1、目录1 设计资料 11.1 结构尺寸及地层示意图 .12 荷载计算 22.1 自重 .22.2 竖向均布地层荷载 .22.3 水平均布地层荷载 .22.4 按三角形分布的水平均布地层压力 .32.5 拱底反力 .32.6 侧向土层抗力 .32.7 荷载示意图 .43 衬砌内力计算 44 标准管片配筋计算 54.1 环向钢筋计算 .54.1.1 按最大负弯矩配筋计算 54.1.2 按最大正弯矩配筋计算 64.1.3 环向弯矩平面承载力计算 84.1.4 箍筋计算 85 隧道抗浮验算 86 纵向接缝验算 96.1 接缝强度验算 .96.1.1.负弯矩接头（105截面） 96.1.2 正弯矩接头（1
2、0截面） 106.2 接缝张开裂度验算 .117 裂缝张开验算 128 环向接缝验算 139 管片局部抗压验算 1410 构造说明 1511 参考文献 1611 设计资料1.1 结构尺寸及地层示意图如图所示，为一软土地区地铁盾构隧道的横断面，由一块封顶块 K，两块邻结块 L，两块标准块 B 以及一块封底块 D 六块管片组成，衬砌外径6200mm，厚度为 350mm，采用通缝拼装，混凝土强度为 C50，环向螺栓为 5.8级，地层基床系数 。管片裂缝宽度允许值为 0.2mm,接缝张开34/102mkN允许值为 3mm。地面超载为 20KPa。试计算衬砌受到的荷载，并用荷载结构法，按均质圆环计算衬砌
3、的内力，画出内力图，并进行隧道抗浮,管片局部抗压, 裂缝,接缝张开等验算及一块标准管片配筋计算。3506205138BDB27L1K73850q=20kN/m180灰 色 淤 泥 质 粘 土kN/mc=2.Pa 93褐 黄 色 粘 土kN/m1035灰 色 淤 泥 质 粉 质 粘 土k/c=2.Pa 6453灰 色 砂 质 粉 土33人 工 填 土59图一：结构尺寸及地层示意图2如图，按照课程设计要求，调整灰色淤泥质粉质粘土上层厚度（ABC=103）：1355+10380=9595mm2 荷载计算2.1 自重自重： 3/8.750.325mKNGh式中： 钢筋混凝土重度，一般采用h 3/2h管
4、片厚度2.2 竖向均布地层荷载竖向地层荷载：21 /13.89.57.319815.0 mKNhqini 地面超载： 22/0mKN近似均布拱背土压力： 2223 /07.51.3674.04.0 mKNRbGiq其中： 2/60.728.1645.0KNi 3竖向均布地层荷载： 2321 158.3KN/m07.2.1q2.3 水平均布地层荷载 )245(tan)245(tan1 cqP其中：衬砌圆环侧向各个土层土壤重度的加权平均值衬砌圆环侧向各个土层土壤内摩擦角的加权平均值衬砌圆环侧向各个土层土壤粘聚力的加权平均值C3/5.785.20.4176mKN 000 68.9.kPac12.85
5、4126.12则水平地层均布荷载： KPaP9.803)267.45tan(128.)2678.45(tan158.3 00002 2.4 按三角形分布的水平均布地层压力 KPaRH 876.32)6.745(tan3.7925.)45(tan2 0022 其中：mH925.23.01.42.5 拱底反力 KPagqwHRP17.23095.217.815.32 2.6 侧向土层抗力 )cos21(kyK其中：由混凝土结构设计规范知：C50， KpaEJ71045.3衬砌圆环抗弯刚度: 27 6.20.13.45EJ mN衬砌圆环抗弯刚度折减系数: .地层基床系数： 34/102mKNk圆环水
6、平直径处受荷载后最终半径变形值： mkEJgqyRPH 344421 106.27)95.1025.6.3.0(2478985).( 则侧向土层抗力： KPakyP25.4610-1273.60)cos21(4max ）（， k 97.)(89.4in ，取 KPaK73.4952.7 荷载示意图0图一：结构尺寸及地层示意图3 衬砌内力计算用荷载-结构法按均质圆环计算衬砌内力。取一米长度圆环进行计算，隧道圆环内力计算表，见附表。由表中数据可知：10最大正弯矩 ，轴力最小m139.740KN/maxMKN789.3min105最大负弯矩 。轴力最大/5.-ax 2.10ax4 标准管片配筋计算由
7、上述内力计算，取 ， 进行内力计算，mKNM-150.7KN792.10衬砌管片同时受到较大的正弯矩与负弯矩，采用对称配筋。简化模型为b=1000mm，h=350mm ，保护层厚度取 50mm。根据修正惯用法中的 法，-6由于纵缝接头的存在而导致结构整体刚度降低，取整体圆环刚度为 ，取EJ。0.34.1 环向钢筋计算4.1.1 按最大负弯矩配筋计算取 105断面的最大负弯矩、最大轴力。、 进行计算。mKNM-150.7KN792.10假设为大偏心构件：根据修正惯用法中的 法，在计算衬砌内力的时候是增加的。-因此，考虑修正系数，在最大负弯矩时： mKNMS 917.50.1)3.()1(KNNS
