北京地鐵礦山法隧道設(shè)計施工設(shè)計手冊－終稿

《北京地鐵礦山法隧道設(shè)計施工設(shè)計手冊》結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計方法主要設(shè)計原則（1）滿足施工工藝、行車運營、城市規(guī)劃、環(huán)境保護、放水、防災(zāi)、防迷流、防腐蝕和人民防空等要求。（2）采取有效措施，滿足地鐵設(shè)計規(guī)范規(guī)定的耐久性要求。根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求，保證結(jié)構(gòu)強度、剛度，并滿足抗傾覆、滑移、漂浮、疲勞、變形、抗裂或裂隙寬度的驗算要求。（3）減少施工中和建成后對環(huán)境造成的不利影響，并考慮城市規(guī)劃引起周圍環(huán)境的改變對地鐵結(jié)構(gòu)的影響。（4）以勘察資料為依據(jù)，根據(jù)沿線不同地段的具體條件，通過對技術(shù)、環(huán)境影響和使用效果等綜合評價，選擇施工方法和結(jié)構(gòu)型式。（5）結(jié)構(gòu)的凈空尺寸應(yīng)滿足地下鐵道建筑限界和其他施工及施工工藝等的要求，并考慮施工誤差，結(jié)構(gòu)變形及位移的影響。（6）結(jié)構(gòu)計算模型應(yīng)符合實際工況條件，充分考慮結(jié)構(gòu)與地層的相互作用，以及施工中已形成的支護結(jié)構(gòu)和防水結(jié)構(gòu)的作用。（7）結(jié)構(gòu)的地震作用應(yīng)符合8度抗震設(shè)防烈度的要求，主體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防為乙級，應(yīng)參照《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》進行抗震驗算，并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。非承重構(gòu)件（建筑隔墻、裝飾構(gòu)件、管道安裝等）亦應(yīng)采取抗震措施。（8）與既有車站相交或換乘的節(jié)點結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)充分考慮施工工藝對既有結(jié)構(gòu)和運營的影響。（9）與規(guī)劃線路相交或換乘的節(jié)點，根據(jù)工程相互關(guān)系，應(yīng)采取便于遠期工程實施的預(yù)留措施。（10）地鐵地下結(jié)構(gòu)須具有戰(zhàn)時防護功能。所有地下車站的出入口和通風(fēng)道均設(shè)置防護段。在規(guī)定的設(shè)防部位，按5級人防設(shè)防；與其它地鐵連接處，按與較高設(shè)防標準等強的原則考慮。（11）車站結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)采取防止雜散電流腐蝕的措施。（12）鋼結(jié)構(gòu)及鋼連接應(yīng)進行防銹與防火處理。（13）地下水對混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)有腐蝕的地段，尚應(yīng)進行防腐處理。（14）車站結(jié)構(gòu)所有受力構(gòu)件，尚應(yīng)滿足現(xiàn)行的“建筑設(shè)計防火規(guī)范”有關(guān)規(guī)定。有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)標準（1）地下車站主體結(jié)構(gòu)與出入口、風(fēng)道等主要構(gòu)件的工程等級為一級。（2）地下車站主體結(jié)構(gòu)與出入口、風(fēng)道與風(fēng)停的耐火等級為一級。（3）車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計以地震安評報告為依據(jù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，以提高結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。當結(jié)構(gòu)上部有地面建（構(gòu)）筑物時，應(yīng)按整體檢算抗震能力。車站中框架結(jié)構(gòu)的抗震等級按二級考慮，按抗震烈度8度設(shè)防。（4）結(jié)構(gòu)中永久構(gòu)件的安全等級為一級，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)取1.1；臨時構(gòu)件的安全等級為三級，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)取0.9；在人防荷載或地震荷載組合作用下，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)取1.0。（5）按工程地質(zhì)及水文地質(zhì)祥勘資料提供的抗浮設(shè)防水位進行抗浮穩(wěn)定性驗算，在不計側(cè)壁摩阻力時，其抗浮安全系數(shù)不得小于1.05；當計及側(cè)壁摩阻力時，其抗浮安全系數(shù)不得小于1.15?？垢〈胧?yīng)針對施工階段和使用階段采取相應(yīng)的工程措施，但不宜采用消浮或或底板錨桿的措施。（6）結(jié)構(gòu)設(shè)計在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)站位地下水水位和地下水腐蝕性等情況，滿足防水和防腐蝕設(shè)計的要求。當結(jié)構(gòu)處于有腐蝕性地下水時應(yīng)采取抗侵蝕措施，砼抗侵蝕系數(shù)不低于0.8。（7）在永久荷載和基本荷載組合作用下，應(yīng)按荷載效應(yīng)標準組合并考慮長期作用影響進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫驗算。二類環(huán)境砼構(gòu)件的裂縫寬度（迎土面）應(yīng)不大于0.2mm，一類環(huán)境（非迎土面及內(nèi)部砼構(gòu)件）砼構(gòu)件的裂縫寬度均應(yīng)不大于0.3mm。當計及地震、人防或其它偶然荷載作用時，可不驗算結(jié)構(gòu)的裂縫寬度。隧道設(shè)計方法.1隧道設(shè)計理論的歷史隧道工程建筑物是埋置于地層中的結(jié)構(gòu)物，它的受力和變形與圍巖密切相關(guān)，支護結(jié)構(gòu)與圍巖作為一個統(tǒng)一的受力體系相互約束，共同工作。這種共同作用正是地下結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別，所以如何恰當?shù)胤从持ёo結(jié)構(gòu)與圍巖相互作用的力學(xué)特征，正是支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算理論需要解決的重要課題。隧道工程從開挖、支護，直到形成穩(wěn)定的地下結(jié)構(gòu)體系所經(jīng)歷的力學(xué)過程中，圍巖的地質(zhì)因素、施工過程等因素對圍巖－結(jié)構(gòu)體系終極狀態(tài)的安全性影響極大。準確地將其反映到計算模型中，是十分困難的。由此可見，地下結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型必須符合下述條件：=1\*GB3①與實際工作狀態(tài)一致，能反映圍巖的實際狀態(tài)以及與支護結(jié)構(gòu)的接觸狀態(tài)；=2\*GB3②荷載假定應(yīng)與在修建洞室過程(各作業(yè)階段)中荷載發(fā)生的情況一致；=3\*GB3③算出的應(yīng)力狀態(tài)要與經(jīng)過長時間使用的結(jié)構(gòu)所發(fā)生的應(yīng)力變化和破壞現(xiàn)象一致；=4\*GB3④材料性質(zhì)和數(shù)學(xué)表達要等價。只要符合上述條件，任何計算方法都會獲得合理的結(jié)果。顯然，洞室支護體系的力學(xué)模型是與所采用的支護結(jié)構(gòu)的構(gòu)造及其材料性質(zhì)、巖體內(nèi)發(fā)生的力學(xué)過程和現(xiàn)象以及支護結(jié)構(gòu)與圍巖相互作用的規(guī)律等有關(guān)。地下工程支護結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展至今已有百余年的歷史，它與巖土力學(xué)的發(fā)展有著密切關(guān)系。土力學(xué)的發(fā)展促使著松散地層圍巖穩(wěn)定和圍巖壓力理論的發(fā)展，而巖土力學(xué)的發(fā)展促使圍巖壓力和地下工程支護結(jié)構(gòu)理論的進一步飛躍。隨著新奧法施工技術(shù)的出現(xiàn)以及巖土力學(xué)、測試儀器、計算機技術(shù)和數(shù)值分析方法的發(fā)展，地下工程支護結(jié)構(gòu)理論正在逐漸成為一門完善的科學(xué)。地下工程支護結(jié)構(gòu)理論的一個重要問題是如何確定作用在地下結(jié)構(gòu)的荷載以及如何考慮圍巖的承載能力。從這方面講，支護結(jié)構(gòu)計算理論的發(fā)展大概可分為3個階段。(1)剛性結(jié)構(gòu)階段19世紀的地下建筑物大都是以磚石材料砌筑的拱形圬工結(jié)構(gòu)，這類建筑材料的抗拉強度很低，且結(jié)構(gòu)物中存在有較多的接觸縫，容易產(chǎn)生斷裂。為了維護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，當時的地下結(jié)構(gòu)截面都擬定得很大，結(jié)構(gòu)受力后產(chǎn)生的彈性變形較小，因而最先出現(xiàn)的計算理論是將地下結(jié)構(gòu)視為剛性結(jié)構(gòu)的壓力線理論。壓力線理論認為，地下結(jié)構(gòu)是由一些剛性塊組成的拱形結(jié)構(gòu)，所受的主動荷載是地層壓力，當?