地鐵區(qū)間隧道設(shè)計算例

1、地下工程課程設(shè)計地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書班級： 姓名： 學(xué)號：指導(dǎo)老師： 2013年6月24日目錄一、設(shè)計任務(wù)21、1工程地質(zhì)條件21、2其他條件2二、設(shè)計過程22.1 根據(jù)給定的隧道或車站埋深判斷結(jié)構(gòu)深、淺埋；22.2 計算作用在結(jié)構(gòu)上的荷載；22.3 進(jìn)行荷載組合22.4 繪出結(jié)構(gòu)受力圖22.5 利用midas gts程序計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力2附錄：2地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書一、設(shè)計任務(wù)對某區(qū)間隧道進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算，求出荷載大小及分布，畫出荷載分布圖，同時利用軟內(nèi)力。具體設(shè)計基本資料如下：1、1工程地質(zhì)條件工程地質(zhì)條件線路垂直于永定河沖、洪積扇的軸部，第四紀(jì)地層沉積韻律明顯，地層由上到下依次為：雜

2、填土、粉土、細(xì)砂、圓礫土、粉質(zhì)粘土、卵石土。其主要物理力學(xué)指標(biāo)如表1。表1 各層土的物理力學(xué)指標(biāo)土的類型厚度（m）天然重度（kN/m3）飽和重度sat（kN/m3）彈性抗力系數(shù)(MPa/m）變形模量E（GPa）泊松比內(nèi)摩擦角（）粘聚力C(MPa)雜填土2.01624500.80.4200.005粉土6.01826900.90.35210.01細(xì)砂4.019271001.20.32220.01圓礫土7.519.527.51201.50.32250.01粉質(zhì)粘土6.020.0281501.80.32230.02卵石土12.020.028.52002.00.30270.03基巖22293002.50

3、.35350.041、2其他條件其他條件地下水位在地面以下5m處；隧道頂部埋深6m；采用暗挖法施工。隧道段面為圓形盾構(gòu)斷面。斷面圖如下：二、設(shè)計過程2.1 根據(jù)給定的隧道或車站埋深判斷結(jié)構(gòu)深、淺埋；可以采用鐵路隧道設(shè)計規(guī)范推薦的方法，即有 h*=0.452s-11+i(B-5) 上式中s為圍巖的級別；B為洞室的跨度；i為B每增加1m時的圍巖壓力增減率。 由于隧道拱頂埋深6m，位于雜填土、粉土層、細(xì)砂層中，根據(jù)地鐵設(shè)計規(guī)范10.1.2可知“暗挖結(jié)構(gòu)的圍巖分級按現(xiàn)行鐵路隧道設(shè)計規(guī)范確定”。圍巖為級圍巖。則有 h*=0.452s-11+iB-5 =0.4526-11+0.16-5=15.84m因為埋

4、深hc=6mh*=15.84m，可知該隧道為極淺埋。2.2 計算作用在結(jié)構(gòu)上的荷載； 1 永久荷載A 頂板上永久荷載a. 頂板（盾構(gòu)上部管片）自重 q=.d =250.3=7.5KPab. 地層豎向土壓力 由于拱頂埋深6 m，則頂上土層有雜填土、粉土，且地下水埋深5m，應(yīng)考慮土層壓力和地下水壓力的影響。（粉土使用水土合算） q 頂=ihi =216+318+126 =112KPaB 底板上永久荷載 a. 底板自重 q=.d =250.3=7.5KPab. 水壓力（向上）： q 水底=w.h=107=70KPaC 側(cè)墻上永久荷載 地層側(cè)向壓力按主動土壓力的方法計算，由于埋深在地下水位以下，需考慮

5、地下水的影響。(分圖層水土合算，砂土層按水土分算)a. 側(cè)墻自重q=.d =250.3=7.5KPab. 對于隧道側(cè)墻上部土壓力： 用朗肯主動土壓力方法計算Ka=tan245o-2=tan245o-212=0.472 q 側(cè)=ihiKa =216+318+126Ka =52.86KPac. 對于隧道側(cè)墻圖層分界處土壓力Ka上=tan245o-上2=tan245o-212=0.472Ka下=tan245o-下2=tan245o-222=0.455 q 上=ihiKa上(162+318+326)Ka上=77.41KPa = q 下=ihiKa下 =216+318+326Ka下=74.62KPad.

