竖井计算书.docx

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竖井计算书

1.工程概况

区间主要布置于位于龙阳大道底下。

龙阳大道道路现状道路宽度约42m，道路红线宽度为60m，道路两侧有3m的人行道，车流、人流较大；地面交通繁忙，管线众多，道路两侧建筑物密集，隧道施工对地面沉降控制要求高。

2.地质条件

2.1地层描述：

本次勘察揭露深度范围内，场地分布地层自上而下可分为以下几个单元层，各岩土层按不同岩性及工程性能分为若干亚层，其分布情况及工程地质特征描述如下：

（1-1）填土（Qml4）

杂色，全线分布；在建筑物或拆迁场地多为建筑物垃圾或一般粘性土，在城市干道地表20～70cm厚为混凝土路面，其下由碎石、砂及粘性土组成，多为压实路基填土，堆积时间一般大于10年，层厚1.40～5.20m。

（6-1）粉质粘土（Qal4）

褐黄色，褐灰色，稍湿，可塑状态，中压缩性；含氧化铁，铁锰质结核及少量高岭土，零星分布于（1-1）填土层之下的局部低洼地带，其一般厚度0～8.5m。

（10-1）粉质粘土（Qal+pl2~3）

褐黄、褐红色，稍湿，可塑～硬塑状态、中偏低～低压缩性，含铁锰质结核及少量条带状高岭土；连续分布于勘区上部，其厚度4.15～11.60m，埋深4.0～8.4m。

（10-2）粘土（Qal+pl2~3）

褐黄、褐红色、灰白色，稍湿，硬塑～坚硬状态、中偏低～低压缩性，含铁锰质结核及条带、网纹状高岭土或土团；局部夹薄层石英质碎石层，接近岩面断断续续见碎石土或粘土混碎石；连续分布于勘区中下部，其厚度5.4～26.6m，埋深5.5～13.8m。

（11-1a）含砂质粉质粘土（Qal+pl2）

褐黄色，饱和，可塑～硬塑状态，中偏低压缩性；含砂量较高，局部或为砂混粘性土混砂或含粘性土细砂，局部含砾砂。

仅在勘区尾段靠近王家湾车站段有揭示，分布于王家湾古河道沉积物上层，揭示厚度3.8～10.7米不等，埋深29.8～35.50m。

（11-1）含粘性土细砂（Qal+pl2）

褐黄色，饱和，中密～密实状态，低压缩性；含石英、长石，粘粒含量较高，局部或为粘性土混砂或含砂质粉质粘土。

仅在勘区尾段靠近王家湾车站段有揭示，分布于王家湾古河道沉积物上层，本站点揭示厚度大于12.6m。

（12-2）碎、块石（Qdl2）

杂色，成分为石英砂岩碎、块石，浅部多充填角砾或混粘性土，密实。

个别钻孔揭示呈块石或大块滚石，或块径0.5m～数米的岩块堆积体（块石取芯饱和抗压强度241～277MPa），底部揭示到破碎角砾、残坡积粘性土层（如SQJZ3-Ⅲ14-补10钻孔）；部分钻孔取芯断续出现3～10cm短柱、半圆状岩芯，或显示该地层块石含量高；多数块状岩芯表面或裂隙面可见铁质渲染痕迹或见泥膜渲染。

该层在隧道通过地段分布情况如下：

右线隧道，右DK9+380（盾构位置）～右DK9+395，长度约15m（按左右线该层出露的情况估计，实际影响长度可能略有变化），相关钻孔依次为SQJZ3-Ⅲ14-补10、SQJz3-Ⅲ10-15、SQJZ3-Ⅲ14-补8，揭示碎、块石层顶高程+9.93～+4.2m，厚度4.4～14.3m。

