暗挖馬蹄形斷面隧道結構計算書

暗挖隧道斷面A結構計算書工程概況暗挖隧道斷面A適用于里程：右CRK0+385.715～K0+876.000，左CRK0+385.715～K0+906.500。施工采用暗挖臺階法，覆土高度從3.7m到10.8m。選取覆土最深的右線CRK0+488.000處斷面進行結構內力計算。計算程序采用Midas有限元軟件(6.1.1工程地質與水文地質情況結構所處地質屬于第四系地質，土層根本上以填土、粉土、粉質粘土、砂土和圓礫卵石為主，含有一定的粘土；結構所處土層為卵石圓礫〔5〕，中粗砂〔5--1〕，粉土〔6--2〕，中粗砂〔7--1〕，結構上主要覆土為填土、粉土、粉質粘土、粉細砂、中粗砂。根據提供的地質資料，計算采用地質資料提供的地層參數(shù)，其地質情況及參數(shù)選取見表1。計算水位采用地質報告提供的抗浮水位〔標高30m〕。表1：土層參數(shù)表編號土層名稱厚度(m)容重(kN/m3)C(kPa)φ(°)靜側壓系數(shù)1--1雜填土1.816.5－－－2粉土1.119.22929－2--1粉質粘土0.519.536190.482粉土1.719.22929－2--3粉細砂1.019.50250.402--4中粗砂2.519.80320.405卵石圓礫2.721.00500.255--1中粗砂1.220.50400.336--2粉土3.019.118280.417--1中粗砂2.220.80320.2覆土加權容重=19.4kN/m3；斷面所在土層加權容重＝20.3kN/m3，斷面土層加權側壓系數(shù)為=0.33，水平與豎直基床系數(shù)按地質報告資料取平均值為55MPa/m3。結構尺寸的擬定結構高6.28m，寬5.9m，初襯厚0.25m，二襯厚0.3m，具體結構斷面尺寸如圖圖1：暗挖隧道單線馬蹄形斷面圖模型及荷載組合計算模型本次計算按照平面應變模型進行，采用結構－荷載模式。根據地下結構的埋深以及穿越土層的地質特點，將結構覆土換算成上覆土荷載和側土壓力荷載，施加在結構上進行結構內力分析。二襯結構計算時考慮水壓力的作用，采用水土分算及水土合算分別進行內力分析。計算時假定初襯承當全部土荷載，不承當水荷載。二襯承當70％的土荷載及全部的水荷載。荷載組合：根本組合1.35×永久荷載標準值＋1.4×0.7×活載標準值準永久組合永久荷載標準值＋0.7×活載標準值施工階段荷載組合根本組合×0.9抗震偶然組合1.2×永久荷載標準值＋1.4×0.7×活載標準值＋地震荷載標準值人防偶然組合1.2×永久荷載＋人防荷載對于暗挖地下區(qū)間及附屬結構計算，初襯由施工階段荷載組合控制，二襯由正常使用極限狀態(tài)〔最大裂縫〕或承載能力極限狀態(tài)控制，本區(qū)間暗挖隧道斷面小，埋深大，偶然組合不控制二襯結構的配筋。荷載計算及計算簡圖荷載計算地面超載：20kN/m3，由于結構覆土比擬高，計算中地面超載可忽略不計；初襯荷載標準值：覆土加權容重＝19.4kN/m3，斷面土層加權容重＝20.30kN/m3。土層含水量w>20%，考慮施工降水作用含水量w減少10%，那么：覆土計算容重；斷面土層計算容重頂拱豎向土壓力：＝10.8×17.6+0.125×18.5=192.4kN/m結構側向土壓力：=192.4×0.33＝63.5kN/m=(192.4+6.03×18.5)×0.33＝100.3kN/m底拱地基反力由地基彈簧變形提供，結構自重由程序自行考慮。二襯荷載標準值：水土合算頂拱豎向土壓力：＝10.8×19.4×0.7+0.4×20.3×0.7=152.3kN/m結構側向土壓力：=152.3×0.33＝50.3kN/m=(152.3+5.33×20.3×0.7)×0.33＝75.3kN/m底拱地基反力由地基彈簧變形提供，結構自重由程序自行考慮。水土分算頂拱豎向水壓力：=(11.2-10.7)×10=4.7kN/m結構側向水壓力：p1=p0=4.7kN/m=5.8×10=58.0kN/m底拱水壓力：p3=p2=58.0kN/m頂拱豎向土壓力：＝10.8×19.4×0.7+0.4×10.3×0.7=150.0kN/m結構側向土壓力：=150.0×0.33＝49.5kN/m=(150.0+5.33×10.3×0.7)×0.33＝62.2kN/m底拱地基反力按計算由地基彈簧變形提供，結構自重由程序自行考慮。計算簡圖初襯計算簡圖見圖2，二襯計算簡圖見圖3〔水土合算〕、圖4〔水土分算〕。圖2：暗挖隧道馬蹄形斷面初襯計算簡圖圖3：暗挖隧道馬蹄形斷面二襯計算簡圖〔水土合算〕圖4：暗挖隧道馬蹄形斷面二襯計算簡圖〔水土分算〕六、計算結果及配筋計算初襯計算結果及配筋計算計算參數(shù)：初襯混凝土為C20；b=1m，h=0.25m，凈保護層厚c=40mm；結構重要性系數(shù)取為0.9，按對稱配筋計算。初襯內力圖見圖5～圖7。配筋結果見下表，其中L0為構件計算長度，η為經驗系數(shù)，表2：暗挖隧道馬蹄形斷面初襯計算結果表位置M(kN.m)N(kN)L0〔m〕η＝1.0η＝0.80ζ配筋ζ配筋拱頂91-4363.00.1864Φ250.1483Φ25拱中部-90-6202.50.2643Φ250.2093Φ22邊墻底部-101-7281.00.3103Φ250.2453Φ20底板側部68-473-1.00.1983Φ180.1573Φ16底板中部-107-512-3.50.2184Φ250.1743Φ25注：底板凈保護層厚度為外40mm，內20mm，腳部考慮鎖腳錨桿及鋼域的影響，可減小配筋。