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)處于極限平衡狀態(tài)時，它是由絕對剛體組成的三鉸拱靜定體系，鉸的位置分別假設(shè)在墻底和拱頂，其內(nèi)力可按靜力學(xué)原理進行計算。這種計算理論認為，作用在支護結(jié)構(gòu)上的壓力是其上覆巖層的重力，沒有考慮圍巖自身的承載能力。由于當時地下工程埋置深度不大，因而曾一度認為這些理論是正確的。壓力線假設(shè)的計算方法缺乏理論依據(jù)，一般情況偏于保守，所設(shè)計的襯砌厚度將偏大很多。(2)彈性結(jié)構(gòu)階段19世紀后期，混凝土和鋼筋混凝土材料陸續(xù)出現(xiàn)，并用于建造地下工程，使地下結(jié)構(gòu)具有較好的整體性。從這時起，地下結(jié)構(gòu)開始按彈性連續(xù)拱形框架用超靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。作用在結(jié)構(gòu)上的荷載是主動的地層壓力，并考慮了地層對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彈性反力的約束作用。由于有了比較可靠的力學(xué)原理為依據(jù)，故至今在設(shè)計地下結(jié)構(gòu)時仍時有采用。這類計算理論認為，當?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)埋置深度較大時，作用在結(jié)構(gòu)上的壓力不是上覆巖層的重力而只是圍巖坍落體積內(nèi)松動巖體的重力——松動壓力。松動壓力理論是基于當時的支護技術(shù)發(fā)展起來的。由于當時的掘進和支護所需的時間較長，支護與圍巖之間不能及時緊密相貼，致使圍巖最終有一部分破壞、塌落，形成松動圍巖壓力。但當時并沒有認識到這種塌落并不是形成圍巖壓力的唯一來源，也不是所有的情況都會發(fā)生塌落，更沒有認識到通過穩(wěn)定圍巖，可以發(fā)揮圍巖的自身承載能力。對于圍巖自身承載能力的認識又分為以下2個階段。①假定彈性反力階段地下結(jié)構(gòu)襯砌是埋設(shè)在巖土內(nèi)的結(jié)構(gòu)物，它與周圍巖體相互接觸，因此襯砌在承受巖體所給的主動壓力作用產(chǎn)生彈性變形的同時，將受到地層對其變形的約束作用。地層對襯砌變形的約束作用力就稱之為彈性反力。這樣計算理論便進入了假定彈性反力階段。彈性反力的分布是與襯砌的變形相對應(yīng)的。20世紀初期，康姆列爾(O．Kommerall)、約翰遜(Johason)等人提出彈性反力的分布圖形為直線(三角形或梯形)。這種假定彈性反力法的缺點是過高估計了地層彈性反力的作用，使結(jié)構(gòu)設(shè)計偏于不安全。為了彌補這一缺點，結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的安全系數(shù)常常被提高3.5~4以上。1934年，朱拉夫(Г.Гзуаобв)和布加耶娃(O.E.oyкaeвa)對拱形結(jié)構(gòu)按變形曲線假定了月牙形的彈性反力圖形，并按局部變形理論認為彈性反力與結(jié)構(gòu)周邊地層的沉陷成正比。該法將拱形襯砌(曲墻式或直墻式)的拱圈與邊墻整體考慮，視為一個直接支承在地層上的高拱，用結(jié)構(gòu)力學(xué)原理計算其內(nèi)力。由于該法按結(jié)構(gòu)的變形曲線假定了地層彈性反力的分布圖形，并由變形協(xié)調(diào)條件計算彈性反力的量值，因此比前一種假定彈性反力法合理。②彈性地基梁階段由于假定彈性反力法對其分布圖形的假定有較大的任意性，人們開始研究將邊墻視為彈性地基梁的結(jié)構(gòu)計算理論，將隧道邊墻視為支承在側(cè)面和基底地層上的雙向彈性地基梁，即可計算在主動荷載作用下拱圈和邊墻的內(nèi)力。首先應(yīng)用的彈性地基梁理論是局部變形理論。20世紀30年代，蘇聯(lián)地下鐵道設(shè)計事務(wù)所提出按圓環(huán)地基局部變形理論計算圓形隧道襯砌的方法，20世紀50年代又將其發(fā)展為側(cè)墻(指直邊墻)按局部變形彈性地基梁理論計算拱形結(jié)構(gòu)的方法。共同變形彈性地基梁理論在稍后也被用于地下結(jié)構(gòu)計算。1939和1950年，達維多夫先后發(fā)表了按共同變形彈性地基梁理論計算整體式地下結(jié)構(gòu)的方法。1954年，奧爾洛夫(C．A．Oрлов)用彈性理論進一步研究了按地層共同變形理論計算地下結(jié)構(gòu)的方法。舒爾茨(S．Schuze)和杜德克(H．Dudek)在1964年分析圓形襯砌時，不但按共同變形理論考慮了徑向變形的影響，而且還計入切向變形的影響。按共同變形理論計算地下結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，在于它以地層的物理力學(xué)特征為依據(jù)，并考慮各部分地層沉陷的相互影響，在理論上比局部變形理論有所進步。(3)連續(xù)介質(zhì)階段由于人們認識到地下結(jié)構(gòu)與地層是一個受力整體，20世紀中期以來，隨著巖體力學(xué)開始形成一門獨立的學(xué)科，用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論計算地下結(jié)構(gòu)內(nèi)力的方法也逐漸發(fā)展。圍巖的彈性、彈塑性及粘彈性解答逐漸出現(xiàn)。這種計算方法以巖體力學(xué)原理為基礎(chǔ)，認為坑道開挖后向洞室內(nèi)變形而釋放的圍巖壓力將由支護結(jié)構(gòu)與圍巖組成的地下結(jié)構(gòu)體系共同承受。一方面圍巖本身由于支護結(jié)構(gòu)提供了一定的支護阻力，從而引起它的應(yīng)力調(diào)整達到新的平衡；另一方面，由于支護結(jié)構(gòu)阻止圍巖變形，它必然要受到圍巖給予的反作用力而發(fā)生變形。這種反作用力和圍巖的松動壓力極不相同，它是支護結(jié)構(gòu)與圍巖共同變形過程中對支護結(jié)構(gòu)施加的壓力，稱為形變壓力。這種計算方法的重要特征是把支護結(jié)構(gòu)與巖體作為一個統(tǒng)一的力學(xué)體系來考慮。兩者之間的相互作用則與巖體的初始應(yīng)力狀態(tài)、巖體的特性、支護結(jié)構(gòu)的特性、支護結(jié)構(gòu)與圍巖的接觸條件以及參與工作的時間等一系列因素有關(guān)，其中也包括施工技術(shù)的影響。由連續(xù)介質(zhì)力學(xué)建立地下結(jié)構(gòu)的解析計算法是一個困難的任務(wù)，目前僅對圓形襯砌有了較多的研究成果。典型的有史密德(H．Schmid)和溫德爾斯(R．Windels)得出了有壓水工隧道的彈性解；費道洛夫(B．Л．Федоров)得出了有壓水工隧洞襯砌的彈性解；繆爾伍德(A．M．Muirwood)得出了圓形襯砌的簡化彈性解析解；柯蒂斯(D．J．Curtis)又對繆爾伍德的計算方法做了改進；塔羅勃(J．Talobre)和卡斯特奈(H．Kastner)得出了圓形洞室的彈塑性解；塞拉格(S．Serata)、柯蒂斯和櫻井春輔采用巖土介質(zhì)的各種流變模型進行了圓形隧道的粘彈性分析；我國學(xué)者也按彈塑性和粘彈性本構(gòu)模型進行了很多研究工作，發(fā)展了圓形隧道的解析解理論，利用地層與襯砌之間的位移協(xié)調(diào)條件，得出圓形隧道的彈塑性和粘彈性解。20世紀60年代以來，隨著計算機技術(shù)的推廣和巖土介質(zhì)本構(gòu)關(guān)系研究的進步，地下結(jié)構(gòu)的數(shù)值計算方法有了很大的發(fā)展。有限元法、邊界元法及離散元法等數(shù)值解法迅速發(fā)展，模擬圍巖彈塑性、粘彈塑性及巖體節(jié)理面等大型程序已經(jīng)很多，使得連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的計算應(yīng)用范圍得到擴大。這些理論都是以支護與圍巖共同作用和需得知地應(yīng)力及施工條件為前提的，比較符合地下工程的力學(xué)原理。然而，計算參數(shù)還難以準確獲得，如原巖應(yīng)力、巖體力學(xué)參數(shù)及施工因素等。另外，人們對巖土材料的本構(gòu)模型與圍巖的破壞失穩(wěn)準則還認識不足。因此，目前根據(jù)共同作用所得的計算結(jié)果，一般也只能作為設(shè)計參考依據(jù)。與此同時，錨桿與噴射混凝土一類新型支護的出現(xiàn)和與此相應(yīng)的一整套新奧地利隧道設(shè)計施工方法的興起，終于形成了以巖體力學(xué)原理為基礎(chǔ)的、考慮支護與圍巖共同作用的地下工程現(xiàn)代支護理論。現(xiàn)代支護理論的形成與發(fā)展，首先是由于錨噴支護結(jié)構(gòu)的大量使用，它可在圍巖松動之前及時加固圍巖，其應(yīng)用實踐給人們積累了豐富的經(jīng)驗。新奧法是典型的代表，尤其是現(xiàn)場監(jiān)控量測的應(yīng)用。到20世紀80年代又將現(xiàn)場監(jiān)控量測與理論分析結(jié)合起來，發(fā)展成為一種適應(yīng)地下工程特點和當前施工技術(shù)水平的新設(shè)計方法——現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)計方法(也稱信息化設(shè)計方法)。目前，工程中主要使用的工程類比設(shè)計法，也正在向著定量化、精確化和科學(xué)化方向發(fā)展。地下工程支護結(jié)構(gòu)理論的另一類內(nèi)容，是巖體中由于節(jié)理裂隙切割而形成的不穩(wěn)定塊體失穩(wěn)，一般應(yīng)用工程地質(zhì)和力學(xué)計算相結(jié)合的分析方法，即巖石塊體極限平衡分析法。這種方法主要是在工程地質(zhì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)極限平衡理論，研究巖塊的形狀和大小及其塌落條件，以確定支護參數(shù)。與此同時，在地下工程支護結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用可靠性理論、推行概率極限狀態(tài)設(shè)計研究方面也取得了重要進展。