礦山法之區(qū)間隧道主體結(jié)構(gòu)計(jì)算書

1、中醫(yī)大省醫(yī)院青羊?qū)m區(qū)間礦山法隧道配筋計(jì)算書PAGE 17礦山法之區(qū)間隧道主體結(jié)構(gòu)計(jì)算書 工程項(xiàng)目 ： 成都地鐵5號(hào)線一、二期工程 PROJECT TITLE子項(xiàng)名稱 ： 中醫(yī)大省醫(yī)院青羊?qū)m區(qū)間礦山法隧道計(jì)算 SUBTITLE專 業(yè) ： 結(jié) 構(gòu) SPECIALITY設(shè)計(jì)階段 ： 施工圖 DESIGN PHASE 計(jì) 算 人： CALCULATED BY校 對(duì) 人： PROOFREADED BY 專業(yè)負(fù)責(zé)人： SUBJ ENGNEER審 核： AUDITED BY審 定： APPROVED BY 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司The First Railway Survey And Design

2、Institute2016年10月 工程設(shè)計(jì)證書：綜合甲級(jí) A161000160 STYLEREF 標(biāo)題 1 n * MERGEFORMAT 第1章 STYLEREF 標(biāo)題 1 * MERGEFORMAT 風(fēng)險(xiǎn)工程概況 北京地鐵10號(hào)線二期工程總體方案設(shè)計(jì)（第一階段）01標(biāo)段 PAGE 1-2工程概況中醫(yī)大省醫(yī)院青羊?qū)m區(qū)間為地下區(qū)間，區(qū)間由中醫(yī)大省醫(yī)院站出站后，繼續(xù)沿一環(huán)路下方鋪設(shè)，下穿省農(nóng)業(yè)管理干部學(xué)院門前人行天橋后進(jìn)入青羊?qū)m站。區(qū)間采用礦山法施工，線路最大縱坡31.30，主要穿越2-9-3中密卵石土地層，最小曲線半徑1200m，底板埋深12.8521.28m，底板高程482.039m490

3、.898m，地面高程介于503.16m504.35m，地形相對(duì)較為平坦。本冊(cè)段設(shè)計(jì)范圍為中醫(yī)大省醫(yī)院青羊?qū)m暗挖區(qū)間，設(shè)計(jì)里程：YDK22+750.000YDK23+032.488，長(zhǎng)282.826m，長(zhǎng)鏈0.338m，ZDK22+729.500ZDK23+032.489，長(zhǎng)302.981m，短鏈0.008m，在里程YDK22+810.710/ZDK22+810.565處設(shè)置一處豎井及橫通道。主要設(shè)計(jì)依據(jù)及設(shè)計(jì)原則主要設(shè)計(jì)依據(jù) 主要規(guī)范1）地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50157-2013）2）建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2012）3）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2010）2015版5）混凝

4、土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB50204-2015）6）鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范（TB10108-2002、J159-2002）7）鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10003-2005，J449-2005）8）混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范（GB/T50476-2008）9）軌道交通工程人民防空設(shè)計(jì)規(guī)范（RFJ02-2009）10）地下工程防水技術(shù)規(guī)范（GB501082008）11）地下防水工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GBJ50208-2011）12）城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)（建標(biāo)104-2008）13）城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（GB50911-2013）設(shè)計(jì)原則1）區(qū)間結(jié)構(gòu)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)

5、計(jì)法，以可靠指標(biāo)度量結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度。采用以分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)根據(jù)承載力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的要求，分別按下列規(guī)定進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算。 （1）承載力及穩(wěn)定：所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)進(jìn)行承載力（包括壓曲失穩(wěn)）計(jì)算；需考慮地震、人防、施工等特殊荷載的作用，進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力計(jì)算。 （2）變形：對(duì)使用上需控制變形值的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，進(jìn)行變形驗(yàn)算。 （3）抗裂及裂縫寬度：對(duì)使用上要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，進(jìn)行混凝土拉應(yīng)力驗(yàn)算；對(duì)使用上允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，按荷載的短期效應(yīng)組合并考慮長(zhǎng)期效應(yīng)組合的影響求出最大裂縫寬度進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。地震力、人防等偶然荷載作用時(shí)，不驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的裂縫寬度。 3

