1、1 設計荷載計算1.1 結構尺寸及地層示意圖圖1-1 結構尺寸及地層示意圖如圖，按照要求，對灰色淤泥質粉質粘土上層厚度進行調整：。按照課程設計題目，以下只進行基本使用階段的荷載計算。1.2 隧道外圍荷載標準值計算（1） 自重 （2）豎向土壓 若按一般公式： 由于h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8m>D=6.55m，屬深埋隧道。應按照太沙基公式或普氏公式計算豎向土壓：a太沙基公式：其中： （加權平均值）則：b普氏公式：取豎向土壓為太沙基公式計算值，即：。（3） 拱背土壓 。其中：。（4） 側向主動土壓 其中：，則：（5） 水壓力按靜水壓考慮：a豎向水壓：b側向水壓：（6） 側向

2、土壤抗力 襯砌圓環側向地層（彈性） 壓縮量：其中：襯砌圓環抗彎剛度取襯砌圓環抗彎剛度折減系數取；則：（7） 拱底反力 其中： ，與拱背土壓對應 則：。（8） 荷載示意圖圖1-2 圓環外圍荷載示意圖2 內力計算2.1 用荷載-結構法按均質圓環計算襯砌內力取一米長度圓環進行計算，其中荷載采用設計值，即考慮荷載組合系數。計算結果如下表（已考慮荷載組合系數）：隧道圓環內力計算結果:表2-1 截面/度內力垂直荷載水平荷載水平三角荷載地基抗力自重每米內力pe1+pw1qe1+qw1qe2+qw2-qe1-qw1qk=kg800.71 719.09 104.35 14.82 10.50 0M/KNm1712

3、.65 -1538.06 -93.00 -15.09 30.97 97.47 0N/KN0.00 2103.33 95.38 15.33 -5.12 2208.93 0Q/KN0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 8M/KNm1646.30 -1478.48 -90.28 -14.65 29.95 92.84 8N/KN45.36 2062.59 94.45 15.18 -4.47 2213.11 8Q/KN-322.78 289.88 13.27 2.13 4.96 -12.54 40.5M/KNm267.92 -240.61 -27.18 -4.35 7.67 3.4

4、6 40.5N/KN987.85 1216.18 69.20 11.66 10.21 2295.10 40.5Q/KN-1156.62 1038.72 59.10 9.95 19.83 -29.02 73M/KNm-1419.85 1275.11 78.07 14.51 -25.51 -77.67 73N/KN2141.88 179.80 16.72 2.94 35.92 2377.25 73Q/KN-654.84 588.08 54.68 9.61 16.34 13.87 90M/KNm-1712.65 1538.06 111.60 19.18 -35.28 -79.08 90N/KN234

5、2.08 0.00 0.00 0.00 48.24 2390.33 90Q/KN0.00 0.00 19.08 0.00 5.12 24.20 105.5M/KNm-1468.03 1318.38 109.15 14.09 -33.74 -60.16 105.5N/KN2174.82 150.21 7.26 3.68 52.48 2388.45 105.5Q/KN603.13 -541.65 -26.17 -13.27 19.11 41.15 138M/KNm179.02 -160.77 -0.73 -3.57 1.24 15.18 138N/KN1048.63 1161.60 101.42

6、11.39 31.94 2354.98 138Q/KN1164.63 -1045.91 -91.32 10.26 34.67 72.33 159M/KNm1272.75 -1143.00 -91.38 -12.11 28.29 54.54 159N/KN300.79 1833.21 177.30 14.31 13.14 2338.74 159Q/KN783.58 -703.70 -68.06 5.49 23.61 40.92 180M/KNm1712.65 -1538.06 -130.20 -15.09 39.58 68.88 180N/KN0.00 2103.33 209.85 15.33

7、5.12 2333.62 180Q/KN0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 內力（紅色線條）分布圖如下：圖2-1 彎矩分布圖（KNm）圖2-2 軸力分布圖（受壓KN）圖2-3 剪力分布圖（KN）3 標準管片(B)配筋計算3.1 截面及內力確定由上述內力計算，取80截面處內力進行內力計算。根據修正慣用法中的-法，由于縱縫接頭的存在而導致結構整體剛度降低，取圓環整體剛度為：而管片的內力：; 3.2 環向鋼筋計算 假設為大偏心構件。 取： ; 采用對稱配筋：; 其中：; ; 鋼筋選用HRB335鋼，則 由此：得： 確為大偏心。由此算出：取：; 選配4B14（A/g=615.7