左线隧道，左DK9+370（盾构位置）～左DK9+420，长度约50m，相关钻孔依次为SQJC3-Ⅲ10-7、SQJZ3-Ⅲ14-补01、SQJz3-Ⅲ14-补02、SQJz3-Ⅲ10-16、SQJz3-Ⅲ14-补03，揭示碎、块石层顶高程+14.89～+4.58m，厚度4.7～9.6m。

（13）粘性土混砾石（Qel+dl2）

褐红色，密实状态，混砾砂及石英质角砾，砾石含量约15～25%；该层仅为SQJZ3-Ⅲ14-补10钻孔揭示，埋深27.2m，厚度3.4m。

（20c-1）强风化泥岩、泥质砂岩（S）

褐黄色、瓦灰色，岩芯呈土柱状，粘土化作用明显，夹碎块、片块状硬质风化岩块；埋深14.5～45.0m，揭示厚度2.3～17.1米，靠王家湾古河道侧埋深大。

（20c-2）中风化泥岩、泥质砂岩（S）

褐黄色、褐灰色，岩芯呈短柱状、碎块状，部分呈长柱状，薄至中厚层状；部分钻孔岩芯为砂质泥岩或泥质砂岩交互分布。

埋深16.8～51.8m，靠王家湾古河道侧埋深大。

（20d-1）强风化石英砂岩、砂岩（S）

灰色，岩芯呈角砾状，易钻，采芯率约35%；该层仅为SQJZ3-Ⅲ14-补10钻孔揭示，埋深30.6m，厚度1.9m。

（20d-2）中风化石英砂岩、砂岩（S）

灰色，浅红色，岩芯多呈3～10cm短柱、半圆状，少量10～20cm短柱、柱状，部分呈3～8cm碎块状；岩芯裂隙发育，较多裂隙面见铁质渲染痕迹，随深度增加岩芯裂隙侵染面相对减弱，取芯相对完整；钻探深度内岩芯采芯率55～70%，RQD约10%，岩体完整性差呈破碎岩体。

埋深15.0～32.5m，岩面起伏较大，于墨水湖北路路口至王家湾方向约70m带宽地段呈近东西向分布。

暗挖隧道基底主要位于10-2粘土层、12-2碎块石层。

地基土层为中压缩性-中偏低压缩性土。

2.2区间范围土层及其物理力学参数

2.3场地地下水文

（1）根据含水层的岩性、埋藏条件、地下水的赋存条件、水力特征，场区地下水类型可分为上层滞水、第四系松散层孔隙水、基岩裂隙水等。

上层滞水主要赋存于人工填土中，无统一自由水面，接受大气降水和供、排水管道渗漏水垂直下渗补给，水量有限。

第四系松散层孔隙水主要赋存于砂砾层中，为本场区主要含水层。

从场地地貌特征及含水层分布、地下水补给情况，第四系松散层孔隙水赋存于汉阳高阶地王家湾古河道，主要位于勘区线路尾段，靠近王家湾车站附近。

汉阳王家湾古河道沿王家湾～十里铺一带与本路线垂直呈条带状分布、基岩质V型河槽。

钻探揭示含水层为含粘性土细砂（含砂质粉质粘土）及其下的中粗砾砂、卵石层，含水层埋深30～40米，最大厚度大于40m，含水层顶面在路线右AK9+570～AK10+288分布宽度约700～800m，向南微倾。

据前期勘察资料该地下水具有承压性，其承压水位标高约17.49m。

基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙中，补给方式主要为上覆含水层的下渗补给，其水量及渗透性主要由基岩裂隙的密集程度及贯通性控制。

（2）地下水水质及腐蚀性评价：

根据相邻工程水质分析结果判断，地下水对混凝土结构有微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性。

2.4、地震基本烈度及抗震设防烈度

ⅡB。

2.5、场地土类型与建筑场地类别

依据《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）进行场地土类型的判别，场区覆盖层中（10-1）层属中软土，（10-2）、（11-1）、（11-1a）层属中硬土。

