地铁盾构隧道毕设论文
盾构隧道支护设计毕业设计

盾构隧道支护设计毕业设计盾构隧道支护设计毕业设计隧道是现代城市建设中不可或缺的一部分,它们为交通和基础设施提供了重要的通道。
而盾构隧道作为一种常见的隧道建设方法,其支护设计显得尤为重要。
本文将探讨盾构隧道支护设计的一些关键问题,并提出一些建议。
首先,盾构隧道的支护设计需要考虑地质条件。
地质条件是决定隧道稳定性的关键因素之一。
在进行隧道支护设计之前,必须对隧道所经过的地质情况进行详细的调查和分析。
地质调查应包括地质构造、岩性、断裂带、地下水位等方面的内容。
只有充分了解地质条件,才能针对性地选择适当的支护措施,以确保隧道的安全性和稳定性。
其次,盾构隧道的支护设计需要考虑地下水位。
地下水位的高低对隧道的稳定性有着重要影响。
如果地下水位较高,就需要采取相应的防水措施,以防止隧道沉降或渗水。
防水措施可以包括使用防水材料、设置防水层等。
而如果地下水位较低,就需要考虑排水措施,以避免隧道内积水对结构造成损害。
因此,在盾构隧道支护设计中,地下水位的测定和分析是必不可少的。
此外,盾构隧道的支护设计还需要考虑地表建筑物和地下管线的影响。
在城市建设中,隧道往往需要穿越或经过已有的地表建筑物和地下管线。
在进行隧道支护设计时,必须充分考虑这些因素,以确保隧道施工不会对周围环境造成破坏或影响。
对于地表建筑物,可以采取加固措施或进行局部拆除。
对于地下管线,可以采取管线保护措施,以确保施工过程中不会对管线造成损害。
最后,盾构隧道的支护设计需要考虑施工工艺和材料选择。
盾构隧道的施工工艺和材料选择直接影响着隧道的支护效果和使用寿命。
在进行支护设计时,必须充分考虑施工工艺的可行性和材料的适用性。
合理选择施工工艺可以提高施工效率和质量,减少对周围环境的影响。
而合适的材料选择可以确保隧道的稳定性和耐久性。
因此,在盾构隧道的支护设计中,施工工艺和材料选择是不可忽视的因素。
综上所述,盾构隧道支护设计是隧道建设中至关重要的一环。
在进行支护设计时,需要考虑地质条件、地下水位、地表建筑物和地下管线的影响,以及施工工艺和材料选择。
盾构法施工毕业设计

盾构法施工毕业设计一、选题背景盾构法是一种地下隧道施工方法,其具有高效、低噪音、低振动、对周边环境影响小等优点。
随着城市化进程的不断推进,地下隧道在城市中的应用越来越广泛。
因此,盾构法的施工工艺和技术越来越重要。
本毕业设计选取盾构法施工技术为研究对象,目的在于深入了解盾构法的施工工艺和技术,探究其优缺点,提出优化建议,为盾构法施工提供参考。
二、毕业设计任务1. 盾构法施工的基本原理和工艺流程2. 盾构机结构和使用方法3. 盾构法施工中的安全注意事项和质量控制要点4. 盾构法施工的优缺点分析5. 针对盾构法施工存在的问题提出改进措施三、设计内容1. 盾构法施工的基本原理和工艺流程盾构法施工是一种地下隧道施工方法,其工艺流程主要包括以下步骤:(1)确定隧道的线路、断面和纵坡等参数。
(2)施工前的土层处理,包括土层的钻探、地质勘察和地基加固等。
(3)盾构机的开挖和推进,包括盾构机的拆卸、拼装、调试和安装等。
(4)管片贯通和拼装,包括管片加固和管片拼装等。
(5)隧道内部的通风、照明和排水等建设。
(6)固定和修补隧道内部的外壳和水泥灌浆等。
(7)隧道施工结束后的清理和检查。
2. 盾构机结构和使用方法盾构机的结构主要包括进口压力室、工作室、出口压力室、主推进缸、前推进缸、翻转筒、切削刀盘、土传输机、注浆装置等部件。
盾构机的使用方法如下:(1)盾构机的前端安装切削刀盘。
(2)切削刀盘开始工作后,从地面往盾构机内不断投放土料。
(3)土料通过土传输机和注浆装置,被输送到地面上。
(4)随着盾构前进,工作室后部会形成一个新形态的隧道。
(5)在管片贯通和拼装时,盾构机停止推进,并利用翻转筒将盾构机翻转至管片位置上方。
(6)管片加固后,盾构机继续推进。
