1、石家莊地鐵一號線北宋站談固站區間隧道土層的物理力學參數表1 土層的物理力學參數地層編號七1 士名稱厚度重度 丫(kN/m3)粘聚力c (kPa)內摩擦角。r雜填土1.819.119221r粉質粘土2.719.218231粉土2.419.427261黏土3.019.423302粉砂加細砂4.119.60312中粗砂5.819.9035計算原則：(1)設計服務年限100年；(2)工程結構的安全等級按一級考慮；(3)取上覆土層厚度最大的橫斷面計算；(4)滿足施工階段，正常運營階段和特殊情況下強度計算要求；(5)接縫變形在接縫防水措施所能適應的范圍內；(6)成型管片裂縫寬度不大于0.2mm；(7)隧道

2、最小埋深處需滿足抗浮要求；采用規范：(1)混凝土結構設計規范(GB50010-2002);(2)地下工程防水技術規范(GB50108-2001);(3)地下鐵道工程施工及驗收規范(GB50299-1999);(4)建筑工程施工質量驗收統一標準 (GB50300-2001);(5)地下鐵道、輕軌交通工程測量規范(GB50308-1999);(6)盾構法隧道施工與驗收規范(GB50446-2008);(7)混凝土結構工程施工質量驗收規范(GB50204-2002)。方案確定明挖法施工對城市地面交通和居民的正常生活有較大影響，易造成噪音、粉塵及廢棄泥漿等的污染，且工期較長。由于本工程位處地區附近有很

3、多居民居住，地面交通復雜，故不適合選擇明挖法施工。礦山法適用于硬、軟巖層中各類地下工程，特別是對于中硬巖中。本工程要求工期較短，且地下水豐富，礦山法堵水較為繁瑣且占用較長工期；隧道穿過地層為砂土和礫石層，礦山法對圍巖的破壞較嚴重。因此不選用礦山法施工。本工程設計隧道內徑為5.5m,內徑較大，頂管法適宜中小尺寸管道，管道頂進困難, 考慮到場地以及經濟效益的影響不選用頂管法施工。區間工程地質條件較為復雜，地下水豐富，工程的工期要求較緊，附近也有大量居民走動，地面交通復雜。采用盾構法施工可以很好的發揮它的優點，充分滿足工程的要求，最終確定本隧道區間采用盾構法進行施工。襯砌選型盾構隧道襯砌用管片按材料

4、可分為鋼筋混凝土管片和鑄鐵管片、鋼管片，復合管片。鋼筋混凝土管片有一定的強度，加工制作比較容易，耐腐蝕，造價低，是最為常用的管片形式，但是較為笨重，在運輸、安裝施工過程中易損壞。鑄鐵管片強度高，易鑄成薄壁結構，管片質量輕，搬運安裝方便，管片精度高，外形準確，防水性能好。但是管片金屬消耗量大，機械加工量也大，價格昂貴。由于鑄鐵管片具有脆性破壞的特性，不宜用作承受沖擊荷載的隧道襯砌結構。鋼管片的優點是重量輕，強度高。缺點是剛度小，耐修飾性差，需要進行機械加工已滿足防水要求。成本昂貴，金屬消耗大。復合管片外殼采用鋼板制成，在殼內設鋼筋，澆注混凝土，組成一個復合結構，這樣其重量比鋼筋混凝土管片輕，剛度

5、比鋼管片大，金屬消耗量比鋼管片小，缺點是鋼板耐腐蝕性差，加工復雜冗繁。鋼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徑的隧道。在等量材料的條件下，與平板型管片相比，箱型管片能做到抗彎剛度大、管片之間便于連接等。因而，可有效地降低造價。當然，當管片的背板厚度較小、腔格偏大時，在盾構千斤項作用下混凝土將會發生剝落、壓碎等情況。平板管片是目前最常用的管片型式，常用于中小直徑的隧道，在相等厚度條件下，其抗彎剛度及強度均大于箱型管片。本次隧道穿過地層主要是中粗砂和礫石，地下水豐富，施工期間以及使用階段對防水的要求比較高，鑄鐵管片、鋼管片滿足防水要求，但是價格昂貴，不宜選取；復合管片耐腐