初襯結構最大剪力值〔承載能力狀態(tài)〕為375kN，需配置間距為200mm的Φ14抗剪鋼筋圖5：暗挖隧道單線馬蹄斷面初襯彎矩圖〔單位kN.m〕圖6：暗挖隧道單線馬蹄斷面初襯剪力圖〔單位kN〕圖7：暗挖隧道單線馬蹄斷面初襯軸力圖〔單位kN〕二襯計算結果及配筋計算計算參數(shù)：二襯混凝土為C30；h=0.3m，b=1.0m；凈保護層厚c=35mm；按對稱配筋計算；裂縫驗算按《混凝土結構設計標準〔GB50010-2002〕》的有關規(guī)定執(zhí)行，其中結構外側允許裂縫最大寬度為0.2mm，內側為0.3mm水土合算計算結果表3：暗挖隧道馬蹄形斷面二襯配筋計算〔水土合算〕位置M(kN.m)N(kN)L0(m)ζ配筋拱頂97-3233.00.0885Φ18拱中部-80-5372.00.1463Φ16邊墻底部-102-6841.50.1864Φ16底板邊部102-6791.50.1854Φ16底板中部-146-6102.50.1675Φ20表4：暗挖隧道馬蹄形斷面二襯裂縫驗算〔水土合算〕位置M(kN.m)N(kN)配筋W(mm)允許w(mm)拱頂72-2395Φ180.140.3拱中部-59-3984Φ160.100.2邊墻底部-76-5075Φ160.110.2底板邊部76-5035Φ160.110.2底板中部-108-4525Φ200.210.3水土合算時二襯結構最大剪力值〔承載能力狀態(tài)〕為198kN，小于構件混凝土的抗剪承載力335kN。因此，僅需按構造配置箍筋。圖8：承載能力組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯軸力圖〔單位kN〕圖9：承載能力組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯剪力圖〔單位kN〕圖9：承載能力組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯彎矩圖〔單位kN.m〕水土分算計算結果表5：暗挖隧道馬蹄形斷面二襯配筋計算〔水土分算〕位置M(kN.m)N(kN)L0(m)ζ配筋拱頂80-3453.00.0944Φ16拱中部-69-5432.00.1482Φ16邊墻底部-110-7141.50.1944Φ16底板邊部110-7311.50.2004Φ16底板中部-135-6702.50.1835Φ18表6：暗挖隧道馬蹄形斷面二襯裂縫驗算〔水土分算〕位置M(kN.m)N(kN)配筋W(mm)允許w(mm)拱頂59-2564Φ160.190.3拱中部-51-4023Φ160.120.2邊墻底部-81-5295Φ160.140.2底板邊部81-5415Φ160.140.2底板中部-100-4965Φ180.210.3水土分算時二襯結構最大剪力值〔承載能力狀態(tài)〕為200kN，小于構件混凝土的抗剪承載力335kN。因此，僅需按構造配置箍筋。圖10：承載能力組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯軸力圖〔單位kN〕圖11：承載能力組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯剪力圖〔單位kN〕圖12：承載能力組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯彎矩圖〔單位kN.m〕抗浮檢算由于此段地下水位較深，因此不做抗浮驗算。人防驗算人防抗力等級為5級，人防驗算時只進行配筋驗算，不進行裂縫驗算。人防荷載采用理正有限元計算軟件〔人防〕計算得到，作用于拱頂?shù)牡刃Ь检o荷載標準值qe1＝95.4kN/m2，作用于拱底的等效均布靜荷載標準值qe2＝72.7kN/m2。作用于側墻的等效均布靜荷載標準值為ee＝30kN/m2。由此計算出的結構人防偶然組合〔1.2×永久荷載＋人防荷載〕的內力圖見圖13～圖15，配筋驗算時混凝土強度提高50％，鋼筋強度提高35％，驗算結果見表7。表7：暗挖隧道馬蹄形斷面人防偶然組合配筋驗算位置M(kN.m)N(kN)L0(m)AS(mm2)配筋拱頂135-4273.010665Φ18拱中部-110-7542.04843Φ16邊墻底部132-8931.56434Φ16底板中部-195-7872.514685Φ20由表中數(shù)據可以看出，人防偶然組合時的結構配筋略小于根本組合的結構配筋，因此人防偶然組合不控制設計。圖13：人防偶然組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯軸力圖〔單位kN〕圖14：人防偶然組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯剪力圖〔單位kN〕圖15：人防偶然組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯彎矩圖〔單位kN.M〕附錄：人防荷載計算(1)根本信息抗力等級:5覆蓋土厚12.000(m)短跨凈跨L0= 5.000(m)結構形式:非平頂結構頂板不考慮上部建筑物的影響不是飽和土(2)空氣沖擊波超壓△Pms計算頂板△Pms=100.00(3)土中壓縮波的最大壓力Ph計算波速比:2.00起始壓力波速:200.00(m/s)應變恢復比:0.20頂板計算時土的計算深度:12.000(m)升壓時間0.060(s)頂板Ph=91.79(kPa)(4)結構上的核爆炸動載最大值Pci計算結構頂板核爆動載綜合反響系數(shù)K=0.99底壓系數(shù):