3. 盾构法施工中的安全注意事项和质量控制要点盾构法施工中,安全意外和质量问题的出现会对施工周期和成本产生严重影响。
因此,在盾构法施工中应注意以下安全和质量要点:(1)在施工前应进行充分的地质勘察和土层处理。
盾构毕业设计

盾构毕业设计引言盾构是一种常用于地下工程中的隧道开挖技术,具有快速、高效、安全等优点。
因此,盾构技术在现代城市建设中得到广泛应用。
随着城市化进程的加快,对盾构技术的需求也在不断增长。
为了进一步提高盾构技术的质量和效率,本文将探讨盾构毕业设计的相关内容。
盾构技术概述盾构是一种静力掘进方法,通过在地下挖掘隧道时使用盾构机械进行推进。
盾构机械由盾构机和配套设备组成,可以根据工程需要进行定制。
盾构机械通常由刀盘、螺旋输送机、脱泥装置、推进液供应系统等部分组成,确保隧道开挖的顺利进行。
盾构毕业设计的目标盾构毕业设计的目标是设计一个能够满足实际工程需求的盾构机械。
具体而言,该设计需要考虑以下方面:1.功能需求:盾构机械需要具备可靠的推进功能,能够适应不同地质条件下的隧道开挖工作。
2.安全性:盾构机械需要具备可靠的安全系统,能够及时发现和处理故障,确保操作人员的安全。
3.效率:盾构机械需要具备高效的工作性能,能够完成预定的工程任务,并具备快速更换刀盘等配件的能力。
盾构毕业设计的步骤1. 需求分析在设计盾构机械之前,需要进行充分的需求分析。
这包括分析盾构工程的特点、难点,以及现有盾构机械存在的问题和不足。
2. 方案设计根据需求分析的结果,设计一个创新的盾构机械方案。
在方案设计中需要考虑盾构机械的结构、工作原理、动力系统等方面。
3. 模型制作和测试根据方案设计的结果,制作盾构机械的模型,并进行各项测试。
测试需要包括盾构机械的推进性能、安全性能、可靠性等方面。
4. 效果评估和改进根据测试结果,评估盾构机械的效果,并对设计进行改进。
改进可能包括优化盾构机械的结构、调整工作参数等方面。
5. 报告撰写根据设计过程和结果,撰写盾构毕业设计报告。
报告需要包括设计目标、设计过程、测试结果、效果评估和改进等内容。
结论通过盾构毕业设计,可以提高对盾构机械设计的理解,培养设计能力和创新意识。
同时,该设计可以为城市化建设提供更加先进、高效、安全的盾构技术,推动城市建设的进一步发展。
【设计】地铁街站区间盾构隧道设计毕业设计

本科毕业设计沈阳地铁一号线怀远门站至中街站区间盾构隧道设计王钊燕山大学2012年6月本科毕业设计沈阳地铁一号线怀远门站至中街站区间盾构隧道设计学院(系):建筑工程与力学学院专业:土木工程(岩土)学生姓名:王钊学号:0指导教师:潘慧敏答辩日期:2012年6月25日【关键字】设计燕山大学毕业设计任务书摘要中国城市化的发展必然带动城市地铁的发展。
地铁产业作为中国的朝阳产业,是中国城市根底交通设施中最有前景、最有市场的产业,发展轨道交通势在必行。
目前,修建地铁的施工方法主要有明挖法、矿山法以及盾构法。
针对沈阳的地质情况以及隧道施工对地面交通的影响等方面考虑,本设计采用盾构法修建沈阳地铁一号线怀远门~中街区间隧道方案。
因为盾构法有着良好的防渗性、施工安全快速、与埋深无关和对环境影响小等明挖法和矿山法无法比拟的优点。
本设计为沈阳地铁一号线怀远门站~中街站区间盾构隧道设计。
区间盾构隧道左线全长,右线全长。
在充分考虑隧道建筑限界的根底上,对盾构隧道的横断面进行了设计。
设计选取最不利断面,采用日本惯用法进行结构内力计算,分析出结构的弯矩、轴力、剪力。
再根据分析出的结构内力进行配筋计算,并利用所配的钢筋进行相关的管片结构强度检算、管片结构允许裂缝宽度检算、螺栓强度检算、结构抗浮检算。
