暗挖马蹄形断面隧道结构计算书

暗挖隧道 断面A结构计算书

一、 工程概况

暗挖隧道断面A适用于里程：右CRK0+385.715～K0+876.000，左CRK0+385.715～K0+906.500。施工采用暗挖台阶法，覆土高度从3.7m到10.8m。选取覆土最深的右线CRK0+488.000处断面进行结构内力计算。

计算程序采用Midas有限元软件(6.1.1版)，荷载组合按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)执行，断面尺寸配筋计算及相关验算按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）相关规定执行。

二、 工程地质与水文地质情况

结构所处地质属于第四系地质，土层基本上以填土、粉土、粉质粘土、砂土和圆砾卵石为主，含有一定的粘土；结构所处土层为卵石圆砾（5），中粗砂（5--1），粉土（6--2），中粗砂（7--1），结构上主要覆土为填土、粉土、粉质粘土、粉细砂、中粗砂。根据提供的地质资料，计算采用地质资料提供的地层参数，其地质情况及参数选取见表1。计算水位采用地质报告提供的抗浮水位（标高30m）。

表1：土层参数表

编号 土层名称 厚度(m) 1--1 2 2 2--3 2--4 5 5--1 6--2 7--1 杂填土 粉土 粉土 粉细砂 中粗砂 卵石圆砾 中粗砂 粉土 中粗砂 ?容重(kN/m3) 16.5 19.2 19.5 19.2 19.5 19.8 21.0 20.5 19.1 20.8 C(kPa) － 29 36 29 0 0 0 0 18 0 φ(°) － 29 19 29 25 32 50 40 28 32 静侧压系数 － － 0.48 － 0.40 0.40 0.25 0.33 0.41 0.2 1.8 1.1 0.5 1.7 1.0 2.5 2.7 1.2 3.0 2.2 2--1 粉质粘土 覆土加权容重?0????ihi??断面所在土层加权容重?1?h??h???iii=19.4kN/m3；

?hi＝20.3kN/m3， =0.33，

断面土层加权侧压系数为K1???Kihi??hi水平与竖直基床系数按地质报告资料取平均值为55 MPa/m3。

三、 结构尺寸的拟定

结构高6.28m，宽5.9m，初衬厚0.25m，二衬厚0.3m，具体结构断面尺寸如图1所示。

图1：暗挖隧道单线马蹄形断面图

四、 模型及荷载组合

1. 计算模型

本次计算按照平面应变模型进行，采用结构－荷载模式。根据地下结构的埋深以及穿越土层的地质特点，将结构覆土换算成上覆土荷载和侧土压力荷载，施加在结构上进行结构内力分析。二衬结构计算时考虑水压力的作用，采用水土分算及水土合算分别进行内力分析。计算时假定初衬承担全部土荷载，不承担水荷载。二衬承担70％的土荷载及全部的水荷载。 2. 荷载组合：

基本组合 准永久组合 施工阶段荷载组合 抗震偶然组合 人防偶然组合 1.35×永久荷载标准值＋1.4×0.7×活载标准值 永久荷载标准值＋0.7×活载标准值 基本组合×0.9 1.2×永久荷载标准值＋1.4×0.7×活载标准值＋地震荷载标准值 1.2×永久荷载＋人防荷载 对于暗挖地下区间及附属结构计算，初衬由施工阶段荷载组合控制，二衬由正常使用极限状态（最大裂缝）或承载能力极限状态控制，本区间暗挖隧道断面小，埋深大，偶然组合不控制二衬结构的配筋。

五、 荷载计算及计算简图

1. 荷载计算

地面超载：20kN/m3，由于结构覆土比较高，计算中地面超载可忽略不计； 1） 初衬荷载标准值：

覆土加权容重?＝19.4kN/m，断面土层加权容重?1＝20.30kN/m3。土层含水量w>20%，考虑施工降水作用含水量w减少10%，则：

覆土计算容重?0????3

??1?0.1???17.6kN/m3；

断面土层计算容重?1??1顶拱竖向土压力：

?1?0.1??18.5kN/m3

17.6+0.125×18.5=192.4kN/m e??0h0??h1?h0??1＝10.8×

结构侧向土压力：

0.33＝63.5kN/m e1?eK1 =192.4×

18.5)×0.33＝100.3 kN/m e2??e??h2?h1??1?K1=(192.4+6.03 ×

底拱地基反力由地基弹簧变形提供，结构自重由程序自行考虑。 2） 二衬荷载标准值： a) 水土合算

顶拱竖向土压力：

e??0h0?0.7??1h1'?h0?0.7＝10.8×19.4×0.7+0.4×20.3×0.7=152.3kN/m

????结构侧向土压力：

e1?eK1 =152.3×0.33＝50.3kN/m

???''20.3 ×0.7)×0.33＝75.3 kN/m e2??e?h2?h1?1?0.7?K1=(152.3+5.33 ×

????底拱地基反力由地基弹簧变形提供，结构自重由程序自行考虑。 b) 水土分算

顶拱竖向水压力：p0?h1'?hw?w =(11.2-10.7)×10=4.7kN/m 结构侧向水压力：p1= p0=4.7 kN/m

底拱水压力：p3=p2=58.0 kN/m 顶拱竖向土压力：

19.4×0.7+0.4×10.3×0.7=150.0kN/m e??0h0?0.7?(?1??w)h1'?h0?0.7＝10.8×结构侧向土压力：

0.33＝49.5 kN/m e1?eK1=150.0×

????'10=58.0kN/m p2??h2?hw??w=5.8×

???'e2??e?h2?h1'???????10.3×0.7)×0.33＝62.2 kN/m ????0.7?1w??K1=(150.0+5.33×

???底拱地基反力按计算由地基弹簧变形提供，结构自重由程序自行考虑。 2. 计算简图

初衬计算简图见图2，二衬计算简图见图3（水土合算）、图4（水土分算）。

e=192.4kN/me =63.5kN/m1e =63.5kN/m1e =100.3kN/m2e =100.3kN/m2

图2：暗挖隧道马蹄形断面初衬计算简图

e=152.3kN/me =50.3kN/m1e =50.3kN/m1e =75.3kN/m2

e =75.3kN/m2

图3：暗挖隧道马蹄形断面二衬计算简图（水土合算）

p=4.7kN/me=150.0kN/mp =4.7kN/me =49.5kN/m11e =49.5kN/m1p =4.7kN/m1p =58.0kN/me =62.2kN/m22e =62.2kN/mp =58.0kN/m22

图4：暗挖隧道马蹄形断面二衬计算简图（水土分算）

六、 计算结果及配筋计算 1. 初衬计算结果及配筋计算

计算参数：初衬混凝土为C20；b=1m，h=0.25m，净保护层厚c=40mm；结构重要性系数取为0.9，按对称配筋计算。初衬内力图见图5～图7。配筋结果见下表，其中L0为构件计算长度，η为经验系数，ζ为相对受压区高度。

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