软土地区地铁盾构隧道课程设计说明书（共00页）姓名杨均学号 070849导师丁文琪土木工程学院地下建筑与工程系2010年7月1． 设计荷载计算1.1 结构尺寸及地层示意图ϕ=7.2ϕ=8.92q=20kN/m图1-1 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：mm 43800 50*849+1350h ==灰。

按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。

1.2 隧道外围荷载标准值计算 （1） 自重2/75.835.025m kN g h =⨯==δγ（2）竖向土压若按一般公式：21/95.44688.485.37.80.11.90.185.018q m KN h ni i i =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑=γ 由于h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8m>D=6.55m ，属深埋隧道。

应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压：a 太沙基公式：)tan ()tan (0010]1[tan )/(p ϕϕϕγB hB he q e B c B --⋅+--= 其中：m R B c 83.6)4/7.75.22tan(/1.3)4/5.22tan(/0000=+=+=ϕ（加权平均值0007.785.5205.42.7645.19.8=⨯+⨯=ϕ） 则：2)9.8tan 83.68.48()9.8tan 83.68.48(11/02.18920]1[9.8tan )83.6/2.128(83.6p m KN e e =⋅+--=-- b 普氏公式：2012/73.2699.8tan 92.7832tan 32p mKN B =⨯⨯==ϕγ 取竖向土压为太沙基公式计算值，即：21/02.189p m KN e =。

（3） 拱背土压mkN R c /72.286.7925.2)41(2)41(2G 22=⨯⨯-⨯=⋅-=πγπ。

其中：3/6.728.1645.11.728.10.8645.1m KN =+⨯+⨯=γ。

（4） 侧向主动土压)245tan(2)245(tan )(q 0021ϕϕγ-⋅--⋅+=c h p e e其中：21/02.189p m KN e =，3/4.785.5205.41.7645.18m KN =⨯+⨯=γ0007.785.5205.42.7645.19.8=⨯+⨯=ϕkPa c 1.1285.5205.41.12645.12.12=⨯+⨯=则：2000021/00.121)27.745tan(1.122)27.745(tan 02.189q m KN e =-⨯⨯--⨯=2000022/06.154)27.745tan(1.122)27.745(tan )85.54.702.189(q m KN e =-⨯⨯--⨯⨯+=（5） 水压力按静水压考虑： a 竖向水压：2w1w w1/478.24=48.8×9.8=H =p m KN γb 侧向水压：2w1w w1/478.24=48.8×9.8=H =q m KN γ 2w2w w2/532.14=5.5)(48.8×9.8=H =q m KN +γ（6） 侧向土壤抗力衬砌圆环侧向地层（弹性）压缩量：)R 0.0454k EI 24()]R q (q -)q (q -)p [2(p =4c 4c w2e2w1e1w1e1⋅+⋅+++ηδ 其中：衬砌圆环抗弯刚度取2376.123265120.35×0.1103.45EI m KN ⋅=⨯⨯= 衬砌圆环抗弯刚度折减系数取7.0=η； 则：m 34410617.057.366600811.2261)925.2200000.04546.232651.70(24925.2)]14.325(154.06-)24.784(139.19-)24.78402.189([2=-⨯==⨯⨯+⨯⨯⨯+++⨯δ2-3r /35.1210617.000002=y k =q m KN =⨯⨯⋅（7） 拱底反力w c c 1R R 2π-0.2146R +πg +p =P γγe其中：21/02.189p m KN e =2/75.8m kN g =3/6.728.1645.11.728.10.8645.1m KN =+⨯+⨯=γ，与拱背土压对应则：2R /91.17410 955.2 2π-6.7955.20.2146+75.8π+189.02=P m KN =⨯⨯⨯⨯⨯。

（8） 荷载示意图图1-2 圆环外围荷载示意图2． 内力计算2.1 用荷载-结构法按均质圆环计算衬砌内力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）：内力（红色线条）分布图如下：-79.08图2-1 弯矩分布图（KNm）图2-2 轴力分布图（受压KN ）图2-3 剪力分布图（KN ）3． 标准管片(B)配筋计算 3.1 截面及内力确定由上述内力计算，取80截面处内力进行内力计算。

