1、1.1結構尺寸及地層示意圖q=20kN/m:，nwusi5a6152M2灰色淤泥質粉質粘土3kN/m3 c=12.2kPa灰色淤泥質粘土kN/m3c=12. kPa人工填土3kN/m褐黃色粘土kN/m灰色砂質粉土kN/m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：h灰1350 + 849* 50 43800mm。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 g h 25 0.35 8.75kN/m2(2)豎向土壓若按一般公式：n一一一-一一一 一 一一2h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8mD=6.5

2、5mq ihi 18 0.5 8 1.0 9.1 1.0 8.7 3.5 48.8 8 446.95KN/m2 i 1,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:PiBo(c/Bo)tan1，h -( tanBoe(tan )Bo其中：BoRc/tan(22.50/4) 3.1/tan(22.50 7.70/4) 6.83m(加權平均值8.90 1.645 7.20 4.20507.7 )5.85則:p116.83(8 12.2/6.83)tan 8.91竺tan8.9)6.83(48.8tan8.9)220 e 6.83189.02KN /m2 Bob普氏公式：p12

3、3商7.92tan 8.90_2269.73KN /m12取豎向土壓為太沙基公式計算值，即:pe12189.02KN /mo其中:(3) 拱背土壓 G 2(1(12)2.92547.6 28.72kN/mo1.645 8.0 1.28 7.11.645 1.2837.6KN/m 。(4)側向主動土壓qe (pe1 h)tan2(450) 2c2tan(4502其中：pe1 189.02KN /m ,8 億45 74.2057.4KN/m35.855.8520貝U： qe1 189.02 tan (457.7一 一，-02 12.1 tan(457.7121.00KN /m2qe2 (189.0

4、2 7.4 5.85)tan2(4507.70)2 12.1tan(4507.70)154.06KN /m28.90 1.645 7.20 4205 7 705.8512.2 1.645 12.1 4.205 c一 一 12.1kPa(5)水壓力按靜水壓考慮:a豎向水壓：pw1 = wH w19.8X48.8 = 478.24 KN / m22b 側向水壓：qw1 = wH w1 = 9.8 X48.8 = 478.24KN /m qw2 = wHw2 = 9.8 X(48.8 5.5) = 532.14KN /m2(6)側向土壤抗力襯砌圓環側向地層(彈性)壓縮量:42(pe1 Pw1)-(q

5、e1 qw)-(qe2 qw2 )R c_ 424(EI 0.0454k Rc)3其中:123265.6KN m2襯砌圓環抗彎剛度取EI 3.45 107 1.0 0.35則:2261.113666008570.617 10 3m襯砌圓環抗彎剛度折減系數取0.7 ;2 (189.02 478.24)-(139.19 478.24)-(154.06 532.14) 2.9254Z T Z _424 (0.7 123265.6 0.0454 20000 2.925 )qr = ky = 20000 0.617 10-3 12.35KN /m2一.、一 ._ 冗 拱底反力Pr = Pe1 +冗爐0.

6、2146Rc -Rc其中：Pe1 189.02KN /m2 g 8.75kN/m21.645 8.0 1.28 7.1 7.6KN / m3,與拱背土壓1.645 1.28,、一， _ _兀_9對應則：PR =189.02+ 兀 8.75+0.2146 2.955 7.6- 2.955 10 174.91KN/m22(8) 荷載示意圖I I.H I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

7、角荷載地基抗力每米內力Pe1 + pw1qe1+qw1qe2 + qw2-q e1-q w1qk=k Sg800.71719.09104.3514.8210.500M/KNm1712.65-1538.06-93.00-15.0930.9797.470N/KN0.002103.3395.3815.33-5.122208.930Q/KN0.000.000.000.000.000.008M/KNm1646.30-1478.48-90.28-14.6529.9592.848N/KN45.362062.5994.4515.18-4.472213.118Q/KN-322.78289.8813.272.13

