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1、暗挖隧道 断面 A 结构计算书一、 工程概况暗挖隧道断面 A 适用于里程：右 CRK0+385.715K0+876.000，左CRK0+385.715K0+906.500。施工采用暗挖台阶法，覆土高度从 3.7m 到 10.8m。选取覆土最深的右线 CRK0+488.000 处断面进行结构内力计算。计算程序采用 Midas 有限元软件(6.1.1 版)，荷载组合按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)执行，断面尺寸配筋计算及相关验算按混凝土结构设计规范（GB50010-2002）相关规定执行。二、 工程地质与水文地质情况结构所处地质属于第四系地质，土层基本上以填土、粉土、粉质粘土、砂土和
2、圆砾卵石为主，含有一定的粘土；结构所处土层为卵石圆砾（5） ，中粗砂（5-1） ，粉土（6-2） ，中粗砂（ 7-1） ，结构上主要覆土为填土、粉土、粉质粘土、粉细砂、中粗砂。根据提供的地质资料，计算采用地质资料提供的地层参数，其地质情况及参数选取见表 1。计算水位采用地质报告提供的抗浮水位（标高 30m） 。表 1：土层参数表编号 土层名称 厚度(m) 容重(kN/m3) C(kPa) () 静侧压系 数1-1 杂填土 1.8 16.5 2 粉土 1.1 19.2 29 29 2-1 粉质粘土 0.5 19.5 36 19 0.482 粉土 1.7 19.2 29 29 2-3 粉细砂 1.
3、0 19.5 0 25 0.402-4 中粗砂 2.5 19.8 0 32 0.405 卵石圆砾 2.7 21.0 0 50 0.255-1 中粗砂 1.2 20.5 0 40 0.336-2 粉土 3.0 19.1 18 28 0.417-1 中粗砂 2.2 20.8 0 32 0.2覆土加权容重 =19.4kN/m3；iih0断面所在土层加权容重 20.3kN/m3 ，ii1断面土层加权侧压系数为 =0.33，iihK水平与竖直基床系数按地质报告资料取平均值为 55 MPa/m3。三、 结构尺寸的拟定结构高 6.28m，宽 5.9m，初衬厚 0.25m，二衬厚 0.3m，具体结构断面尺寸如
4、图 1 所示。图 1：暗挖隧道单线马蹄形断面图四、 模型及荷载组合1. 计算模型本次计算按照平面应变模型进行，采用结构荷载模式。根据地下结构的埋深以及穿越土层的地质特点，将结构覆土换算成上覆土荷载和侧土压力荷载，施加在结构上进行结构内力分析。二衬结构计算时考虑水压力的作用，采用水土分算及水土合算分别进行内力分析。计算时假定初衬承担全部土荷载，不承担水荷载。二衬承担 70的土荷载及全部的水荷载。2. 荷载组合：基本组合 1.35永久荷载标准值1.40.7活载标准值准永久组合 永久荷载标准值0.7活载标准值施工阶段荷载组合 基本组合0.9抗震偶然组合 1.2永久荷载标准值1.40.7活载标准值地震
5、荷载标准值人防偶然组合 1.2永久荷载人防荷载对于暗挖地下区间及附属结构计算，初衬由施工阶段荷载组合控制，二衬由正常使用极限状态（最大裂缝）或承载能力极限状态控制，本区间暗挖隧道断面小，埋深大，偶然组合不控制二衬结构的配筋。五、 荷载计算及计算简图1. 荷载计算地面超载：20kN/m 3，由于结构覆土比较高，计算中地面超载可忽略不计；1） 初衬荷载标准值：覆土加权容重 19.4kN/m 3，断面土层加权容重 20.30kN/m 3。土层含水量 1w20%，考虑施工降水作用含水量 w 减少 10%，则：覆土计算容重 ；30/6.17.mkN断面土层计算容重 31 /5.8.0顶拱竖向土压力：10
6、.817.6+0.12518.5=192.4kN/m100he结构侧向土压力：=192.40.3363.5kN/m1K=(192.4+6.03 18.5)0.33100.3 kN/m122e底拱地基反力由地基弹簧变形提供，结构自重由程序自行考虑。2） 二衬荷载标准值：a) 水土合算顶拱竖向土压力：10.819.40.7+0.420.30.7=152.3kN/m7.07.01hhe结构侧向土压力：=152.30.3350.3kN/m1K=(152.3+5.33 20.3 0.7)0.3375.3 kN/m11227.0Khe底拱地基反力由地基弹簧变形提供，结构自重由程序自行考虑。b) 水土分算顶
7、拱竖向水压力： =(11.2-10.7)10=4.7kN/mwhp10结构侧向水压力：p 1= p0=4.7 kN/m=5.810=58.0kN/m2底拱水压力：p 3=p2=58.0 kN/m顶拱竖向土压力：10.819.40.7+0.410.30.7=150.0kN/m7.0)(7.011hhew结构侧向土压力：=150.00.3349.5 kN/m1K=(150.0+5.3310.30.7)0.3362.2 kN/m1122 7.0Khew底拱地基反力按计算由地基弹簧变形提供，结构自重由程序自行考虑。2. 计算简图初衬计算简图见图 2，二衬计算简图见图 3（水土合算） 、图 4（水土分算
8、） 。e=9.kN/m 63.5k/12e =10.3kN/e =10.3kN/21 6.5k/图 2：暗挖隧道马蹄形断面初衬计算简图e =50.3kN/m12e =75.3kN/me=152.3k/e =75.3kN/m21e =50.3kN/m图 3：暗挖隧道马蹄形断面二衬计算简图（水土合算） e =49.5kN/12e =6.k/m50./e =62.kN/m1e =49.k/pp .7/2p 58.0/ p 58.0/21p .7/图 4：暗挖隧道马蹄形断面二衬计算简图（水土分算）六、 计算结果及配筋计算1. 初衬计算结果及配筋计算计算参数：初衬混凝土为 C20；b=1m，h=0.25