关键词盾构隧道;内力计算;配筋;检算Abstractcity development will promote the development of Metro city. Subway industry as a sunrise industry in , it is Chinese city traffic infrastructure in the future, most of the market of the industry, the development of rail transportation be imperative. At present, the construction of the subway construction method are mainly open-cut method, mining method and shield. According to the geological situation of Shenyang and the influence of tunnel construction on ground transportation into consideration, the design of the shield construction of Shenyang Metro Line 1Huaiyuan Gate Street tunnel scheme. Because the shield method has a good barrier, construction safety fast, and buried depth and little influence on environment, independent of the cut-and-cover method and mine method incomparable advantages.The design of Shenyang Metro Line 1Huaiyuan Gate Station - street running design of shield tunnel. Interval shield tunnel left line full-length , length of right line of. In full consideration of the tunnel construction clearance on the basis of the shield tunnel, cross section design for.Design of selecting the most adverse section, using the Japanese usage of structure internal force calculation, analysis of structure of the bending moment, axial force, shear force. According to the analysis of internal force calculation of reinforcing bars, and the use of the reinforced related segment structure strength calculation, segment structure allows the crack width calculation, bolt strength calculation, structural anti-buoyancy calculation. Keywords Shield tunnel; calculation of internal force; reinforcement bar; check calculation目录第6章管片配筋及验算 ..................................................... 错误!未定义书签。
盾构隧道论文防排水设计论文