采用動態(tài)可靠度分析法，即利用現(xiàn)場監(jiān)測信息，從反饋信息的數(shù)據(jù)預(yù)測地下工程的穩(wěn)定可靠度，從而對支護結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，是改善地下工程支護結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效途徑?？紤]各主要影響因素及準則本身的隨機性，可將判別方法引入可靠度范疇。在計算分析方法研究方面，隨機有限元(包括攝動法、紐曼法、最大熵法和響應(yīng)面法等)、Monte-Carlo模擬、隨機塊體理論和隨機邊界元法等一系列新的地下工程支護結(jié)構(gòu)理論分析方法近年來都有了較大的發(fā)展。地下工程支護結(jié)構(gòu)理論正在不斷發(fā)展，各種設(shè)計方法都需要不斷提高和完善，尤其是能較好地反映地下工程特點的現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)計方法，更迫切需要在近期內(nèi)形成比較完善的量測體系與計算體系。從發(fā)展趨勢看，新奧法開創(chuàng)的理論—經(jīng)驗－量測相結(jié)合的“信息化設(shè)計”體現(xiàn)了地下工程支護結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展方向。應(yīng)該指出，地下結(jié)構(gòu)計算理論的上述幾個發(fā)展階段在時間上并沒有截然的先后之分，后期提出的計算方法一般也并不否定前期的研究成果，鑒于巖土介質(zhì)的復(fù)雜多變，這些計算方法都有其比較適用的一面，但又各自帶有一定的局限性。但是，各種新方法的不斷出現(xiàn)，意味著地下結(jié)構(gòu)的計算理論將日益趨于完善。8.2設(shè)計荷載荷載分類1、地下結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載類型及名稱應(yīng)按表8-1采用。2、結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型，按結(jié)構(gòu)整體和結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能出項的最不利工況進行組合，按相應(yīng)設(shè)計規(guī)范，確定組合系數(shù)并進行計算。決定荷載的數(shù)值時，應(yīng)考慮施工和使用過程中發(fā)生的變化。表8-1地下結(jié)構(gòu)分類表荷載類型荷載名稱永久荷載結(jié)構(gòu)自重地層壓力結(jié)構(gòu)上部和受影響范圍內(nèi)的設(shè)施及建筑物壓力水壓力及浮力混凝土收縮及徐變作用設(shè)備荷載設(shè)備基礎(chǔ)、建筑做法、建筑隔墻等引起的結(jié)構(gòu)附加荷載地基下沉影響力可變荷載基本可變荷載地面車輛荷載及其沖擊力地面車輛荷載引起的側(cè)向土壓力地下鐵道車輛荷載及其沖擊力人群荷載其它可變荷載溫度變化影響力施工荷載偶然荷載8度地震荷載5級人防荷載注：（1）設(shè)計中要求考慮的其它荷載，可根據(jù)其性質(zhì)分別列入上述三類荷載中。（2）表中所列荷載本節(jié)未加說明者，可按國家有關(guān)規(guī)范或根據(jù)實際情況確定。地層壓力1．有關(guān)設(shè)計規(guī)范關(guān)于地層荷載的規(guī)定(1)基本規(guī)定地鐵規(guī)范第條“地層壓力應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)所處工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、埋置深度、結(jié)構(gòu)形式及其工作條件、施工方法及相鄰隧道間距等因素，結(jié)合已有的試驗、測試和研究資料，按有關(guān)公式計算或依工程類比確定。”地鐵設(shè)計規(guī)范條文說明中解釋：地層壓力是地下結(jié)構(gòu)承受的主要荷載。一般情況，石質(zhì)隧道，可根據(jù)圍巖分級，依工程類比確定圍巖壓力；填土隧道及淺埋暗挖隧道一般按計算截面以上全部土柱重量考慮；深埋暗挖隧道按泰沙基公式、普氏公式或其它經(jīng)驗公式計算。(2)深淺埋分界及土壓力的有關(guān)規(guī)定①地下鐵道設(shè)計規(guī)范沒有深淺埋分界的具體規(guī)定②鐵路隧道設(shè)計規(guī)范以統(tǒng)計隧道坍落拱高度為基礎(chǔ)，埋深時用全土柱，埋深時用謝家休公式，埋深時用，不同深度土壓力計算結(jié)果如圖8-1。埋深豎直土壓埋深豎直土壓全土柱謝家休公式規(guī)范深埋公式h02.5h0圖8-1a.如果覆土厚比隧道外徑小()，由于不能形成卸載拱，粘性土和砂性土用全土柱壓力。b.在粘性土中盡管覆蓋層相當厚()，也取全土柱重作垂直壓力。c.在砂土和硬粘土中，若覆土厚度比外徑大許多倍()，可能形成卸載拱，取“松弛土壓”d.“松弛土壓”按泰沙基公式計算地層壓力：土柱：式中：地表荷載；，N—貫入值；，為試驗值，有地下水不降低。還規(guī)定20t/m2，在時即使能算出松弛土壓，也應(yīng)取全土柱。在硬粘土()中可用松弛土壓(較大，都計)。中硬()或軟粘土()中“采用松弛土壓力須慎重，一般用全土柱”，④理論估算a.用比爾鮑曼公式，但增加到趨于常數(shù)時即為深埋，不必分界。粘性土，都計；砂土只計，不計。bhp=hthbhp=hthsHDB圖8-22常用地層壓力理論和公式(1)普氏理論式中hp——自然拱高度；b——自然拱的半跨度。圍巖垂直均布松動壓力式中有關(guān)符號的物理意義如圖8-2所示。(2)泰沙基洞頂巖層中任意點的垂直壓力為隨著坑道埋深h的加大,趨近于零，則趨于某一個固定值，且泰沙基根據(jù)實驗結(jié)果，得出＝1～1.5，?。?，則式中有關(guān)符號的物理意義如圖8-3所示。Hdhλσvtgλσvtgσv+dσvλσvλσvHdhλσvtgλσvtgσv+dσvλσvλσvσvhb圖8-3(3)謝家休公式考慮兩側(cè)土體夾制作用，NANAφ0HCDFBNET1T1PW2W1βT2T2GW2βφ0hHθB圖8-4式中：—頂板土柱兩側(cè)摩擦角(°)，為經(jīng)驗值；—側(cè)壓力系數(shù)；—土體計算摩擦角(°)；—產(chǎn)生最大推力時的破裂角(°)；其它符號意義如圖8-4所示。(4)比爾鮑曼公式式中：，，，，為圍巖容重，為隧道上覆土層厚度，為斷面寬度；為圍巖內(nèi)摩擦角；為圍巖內(nèi)聚力；為斷面高度。(5)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》隧道垂直壓力為式中hs——等效荷載高度值；S——圍巖級別，如Ⅲ級圍巖S=3；——圍巖的容重；——寬度影響系數(shù)，＝；B——坑道寬度，以m計；i——B每增加1m時，圍巖壓力的增減率(以B＝5m為基準)，當B＜5m時取i=0.2，B＞5m時，取i＝0.1。（6）不同理論的北京地鐵區(qū)間隧道地層壓力分析埋深/m圖8-5加權(quán)平均均勻地層壓力隨埋深關(guān)系豎直地層荷載全土柱比爾鮑曼埋深/m圖8-5加權(quán)平均均勻地層壓力隨埋深關(guān)系豎直地層荷載全土柱比爾鮑曼普氏泰沙基謝家休3.北京地鐵地層豎向荷載計算表達式全土柱比爾鮑曼全土柱比爾鮑曼泰沙基謝家休豎直地層荷載埋深/m圖8-6統(tǒng)計分層地層壓力隨埋深關(guān)系(1)選用比爾鮑曼公式作為基本公式①雖然日本盾構(gòu)及“地鐵說明”都推薦泰沙基公式，但因泰沙基公式和普氏公式結(jié)果一樣，很多文獻表明對軟弱地層所得結(jié)果較小，為安全起見，用數(shù)值比泰沙基公式較大的比爾鮑曼公式。②謝家休考慮的因素較仔細，但只用φ0表述，一般勘測資料都用c、φ，而且θ角也是經(jīng)驗公式，不好用，且比氏較簡單。(2)關(guān)于深淺埋分界圖8-7全土柱與比爾鮑曼公式差與Ht/D關(guān)系采用理論估算法，即使σv趨于常數(shù)的覆土厚度h即為深埋，這樣避免出現(xiàn)(2~2.5)h0或2D圖8-7全土柱與比爾鮑曼公式差與Ht/D關(guān)系時用全土柱，起始時仍有小段鋸齒，處理時考慮全土柱與比爾鮑曼公式之差與的關(guān)系，擬采用直線連接，根據(jù)北京地鐵地層情況各種跨度時全土柱公式與比爾鮑曼公式之差與的關(guān)系如圖8-7?？紤]北京地鐵實際情況，斷面跨度較小(小于5m)時，一般較大，故采用1.2倍的斷面跨度，在D～1.2D之間用直線連接。由于比爾鮑曼公式主要適用于淺埋隧道，在埋置達到一定深度以后曲線出現(xiàn)向下彎曲，即豎向土壓力隨埋深增大反而減小，為了避免這種情況，建議在曲線拐點處用切線代替。綜合上述各種因素，建議北京地鐵豎向土壓力計算公式為：-8圖8DD埋深豎向荷載2h1D式中：為圍巖容重；為隧道上覆土層厚度；為斷面寬度；為圍巖內(nèi)摩擦角；為圍巖內(nèi)聚力；為斷面高度；；；；；-8圖8DD埋深豎向荷載2h1D豎向荷載與隧道埋深的關(guān)系如圖8-8所示曲線。(3)關(guān)于砂土和粘土的分別處理砂土，取=0，只用，比用時要大些。粘土，硬粘土，直接采用、。飽和含水軟粘土，用全土柱。(4)的建議對于的埋深，算出的地層壓力可能比鐵路隧道規(guī)范公式計算結(jié)果要大，考慮到鐵路隧道設(shè)計規(guī)范公式是從山嶺隧道坍方統(tǒng)計得來的，其地層及施工條件與地鐵不同，完全搬用也不一定合適。同時目前北京地鐵的覆土厚度一般都在(2~3)以下，差別不太大。采用比爾鮑曼公式后，對設(shè)計計算結(jié)果有多大影響，還應(yīng)通過幾種典型地層的、實際資料，對幾種常見埋深進行試算，并檢算既有典型斷面的安全度。4、土層側(cè)向壓力。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力過程中墻體位移與地層間的相互關(guān)系，分別按主動、被動和靜止壓力計算。在地下鐵道結(jié)構(gòu)計算中，主動土壓力采用朗金土壓力理論。對于粘性土尚需考慮粘結(jié)力的影響，即式中、——計算截面處的主動、被動土壓力；、——朗金主動、被動側(cè)壓力系數(shù)；——計算截面處的豎向土壓力；——土的粘結(jié)力。