6、 對于隧道圓心高度土壓力 q 上=ihiKa下+whi=216+318+326+27-101Ka下+101=92.35KPae. 對于隧道側(cè)墻底部水土總壓力 q 側(cè)=ihiKa+whi216+318+326+4(27-10)Ka+104=145.56KPaf. 對于隧道側(cè)墻水壓力 q 水圓心=w.h1=101=10KPa q 水底=w.h2=104=40KPa 2 可變荷載A 頂板上可變荷載 按地鐵設(shè)計規(guī)范10.2.1中第三條規(guī)定：在道路下面的潛埋暗挖隧道，地面的車輛荷載按10KPa的均布荷載取值，并不計動力作用影響。人行荷載可以不用考慮。B 底板上可變荷載 主要為列車車輛運行的可變荷載，一般

7、取為 1+nPoLB=1.145480184=5.1KPaC 側(cè)墻上可變荷載 由于到隧道上部地面車輛的運行，會導(dǎo)致側(cè)向壓力的增大： q 倒=10Ka=100.455=4.55KPa 3 偶然荷載在本設(shè)計中，僅考慮比較簡單的情況，偶然荷載可以不用計算。2.3 進(jìn)行荷載組合 1、承載能力極限狀態(tài)荷載組合采用1.35永久荷載1.3可變荷載根據(jù)以上各種計算，作用在隧道上的設(shè)計荷載有：拱頂： 設(shè)計恒載：-161.33 KPa 設(shè)計活載：-13 KPa底板： 設(shè)計恒載：84.37 KPa 設(shè)計活載：-6.63 KPa側(cè)墻（頂部）： 設(shè)計恒載： 71.36KPa 設(shè)計活載： 5.92 KPa（底部）： 設(shè)計

8、恒載： 196.51KPa 設(shè)計活載： 5.92 KPa2、正常使用極限狀態(tài)荷載組合采用 恒載+活載根據(jù)以上各種計算，作用在隧道上的設(shè)計荷載有：拱頂： 設(shè)計恒載：-119.5 KPa 設(shè)計活載：-10 KPa底板： 設(shè)計恒載：62.5 KPa 設(shè)計活載：-5.1 KPa側(cè)墻（頂部）： 設(shè)計恒載：52.86 KPa 設(shè)計活載： 4.55KPa（底部）： 設(shè)計恒載：145.56KPa 設(shè)計活載： 4.55 KPa2.4 繪出結(jié)構(gòu)受力圖 根據(jù)荷載組合值，可以分別計算出拱頂、底板、側(cè)墻和中墻的設(shè)計荷載值，如下圖：2.5 利用midas gts程序計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力首先應(yīng)進(jìn)行單元劃分，然后定義荷載和截面，加入

9、邊界條件。 在midas程序中施加各類荷載，然后運行后就可得到單元注：管片采用C50混凝土，無配筋。軸力圖剪力圖彎矩圖由于隧道斷面為圓形，實際情況上部圖壓力與下部水浮力隨寬度變化并不為均值，大致變化為下圖，在運用MIDAS GTS 運算時采用下圖荷載圖式MIDAS GTS 運算圖示如下軸力圖剪力圖彎矩圖由圖可知第二種情況結(jié)構(gòu)所受內(nèi)力較大，當(dāng)圓形隧道斷面很大時，考慮實際情況，改變荷載圖示是有必要的。附錄：地下結(jié)構(gòu)課程設(shè)計任務(wù)書 地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計本次地下結(jié)構(gòu)課程設(shè)計是進(jìn)行城市地鐵區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計，涉及“地下工程”這門課的主要理論，通過設(shè)計，使學(xué)生更深入地掌握所學(xué)理論。一、基本要求1、 對設(shè)計

10、從全局上把握，思路清晰，獨立完成全部設(shè)計任務(wù)；2、 設(shè)計計算正確無誤，圖紙清晰，符合規(guī)范要求；3、 按計劃及時上交設(shè)計，每位同學(xué)的計算參數(shù)不同，如發(fā)現(xiàn)抄襲者，將記為零分。二、設(shè)計任務(wù)對某區(qū)間隧道進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算（采用斷面3），求出內(nèi)力。具體設(shè)計基本資料如下：1、工程地質(zhì)條件線路垂直于永定河沖、洪積扇的軸部，第四紀(jì)地層沉積韻律明顯，地層由上到下依次為：雜填土、粉土、細(xì)砂、圓礫土、粉質(zhì)粘土、卵石土。其主要物理力學(xué)指標(biāo)如表1。表1 各層土的物理力學(xué)指標(biāo)土的類型厚度（m）天然重度（kN/m3）飽和重度sat（kN/m3）彈性抗力系數(shù)(MPa/m）變形模量E（GPa）泊松比內(nèi)摩擦角（）粘聚力C(MPa)雜填土2.01624500.80.4200.005粉土6.01826900.90.35210.01細(xì)砂4.019271001.20.32220.01圓礫土7.519.527.51201.50.32250.01粉質(zhì)粘土6.020.0281501.80.32230.02卵石土12.020.028.52002.00.30270.03基巖22293002.50.35350.042、其他條件地下水位在地面以下5m處；隧道頂部埋深6m；采用暗挖法施工。三、設(shè)計過程1、 根據(jù)給定的隧道或車站埋深判斷結(jié)構(gòu)深、淺埋；2、 計算作用在結(jié)構(gòu)上的荷載（僅按使用階段考慮）；3、 進(jìn)行荷載組合，只按