隧道结构计算书

XX市轨道交通X号线工程

施工图设计

XX站主体内部结构（三）计算书

XX公司

XX市轨道交通X号线工程

施工图设计

XX站主体结构计算书

XX公司

2014年7月

目 录

1. 工程概况 .............................................................................................................................. - 3 -

1.1工程概况 ....................................................................................................................... - 3 - 1.2 工程地质与水文地质 .................................................................................................. - 3 - 2. 设计依据 .............................................................................................................................. - 8 -

2.1技术标准和设计规范 ................................................................................................... - 8 - 2.2主要设计原则 ............................................................................................................... - 9 - 2.3计算方法 .......................................................................................... 错误！未定义书签。 3. 主要断面计算 .................................................................................................................... - 10 -

3.1 输入条件 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 3.2 荷载计算 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 4. 主要断面内力计算 ............................................................................................................ - 16 -

4.1标准双柱三跨（一）：6-13轴 ....................................................... 错误！未定义书签。 4.2双柱三跨单端打开：3-5轴 ........................................................... 错误！未定义书签。 4.3双柱三跨双端打开：5-6、13-14轴 ............................................. 错误！未定义书签。 4.4标准双柱三跨（二）：16-18轴 ................................................... 错误！未定义书签。 4.5双柱三跨单端打开： 18-21轴 ..................................................... 错误！未定义书签。 4.6盾构扩大段：1-3、21-23轴 ......................................................... 错误！未定义书签。 5. 梁柱计算 ................................................................................................. 错误！未定义书签。

5.1 1-8轴纵梁计算： .......................................................................... 错误！未定义书签。 5.2 8-15轴纵梁计算： ........................................................................ 错误！未定义书签。 5.3 15-23轴纵梁计算： ...................................................................... 错误！未定义书签。 5.4 柱子计算： ................................................................................... 错误！未定义书签。 6. 其他计算 ................................................................................................. 错误！未定义书签。

6.1接口挡板计算 .................................................................................. 错误！未定义书签。 6.2端头井三维计算 .............................................................................. 错误！未定义书签。 6.3盾构环框梁计算 .............................................................................. 错误！未定义书签。 6.4洞口过梁计算 .................................................................................. 错误！未定义书签。 - 1 -

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1. 工程概况

1.1工程概况

XX站位于XX市XX新城中心区，沿XX路东侧敷设，呈南北走向，为地下两层12m岛式站台车站（车站北端局部三层），采用地下二层双柱三跨钢筋混凝土框架结构（局部三层） 。站后设停车线，停车线与左线正线线间距为4.6m，采用单洞双线大断面矿山法施工。车站总长度为272.5m，标准段宽度为20.7m，有效站台中心里程处顶板覆土为4.45m，有效站台中心里程处轨面埋深16.9m。站后停车线大断面矿山法隧道总长度为332m。本站共设置5个出入口、1个连接XX图书馆的商业通道、1个消防疏散口及2组风亭、1组冷却塔。车站小里程端区间均为盾构法施工，车站大里程端右线接盾构法区间，车站大里程端左线接矿山法，车站小里程端设2个盾构吊出井，大里程端右线设1个盾构吊出井。车站所在范围内管线采用迁改和悬吊保护的方法进行处理，详见管线迁改专册。

XX站设计范围在YDK23+378.410～YDK23+650.910里程范围内，车站站台中心里程为YDK23+466.410。其中站后停车线在ZDK23+650.910～ZDK23+982.910里程范围内。

本册图纸设计范围为停车线图册。 1.2 工程地质与水文地质 1.2.1 地形、地貌

本工点地形起伏较大，以坡残积台地为主，地面高程5～25m。站点周边现状有在建的XX文教区服务中心、XX科技馆、XX图书馆、XX书城等公共建筑，以及规划的居住建筑，有少量商业、行政办公、公共服务设施等规划用地。

XX地区的大地构造处于板块边缘活动带，在XX省构造单元划分中属于火山断拗带和南沿海变质带，主要是原有断裂基础上的活动，都具有正反向、多期交替活动的特点。构造作用主要发生于中生代（晚侏罗世~早白垩世），地质构造格局基本定型，构造形式为日耳曼式的断块造山作用，构造形迹则表现为断裂构造为主，褶皱造山作用极为罕见。断裂构造主要发育北东、北北东断裂、东西向断裂和北西向断裂。分别受XX区域深断裂带、XX区域大断裂带和永安~晋江区域大断裂带控制。

XX部分属于缓慢的不均匀上升区，相对应的海面属下降区。据现代地壳的垂直变形观测资料，地壳上升速度l～3mm/a；海面观测资料1920～1972年间，海面下降170mm，平均3.3mm/a。

据已收集区域地质资料及《XX轨道交通1号线一期工程工程场地地震安全

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性评价报告》（XX地震勘测研究中心），并通过详勘及初勘阶段钻探，XX站场区内均未揭示对工程有影响的断层、褶皱等地质构造。 1.2.2 岩土分层

1、工程地质

根据详勘报告，车站范围地层为：<1-2-1>粘土质素填土、<11-1-2>残积可塑状砂质粘性土、<11-1-3>残积硬塑状砂质粘性土、<17-1>全风化花岗岩、<17-2>散体状强风化花岗岩。车站底板主要位于<17-1>全风化花岗岩和<17-2>散体状强风化花岗岩。

根据详勘报告， 地层从上到下分别为： <1-2-1>黏土质素填土（Qs）

褐黄色、褐红色，硬塑。主要由黏土及花岗岩残积土组成，含少量角砾，偶见植物根系。该层广泛分布于场地地表，层厚1.2～5.8m。根据室内试验：天然密度ρ=1.72～1.92g/cm3，天然含水率w=19.4～33.4%，天然孔隙比e0=0.72～1.02，液性指数IL=0.02～0.59，压缩系数a0.1-0.2=0.34～0.71MPa-1，压缩模量Es0.1-0.2=2.7～5.4MPa。

