实用标准文档《地下建筑结构课程设计》----软土地区地铁盾构隧道计算书姓名：班级：勘查学号： 203指导教师：李志高福建工程学院土木工程系岩土教研室2012年6月目录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/m2ϕ=7.2ϕ=8.9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：1355203307445mm +⨯=1.2隧道外围荷载标准值计算 1.2.1自重3225/0.358.750hKNG KN m m m γδ==⨯=h γ-钢筋混凝土自重；δ管片厚度；1.2.2均布竖向地层荷载 ①竖向地层荷载：21119.1168455.77.85.31.9181185.0mKN h q ini i=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑=γ ②地面超载：2220m KNq=③近似均布拱背土压力：2223070.51.321606.71.343.0243.02m KN R b R R G i q =⨯⨯⨯⨯===γ 其中：3606.728.1645.128.11.70.8645.1m KN i=+⨯+⨯=γ232126.141070.52019.116m KNqq q q =++=++=1.2..3水平地层均布荷载)245(tan 2)245(tan 221ϕϕ---=c q P 其中：的土壤重度衬砌圆环侧向各个土层--γ 内摩擦角--ϕ粘聚力的加权平均值--C3/353.785.5205.41.7645.18m KN =⨯+⨯=γ000678.785.5205.42.7645.19.8=⨯+⨯=ϕkPac 128.1285.5205.41.12645.12.12=⨯+⨯=则：KPa P 701.82)2678.745tan(128.122)2678.745(tan 26.141000021=-⨯--⨯=1.2.4按三角形分布的水平地层压力KPaR PH 876.32)2678.745(tan 353.7925.22)245(tan 20222=-⨯⨯⨯=-=ϕγ其中：mRH925.2235.01.31.3=-+=1.2.5拱底反力KPa g q w H R R P 01.15410925.22175.826.14121=⨯⨯-⨯+=-+=ππγ 1.2.6侧向土层抗力)cos 21(α-=ky PK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：m k EJ g q y R R P P H H 3444442110618.5)925.2102045.0625.1232653.0(24925.2)75.8875.32417.89140.1422()045.0(24)2(-⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯+--⨯=+⨯+--=πηπKPa ky Pk 360.11210618.520000)cos 21(3max=⨯⨯=-=-αKPa ky P k 541.46)21(10618.520000)cos 21(3min-=-⨯⨯⨯=-=-α 取KPa P K 819.65=1.2.7荷载示意图图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）：2/5.1075.82.1m kN g =⨯=2321512.173070.52.1204.1190.1162.12.14.12.1m KNq q q q =⨯+⨯+⨯=++=21241.99701.822.1m KN P =⨯= 22451.39876.322.1m KNP=⨯= 2812.18401.1542.1m KN P R=⨯= 2983.78819.652.1m KNPK=⨯=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m KN M ⋅=1 -133.10，KN N 613.1128=进行内力计算，衬砌管片同时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：衬砌圆环抗弯刚度--JE Z41.375.241.375.22202.552d 2J m P ===⎰ρπρρπρ4Z 601.272J m JP==27710016.56061.27103.456.0EJ m KN ⋅⨯=⨯⨯⨯=η而管片的内力： a.最大负弯矩时：m KN M MS⋅=⨯+=+=031.147101.113)3.01()1(ζKN N NS613.1128==b.最大正弯矩时：m KN M MS⋅=⨯+=+=772.74517.57)3.01()1(ζKN N NS857.969==3.2 环向钢筋计算 3.2.1按最大负弯矩配筋 假设为大偏心构件:mm NM e SS 276.130613.1128470.1680===mm ea20=，mm e i 276.150276.13020=+=取：1.1=ηmma a ss50=='mm he a e s i 304.29050175276.1501.12=-+⨯=-+=η 采用对称配筋：bx N fcα1=其中：1000mm =b ，2c 23.1N/mm =f ，00.11=α 钢筋选用HRB335钢，则：2y 300N/mm =f ' 由此：x ⨯⨯=⨯1.23100010758.11363 得：mm mm x h 16555.0210.490=<=mm mm x a s 1002210.49=<='近似取：mm x a s 1002=='确为大偏心。
对A S '取矩：)()2(0a h f a e A A s ys SShN -+-==''η23378.2924)50300(300)50175304.2901.1(10613.1128mm =-⨯+-⨯⨯⨯=由此算出：20060030010002.0mm A S=⨯⨯>'选配4ф32（23217mm A S =）（50.1378.2924378.2924321700<=-%）3.2.2按最大正弯矩配筋 假设为大偏心构件:mm NMe SS 096.77857.969772.740===mm ea20=，mm e i 096.90096.7720=+=取：1.1=ηmma a ss50=='mm he a e si 106.22450175096.901.12=-+⨯=-+=η 采用对称配筋：bx N fcα1=其中：1000mm =b ，2c 23.1N/mm =f ，00.11=α 钢筋选用HRB335钢，则：2y 300N/mm =f ' 由此：x ⨯⨯=⨯1.23100010950.9873 得：mm mm x h 16555.0768.420=<=mm mm x a s 1002768.42=<='近似取：mm x a s 1002=='确为大偏心。
对A S '取矩：)()2(0a h f a e A A s ys SShN -+-==''η231200)50300(300)50175106.2241.1(108570.969mm =-⨯+-⨯⨯⨯=由此算出：20060030010002.0mm A S=⨯⨯>'选配2ф28（21232mm A S =）（000056.2120012001232≤=-）从安全角度考虑按最大负弯矩配筋。
3.3环向弯矩平面承载力验算（按轴心受压验算）KNN NS613.1128==mm bh bh A I i 036.101123501223====826.32036.10129251806500=⋅⋅=πi l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，22945mm A S ='00003841.035010002945<=⨯='ρ（纵向钢筋配筋率）2350000mm A=（构件截面面积）KNKN A N fA f cSy090.1089647.7958)3500001.232945300(986.09.0)(9.0>=⨯+⨯⨯⨯=+=''ϕ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：FPG G FKG G ++'=+=21G '——隧道自重G ——拱背土压力 P ——垂直荷载 F ——水浮力 则：γππwH HW H RR P P R G g K ⋅⋅+++⋅⋅=22)(2110925.2925.22)065.130701.82(1606.71.343.0925.2275.822⨯⨯⨯⨯++⨯⨯⨯+⨯⨯=ππ 1.1842.5>= 满足要求其中：水压力：265.130065.1310m KN H w w P =⨯==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。