軟土地區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、精品文檔12歡在下載同除去學(xué)TONGJ1 UNIVERSI 軟土地區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道課程設(shè)計(jì)說明書（共00頁）姓 名楊 均學(xué) 號(hào)070849導(dǎo) 師丁文琪土木工程學(xué)院地下建筑與工程系2010年7月1 .設(shè)計(jì)荷載計(jì)算1.1 結(jié)構(gòu)尺寸及地層示意圖q=20kN/m口 I I " I I M I 口 I I I I 上0,人工填土531kN/m0''褐黃色粘土1. kN/m3灰色砂質(zhì)粉土kN/m3灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土3kN/m3c=12.2kPa灰色淤泥質(zhì)粘土kN/m3c=12.l kPa圖1-1結(jié)構(gòu)尺寸及地層示意圖如圖，按照要求，對(duì)灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土上層厚度進(jìn)行調(diào)整:h 灰 135

2、0 +849* 50 43800mm。按照課程設(shè)計(jì)題目，以下只進(jìn)行基本使用階段的荷載計(jì)算。1.2隧道外圍荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算(1)自重2g h 25 0.35 8.75kN/m2(2)豎向土壓若按一般公式：q ihi18 0.5 8 1.0 9.1 1.0i 1_ 28.7 3.5 48.8 8 446.95KN /m由于 h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8m>D=6.55m氏公式計(jì)算豎向土壓：a太沙基公式：,屬深埋隧道。應(yīng)按照太沙基公式或普PlBo(c/B。)tan1h( tan )B0h_ tan ) B°其中:B0Rc/tan(22.50/4)3.1/tan(22.

3、507.7 0/4)6.83m(加權(quán)平均值8.901.645 7.20 4.2055.857.7°)則:Pii6.83(8 12.2/6.83)tan8.9148.8tan 8.9)6.83(20 e48.8, tan8.9).6.83189.02KN /m2b普氏公式:2 B0p12 二 3 tan7.92tan 8.90_2269.73KN /m取豎向土壓為太沙基公式計(jì)算值,即:pe1 189.02KN /m2(3)拱背土壓G 2(1 -)Rc(1一)2.9252 7.6 28.72kN /m4。其中:1.645 8.0 1.287.11.645 1.287.6KN /m3。(4

4、)側(cè)向主動(dòng)土壓2 , _0qe (Pe1 h) tan (452) 2ctan(450 ) 2其中:2Pe1189.02KN /m8 1.645 7.1 4.2057.4KN/m35.858.90 1.645 7.20 4.2057.705.8512.2 1.645 12.1 4.205 c 12.1 kPa5.85 則：qe1189.02 tan2(450亭)2 12.1 tan(450)121.00KN/m22qe2(189.02 7.4 5.85) tan2 (4507 70)2 12.1 tan(4502立)154.06KN/m2 2(5 ) 水壓力按靜水壓考慮：a豎向水壓：2Pwi

5、= w Hw1 = 9.8 X48.8 = 478.24KN / mb側(cè)向水壓： 一一 _ 2qw1 = wHwi = 9.8 X48.8 = 478.24KN / m.-,_ _ 2qw2 = wHw2 = 9.8 X(48.8 5.5) = 532.14KN /m(6 )側(cè)向土壤抗力襯砌圓環(huán)側(cè)向地層(彈性)壓縮量：二2(Pe1 Pw1)-(qe1 qw1)-(qe2 qw2)R：- 24( EI 0.0454k R4)其中：襯砌圓環(huán)抗彎剛度取 EI 3.45 107 1.0 X0.35123265.6KN m212襯砌圓環(huán)抗彎剛度折減系數(shù)取0.7 ;則：_2 (189.02 478.24)

6、-(139.19 478.24)-(154.06 532.14) 2.9254- 24 (0.7 123265.6 0.0454 20000 2.9254)2261.113666008.570.617 10 3m一 一212.35KN /m-3qr = k y = 20000 0.617 10(7 )拱底反力_ _ 冗_(dá)Pr = Pe1 + 兀歐 0.2146Rc - Rc w其中：Pe1 189.02KN /m2 2g 8.75kN/m1.645 8.0 1.28 7.11.645 1.28則：7.6KN /m3 ,與拱背土壓對(duì)應(yīng)Pr語一荷鼠的抗力也（=凡什足）I H重抗力）（上與水分離并算

7、）= 189.02+ 兀 8.75+0.2146 2.955 7.6- 2.955 10 174.91KN /m22（8） 荷載示意圖圖1-2圓環(huán)外圍荷載示意圖2 .內(nèi)力計(jì)算2.1 用荷載-結(jié)構(gòu)法按均質(zhì)圓環(huán)計(jì)算襯砌內(nèi)力取一米長度圓環(huán)進(jìn)行計(jì)算，其中荷載采用設(shè)計(jì)值，即考慮荷載組合系數(shù)。計(jì)算結(jié)果如下 表（已考慮荷載組合系數(shù)）：表2-1隧道圓環(huán)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果截面/度內(nèi)力垂直荷載水平荷載水平三角荷載地基抗力律每米內(nèi)力Pe1 + Pw1qe1+qw1qe2+qw2-q e1-q w1qk=k Sg800.71719.09104.3514.8210.500M/KNm1712.65-1538.06-93.00-

