广州地铁盾构区间管片开裂计算分析

计算书

工程名称： 广州地铁某区间

项 目：

设 计 号：

设计阶段： 施工图设计

设计内容： 盾构150-153号管片开裂计算分析

计 算 人：

校 对 人：

审 核 人：

年月日

目 录

1、工程概况 (2)

2、工程地质与水文地质 (2)

2.1 破损地段工程地质概述 (2)

2.2 水文概况 (2)

3、管片破损情况 (5)

4、破损原因分析 (5)

5、计算分析 (6)

5.1 分析依据 (6)

5.2 分析模型 (6)

5.3 分析软件 (7)

5.4 计算荷载 (7)

5.5计算假设 (8)

5.5计算结果 (8)

6、管片配筋计算 (10)

6.1正截面强度计算配筋 (10)

6.2 管片配筋 (11)

6.3 钢筋砼裂缝验算 (11)

7、结论及建议 (12)

1、工程概况

广州市轨道交通某线某区间（中间风井）区间左线150-155环管片（里程ZDK21+993.103），在施工过程中出现开裂和错台的情况，经过1年的监测，管片的变形已趋于稳定，经业主和监理要求，工点设计对这几环的管片的受力情况进行分析。 2、工程地质与水文地质 2.1 破损地段工程地质概述

根据《广州市轨道交通线网岩土工程勘察总体技术要求》的地铁沿线岩土分层系统和沿线岩土层的成因类型和性质、风化状态等，破损地段的地质根据钻孔揭示主要是<8H>花岗岩中等风化带、<9H>花岗岩微风化带，其主要物理力学参数台下：

<8H>花岗岩中等风化带（γ53-2

）

呈浅褐色、灰褐色等，中、细粒结构，块状构造，岩石组织结构部分破坏，矿物成分基本未变化，风化裂隙被铁染，并充填少量风化物。斜长石矿物风化较深，钾长石、云母矿物风化轻微。岩质硬，锤击声稍脆，不易击碎。局部夹强风化岩。岩芯较破碎，呈短柱状、碎块状。

<9H>花岗岩微风化带（γ53-2

）

岩石组织结构基本未变化，断口处新鲜，岩质坚硬，锤击声脆。岩芯呈长柱状、短柱状。 各地层物理力学指标见下表：

表2-1 各地层物理力学表

剪切试验固结快剪 直接快剪

天然密度

静止侧压力系数

土的承载力特征值

地基的比例系数

粘聚力

内摩擦角

粘聚力

内摩擦角

ρ K 0 f m c φ c φ

岩土分层

岩土名称

时代与成因

(g/cm 3)

(kPa)(MN/m)

(kPa)

(°) (kPa) (°)

<6H> 花岗岩岩石全风化带 ηγ53-1 1.87 0.3330050 34 16 26.8 20 <7H> 花岗岩岩石强风化带 ηγ53-1 1.92*

0.33

400

200 36.0*

17.6* 26.9* 20.1*

<8H> 花岗岩岩石中风化带 ηγ53-2 2.50 <9H>

花岗岩岩石微风化带

ηγ53-2 2.65

2.2 水文概况

地下水按赋存方式分为第四系松散土层孔隙水，块状基岩裂隙水。第四系冲积—洪积砂层为主要潜水含水层，冲积—洪积砂层含粘粒较多，富水程度较差，渗透系数仅为0.5～2.0m/d。块状基岩裂隙水主要赋存在燕山期花岗岩强风化带及中等风化带，水力特点为承压水，地下水的赋存不均一。在裂隙发育地段，水量较丰富，属承压水，渗透系数为1.09m/d。

2.3 破损地段地质断面及现志抽芯图

150-155号管片地质剖面图见下图。

图2-1 管片地质剖面图

2010年10月20号对左线150环～155环同步注浆情况进行钻孔取样分析。取芯样品显示注浆饱满且凝固较好为固体状，取样照片显示如下：

150环11点位取芯样品

151环1点位取芯样品

152环11点位取芯样品

153环1点位取芯样品

154环11点位取芯样品

155环1点位取芯样品 图2-2 现场抽芯图片

3、管片破损情况

根据现场监测情况，施工单位监测最大裂缝达到1.732mm，管片最大上下错台达到75.3mm，左右变形达到61.6mm，管片环已发生较大椭变；2012年3月21日检测单位对150环裂纹宽度及深度进行检测，裂纹宽度1.6mm，深度 68 mm；具体变形情况见下表：

表3-1 150-154号管片净空收敛变化表（内径值5400mm）

2011年10月5日 2011年12月25日 2012年3月20日本次与初始值

变化量（mm）

变化率(mm/d)

环

号

垂直 水平 垂直 水平 垂直 水平 垂直水平 垂直 水平 150 5378.0 5426.65379.2 5427.3 5379.45428.5 1.4 1.9 0.008 0.012 151 5304.2 5460.45302.9 5460.2 5301.75461.6 2.5 -1.2 0.015 -0.007 152 5313.3 5430.85311.1 5434.0 5314.55432.6-1.2-1.8 -0.007 -0.011 153 5310.4 5419.05306.0 5418.5 5308.45418.0 2.0 1.0 0.012 0.006 154 5362.0 5439.95363.8 5439.4 5360.75441.4 1.3 -1.5 0.008 -0.009

表3-2 150-154号管片裂纹及错台变化表

天平架-天河客运站区间 监测日期：2011年6月15日

测点 初始读数(mm) 上次读数

(mm)

本次读数

(mm)

编号 2010年10月17

日

2011年4月

5日

2011年6月

15日

本次张开

量(mm)

累计张开

量(mm)

张开速率

(mm/d)

测点位置

1 5.829 5.921 5.92

2 0.001 0.09

3 0

2 5.457 5.13

3 5.132 -0.001 -0.325 0

3 6.140 5.561 5.563 0.002 -0.577 0 151-153环管片8点位拼缝监

测

6 0.400 0.625 0.626 0.001 0.226 0

7 0.450 0.745 0.747 0.002 0.297 0

8 1.350 1.733 1.732 -0.001 0.382 0

9 1.300 1.486 1.488 0.002 0.188 0 150环12点位裂纹

监测

10 75.456 75.315 75.318 0.003 -0.138 0

11 53.896 53.719 53.716 -0.003 -0.18 0

12 32.721 32.214 32.216 0.002 -0.505 0 151-154环12点位管片错台监

测

1、收缩为（-），张开为（+）。

备

注

2、1～3号为管片拼缝监测、6～9为150环管片裂纹监测、10-12为管片错台监测。

4、破损原因分析

根据施工记录和现场工作人员的描述，管片开裂主要有发下两个原因：

（1）该段隧道主要在9H硬岩中掘进，盾构承受的水浮力较大，导致153环以前的管片姿态明显上