<11-1-2>残积砂质黏性土（Qel）

褐黄色，可塑，成份以黏性土为主，含约8～12%的石英质角砾，粒径2-5mm，为花岗岩风化残积土，切面稍有光泽，韧性中等，干强度中等，无摇震反应。场地内广泛分布该层，钻探揭示该层层厚1.5～10.8m，顶板埋深0～5m。该层进行标贯34次，标贯实测击数平均值N=16.6击/30cm，标贯修正击数平均值N'=14击/30cm。根据室内试验：天然密度ρ=1.65～1.88g/cm3，天然含水率w=11.7～45.3%，天然孔隙比e0=0.7～0.97。

<11-1-3>残积砂质黏性土（Qel）

灰黄色、灰白色，硬塑，主要以长石等矿物风化后的黏性土为主，含石英颗粒在10~20%，可见少量黑云母碎片，粘性较差，韧性低，干强度低，无摇震反应，切面粗糙。场地范围内广泛分布，钻探揭示该层层厚1.7～19m，顶板埋深0～11.5m。该层进行标贯143次，标贯实测击数平均值N=23.5击/30cm，标贯修正击数平均值N'=18.6击/30cm。根据室内试验：天然密度ρ=1.67～1.96g/cm3，天然含水率w=11.4～36.8%，天然孔隙比e0=0.67～0.99。

<17-1>全风化花岗岩（η

3(1)bγ5

）

褐红色夹灰白色，原岩结构可辨，但岩石矿物组织结构已破坏，裂隙极发育，绝大部分长石等易风化矿物已风化成次生黏土矿物。岩芯呈土状，手捏易碎，浸

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水可捏成团，偶夹有强风化岩块。场地内分布于残积土之下，钻探揭示层厚3.8～21.8m，顶板埋深1.7～26m。该层共进行130次标贯，标贯实测击数平均值N=37.9击/30cm，标贯修正击数平均值N'=26.5击/30cm。根据室内试验：天然密度ρ=1.73～1.91g/cm3，天然含水率w=14～36.6%，天然孔隙比e0=0.75～0.93。

<17-2>散体状强风化花岗岩（η

3(1)bγ5

）

褐黄色，岩芯呈土柱状，中粗粒花岗结构，原岩结构清晰可辩，但岩石矿物组织结构已破坏，风化强烈，裂隙发育。场地内广泛分布，钻探揭示层厚大于13.1m，顶板埋深17.8～39.7m。该层共进行69次标贯，标贯实测击数平均值N=55.1击/30cm，标贯实修正数平均值N'=36.5击/30cm。根据室内试验：天然密度ρ=1.72～1.92g/cm3，天然含水率w=19.3～43.1%，天然孔隙比e0=0.71～0.95。

1.2.3 土层物理力学指标

岩土工程勘察设计参数建议值表

密 度 地 层 岩土名称 代 号 抗剪强度（直剪） C φ 抗剪强度综合静止侧（固结剪内摩压力系切） C 擦角 固体极限摩限端阻系 数 特征值 数 阻力标准植 力 ξ / qsik kPa fak kPa 120 qsik kPa / qpx kPa / 渗 透 承载力岩土体与锚桩的极ρ 3φ φ （g/cm） kPa ° kPa ° ° <1-2-1> 粘土质素填土 残积砂质粘<11-1-2> 性土/残积粘性土 残积砂质粘<11-1-3> 性土/残积粘性土 <17-1> 全风化花岗岩 散体状强风化花岗岩 碎裂状强风化花岗岩 中等风化花岗岩 全风化辉绿岩 散体状强风化辉绿岩 1.81 32 25 37 26 / 1.79 28 16 32 20 / 1.77 22 15 30 20 / 1.83 / / / / / 0.43 / 150 45 800 0.39 45 200 55 1500 0.37 55 220 80 2500 <17-2> 1.81 30 30 33 31 / 0.33 80 280 90 3000 <17-3> 2.10 / / / / 40 0.28 90 320 95 6000 <17-4-1> 2.56 / / / / 55 / 95 1000 / 10000 <19-1> 1.81 30 17 / / / 0.37 / 220 75 2500 <19-2> 2.15 33 18 / / / 0.33 75 300 90 6000 - 5 -

1.2.4 不良地质与特殊岩土

本站范围未见不良地质，特殊岩土为人工填土、残积土和风化岩。 1）人工填土

主要为黏土质素填土。褐黄色、褐红色，硬塑，主要由黏土及花岗岩残积土组成，含少量角砾，偶见植物根系。该层广泛分布于场地地表，层厚1.2～5.8m。人工填土多具不均匀性、湿陷性、自重压密性及低强度、高压缩性等不良工程特性，不利于边坡稳定，对工程有一定影响。 2）残积土和全、强风化岩

花岗岩残积层均匀性较差，强度不一，接近地表的残积土受水的淋滤作用，形成网纹结构，土质较坚硬，而其下强度较低，再下由于风化程度减弱强度逐渐增加。残积层及全、强风化岩在地下水形成一定高差（落差）的动水作用下，在人工扰动时具遇水软化、崩解，强度急剧降低的特点，且同一开挖断面上具有上下、左右软硬不均的特点。残积土和全、强风化岩在人工开挖形成临空面时，在动水作用下易软化垮塌、强度急剧降低、自稳性变差。

残积土和全、强风化岩既具有砂土的特征，亦具黏性土特征，同时也为小颗粒从大颗粒的孔隙中涌出提供可能的条件，因此当动水压力过大时，容易产生管涌、流土等渗透变形现象。应采取有力的止水措施，避免残积土及风化岩遇水强度降低，甚至产生管涌、流土等渗透变形现象。 3）球状风化体