盾构隧道论文防排水设计论文摘要:城市地铁区间隧道的构建给盾构工法带来了新一轮的挑战,因其具有传统矿山法无法比拟的优势,将会成就今后城市建造的主流形式。
然而,隧道的渗漏问题关乎隧道整体建设,关乎隧道的使用寿命。
因此加强盾构隧道的防排水设计是十分重要的。
为了加强盾构隧道的防排水设计,要进行合理的设计、有保证的施工,保证防排水工程的质量。
同时,也要进行新的防水材料和注入工法的开发,引进概念全新的新技术来全面提高盾构隧道的防排水工程。
1 引言随着国民经济的发展,城市化进程的加快,人们对于交通工具的选择提出了更高的要求,并促进了我国交通运输业的发展,因此大量的公路隧道和地铁应运而生。
又因盾构工法具有对环境影响小,不影响地表交通,对施工附近的居民影响小,相对而言成本较低等优点深受工程领域的青睐。
虽然国内外在使用盾构工法上已经建成了大量的地下工程,具备了较成熟的理论设计与工程实践体系,且开发了软土层盾构工法和硬地层、岩层的盾构工法,但是在修建盾构隧道和地下工程的渗漏水问题上依然比较突出,在防排水认识的层面上相对而言比较落后。
盾构隧道在使用过程中出现的渗漏现象,将直接影响其内部构造和附属管线,造成不良影响。
如果在高寒地区,渗漏水严重造成在路面结冰将会降低隧道的使用寿命,与此同时严重影响人们的行车安全。
2 盾构隧道的防排水设计要点在盾构工法的防水处理原则上,采用:以防为主,多道防线,综合治理,以期实现良好的防排水效果。
在喷射混凝土隧道的衬砌中,渗漏水一般不会通过喷射混凝土衬砌的本身,而是通过接缝和嵌入的钢筋入侵。
而大部分盾构隧道的渗漏水位置是管片本身上的裂缝、管片与管片的接缝、注浆孔和手孔等。
因此,将盾构隧道的防水重点放在管片接缝处。
在防水等级上,根据《地下工程防水技术规程》(GB 08-87),地下铁道区间隧道的防水等级为2级,设计具体要求为:①隧道平均渗水量<0.1L(m2·d),同时任意100m2每昼夜渗水量小于20L;②隧道拱顶不滴漏、侧墙不挂流、拱底无大面积湿迹。
岩土工程专业毕业论文 — 地铁盾构隧道施工中的地层探查和风险评估方法

岩土工程专业毕业论文—地铁盾构隧道施工中的地层探查和风险评估方法一、引言地铁作为现代城市交通的主要组成部分,已经成为解决交通拥堵和提高城市运输效率的重要方式。
在地铁建设中,盾构隧道是一种常用的施工方法。
然而,地下地质条件的复杂性和不确定性给盾构隧道施工带来了挑战。
因此,地层探查和风险评估成为了确保盾构隧道施工顺利进行的关键步骤。
二、地层探查方法1. 地质资料收集:地质资料收集是进行地层探查的重要步骤。
通过查阅地质图、地质报告、土工资料等,了解地下地质背景、地质构造、地层厚度等信息,有助于确定地下地质环境,为盾构隧道施工提供参考。
2. 地质勘测技术:地质勘测技术包括地震勘探、电磁法、地磁法、电阻率法等。
这些技术可以通过测量地下介质的物理特性来确定地层情况。
在盾构隧道施工中,常用的地质勘测技术包括钻孔测试、地质雷达、超声波测量等。
3. 隧道探测技术:隧道探测技术是在地表或地下进行隧道勘探的一种方法。
常用的隧道探测技术包括地质雷达勘测、电磁法勘测、地震勘测等。
这些技术可以用于获取地下地质情况、岩层强度、水位等信息,为盾构隧道施工提供参考。
三、风险评估方法1. 地下水位评估:地下水位是影响盾构隧道施工的重要因素之一。
通过地下水位评估,可以确定隧道施工过程中是否会遇到水位过高的问题,及时采取相应的措施。
常用的地下水位评估方法包括水位测量、水质监测等。
2. 岩层稳定性评估:岩层稳定性是盾构隧道施工中的关键问题。
通过对岩层进行评估,可以确定岩层的强度、稳定性以及可能存在的岩层崩塌、滑倒等风险。
常用的岩层稳定性评估方法包括岩层钻孔测试、地质雷达勘测等。
3. 地质风险评估:地质风险评估是通过综合分析地质条件、地下水位、岩层稳定性等因素,评估盾构隧道施工中可能遇到的地质风险。
通过这种评估,可以制定合理的工程措施,降低地质风险。