8、4.96-12.5440.5M/KNm267.92-240.61-27.18-4.357.673.4640.5N/KN987.851216.1869.2011.6610.212295.1040.5Q/KN-1156.621038.7259.109.9519.83-29.0273M/KNm-1419.851275.1178.0714.51-25.51-77.6773N/KN2141.88179.8016.722.9435.922377.2573Q/KN-654.84588.0854.689.6116.3413.8790M/KNm-1712.651538.06111.6019.18-35.28-7

9、9.0890N/KN2342.080.000.000.0048.242390.3390Q/KN0.000.0019.080.005.1224.20105.5M/KNm-1468.031318.38109.1514.09-33.74-60.16105.5N/KN2174.82150.217.263.6852.482388.45105.5Q/KN603.13-541.65-26.17-13.2719.1141.15138M/KNm179.02-160.77-0.73-3.571.2415.18138N/KN1048.631161.60101.4211.3931.942354.98138Q/KN11

10、64.63-1045.91-91.3210.2634.6772.33159M/KNm1272.75-1143.00-91.38-12.1128.2954.54159N/KN300.791833.21177.3014.3113.142338.74159Q/KN783.58-703.70-68.065.4923.6140.92180M/KNm1712.65-1538.06-130.20-15.0939.5868.88180N/KN0.002103.33209.8515.335.122333.62180Q/KN0.000.000.000.000.000.00內力（紅色線條）分布圖如下：92.8497

11、.M 3.46-77.67-79.087-60.1615.1854.5468.88圖2-1彎矩分布圖（KNm）2213.112208.932295.102377.252390.332388.452354.982338.742333.62圖2-2軸力分布圖（受壓 KN）4 丁 -12.54 0.00-29.0213.8724.2041.1572.33圖2-3剪力分布圖（KN）12而管片的內力:M s (1 )M (10.3) 92.84120.69KNNs N 2213.11KNe03.2環向鋼筋計算假設為大偏心構件。MsNs120.692213.1157 mmk 1.1 取：a/ 50mm.

12、e ke0;a 1.157 17550187.7mm采用對稱配筋:N bxRw ;Ne bxRw(h03) Ag Rg (h0a/)其中：b = 1000mm .;Rw=23.1N/mm 2鋼筋選用HRB335鋼，貝U_ /_2Rq = 300N/mm g由此：2390.33 1031000x 23.12390.33310187.71000 x 23.1(300x /2) Ag 300 (30050)得：（2a，100mm)(x 103.48mm)(0.55h0165mm）、確為大偏心。由此算出：Ag0取：AAg0.2%21000 300 600mm2;選配 4B14 (Ag=615.75 m

13、m2)。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刀-E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：86285.92KN7 1.0X0.353EI 0.7 3.45 103.3 環向彎矩平面承載力驗算（按偏心受壓驗算）Ns N2390.33KNb bh312bh12101mml0/i (6501800650Rc)/i(-01802925)/10132.8查混凝土結構基本原理表 4-1 ,得軸心受壓穩定系數:0.98Ag22 615.75 1231.50mm2衛以3%1000 35021000 350 3

14、50000 mm2Ncu(ARw AgRg) 0.98 (350000 23.1 1231.50 300) 8285.36KN N 滿足要求。根據混凝土結構基本原理，按照偏心受壓構件進行計算。V 72.33KN650 l02925剪跨比：180 11.1 3.0h0300故取 3.0。矩形截面鋼筋混凝土偏心受壓構件斜截面抗剪承載力：1.75AsvVuftbho fyvjh0 0.07Nc1 s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0.3fcA）檢驗軸壓力上限：0.3fcA 0.3 23.1 1000 350 24

15、25.5KN Nc 2390.33KNcc又由：1.753Vcu1.89 1000 300 0.07 2390.33 103 1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415.38KN V 72.33KN既不需要計算配箍，按構造A82004.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定性，用抗浮系數:G/ G P RjK 一 jQ其中：G/隧道自重G拱背土壓力P垂直荷載R井壁與土壤間摩擦力Q水浮力貝U：-g 2 Rc G （Pe1Pwi） 2RcK2Rc w8.75 22.925 28.72 667.26 2 2.