8、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-1156.6

9、21038.7259.109.9519.83-29.0273M/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

10、-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/KN300.791833.21177.3014.3

11、113.142338.74159Q/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內(nèi)力（紅色線條）分布圖如下:-77.67-79.08-60.163.4692.8497.4715.1854.5468.88圖2-1彎矩分布圖（KNmI 2213.112208.932295.102377.252390.332388.452338.742333.

12、622354.98圖2-2軸力分布圖（受壓 KND-12.54 0.00-29.0213.8724.2041.1572.33圖2-3剪力分布圖（KN）3 .標(biāo)準(zhǔn)管片（B）配筋計(jì)算3.1 截面及內(nèi)力確定由上述內(nèi)力計(jì)算，取 80截面處內(nèi)力進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。根據(jù)修正慣用法中的刀 縱縫接頭的存在而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體剛度降低，取圓環(huán)整體剛度為： 286285.92KN m7 1.0X0.35312EI 0.7 3.45 10而管片的內(nèi)力:M s (1 )M (1 0.3) 92.84120.69KN mNs N 2213.11KN3.2 環(huán)向鋼筋計(jì)算eoMsN7假設(shè)為大偏心構(gòu)件。120.6957mm2213.11

13、取:1.1 aa/ 50mmhe ke0 - a 1.1 57 175 50 187.7mm 2采用對(duì)稱配筋：NbxRwx /Ne bxRw(ho ) AgRg(ho a ) 其中：b = 1000mm2RW = 23.1N/mm鋼筋選用HRB33+W,貝URg = 300N/mm 2 g由此：2390.33 103 1000 x 23.13x /2390.33 10187.7 1000 x 23.1 (300 -) Ag 300 (300 50)得：(2a/ 100mm) (x 103.48mm) (0.55h0 165mm)確為大偏心。 由此算出：Ag 0取：Ag A 0.2% 1000

14、300 600mm2選配 4B14 (Ag=615.75 mm2)。3.3 環(huán)向彎矩平面承載力驗(yàn)算(按偏心受壓驗(yàn)算)Ns N 2390.33 KNbh3i .A12bh3502101mm12k/i (65650Rc)/i (-01801802925)/101 32.8查混凝土結(jié)構(gòu)基本原理表4-1得軸心受壓穩(wěn)定系數(shù):0.98Ag 2 615.75 1231.50mm2/1231.5000/ 3 %1000 350精品文檔取 A 1000 350 350000mm2Ncu (ARw Ag Rg) 0.98 (350000 23.1 1231.50 300) 8285.36KN N滿足要求。3.4

15、箍筋計(jì)算根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)基本原理，按照偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。V 72.33KN剪跨比：2925180065011.1 3.0300lh。故取 3.0。矩形截面鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件斜截面抗剪承載力：Vu ”但 fyvAvh00.07Nc1 s其中：ft混凝土抗拉強(qiáng)度（1.89N/mm2）fyv 鋼筋抗剪承載力（HPB235級(jí)，210N/mnm）N軸向壓力（要求0.3iA）c檢驗(yàn)軸壓力上限：0.3 fcA 0.3 23.1 1000 350 2425.5KN Nc 2390.33KN cc又由：1.753Vcu 1.89 1000 300 0.07 2390.33 10415.38KN V 72.

16、33KN3 1既不需要計(jì)算配箍，按構(gòu)造要求即可。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)基本原理中所述構(gòu)造要求，選配四肢箍A82004 .基本使用階段驗(yàn)算4.1 抗浮驗(yàn)算盾構(gòu)隧道位于含地下水的土層中時(shí)受到地下水的浮力作用，故需驗(yàn)算隧道的抗浮穩(wěn)定 性，用抗浮系數(shù)：G/ G P RjK jQ其中：G隧道自重G-拱背土壓力P垂直荷載R井壁與土壤間摩擦力Q水浮力則：K g 2 RcG (Pei Pwi) 2RcK Rc w8.75 22.925 28.72 667.26 2 2.925 , 八2 15.22.9252 10（注：上述計(jì)算中由于相對(duì)于垂直荷載摩擦力非常小，為計(jì)算簡(jiǎn)便，將摩擦力忽略不計(jì)）滿足要求。4.2 管片局部抗