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：23792.86285120.35×0.1103.457.0EI m KN ⋅=⨯⨯⨯=η而管片的内力：m KN M s ⋅=⨯+=+=69.12084.92)3.01()1(M ξ KNN s 11.2213N ==3.2 环向钢筋计算假设为大偏心构件。

mm N M s s 5711.221369.120e 0===取：1.1=kmma a 50/==mm a hke e 7.187********.120=-+⨯=-+=采用对称配筋：WbxR N =)()2(/0//0a h R A x h bxR Ne g g W -+-=其中：1000mm =b2W 23.1N/mm=R 钢筋选用HRB335钢，则2/g 300N/mm =R由此：1.2310001033.23903⨯⨯=⨯x)50300(300)2300(1.2310007.1871033.2390/3-⨯⨯+-⨯⨯⨯=⨯⨯g A x x得：)16555.0()48.103()1002(0/mm h mm x mm a =<=<=确为大偏心。

由此算出：/<g A取：2/6003001000%2.0mm A A g g =⨯⨯==选配4B14（A /g =615.75 mm 2）。

3.3环向弯矩平面承载力验算（按偏心受压验算）KN N s 33.2390N ==mm bh bh A I i 101123501223====8.32101/)292518065(/)18065(/0000=⋅⋅=⋅⋅=ππi R i l c查《混凝土结构基本原理》表4-1，得轴心受压稳定系数：98.0=ϕ2/50.1231615.752mm A g =⨯=%3350100050.1231/<⨯=ρ取23500003501000mm A =⨯=NKN R A AR g g w cu >=⨯+⨯⨯=+=36.8285)30050.12311.23350000(98.0)(N //ϕ满足要求。

3.4 箍筋计算根据《混凝土结构基本原理》，按照偏心受压构件进行计算。

KN V 33.72= 剪跨比：0.31.11300292518065000>=⨯⨯==πλh l故取0.3=λ。

矩形截面钢筋混凝土偏心受压构件斜截面抗剪承载力：c sv yv t u N h sA f bh f V 07.0175.100+++=λ 其中：f t ——混凝土抗拉强度（1.89N/mm 2）f yv ——钢筋抗剪承载力（HPB235级，210N/mm 2） N c ——轴向压力（要求A f c 3.0≥） 检验轴压力上限：KN N KN A f c c 33.23905.242535010001.233.03.0=>=⨯⨯⨯=又由：KN V KN V cu 33.7238.4151033.239007.0300100089.11375.13=>=⨯⨯+⨯⨯⨯+=既不需要计算配箍，按构造要求即可。

根据《混凝土结构基本原理》中所述构造要求，选配四肢箍A8@200。

4． 基本使用阶段验算 4.1 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：QR P G G K j+++=/其中： G /——隧道自重 G ——拱背土压力 P ——垂直荷载R j ——井壁与土壤间摩擦力Q ——水浮力则：2.1510925.2925.2226.66772.28925.2275.82)(22211=⋅⨯⨯⨯++⨯⨯=⋅⋅+++⋅=ππγππw c c w e c R R p p G R g K（注：上述计算中由于相对于垂直荷载摩擦力非常小，为计算简便，将摩擦力忽略不计） 满足要求。

4.2 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。

在于应力作用下，混凝土所受到的局部压应力：n c A N=σ其中：N ——螺栓预应力（同上，取280KN ）A n ——螺帽（或垫片）与混凝土接触净面积，取：22246.125184)31130(mm A n =-=π则： 22/1.23/4.2246.12518280000mm N R mm N w c =<==σ 即需在螺帽下设置一定厚度的内径为31mm 、外径为130mm 的钢圆环垫片。

4.3 管片裂缝验算取最大弯矩处进行裂缝验算（即00截面），此处满足要求，则其他位置亦可满足。

根据桥涵规范6.4.4条：0)(0//=-=bh h b b f f f γ，1448.935.0925.218065/000<=⨯⨯=πh l ，取ηs =1.0 ， mm a h y s s 1255023502=-=-=， 182.36mm =125+1000×2208.9397.47×1.3 ×10=+=s s s y e e η， mm 57.163300])36.182300(12.087.0[]))(1(12.087.0[2020/=⨯-=--=h e h z s f γ，23/445.88=163.57×615.75163.57)-(182.36×10×2390.33)(mm N z A z e N s s s ss =-=σ；再根据桥涵规范6.4.3条：裂缝宽度：)1028.030(W 321ρσ++=d E C C C s ss tk ，其中：C 1——钢筋表面形状系数（对带肋钢筋取1.0 ）C 2——作用长期影响系数（取1+0.5N 1/N s =1.5 ）C 3——与构件受力性质有关的系数（取0.9 ）ρ——配筋率（02.0006.0≤≤ρ）则：mm mm tk 2.039.0)006.01028.01430(100.2445.889.05.10.1W 5>=⨯++⨯⨯⨯⨯=；不满足要求，需增加钢筋。