1、地下工程課程設計地鐵區間隧道結構設計計算書班級： 姓名： 學號：指導老師： 2013年6月24日目錄一、設計任務21、1工程地質條件21、2其他條件2二、設計過程22.1 根據給定的隧道或車站埋深判斷結構深、淺埋；22.2 計算作用在結構上的荷載；22.3 進行荷載組合22.4 繪出結構受力圖22.5 利用midas gts程序計算結構內力2附錄：2地鐵區間隧道結構設計計算書一、設計任務對某區間隧道進行結構檢算，求出荷載大小及分布，畫出荷載分布圖，同時利用軟內力。具體設計基本資料如下：1、1工程地質條件工程地質條件線路垂直于永定河沖、洪積扇的軸部，第四紀地層沉積韻律明顯，地層由上到下依次為：雜

2、填土、粉土、細砂、圓礫土、粉質粘土、卵石土。其主要物理力學指標如表1。表1 各層土的物理力學指標土的類型厚度（m）天然重度（kN/m3）飽和重度sat（kN/m3）彈性抗力系數(MPa/m）變形模量E（GPa）泊松比內摩擦角（）粘聚力C(MPa)雜填土2.01624500.80.4200.005粉土6.01826900.90.35210.01細砂4.019271001.20.32220.01圓礫土7.519.527.51201.50.32250.01粉質粘土6.020.0281501.80.32230.02卵石土12.020.028.52002.00.30270.03基巖22293002.50

3、.35350.041、2其他條件其他條件地下水位在地面以下5m處；隧道頂部埋深6m；采用暗挖法施工。隧道段面為圓形盾構斷面。斷面圖如下：二、設計過程2.1 根據給定的隧道或車站埋深判斷結構深、淺埋；可以采用鐵路隧道設計規范推薦的方法，即有 h*=0.452s-11+i(B-5) 上式中s為圍巖的級別；B為洞室的跨度；i為B每增加1m時的圍巖壓力增減率。 由于隧道拱頂埋深6m，位于雜填土、粉土層、細砂層中，根據地鐵設計規范10.1.2可知“暗挖結構的圍巖分級按現行鐵路隧道設計規范確定”。圍巖為級圍巖。則有 h*=0.452s-11+iB-5 =0.4526-11+0.16-5=15.84m因為埋

4、深hc=6mh*=15.84m，可知該隧道為極淺埋。2.2 計算作用在結構上的荷載； 1 永久荷載A 頂板上永久荷載a. 頂板（盾構上部管片）自重 q=.d =250.3=7.5KPab. 地層豎向土壓力 由于拱頂埋深6 m，則頂上土層有雜填土、粉土，且地下水埋深5m，應考慮土層壓力和地下水壓力的影響。（粉土使用水土合算） q 頂=ihi =216+318+126 =112KPaB 底板上永久荷載 a. 底板自重 q=.d =250.3=7.5KPab. 水壓力（向上）： q 水底=w.h=107=70KPaC 側墻上永久荷載 地層側向壓力按主動土壓力的方法計算，由于埋深在地下水位以下，需考慮

5、地下水的影響。(分圖層水土合算，砂土層按水土分算)a. 側墻自重q=.d =250.3=7.5KPab. 對于隧道側墻上部土壓力： 用朗肯主動土壓力方法計算Ka=tan245o-2=tan245o-212=0.472 q 側=ihiKa =216+318+126Ka =52.86KPac. 對于隧道側墻圖層分界處土壓力Ka上=tan245o-上2=tan245o-212=0.472Ka下=tan245o-下2=tan245o-222=0.455 q 上=ihiKa上(162+318+326)Ka上=77.41KPa = q 下=ihiKa下 =216+318+326Ka下=74.62KPad.

