暗挖馬蹄形斷面隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算書

暗挖隧道斷面A結(jié)構(gòu)計(jì)算書工程概況暗挖隧道斷面A適用于里程：右CRK0+385.715～K0+876.000，左CRK0+385.715～K0+906.500。施工采用暗挖臺(tái)階法，覆土高度從3.7m到10.8m。選取覆土最深的右線CRK0+488.000處斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算。計(jì)算程序采用Midas有限元軟件(6.1.1工程地質(zhì)與水文地質(zhì)情況結(jié)構(gòu)所處地質(zhì)屬于第四系地質(zhì)，土層根本上以填土、粉土、粉質(zhì)粘土、砂土和圓礫卵石為主，含有一定的粘土；結(jié)構(gòu)所處土層為卵石圓礫〔5〕，中粗砂〔5--1〕，粉土〔6--2〕，中粗砂〔7--1〕，結(jié)構(gòu)上主要覆土為填土、粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、中粗砂。根據(jù)提供的地質(zhì)資料，計(jì)算采用地質(zhì)資料提供的地層參數(shù)，其地質(zhì)情況及參數(shù)選取見表1。計(jì)算水位采用地質(zhì)報(bào)告提供的抗浮水位〔標(biāo)高30m〕。表1：土層參數(shù)表編號(hào)土層名稱厚度(m)容重(kN/m3)C(kPa)φ(°)靜側(cè)壓系數(shù)1--1雜填土1.816.5－－－2粉土1.119.22929－2--1粉質(zhì)粘土0.519.536190.482粉土1.719.22929－2--3粉細(xì)砂1.019.50250.402--4中粗砂2.519.80320.405卵石圓礫2.721.00500.255--1中粗砂1.220.50400.336--2粉土3.019.118280.417--1中粗砂2.220.80320.2覆土加權(quán)容重=19.4kN/m3；斷面所在土層加權(quán)容重＝20.3kN/m3，斷面土層加權(quán)側(cè)壓系數(shù)為=0.33，水平與豎直基床系數(shù)按地質(zhì)報(bào)告資料取平均值為55MPa/m3。結(jié)構(gòu)尺寸的擬定結(jié)構(gòu)高6.28m，寬5.9m，初襯厚0.25m，二襯厚0.3m，具體結(jié)構(gòu)斷面尺寸如圖圖1：暗挖隧道單線馬蹄形斷面圖模型及荷載組合計(jì)算模型本次計(jì)算按照平面應(yīng)變模型進(jìn)行，采用結(jié)構(gòu)－荷載模式。根據(jù)地下結(jié)構(gòu)的埋深以及穿越土層的地質(zhì)特點(diǎn)，將結(jié)構(gòu)覆土換算成上覆土荷載和側(cè)土壓力荷載，施加在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。二襯結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)考慮水壓力的作用，采用水土分算及水土合算分別進(jìn)行內(nèi)力分析。計(jì)算時(shí)假定初襯承當(dāng)全部土荷載，不承當(dāng)水荷載。二襯承當(dāng)70％的土荷載及全部的水荷載。荷載組合：根本組合1.35×永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值＋1.4×0.7×活載標(biāo)準(zhǔn)值準(zhǔn)永久組合永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值＋0.7×活載標(biāo)準(zhǔn)值施工階段荷載組合根本組合×0.9抗震偶然組合1.2×永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值＋1.4×0.7×活載標(biāo)準(zhǔn)值＋地震荷載標(biāo)準(zhǔn)值人防偶然組合1.2×永久荷載＋人防荷載對(duì)于暗挖地下區(qū)間及附屬結(jié)構(gòu)計(jì)算，初襯由施工階段荷載組合控制，二襯由正常使用極限狀態(tài)〔最大裂縫〕或承載能力極限狀態(tài)控制，本區(qū)間暗挖隧道斷面小，埋深大，偶然組合不控制二襯結(jié)構(gòu)的配筋。荷載計(jì)算及計(jì)算簡(jiǎn)圖荷載計(jì)算地面超載：20kN/m3，由于結(jié)構(gòu)覆土比擬高，計(jì)算中地面超載可忽略不計(jì)；初襯荷載標(biāo)準(zhǔn)值：覆土加權(quán)容重＝19.4kN/m3，斷面土層加權(quán)容重＝20.30kN/m3。