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1、软土地区地铁盾构隧道课程设计计算书（共15页）姓 名 杨 均学 号 导 师 丁 文 琪土木工程学院地下建筑与工程系1 设计荷载计算1.1 结构尺寸及地层示意图图1-1 结构尺寸及地层示意图如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整：。按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。1.2 隧道外围荷载标准值计算（1） 自重 （2）竖向土压若按一般公式： 由于h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8mD=6.55m，属深埋隧道。应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压：a太沙基公式：其中： （加权平均值）则：b普氏公式：取竖向土压为太沙基公式计算值，即：。（3） 拱背土压。其中
2、：。（4） 侧向主动土压其中：，则：（5） 水压力按静水压考虑：a竖向水压：b侧向水压：（6） 侧向土壤抗力衬砌圆环侧向地层（弹性）压缩量：其中：衬砌圆环抗弯刚度取衬砌圆环抗弯刚度折减系数取；则：（7） 拱底反力其中：，与拱背土压对应则：。（8） 荷载示意图图1-2 圆环外围荷载示意图2 内力计算2.1 用荷载-结构法按均质圆环计算衬砌内力取一米长度圆环进行计算，其中荷载采用设计值，即考虑荷载组合系数。计算结果如下表（已考虑荷载组合系数）：表2-1 隧道圆环内力计算结果截面/度内力垂直荷载水平荷载水平三角荷载地基抗力自重每米内力pe1+pw1qe1+qw1qe2+qw2-qe1-qw1qk=k
3、g800.71 719.09 104.35 14.82 10.50 0M/KNm1712.65 -1538.06 -93.00 -15.09 30.97 97.47 0N/KN0.00 2103.33 95.38 15.33 -5.12 2208.93 0Q/KN0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 8M/KNm1646.30 -1478.48 -90.28 -14.65 29.95 92.84 8N/KN45.36 2062.59 94.45 15.18 -4.47 2213.11 8Q/KN-322.78 289.88 13.27 2.13 4.96 -12.54 4
4、0.5M/KNm267.92 -240.61 -27.18 -4.35 7.67 3.46 40.5N/KN987.85 1216.18 69.20 11.66 10.21 2295.10 40.5Q/KN-1156.62 1038.72 59.10 9.95 19.83 -29.02 73M/KNm-1419.85 1275.11 78.07 14.51 -25.51 -77.67 73N/KN2141.88 179.80 16.72 2.94 35.92 2377.25 73Q/KN-654.84 588.08 54.68 9.61 16.34 13.87 90M/KNm-1712.65
5、1538.06 111.60 19.18 -35.28 -79.08 90N/KN2342.08 0.00 0.00 0.00 48.24 2390.33 90Q/KN0.00 0.00 19.08 0.00 5.12 24.20 105.5M/KNm-1468.03 1318.38 109.15 14.09 -33.74 -60.16 105.5N/KN2174.82 150.21 7.26 3.68 52.48 2388.45 105.5Q/KN603.13 -541.65 -26.17 -13.27 19.11 41.15 138M/KNm179.02 -160.77 -0.73 -3.
6、57 1.24 15.18 138N/KN1048.63 1161.60 101.42 11.39 31.94 2354.98 138Q/KN1164.63 -1045.91 -91.32 10.26 34.67 72.33 159M/KNm1272.75 -1143.00 -91.38 -12.11 28.29 54.54 159N/KN300.79 1833.21 177.30 14.31 13.14 2338.74 159Q/KN783.58 -703.70 -68.06 5.49 23.61 40.92 180M/KNm1712.65 -1538.06 -130.20 -15.09 3