勘察过程中发现花岗岩地区上下层全、强风化层存在软硬不均以及球形风化等差异风化，球状风化体在地层中上下分布不均。其中站后停车线段内X1Z3-SJMZ-39#孔在22～26m处揭示中等风化球状风化体，在结构范围内，施工中需对花岗岩风化岩中的球状风化体及可能存在的球状风化体对盾构空推法施工产生的不利影响引起高度重视。 1.2.5 水文地质条件

本站范围内地表水不发育。地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于黏土质素填土、残积黏性土及全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩内。以孔隙潜水为主，地下水位埋深2～6m，工点范围内地下水均位于设计顶板以上。基岩裂隙水主要赋存于基岩花岗岩风化裂隙中，工点范围内位于设计底板以下，埋藏较深，基岩的含水性、透水性受岩体的结构、构造、裂隙发育程度等的控制，由于岩体的各向异性，加之局部岩体破碎、节理裂隙发育，导致岩体富水程度与渗透性也不尽相同。岩体的节理、裂隙发育地带，地下水相对富集，透水性也相对较好，反之不然。总体上，基岩裂隙水发育具非均一性。

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勘察期间车站范围地下水稳定水位埋深3～15.8m，标高0.3～8.7m，建议抗浮设计水位标高为地面高程小于10m位置采用地面标高，地面高程大于10m的采用10m。

根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001，2009年版），地下水按Ⅰ类环境类型判定对混凝土结构具中等腐蚀性，B类条件下判定对混凝土结构具微腐蚀性，地下水对混凝土结构中的钢筋长期浸水环境下具微腐蚀性，干湿交替环境下具中等腐蚀性；按照《混凝土结构耐久性设计规范》（GB50476-2008）判定，一般环境对混凝土结构环境作用等级为Ⅰ-C，化学腐蚀环境中，SO^42-^对混凝土结构构件的环境作用等级V-D，水中酸碱度对混凝土结构构件的环境作用等级V-D，Mg2+^对混凝土结构构件的环境作用等级V-C，地下水中侵蚀性CO^2对混凝土结构构件的环境作用等级为V-D。 3、抗浮水位的确定

据勘察资料揭示，车站范围地下水稳定水位埋深3～15.8m，标高0.3～8.7m，抗浮设计水位标高为地面高程小于10m位置采用地面标高，地面高程大于10m的采用10m。 1.2.6地震烈度

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2001），XX市地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.40s，设计地震基本烈度为Ⅶ度（第二组）。 根据《XX轨道交通1号线一期工程线路工程地震安全性评价报告》（XX地震勘测研究中心，2011年10月），本场地的地震动参数如下： 基岩地震动加速度峰值及概率地震烈度见下表：

水准加速度值及概率统计表

概 参 率 控 制 点 数 基岩有效峰值加速度（gal） 西亭 经度：118.05° 纬度：24.6° 中硬场地峰值加速度（gal） 加速度分区(g) 地震烈度 本场地的地面脉动卓越周期为0.33秒。 10%（50年） 126.4 151.54 0.15 Ⅶ 根据国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中第4.1.1条规定，XX站属抗震一般地段。 1.2.7岩土工程分析

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XX站建议采用明挖工法施工。车站基坑坑壁自上而下分别为人工黏土质素填土、残积砂质黏性土、全风化花岗岩；设计底板为全、强风化花岗岩。 基坑开挖卸荷引起坑底土体产生以向上为主的位移，同时也引起围墙在两侧压力差的作用下而产生水平位移和因此而产生的墙外侧土体位移，引起地面沉降，对既有路面破坏，影响行车安全。

基底是以全、强风化层为主，物理力学性质较好，具中等压缩性，但其在具临空面的情况下遇水易软化及崩解，在动水作用下，容易产生管涌、流土等渗透变形现象。

XX站站后停车线区间地层自上而下分别为残积砂质黏性土、全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩；设计底板为全、强风化花岗岩。

残积土、全风化层物理力学性质较好，具中等压缩性，但其在具临空面的情况下遇水易软化及崩解，在动水头作用下，容易产生管涌、流土等渗透变形现象。

2. 设计依据

2.1技术标准和设计规范

1、历次总体组方案会审及业主、咨询意见 2、总体组提供的线路、限界等基础资料

3、《XX轨道交通1号线一期工程详勘阶段（XX站）岩土工程勘察报告》（XX院工程集团有限责任公司，2013.01）

4、《XX市轨道交通1号线施工图设计文件编制统一规定》（发行稿V4.0）（XX院工程集团有限责任公司2013.4）

5、《XX市轨道交通X号线工程施工图设计技术要求》（发行稿V4.0）（XX院工程集团有限责任公司2013.4）

6、《XX市轨道交通X号线工程施工图设计文件组成与内容》（发行稿V4.0）（XX院工程集团有限责任公司2013.4）

7、《XX市轨道交通X号线工程初步设计调整预评审会专家组意见》（2013年12月）

8、业主、总包总体提供的工作联系单及相关会议纪要 9、《城市轨道交通技术规范》（GB50490-2009） 10、《地铁设计规范》（GB50157-2013） 11、《铁路工程抗震设计规范》(GB50111-2006)

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12、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010) 13、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012) 14、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010) 15、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011) 16、《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476-2008） 17、《钢结构设计规范》(GB50017-2003) 18、《地下工程防水技术规范》（GB50108－2008） 19、《轨道交通工程人民防空设计规范》RFJ02-2009 20、《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001） 21、《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012） 22、《人民防空工程设计规范》（GB50225-2005）

23、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）（2011版） 24、《地下防水工程质量验收规范》（GB50208-2011）

25、《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）（2003版） 26、《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（GJJ49-92） 27、《大体积混凝土施工规范》（GB 50496-2009） 28、《钢筋焊接及验收规程》（JGJ 18-2012） 29、《钢筋机械连接技术规程》（JGJ 107-2010） 30、其它有关国家现行技术标准、设计规范和规定等 2.2主要设计原则