9、m ，净保护层厚 c=40mm；结构重要性系数取为 0.9，按对称配筋计算。初衬内力图见图 5图 7。配筋结果见下表，其中 L0 为构件计算长度， 为经验系数， 为相对受压区高度。表 2：暗挖隧道马蹄形断面初衬计算结果表1.0 0.80位置 M(kN.m) N(kN) L0（ m） 配筋 配筋拱顶 91 -436 3.0 0.186 425 0.148 325拱中部 -90 -620 2.5 0.264 325 0.209 322边墙底部 -101 -728 1.0 0.310 325 0.245 320底板侧部 68 -473 -1.0 0.198 318 0.157 316底板中部 -10
10、7 -512 -3.5 0.218 425 0.174 325注：底板净保护层厚度为外 40mm，内 20mm，脚部考虑锁脚锚杆及钢域的影响，可减小配筋。初衬结构最大剪力值（承载能力状态）为 375kN，需配置间距为 200mm 的14 抗剪钢筋-473 -473 -514 -512 -512 -512 -512 -512 -513 -472 -472 -740 -728 -71 -706 -695 -692 -69 -704 -692 -63 -620-5 -512 -46 -437 -436 -465 -51 -56 -620 -6 -692-704 -69 -692 -695 -705
11、-71 -728 -740 MIDAS/CivlPOST-PROESORBEA IAGM二 二-4.2905e+02-.7342-4.856e+02-.1390-5.42e+02-.706-5.9859e+02-6.27042-.536e+02-6.809-7.12e+02-.4075CB: 1MAX :27IN41二 二 :二 二 二 二二 二 kN二 二 :10/29/04二 二 -二 二X:0.0Y:-1.Z:0.0图 5：暗挖隧道单线马蹄断面初衬弯矩图（单位 kN.m） 453 269 6 17 -2 3 3 -17 -71 -273 -456 347 237 137 47 -82 -
12、19 130 93 41 -6 -108 -13-136 -17 -82 81 16 135 13 109 68 -41 -93 -139 82 -47 -137 -237 -347 MIDAS/CivlPOST-PROESORBEA IAGM二 二 -z4.5349e+02.70852.16e+02.0571.289e+020.0-4.2586e+01-1.172-2.06e+0-.9432-3.70e+0-4.522CB: 1MAX :IN1二 二 :二 二 二 二二 二 k二 二 :10/29/04二 二 -二 二X:0.0Y:-1.Z:0.0图 6：暗挖隧道单线马蹄断面初衬剪力图（单位
13、 kN）263 -68 -98 -106 -106 -106 -107 -107 -10 -71 263 263 10 -60 -69 -69 -43 -52 -85 -90 -90 -74 -40 46 7 91 91 7 48 -38 -74 -90 -90 -85 -52 -43 -69 -70 -60 10 263 MIDAS/CivlPOST-PROESORBEA IAGM二 二 -y2.63017e+02.941.578e+02.62191.853e+029.4616.13205e+02.7410.0e+0-3.952781-7.1439e+0-.0672CB: 1MAX :IN7
14、二 二 :二 二 二 二二 二 k*m二 二 :10/29/04二 二 -二 二X:0.0Y:-1.Z:0.0图 7：暗挖隧道单线马蹄断面初衬轴力图（单位 kN）2. 二衬计算结果及配筋计算计算参数：二衬混凝土为 C30；h=0.3m，b=1.0m ；净保护层厚 c=35mm；按对称配筋计算；裂缝验算按混凝土结构设计规范（GB50010-2002 ） 的有关规定执行，其中结构外侧允许裂缝最大宽度为 0.2mm，内侧为 0.3mm。断面结构承载能力按偏心受力构件，对称配筋计算，承载能力组合状态下内力图见图 8图 13，计算结果见表 3表 6。1） 水土合算计算结果表 3：暗挖隧道马蹄形断面二衬配
15、筋计算（水土合算）位置 M(kN.m) N(kN) L0(m) 配筋拱顶 97 -323 3.0 0.088 518拱中部 -80 -537 2.0 0.146 316边墙底部 -102 -684 1.5 0.186 416底板边部 102 -679 1.5 0.185 416底板中部 -146 -610 2.5 0.167 520表 4：暗挖隧道马蹄形断面二衬裂缝验算（水土合算）位置 M(kN.m) N(kN) 配筋 W(mm) 允许 w(mm)拱顶 72 -239 518 0.14 0.3拱中部 -59 -398 416 0.10 0.2边墙底部 -76 -507 516 0.11 0.2底板边部 76 -503 516 0.11 0.2底板中部 -108 -452 520 0.21 0.3水土合算时二衬结构最大剪力值（承载能力状态）为 198kN，小于构件混凝土的抗剪承载力 335kN。因此，仅需按构造配置箍筋。 -32 -348-38 -46 -487 -537 -570 -574 -570 -57 -594 -619 -684 -679 -617 -612 -610 -610 -612 -617