7、9.58 68.88 180N/KN0.00 2103.33 209.85 15.33 5.12 2333.62 180Q/KN0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 内力（红色线条）分布图如下：图2-1 弯矩分布图（KNm）图2-2 轴力分布图（受压KN）图2-3 剪力分布图（KN）3 标准管片(B)配筋计算3.1 截面及内力确定由上述内力计算，取80截面处内力进行内力计算。根据修正惯用法中的-法，由于纵缝接头的存在而导致结构整体刚度降低，取圆环整体刚度为：而管片的内力：3.2 环向钢筋计算假设为大偏心构件。取： 采用对称配筋：其中：钢筋选用HRB335钢，则由此：得：确
8、为大偏心。由此算出：取：选配4B14（A/g=615.75 mm2）。3.3环向弯矩平面承载力验算（按偏心受压验算）查混凝土结构基本原理表4-1，得轴心受压稳定系数： 取满足要求。3.4 箍筋计算根据混凝土结构基本原理，按照偏心受压构件进行计算。剪跨比：故取。矩形截面钢筋混凝土偏心受压构件斜截面抗剪承载力：其中：ft混凝土抗拉强度（1.89N/mm2）fyv钢筋抗剪承载力（HPB235级，210N/mm2）Nc轴向压力（要求）检验轴压力上限：又由：既不需要计算配箍，按构造要求即可。根据混凝土结构基本原理中所述构造要求，选配四肢箍A8200。4 基本使用阶段验算4.1 抗浮验算盾构隧道位于含地下
9、水的土层中时受到地下水的浮力作用，故需验算隧道的抗浮稳定性，用抗浮系数：其中：G/隧道自重G拱背土压力P垂直荷载Rj井壁与土壤间摩擦力Q水浮力则：（注：上述计算中由于相对于垂直荷载摩擦力非常小，为计算简便，将摩擦力忽略不计）满足要求。4.2 管片局部抗压验算由于管片连接时在螺栓上施加预应力，故需验算螺栓与混凝土连接部位的局部抗压强度。在于应力作用下，混凝土所受到的局部压应力：其中：N螺栓预应力（同上，取280KN）An螺帽（或垫片）与混凝土接触净面积，取：则：即需在螺帽下设置一定厚度的内径为31mm、外径为130mm的钢圆环垫片。4.3 管片裂缝验算取最大弯矩处进行裂缝验算（即00截面），此处
10、满足要求，则其他位置亦可满足。根据桥涵规范6.4.4条：，取s=1.0 ，；再根据桥涵规范6.4.3条：裂缝宽度：，其中：C1钢筋表面形状系数（对带肋钢筋取1.0 ）C2作用长期影响系数（取1+0.5N1/Ns=1.5 ）C3与构件受力性质有关的系数（取0.9 ）配筋率（）则：；不满足要求，需增加钢筋。经计算，钢筋改配为6B16即可满足要求，验算过程如下：，则：；满足要求。同理，对标准管片进行验算，也需增加配筋为6B16 。综上所述，衬砌管片的配筋量由裂缝要求控制。弯矩越小，裂缝越大？4.4 管片接缝张开验算管片拼装之际由于受到螺栓（8.8级），在接缝上产生预应力：其中：N1螺栓预应力引起的轴
11、向力（由钢结构基本原理取280KN）e0螺栓与重心轴偏心距（取25mm）F、W衬砌截面面积和截面距当接缝受到外荷载，由外荷载引起的应力：其中：N2、M2外荷载，由外荷载引起的内力F、W衬砌截面面积和截面距选取最不利接缝截面（80），计算如下：均为压力，接缝不会张开。由此可得接缝变形量：其中：E防水涂料抗拉弹性模量（取3MPa）l涂料厚度（取5mm）则：若用两只螺栓：即环向每米宽度内选用两只螺栓即可满足要求。4.5 纵向接缝强度验算近似地把螺栓看作受拉钢筋，由此进行强度验算。a负弯矩接头（73截面）： 由：为大偏心受压,则：满足要求。b正弯矩接头（8截面处）： 由：为大偏心受压,则：满足要求。5
12、 构造说明（1） 混凝土保护层厚度地下结构的特点是外侧与土、水相接触，内测相对湿度较高。故受力钢筋保护层厚度最小厚度比地面机构增加510mm。本设计中c=40mm。（2） 横向受力钢筋为便于施工，将横向钢筋与纵向分布钢筋制成焊网。外侧横向钢筋为一闭合钢筋圈，内侧钢筋则沿横向通常配置。（3） 分布钢筋由于考虑混凝土的收缩、温差影响、不均匀沉降等因素的作用，必须配置一定数量的纵向分布钢筋。纵向分布钢筋的配筋率：顶、底板应大于0.15%，对侧墙应大于0.20%，则本设计的纵向分布钢筋：顶、底板（一侧）：，配B12250(As=452mm2)；侧 墙（一侧）：，配B14250(As=616mm2)；中 墙（一侧）：，配B12250(As=452mm2)。（4） 箍筋断面厚度足够，不用配置箍筋。（5） 刚性节点构造框架转角处的节点构造应保证整体性，根据此处钢筋的布置原则，此点构造说明如下：a 沿斜托单独配置直线钢筋B12200；b 沿着框架转角处外侧的钢筋，其钢筋弯曲半径R=200mm1810=180mm ；c 为避免在转角部分的内侧发生拉力时，内侧钢筋与外侧钢筋无联系，是表面混凝土容易脱落，故在角部配置箍筋B12100（6） 锚固长度根据桥