土層含水量w>20%，考慮施工降水作用含水量w減少10%，那么：覆土計(jì)算容重；斷面土層計(jì)算容重頂拱豎向土壓力：＝10.8×17.6+0.125×18.5=192.4kN/m結(jié)構(gòu)側(cè)向土壓力：=192.4×0.33＝63.5kN/m=(192.4+6.03×18.5)×0.33＝100.3kN/m底拱地基反力由地基彈簧變形提供，結(jié)構(gòu)自重由程序自行考慮。二襯荷載標(biāo)準(zhǔn)值：水土合算頂拱豎向土壓力：＝10.8×19.4×0.7+0.4×20.3×0.7=152.3kN/m結(jié)構(gòu)側(cè)向土壓力：=152.3×0.33＝50.3kN/m=(152.3+5.33×20.3×0.7)×0.33＝75.3kN/m底拱地基反力由地基彈簧變形提供，結(jié)構(gòu)自重由程序自行考慮。水土分算頂拱豎向水壓力：=(11.2-10.7)×10=4.7kN/m結(jié)構(gòu)側(cè)向水壓力：p1=p0=4.7kN/m=5.8×10=58.0kN/m底拱水壓力：p3=p2=58.0kN/m頂拱豎向土壓力：＝10.8×19.4×0.7+0.4×10.3×0.7=150.0kN/m結(jié)構(gòu)側(cè)向土壓力：=150.0×0.33＝49.5kN/m=(150.0+5.33×10.3×0.7)×0.33＝62.2kN/m底拱地基反力按計(jì)算由地基彈簧變形提供，結(jié)構(gòu)自重由程序自行考慮。計(jì)算簡(jiǎn)圖初襯計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖2，二襯計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖3〔水土合算〕、圖4〔水土分算〕。圖2：暗挖隧道馬蹄形斷面初襯計(jì)算簡(jiǎn)圖圖3：暗挖隧道馬蹄形斷面二襯計(jì)算簡(jiǎn)圖〔水土合算〕圖4：暗挖隧道馬蹄形斷面二襯計(jì)算簡(jiǎn)圖〔水土分算〕六、計(jì)算結(jié)果及配筋計(jì)算初襯計(jì)算結(jié)果及配筋計(jì)算計(jì)算參數(shù)：初襯混凝土為C20；b=1m，h=0.25m，凈保護(hù)層厚c=40mm；結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取為0.9，按對(duì)稱配筋計(jì)算。初襯內(nèi)力圖見圖5～圖7。配筋結(jié)果見下表，其中L0為構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度，η為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，表2：暗挖隧道馬蹄形斷面初襯計(jì)算結(jié)果表位置M(kN.m)N(kN)L0〔m〕η＝1.0η＝0.80ζ配筋ζ配筋拱頂91-4363.00.1864Φ250.1483Φ25拱中部-90-6202.50.2643Φ250.2093Φ22邊墻底部-101-7281.00.3103Φ250.2453Φ20底板側(cè)部68-473-1.00.1983Φ180.1573Φ16底板中部-107-512-3.50.2184Φ250.1743Φ25注：底板凈保護(hù)層厚度為外40mm，內(nèi)20mm，腳部考慮鎖腳錨桿及鋼域的影響，可減小配筋。初襯結(jié)構(gòu)最大剪力值〔承載能力狀態(tài)〕為375kN，需配置間距為200mm的Φ14抗剪鋼筋圖5：暗挖隧道單線馬蹄斷面初襯彎矩圖〔單位kN.m〕圖6：暗挖隧道單線馬蹄斷面初襯剪力圖〔單位kN〕圖7：暗挖隧道單線馬蹄斷面初襯軸力圖〔單位kN〕二襯計(jì)算結(jié)果及配筋計(jì)算計(jì)算參數(shù)：二襯混凝土為C30；h=0.3m，b=1.0m；凈保護(hù)層厚c=35mm；按對(duì)稱配筋計(jì)算；裂縫驗(yàn)算按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)〔GB50010-2002〕》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，其中結(jié)構(gòu)外側(cè)允許裂縫最大寬度為0.2mm，內(nèi)側(cè)為0.3mm水土合算計(jì)算結(jié)果表3：暗挖隧道馬蹄形斷面二襯配筋計(jì)算〔水土合算〕位置M(kN.m)N(kN)L0(m)ζ配筋拱頂97-3233.00.0885Φ18拱中部-80-5372.00.1463Φ16邊墻底部-102-6841.50.1864Φ16底板邊部102-6791.50.1854Φ16底板中部-146-6102.50.1675Φ20表4：暗挖隧道馬蹄形斷面二襯裂縫驗(yàn)算〔水土合算〕位置M(kN.m)N(kN)配筋W(mm)允許w(mm)拱頂72-2395Φ180.140.3拱中部-59-3984Φ160.100.2邊墻底部-76-5075Φ160.110.2底板邊部76-5035Φ160.110.2底板中部-108-4525Φ200.210.3水土合算時(shí)二襯結(jié)構(gòu)最大剪力值〔承載能力狀態(tài)〕為198kN，小于構(gòu)件混凝土的抗剪承載力335kN。