在計算總壓力時可不計臨界深度施工期間圍護結(jié)構(gòu)的主動區(qū)土壓力宜按朗金公式的主動土壓力計算，在給支護結(jié)構(gòu)橫撐施加預(yù)應(yīng)力或采取逆作法施工時，宜根據(jù)結(jié)構(gòu)的變位取靜止土壓力或界于靜止土壓力與主動土壓力之間的經(jīng)驗值。在使用階段，結(jié)構(gòu)承受的水平力宜按主動土壓力和靜止土壓力對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利工況進行計算。設(shè)計采用的側(cè)向水、土壓力，在施工階段對于粘性土地層及坑（洞）內(nèi)外同時進行降水的砂性地層可采用水土合算，對于僅在坑（洞）內(nèi)進行降水、坑（洞）外做止水帷幕的砂性地層可采用水土分算；在使用階段，要考慮水對結(jié)構(gòu)的長期效應(yīng)，應(yīng)采用水土分算。計算中應(yīng)計及地面荷載和鄰近建筑物以及施工機械等引起的附加水平側(cè)壓力。(1)豎向壓力表8-3垂直基床系數(shù)(MPa/m)統(tǒng)計結(jié)果表層號累計深度/m巖層名稱垂直基床系數(shù)(MPa/m)平均值變異系數(shù)子樣數(shù)子樣組數(shù)①2.7689填土②5.1007粉土、粘土、粉質(zhì)粘土20.15000.48582020②37.1927粉細砂29.16670.153966③11.6213粉土、粉質(zhì)粘土40.26460.3494173148③313.4584粉細砂30.96430.32645656④17.0801粘土、粉質(zhì)粘土35.85990.24849483④119.1153粉土38.85660.37285353④321.9225粉細砂31.38420.22975757④423.7347中粗砂35.45040.18362525⑤28.1497卵石、圓礫68.48300.19664746⑤129.8067中粗砂38.62500.12614040⑤231.6000粉細砂33.63890.12503636⑥35.4953粘土、粉質(zhì)粘土42.94990.2030210135⑥137.9174粉土48.62130.207115079⑥239.3299粉細砂42.75000.379388⑥340.7534細中砂40.15680.28633434⑦46.1734卵石、圓礫80.42540.15357167⑦146.5596粉細砂38.80600.30355858⑦348.9280中粗砂46.06250.27454848⑦450.6280粉土51.18900.22232121⑦552.0940粘土、粉質(zhì)粘土41.65630.17331919⑧54.2485粉土52.62420.22723333⑧157.2941粉質(zhì)粘土43.06330.19747372⑧258.8197細中砂37.00000.40601111⑨64.3708卵石、圓礫84.33330.25373030⑨166.8165粉細砂29.33330.380033⑨268.9122中粗砂39.00000.133244⑩71.4518粘土、粉質(zhì)粘土41.30280.21451818⑩173.4587粉土50.62500.077188⑩475.9645粉細砂75.00000.000033⑾178.2733粉細砂⑾482.0429卵石圓礫30.00000.000011⑿84.1929粉質(zhì)粘土50.00000.000044表8-4水平基床系數(shù)(MPa/m)統(tǒng)計結(jié)果表層號累計深度/m巖層名稱水平基床系數(shù)(MPa/m)平均值變異系數(shù)子樣數(shù)子樣組數(shù)①2.7689填土②5.1007粉土、粘土、粉質(zhì)粘土20.15000.48582020②37.1927粉細砂29.16670.153966③11.6213粉土、粉質(zhì)粘土40.26460.3494173148③313.4584粉細砂30.96430.32645656④17.0801粘土、粉質(zhì)粘土35.85990.24849483④119.1153粉土38.85660.37285353④321.9225粉細砂31.38420.22975757④423.7347中粗砂35.45040.18362525⑤28.1497卵石、圓礫68.48300.19664746⑤129.8067中粗砂38.62500.12614040⑤231.6000粉細砂33.63890.12503636⑥35.4953粘土、粉質(zhì)粘土42.94990.2030210135⑥137.9174粉土48.62130.207115079⑥239.3299粉細砂42.75000.379388⑥340.7534細中砂40.15680.28633434⑦46.1734卵石、圓礫80.42540.15357167⑦146.5596粉細砂38.80600.30355858⑦348.9280中粗砂46.06250.27454848⑦450.6280粉土51.18900.22232121⑦552.0940粘土、粉質(zhì)粘土41.65630.17331919⑧54.2485粉土52.62420.22723333⑧157.2941粉質(zhì)粘土43.06330.19747372⑧258.8197細中砂37.00000.40601111⑨64.3708卵石、圓礫84.33330.25373030⑨166.8165粉細砂29.33330.380033⑨268.9122中粗砂39.00000.133244⑩71.4518粘土、粉質(zhì)粘土41.30280.21451818⑩173.4587粉土50.62500.077188⑩475.9645粉細砂75.00000.000033⑾178.2733粉細砂⑾482.0429卵石圓礫30.00000.000011⑿84.1929粉質(zhì)粘土50.00000.0000448.2.4水壓力等其它荷載1．自重荷載指結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的沿構(gòu)件軸線均布的豎向荷載。按材料容重與對應(yīng)構(gòu)件體積的乘積計算。2．水壓力及浮力靜止壓力對不同類型的地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的荷載效應(yīng)，對圓形或接近圓形的結(jié)構(gòu)而言，靜水壓力使結(jié)構(gòu)的軸力加大，對抗彎性能差的混凝土結(jié)構(gòu)來說，相當于改善了它的受力狀態(tài)，因此，計算靜水壓力或驗算結(jié)構(gòu)的抗浮能力時，則須按可能出現(xiàn)的最高水位考慮。反之，計算作用在矩形結(jié)構(gòu)上的靜水壓力或驗算結(jié)構(gòu)的抗浮能力時，則須按可能出現(xiàn)的最高水位考慮。計算靜水壓力時，兩種方法可供選擇，一種是和土壓力分開計算；另一種是將其視為土壓力的一部分和土壓力一起計算。對于砂性土可采用第一種方法。一般說來，松土地層（含粉質(zhì)粘土）種施工階段按水土合算，使用階段按水土分算；砂土地層（含粘質(zhì)粉土）中施工階段和使用階段均按水土分算考慮。水土分算時，地下水位以上的土采用天然重度，水位一下的土采用有效重度計算土壓力。另外再計算靜水壓力的作用。水土合算時，地下水位以上的土與前者相同，水位以下的土采用飽和重度計算土壓力，不計算靜水壓力。其中土的有效重度為：式中－水的重度，一般。兩種計算靜水壓力的方法的差異示與圖8-20中。對于結(jié)構(gòu)整體，應(yīng)根據(jù)施工階段和使用階段地下水位的最不利情況，計算水壓力和浮力的大小，使用階段的地下水位應(yīng)根據(jù)勘探部門提出的設(shè)防水位或北京地區(qū)規(guī)劃的地下水回灌水位確定。垂直方向的水壓力取為均布荷載。作用在結(jié)構(gòu)頂部的水壓力等于作用在其頂點的靜水壓力值，作用于底部的水壓力等于作用在結(jié)構(gòu)最低點的靜水壓力值，垂直方向頂、底部水壓力底的差值為結(jié)構(gòu)底部所受的浮力。水平方向的水壓力取為梯形分布荷載，其值等于靜水壓力。H2HH2H1λ0γH1λ0γ′H2H2λ0γH1λ0γH2(b)水土合算(a)水土分算圖8-20兩種計算靜水壓力方法在計算結(jié)構(gòu)上部和受影響范圍內(nèi)的設(shè)施和建筑物壓力時，對已有或已經(jīng)批準待建的建筑物壓力在結(jié)構(gòu)設(shè)計中均應(yīng)考慮。但對于暗挖結(jié)構(gòu)，當隧道頂部覆土厚度足以形成天然卸載拱時，該項可不予考慮。4.混凝土溫度伸縮作用外露的超靜定結(jié)構(gòu)及覆土<1m或截面厚度較大的明挖或隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮混凝土因溫度變化引起的伸縮的影響。《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》（TB1003-2001）及《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（TB1002.1-99）規(guī)定，混凝土收縮的影響可假定用降低溫度的方法來計算。對于整體澆注的混凝土結(jié)構(gòu)相當于降低溫度20℃；對于整體澆注的鋼筋砼結(jié)構(gòu)相當于降低溫度15℃；對于分段澆注的混凝土或鋼筋砼結(jié)構(gòu)相當于降低溫度10℃；對于裝配式鋼筋砼結(jié)構(gòu)相當于降低溫度5.設(shè)備荷載設(shè)備用房的計算荷載，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的實際重量、動力影響、安裝運輸路徑，等確定其大小和范圍，一般按8.0kPa進行計算。對于自動扶梯等需要吊裝的設(shè)備荷載，在結(jié)構(gòu)計算時還應(yīng)考慮設(shè)備起吊所設(shè)置的位置及起吊點的荷載值。6.結(jié)構(gòu)附加荷載指由設(shè)備基礎(chǔ)、建筑做法、建筑隔墻等引起的結(jié)構(gòu)附加荷載。7.地基下沉影響力由于地層不均勻、荷載突變、施工方法及施工順序、地下水位變化、結(jié)構(gòu)形式及剛度變化等引起的基礎(chǔ)沿橫向及縱向不均勻沉降產(chǎn)生對結(jié)構(gòu)的影響力。8.地面車輛荷載及其沖擊力9.