盾构衬砌设计计算书

盾构隧道衬砌设计计算书

060987李博

一、设计资料

如图所示，为一软土地区地铁盾构隧道横断面，有一块封顶块K，两块邻接块L，两块标准块B 以及一块封底块D 六块管片组成。

q=20kN/m 2

j=7.2

j=8.9

部分数据

地面超载 2/20m kN q =超

地层基床系数 2/20000m kN k =

衬砌外径 m D 2.60= 衬砌内径 m D 5.5= 管片厚度

mm t 350=

管片宽度

m b 2.1=

管片裂缝宽度 允许值 []mm 2.0=v

接缝张开允许值 []mm 3=D

混凝土抗压强度

设计值 MPa f c 1.23= 混凝土抗压强度

设计值 MPa f t 89.1= 钢筋抗拉强度 设计值（II 级钢） MPa f y 300=

钢筋抗拉强度 设计值（II 级钢） MPa f y 300'

= 管片混凝土 保护层厚度 mm a a s s 50'

==

钢筋抗拉强度 设计值（I 级钢）

MPa f y 210= 混凝土弹性模量 2

7

/1045.3m kN E ´=

钢筋弹性模量 （II 级钢） 28/100.2m kN E ´=钢

M30螺栓有效面

积 26.560mm A g = M30螺栓设计强

度 MPa R g 210= M30螺栓弹性模

量

28/101.2m kN E ´=螺栓

M30螺栓长度

cm l 5.18=螺栓

二、荷载计算

1、 自重

kN R D D g H

h

81.1602)(41

220=×-=p g p

2、 竖向土压力

由于隧道上覆土层为灰色淤泥质粉质粘土，地层基床系数2

/20000m kN k =，推测应为硬黏性土，且隧道埋深超过隧道半径很多倍，故竖向土压力应按照太沙基公式计算。 衬砌圆环顶部的松弛宽度

m D B 73.6)4

8cot(200=+=

j

p 地面超载2

/20m kN q =超，且H q

m K B H K B c B h 05.29tan tan exp 11(0010000=úû

ùêëé

÷÷øöççèæ---=j

j g ‘

1H 为修正覆土厚度，即将上部土柱重量按浮重度折算而成的覆土厚度

m q l H H w 83.598

20

185.082.56'1=+´+´=

+×+=

‘

超

g g g

22'0/200/38.232m kN m kN h q >==g 土，取2/38.232m kN q =土

3、拱背土压

计算半径mm R H 29252

350

6200=-=

。

土层重度取拱背覆土所在土层的浮重度3/8m kN ×=‘g ，并将其简化为竖向均布荷载

22

/03.5243.02m kN R R R G

q H

H H =×=×=’拱g

4、净水压力

隧道顶面处净水压力2

/00.562m kN H q w w =×=g 顶水 隧道底面处净水压力2

/50.6202m kN R H q H w w =+×=）（底水g

5、侧向水土压力

侧向水土压力采用水土分算的方法，按朗肯主动土压力计算。 土压力a a K c K h q p 2)(-×+=g ，水压力1w w H p ×=g

其中q 为上部土层产生的竖向压力；g 为计算土层的重度，因计算位置位于地下水位以下，故取浮重度；h 为计算处至隧道顶面的距离；1w H 为计算处至地下水面的距离。计算结果如下

6、侧向土壤抗力

由于土层变化引起的土压力突变比较小，可以将侧向水土压力近似看做是均匀变化的。取隧道顶面侧向压力21/97.706m kN p =，隧道底面侧向压力22/69.808m kN p =

取衬砌圆环抗弯刚度折减系数7.0=h ，管片弹性模量2

7

/1045.3m kN E ´=，管片的截面惯性矩m m I /10

573.343

×´=-，弹性基床系数3/20000m kN k =。

衬砌圆环在水平直径处变形量

mm R k I E R g p p q q q H H 985.1)

0454.0(242224

4

21=×+×××+--++=h p d ）（拱顶水土 侧向抗力2

1/70.39m kN k p k =×=d

7、荷载组合

竖向荷载2

/29.959)(2.1m kN q q q q =++=拱顶水土 自重21/50.102.1m kN g g == 水平荷载

侧向抗力2

1/52.482.1m kN p p k k ==

三、内力计算

1、按惯用修正法公式表格进行计算

侧向压力因土层改变所引起的变化很小，可以近似按照均匀变化计算

a、管片内力计算结果

kN×）

弯矩（m

角度垂直荷载水平荷载弹性抗力水平三角荷载自重每米内力02051.83-1825.51-40.42-108.1830.97108.69 101928.09-1715.42-38.59-103.2529.39100.22 201571.79-1398.42-33.18-88.6224.7676.33 301025.92-912.76-24.33-64.9117.4841.41 40356.30-317.00-12.32-33.368.17 1.79 50-356.30317.00 2.48 3.80-2.34-35.35 60-1025.92912.7618.9443.27-13.07-64.02 70-1571.791398.4234.7380.70-22.91-80.84 80-1928.091715.4246.69111.16-30.69-85.51 90-2051.831825.5151.39129.81-35.28-80.39 100-1928.091715.4246.69132.80-35.61-68.79 110-1571.791398.4234.73118.18-31.14-51.61 120-1025.92912.7618.9486.54-22.21-29.89 130-356.30317.00 2.4841.28-9.91-5.45 140356.30-317.00-12.32-11.72 4.0819.33 1501025.92-912.76-24.33-64.9117.8041.72 1601571.79-1398.42-33.18-110.2629.2959.22 1701928.09-1715.42-38.59-140.7236.9170.27 1802051.83-1825.51-40.42-151.4539.5874.04 kN×）

管片弯矩图（m