因此，僅需按構(gòu)造配置箍筋。圖8：承載能力組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯軸力圖〔單位kN〕圖9：承載能力組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯剪力圖〔單位kN〕圖9：承載能力組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯彎矩圖〔單位kN.m〕水土分算計(jì)算結(jié)果表5：暗挖隧道馬蹄形斷面二襯配筋計(jì)算〔水土分算〕位置M(kN.m)N(kN)L0(m)ζ配筋拱頂80-3453.00.0944Φ16拱中部-69-5432.00.1482Φ16邊墻底部-110-7141.50.1944Φ16底板邊部110-7311.50.2004Φ16底板中部-135-6702.50.1835Φ18表6：暗挖隧道馬蹄形斷面二襯裂縫驗(yàn)算〔水土分算〕位置M(kN.m)N(kN)配筋W(mm)允許w(mm)拱頂59-2564Φ160.190.3拱中部-51-4023Φ160.120.2邊墻底部-81-5295Φ160.140.2底板邊部81-5415Φ160.140.2底板中部-100-4965Φ180.210.3水土分算時(shí)二襯結(jié)構(gòu)最大剪力值〔承載能力狀態(tài)〕為200kN，小于構(gòu)件混凝土的抗剪承載力335kN。因此，僅需按構(gòu)造配置箍筋。圖10：承載能力組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯軸力圖〔單位kN〕圖11：承載能力組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯剪力圖〔單位kN〕圖12：承載能力組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯彎矩圖〔單位kN.m〕抗浮檢算由于此段地下水位較深，因此不做抗浮驗(yàn)算。人防驗(yàn)算人防抗力等級(jí)為5級(jí)，人防驗(yàn)算時(shí)只進(jìn)行配筋驗(yàn)算，不進(jìn)行裂縫驗(yàn)算。人防荷載采用理正有限元計(jì)算軟件〔人防〕計(jì)算得到，作用于拱頂?shù)牡刃Ь检o荷載標(biāo)準(zhǔn)值qe1＝95.4kN/m2，作用于拱底的等效均布靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值qe2＝72.7kN/m2。作用于側(cè)墻的等效均布靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為ee＝30kN/m2。由此計(jì)算出的結(jié)構(gòu)人防偶然組合〔1.2×永久荷載＋人防荷載〕的內(nèi)力圖見圖13～圖15，配筋驗(yàn)算時(shí)混凝土強(qiáng)度提高50％，鋼筋強(qiáng)度提高35％，驗(yàn)算結(jié)果見表7。表7：暗挖隧道馬蹄形斷面人防偶然組合配筋驗(yàn)算位置M(kN.m)N(kN)L0(m)AS(mm2)配筋拱頂135-4273.010665Φ18拱中部-110-7542.04843Φ16邊墻底部132-8931.56434Φ16底板中部-195-7872.514685Φ20由表中數(shù)據(jù)可以看出，人防偶然組合時(shí)的結(jié)構(gòu)配筋略小于根本組合的結(jié)構(gòu)配筋，因此人防偶然組合不控制設(shè)計(jì)。圖13：人防偶然組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯軸力圖〔單位kN〕圖14：人防偶然組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯剪力圖〔單位kN〕圖15：人防偶然組合下暗挖隧道單線馬蹄斷面二襯彎矩圖〔單位kN.M〕附錄：人防荷載計(jì)算(1)根本信息抗力等級(jí):5覆蓋土厚12.000(m)短跨凈跨L0= 5.000(m)結(jié)構(gòu)形式:非平頂結(jié)構(gòu)頂板不考慮上部建筑物的影響不是飽和土(2)空氣沖擊波超壓△Pms計(jì)算頂板△Pms=100.00(3)土中壓縮波的最大壓力Ph計(jì)算波速比:2.00起始?jí)毫Σㄋ?200.00(m/s)應(yīng)變恢復(fù)比:0.20頂板計(jì)算時(shí)土的計(jì)算深度:12.000(m)升壓時(shí)間0.060(s)頂板Ph=91.79(kPa)(4)結(jié)構(gòu)上的核爆炸動(dòng)載最大值Pci計(jì)算結(jié)構(gòu)頂板核爆動(dòng)載綜合反響系數(shù)K=0.99底壓系數(shù):