6、蝕性差，不適宜在地下水豐富的地層使用；鋼筋混凝土管片中，箱型管片由于背板厚度較小，在施工期間容易損壞，而相同厚度的平板管片抗彎剛度和強度均大于箱型管片。通過比較，本區間采用平板型鋼筋混凝土管片。管片初步設計圓環的拼裝形式有通縫、錯縫兩種。錯縫拼裝的優點在于能加強圓環接縫剛度，約束接縫變形，圓環近似地可按均質剛度考慮。但當管片制作精度不夠好時，采用錯縫拼裝形式容易使管片在盾構推進過程中頂碎。通縫拼裝的優點是管片拼裝簡單，施工速度快。由 于此工程接縫剛度要求易滿足，為使管片安裝方便快捷，施工進度快，采用通縫拼裝的形 式。根據盾構隧道覆土深度，周圍環境，工程地質條件，綜合北京地鐵工程成熟的設計、 施

7、工經驗，本工程盾構隧道襯砌的選擇為： 初步確定襯砌厚度為350mm，外徑為6200mm, 環寬1200mm。參考北京盾構法隧道的襯砌施工的實踐經驗，此隧道采用單層襯砌，襯砌采用預制平板型鋼筋混凝土管片。混凝土強度為C55o隧道襯砌由六塊預制鋼筋混凝土管片拼 裝而成，成環形式為小封頂縱向全插入式。每環管片由一塊封頂塊，兩塊鄰接塊，兩塊標 準塊，一塊封底塊組成。接縫分別設置在內力較小的 8。、73。、138。處。土層情況根據工程地質剖面圖，可得工況的土層地質的分布情況，見圖 1工況隧道斷面土層分布圖。圖1隧道計算斷面土層分布圖荷載計算及組合圖2隧道計算斷面荷載計算分布圖區間隧道外徑為6200mm,

8、內徑為5500mm。襯砌采用預制鋼筋混凝土管片。混凝 士強度為C55荷載計算取b=1m的單位寬度進行計算，同時根據管片所處地層的特征及地 基土的物理力學性質，在計算水土壓力時用水土分算的方法。(一)基本使用階段的荷載計算(1)襯砌自重：g =(1)式中 g一襯砌自重，kPa；節一鋼筋混凝土容重，取為25kN/m36一管片厚度，m。將已知數值帶入上式計算可得：g =25x0.35=8.75kN/m3。(2)襯砌拱頂豎向地層壓力：(2)式中 Pv1一襯砌拱頂豎向地層壓力，kPa；丫一襯砌頂部以上各個土層的容重，在地下水位以下的土層容重取其浮重度，kN/m 3 ；hi一襯砌頂部以上各個土層的厚度，m

9、。PV1=1.8 19.1+2.7 19.2+2.4 19.4+3.0 19.4+4.1 19.6+ (4.1-3.1)19.6=290.94kPa(3)拱背土壓：Pv2=Q/2Rh(3)式中 Pv2一襯砌拱背豎向地層壓力，kPa；Q一拱背均布荷載，kN/m ； 2Q =2(1 -jt/4)Rh尸(4)L襯砌拱背覆土的加權平均容重，kN/m 3;Rh一襯砌圓環計算半徑，m。將已知數值帶入式3及式4計算可得：二 (11.5 1.725 10.5 1.2)/2.925 = 11.09kN/m 3Pv2 =(1-3.14/4) 2.925 11.09=6.974kPa(4)地面超載：由于本隧道埋深不

10、是很深，故須考慮到地面超載的影響，取地面超載為20kPa,并將它疊加到豎向土壓上去，故總的豎向土壓力為310.94kPa(5)側向水平均勻土壓力：Ph1 = Pv1 tan2 (45 R/2 )-2ctan(45 -卻/2)(5)式中Ph1一側向水平均勻土壓力，kPa；小一襯砌環直徑高度內各土層內摩擦角加權平均值，(o)；c 一襯砌環直徑高度內各土層內聚力加權平均值，kPa；其中，=(40 1.725 30 3.2 40 0.925) /(1.725 3.2 - 0.925) =34.53oc =0kPa將已知數值帶入上式計算可得： 2R1 =177.69 tan2(45 -34.53 /2)

11、 - 0 = 49.14 kPa(6)側向三角形水平土壓力：% =2RH%tan2(45 -5/2)(6)式中 Ph2一側向三角形水平土壓力，kPa；Rh一襯砌圓環計算半徑，m；川一襯砌環直徑高度內各土層重度的加權平均值，kN/m 3;丫0 = (1.725 父 11.5 + 3.2 父 10.5 + 0.925 父 11.5)/(1.725 +3.2 + 0.925) =10.95kN/m 3 將已知數值帶入式4.6計算可得：Ph2 = 2 2.925 10.95 0.276 =17.71kPa(7)襯砌拱底反力：Pr =Pv1 +Pv2 十用5/2)Rh%(7)式中 Pr一襯砌拱底反力，k