6、）結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)化模型的確定，根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作條件，并反映結(jié)構(gòu)與周圍地層的相互作用。4）區(qū)間結(jié)構(gòu)一般按平面受力進(jìn)行分析，本次只進(jìn)行橫斷面方向的受力計(jì)算。5）淺埋結(jié)構(gòu)在地下水位以下，整體結(jié)構(gòu)還要考慮水浮力，進(jìn)行整體抗浮驗(yàn)算。工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況工程地質(zhì)概況本區(qū)間地處岷江水系一級(jí)階地，地形平坦，地勢(shì)開闊，無影響工程建設(shè)的不良地質(zhì)作用，地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，無強(qiáng)震源，區(qū)域場(chǎng)地穩(wěn)定性較好。本段上部為人工填土，其下為粉質(zhì)黏土，砂土、下部為砂卵石，局部夾中砂透鏡體，下伏白堊系泥巖。隧道洞身主要位于稍密密實(shí)卵石中，結(jié)構(gòu)底板位于中密密實(shí)卵石中，地層穩(wěn)定性較好，巖性較為單一，地基土穩(wěn)定性整體較好。水文地質(zhì)概況本區(qū)間范

7、圍內(nèi)無地表水分布。本區(qū)間地處岷江水系一級(jí)階地，地下水主要為賦存于黏性土層之上填土層中的上層滯水和第四系砂、卵石層的孔隙潛水。上層滯水呈透鏡體狀分布于地表，賦存于卵石層之上填土層中，大氣降水和附近居民的生活用水為其主要補(bǔ)給源。水量變化大，且不穩(wěn)定。場(chǎng)地卵石層較厚，且成層狀分布，局部夾薄層砂，其間賦存有大量的孔隙潛水，其水量較大、水位較高，大氣降水和區(qū)域地表水為其主要補(bǔ)給源。卵石層中孔隙水形成貫通的自由水面。區(qū)間隧道主要穿越地層巖性為卵石層。地下水埋深5.307.50m，高程495.95497.88m。水量較豐富，地下水和場(chǎng)地土對(duì)混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)及模型選定設(shè)計(jì)計(jì)算

8、標(biāo)準(zhǔn)要求1）防水等級(jí)為二級(jí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最大裂縫寬度允許值為在荷載的短期效應(yīng)組合并考慮長(zhǎng)期效應(yīng)組合的影響下求得，設(shè)計(jì)中采用外部全包防水，迎水面其允許值為0.2mm，背水面其允許值為0.3mm，并不得有貫穿裂縫。2）區(qū)間結(jié)構(gòu)按7度地震烈度設(shè)防。3）區(qū)間結(jié)構(gòu)按六級(jí)人防設(shè)防。4）結(jié)構(gòu)抗浮安全系數(shù)不計(jì)摩阻力時(shí)1.05，計(jì)摩阻力時(shí)可采用1.051.15。5）區(qū)間結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)計(jì)算模型區(qū)間結(jié)構(gòu)采用“荷載-結(jié)構(gòu)”模型。在區(qū)間縱向截取一基本計(jì)算單元，將區(qū)間三維空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成二維平面框架結(jié)構(gòu)，按結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析模型，進(jìn)行各階段不同荷載組合內(nèi)力分析。區(qū)間結(jié)構(gòu)采用圓形支護(hù)形式，初支與模筑砼內(nèi)墻間鋪設(shè)防水板，內(nèi)力

9、分析時(shí)按模筑砼承受全部荷載考慮各種組合。計(jì)算基本假定1）假定構(gòu)件為小變形彈性梁，離散為足夠多個(gè)等厚度直桿梁?jiǎn)卧?）用布置于各節(jié)點(diǎn)上的彈簧單元來模擬圍巖與墻的相互約束；假定彈簧不承受拉力，即不計(jì)圍巖墻間的粘結(jié)力；彈簧受壓時(shí)的反力即為圍巖對(duì)墻的彈性抗力。計(jì)算荷載1）計(jì)算荷載 （1）土壓力粘性土層水土合算，砂性土層水土分算。本次計(jì)算采用水土分算。垂直土壓力：對(duì)于地下結(jié)構(gòu)上覆土層厚度大于塌落拱高度時(shí)采用松弛土壓力，土層厚度取塌落拱高度；小于塌落拱高度時(shí)，土層厚度取全土柱高度。水平土壓力：水平土壓力作用在樁墻上，大概呈梯形分布。其值根據(jù)主、被動(dòng)或靜止土壓力公式計(jì)算。側(cè)向水土壓力：施工階段不考慮水壓，使