根据各土层剪切波速测试分层统计结果及部分土层剪切波速经验值，依据《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）进行场地土类型的判别，场区覆盖层中（1-3）层属软弱土，（6-1）、（10-1）层属中软土，（10-2）、（11-1）、（11-1a）层属中硬土。

表2.5.1场地类别划分标准

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Vse＞500m/s

250m/s＜Vse≤500m/s

150m/s＜Vse≤250m/s

Vse≤150m/s

综合判定本场地类别为Ⅲ类场地，属可进行建设的一般场地。

3施工竖井结构设计

3.1结构形式

本竖井采用倒挂井壁法施工，井壁支护结构采用350mm（500mm）喷锚支护。

3.2结构计算

图3-1竖井剖面图

竖井结构计算平面简图如下图所示。

图3-2荷载平面计算简图

3.2.1断面1（取8.5m深平面）

1）内力计算结果

地面超载取20Kpa，工字钢型钢钢架竖向间距0.5m。

8.5m深侧压力静止土压力强度P0=0.5×【0.5×（8.5×10+20）+10*8.5】=69kPa。

（按一榀钢架受力进行计算），取分项系数1.25进行内力组合。

型钢钢架采用工25b，内支撑采用工25b。

计算结果如下：

图3-3-1侧壁支护弯矩图

图3-3-2侧壁支护剪力图

图3-3-3侧壁支护轴力图

2）型钢钢架强度验算

设计值：

M=60.71KN.m，V=124.1KN，N=139.1KN，安全系数1.1

1输入数据

1.1基本信息

计算目标:

截面验算

截面受力状态:

复合受力状态

材料名称:

Q345

材料抗拉强度（N/mm2）:

310.0

材料抗剪强度（N/mm2）:

180.0

轴心力N（kN）:

153.100

剪切力Fx（kN）:

0.000

剪切力Fy（kN）:

136.600

弯矩Mx（kN-m）:

67.000

弯矩My（kN-m）:

0.000

1.2截面信息

截面类型:

工字钢（GB706-88）:

xh=I25b（型号）

截面抵抗矩

Wx1（cm3）:

423.000Wx2（cm3）:

423.000

Wy1（cm3）:

52.400Wy2（cm3）:

52.400

截面塑性发展系数

γx1:

1.05γx2:

1.05

γy1:

1.20γy2:

1.20

截面半面积矩

Sx（cm3）:

247.900Sy1（cm3）:

48.053Sy2（cm3）:

44.928

截面剪切面积

Ax（cm2）:

53.540Ay（cm2）:

53.540

截面惯性矩

Ix（cm4）:

5280.000Iy（cm4）:

309.000

截面附加参数

参数名参数值

xh:

I25b（型号）

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

2分析结果

最大正应力σ:

179.445（N/mm2）

平均剪应力τ:

25.514（N/mm2）

Fx作用下的剪应力最大值τmax:

0.000（N/mm2）

Fy作用下的剪应力最大值τmax:

64.135（N/mm2）

注意：

本程序计算未考虑合成剪力最大剪应力值

|σ=179.4|≤f=310.0（N/mm2）|f/σ|=1.728满足

|τ=64.1|≤fv=180.0（N/mm2）|fv/τ|=7.055满足

3）内支撑强度验算

轴力设计值：

N=287.4KN，安全系数1.1

1输入数据

1.1基本输入数据

构件材料特性

材料名称:

Q235

构件截面的最大厚度:

13.00（mm）

设计强度:

215.00（N/mm2）

屈服强度:

235.00（N/mm2）

截面特性

截面名称:

工字钢（GB706-88）:

xh=I25b（型号）

工字钢型号:

I25b（型号）

缀件类型:

构件高度:

3.550（m）

容许强度安全系数:

1.10

容许稳定性安全系数:

1.10

1.2荷载信息

恒载分项系数:

1.00

活载分项系数:

1.00

活载调整系数:

1.00

是否考虑自重:

考虑

轴向恒载标准值:

287.400（kN）

轴向活载标准值:

0.000（kN）

偏心距Ex:

0.0（cm）

偏心距Ey:

0.0（cm）

1.3连接信息

连接方式:

普通连接

截面是否被削弱:

否

1.4端部约束信息

X-Z平面内顶部约束类型:

简支

X-Z平面内底部约束类型:

简支

X-Z平面内计算长度系数:

1.00

Y-Z平面内顶部约束类型:

简支

Y-Z平面内底部约束类型:

简支

Y-Z平面内计算长度系数:

1.00

2中间结果

2.1截面几何特性

面积:

53.54（cm2）

惯性矩Ix:

5280.00（cm4）

抵抗矩Wx:

423.00（cm3）

回转半径ix:

9.94（cm）

惯性矩Iy:

309.00（cm4）

抵抗矩Wy:

52.40（cm3）

回转半径iy:

2.40（cm）

塑性发展系数γx1:

1.05

塑性发展系数γy1:

1.20

塑性发展系数γx2:

1.05

塑性发展系数γy2:

1.20

2.2材料特性

抗拉强度:

215.00（N/mm2）

抗压强度:

215.00（N/mm2）

抗弯强度:

215.00（N/mm2）

抗剪强度:

125.00（N/mm2）

屈服强度:

235.00（N/mm2）

密度:

785.00（kg/m3）

2.3稳定信息

绕X轴弯曲:

长细比:

λx=35.71

轴心受压构件截面分类（按受压特性）:

a类

轴心受压整体稳定系数:

φx=0.951

最小稳定性安全系数:

3.81

最大稳定性安全系数:

3.81

最小稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:

3.550（m）

最大稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:

0.000（m）

绕X轴最不利位置稳定应力按《钢结构规范》公式

绕Y轴弯曲:

长细比:

λy=147.92

轴心受压构件截面分类（按受压特性）:

b类

轴心受压整体稳定系数:

φy=0.315

最小稳定性安全系数:

1.26

最大稳定性安全系数:

1.26

最小稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:

3.550（m）

最大稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:

0.000（m）

绕X轴最不利位置稳定应力按《钢结构规范》公式

2.4强度信息

最大强度安全系数:

4.01

最小强度安全系数:

4.00

最大强度安全系数对应的截面到构件顶端的距离:

0.000（m）

最小强度安全系数对应的截面到构件顶端的距离:

3.550（m）

计算荷载:

287.55kN

受力状态:

轴压

最不利位置强度应力按《钢结构规范》公式

3分析结果

构件安全状态:

稳定满足要求，强度满足要求。

（取16m深开马头门前平面）：

1）内力计算结果

地面超载取20Kpa。

侧压力竖井底静止土压力强度P0=0.5×【0.5×（16×10+20）+10*16】=125kPa。

（按一榀钢架受力进行计算），取分项系数1.25进行内力组合。

型钢钢架采用工40b，内支撑采用工36b。

计算结果如下：

图3-4-1侧壁支护弯矩图

图3-4-2侧壁支护剪力图

图3-4-3侧壁支护轴力图

2）型钢钢架强度验算

设计值：

M=251.8KN.m，V=326.4KN，N=593.7KN，安全系数1.1

1输入数据

1.1基本信息

计算目标:

截面验算

截面受力状态:

复合受力状态

材料名称:

Q345

材料抗拉强度（N/mm2）:

310.0

材料抗剪强度（N/mm2）:

180.0

轴心力N（kN）:

653.200

剪切力Fx（kN）:

0.000

剪切力Fy（kN）:

363.900

弯矩Mx（kN-m）:

275.900

弯矩My（kN-m）:

0.000

1.2截面信息

截面类型:

工字钢（GB706-88）:

xh=I40b（型号）

截面抵抗矩

Wx1（cm3）:

1140.000Wx2（cm3）:

1140.000

Wy1（cm3）:

96.200Wy2（cm3）:

