地铁区间隧道计算方法课件.ppt

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1、北京地铁矿山法区间隧道结构设计方法研究石家庄铁道学院1.合同规定的主要研究内容汇报内容2.区间隧道地层物理力学参数统计分析3.区间隧道覆土压力荷载的确定4.矿山法区间隧道支护强度设计方法5.矿山法区间隧道支护刚度计算方法6.矿山法区间隧道衬砌结构设计计算方法7.区间隧道结构温度应力伸缩缝计算分析8.矿山法区间隧道施工阶段设计方法9.主要研究成果及结论(1)北京地铁矿山法区间隧道不同条件下合理设计模式研究；1.合同规定的主要研究内容(2)北京地铁矿山法区间隧道结构可靠度设计研究；(3)北京地铁矿山法区间隧道施工阶段设计方法研究。2.区间隧道地层物理力学参数统计分析北京地铁四号线、五号线

2、和十号线共有车站71座、区间68座，收集到的地质资料车站37座，区间工程36座，共73座，占总工程数的52.5％。结构资料仅收集了部分矿山法区间隧道初步设计的纵横断面图，共25座占区间总数的36.8％。(1)区间隧道地层资料工程名称采用VFP建立地铁四、五和十号线地质资料数据库，建库中统一地层编号，统一后的地层编号如表1-4所示。(2)地质资料的数据库各录入界面录入的数据，由数据库读入统一、库容量达3万余条。在VFP北京地铁地质资料数据库的基础上，按地层编号提取各主要物性、地下水位、埋深等数据表，按统计学的原理进行统计分析，并给出具体统计特征，为后续研究工作奠定基础。完成了：(3)地

3、层物性指标统计分析①地层分层厚度统计特征②地层天然密度统计特征③内聚力统计特征④内摩擦角统计特征⑤压缩模量统计特征⑥泊松比统计特征⑦基床系数统计特征⑧隧道覆土埋深统计特征(平均覆土深度为12.75m，最大19.31m，最小4.6m)３.区间隧道覆土压力荷载的确定地铁设计规范中解释：一般情况，石质隧道，可根据围岩分级，依工程类比确定围岩压力；填土隧道及浅埋暗挖隧道一般按计算截面以上全部土柱重量考虑；深埋暗挖隧道按泰沙基公式、普氏公式或其它经验公式计算。(1)地铁设计规范关于地层荷载的规定及存在的问题①地铁设计规范关于地层荷载的规定a.我国隧道有关规定②深浅埋分界及土压力的有关规定地下铁

4、道设计规范没有深浅埋分界的具体规定。铁路隧道设计规范以统计隧道坍落拱高度为基础，埋深竖直土压全土柱谢家烋公式规范深埋公式h02.5h0图2-1铁路隧道围岩压力埋深H≤h0时用全土柱，埋深h0＜H≤(2~2.5)h0时用谢家烋公式，埋深H＞(2~2.5)h0时用γh0，不同深度土压力计算结果如图2-1。b.日本的有关规定(a)如果覆土厚比隧道外径小(H＜D)，用全土柱压力。(b)在粘性土中全土柱作垂直压力。(c)在砂土和硬粘土中，若覆土厚度比外径大许多倍(H>>D)，取“松弛土压”，按泰沙基公式计算。c.比尔鲍曼和泰沙基理论的有关规定(a)用比尔鲍曼公式，但H增加到σv趋于常数时即为深

5、埋，不必分界。粘性土，c、φ都计；砂土只计φ，不计c。(b)用泰沙基公式，H≥5B，σv＝常数。a.埋深较浅时地层荷载按全土柱。③目前的习惯b.埋深较大时按泰沙基公式进行修正折减；c.埋深多大开始修正折减由各人经验，并不统一。④压力理论地层压力的比较及存在问题以北京地铁十号线矿山法区间标准段隧道断面(6.0m×6.33m，宽×高)为例，采用各种不同公式计算竖向地层压力，得出地层压力值随埋深的关系，如图所示。埋深h竖向荷载2D(12m)2hs图不同压力理论地层压力与埋深的关系从图及设计实践中存在以下一些问题：a.深浅埋分界取为(1~2)D(D为隧道跨度)是否合适？这个范围值该如何选取？

6、b.取2D或2h为深浅埋分界，浅埋时用全土柱荷载，深埋时用泰沙基理论或普氏理论，必然出现分界处呈锯齿形，压力陡降，让设计者很难处理，深度稍微变大，竖向地层压力反而降低，地层的挟制作用本来应是逐渐加大的，将渐变采用突变来处理并不合理，如何解决？c.不论埋深情况均采用γH全土柱公式，则地层压力明显偏大，必将带来不经济的设计；采用泰沙基公式时，深埋结果是否会得出不安全的设计？此问题值得重视。通过对北京地铁四号线、五号线和十号线的结构设计资料分析与整理，设计中大多遵循2倍洞室跨度为深浅埋分界，低于2倍洞室跨度时采用全土柱荷载，高于2倍洞室跨度时采用泰沙基公式，这样上述问题就不可避免。(4)不

7、同压力理论地层分层和加权计算对比与分析根据北京地铁的断面情况，采用不同压力理论，按照覆土深度内各地层物理力学指标加权平均以及各地层分段计算，由计算结果可知，在北京地铁矿山法区间隧道埋深和地层实际条件下，不同的土层压力理论结果相差明显，并随埋深的增大，其差异更加显著。以全土柱压力最大，泰沙基压力最小，比尔鲍曼和谢家烋理论结果居中。分层地层的计算，对物性指标加权平均的单一地层计算时，比尔鲍曼和泰沙基理论与实际分层计算差异显著，而对全土柱和谢家烋理论差异较小。(