17、壓驗(yàn)算由于管片連接時(shí)在螺栓上施加預(yù)應(yīng)力，故需驗(yàn)算螺栓與混凝土連接部位的局部抗壓強(qiáng)度。在于應(yīng)力作用下，混凝土所受到的局部壓應(yīng)力：其中：N-螺栓預(yù)應(yīng)力（同上，取 280KNDAn螺帽（或墊片）與混凝土接觸凈面積，取:_ 2_ 2An(13031 ) 12518.46mm24則:28000012518.4622.4N / mm2即需在螺帽下設(shè)置一定厚度的內(nèi)徑為Rw 23.1N /mm231mm外彳至為130mmB勺鋼圓環(huán)墊片。1欺速下載4.3 管片裂縫驗(yàn)算取最大彎矩處進(jìn)行裂縫驗(yàn)算（即0°截面），此處滿足要求，則其他位置亦可滿足。根據(jù)橋涵規(guī)范6.4.4條:lo/h(bf b)hfbh。650

18、18000.350,2.9259.48 14,取產(chǎn)1.0 ,se0h350一 as 50 125mm,221.3 X97.47ys 1 xX1000 + 125 = 182.36mm ,2208.93/ 卜0 23002z 0.87 0.12(1 f)() h00.87 0.12() 300 163.57mmes182.36s,精品文檔Ns(es z) 2390.33X103 X(182.36-163.57)2ss615.75 X163.57s- = 445.88N / mm2再根據(jù)橋涵規(guī)范6.4.3條: 裂縫寬度：ss 30 dWtk C1C2c3,（）Es 0.28 10其中：o鋼筋表面形

19、狀系數(shù)（對(duì)帶肋鋼筋取1.0 ）G作用長期影響系數(shù)（取1+0.5N1/Ns=1.5 ）G與構(gòu)件受力性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)（取0.9 ）配筋率（0.0060.02）則：445.8830 14Wtk1.0 1.5 0.9 5() 0.39mm 0.2mm2.0 10 0.28 10 0.006不滿足要求，需增加鋼筋。經(jīng)計(jì)算，鋼筋改配為 6B16即可滿足要求，驗(yàn)算過程如下:18欠0迎下載ssNs(esz)AsZ2390.33X103 X(182.36-163.57)1206.37X163.572= 227.59N/mm2則:227.5930 16Wtk1.0 1.5 0.9 5() 0.20mm 0.2mm2

20、.0 105 0.28 10 0.006滿足要求。同理，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)管片進(jìn)行驗(yàn)算，也需增加配筋為6B16。綜上所述，襯砌管片的配筋量由裂縫要求控制。彎矩越小，裂縫越大?4.4 管片接縫張開驗(yàn)算管片拼裝之際由于受到螺栓（8.8級(jí)），在接縫上產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力：N1 Ni e0c1F W其中：N螺栓預(yù)應(yīng)力引起的軸向力（由鋼結(jié)構(gòu)基本原理取280KNe0螺栓與重心軸偏心距（取 25mmF、W-襯砌截面面積和截面距當(dāng)接縫受到外荷載，由外荷載引起的應(yīng)力：N2M2c2其中：N2、M2 外荷載，由外荷載引起的內(nèi)力F、W-襯砌截面面積和截面距選取最不利接縫截面（80）,計(jì)算如下:cic2Ni Ni e028000028000

21、0 X25350 1000 1/6 X1000 X35020.457N/mm2n2 m2F W2213.11 1030.7 92.84 106350 10001/6 X1000X3502一 ， 一， 23.14N/mm均為壓力，接縫不會(huì)張開。由此可得接縫變形量:c1其中：E防水涂料抗拉彈性模量（取3MPal 涂料厚度（取 5mm則：c1 c2 E0.457 2.69X53.72mm l 3mm3若用兩只螺栓:l 2 c1 c2E0.457 2 2.69 X5 32.96mm l 3mm即環(huán)向每米寬度內(nèi)選用兩只螺栓即可滿足要求。4.5 縱向接縫強(qiáng)度驗(yàn)算近似地把螺栓看作受拉鋼筋，由此進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。

22、a負(fù)彎矩接頭（73二截面）：M = -77.67 0.754.37kN mN = 2377.25kNe0由:54.372377.250.023mmN + Ng =Rwbx精品文檔2377.25 X103 + 2 X280000 = 23.1 X1000 xx 127.1mm 0.55h0 165mm為大偏心受壓，則:Ag Rg (h0) N (- -)Ke 222e0Ne07.25 1.552 X280000 X(300-127.1/2) + 2377.25X103 X(350/2-127.1/2)2377.25X103 X23滿足要求。b正彎矩接頭(8'截面處)：20欠°迎下載M = 92.84kN mM 92.84 e0N 2213.11 由：N = 2213.11kN 0.042mmN + Ng = Rw bx2213.11 X103 + 2 X280000 = 23.1 X1000 xx 120.05mm 0.55h0 165mm為大偏心受壓，則:AgRg(h°-) N(h -)Ke22-e0Ne02.06 1.552 X280000 X(300-127.1/2) + 2377.25X103 X(350/2-127.1/2)2377.25X103 X81滿足要求。5 .構(gòu)造說明(1