常用的地质风险评估方法包括定性评估和定量评估。
四、案例分析以某城市地铁盾构隧道施工为例,通过地层探查和风险评估方法,成功解决了以下问题:1. 在地层探查中,通过地质勘测和隧道探测技术,确定了地下地质环境,包括地下岩层、地下水位等情况,为盾构隧道施工提供了重要依据。
施工技术课题研究论文(五篇):地铁隧道盾构始发施工技术分析、工民建施工技术管理问题及措施…

施工技术课题研究论文(五篇)内容提要:1、地铁隧道盾构始发施工技术分析2、工民建施工技术管理问题及措施3、高层住宅燃气管道施工技术分析4、叠合阳台板吊装施工技术要点5、地铁基坑注浆封底止水施工技术探讨全文总字数:18344 字篇一:地铁隧道盾构始发施工技术分析地铁隧道盾构始发施工技术分析摘要:随着社会的发展,科学技术的进步,地铁隧道工程技术的使用也更为专业化和精细化。
地铁隧道盾构始发施工过程是整个工程系统中最为关键的一部分。
盾构始发工作不仅与工程的进度、质量、安全等息息相关,还与其整个工程的使用寿命紧紧相连,影响经济效益和长久发展。
本文将就地铁隧道盾构法概述、地铁隧道盾构始发施工技术的前、中、后工作准备和过程等进行阐述。
关键词:地铁隧道工程;盾构法;施工技术;安全地铁隧道是目前城市交通区间投入相对较大的一部分,但其工程的开展,不仅需要资金链的支持还需要相应条件下的技术施加。
地铁隧道一般常修建于繁华人流量较大的路段或是周围地势对于普通公路不易施工的路段,所以从地质、地势条件等方面而言,地铁隧道的施工比其他交通区间更具有难度。
而盾构始发施工技术则是在地铁隧道工程技术应用中最为重要的环节,在利用一定施工技术的基础上,大大降低了施工的难度。
1地铁隧道盾构法概述在地铁隧道施工工程中,盾构法相对于其他工程方法而言,更具有工程安全的保障且其在施工的过程中对其周围的环境的影响是极小的,大大提高了其施工速度。
就工程内部施工计划而言,首先,地铁隧道等工程采用的盾构施工方法是为了工程的安全性。
众所周知,地层开挖是地铁隧道工程最为基本的环节,但同时也是安全隐患较大的一个环节,使用盾构法对地层开挖工作进行防护支撑,既是对地层开挖工作的帮助也是为整个工程顺利进行、长久发展做铺垫。
其次,需要根据地质土层要求,设计挖法。
在明确挖法的基础上,不仅需要多次地对土层进行测量还要建造基坑并保证合理性。
一般而言,基坑的内部都会安装盾构机,而在盾构机的滞洪等设备安装完毕后,则需要在其内部进行土体护砌的工作准备。
盾构施工技术论文

盾构施⼯技术论⽂ 盾构施⼯不影响航道,也完全不受⽓候影响;对于地质复杂、含⽔量⼤、围岩软弱的地层可确保施⼯安全;在费⽤和技术难度上不受覆⼟深度影响。
店铺为⼤家整理的盾构施⼯技术论⽂,希望你们喜欢。
盾构施⼯技术论⽂篇⼀ ⼟压平衡盾构施⼯技术 [摘要]⼟压平衡盾构以其⾼效、安全、环保等优点,已被⼴泛应⽤于地铁施⼯中,虽然技术成熟,但施⼯中⼀些常见的问题,施⼯⽅依然应当采取预防及处理措施,从⽽确保地铁⼯程的施⼯质量。
本⽂详细介绍了⼟压平衡盾构机组成、⼯作原理,重点对盾构隧道的主要施⼯过程和关键⼯艺技术进⾏总结和分析。
[关键词]⼟压平衡;盾构;施⼯;技术 中图分类号:U455.43 ⽂献标识码:A ⽂章编号:1009-914X(2015)43-0251-01 ⼀、盾构施⼯法概述 1.盾构施⼯程序。
盾构施⼯法与矿⼭法相⽐具有的特点是地层掘进、出⼟运输、衬砌拼装、接缝防⽔和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构保护下进⾏,因⽽是⼯艺技术要求⾼、综合性强的⼀类施⼯⽅法。
其主要施⼯程序为:建造盾构⼯作井;盾构机安装就位;出洞⼝⼟体加固处理;初推段盾构掘进施⼯;隧道正常连续掘进施⼯;盾构接收井洞⼝的⼟体加固处理;盾构进⼊接收井解体吊出。
2.盾构施⼯优点。