12、Pa；Pv1一襯砌拱頂豎向地層壓力，kPa；Pv2一襯砌拱背部荷載，kPa；g一襯砌自重，kPa；次一水的容重，取為10kN/m3。將已知數值帶入式4.7計算可得:PR =177.69 6.974 3.14 8.75 -0.5 3.14 2.925 10= 166.22 kP(8)地層側向彈性抗力襯砌結構由于外荷作用，在水平方向產生向外的橫向變形的同時，襯砌外圍土體也相 應會對襯砌結構產生一抵抗壓力，以阻止襯砌結構進一步變形。目前，在設計實用計算中 應用較為普遍的是溫克爾局部變形理論，土層抗力分布在水平直徑上下各45。范圍內，在水平直徑處：(8)=2.63 10上 mPk =k y(1 - 2

13、cos：)式中k地層基床系數(kN/m3),取 k=20000kN/m3y一襯砌在水平直徑方向最終變形值(m)圓環水平直徑處受荷后最終半徑變形值為：(9)式中刈一圓環剛度有效系數，刈=0.250.8，取”=0.5。EJ-襯砌截面抗彎剛度，其中E=3.55 107kPa44444J = (D4 -d4) = (6.24 - 5.54)=55.23 m432324(2 177.69 -49.14 -17.71 二 171.04) 2.92524 (0.5 3.55 107 55.23 0.045 20000 2.9254)在90o位置處R的值為：R=ky(1-cos： )=20000 2.63 1

14、0-6(1-cos90o)=0.053kPa由于土體側向抗力在90o的位置處為最值，對襯砌內力影響很小，不考慮其對襯砌變形 的影響。(二)考慮特殊荷載作用采用地下建筑結構和隧道工程中的計算工法，對基本使用階段和特殊荷載階 段兩種情況下可能出現的最不利荷載進行組合。取左半襯砌圓環進行分析，將其均分為11個部分，各部分方位角分別為 0。、15。、22.5。、45。、67.5。、75。、90。、112.5。、135。、157.5。、 180o,其中0。表示襯砌圓環垂直直徑處，22.5。為0。處向左量取22.5。處。計算中彎矩用M (i)表示，軸力用N (i)表示，終值由結構在各種荷載作用下得到的 內

15、力經過疊加得到。各斷面內力系數表如下表 1。表1斷面內力系數表荷載截面截面內力N (kN)位置M (kN m)自重071上部0 n /2荷載/2 /2 Tt底部反力水壓0 n /2Tt /2 710 71均布0 71測壓0 71測壓1Excel2:表2截面內力上層荷重水壓均布側壓側壓底部反力拱背荷重M (kN.m)37.43454.55-6.26-105.11-15.91-69.6815.870N(kN)-12.78-55.0938.61143.7316.2151.54-6.51M33.63398.14-5.62-91.02-14.29-64.5514.7515N-10.63-18.4038.

16、39134.1115.6549.78-5.81M29.03330.97-4.85-74.32-12.29-58.211422.5N-7.9825.2238.13122.6914.9147.61-5.43M6.8327.29-1.140-2.30-25.535.7945N5.16220.9236.8671.8810.6836.44-2.11M-20.92-293.733.4974.3210.4423.37-10.6467.5N22.95422.5535.2721.054.3219.7223.17M-29.46-374.094.9291.0214.1542.05-14.9475N29.04470.

17、6734.799.632.3613.3423.42M-42.70-466.727.13105.1118.9481.06-23.5290N40.19519.7434.0300031.92M-46.59-412.667.7874.3216.34134.63-23.9112.5 N51.32501.2633.8121.053.27-15.5931.98135M-23.37-135.393.9002.30126.659.9N51.68406.4735.1371.8715.22-66.31-27.19M30.71322.88-5.14-74.32-14.49-50.6416.24157.5 N38.74

18、249.8038.22122.6929.31-69.94-18.26180M112.29892.39-18.77-105.11-21.97-479.2550.6N12.8055.0942.88143.7335.5948.626.51本設訂需考慮特殊E ,包括人防、地宸佝載等。在設片中豎向特殊荷載取基本荷載的10%。計算結果見表3。表3管片基本使用階段及特載引起內力一覽表截面位置特殊荷載階段M (kN m)N (kN)175.69M ( kN m)28.09N (kN)13.960310.9015271.05203.0924.3616.5022.5224.32235.1419.9319.514510.93379.810.1832.9467.5-213.67549.03-19.7646.4075-266.35583.24-24.2049.4490-320.71625.89-28.1852.07112.5-250.08627.10-20.4850.76135-16.01486.87-0.9141.26157.5225.24390.5519.8830.2718