（1）车站结构尺寸拟定应满足建筑限界、施工允许误差、测量允许误差、结构变形、沉降及装修等要求，同时还应考虑地质条件、结构埋置深度、荷载、结构类型、施工工艺等情况，参照有关工程经验，并通过计算确定。

（2）根据车站的地质水文条件及城市总体规划要求，结合周围条件，综合比较技术、经济、环保及使用功能，并考虑经济性、可靠性和耐久性合理选择施工方法和结构型式。

（3）结构设计应根据结构类型、使用条件、荷载特性、施工工艺等条件进行，结构或构件应满足强度、刚度、稳定性和耐久性要求，并满足防水、防火、防迷流的技术要求。

（4）地下结构设计应尽可能减小施工过程中以及建成后对周边环境造成的不

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利影响，并应考虑由于城市规划造成周边环境改变（包括未来轨道交通线的实施）时对地下结构的不利影响。

（5）结构设计应符合强度、刚度、稳定性、抗腐蚀和裂缝开展宽度及抗浮的要求，应根据承载力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别进行承载能力计算、变形及裂缝宽度验算。

（6）为确保地下结构具有足够的耐久性，应进行如下设计。

1）耐久性设计应根据预先确定的钢筋混凝土结构耐久性设计要求，采取相应的根本措施和附加措施。

2）采用合理的结构构造，便于施工、检查和维护，减少环境因素对结构的不利影响。

3）对钢筋混凝土施工过程的质量控制提出要求。

（7） 结构设计按规范相关要求保证结构具有足够的耐久性，结构的设计使用年限为100年。结构的安全等级为一级，结构重要性系数γ =1.10。 （8）结构的抗浮应按其使用寿命过程中可能发生的最高地下水位情况进行检算，在不考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.05，当计及侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15。

（9） 车站结构按设防烈度7度进行抗震验算，结构抗震等级为三级，在结构设计时采取相应的构造处理措施，以提高结构的整体抗震能力。

（10）考虑人防作用，车站结构人防设计按甲类工程、防护抗力等级按核6级、常6级防护标准及防化按丁级的技术要求设防。

（11）车站主体结构的耐火等级为一级，其他构件应满足相应的室内防火规范要求。

（12）最大裂缝宽度允许值：迎土面为0.2mm，其余均为0.3mm，裂缝验算时采用准永久组合值。

（13）车站结构以混凝土自防水为主，同时考虑地下水的侵蚀性，顶板（梁）、底板（梁）、内衬墙等迎水结构混凝土抗渗等级：埋深<20m时，抗渗等级为P8，20m≤埋深<30m时，抗渗等级为P10；耐蚀系数不得小于0.8。

3. 初支断面计算

3.1荷载计算

单线标准断面宽度B=11.53m，覆土埋深23.4m，所处围岩级别为Ⅴ级。

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首先根据《铁路隧道设计规范》（TB10003－2005）确定计算断面是浅埋隧道还是深埋隧道： Hq＝0.45×2S-1×。

对于Ⅴ级围岩，＝10.1×（11.53－5）＝1.65，计算得Hq＝11.9m，浅埋和深埋的临界深度Hp＝2～2.5Hq，取Hp=2.5Hq＝2.5×11.9＝29.75m，拱顶埋深h=23.4>Hq，故此该断面应按浅埋隧道计算。

Ⅰ 结构自重

按混凝土重度25kN/m3计算。 Ⅱ 垂直压力

qh(1htanB0.5323.4tan230)2023.4(1)127KPa

11.53考虑20 kPa的超载。 Ⅲ 水平压力

17-1全风化花岗岩，c28,250,Katan2(4525/2)0.406 对应横通道侧墙土压力值为： q1=0.406×127=52kPa

q2=0.406×(127+9.385×20)=128kPa Ⅴ 基床系数

根据地质详勘报告，基床系数Kv=70MPa/m，Kh=65MPa/m。 3.2计算模型及计算结果

计算程序采用SAP2000 V15和理正工具箱6.5版。 结构构件截面验算采用《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）承载力极限状态截面验算，并采用荷载效应基本组合控制。承载力极限状态荷载分项系数取1.35，重要性系数取1.0。

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弯距图（KN.m）

剪力图（KN）

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轴力图（KN）

柱截面设计:

1 已知条件及计算要求：

(1)已知条件：矩形柱 b=1000mm，h=350mm 计算长度 L=3.00m

砼强度等级 C25，fc=11.90N/mm2 ft=1.27N/mm2 纵筋级别 HRB400，fy=360N/mm2，fy'=360N/mm2 箍筋级别 HPB300，fy=270N/mm2 轴力设计值 N=1593.00kN

弯矩设计值 Mx=168.00kN.m，My=0.00kN.m 剪力设计值 Vy=182.00kN，Vx=0.00kN

(2)计算要求：

1.正截面受压承载力计算 2.斜截面承载力计算

----------------------------------------------------------- 2 受压计算 2.1 轴压比

0.382fA11.9350000 c2.2 偏压计算

(1)计算相对界限受压区高度ξb《混凝土规范》式6.2.7-1:

10.80 b0.5176fy360.0

11Escu- 13 - 2000000.0033

N1593.00103 Abh1000350350000mm2

(2)计算轴向压力作用点至钢筋合力点距离 e:

h 0has35040310mm

MN168.001593.000.1055m105.5mme0 e ea

max{20,h/30}20.0mm

ie0ea105.520.0125.5mm

h2as125.5350240260.5mm eei

(3)计算配筋

ei125.5mm0.3h00.331093.0mmb

N1fcbh0b1.0011.910003100.51761909600N 且N=1593.00kN ≤ Nb=1909.60kN, 按照大偏心受压构件计算, 根据《混凝土规范》