16、925 / .2 15.22.9252 10（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:_ 2- 2（13031 ）2An 12518.46mm428000022c 22.4N/mm Rw 23.1N/mm則： 12518.4600截面），此處滿足要求，則其他位置亦可滿足。根據橋涵規范6.4.4 條:即需在螺帽下設置一定厚度

17、的內徑為4.3 管片裂縫驗算取最大彎矩處進行裂縫驗算（即31mm、外徑為130mm的鋼圓環墊片。(bfb)hfbh00,l0/h65018000.352.9259.48 14,取產1.0 ,ysasess，ys35050 125mm, 21 3 X97 471X-X1000 +125 = 182.36mm ,2208.930.870.12(1f)(h)2h00.87 0.12( 300 )2 300 163.57mmes182.36ssNs z)2390.33X103 X(182.36-163.57)2=445.88N /mmAsZ615.75X163.57再根據橋涵規范6.4.3條: 裂縫寬

18、度：Wtk CiC2c3/(Es30 d0.28 10其中:oQC3鋼筋表面形狀系數（對帶肋鋼筋取1.0 ）作用長期影響系數（取1+0.5Ni/Ns=1.5 )與構件受力性質有關的系數（取 0.9 ）配筋率（0.0060.02)則：Wtk1.0 1.5 0.9445.8830 142.0 100.28 10 0.006)0.39mm 0.2mm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:ssNs z)2390.33X103 X(182.36-163.57) ”2s- =227.59N /mmAsZ1206.37X163.57一227 59則：Wtk 1.0

19、1.5 0.95 (2.0 10530 160.28 10 0.006)0.20mm 0.2mm 滿足要求。同理，對標準管片進行驗算，也需增加配筋為 綜上所述，襯砌管片的配筋量由裂縫要求控制。6B16 。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:Ni Ni e0 c1F W其中:N1 e0F、W-螺栓預應力引起的軸向力 螺栓與重心軸偏心距（取 襯砌截面面積和截面距（由鋼結構基本原理取25mm）280KN)當接縫受到外荷載，由外荷載引起的應力:N2 M 2c2F W其中:N2、 M2F、W一外荷載，由外荷載引起的內力 襯砌截面面積和截面距

20、510mm 。選取最不利接縫截面（80）,計算如下:Ni c1 FNi e0W280000350 1000280000 X25Z21/6 X1000 X350_ .20.457N /mmN2c2FM2 W2213.11 103350 10000.7 92.84 106一421/6 X1000 X350一 ，一， 23.14N / mm均為壓力，接縫不會張開。 由此可得接縫變形量：c1其中：E防水涂料抗拉彈性模量（取3MP3l 涂料厚度（取 5mm則：I C1c210.457 2.69 Vl 1X53.72mm l 3mmE3l 2 c1 c2E若用兩只螺栓：0.457 2 2.69、, X52

21、.96mm l 3mm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）：M = -77.67 0.754.37kN mN = 2377.25kNe0由:54.372377.250.023mmN + Ng = Rw bx32377.25 X10 +2 X280000 = 23.1 X1000 xx 127.1mm 0.55h0 165mm為大偏心受壓，則:Ke0Ag Rg(h02) N(22)Ne0滿足要求。2 X280000 X(300-127.1/2) + 2377.25X103 X(350/2 -127.

22、1/2)2377.25X103 X237.25 1.55b正彎矩接頭（8截面處）：e。= 92.84kN mM 92.84N = 2213.11kN2213.110.042mm由:N + Ng = Rw bx3 2213.11 X10 +2 X280000 = 23.1 X1000 xx 120.05mm 0.55h0165mm為大偏心受壓，則:Ke0AgRg(h02) N(h2 .Ne02.06 1.552 X280000 X(300 -127.1/2) + 2377.25X103 X(350/2 -127.1/2)2377.25X103 X81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