地下建筑结构课程设计隧道盾构施工

目录1 荷载计算-------------------------------------31.1 结构尺寸及地层示意图-----------------------31.2 隧道外围荷载标准值-------------------------31.2.1 自重--------------------------------31.2.2 均布竖向地层荷载----------------------41.2.3 水平地层均布荷载----------------------41.2.4 按三角形分布的水平地层压力--------------51.2.5 底部反力-----------------------------51.2.6 侧向地层抗力--------------------------51.2.7 荷载示意图----------------------------62 内力计算---------------------------------------63 标准管片配筋计算--------------------------------83.1 截面及内力确定-----------------------------83.2 环向钢筋计算--------------------------------83.3 环向弯矩平面承载力验算-----------------------114 抗浮验算-------------------------------------105 纵向接缝验算--------------------------------125.1 接缝强度计算------------------------------125.2 接缝张开验算------------------------------146 裂缝张开验算------------------------------157 环向接缝验算----------------------------168 管片局部抗压验算-----------------------------179 参考文献-------------------------------18一.荷载计算1.1结构尺寸及地层示意图q=20kN/m21-1 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： 1.2隧道外围荷载标准值计算h γ——钢筋混凝土自重（3/m kN ）；δ—-管片厚度（m ）； ①竖向地层荷载：211/19.7482.2057.85.31.9181185.0m kN h q i ni i =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=⋅=∑=γ②地面超载：③近似均布拱背土压力： 其中：1.2..3水平地层均布荷载 其中： 则： 其中： 其中：衬砌圆环抗弯刚度:237625.123265120.35×0.1103.45EJ m KN ⋅=⨯⨯= 衬砌圆环抗弯刚度折减系数:3.0=η； 则：取KPa P K 1.48=图1-2 圆环外围荷载示意图二、 内力计算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）：隧道圆环内力计算结果根据表格所示，在0126度时轴力最大和弯矩最大三、标准管片配筋计算3.1 截面及内力确定由上述内力计算，取m964.=进行内力计算，衬砌管片同时=-105.73k，KNN05M⋅N受到较大的正弯矩与负弯矩，采用对称配筋。

简化模型为b=1000mm，h=350mm，保护层厚度取50mm。

根据修正惯用法中的η-ξ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：a.最大负弯矩时：b.最大正弯矩时： 3.2 环向钢筋计算取：1.1=η。

采用非对称配筋3.052.0300/6.1421.1/00>=⨯=h e η，先按大偏心计算，假设mm h x b 16830056.00=⨯==ξ对于大偏心构件，取sd f =s σ，，对s A M 取矩，)()2('000's s sd cd s d a h f xh bx f e N A ---=γ）（）（50-300280168/2-300168100022.4-281.861000964.051.0⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==负值所以，按照构造配筋，取2'700100/35010002.0%2.0mm bh A s =⨯⨯== 取4?16钢筋，面积为804mm^2将2'700mm A s =带入公式)2()(00'0's x h bx f e N a h f A cd s d s sd --=-γ可得02.994330021-2=-+x x算出x=35.2mmmm h x b 1680=≤ξ,所以取sd f =s σ，对N 取力得平衡带入数据算得：As=73.14mm^2<0.2%bh 所以去As=0.2%bh=700mm^2 取4?16，供给面积为804mm^23.3环向弯矩平面承载力验算（按轴心受压验算）查《混凝土结构设计原理》表3-1，得轴心受压稳定系数：986.0=ϕ，2700mm A S='000032.03501000700<=⨯='ρ（纵向钢筋配筋率）2350000mm A=（构件截面面积）满足要求四、抗浮验算盾构隧道位于含地下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： 式中：G '——隧道自重G ——拱背土压力 P ——垂直荷载 F ——水浮力则：WH HW H R R P P G R g K γππ⋅⋅+++⋅⋅=212)(2 1.14.19>= 满足要求其中：水压力：277.05kN/m 7.70510=⨯==H P w w γ 五. 纵向接缝验算 5.1接缝强度计算近似地把螺栓看作受拉钢筋，假设选用1根螺栓。

按偏心受压钢筋混凝土截面尽行计算。

5.1.1.负弯矩接头（0126截面）mm ea20=，mm e e e a i 96.80=+=其中：N 1--螺栓预应力引起的轴向力，取M30细螺纹 由：得：mm h mm x 16856.04.1350=<=为大偏心受压,则：55.1025.2>= 满足要求00截面）mm e a 20=，mm e e e a i 82.50=+=由：得：为大偏心受压,则：满足要求5.2接缝张开裂度验算管片拼装之际由于受到螺栓（5.8级），在接缝上产生预应力：其中：N1——螺栓预应力引起的轴向力，取M30细螺纹(KN N 6.2821= ) e 0——螺栓与重心轴偏心距（取25mm ）W F 、——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：M 22及N ——外荷载，由外荷载引起的内力W F 、——衬砌截面面积和截面距选取不利接缝截面（0126），计算如下：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 ）n ——螺栓个数。

则：[]mm l mm l E l c c 3315.153195.1406.021=∆<=⨯+-=--=∆σσ 环向每米宽度内选用1只螺栓即可满足要求，但是根据以上接缝强度计算每沿米宽度需要2只螺栓才能满足要求。

考虑安全问题，所以取2只螺栓。

六、裂缝张开验算取最大弯矩处进行裂缝验算（即0126截面），此处满足要求，则其他位置亦可满足。

55.000=<h e 的偏心受压构件可不验算裂缝宽度。

所以，管片裂缝张开满足要求。

七、环向接缝验算环缝的综合伸长量：l l l 21∆+∆=∆其中:管片伸长量: W E l l M 1111=∆ 纵向螺栓伸长量: W E l l M 2222=∆ 管片弯矩取最大值，即为126°时弯矩最大混凝土面积：2622h 10429.6)75.21.3(A mm ⨯=-=π按环形断面计算： 混凝土：3441m 147.181.35.52.61.0=-⨯=）（W 计算纵向螺栓（M30，45钢）2700mm A S =，2400mm kn f y =，螺栓长度为160mm满足要求八、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。

圆形衬砌外径为6200mm ，内径5500mm ，盾构外径6340mm ，盾构千斤顶中心线直径5815mm ，盾构千斤顶共24台，每台最大顶力为1500Kn ，顶块受力面积尺寸为mm mm 350695⨯。

根据规范GB50010-2002，验算式中：F l ——局部受压面上作用的局部荷载或局部压力设计值,取1500kN ；f c ——混凝土轴心抗压强度设计值，取23.1N/mm2。

βc ——混凝土强度影响系数,取1.0；β1——混凝土局部受压时的强度提高系数； A l——混凝土局部受压面积，取mm mm 350690⨯ A ln ——混凝土局部受压净面积，取mm mm 350690⨯A b——局部受压的计算底面积； KN KN 1500521.13138>= 满足要求九、参考文献1.《混凝土结构基本原理》 顾祥林主编 同济大学出版社2.《地下建筑结构》 朱合华主编 中国建筑工业出版社3.《盾构隧道衬砌设计指南》国际隧协编写翟进营译4. 混凝土结构设计规范GB50010-2002。