地下鐵道車輛荷載及沖擊力地鐵列車荷載應(yīng)根據(jù)所采用的車輛軸重和排列計算，并用通過的重型設(shè)備車輛進行驗算。結(jié)構(gòu)樓板等承受的地鐵列車荷載可根據(jù)圖8-21（所示為兩輛車，共六輛車編組）計算。并考慮沖擊力的影響。圖8-21結(jié)構(gòu)樓板等承受的地鐵列車荷載10.人群荷載站臺、站廳、樓梯、車站管理用房等部位的人群荷載按4.0kPa計算，另需計及在300×300mm范圍內(nèi)20kN的集中荷載。結(jié)構(gòu)計算時，應(yīng)按全部均布荷載加上集中荷載的最不利組合進行設(shè)計。11.溫度變化影響力對于覆土厚度較淺的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮溫度影響力。該溫度影響力，應(yīng)根據(jù)北京地區(qū)溫度情況及施工條件所確定的溫度變化值計算。根據(jù)北京地區(qū)溫度情況及施工條件，地下鐵道結(jié)構(gòu)各部件受溫度變化而引起的影響力：使用階段溫度變化范圍按-8~26℃考慮，施工期間宜采用低溫入模、中溫養(yǎng)護的原則，控制混凝土的內(nèi)外溫差在2512.施工荷載結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)考慮下列施工荷載之一或可能發(fā)生的幾種情況的組合。a.設(shè)備運輸及吊裝荷載；b.施工機具荷載；c.地面堆載、材料堆載；d.暗挖法施工時相鄰隧道前后開挖的影響；e.盾構(gòu)法施工時千斤頂?shù)膲毫Γ籪.注漿所引起的附加荷載；g.盾構(gòu)過車站的設(shè)備荷載。13.人防荷載地下結(jié)構(gòu)在規(guī)定需要考慮戰(zhàn)時防護的部位，作用在結(jié)構(gòu)上的等效地下結(jié)構(gòu)在規(guī)定需要考慮戰(zhàn)時防護的部位，作用在結(jié)構(gòu)上的等效荷載按人防規(guī)范的有關(guān)規(guī)定計算。5級人防地面空氣沖擊波超過峰值△Pm=0.1MPa。8.3工程材料地下結(jié)構(gòu)的工程材料應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、受力條件、使用要求和所處環(huán)境等選用，并考慮可靠性、耐久性和經(jīng)濟性。主要受力結(jié)構(gòu)應(yīng)采用混凝土或鋼筋混凝土材料，必須時也可采用金屬材料。1.一般規(guī)定(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計選用的工程材料應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、受力條件、使用要求和所處環(huán)境等因素選用，并考慮其可靠性、耐久性和經(jīng)濟性。主要受力結(jié)構(gòu)的材料一般采用混凝土結(jié)構(gòu)，必要時也可采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)。(2)混凝土應(yīng)滿足強度需要，并考慮防水、抗凍和抗侵蝕的要求。一般環(huán)境條件下混凝土設(shè)計強度等級應(yīng)符合表8-6的規(guī)定。表8-6混凝土的最低設(shè)計強度等級地下車站結(jié)構(gòu)施工方法部位及材料種類強度等級明、蓋挖法整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)C30噴射混凝土C20素混凝土墊層C15灌注樁C25淺埋暗挖法噴射混凝土C20現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌C30混凝土及鋼管混凝土土柱C40注：當采用水下或泥漿灌注混凝土?xí)r，施工配合比應(yīng)提高混凝土強度等級一級。當灌注樁兼作主體結(jié)構(gòu)一部分時，其混凝土最低設(shè)計強度等級為C30。(3)車站大體積澆注的混凝土避免采用高水化熱水泥，應(yīng)優(yōu)先摻入高效減水劑、優(yōu)質(zhì)粉煤灰或磨細礦渣。嚴格控制水泥用量，限制水灰比，控制混凝土入模溫度。(4)車站結(jié)構(gòu)的迎土構(gòu)件應(yīng)采用防水混凝土(5)普通混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋，宜采用HRB335級和HPB235級鋼筋，也可采用HRB400級鋼筋。(6)混凝土結(jié)構(gòu)以及混凝土組合結(jié)構(gòu)中，如采用鋼筋接駁器，則接駁器須經(jīng)過政府有關(guān)職能部門批準認可，并在地下工程中有實踐經(jīng)驗，符合有關(guān)技術(shù)規(guī)定，經(jīng)現(xiàn)場試驗合格后方可使用。(7)為了盡量達到耐久性要求，混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下列規(guī)定：①鋼筋混凝土永久結(jié)構(gòu)的最低混凝土強度等級為C30；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的最低混凝土強度等級為C40；②混凝土中的最大氯離子含量為0.06%；③宜使用非堿活性骨料，當使用堿活性骨料時，混凝土中的最大堿含量為3.02kg/m3；④對臨時性混凝土結(jié)構(gòu)，可不考慮混凝土的耐久性要求；⑤限制混凝土的水膠比，保證混凝土的抗凍性能，提高混凝土的密實性，并滿足《地鐵設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)要求；2.原材料要求(1)水泥除應(yīng)滿足國家和鐵道行業(yè)標準外，還應(yīng)符合下列規(guī)定：①一般選用品質(zhì)穩(wěn)定的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，宜與礦物摻和料一起使用。特殊環(huán)境工程也可采用特種水泥。注：硫鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽水泥的耐硫酸鹽侵蝕性能優(yōu)良，但凝結(jié)時間快、早期水化熱集中，不適合在天熱時和大體積混凝土中使用，可用于耐侵蝕的構(gòu)件生產(chǎn)或表面防護施工。②水泥比表面積不宜超過350m2/kg，游離氧化鈣不宜超過1.50%，水泥堿含量(按Na2O當量計)不宜超過0.60%。水泥熟料中的C3A含量一般不宜超過12%(海水不超過③用于鋼筋混凝土的水泥氯離子含量不宜超過0.20%，用于預(yù)應(yīng)力混凝土的水泥氯離子含量不宜超過和0.06%。(2)礦物摻和料宜選用品質(zhì)穩(wěn)定的粉煤灰、磨細高爐水淬礦渣或硅灰等。礦物摻和料中的堿含量以其中的可溶性堿計算，即按試樣中堿的溶出量試驗確定(無檢測條件時，可暫考慮粉煤灰中的可溶性堿為總堿量的1/6，礦渣為總堿量的1/2，硅灰為1/2)。礦物摻和料的性能和使用應(yīng)符合下列規(guī)定：①粉煤灰應(yīng)滿足國家標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596—91)的規(guī)定。粉煤灰的摻量宜控制在40%以內(nèi)。當粉煤灰用于凍融環(huán)境下時，控制其摻量在30%以內(nèi)(與硅灰合用時摻量可適當增加)。②磨細高爐水淬礦渣粉比表面積宜為400~500m2/kg，其它性能應(yīng)能滿足國家標準《用于水泥和混凝土中的磨細礦渣粉》(GB/T18046—2000)的規(guī)定。礦渣粉的摻量宜控制在40%以內(nèi)，最大摻量不超過60%③硅灰二氧化硅含量不應(yīng)小于85%，比表面積(BET—N2附法)應(yīng)不小于15000m2/kg。硅灰摻量一般不得超過膠凝材料總質(zhì)量的8%(3)拌制混凝土用粗、細骨料應(yīng)符合下列規(guī)定：①細骨料宜選用天然中粗河砂，細度模數(shù)宜在2.6~3.2。天然砂中有害物質(zhì)含量應(yīng)符合表8-7的規(guī)定。表8-7天然砂中有害物質(zhì)含量序號混凝土強度等級項目<C30C30~C50>C501含泥量(按質(zhì)量計，%)≤5.0≤3.0＜2.02泥塊含量(按質(zhì)量計，%)＜1.0＜0.5＜0.53硫化物及硫酸鹽含量(折算成SO3,按質(zhì)量計，%)＜1.0＜1.0＜0.54云母含量(按質(zhì)量計，%)≤1.0≤1.0＜0.55輕物質(zhì)(比重小于2，如煤、貝殼等)含量(按質(zhì)量計，%)≤1.0≤1.0≤1.06有機物含量(用比色法試驗)顏色不應(yīng)深于表準色。當深于標準色時，則應(yīng)按水泥膠砂強度檢驗方法進行強度對比試驗，抗壓強度比不應(yīng)小于0.95。注：1.對有抗凍、抗?jié)B或其他特殊要求的混凝土用砂，含泥量不應(yīng)大于3%；2.當砂中發(fā)現(xiàn)有顆粒的硫酸鹽或硫化物雜質(zhì)時，應(yīng)進行專門檢驗，僅在確認滿足混凝土耐久性要求時，方可使用。②當采用機制砂或混合砂時，有害物質(zhì)含量應(yīng)符合表8-8的規(guī)定。不應(yīng)采用砂巖扎制機制砂。橋梁梁體結(jié)構(gòu)不宜使用機制砂或混合砂。表8-8機制砂、混合砂有害物質(zhì)含量序號混凝土強度等級項目＜C301石灰含量(小于75μm顆粒，按質(zhì)量計，%)≤10≤5.02泥塊含量(按質(zhì)量計，%)≤5.03硫化物和硫酸鹽含量(折算為SO3,按質(zhì)量計，%)≤0.54云母含量(按質(zhì)量計，%)≤1.05堅固性指標(用硫酸鈉飽和溶液法檢驗，經(jīng)5次循環(huán)后質(zhì)量損失率，%)≤1.06壓碎指標值(按質(zhì)量計，%)≤87有機物含量(用比色法試驗)顏色不應(yīng)深于標準色，當深于標準色時，則應(yīng)按水泥膠砂強度檢驗方法進行強度對比試驗，抗壓強度比不應(yīng)小于0.95注：1.本表適應(yīng)于白去石、石灰?guī)r、花崗巖和玄武巖經(jīng)爆破、機制扎制的機制砂；2.當混凝土強度等級等于或大于C30需使用機制砂時，應(yīng)經(jīng)過試驗，確認符合質(zhì)量要求時方可使用；3.