10、用階段取靜水壓力（水壓力取全水頭）。 （2）自重荷載自重荷載按下式計(jì)算： f=bh 式中砼重度；h厚度；b計(jì)算單元縱向?qū)挾龋?（3）地面超載地面超載取20kPa。 （4）地層抗力在鏈桿法中，地層抗力是用地層彈簧來模擬的。地層抗力系數(shù)根據(jù)土層條件確定，按溫克假定計(jì)算。在計(jì)算中，消除受拉的彈簧。 （5）地震荷載采用慣性力法計(jì)算，把隨時(shí)間變化的地震荷載等效為靜地震荷載，然后再用靜力計(jì)算模型分析地震荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。等效的靜地震荷載包括：結(jié)構(gòu)本身和洞頂上方土柱的水平慣性力以及主動(dòng)側(cè)向土壓力增量。 （6）人防荷載將動(dòng)荷載轉(zhuǎn)化為靜荷載，然后再用靜力計(jì)算模型分析地震荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。2）荷載組合荷載

11、組合表序號(hào)荷載組合永久荷載可變荷載偶然荷載地震荷載人防荷載1基本組合構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算1.351.42短期效應(yīng)組合構(gòu)件抗裂驗(yàn)算1.00.83長(zhǎng)期效應(yīng)組合構(gòu)件變形驗(yàn)算1.00.84抗震荷載組合構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算1.20（1.0）0.51.35人防荷載組合構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算1.20（1.0）1.06基本組合抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算1.03）荷載參數(shù)選擇 （1）土層參數(shù)根據(jù)該區(qū)間巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告土層分層及參數(shù)如下： 土層號(hào)土層名稱重度(kN/m3)粘聚力C(kPa)內(nèi)摩擦角(度)側(cè)壓力系數(shù)垂直基床系數(shù)K(MPa/m)水平基床系數(shù)K(MPa/m)1-1雜填土18810-2-2粉質(zhì)黏土19.52016.50.422252-9-2

12、稍密卵石21.00350.3040352-9-3中密卵石22.00400.2565602-9-4密實(shí)卵石23.00 450.208075（2）計(jì)算參數(shù)選用 C40鋼筋混凝土的重度為25kN/m3，彈性模量為3.25104Mpa，泊松比按0.2采用。礦山法隧道斷面計(jì)算YDK22+750.000處斷面5.1.1施工期間無水工況1）荷載的選用選取YDK22+750.000處斷面進(jìn)行計(jì)算，其荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算過程及結(jié)果如下：拱頂土壓力由于隧道拱頂覆土H0=6.1m2D，隧道拱頂土壓力按全土柱進(jìn)行計(jì)算，即豎向土壓力：=135.59 kPa側(cè)向土壓力側(cè)向土壓力根據(jù)靜止側(cè)壓力系數(shù)確定。頂部側(cè)向土壓力：=36.

13、49 kPa底部側(cè)向土壓力：=68.67 kPa水壓力施工階段降水條件下為最不利工況，故不考慮水壓力。地面超載地面超載按20 kPa考慮。拱底豎向反力 P1=159.15 kPa2）計(jì)算結(jié)果及分析（1）基本組合 基本組合彎矩圖 基本組合軸力圖 基本組合剪力圖位置彎 距（kN.m）軸力（kN）As(mm2)配筋(mm2)拱頂213.9-394.513001025（4909）拱肩-129.9-626.89001025（4909）仰拱302.3-407.520331025（4909）（2）準(zhǔn)永久組合 準(zhǔn)永久組合彎矩圖 準(zhǔn)永久組合軸力圖 準(zhǔn)永久組合剪力圖位置彎 距（KN.m）軸力（KN）配筋面積（mm