8、792.0mSe1.50ma2ei 190取： .mas50 mhesi 358.20172.27采用对称配筋： bxfNc1其中： ， ，0m=b2/.3mfC0.1钢筋选用 HRB355 钢，则： 2 /Nfy由此： x1.2301792.03得： mhmx65.5.40as12近似取： xs0经验证，按最大负弯矩配筋时为大偏心构件。对 取矩：SA ,36)503()2.81.792.10)(2 20 mahfeNAsSS 由此算出： 2060312.36mAS 因此选配 （ %）)95(82S 50.83954.1.2 按最大正弯矩配筋计算取 10断面的最大正弯矩、最小轴力。、 进行计算
9、：mKNM740.391KN789.3假设为大偏心构件：8根据修正惯用法中的 法，在计算衬砌内力的时候是增加的。-因此，考虑修正系数，在最大正弯矩时： mKNMS 62.81740.39).1()(KNNS78.3假设为大偏心构件: mNMSe23789.610a2ei 530取： 1.mas50 mhesi 2.405231.2采用对称配筋： bxfNc1其中： ， ，0m=b2/.3fC0.1钢筋选用 HRB355 钢，则： 2 /mNfy由此： x1.2301789.33得： hmx65.40as1239近似取： maxs102经验证，按最大正弯矩配筋时为大偏心构件。对 取矩：SA,31
10、8)503()2.41.0783.9)(2 20 mahfeNAsSS 由此算出： 2060312.38mS 因此选配 )4(92AS从安全角度考虑按最大正弯矩配筋。4.1.3 环向弯矩平面承载力计算kNNs792.10mbhAIi 036.1523.5036.19850il根据混凝土结构设计原理表 5-1，得轴心受压稳定系数：，84.0236mAs纵向配筋率： %35.107AfNcsy9.03501.236084. 10kNkNs792.10426.730故满足环向弯矩平面承载力要求。4.1.4 箍筋计算根据混凝土结构基本原理 ，按照偏心受压构件进行计算。由于衬砌圆环所受剪力很小，故按构造
11、要求配置箍筋即可。根据混凝土结构基本原理中所述构造要求，选配双肢箍，箍筋采用 HPB300，直径为 10mm，间距 150mm 的钢筋。10150。5 隧道抗浮验算盾构隧道位于含地下水的土层中时受到地下水的浮力作用，故需验算隧道的抗浮稳定性。抗浮系数： FPGK21式中：隧道自重GG拱背土压力P垂直荷载F水浮力则： wHHWRPGgK21)(1110925. 925.).583.(6734.0925.7.81.6.其中：水压力： 2KN/m95.01.50HPW故满足隧道抗浮要求。6 纵向接缝验算6.1 接缝强度验算近似地把螺栓看作受拉钢筋，假设选用 1 根螺栓。按偏心受压钢筋混凝土截面进行计
12、算。6.1.1.负弯矩接头（ 105截面）取 105断面的最大负弯矩、最大轴力。采用修正惯用法，在接头验算的时候需要修正，在接头处折减。、 进行计算。mKNM-150.7KN792.105.4.3-.）（792.10mNe103.540a2eai 310KNN4.2864112其中： 螺栓预应力引起的轴向力，取 M30 细螺纹1N由 0Xbxfc1 x10.234.28079.23得： mhmx65.05.为大偏心受压,则： eieNxhxnK)2()(010231790)2850()853(248.1095.故负弯矩接头处满足要求。6.1.2 正弯矩接头（10截面）取 10断面的最大正弯矩、
13、最小轴力。采用修正惯用法，在接头验算的时候需要修正，在接头处折减。、 进行计算。mKNM740.391KN789.31-.）（789.3mNe125.013mea20ai1450KNN.2861其中： 螺栓预应力引起的轴向力，取 M30 细螺纹1由 0XbxfNc1 x10.234.280789.33得： mhmx65.5.40为大偏心受压,则： eieNxhxnK)2()(0101457839)2703()2(245.1.故正弯矩接头处满足要求。6.2 接缝张开裂度验算因为弹性密封条采用氯丁橡胶和水膨胀橡胶复合而成，其弹性模量 E 很小，因此假设环向螺栓达到抗拉极限值时，衬砌外侧的张开量进行