當采用機制砂、混合砂拌制強度等級低于C30的混凝土?xí)r，其顆粒級配在Ⅰ、Ⅱ區(qū)中150μm篩孔的累計篩余可酌情放寬5%~10%;4.混合砂系指由機制砂和天然砂混合制成的砂。③重要的配筋混凝土工程應(yīng)嚴禁使用海砂。由于條件限制，一般工程不得不使用海砂時，經(jīng)過沖洗后砂的氯離子含量應(yīng)小于0.02%。預(yù)應(yīng)力混凝土不得使用海砂。④粗骨料的堆積密度一般不應(yīng)大于1500kg/m3,空隙率應(yīng)不大于42%，吸水率不大于2%，針、片狀顆粒含量不宜超過8%。巖石抗壓強度與混凝土強度等級之比不小于1.5。有抗凍要求的粗骨料吸水率不宜大于1%。粗骨料中有害物質(zhì)含量應(yīng)符合表8-9的規(guī)定。粗骨料的壓碎指標值應(yīng)符合表8-10的規(guī)定。粗骨料的堅固性指標應(yīng)符合表8-11的規(guī)定。表8-9粗骨料中的有害物質(zhì)含量混凝土強度等級項目≥C30＜C30針、片狀顆?？偤?按質(zhì)量計，%)≤12≤25含泥量(按質(zhì)量計，%)≤1.0≤2.5泥塊含量(按質(zhì)量計，%)≤0.25硫化物及硫酸鹽含量(折算成SO2按質(zhì)量計，%)≤1.0≤1.0氯化物(以NaCl計，%)0.03—卵石中有機質(zhì)含量(用比色法試驗)顏色不應(yīng)深于標準色，當深于標準色時，應(yīng)配制成混凝土進行強度對比試驗，抗壓強度比不應(yīng)小于0.95注：1.有抗?jié)B、抗凍或其他特殊要求的混凝土所用的粗骨料，應(yīng)符合表中≥C30混凝土技術(shù)要求；2.當粗骨料中發(fā)現(xiàn)有顆粒狀硫酸鹽或硫化物雜質(zhì)時，應(yīng)進行專門檢驗，在確認能滿足耐久性要求是可使用；表8-10粗骨料壓碎指標值項目壓碎指標值(按質(zhì)量損失計，%)混凝土強度等級≥C30＜C30巖石種類深積巖深成巖變質(zhì)巖噴出巖沉積巖深成巖變質(zhì)巖噴出巖碎石≤10≤12≤13≤16≤20≤30卵石≤12≤16注：沉積巖包括石灰?guī)r、砂巖等；深成巖包括花崗巖、正長巖、橄欖巖等；變質(zhì)巖包括片麻巖、石英巖；噴出巖包括玄武巖和輝綠巖等。表8-11粗骨料堅固性指標項目混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)最冷月平均氣溫低于0的地區(qū)，并經(jīng)常處于潮濕或干濕交替狀態(tài)下的混凝土≤8≤5其他條件下使用的混凝土≤12≤8注：1.當粗骨料未達到規(guī)定的堅固性指標，但在混凝土試驗中具有足夠的抗凍性時，可根據(jù)情況接納采用；2.粗骨料吸水率小于0.5%時，可不做堅固性試驗；3.有腐蝕性介質(zhì)作用或經(jīng)常處于水位變化區(qū)的地下結(jié)構(gòu)，或有抗疲勞、抗磨、抗沖擊等要求的混凝土所用的粗骨料，其堅固性指標不應(yīng)大于8%。⑤骨料的堿活性指標應(yīng)符合設(shè)計要求?；炷凉橇系纳皾{棒膨脹率按《鐵路混凝土用骨料堿活性試驗方法快速砂漿棒法》(TB/T2922.5)檢驗不得大于0.10%，巖石柱膨脹率按《鐵路混凝土用骨料堿活性試驗方法巖石柱法》(TB/T2922.4)檢驗不得大于0.10%。因條件所限骨料的砂漿棒膨脹率或巖石柱膨脹率超過上述限值時，混凝土的總堿量應(yīng)滿足TB/T3054的規(guī)定。(4)混凝土外加劑符合《混凝土外加劑》(GB8076)、《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB50119)等現(xiàn)行國家標準，并符合下列規(guī)定：①減水劑的減水率不小于20%；②氯離子含量不得大于混凝土中膠凝材料總質(zhì)量的0.02%，硫酸鈉含量不宜大于10%；③不宜使用氯鹽類、亞硝酸鹽類外加劑。(5)拌合用水宜采用飲用水，當采用其他水源時應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《混凝土拌合用水標準》(JGJ63)的規(guī)定。配筋混凝土不得采用海水作為拌合用水。當混凝土處于氯鹽腐蝕性環(huán)境時，拌合用水中的氯離子含量宜不大于200mg/L。噴射混凝土材料1.水泥(1)噴射混凝土應(yīng)優(yōu)先采用普通硅酸鹽水泥；(2)水泥標號不應(yīng)低于325號；(3)不同工程用途采用的水泥品種參見表8-12。表8-12不同工程用途采用的水泥品種用途建議采用的水泥品種一般工程水下工程緊急搶修工程抗凍工程耐腐蝕工程防水工程普通硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥火山灰硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、石灰礦渣水泥快硬硅酸鹽水泥、高強水泥塑化硅酸鹽水泥普通耐酸水泥硅酸鹽膨脹水泥、膨脹性不透水水泥2.砂噴混凝土應(yīng)采用堅硬耐久的中砂(平均粒徑為0.35~0.5mm)或粗徑(平均粒徑>0.5mm)，細度模量應(yīng)大于2.5，含水率宜控制在5%~7%，不宜采用細砂，砂的技術(shù)要求見表8-13。表8-13砂的技術(shù)要求顆粒級配篩孔尺寸(mm)0.150.301.205.0累計篩余(以重量%計)95~10070~9520~550~10泥土雜物含量(用沖洗法試驗)按重量計不大于3%硫化物和硫酸鹽含量(折算為SO3)，按重量計不大于1%有機物質(zhì)含量(用比色法試驗)，顏色不應(yīng)深于標準色，如深于標準色，則應(yīng)以混凝土進行強度對比試驗加以復(fù)核3.石子采用堅硬耐久的碎石或卵石，粒徑不大于15mm。使用前應(yīng)篩洗干凈。含水率控制在2%左右為宜。石子的技術(shù)要求見表8-14。表8-14石子的技術(shù)要求顆粒級配篩孔尺寸(mm)510累計篩余(以重量%計)90~10030~600~5強度——以巖石試塊(邊長≥5cm的立方體)在水飽和狀態(tài)下的抗壓極限強度與混凝土設(shè)計標號之比，碎石不得小于200%卵石軟弱顆粒含量，按重量計，不得大于5%碎石、卵石中針狀顆粒含量，按重量計，不得大于15%卵石中泥土、雜物含量(用水洗法試驗)不大于1%硫化物和硫酸鹽(折算為SO3)，按重量計，不大于1%石粉含量，按重量計，不大于1%有機物質(zhì)含量(用比色法試驗)，顏色不深于標準色，如深于標準色，則應(yīng)以混凝土進行強度對比試驗加以復(fù)核注：1.有抗凍性要求的混凝土用碎石，除應(yīng)符合上述要求外，并應(yīng)有足夠的堅實性；在硫酸鹽溶液中浸泡至中和，又使其干燥，循環(huán)5次后，其重量損失不得超過10%；2.碎石、卵石應(yīng)保持潔凈，不得含有粘土團塊或有機雜質(zhì)，更不得混進煅燒過的白云石或石灰石塊等。石子的級配(通過各篩孔的累計質(zhì)量百分數(shù)%)見表8-15。表8-15石子級配表骨料粒徑(mm)0.150.300.601.202.505.010.015.0優(yōu)5~710~1517~2223~3135~4350~6073~62100%良4~85~2213~3118~4126~5440~7062~90100%4.減水劑噴射混凝土摻減水劑的種類見表8-16，減水劑對混凝土強度的影響見表8-17。表8-16噴射混凝土減水劑種類及摻量表名稱形狀摻量(占水泥質(zhì)量的%)附注FDNSN-ⅡNFUNF-2AU固體固體液體固體粉狀0.2~1.00.5~1.01.5~2.00.5~0.70.3~0.70.5~1.0表8-17減水劑對混凝土強度的影響名稱摻量(%)水灰比坍落度（cm）減水率（％）抗壓強度（MPa）3（d）7（d）28（d）SN-Ⅱ0.50.751.00.620.6080.598.07.45.014172114.316.720.920.523.828.933.738.540.7UNF0.50.442.615.78.915.028.0AU1.00.750.50.520.530.585.15.55.420.018.015.014.814.114.320.319.118.631.129.030.1NF0.720.021.629.35.速凝劑速凝劑的用量與要求凝結(jié)時間、水泥品種、風(fēng)化程度和成型溫度等有關(guān)。使用前應(yīng)根據(jù)施工工藝要求的凝結(jié)時間，對所用水泥作不同摻量的凝結(jié)時間試驗和強度試驗，以確定最佳摻量。一般要求速凝劑摻量為水泥重量的2％～4％，初凝不大于5min，中凝不大于10min。對速凝劑的運輸、存放應(yīng)保持干燥，防止受潮。速凝劑用維卡儀測定凝結(jié)時間，潮濕養(yǎng)護測定其抗壓強度，試驗結(jié)果如表8-18表8-18速凝劑摻量與凝結(jié)時間和強度的關(guān)系速凝劑摻量(％)凝結(jié)時間抗壓強度(MPa)28(d)相對強度初凝終凝4(h)1(d)3(d)7(d)28(d)01.522.53466h45min＞45min4min2.83min2.25min4min6.83min9h-7.5min6.5min5.92min12.5min27min---55532.5--8.07.35.87.711.7--14.415.914.513.718.2--18.818.616.214.534.2--25.424.422.620.2100--74716659注:本表采用哈爾濱水泥廠425號硅酸鹽水泥、紅星一型速凝劑。速凝劑對水泥強度影響試驗值見表8-19。表8-19速凝劑對水泥強度影響試驗值速凝劑品種摻量(％)水泥抗壓強度(MPa)備注1(d)7(d)28(d)不摻03.016.043.2水灰比0.4711型2.58.022.632.8攪拌30s紅星一號4.07.020.030.5試模尺寸cm：4×4×46.鋼纖維1.鋼纖維的種類：普通圓鋼絲、紋鋼絲、刻槽鋼絲、變形鋼絲及矩形斷面鋼纖維等，所有鋼纖維的抗拉強度不應(yīng)低于380MPa。2.鋼纖維的直徑為0.3～0.5mm，長度為20～25cm，不得大于25mm。7、鋼筋網(wǎng)1.一般采用φ6～12mm的Ⅰ級鋼筋；2.鋼筋網(wǎng)應(yīng)根據(jù)圍巖情況決定，一般為100×100～200×200mm；3.鋼筋保護層的厚度不應(yīng)小于20mm。8、水噴混凝土用水的質(zhì)量與混凝土相同，禁止使用下列幾種水：1.污水（包括井下污水）；2.pH＜4的酸性水；3.