14、2）裂縫寬度(mm)拱頂107.0-246.41025（4909）0.013拱肩-69.6-370.81025（4909）滿足仰拱154.2-252.71025（4909）0.021通過內(nèi)力分析，經(jīng)過綜合考慮結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，二襯厚度采用450mm，單延米配筋為1025（配筋面積4909mm2），裂縫寬度滿足要求。3）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢算 （1）斜截面受剪承載力驗(yàn)算:hw/b=400/10000.404；當(dāng)hw/b0.404時(shí)，應(yīng)有V0.25cfcbh0=0.251.019.110004001910 kN根據(jù)計(jì)算結(jié)果，滿足要求。 （2）不配置箍筋和彎起鋼筋的一般板類受彎構(gòu)件，其斜截面的受剪承載力應(yīng)滿足以下規(guī)

15、定： V0.7hftbh0=0.7(800/800)1/41.711000400 =478.80 kN根據(jù)計(jì)算結(jié)果，不需要配置箍筋。4）地震及人防設(shè)計(jì)由于抗震設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)降低，不考慮裂縫控制，人防設(shè)計(jì)時(shí)材料的強(qiáng)度系數(shù)提高，以及不考慮裂縫的控制。通過試算，在地震荷載和人防荷載作用下的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力對(duì)結(jié)構(gòu)斷面配筋不起控制作用。這樣地震與人防設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是采取滿足規(guī)范要求的一些構(gòu)造措施。5.1.2正常使用有水工況1）荷載的選用選取礦山法隧道YDK22+750.000處斷面進(jìn)行計(jì)算，其荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算過程及結(jié)果如下：由于隧道拱頂覆土H0=6.1m2D，隧道上方土壓力按全土柱進(jìn)行計(jì)算，側(cè)向壓力根據(jù)太

16、沙基松弛土壓力和靜止側(cè)壓力系數(shù)確定，采用水土分算，水位標(biāo)高495.95m。豎向土壓力135.59 kPa地面超載20 kPa考慮側(cè)向土壓力 6.47m（隧道上方塌落土體半寬）=6.19 kPa25.25=101.63kPa頂部側(cè)向土壓力： 36.49 kPa底部側(cè)向土壓力：68.67 kPa頂部水壓力：0 kPa拱底水壓力：51 kPa拱底豎向反力：P1=108.15 kPa 2）計(jì)算結(jié)果及分析（1）基本組合 基本組合彎矩圖 基本組合軸力圖 基本組合剪力圖 位置彎 距（kN.m）軸力（kN）As(mm2)配筋(mm2)拱頂194.1-391.711351020（3142）拱肩-125.7-61

17、2.39001020（3142）仰拱265.5-475.616321020（3142）（2）準(zhǔn)永久組合 準(zhǔn)永久組合彎矩圖 準(zhǔn)永久組合軸力圖 準(zhǔn)永久組合剪力圖 位置彎 距（KN.m）軸力（KN）配筋面積（mm2）裂縫寬度(mm)拱頂144.7-286.61020（3142）0.033拱肩-94.3-451.11020（3142）滿足仰拱190.5-339.71020（3142）0.052通過內(nèi)力分析，經(jīng)過綜合考慮結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，二襯厚度采用450mm，單延米配筋為1020（配筋面積3142mm2），裂縫寬度滿足要求。3）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢算 （1）斜截面受剪承載力驗(yàn)算:hw/b=255/10000.2554

18、；當(dāng)hw/b0.2554時(shí)，應(yīng)有V0.25cfcbh0=0.25119.110002551217.63 kN根據(jù)計(jì)算結(jié)果，滿足要求。 （2）不配置箍筋和彎起鋼筋的一般板類受彎構(gòu)件，其斜截面的受剪承載力應(yīng)滿足以下規(guī)定： V0.7hftbh0=0.7(800/800)1/41.711000255 =305.24 kN根據(jù)計(jì)算結(jié)果，需要配置箍筋。4）地震及人防設(shè)計(jì)由于抗震設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)降低，不考慮裂縫控制，人防設(shè)計(jì)時(shí)材料的強(qiáng)度系數(shù)提高，以及不考慮裂縫的控制。通過試算，在地震荷載和人防荷載作用下的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力對(duì)結(jié)構(gòu)斷面配筋不起控制作用。這樣地震與人防設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是采取滿足規(guī)范要求的一些構(gòu)造措施。綜