6.2.17: 3N1593.0010 x133.9mm1fcb1.0011.91000 xNe1fcbxh0

2' AsAs''fyh0as



Nei0.5h0.5x fyh0as3'' 1593.0010125.50.5350.00.5133.9360.031040285mm2

2.3 轴压验算 (1)计算稳定系数φ

l030008.6b350 根据《混凝土规范》表6.2.15: 插值计算构件的稳定系数φ=0.994 (2)计算配筋, 根据《混凝土规范》公式6.2.15:

N'As0.9fcAfy'1593.00100.90.994311.9350000360.06625mm2

取

As=0mm2

偏压计算配筋: x方向Asx=285mm2 : y方向Asy=0mm2

- 14 -

轴压计算配筋: x方向Asx=0mm2 : y方向Asy=0mm2 计算配筋结果: x方向Asx=285mm2 y方向Asy=0mm2

最终配筋面积:

x方向单边: Asx=285mm2 ≤ ρmin×A=0.0020×350000=700mm2, 取Asx=700mm2 y方向单边: Asy=0mm2 ≤ ρmin×A=0.0020×350000=700mm2, 取Asy=700mm2 全截面: As=2×Asx+2×Asy=2800mm2 > ρmin×A=0.0055×350000=1925mm2

3 受剪计算

3.1 x方向受剪计算

剪力为零, 采用构造配筋: 箍筋最小配筋率: 0.40%

由于箍筋不加密, 故ρvmin=0.4%×0.5=0.2%

A svxsAsvminsminbhb2as10h2as100.00203501000350240101000240100.569mm/mm23.2 y方向受剪计算

h0has35040310mm

yMVh01680000001820003102.98 (1)截面验算, 根据《混凝土规范》式6.3.1: hw/b=0.3 ≤ 4, 受剪截面系数取0.25

Vy182.00kN 0.25cfcbh00.251.0011.91000310922.25kN

截面尺寸满足要求。 (2)配筋计算

N=1593.00kN > 0.3fcA=0.3×12×1000×350=1249.50kN, 取N=1249.50kN 根据《混凝土规范》式6.3.12:

Asvy V1.751ftbh00.07Ns 270.0310 箍筋最小配筋率: 0.40%

由于箍筋不加密, 故ρvmin=0.4%×0.5=0.2% 计算箍筋构造配筋Asvmin/s:

fyvh01.7531820001.2710003100.071249.50102.9810.940mm/mm2- 15 -

A svminsb2as10h2as10100024010 Asvmin0.9400.569 A svy0.094%0.057%bs1000bs1000 minbh0.00201000350350240100.569mm/mm2 故箍筋配筋量: Asvy/s=0.569mm2/mm

4 配置钢筋

(1)上部纵筋:4E25(1963mm2 ρ=0.56%) > As=700mm2，配筋满足。 (2)下部纵筋:4E25(1963mm2 ρ=0.56%) > As=700mm2，配筋满足。

222

(3)左右纵筋:1E25(491mm ρ=0.14%)分配As=982mm > As=700mm，配筋满足。

22

(4)竖向箍筋:d8@170五肢箍(1478mm/m ρsv=0.15%) > Asv/s=569mm/m，配筋满足。

22

(5)水平箍筋:d8@170双肢箍(591mm/m ρsv=0.17%) > Asv/s=569mm/m，配筋满足。

考虑XX地区的类似地层、相近埋深工程的支护参数，本断面取4D25(As＝1963)。

4. 二衬断面计算

4.1计算原则

结构计算模式的确定，应符合结构的实际工作条件，反映结构与周围地层的相互作用。 结构构件应根据承载力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别对配线断面使用阶段进行承载力及稳定性验算：所有结构构件均进行承载力（包括压屈稳定性）计算。

抗裂及裂缝宽度：按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的影响求得的最大裂缝宽度应不大于0.2mm（迎水面）或0.3mm（背水面）。

当计及地震或其它偶然荷载作用时可不验算结构的裂缝宽度。

4.2计算模型

采用荷载-结构模型平面杆系有限单元法。 计算基本假定：

a）假定衬砌为小变形弹性梁，衬砌为离散足够多个等厚度直杆梁单元。

b）用布置于各节点上的弹簧单元来模拟围岩与围护结构、衬砌的相互约束；假定弹簧不承受拉力，即不计围岩与衬砌间的粘结力；弹簧受压时的反力即为围岩对衬砌的弹性抗力。

正常使用期间二次衬砌承受全水头压力及初支传递的土压。 隧道计算模型见图6-1：

- 16 -

图4-1 计算模型

4.3计算荷载

1、结构自重：按混凝土重度25kN/m3计算。

2、土压力：XX站站后停车线隧道的拱顶位于Ⅴ级围岩。计算深度ha=11.90m。隧道拱顶埋深h=23.4m。ha＜h＜2.5ha，属于浅埋隧道。按 《铁路隧道设计规范》TB 10003-2005荷载计算公式计算得：

垂直土压力YT=375.84kpa 侧墙顶土压力YC1=124.76kpa 侧墙底土压力YC2=167.57kpa

3、水压力：水压力按静水压力考虑，地下水位线取至隧道底板位置； 水压力YS =0kPa 4、基床系数

基床系数取65MPa/m。

- 17 -

图4-2 计算荷载

4.3内力、配筋计算

各断面计算结果见以下各图： 1）结构计算（标准值）

图4-3 二衬弯矩图（KN·M）

- 18 -

图4-4 二衬轴力图（KN）

5、配筋计算（现有配筋） 部位 内力 Mk（kN.m） Nk（kN） Vk（kN） 计算配筋（mm2） 实际配筋 裂缝宽度 拱顶① 527.36 1342.2 63.13 1994 E25@100 （4909mm2） 0.113 侧墙② -471.17 2092.1 57.38 拱底③ 303.15 2147.0 53.337 1200 E25@100 （4909mm2） 0.001 1200 E25@100 （4909mm2） 0.001