硫酸鹽（SO4）含量大于1％的水；4.海水。9、噴射混凝土的配合比、水灰比選擇噴射混凝土的配合比，既要考慮混凝土的強度和其它物理力學(xué)性能的要求，又要考慮施工工藝的要求，應(yīng)通過試驗確定。配合比一般為：膠骨比1：4～1：5；含砂率45％～60％；速凝劑摻量2％～4％；水灰比0.4～0.5；水泥用量不宜超過450kg/m3噴混凝土的配合比和水灰比參見表8-20表8-20噴混凝土的配合比和水灰比噴射部位水灰比配合比（水泥：砂：石子）附注噴射第一層噴射非第一層拱部0.4～0.451：2：1.51：2：2拱部比墻部要少用石子，巖面光滑時，為了減少首層粗骨料的回彈量，必要時可先噴一薄層水泥砂漿，再噴混凝土墻部0.45～0.51：2：21：2：2.5鋼材普通鋼筋混凝土和噴錨支護結(jié)構(gòu)中的鋼筋及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用HRB335級鋼筋，也可采用HPB235級鋼筋；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力鋼筋，宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲，也可采用熱處理鋼筋。8.4初期支護設(shè)計計算一般規(guī)定(1)設(shè)計基準期地鐵的主體結(jié)構(gòu)工程(區(qū)間隧道屬地鐵的主體結(jié)構(gòu))，設(shè)計使用年限為100年。(2)礦山法施工的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求①礦山法施工的結(jié)構(gòu)，在預(yù)設(shè)計和施工階段，應(yīng)對初期支護的穩(wěn)定性進行判別。規(guī)范說明中指明：開挖寬度小于10m的單、雙線區(qū)間隧道初期支護穩(wěn)定性的判別可采用《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》附錄下的方法，大跨度渡線隧道及車站結(jié)構(gòu)初期支護穩(wěn)定性的判別應(yīng)通過專題研究確定。②噴錨襯砌和復(fù)合式襯砌的初期支護應(yīng)按主要承載結(jié)構(gòu)設(shè)計。其設(shè)計參數(shù)可采用工程類比法確定，施工中通過監(jiān)測進行修正。淺埋、大跨度、圍巖或環(huán)境條件復(fù)雜、形式特殊的結(jié)構(gòu)，應(yīng)通過理論計算進行檢算。③復(fù)合式襯砌中的二次襯砌，應(yīng)根據(jù)其施工時間、施工后荷載的變化情況、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、埋深和耐久性要求等因素按下列原則設(shè)計：a.第四紀土層中的淺埋結(jié)構(gòu)及通過流變性或膨脹性圍巖中的結(jié)構(gòu)，初期支護應(yīng)具有較大的剛度和強度，且宜提前施作二次襯砌，由二者共同承受外部荷載；b.應(yīng)考慮在長期使用過程中，外部荷載因初期支護材料性能退化和剛度下降向二次襯砌的轉(zhuǎn)移；c.作用在不排水型結(jié)構(gòu)上的水壓力由二次襯砌承擔；d.淺埋和Ⅴ～Ⅵ級圍巖中的結(jié)構(gòu)宜采用鋼筋混凝土襯砌。(3)鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定保證隧道結(jié)構(gòu)耐久性的必要構(gòu)造措施包括：①隧道周邊圍巖是隧道支護體系中主要的承載構(gòu)件，開挖輪廓形狀應(yīng)盡可能保持平整、圓順，避免出現(xiàn)隅角及局部應(yīng)力集中，確保圍巖的承載效應(yīng)；一般不宜采用直墻式拱形輪廓，特別是底板與壁的隅角形狀應(yīng)確保圓順；②隧道初期支護的主要功能是確保圍巖與初期支護的承載效應(yīng)，在構(gòu)造上必須與圍巖成為一體，協(xié)調(diào)工作；③在構(gòu)造上應(yīng)確保圍巖、初期支護與二次襯砌之間的相互密貼；④根據(jù)圍巖條件、地形條件，隧道襯砌均應(yīng)采用曲墻式混凝土或鋼筋混凝土襯砌。需要設(shè)置仰拱時，仰拱與邊墻基腳的連接采用圓順斷面；⑤用隔離層隔絕或減輕二次襯砌背后環(huán)境因素的影響；⑥設(shè)置必要的誘導(dǎo)縫，隔離板等控制二次襯砌的初期開裂；⑦鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的保護層；⑧二次襯砌，原則上應(yīng)在初期支護的位移收斂后施作，但在以下場合，應(yīng)研究二次襯砌的力學(xué)功能和需要的材質(zhì)、厚度等。a.土砂圍巖等埋深小，不能形成平衡拱的場合；b.因地下水位變化，有很大水壓作用的場合；c.接近其它結(jié)構(gòu)物施工，有荷載作用的場合；d.膨脹性圍巖、擠入性圍巖等，變形大、初期位移速率大、變形長期不收斂的場合；e.初期支護位移收斂，可以確保周邊圍巖穩(wěn)定，但初期支護的承載能力接近極限的場合。(4)支護強度安全系數(shù)暫定為1.2(5)對規(guī)范理解和執(zhí)行中存在的問題礦山法施工的結(jié)構(gòu)，在預(yù)設(shè)計和施工階段，應(yīng)對初期支護的穩(wěn)定性進行判別；復(fù)合式襯砌的初期支護應(yīng)按主要承載結(jié)構(gòu)設(shè)計。規(guī)范中未明確規(guī)定初期支護在復(fù)合式襯砌中承載的比例和安全系數(shù)。初期支護穩(wěn)定性判別可采用鐵路隧道初期支護隧道穩(wěn)定性位移判別方法，但極限位移沒有Ⅱ級圍巖的情況，其隧道斷面大小、形式、施工方法也有差異。上述問題執(zhí)行中帶來了很大困難。目前在執(zhí)行中對初期支護大多按經(jīng)驗類比設(shè)計，強度檢算中安全系數(shù)取值不統(tǒng)一，也未執(zhí)行混凝土裂縫寬度的控制要求；二次襯砌檢算大多為按初期支護與二次襯砌復(fù)合體模式進行，而未考慮長期使用過程中外部環(huán)境導(dǎo)致初期支護材料性能退化和剛度下降，以及忽略了初期支護與二次襯砌分階段施工初期支護荷載效應(yīng)的連續(xù)性。斷面形式與參數(shù)圖8-23五號線標準斷面圖8-22十號線標準斷面受傳統(tǒng)的硬巖隧道圓墻腳開挖、支護施工困難思想影響，礦山法區(qū)間隧道斷面形式早期多為隅角型。隨著理論認識提高和實踐的豐富，其斷面形式逐步圓順合理。地鐵四、五、十號線礦山法區(qū)間隧道斷面形式分別如圖圖8-23五號線標準斷面圖8-22十號線標準斷面圖8-24四號線標準斷面圖8-24四號線標準斷面(1)計算模型采用“荷載——結(jié)構(gòu)”模型，作用在初期支護上的荷載有永久荷載的地層壓力、結(jié)構(gòu)自重，可變荷載的地面車輛荷載及其動力作用，不計水壓力、偶然荷載等其它荷載，其中地面荷載及其動力作用按10kPa計，地層豎向壓力荷載按前述建議公式計算，水平側(cè)向壓力的計算公式為：公式中各符號意義同前。彈性抗力系數(shù)按前述基床垂直和水平系數(shù)取值。①園角型斷面支護計算模型對于初期支護為園角型形式時(如十號線)，按60等分單元，拱部的90°(自動試算確定)范圍不設(shè)彈性鏈桿，側(cè)邊加水平鏈桿，底邊加豎直鏈桿，圓角(54°29＇49＂)處上半部加水平鏈桿，下半部加豎直鏈桿，計算模型如圖8-24所示，計算結(jié)果如圖8-25所示。圖圖8-24計算初選模型圖16圖16計算初選模型圖8-26計算優(yōu)化模型圖8-25圓腳型斷面單鏈桿模型計算結(jié)果彎矩軸力計算結(jié)果顯示，在墻腳處最大彎矩135.851kN·m，軸力1803.6kN，應(yīng)力集中嚴重。與實際情況差異較大，主要是未考慮圓腳處結(jié)構(gòu)同時受到豎向及水平向的約束。圓角(54°29＇49＂)處各節(jié)點同時施加豎向和水平向鏈桿，其計算模型如圖8-26所示，計算結(jié)果見圖8-27，結(jié)構(gòu)受力合理，模型正確。因此，對于圓角型襯砌，檢算時均采用圓角雙鏈桿計算模型。計算結(jié)果顯示，在墻腳處最大彎矩彎矩軸力圖8-27圓角型斷面雙鏈桿模型計算結(jié)果91.926kN·彎矩軸力圖8-27圓角型斷面雙鏈桿模型計算結(jié)果②隅角型斷面的支護計算模型圖8-28隅角型斷面初選計算模型對于隅角型斷面(如四、五號線)，初選模型如圖8-28所示，計算結(jié)果如圖圖8-28隅角型斷面初選計算模型圖8-29隅角型斷面初選模型計算結(jié)果計算結(jié)果顯示，在墻腳處最大彎矩139.574kN·m，軸力814.81kN，應(yīng)力集中特別嚴重。這種計算結(jié)果與實際不符的原因主要有，未考慮支護仰拱后于拱墻施工，未考慮直墻腳所受到地層的支撐、摩擦和約束作用?；谏鲜鲈颍部墒褂嬎惴奖?，選用8-30所示的計算模型，即不計算支護仰拱部分，在墻腳處同時施加豎向和水平向鏈桿約束。因此對于隅角型斷面支護，后續(xù)計算中均采用如圖8-30所示的計算模型。計算結(jié)果見圖圖8-29隅角型斷面初選模型計算結(jié)果圖8-31隅角型斷面優(yōu)化模型計算結(jié)果圖8-31隅角型斷面優(yōu)化模型計算結(jié)果圖8-30隅角型斷面優(yōu)化計算模型根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》(TB10003－2001)，鋼筋混凝土矩形截面的偏心受壓構(gòu)件的計算公式：大偏心受壓構(gòu)件()時，小偏心受壓構(gòu)件()時，式中：——安全系數(shù)；——軸向力；——截面的寬度；——截面的厚度；——截面的有效高度，；——軸向力作用點到受拉鋼筋合力點的距離；、——自和鋼筋的重心分別至截面最近邊緣的距離；——混凝土的彎曲抗壓極限強度；——混凝土的抗壓極限強度；、——鋼筋的抗拉、抗壓計算強度；、——受拉、受壓鋼筋面積。式中：——安全系數(shù)；——軸向力；——截面的寬度；——截面的厚度；——截面的有效高度，；——軸向力作用點到受拉鋼筋合力點的距離；、——自和鋼筋的重心分別至截面最近邊緣的距離；——混凝土的彎曲抗壓極限強度；——混凝土的抗壓極限強度；、——鋼筋的抗拉、抗壓計算強度；、——受拉、受壓鋼筋面積。