14、验算。本设计环向螺栓为 5.8 级，在接缝上产生预应力：14WeNFc011式中：螺栓预应力引起的轴向力，取 M30 细螺纹( )1N KN4.281螺栓与重心轴偏心距（取 25mm）0e衬砌截面面积和截面距WF、当接缝受到外荷载，由外荷载引起的应力： MFNc22式中：、 外荷载，由外荷载引起的内力2衬砌截面面积和截面距WF、选取不利接缝截面（105） ， 、 计算mKNM-150.7KN792.10如下： 22011 /406.3510/64835248WeNFc 22622 /8./71079mNMc 由此可得接缝变形量： lEnlc21式中：15E防水涂料抗拉弹性模量（取 3MPa）l
15、涂料厚度（取 4mm）n螺栓个数。则： mllElc 32.4563.8406.21 环向每米宽度内选用 1 只螺栓即可满足要求，但是根据以上接缝强度计算每沿米宽度需要 2 只螺栓才能满足要求。考虑安全问题，所以取 2 只螺栓。7 裂缝张开验算取最大负弯矩处进行裂缝验算（即 105截面） ，此处满足要求，则其他位置亦可满足。 mKNM-150.792.e1480.705.93.4810h根据 GB50010-2002 的 8.1.2 对 的偏心受压构件可不验算裂缝宽5.0he度。所以，管片裂缝张开满足要求。8 环向接缝验算环缝的综合伸长量： 21ll16其中:管片伸长量: 1WEMl纵向螺栓伸
16、长量: 22l管片弯矩取最大值，即为 105时弯矩最大混凝土面积： 2622h 1049.)75.1.3(Am按环形断面计算：0.3.83621.30249.66 ySchfAf5.)180.sin(isnsin2)1HyschRfArfAM 14.302593062)7503(.0429.66 mKN75.3混凝土： 341 m17.81.3526.0）（W则管片伸长量： EMl 39461 106.5107.805.39计算纵向螺栓（采用 M30 细螺纹，45 钢）， ，螺栓长度为 160mm 2804mAS2/40mKNfyFfRMyHS172973.65.cos3625.cos1862
17、5.cos71625.cos 21 F 1.02.cs84.cs.cs.5cs021 19.421F mKNfRAMyHS 3024.719.402588 81.35.cos.8cos7.16cos25.cos 2221 L 79.0.41.3502222 0.4719.8.321L2722 1.895.6mRnAWHS 则纵向螺栓伸长量：EMl 77522 105.3104.2891.630ml 3.6 7321 满足要求9 管片局部抗压验算由于管片连接时在螺栓上施加预应力，故需验算螺栓与混凝土连接部位的局部抗压强度。圆形衬砌外径为 6200mm，内径 5500mm，盾构外径6340mm，盾
18、构千斤顶中心线直径 5815mm，盾构千斤顶共 24 台，每台最大顶力为 1500Kn，顶块受力面积尺寸为 。m3506918根据规范 GB50010-2002，验算lncf35.1AFl732.15069b1 l式中：局部受压面上作用的局部荷载或局部压力设计值,取 1500kN；lF混凝土轴心抗压强度设计值，取 23.1N/mm2。cf混凝土强度影响系数,取 1.0；c混凝土局部受压时的强度提高系数；1混凝土局部受压面积，取lAm35069混凝土局部受压净面积，取ln局部受压的计算底面积；bA350691.273.015.f35.1lnc KN.38故满足管片局部抗压要求。10 构造说明1.
19、混凝土保护层厚度：地下结构的特点是外侧与土、水相接触，内测相对湿度较高。故受力钢筋保护层厚度最小厚度比地面机构增加 510mm。本设计中 c=50mm。192.分布钢筋由于考虑混凝土的收缩、温差影响、不均匀沉降等因素的作用，必须配置一定数量的纵向分布钢筋。纵向分布钢筋的配筋率：顶、底板应大于0.15%，对侧墙应大于 0.20%。 3.横向受力钢筋：为便于施工，将横向钢筋与纵向分布钢筋制成焊网。外侧横向钢筋为一闭合钢筋圈，内侧钢筋则沿横向通常配置。4.刚性节点构造：框架转角处的节点构造应保证整体性。5.箍筋：断面厚度足够，不用配置箍筋。6.端部钢筋弯起:根据根据 公路隧道设计规范-JTG D70-2004,并考虑施工方便，端部钢筋弯起均取为 50mm。7.锚固长度：根据公路隧道设计规范-JTG D70-2004取:受压钢筋：la 25d=2518=450mm；受拉钢筋（直端）：la 30d=3018=540mm，la30d=3012=360mm；受拉钢筋（弯钩端）：la 25d=3018=450mm。11 参考文献1.混凝土结构基本原理 顾祥林主编 同济大学出版社2.地下建筑结构 朱合华主编 中国建筑工业出版社3.盾构隧道衬砌设计指南 国际隧协编写 翟进营 译4.钢筋混凝土原理 过镇海主编 清华大学出版社5.混凝土结构设计规范 GB50010-200220