盾构施⼯与矿⼭法施⼯具有以下优点:地⾯作业少,隐蔽性好,因噪⾳、振动引起的环境影响⼩;⾃动化程度⾼、劳动强度低、施⼯速度快;因隧道衬砌属⼯⼚预制,质量有保证;穿越地⾯建筑群和地下管线密集的区域时,周围可不受施⼯影响;穿越河底或海底时,隧道施⼯不影响航道,也完全不受⽓候影响;对于地质复杂、含⽔量⼤、围岩软弱的地层可确保施⼯安全;在费⽤和技术难度上不受覆⼟深度影响。
⼆、盾构推进隧道施⼯ 1.掘进原理。
盾构在粉质粘⼟、粉质砂⼟和砂质粉⼟等粘性⼟层中掘进施⼯时,由⼑盘旋转切削下来的⼟体进⼊密封⼟仓后,可对开挖⾯地层形成被动⼟压⼒,与开挖⾯上的主动⼟压⼒相抗衡。
使开挖⾯的⼟层处于稳定状态。
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石家庄地铁一号线北宋站~谈固站区间隧道土层的物理力学参数表1 土层的物理力学参数计算原则:(1)设计服务年限100年;(2)工程结构的安全等级按一级考虑;(3)取上覆土层厚度最大的横断面计算;(4)满足施工阶段,正常运营阶段和特殊情况下强度计算要求;(5)接缝变形在接缝防水措施所能适应的范围内;(6)成型管片裂缝宽度不大于;(7)隧道最小埋深处需满足抗浮要求;采用规范:(1)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002);(2)《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001);(3)《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299-1999);(4)《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB50300-2001);(5)《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》(GB50308-1999);(6)《盾构法隧道施工与验收规范》(GB50446-2008);(7)《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)。
方案确定明挖法施工对城市地面交通和居民的正常生活有较大影响,易造成噪音、粉尘及废弃泥浆等的污染,且工期较长。
由于本工程位处地区附近有很多居民居住,地面交通复杂,故不适合选择明挖法施工。
矿山法适用于硬、软岩层中各类地下工程,特别是对于中硬岩中。
本工程要求工期较短,且地下水丰富,矿山法堵水较为繁琐且占用较长工期;隧道穿过地层为砂土和砾石层,矿山法对围岩的破坏较严重。
因此不选用矿山法施工。
本工程设计隧道内径为,内径较大,顶管法适宜中小尺寸管道,管道顶进困难,考虑到场地以及经济效益的影响不选用顶管法施工。
区间工程地质条件较为复杂,地下水丰富,工程的工期要求较紧,附近也有大量居民走动,地面交通复杂。
采用盾构法施工可以很好的发挥它的优点,充分满足工程的要求,最终确定本隧道区间采用盾构法进行施工。
衬砌选型盾构隧道衬砌用管片按材料可分为钢筋混凝土管片和铸铁管片、钢管片,复合管片。
钢筋混凝土管片有一定的强度,加工制作比较容易,耐腐蚀,造价低,是最为常用的管片形式,但是较为笨重,在运输、安装施工过程中易损坏。
铸铁管片强度高,易铸成薄壁结构,管片质量轻,搬运安装方便,管片精度高,外形准确,防水性能好。
但是管片金属消耗量大,机械加工量也大,价格昂贵。
由于铸铁管片具有脆性破坏的特性,不宜用作承受冲击荷载的隧道衬砌结构。
钢管片的优点是重量轻,强度高。
缺点是刚度小,耐修饰性差,需要进行机械加工已满足防水要求。
成本昂贵,金属消耗大。
复合管片外壳采用钢板制成,在壳内设钢筋,浇注混凝土,组成一个复合结构,这样其重量比钢筋混凝土管片轻,刚度比钢管片大,金属消耗量比钢管片小,缺点是钢板耐腐蚀性差,加工复杂冗繁。
钢筋混凝土管片型式中,有箱型管片和平板型管片。
箱型管片常用于大直径的隧道。