（1）拱顶配筋计算

1 已知条件及计算要求：

(1)已知条件：矩形柱 b=1000mm，h=600mm 计算长度 L=8.00m

22

砼强度等级 C40，fc=19.10N/mm ft=1.71N/mm

- 19 -

纵筋级别 HRB400，fy=360N/mm2，fy'=360N/mm2

箍筋级别 HPB300，fy=270N/mm2

轴力设计值 N=1992.87kN

弯矩设计值 Mx=783.00kN.m，My=0.00kN.m 剪力设计值 Vy=93.79kN，Vx=0.00kN

(2)计算要求：

1.正截面受压承载力计算 2.斜截面承载力计算

3.裂缝计算: 按裂缝控制配筋

-----------------------------------------------------------

2 受压计算

2.1 轴压比

Abh1000600600000mm2

Nf1992.87103 cA19.16000000.174 2.2 偏压计算

(1)计算相对界限受压区高度ξb《混凝土规范》式6.2.7-1:

1bf0.800.51761y1360.0

Escu2000000.0033 (2)计算轴向压力作用点至钢筋合力点距离 e:

h0has60060540mm

- 20 -

e0MN783.001992.870.3929m392.9mm eamax{20,h/30}20.0mm

eie0ea392.920.0412.9mm

eeih2as412.9600260652.9mm

(3)计算配筋

ei412.9mm0.3h00.3540162.0mm

Nb1fcbh0b1.0019.110005400.51765339012N 且N=1992.87kN ≤ Nb=5339.01kN, 按照大偏心受压构件计算, 根据《混凝土规范》6.2.17:

xN1992.871031fcb1.0019.11000 因x=104.3mm < 2as=120mm, 取x=120.0mm

Ne1fcbx'104.3mmAsA's h0'x2

'fyh0asNei0.5h0.5xfyh0as3

'1992.8710412.90.5600.00.5120.0360.054060

2.3 轴压验算

(1)计算稳定系数φ

l0800060013.31994mm2

b 根据《混凝土规范》表6.2.15: 插值计算构件的稳定系数φ=0.930 (2)计算配筋, 根据《混凝土规范》公式6.2.15:

NAs'0.9fcAfy'1992.87100.90.930319.1600000360.025220mm2

2

取As=0mm

2

偏压计算配筋: x方向Asx=1994mm

2

: y方向Asy=0mm

2

轴压计算配筋: x方向Asx=0mm

- 21 -

: y方向Asy=0mm

2

计算配筋结果: x方向Asx=1994mm

2

y方向Asy=0mm

最终配筋面积:

22

x方向单边: Asx=1994mm > ρmin×A=0.0020×600000=1200mm

222

y方向单边: Asy=0mm ≤ ρmin×A=0.0020×600000=1200mm, 取Asy=1200mm

22

全截面: As=2×Asx+2×Asy=6388mm > ρmin×A=0.0055×600000=3300mm

2

3 受剪计算

3.1 x方向受剪计算

剪力为零, 采用构造配筋: 箍筋最小配筋率: 0.40%

由于箍筋不加密, 故ρvmin=0.4%×0.5=0.2%

AsvxAsvminmibnhssb2as10h2as100.00206001000600260101000260100.857mm/mm23.2 y方向受剪计算

h0has60060540mm

yMVh07830000009379054015.46 λy=15.5 > 3.0, 取λy=3.0

(1)截面验算, 根据《混凝土规范》式6.3.1: hw/b=0.5 ≤ 4, 受剪截面系数取0.25

Vy93.7k9N 0.25cfcbh00.251.0019.110005402578.50kN

截面尺寸满足要求。 (2)配筋计算

根据《混凝土规范》式6.3.12:

AsvysV1.75ftbh00.0N71fyvh01.753.001 3937901.7110005400.071992.8710270.05403.084mm/mm2

箍筋最小配筋率: 0.40%

由于箍筋不加密, 故ρvmin=0.4%×0.5=0.2% 计算箍筋构造配筋Asvmin/s:

- 22 -

Asvminsminbhb2as103.0841000h2as10Asvminbs2

0.00201000600100026010600260100.857mm/mm2 Asvy

bs0.308%0.85710000.086% 故箍筋配筋量: Asvy/s=0.857mm/mm

4 配置钢筋

(1)上部纵筋:10E25(4909mm ρ=0.82%) > As=1994mm，配筋满足。

22

(2)下部纵筋:10E25(4909mm ρ=0.82%) > As=1994mm，配筋满足。

222

(3)左右纵筋:5E18(1272mm ρ=0.21%)分配As=1763mm > As=1200mm，配筋满足。

22

(4)竖向箍筋:d10@200四肢箍(1571mm/m ρsv=0.16%) > Asv/s=857mm/m，配筋满足。

22

(5)水平箍筋:d10@200三肢箍(1178mm/m ρsv=0.20%) > Asv/s=857mm/m，配筋满足。

2

2

5 裂缝计算

5.1 左右侧裂缝计算 (1)根据《混凝土规范》 第7.1.2 注3), 偏压计算时 e0/h0=(0/1342)/0.940=0.00 <= 0.55, 不需要验算裂缝。 5.2 上下侧裂缝计算 (1)截面有效高度:

h0has60060540mm

(2)受拉钢筋应力计算, 根据《混凝土规范》式7.1.4-4:

e0MkNk527.361342.200.393m392.9mm

l0 8000600

h13.314 取ηs=1.0 zysh2as600260240mm ese0ys1.0000393240633mm

f0'

0.870.121'fh0e2h00.870.1210.005406332540422.6mm - 23 -

skNkezAsz1342200.06334234909423136.0456N/mm2 (3)按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率, 根据《混凝土规范》式7.1.2-4:

Ate0.5bh0.51000600300000mm2

teAsApAte490903000000.01 (4)裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数, 根据《混凝土规范》式7.1.2-2:

1.10.65ftk1.10.652.390.01136.04560.4021

tes2 受拉区纵向钢筋的等效直径deq:

deqnidi

niidi 根据《混凝土规范》表7.1.2-1 构件受力特征系数 αcr = 1.9: (5)最大裂缝宽度计算, 根据《混凝土规范》式7.1.2-1: σs = σsq

maxcrsEs25mm

1.9cs0.08deqte 25.00.01 5.3 裂缝计算结果

Wmax=max{0.000, 0.113}=0.113mm < Wlim=0.300mm, 满足。

1.90.4021136.052000001.9500.080.113mm- 24 -

-----------------------------------------------------------------------

（2）侧墙配筋计算

1 已知条件及计算要求：

(1)已知条件：矩形柱 b=1000mm，h=600mm 计算长度 L=8.00m

22

砼强度等级 C40，fc=19.10N/mm ft=1.71N/mm

22

纵筋级别 HRB400，fy=360N/mm，fy'=360N/mm

- 25 -

箍筋级别 HPB300，fy=270N/mm2

轴力设计值 N=3106.60kN

弯矩设计值 Mx=699.68kN.m，My=0.00kN.m 剪力设计值 Vy=85.20kN，Vx=0.00kN

(2)计算要求：

1.正截面受压承载力计算 2.斜截面承载力计算

3.裂缝计算: 按裂缝控制配筋

-----------------------------------------------------------

2 受压计算

2.1 轴压比

Abh1000600600000mm2

N103 f3106.60cA19.16000000.271 2.2 偏压计算

(1)计算相对界限受压区高度ξb《混凝土规范》式6.2.7-1:

1bf0.800.51761y1360.0

Escu2000000.0033 (2)计算轴向压力作用点至钢筋合力点距离 e:

h0has60060540mm

- 26 -

e0MN699.683106.600.2252m225.2mm eamax{20,h/30}20.0mm

eie0ea225.220.0245.2mm

eeih2as245.2600260485.2mm

(3)计算配筋

ei245.2mm0.3h00.3540162.0mm

Nb1fcbh0b1.0019.110005400.51765339012N 且N=3106.60kN ≤ Nb=5339.01kN, 按照大偏心受压构件计算, 根据《混凝土规范》6.2.17:

xN3106.60103

1fcb1.0019.11000162.6mm x2AsA'sNe1fcbx' h0'

'fyh0asNei0.5h0.5xfyh0as3

'3106.6010245.20.5600.00.5162.6360.054060

2.3 轴压验算

(1)计算稳定系数φ

l0800060013.3477mm2

b 根据《混凝土规范》表6.2.15: 插值计算构件的稳定系数φ=0.930 (2)计算配筋, 根据《混凝土规范》公式6.2.15:

NAs'0.9fcAfy'3106.60100.90.930319.1600000360.021523mm2

2

取As=0mm

2

偏压计算配筋: x方向Asx=477mm

2

: y方向Asy=0mm

2

轴压计算配筋: x方向Asx=0mm

2

: y方向Asy=0mm

- 27 -

计算配筋结果: x方向Asx=477mm

2

y方向Asy=0mm

最终配筋面积:

222

x方向单边: Asx=477mm ≤ ρmin×A=0.0020×600000=1200mm, 取Asx=1200mm

222

y方向单边: Asy=0mm ≤ ρmin×A=0.0020×600000=1200mm, 取Asy=1200mm

22

全截面: As=2×Asx+2×Asy=4800mm > ρmin×A=0.0055×600000=3300mm

2

3 受剪计算

3.1 x方向受剪计算

剪力为零, 采用构造配筋: 箍筋最小配筋率: 0.40%

由于箍筋不加密, 故ρvmin=0.4%×0.5=0.2%

AsvxAsvminmibnhssb2as10h2as100.00206001000600260101000260100.857mm/mm23.2 y方向受剪计算

h0has60060540mm

yMVh06996800008520054015.21 λy=15.2 > 3.0, 取λy=3.0

(1)截面验算, 根据《混凝土规范》式6.3.1: hw/b=0.5 ≤ 4, 受剪截面系数取0.25

Vy85.2k0N 0.25cfcbh00.251.0019.110005402578.50kN

截面尺寸满足要求。 (2)配筋计算

根据《混凝土规范》式6.3.12:

AsvysV1.75ftbh00.0N71fyvh01.753.001 3852001.7110005400.073106.6010270.05403.678mm/mm2

箍筋最小配筋率: 0.40%

由于箍筋不加密, 故ρvmin=0.4%×0.5=0.2% 计算箍筋构造配筋Asvmin/s:

- 28 -

Asvminsminbhb2as103.6781000h2as10Asvminbs2

0.00201000600100026010600260100.857mm/mm2 Asvy

bs0.368%0.85710000.086% 故箍筋配筋量: Asvy/s=0.857mm/mm

4 配置钢筋

(1)上部纵筋:10E25(4909mm ρ=0.82%) > As=1200mm，配筋满足。

22

(2)下部纵筋:10E25(4909mm ρ=0.82%) > As=1200mm，配筋满足。

222

(3)左右纵筋:5E16(1005mm ρ=0.17%)分配As=1496mm > As=1200mm，配筋满足。

22

(4)竖向箍筋:d10@200四肢箍(1571mm/m ρsv=0.16%) > Asv/s=857mm/m，配筋满足。

22

(5)水平箍筋:d10@200三肢箍(1178mm/m ρsv=0.20%) > Asv/s=857mm/m，配筋满足。

2

2

5 裂缝计算

5.1 左右侧裂缝计算 (1)根据《混凝土规范》 第7.1.2 注3), 偏压计算时 e0/h0=(0/2092)/0.940=0.00 <= 0.55, 不需要验算裂缝。 5.2 上下侧裂缝计算

