地下建筑结构课程设计－盾构隧道的断面选择及内力计算(1)

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1、《地下建筑结构课程设计》••“软土地区地铁盾构隧道一、设计资料如图1所示，为一软土地区地铁盾构隧道的横断面，衬砌外径为6200mm,厚度为350mm,混凝土强度为C55,环向螺栓为5.8级。管片裂缝宽度允许值为0.2mm,接缝张开允许值为3mm。地面超载为20KPaoq二20KN/m2in人工埴土r=18KW/m3'粉质粘土r=18.4O/m3c=18KPa=22°淤泥质粉质粘土冷r=17.6KN/m3c=12KPae=21.5o淤泥质粘土r=16.6KK/m3c=14KPa0=11.0r=19.3KN/m3<1>=16.5图1隧道计算断面土层

2、分布图二、设计要求盾构隧道衬砌的结构计算采用自由变形的弹性均质圆环法并考虑土壤介质侧向弹性抗力来计算圆环内力。试计算衬砌内力，画出内力图，并进行管片配筋计算'隧道抗浮'管片局部抗压'裂缝'接缝张开等验算。三、计算原则及采用规范计算原则：(1)设计服务年限100年；(2)工程结构的安全等级按一级考虑;(3)取上覆土层厚度最大的横断面计算;(4)满足施工阶段，正常运营阶段和特殊情况下强度计算要求;(5)接缝变形在接缝防水措施所能适应的范围内；(6)成型管片裂缝宽度不大于0.2mm；(7)隧道最小埋深处需满足抗浮要求;采用规范:(1)《混凝土结构设计规范》

3、(GB50010-2010)；(2)《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001)；(3)《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299-1999)；(4)《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB50300-2001)；(5)《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》(GB50308T999)；(6)《盾构法隧道施工与验收规范》(GB50446-2008)；(7)《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)。《地下建筑结构课程设计》••“软土地区地铁盾构隧道计算书姓名:班级:学号:指导教师:北方工业大学土木工程学院地空系2015年5月目

4、录1荷载计算31.1结构尺寸及地层示意图31.2隧道外围荷载标准值31.2.1自重31.2.2均布竖向地层荷载41.2.3水平地层均布荷载41.2.4按三角形分布的水平地层压力1.2.5底部反力51.2.6侧向地层抗力51.2.7荷载不意图62内力计算63标准管片配筋计算83.1截面及内力确定83.2环向钢筋计算83.3环向弯矩平面承载力验算114抗浮验算105纵向接缝验算125.1接缝强度计算125.2接缝张开验算146裂缝张开验算157环向接缝验算168管片局部抗压验算…179参考文献18(-)基木使用阶段的荷载计算(1)衬砌自重：g=Yh5(4

5、.1)式中g一衬砌自重，kPa；"―钢筋混凝土容重，取为25kN/m35—管片厚度，m。将已知数值带入上式计算可得：g=25><0.35=8.75kN/m3。(2)衬砌拱顶竖向地层压力：Ci=^Yi佗(4.2)i=l式中Pvi—衬砌拱顶竖向地层压力，kPa；片一衬砌顶部以上各个土层的容重，在地下水位以下的土层容重取其浮重度，kN/m3；斤一衬砌顶部以上各个土层的厚度，mo(3)拱背土压：P、q=Q/2R\(4.3)式中代2—衬砌拱背竖向地层压力，kPa；Q—拱背均布荷载，kN/m；Q=2(1—兀/4)局丫(4.4)7—衬砌拱背覆土的加权平均容重，k

6、N/m3；Rh—衬砌圆环计算半径，m。(4)地面超载：由于本隧道埋深不是很深，故须考虑到地面超载的影响，取地面超载为20kPa,并将它叠加到竖向土压上去，故总的竖向土压力为kPa。(5)侧向水平均匀土压力：Phl=P、tan2(45°-^/2)-2ctan(45°-(p/2)(4.5)式中Phi—侧向水平均匀土压力，kPa；卩一衬砌环直径高度内各土层内摩擦角加权平均值，(°);R—衬砌环直径高度内各土层内聚力加权平均值，kPa；(6)侧向三角形水平土压力：=2/?HY0tan2(4^-cp/2)(4.6)式中几2—侧向三角形水平土压力，kPa；Rh

7、—衬砌圆环计算半径，m；沟一衬砌环直径高度内各土层重度的加权平均值，kN/m3；(7)静水压力：水位高为m。(8)衬砌拱底反力：4=化+巳+兀

8、径上下各45°范围内，在水平直径处:(4.8)斥=£.y(l_7^co&

9、)式中地层基床系数(kN/m3),