在等量材料的条件下,与平板型管片相比,箱型管片能做到抗弯刚度大、管片之间便于连接等。
因而,可有效地降低造价。
当然,当管片的背板厚度较小、腔格偏大时,在盾构千斤项作用下混凝土将会发生剥落、压碎等情况。
平板管片是目前最常用的管片型式,常用于中小直径的隧道,在相等厚度条件下,其抗弯刚度及强度均大于箱型管片。
本次隧道穿过地层主要是中粗砂和砾石,地下水丰富,施工期间以及使用阶段对防水的要求比较高,铸铁管片、钢管片满足防水要求,但是价格昂贵,不宜选取;复合管片耐腐蚀性差,不适宜在地下水丰富的地层使用;钢筋混凝土管片中,箱型管片由于背板厚度较小,在施工期间容易损坏,而相同厚度的平板管片抗弯刚度和强度均大于箱型管片。
通过比较,本区间采用平板型钢筋混凝土管片。
管片初步设计圆环的拼装形式有通缝、错缝两种。
错缝拼装的优点在于能加强圆环接缝刚度,约束接缝变形,圆环近似地可按均质刚度考虑。
但当管片制作精度不够好时,采用错缝拼装形式容易使管片在盾构推进过程中顶碎。
通缝拼装的优点是管片拼装简单,施工速度快。
由于此工程接缝刚度要求易满足,为使管片安装方便快捷,施工进度快,采用通缝拼装的形式。
根据盾构隧道覆土深度,周围环境,工程地质条件,综合北京地铁工程成熟的设计、施工经验,本工程盾构隧道衬砌的选择为:初步确定衬砌厚度为350mm,外径为Φ6200mm,环宽1200mm。
参考北京盾构法隧道的衬砌施工的实践经验,此隧道采用单层衬砌,衬砌采用预制平板型钢筋混凝土管片。
混凝土强度为C55。
隧道衬砌由六块预制钢筋混凝土管片拼装而成,成环形式为小封顶纵向全插入式。
每环管片由一块封顶块,两块邻接块,两块标准块,一块封底块组成。
接缝分别设置在内力较小的8°、73°、138°处。
土层情况根据工程地质剖面图,可得工况的土层地质的分布情况,见图1工况隧道断面土层分布图。
图1隧道计算断面土层分布图荷载计算及组合图 2隧道计算断面荷载计算分布图区间隧道外径为Φ6200mm ,内径为Φ5500mm 。
衬砌采用预制钢筋混凝土管片。
混凝土强度为C55。
荷载计算取b=1m 的单位宽度进行计算,同时根据管片所处地层的特征及地基土的物理力学性质,在计算水土压力时用水土分算的方法。
(一)基本使用阶段的荷载计算 (1)衬砌自重:δγ=h g (1) 式中 g —衬砌自重,kPa ;γh —钢筋混凝土容重,取为25kN/m 3 δ—管片厚度,m 。
将已知数值带入上式计算可得:g =⨯=m 3。
(2)衬砌拱顶竖向地层压力:(2)式中 P v1 —衬砌拱顶竖向地层压力,kPa ;γi —衬砌顶部以上各个土层的容重,在地下水位以下的土层容重取其浮重度,kN/m 3;h i —衬砌顶部以上各个土层的厚度,m 。
1V P =⨯⨯⨯⨯⨯()⨯=(3)拱背土压:H v22/R Q P = (3) 式中 P v2—衬砌拱背竖向地层压力,kPa ;Q —拱背均布荷载,kN/m ;Q γπ-=2H)4/1(2R (4) γ—衬砌拱背覆土的加权平均容重,kN/m 3;R H —衬砌圆环计算半径,m 。
将已知数值带入式3及式4计算可得:γ=09.11925.2/)2.15.10725.15.11(=⨯+⨯kN/m 3 2v P =4)⨯⨯。
(4)地面超载:由于本隧道埋深不是很深,故须考虑到地面超载的影响,取地面超载为20kPa ,并将它叠加到竖向土压上去,故总的竖向土压力为。
(5)侧向水平均匀土压力:1h P =1v P tan 2(45°-2/ϕ)-2c tan(45°-2/ϕ) (5) 式中 P h1—侧向水平均匀土压力,kPa ;φ—衬砌环直径高度内各土层内摩擦角加权平均值,(o ); c '—衬砌环直径高度内各土层内聚力加权平均值,kPa ;其中,ϕ=)925.02.3725.1/(925.0402.330725.140++⨯+⨯+⨯)(= c '=0kPa 将已知数值带入上式计算可得:14.490)2/53.3445(tan 69.1772h1=--⨯=οοP kPa 。
