地下工程,隧道工程课程设计.docx

1 地铁区间隧道结构设计计算书一、设计任务对某区间隧道进行结构检算,求出内力,并进行配筋计算。具体设计基本资料如下: 工程地质条件线路垂直于永定河冲、洪积扇的轴部,第四纪地层沉积韵律明显,地层由上到下依次为:杂填土、粉土、细砂、圆砾土、粉质粘土、卵石土。其主要物理力学指标如表 1,本地区地震烈度为 7度。表1各层土的物理力学指标土的类型厚度(m) 重度γ(kN/ m 3) 弹性抗力系数(Mpa/m ) 变形模量 E( GPa ) 泊松比μ内摩擦角ф(o) 粘聚力 C(Mpa) 杂填土 粉土 细砂 19100 圆砾土 120 粉质粘土 150 卵石土 200 基岩 22300 其他条件地下水位在地面以下 处; 隧道顶板埋深 ; 采用暗挖法施工, 隧道断面型式为 5 心圆马蹄形结构。 23 二、设计过程 根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋; 可以采用《铁路隧道设计规范》推荐的方法,即有上式中 s 为围岩的级别; B 为洞室的跨度; i为 B 每增加 1m 时的围岩压力增减率。由于隧道拱顶埋深 ,位于粉土层、细砂层和圆砾土中,根据《地铁设计规范》 可知“暗挖结构的围岩分级按现行《铁路隧道设计规范》确定”。围岩为Ⅵ级围岩。则有因为埋深,可知该隧道为极浅埋。 计算作用在结构上的荷载; 1 永久荷载 A顶板上永久荷载 (可只考虑二衬) ,则顶上土层有杂填土、粉土、细砂,且地下水埋深 ,应考虑土层压力和地下水压力的影响。 B底板上永久荷载 (向上): C侧墙上永久荷载地层侧向压力按主动土压力的方法计算,由于埋深在地下水位以下,需 4 考虑地下水的影响。(为简化计算,按水土分算) : 用朗肯主动土压力方法计算 == 5 2 可变荷载 A顶板上可变荷载按《地铁设计规范》 中第三条规定: 在道路下面的潜埋暗挖隧道,地面的车辆荷载按 10KPa 的均布荷载取值, 并不计动力作用影响。人行荷载可以不用考虑。 B底板上可变荷载主要为列车车辆运行的可变荷载,一般取为 C侧墙上可变荷载由于到隧道上部地面车辆的运行,会导致侧向压力的增大: 3 偶然荷载在本设计中,仅考虑比较简单的情况,偶然荷载可以不用计算。 进行荷载组合 1 、承载能力极限状态荷载组合采用 恒载+ 活载根据以上各种计算,作用在隧道上的设计荷载有: 拱顶: 设计恒载: - 设计活载: -14 底板: 设计恒载: 设计活载: -7 侧墙(顶部):设计恒载: ( x方向; -150 ( y方向) 设计活载: ( x方向); -175 ( y方向) (底部):设计恒载: ( x方向); -150 ( y方向) 设计活载: ( x方向); -175 ( y方向) 2 、正常使用极限状态荷载组合采用恒载+活载根据以上各种计算,作用在隧道上的设计荷载有: 拱顶: 设计恒载: - 设计活载: -10 底板: 设计恒载: 设计活载: -5 侧墙(顶部):设计恒载: ( x方向; -125 ( y方向) 6 设计活载: ( x方向); -125 ( y方向) (底部):设计恒载: ( x方向); -125 ( y方向) 设计活载: 2( x方向); -125 ( y方向) 绘出结构受力图根据荷载组合值,可以分别计算出拱顶、底板、侧墙和中墙的设计荷载值,如下图: 利用 midas 程序计算结构内力首先应进行单元划分,然后定义荷载和截面,加入边界条件。在 midas 程序中施加各类荷载,然后运行后就可得到单元内力,弯矩图和轴力图(如下)。( 1) 承载能力极限状态隧道断面的弯矩图 7 隧道断面的轴力图( 2) 正常使用极限状态 8 结构配筋计算和截面配筋图绘制(隧道结构取最不利截面配筋) 1. 配筋计算经过计算,可知中墙顶部为最不利位置,沿隧道纵向取 1m 的计算单元,弯矩最大为 204