96.200

截面塑性发展系数

γx1:

1.05γx2:

1.05

γy1:

1.20γy2:

1.20

截面半面积矩

Sx（cm3）:

678.600Sy1（cm3）:

92.704Sy2（cm3）:

84.891

截面剪切面积

Ax（cm2）:

94.110Ay（cm2）:

94.110

截面惯性矩

Ix（cm4）:

22800.000Iy（cm4）:

692.000

截面附加参数

参数名参数值

xh:

I40b（型号）

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

2分析结果

最大正应力σ:

299.901（N/mm2）

平均剪应力τ:

38.668（N/mm2）

Fx作用下的剪应力最大值τmax:

0.000（N/mm2）

Fy作用下的剪应力最大值τmax:

86.647（N/mm2）

注意：

本程序计算未考虑合成剪力最大剪应力值

|σ=299.9|≤f=310.0（N/mm2）|f/σ|=1.034满足

|τ=86.6|≤fv=180.0（N/mm2）|fv/τ|=4.655满足

3）内支撑验算

设计轴力值：

N=523.8，安全系数1.1

1输入数据

1.1基本输入数据

构件材料特性

材料名称:

Q235

构件截面的最大厚度:

6.00（mm）

设计强度:

215.00（N/mm2）

屈服强度:

235.00（N/mm2）

截面特性

截面名称:

无缝钢管:

d=219（mm）

无缝钢管外直径[2t≤d]:

219（mm）

无缝钢管壁厚[0＜t≤d/2]:

6（mm）

缀件类型:

构件高度:

3.550（m）

容许强度安全系数:

1.10

容许稳定性安全系数:

1.10

1.2荷载信息

恒载分项系数:

1.00

活载分项系数:

1.00

活载调整系数:

1.00

是否考虑自重:

考虑

轴向恒载标准值:

523.800（kN）

轴向活载标准值:

0.000（kN）

偏心距Ex:

0.0（cm）

偏心距Ey:

0.0（cm）

1.3连接信息

连接方式:

普通连接

截面是否被削弱:

否

1.4端部约束信息

X-Z平面内顶部约束类型:

简支

X-Z平面内底部约束类型:

简支

X-Z平面内计算长度系数:

1.00

Y-Z平面内顶部约束类型:

简支

Y-Z平面内底部约束类型:

简支

Y-Z平面内计算长度系数:

1.00

2中间结果

2.1截面几何特性

面积:

40.15（cm2）

惯性矩Ix:

2278.74（cm4）

抵抗矩Wx:

208.10（cm3）

回转半径ix:

7.53（cm）

惯性矩Iy:

2278.74（cm4）

抵抗矩Wy:

208.10（cm3）

回转半径iy:

7.53（cm）

塑性发展系数γx1:

1.15

塑性发展系数γy1:

1.15

塑性发展系数γx2:

1.15

塑性发展系数γy2:

1.15

2.2材料特性

抗拉强度:

215.00（N/mm2）

抗压强度:

215.00（N/mm2）

抗弯强度:

215.00（N/mm2）

抗剪强度:

125.00（N/mm2）

屈服强度:

235.00（N/mm2）

密度:

785.00（kg/m3）

2.3稳定信息

绕X轴弯曲:

长细比:

λx=47.12

轴心受压构件截面分类（按受压特性）:

a类

轴心受压整体稳定系数:

φx=0.924

最小稳定性安全系数:

1.49

最大稳定性安全系数:

1.49

最小稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:

3.550（m）

最大稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:

0.000（m）

绕X轴最不利位置稳定应力按《钢结构规范》公式

绕Y轴弯曲:

长细比:

λy=47.12

轴心受压构件截面分类（按受压特性）:

a类

轴心受压整体稳定系数:

φy=0.924

最小稳定性安全系数:

1.49

最大稳定性安全系数:

1.49

最小稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:

3.550（m）

最大稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:

0.000（m）

绕X轴最不利位置稳定应力按《钢结构规范》公式

2.4强度信息

最大强度安全系数:

1.61

最小强度安全系数:

1.61

最大强度安全系数对应的截面到构件顶端的距离:

0.000（m）

最小强度安全系数对应的截面到构件顶端的距离:

3.550（m）

计算荷载:

536.31kN

受力状态:

轴压

最不利位置强度应力按《钢结构规范》公式

3分析结果

构件安全状态:

稳定满足要求，强度满足要求。

（取16m深开马头门后）：

1）内力计算结果

地面超载取20Kpa。

侧压力竖井底静止土压力强度P0=0.5×【0.5×（16×10+20）+10*16】=125kPa。

（按一榀钢架受力进行计算），取分项系数1.25进行内力组合。

型钢钢架采用工40b，内支撑采用工36b。

计算结果如下：

图3-4-1侧壁支护弯矩图

图3-4-2侧壁支护剪力图

图3-4-3侧壁支护轴力图

2）型钢钢架强度验算

设计值：

M=158.1KN.m，V=298.8KN，N=0KN，安全系数1.1

通过参考断面2计算结果，型钢钢架可满足要求。

3）内支撑验算

设计轴力值：

N=514.1，安全系数1.1

1.1基本输入数据

构件材料特性

材料名称:

Q235

构件截面的最大厚度:

8.00（mm）

设计强度:

215.00（N/mm2）

屈服强度:

235.00（N/mm2）

截面特性

截面名称:

无缝钢管:

d=219（mm）

无缝钢管外直径[2t≤d]:

219（mm）

无缝钢管壁厚[0＜t≤d/2]:

8（mm）

缀件类型:

构件高度:

7.600（m）

容许强度安全系数:

1.10

容许稳定性安全系数:

1.10

1.2荷载信息

恒载分项系数:

1.00

活载分项系数:

1.00

活载调整系数:

1.00

是否考虑自重:

考虑

轴向恒载标准值:

514.100（kN）

轴向活载标准值:

0.000（kN）

偏心距Ex:

0.0（cm）

偏心距Ey:

0.0（cm）

1.3连接信息

连接方式:

普通连接

截面是否被削弱:

否

1.4端部约束信息

X-Z平面内顶部约束类型:

简支

X-Z平面内底部约束类型:

简支

X-Z平面内计算长度系数:

1.00

Y-Z平面内顶部约束类型:

简支

Y-Z平面内底部约束类型:

简支

Y-Z平面内计算长度系数:

1.00

2中间结果

2.1截面几何特性

面积:

53.03（cm2）

惯性矩Ix:

2955.43（cm4）

抵抗矩Wx:

269.90（cm3）

回转半径ix:

7.47（cm）

惯性矩Iy:

2955.43（cm4）

抵抗矩Wy:

269.90（cm3）

回转半径iy:

7.47（cm）

塑性发展系数γx1:

1.15

塑性发展系数γy1:

1.15

塑性发展系数γx2:

1.15

塑性发展系数γy2:

1.15

2.2材料特性

抗拉强度:

215.00（N/mm2）

抗压强度:

215.00（N/mm2）

抗弯强度:

215.00（N/mm2）

抗剪强度:

125.00（N/mm2）

屈服强度:

235.00（N/mm2）

密度:

785.00（kg/m3）

2.3稳定信息

绕X轴弯曲:

长细比:

λx=101.80

轴心受压构件截面分类（按受压特性）:

a类

轴心受压整体稳定系数:

φx=0.624

最小稳定性安全系数:

1.38

最大稳定性安全系数:

1.38

最小稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:

7.600（m）

最大稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:

0.000（m）

绕X轴最不利位置稳定应力按《钢结构规范》公式

绕Y轴弯曲:

长细比:

λy=101.80

轴心受压构件截面分类（按受压特性）:

a类

轴心受压整体稳定系数:

φy=0.624

最小稳定性安