(1)根据《混凝土规范》 第7.1.2 注3), 偏压计算时 e0/h0=(471/2092)/0.540=0.42 <= 0.55, 不需要验算裂缝。 5.3 裂缝计算结果

Wmax=max{0.000, 0.000}=0.000mm < Wlim=0.300mm, 满足。

- 29 -

-----------------------------------------------------------------------

（3）拱底配筋计算

1 已知条件及计算要求：

(1)已知条件：矩形柱 b=1000mm，h=600mm 计算长度 L=8.00m

22

砼强度等级 C40，fc=19.10N/mm ft=1.71N/mm

22

纵筋级别 HRB400，fy=360N/mm，fy'=360N/mm

- 30 -

箍筋级别 HPB300，fy=270N/mm2

轴力设计值 N=3188.30kN

弯矩设计值 Mx=450.18kN.m，My=0.00kN.m 剪力设计值 Vy=79.20kN，Vx=0.00kN

(2)计算要求：

1.正截面受压承载力计算 2.斜截面承载力计算

3.裂缝计算: 按裂缝控制配筋

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2 受压计算

2.1 轴压比

Abh1000600600000mm2

N103 f3188.30cA19.16000000.278 2.2 偏压计算

(1)计算相对界限受压区高度ξb《混凝土规范》式6.2.7-1:

1bf0.800.51761y1360.0

Escu2000000.0033 (2)计算轴向压力作用点至钢筋合力点距离 e:

h0has60060540mm

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e0MN450.183188.300.1412m141.2mm eamax{20,h/30}20.0mm

eie0ea141.220.0161.2mm

eeih2as161.2600260401.2mm

(3)计算配筋

ei161.2mm0.3h00.3540162.0mm

按照小偏心受压构件计算:

计算相对受压区高度ξ, 根据《混凝土规范》式6.2.17-8:

Nb1fcbh0Ne0.431fcbh20'sb

1bh0a31fcbh0 3188.301033188.30100.51761.0019.1100054020.51760.5157401.20.431.0019.110005400.800.51762540601.0019.11000540 ξ=-0.5157 < ξb, 取相对受压区高度ξ为ξb=0.5176

AsA'sNe1fcbh010.5fyh0as' 2

3'3188.30104011.0019.110005400.517610.50.5176360.05406049mm2 2.3 轴压验算

(1)计算稳定系数φ

l0800060013.3

b 根据《混凝土规范》表6.2.15: 插值计算构件的稳定系数φ=0.930 (2)计算配筋, 根据《混凝土规范》公式6.2.15:

NAs'0.9fcAfy'3188.30100.90.930319.1600000360.021252mm2

取As=0mm

2

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偏压计算配筋: x方向Asx=-49mm

2

: y方向Asy=0mm

2

轴压计算配筋: x方向Asx=0mm

2

: y方向Asy=0mm

2

计算配筋结果: x方向Asx=0mm

2

y方向Asy=0mm

最终配筋面积:

222

x方向单边: Asx=0mm ≤ ρmin×A=0.0020×600000=1200mm, 取Asx=1200mm

222

y方向单边: Asy=0mm ≤ ρmin×A=0.0020×600000=1200mm, 取Asy=1200mm

22

全截面: As=2×Asx+2×Asy=4800mm > ρmin×A=0.0055×600000=3300mm

2

3 受剪计算

3.1 x方向受剪计算

剪力为零, 采用构造配筋: 箍筋最小配筋率: 0.40%

由于箍筋不加密, 故ρvmin=0.4%×0.5=0.2%

AsvxsAsvminsminbhb2as10h2as100.00206001000600260101000260100.857mm/mm23.2 y方向受剪计算

h0has60060540mm

yMVh04501800007920054010.53 λy=10.5 > 3.0, 取λy=3.0

(1)截面验算, 根据《混凝土规范》式6.3.1: hw/b=0.5 ≤ 4, 受剪截面系数取0.25

Vy79.20kN 0.25cfcbh00.251.0019.110005402578.50kN

截面尺寸满足要求。 (2)配筋计算

根据《混凝土规范》式6.3.12:

AsvyV1.751ftbh00.07Nfyvh0

s 3792001.753.0011.7110005400.073188.3010270.05403.758mm/mm2 箍筋最小配筋率: 0.40%

由于箍筋不加密, 故ρvmin=0.4%×0.5=0.2%

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计算箍筋构造配筋Asvmin/s:

Asvminsminbhb2as103.7581000h2as10Asvminbs2

0.00201000600100026010600260100.857mm/mm2 Asvy

bs0.376%0.85710000.086% 故箍筋配筋量: Asvy/s=0.857mm/mm

4 配置钢筋

(1)上部纵筋:10E25(4909mm ρ=0.82%) > As=1200mm，配筋满足。

22

(2)下部纵筋:10E25(4909mm ρ=0.82%) > As=1200mm，配筋满足。

222

(3)左右纵筋:5E16(1005mm ρ=0.17%)分配As=1496mm > As=1200mm，配筋满足。

22

(4)竖向箍筋:d10@200四肢箍(1571mm/m ρsv=0.16%) > Asv/s=857mm/m，配筋满足。

22

(5)水平箍筋:d10@200三肢箍(1178mm/m ρsv=0.20%) > Asv/s=857mm/m，配筋满足。

2

2

5 裂缝计算

5.1 左右侧裂缝计算 (1)根据《混凝土规范》 第7.1.2 注3), 偏压计算时 e0/h0=(0/2147)/0.940=0.00 <= 0.55, 不需要验算裂缝。 5.2 上下侧裂缝计算

(1)根据《混凝土规范》 第7.1.2 注3), 偏压计算时 e0/h0=(303/2147)/0.540=0.26 <= 0.55, 不需要验算裂缝。 5.3 裂缝计算结果

Wmax=max{0.000, 0.000}=0.000mm < Wlim=0.300mm, 满足。

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