6、 對于隧道圓心高度土壓力 q 上=ihiKa下+whi=216+318+326+27-101Ka下+101=92.35KPae. 對于隧道側墻底部水土總壓力 q 側=ihiKa+whi216+318+326+4(27-10)Ka+104=145.56KPaf. 對于隧道側墻水壓力 q 水圓心=w.h1=101=10KPa q 水底=w.h2=104=40KPa 2 可變荷載A 頂板上可變荷載 按地鐵設計規范10.2.1中第三條規定：在道路下面的潛埋暗挖隧道，地面的車輛荷載按10KPa的均布荷載取值，并不計動力作用影響。人行荷載可以不用考慮。B 底板上可變荷載 主要為列車車輛運行的可變荷載，一般

7、取為 1+nPoLB=1.145480184=5.1KPaC 側墻上可變荷載 由于到隧道上部地面車輛的運行，會導致側向壓力的增大： q 倒=10Ka=100.455=4.55KPa 3 偶然荷載在本設計中，僅考慮比較簡單的情況，偶然荷載可以不用計算。2.3 進行荷載組合 1、承載能力極限狀態荷載組合采用1.35永久荷載1.3可變荷載根據以上各種計算，作用在隧道上的設計荷載有：拱頂： 設計恒載：-161.33 KPa 設計活載：-13 KPa底板： 設計恒載：84.37 KPa 設計活載：-6.63 KPa側墻（頂部）： 設計恒載： 71.36KPa 設計活載： 5.92 KPa（底部）： 設計

8、恒載： 196.51KPa 設計活載： 5.92 KPa2、正常使用極限狀態荷載組合采用 恒載+活載根據以上各種計算，作用在隧道上的設計荷載有：拱頂： 設計恒載：-119.5 KPa 設計活載：-10 KPa底板： 設計恒載：62.5 KPa 設計活載：-5.1 KPa側墻（頂部）： 設計恒載：52.86 KPa 設計活載： 4.55KPa（底部）： 設計恒載：145.56KPa 設計活載： 4.55 KPa2.4 繪出結構受力圖 根據荷載組合值，可以分別計算出拱頂、底板、側墻和中墻的設計荷載值，如下圖：2.5 利用midas gts程序計算結構內力首先應進行單元劃分，然后定義荷載和截面，加入

9、邊界條件。 在midas程序中施加各類荷載，然后運行后就可得到單元注：管片采用C50混凝土，無配筋。軸力圖剪力圖彎矩圖由于隧道斷面為圓形，實際情況上部圖壓力與下部水浮力隨寬度變化并不為均值，大致變化為下圖，在運用MIDAS GTS 運算時采用下圖荷載圖式MIDAS GTS 運算圖示如下軸力圖剪力圖彎矩圖由圖可知第二種情況結構所受內力較大，當圓形隧道斷面很大時，考慮實際情況，改變荷載圖示是有必要的。附錄：地下結構課程設計任務書 地鐵區間隧道結構設計本次地下結構課程設計是進行城市地鐵區間隧道的結構設計，涉及“地下工程”這門課的主要理論，通過設計，使學生更深入地掌握所學理論。一、基本要求1、 對設計

10、從全局上把握，思路清晰，獨立完成全部設計任務；2、 設計計算正確無誤，圖紙清晰，符合規范要求；3、 按計劃及時上交設計，每位同學的計算參數不同，如發現抄襲者，將記為零分。二、設計任務對某區間隧道進行結構計算（采用斷面3），求出內力。具體設計基本資料如下：1、工程地質條件線路垂直于永定河沖、洪積扇的軸部，第四紀地層沉積韻律明顯，地層由上到下依次為：雜填土、粉土、細砂、圓礫土、粉質粘土、卵石土。其主要物理力學指標如表1。表1 各層土的物理力學指標土的類型厚度（m）天然重度（kN/m3）飽和重度sat（kN/m3）彈性抗力系數(MPa/m）變形模量E（GPa）泊松比內摩擦角（）粘聚力C(MPa)雜填土2.01624500.80.4200.005粉土6.01826900.90.35210.01細砂4.019271001.20.32220.01圓礫土7.519.527.51201.50.32250.01粉質粘土6.020.0281501.80.32230.02卵石土12.020.028.52002.00.30270.03基巖22293002.50.35350.042、其他條件地下水位在地面以下5m處；隧道頂部埋深6m；采用暗挖法施工。三、設計過程1、 根據給定的隧道或車站埋深判斷結構深、淺埋；2、 計算作用在結構上的荷載（僅按使用階段考慮）；3、 進行荷載組合，只按