19、上所述，二襯厚度采用450mm，單延米配筋為1025（配筋面積4909mm2），滿足結(jié)構(gòu)要求。ZDK23+032.489處斷面5.2.1施工期間無水工況1）荷載的選用選取ZDK23+032.489處斷面進(jìn)行計(jì)算，其荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算過程及結(jié)果如下：由于隧道拱頂覆土H0=13.85m2D，隧道拱頂土壓力按全土柱進(jìn)行計(jì)算，即豎向土壓力：=303.55 kPa側(cè)向土壓力側(cè)向土壓力根據(jù)靜止側(cè)壓力系數(shù)確定。頂部側(cè)向土壓力：=39.65 kPa底部側(cè)向土壓力：=79.63 kPa水壓力施工階段降水條件下為最不利工況，故不考慮水壓力。地面超載地面超載按20 kPa考慮。拱底豎向反力 P1=327.11 kPa

20、2）計(jì)算結(jié)果及分析（1）基本組合 基本組合彎矩圖 基本組合軸力圖 基本組合剪力圖位置彎 距（kN.m）軸力（kN）As(mm2)配筋(mm2)拱頂352.1-741.920181025（4909）拱肩-173.3-1275.29001025（4909）仰拱500.2-715.533101025（4909）（2）準(zhǔn)永久組合 準(zhǔn)永久組合彎矩圖 準(zhǔn)永久組合軸力圖 準(zhǔn)永久組合剪力圖位置彎 距（KN.m）軸力（KN）配筋面積（mm2）裂縫寬度(mm)拱頂321.7-534.41025（4909）0.129拱肩-158.9-914.51025（4909）滿足仰拱479.6-528.91025（4909）0

21、.277通過內(nèi)力分析，經(jīng)過綜合考慮結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，二襯厚度采用450mm，單延米配筋為1025（配筋面積4909mm2），裂縫寬度滿足要求。3）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢算 （1）斜截面受剪承載力驗(yàn)算:hw/b=400/10000.404；當(dāng)hw/b0.404時(shí)，應(yīng)有V0.25cfcbh0=0.25119.110004001910 kN根據(jù)計(jì)算結(jié)果，滿足要求。 （2）不配置箍筋和彎起鋼筋的一般板類受彎構(gòu)件，其斜截面的受剪承載力應(yīng)滿足以下規(guī)定： V0.7hftbh0=0.7(800/800)1/41.711000400 =478.8 kN根據(jù)計(jì)算結(jié)果，不需要配置箍筋。4）地震及人防設(shè)計(jì)由于抗震設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)降低

22、，不考慮裂縫控制，人防設(shè)計(jì)時(shí)材料的強(qiáng)度系數(shù)提高，以及不考慮裂縫的控制。通過試算，在地震荷載和人防荷載作用下的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力對(duì)結(jié)構(gòu)斷面配筋不起控制作用。這樣地震與人防設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是采取滿足規(guī)范要求的一些構(gòu)造措施。5.2.2正常使用有水工況1）荷載的選用選取礦山法隧道ZDK23+032.489處斷面進(jìn)行計(jì)算，其荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算過程及結(jié)果如下：由于隧道拱頂覆土H0=13.85m2D，隧道上方土壓力按全土柱進(jìn)行計(jì)算，側(cè)向壓力根據(jù)太沙基松弛土壓力和靜止側(cè)壓力系數(shù)確定，采用水土分算，水位標(biāo)高496.36m。豎向土壓力303.55 kPa地面超載20 kPa考慮側(cè)向土壓力 5.98m（隧道上方塌落土體半寬）=

23、4.59 kPa35.15=138.59kPa頂部側(cè)向土壓力： 39.65 kPa底部側(cè)向土壓力：79.63 kPa頂部水壓力：70.52 kPa拱底水壓力：143.22 kPa拱底豎向反力：P1=230.85 kPa 2）計(jì)算結(jié)果及分析（1）基本組合 基本組合彎矩圖 基本組合軸力圖 基本組合剪力圖 位置彎 距（kN.m）軸力（kN）As(mm2)配筋(mm2)拱頂392.1-1062.619381020（3142）拱肩-219.6-1581.79001020（3142）仰拱606.1-1109.636931020（3142）（2）準(zhǔn)永久組合 準(zhǔn)永久組合彎矩圖 準(zhǔn)永久組合軸力圖 準(zhǔn)永久組合剪力圖位置彎 距（KN.m）軸力（KN）配筋面積（mm2）裂縫寬度(mm)拱頂280.4-759.61020（3142）0.122拱肩-157.2-1131.11020（3