(6)侧向三角形水平土压力:)2/45(tan 2020H h2ϕ-γ=R P (6) 式中 P h2—侧向三角形水平土压力,kPa ;R H —衬砌圆环计算半径,m ;γ0—衬砌环直径高度内各土层重度的加权平均值,kN/m 3; 0γ95.10925.02.3725.1/)5.11925.05.102.35.11725.1(=++⨯+⨯+⨯=)(kN/m 3 将已知数值带入式计算可得:=h2P 276.095.10925.22⨯⨯⨯=。
(7)衬砌拱底反力:w H 2v 1v R )2/(γπ-π++=R g P P P (7) 式中 P R —衬砌拱底反力,kPa ;P v1—衬砌拱顶竖向地层压力,kPa ; P v2—衬砌拱背部荷载,kPa ;g —衬砌自重,kPa ;γw —水的容重,取为10kN/m 3。
将已知数值带入式计算可得:22.16610925.214.35.075.814.3974.669.177R =⨯⨯⨯-⨯++=P kP (8)地层侧向弹性抗力衬砌结构由于外荷作用,在水平方向产生向外的横向变形的同时,衬砌外围土体也相应会对衬砌结构产生一抵抗压力,以阻止衬砌结构进一步变形。
目前,在设计实用计算中应用较为普遍的是温克尔局部变形理论,土层抗力分布在水平直径上下各45°范围内,在水平直径处: )cos 21(k α-⋅=y k P (8) 式中 k —地层基床系数(kN/m 3),取k =20000kN/m 3 y —衬砌在水平直径方向最终变形值(m )圆环水平直径处受荷后最终半径变形值为:(9)式中 η—圆环刚度有效系数,η=~,取5.0=η。
EJ —衬砌截面抗弯刚度, 其中 E=⨯J )(3244d D -=π)5.52.6(3244-=π=4m则 )925.220000045.023.551055.35.0(24925.2)04.17171.1714.4969.1772(474⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯+--⨯=πy =610-⨯ 在90o 位置处P k 的值为:P k =ky (1-cos α)=⨯⨯(1-cos90o)= 由于土体侧向抗力在90o 的位置处为最值,对衬砌内力影响很小,不考虑其对衬砌变形的影响。
(二)考虑特殊荷载作用采用《地下建筑结构》和《隧道工程》中的计算工法,对基本使用阶段和特殊荷载阶段两种情况下可能出现的最不利荷载进行组合。
取左半衬砌圆环进行分析,将其均分为11个部分,各部分方位角分别为0o、15o、、45o、、75o、90o、、135o、、180o,其中0o表示衬砌圆环垂直直径处,为0o处向左量取处。
计算中弯矩用M(i)表示,轴力用N(i)表示,终值由结构在各种荷载作用下得到的内力经过叠加得到。
各断面内力系数表如下表1。
表1 断面内力系数表荷载截面位置截面内力M(kN·m)N(kN)自重0~π上部荷载0~π/2π/2~π底部反力0~π/2π/2~π水压0~π均布测压0~π△测压0~π根据表1中内力计算公式,并运用Excel表格进行汇总计算,计算结果见表2:表2 管片内力计算一览表截面内力自重上层荷重水压均布侧压△侧压底部反力拱背荷重0°M()N(kN)15°M N°MN1445°MN°M N75°MN90°MN 0 0 0°M N135°MN°M N180°M N本设计需考虑特殊荷载,包括人防、地震荷载等。
在设计中竖向特殊荷载取基本荷载的1000。
计算结果见表3。
表3 管片基本使用阶段及特载引起内力一览表截面位置基本使用阶段特殊荷载阶段M(kN·m)N(kN)M(kN·m)N(kN)0°15°°45°°75°90°°135°°180°由于本工程所采用的管片设计宽度为b=,而荷载计算是按管片宽度b=1m计算所得,所以最终荷载应在b=1m计算基础上乘以的系数。