土分算)a.侧墙自重b.对于隧道侧墙上部土压力：用朗肯主动土压力方法计算c.对于隧道侧墙图层分界处土压力=21d.对于

4、隧道圆心高度土压力=e.对于隧道侧墙底部土压力f.对于隧道侧墙水压力2可变荷载A顶板上可变荷载按《地铁设计规范》10.2.1中第三条规定：在道路下面的潜埋暗挖隧道，地面的车辆荷载按10KPa的均布荷载取值，并不计动力作用影响。人行荷载可以不用考虑。B底板上可变荷载主要为列车车辆运行的可变荷载，一般取为21C侧墙上可变荷载由于到隧道上部地面车辆的运行，会导致侧向压力的增大：3偶然荷载在本设计中，仅考虑比较简单的情况，偶然荷载可以不用计算。2.3进行荷载组合1、承载能力极限状态荷载组合采用1.2恒载+1.4活载根据以上各种计算，作用在隧道上的设计荷载有：拱顶：设计恒载：-290.3设计活载：-14

5、底板：设计恒载：148.6设计活载：-7侧墙（顶部）：设计恒载：170.5（x方向；-150（y方向）设计活载：5.81（x方向）；-175（y方向）（底部）：设计恒载：292.6（x方向）；-150（y方向）设计活载：3.262（x方向）；-175（y方向）2、正常使用极限状态荷载组合采用恒载+活载根据以上各种计算，作用在隧道上的设计荷载有：拱顶：设计恒载：-241.9设计活载：-10底板：设计恒载：123.8设计活载：-521侧墙（顶部）：设计恒载：142.1（x方向；-125（y方向）设计活载：4.15（x方向）；-125（y方向）（底部）：设计恒载：243.8（x方向）；-125（y方

6、向）设计活载：2（x方向）；-125（y方向）2.4绘出结构受力图根据荷载组合值，可以分别计算出拱顶、底板、侧墙和中墙的设计荷载值，如下图：2.5利用midas程序计算结构内力首先应进行单元划分，然后定义荷载和截面，加入边界条件。在midas程序中施加各类荷载，然后运行后就可得到单元内力，弯矩图和轴力图（如下）。21（1）承载能力极限状态隧道断面的弯矩图隧道断面的轴力图21（1）正常使用极限状态2.6结构配筋计算和截面配筋图绘制（隧道结构取最不利截面配筋）1.配筋计算经过计算，可知中墙顶部为最不利位置，沿隧道纵向取1m的计算单元，弯矩最大为204.05kN.m，轴力为383.55kN，以此截面

7、为控制截面进行配筋，为简便计算，可以对称配筋。由于截面长度b=1.0m，高度h=0.4m，计算长度L=0.5m，由于钢筋采用二级HRB335，混凝土C30，保护层厚度为50mm，相对界限受压区高度。偏心距受压区高度21可以采用，，满足间距要求（如右图）。对于中墙，承受压力较大，为883kN,而且弯矩非常小，可看作轴心受压构件。2.裂缝验算裂缝验算公式：由于是偏心受压构件：，其中，则有21此时裂缝不