(2)十號線初期支護強度檢算結(jié)果①標準斷面圖8-326m埋深標準斷面支護內(nèi)力根據(jù)對北京地鐵埋深情況的統(tǒng)計，最大埋深為20m，標準斷面檢算了埋深為6m、7.2m、20m時的情況。檢算結(jié)果如圖8-32~8-34圖8-326m埋深標準斷面支護內(nèi)力表8-216m埋深標準斷面截面安全系數(shù)位置軸力(N)彎矩(N·m)偏心矩e0(mm)計算安全系數(shù)拱頂1-3.26E+05-1407643.1311.20拱腰7-3.55E+054823.413.5913.24拱腳11-3.77E+051271533.7210.43墻中16-3.86E+05-1159130.0610.51墻腳23-3.69E+053103884.007.59仰拱30-3.24E+05-2012362.1611.33圖8-337.2m埋深標準斷面計算內(nèi)力表圖8-337.2m埋深標準斷面計算內(nèi)力位置軸力(N)彎矩(N·m)偏心矩e0(mm)計算安全系數(shù)拱頂1-3.30E+05-1837255.6010.11拱腰7-3.66E+055911.716.1712.54拱腳11-3.93E+051651842.059.38墻中16-4.01E+05-1326233.109.87墻腳23-3.93E+053462988.096.75仰拱30-3.25E+05-2290670.539.33圖圖8-3420m埋深標準斷面計算內(nèi)力表8-2320m埋深標準斷面截面安全系數(shù)位置軸力(N)彎矩(N·m)偏心矩e0(mm)計算安全系數(shù)拱頂1-6.52E+05-4559969.944.67拱腰7-7.59E+051946225.645.54拱腳11-8.18E+052547831.134.91墻中16-8.23E+05-1765321.465.31墻腳23-7.13E+054858368.154.32仰拱30-6.01E+05-2631543.756.05②大斷面圖8-3512.2m跨度9.1m埋深支護內(nèi)力除標準斷面外，另外選擇了斷面比較大的太陽宮站～麥子店西路站3－3結(jié)構(gòu)斷面(跨度為12.2m)以及蘇州街站～黃莊站F型結(jié)構(gòu)斷面(跨度為16.5m)圖8-3512.2m跨度9.1m埋深支護內(nèi)力表8-2412.2m跨度9.1m埋深支護截面安全系數(shù)位置軸力(N)彎矩(N·m)偏心矩e0(mm)計算安全系數(shù)拱頂1-1.15E+06-1.12E+0597.113.97拱腰5-1.18E+06-6106151.684.79拱腳11-1.28E+061.22E+0595.773.60墻中19-1.18E+06-5107043.425.03墻腳24-1.40E+061.63E+05116.363.03仰拱35-1.09E+06-2913626.815.99圖圖8-3616.5m跨度7m埋深支護內(nèi)力表8-2516.5m跨度7m埋深支護截面安全系數(shù)位置軸力(N)彎矩(N·m)偏心矩e0(mm)計算安全系數(shù)拱頂1-1.37E+06-6795749.694.32拱腰5-1.38E+06-4681834.014.68拱腳12-1.42E+065877941.374.35墻中22-1.27E+06-4068432.165.38墻腳26-1.45E+061.28E+0587.973.38仰拱40-1.13E+068816.37.786.70(3)四號線檢算圖8-375.96m埋深標準斷面計算內(nèi)力標準斷面為5.96m跨度，檢算埋深為5.96m、7.15m、20m時的情況。檢算結(jié)果如圖8-37~8-39圖8-375.96m埋深標準斷面計算內(nèi)力表8-265.96m埋深標準斷面支護截面安全系數(shù)位置軸力(N)彎矩(N·m)偏心矩e0(mm)計算安全系數(shù)拱頂1-3.08E+05-1151337.3812.40拱腰5-3.21E+05-1768.615.86拱腳8-3.37E+05975128.9512.14墻中14-3.48E+055100.114.6713.37圖圖8-387.15m埋深標準斷面計算內(nèi)力表8-277.15m埋深標準斷面支護截面安全系數(shù)位置軸力(N)彎矩(N·m)偏心矩e0(mm)計算安全系數(shù)拱頂1-3.22E+05-1818856.4210.31拱腰5-3.43E+05-3365.39.8214.23拱腳8-3.68E+051433838.9810.26墻中14-3.90E+055403.613.8712.02圖8-3920m埋深標準斷面計算內(nèi)力表圖8-3920m埋深標準斷面計算內(nèi)力位置軸力(N)彎矩(N·m)偏心矩e0(mm)計算安全系數(shù)拱頂1-6.09E+05-63180103.723.47拱腰5-6.78E+05-1256618.536.61拱腳8-7.61E+054716661.974.21墻中14-8.06E+05848510.536.00(4)五號線檢算標準斷面為5.8m跨度，檢算埋深為5.8m、6.96m、20m時的情況。檢算結(jié)果如圖8-40~8-42和表8-29~8-31所示。圖圖8-405.8m埋深標準斷面計算內(nèi)力彎矩軸力表8-295.8m埋深標準斷面支護截面安全系數(shù)位置軸力(N)彎矩(N·m)偏心矩e0(mm)計算安全系數(shù)拱頂1-3.08E+05-1260940.9812.07拱腰5-3.22E+05-2507.57.7815.45拱腳8-3.41E+059437.927.7212.14墻中14-3.59E+054328.412.0413.27圖8-416.96m埋深標準斷面支護內(nèi)力彎矩軸力表8-306.96m埋深標準斷面支護截面安全系數(shù)位置軸力(N)彎矩(N·m)偏心矩e0(mm)計算安全系數(shù)拱頂1-3.12E+05-1613251.7611.01拱腰5-3.30E+05-3303.210.0114.75拱腳8-3.53E+051184133.5611.16墻中14-3.73E+05423311.3412.86圖8-4220m埋深標準斷面計算內(nèi)力彎矩軸力表8-3120m埋深標準斷面支護截面安全系數(shù)位置軸力(N)彎矩(N·m)偏心矩e0(mm)計算安全系數(shù)拱頂1-6.13E+05-5007281.704.62拱腰5-6.76E+05-8431.512.477.02拱腳8-7.52E+053668648.784.66墻中14-7.86E+0510.246.18(1)初期支護穩(wěn)定性檢算采用支護強度檢算是可行的方法之一，在支護強度檢算中可采用“荷載－結(jié)構(gòu)”計算模式；(2)目前采用的圓角斷面形式，應(yīng)在圓角處設(shè)置雙鏈桿形式的計算模型；隅角型斷面形式不計算支護仰拱部分，在墻腳處同時施加豎向和水平向鏈桿約束模型；(3)支護截面強度檢算結(jié)果顯示，支護截面的強度安全系數(shù)隨埋深增大而減小，隨斷面增大而降低。標準斷面截面最小安全系數(shù)為4.21，12.2m跨度9.1m埋深覆土深度的大斷面截面最小安全系數(shù)為3.03。1.算例以北京地鐵十號線工體北路站~呼家樓站區(qū)間隧道為例，其斷面開挖跨度6.0m，高6.33m，隧道埋深10.7m。支護厚度25cm，二襯厚度所處地層自上而下分別為：粉土填土、粉土1、粉質(zhì)粘土、粉土2、細砂中砂、粉質(zhì)粘土、中粗砂。計算參數(shù)如表8-32所示。表8-32計算參數(shù)材料名彈性模量kPa泊松比μ密度kN/m3粘聚力C/kPa內(nèi)摩擦角Φ/°粉土填土1-17160.0000.31019.1472016.09013.310粉土211210.0000.26019.8700025.37028.940粉質(zhì)粘土38250.0000.30020.0500031.25016.390粉土416560.0000.26019.2700035.53024.580細砂中砂538330.0000.24025.00031.290粉質(zhì)粘土610380.0000.36020.2000037.04028.000中粗砂747610.0000.26021.0000028.50033.600支護21000000.0.2－－－小導(dǎo)管加固200000.28022.0000030.00030.000與巖體不同，土體應(yīng)力分析中取用的彈性常數(shù)一般是變形模量或壓縮模量。土體在固結(jié)儀內(nèi)進行壓縮試驗所得的結(jié)果如圖8-43所示。由圖5-1可得壓縮模量的計算式為式(5-1)。(5-1)P1P2P1P2e1e2M1M2Pe圖8-43(5-2)式中，——壓縮模量；——壓縮系數(shù)；——孔隙比；——加荷值。土樣常規(guī)三軸試驗的過程是先將土樣在取土現(xiàn)場的應(yīng)力水平下再固結(jié)，后在不排水條件下分級增加三向壓力、和(＝)，同時量測應(yīng)變、和(=)彈性常數(shù)的計算式與巖石塊常規(guī)三軸試驗相同。因在不排水加荷時泊松比的數(shù)值為＝0.5，故不排水加荷時彈性模量的計算式為式(5-3)。(5-3)由上式算得的實際上隨應(yīng)力水平的變化而變化，故試驗最好能模擬現(xiàn)場的實際應(yīng)力增量。因按這個要求進行試驗比較困難，實際試驗中常用的做法是使＝0，而分級增大，達土樣固結(jié)不排水強度的1/3~1/2(即使安全系數(shù)為2~3)，然后再卸荷，反復(fù)幾次，使應(yīng)力應(yīng)變曲線所形成的回滯環(huán)越來越窄，最后趨于某一漸近線，如圖8-44所示。圖中值常高于。例如上海地區(qū)軟粘土的值約為20~90kg/cm2，但值可達1000kg/cm2，故僅在瞬時荷載時才使用值進行土體應(yīng)力分析。ε1圖8-44EsErε1圖8-44EsErσ1-σ3荷載P’荷載P’圖8-45P0Pu沉降式中，B——圓形承壓板的直徑，或方形承載板的邊長；w——系數(shù)，圓形承壓板加荷時取0.79，方形承壓板加荷時取0.88；Pi——承壓板底面的壓力；S1——與荷載P1相應(yīng)的沉降。按其它現(xiàn)場試驗方法所得的結(jié)果，確定E值的方法不一一列出，由于土體不是理想彈性體，且在取土和試驗過程中天然結(jié)構(gòu)破壞后強度和壓縮性都會變化，故由土樣室內(nèi)壓縮試驗取得的值與原位加荷試驗取得的值一般不相同。經(jīng)過長期實踐，我國建立