8、5 mm2）。3.3環向彎矩平面承載力驗算（按偏心受壓驗算）查混凝土結構基本原理表4-1，得軸心受壓穩定系數： 取;滿足要求。3.4 箍筋計算根據混凝土結構基本原理，按照偏心受壓構件進行計算。剪跨比：故取。矩形截面鋼筋混凝土偏心受壓構件斜截面抗剪承載力：其中：ft混凝土抗拉強度（1.89N/mm2）fyv鋼筋抗剪承載力（HPB235級，210N/mm2）Nc軸向壓力（要求）檢驗軸壓力上限：又由：既不需要計算配箍，按構造要求即可。根據混凝土結構基本原理中所述構造要求，選配四肢箍A8200。4 基本使用階段驗算4.1 抗浮驗算盾構隧道位于含地下水的土層中時受到地下水的浮力作用，故需驗算隧道的抗浮穩

9、定性，用抗浮系數：其中：G/隧道自重G拱背土壓力P垂直荷載Rj井壁與土壤間摩擦力Q水浮力則：（注：上述計算中由于相對于垂直荷載摩擦力非常小，為計算簡便，將摩擦力忽略不計）滿足要求。4.2 管片局部抗壓驗算由于管片連接時在螺栓上施加預應力，故需驗算螺栓與混凝土連接部位的局部抗壓強度。在于應力作用下，混凝土所受到的局部壓應力：其中：N螺栓預應力（同上，取280KN）An螺帽（或墊片）與混凝土接觸凈面積，取：則：即需在螺帽下設置一定厚度的內徑為31mm、外徑為130mm的鋼圓環墊片。4.3 管片裂縫驗算取最大彎矩處進行裂縫驗算（即00截面），此處滿足要求，則其他位置亦可滿足。根據橋涵規范條：，取s=

10、1.0 ，；再根據橋涵規范條：裂縫寬度：，其中：C1鋼筋表面形狀系數（對帶肋鋼筋取1.0 ）C2作用長期影響系數（取1+0.5N1/Ns=1.5 ）C3與構件受力性質有關的系數（取0.9 ）配筋率（）則：；不滿足要求，需增加鋼筋。經計算，鋼筋改配為6B16即可滿足要求，驗算過程如下：，則：滿足要求。同理，對標準管片進行驗算，也需增加配筋為6B16 。綜上所述，襯砌管片的配筋量由裂縫要求控制。彎矩越小，裂縫越大？4.4 管片接縫張開驗算管片拼裝之際由于受到螺栓（8.8級），在接縫上產生預應力：其中：N1螺栓預應力引起的軸向力（由鋼結構基本原理取280KN）e0螺栓與重心軸偏心距（取25mm）F、

11、W襯砌截面面積和截面距當接縫受到外荷載，由外荷載引起的應力：其中：N2、M2外荷載，由外荷載引起的內力F、W襯砌截面面積和截面距選取最不利接縫截面（80），計算如下：均為壓力，接縫不會張開。由此可得接縫變形量：其中：E防水涂料抗拉彈性模量（取3MPa）l涂料厚度（取5mm）則：若用兩只螺栓：即環向每米寬度內選用兩只螺栓即可滿足要求。4.5 縱向接縫強度驗算近似地把螺栓看作受拉鋼筋，由此進行強度驗算。a負彎矩接頭（73截面）： 由：為大偏心受壓,則：滿足要求。b正彎矩接頭（8截面處）： 由：為大偏心受壓,則：滿足要求。5 構造說明（1） 混凝土保護層厚度地下結構的特點是外側與土、水相接觸，內測相

12、對濕度較高。故受力鋼筋保護層厚度最小厚度比地面機構增加510mm。本設計中c=40mm。（2） 橫向受力鋼筋為便于施工，將橫向鋼筋與縱向分布鋼筋制成焊網。外側橫向鋼筋為一閉合鋼筋圈，內側鋼筋則沿橫向通常配置。（3） 分布鋼筋由于考慮混凝土的收縮、溫差影響、不均勻沉降等因素的作用，必須配置一定數量的縱向分布鋼筋。縱向分布鋼筋的配筋率：頂、底板應大于0.15%，對側墻應大于0.20%，則本設計的縱向分布鋼筋：頂、底板（一側）：，配B12250(As=452mm2)；側 墻（一側）：，配B14250(As=616mm2)；中 墻（一側）：，配B12250(As=452mm2)。（4） 箍筋斷面厚度足夠，不用配置箍筋。（5） 剛性節點構造框架轉角處的節點構造應保證整體性，根據此處鋼筋的布置原則，此點構造說明如下：a 沿斜托單獨配置直線鋼筋B12200；b 沿著框架轉角處外側的鋼筋，其鋼筋彎曲半徑R=200mm18×10=180mm ；c 為避免在轉角部分的內側發生拉力時，內側鋼筋與外側鋼筋無聯系，是表面混