地铁区间隧道设计算例.docx

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地铁区间隧道设计算例

地下工程课程设计

《地铁区间隧道结构设计计算书》

班级；

姓名：

学号：

指导老师:

2013年6月24日

一、设计任务3

1、1工程地质条件3

1、2其他条件3

二、设计过程5

2.1根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋：

5

2.2计算作用在结构上的荷裁；5

2.3进行荷载组合8

2.4绘出结构受力图9

2.5利用midasgts程序计算结构内力10

附录：

14

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，求出荷载大小及分布，画出荷载分布图，同时

利用软内力。

具体设计基本资料如下：

1、1工程地质条件

工程地质条件

线路垂百丁永定河冲、洪积厨的轴部，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。

表1各层土的物理力学指标

土的类型

厚度（111）

天然重

应Y

（kN/m

3）

饱和重度Ysat

（kN/m

3）

弹性抗力系数（MPa/m

）

变形模量E（GPa）

泊松比p

摩角（°）

一内擦中一

粘聚力

C（MPa）

杂填土

2.0

16

24

50

0.8

0.4

20

0.005

粉土

6.0

18

26

90

0.9

0.35

21

0.01

细砂

4.0

19

27

100

1.2

0.32

22

0.01

圆砾土

7.5

19.5

27.5

120

1.5

0.32

25

0.01

粉质粘土

6.0

20.0

28

150

1.8

0.32

23

0.02

卵石土

12.0

20.0

28.5

200

2.0

0.30

27

0.03

基岩

22

29

300

2.5

0.35

35

0.04

1.2其他条件

其他条件

地下水位在地面以下5m处：

隧道顶部埋深6m；采用暗挖法施工。

隧道段而为圆形盾构断面。

断面图如下：

圆砾土

二、设计过程

2.1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

h*=0.45X2—1X[1+i（B一5）]

上式中s为伟I岩的级别；B为洞室的跨度；i为B每增加lm时的I制岩压力增减率。

由于隧道拱顶埋深6m,位于杂填土、粉土层、细砂层中，根据《地铁设计规范》

10.1.2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级闱岩。

则有

h*=0.45X2$-1X[14-i（B一5）]

=0.45X26-1X[1+0.1（6一5）]

=15.84m

因为埋深九（=6m）

1永久荷载

A顶板上永久荷载

a.顶板（盾构上部管片）自重

q=y.d=25X0.3=7.5KPa

b.地层竖向土压力

由于拱顶埋深6m,则顶上土层有杂填土、粉土，且地下水埋深5m,应考虑土层圧力和地下水床力的影响。

（粉土使用水土合算）

4顶=Y/ihj

=2x16+3x18+1x26

=112KPa

B底板上永久荷载

a.底板白重

q=y.d=25X0.3=7.5KPa

=[2X16+3x18+3x26]Ka下=74.62KPa

d.对于隧道圆心高度土压力

q上=（^Yt^Ka^+Yw^

=（2X164-3X18+3X26+（27-10）Xl）Ka下+10X1

=92.35KPa

e.对于隧道侧墙底部水土总床力

[2X16+3X18+3X26+4X（27-10）]Ka+10X4=145.56/fPa

f.对于隧道侧墙水压力

q水（阅心）=Yw-^i=10X1=lOKPa

q7^（底）==10X4=40KPa

A顶板上可变荷载

按《地铁设计规范》10.2.1中第三条规定：

在道路下而的潜埋暗挖隧道，地面的午辆荷载按lOKPa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

[（1+[i）nP0一L]十B=1.145X4X804-184-4

=5.1KPa

C侧墙上可变荷载

由「到隧道上部地面车辆的运行，会导致侧向压力的增大:

q啣=10X/Ca=10X0.455=4・55KPa

3偶然荷

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。

2.3进行荷载组合

h承载能力极限状态

荷载组合采用1.35X永久荷载+1.3X可变荷载

根据以上各种计算，作用在隧道上的设计荷載有:

拱顶:

设计恒载:

-161.33KPa

设计活载：

・13KPa

底板：

设计恒载：

8437KPa

设计活载：

663KPa

侧墙（顶部）：

设计恒载：

7136KPa

设计活载:

5.92KPa

（底部）：

设计恒载：

196.51KPa

设计活载:

5.92KPa

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:

-119.5Oa

设计活载：

・10KPa

底板：

设计恒载：

62.5KPa

设计活载：

・5.1KPa

侧墙（顶部）：

设计恒载：

52.86KPa

设计活载：

4.55KPa

（底部）：

设计恒载：

145.56KPa

设计活载：

4.55KPa

2.4绘出结构受力

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：

2.5利用midasgts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niicias程序中施加各类荷载，然后运行后就可得到单元

注：

管片采用C50混凝土，无配筋。

轴力图

2.175

LO-B«anFx

•3.262£6e・002

3.8%

•3499441002

6.7%

5^-4.208616*002

4.8%

-4.68173e+0025.7%

•“'.9181930024.8%

=515465e*002

10.5%

・539111e*002

4.445z/e*UU2

zhtl）

IDELEMENTFORCE

10.5%

1.Q44z26+002

5.3%

2.08068e*002

4.3%

2.31714c<002

2.55360e4-002

3.8%

3.8%

3.8%

2790rfie+002

3.02662e*002

-3.735£9e+002

3.97235e+002

UNIT（kN）

1.60777—002

剪力图

2.72©+001

ax:

2.55e+001

ZA

（1）

IDEuEMEMTFORCE

Fz

UNIT（kh）

一25才254773e*001—-*2218956*001

Vl8E933i0015.8%

♦15CO21e*001

69%

♦123103e*001fi.7%

♦901854g*0008.3%

-*572bZc5e*-UOO7.6%>24^02e^000

7J%

•G.56744C-00177%

♦4.14851e-OCO8.7X>

744027^0COc4%

-1D7320e*OC18.2%

--140?

38i0C1b.o%

-1.73155e^0C1——-2D6D73e-0C1238Wlr-0C1

1.2%—_——-27i9U8e*un

弯矩

1DO：

C2efO31

MW畅

・123683x001

58%

-1,46E05e+0314.7%

—-169927e*031—-1330489*0012.3%

•216170*001

IDELEMENTFO^CE

UNT（Mrn）

-153776^4.0）1

■8j%*130654”C01

■50%

♦107533e*C01lU.I%

—♦844TlhCOO

120%

—*612895e+COO70%

♦381679MCOOc8%

♦!

50462e*CO0

■5.8%

T—$D7S6e・0016.6%.3.11970e+0J0

I-5.43186e4.030

IR

77440204030

6.6%

JI

由于隧道断面为圆形，实际情况上部图压力与下部水浮力随宽度变化并不

为均值.大致变化为下图，在运用MIDASGTS运算时采用下图荷载图式

lOKPa

水Jk力

MIDASGTS运算图示如下

轴力图

1DEL=MB^rFORCEFX

UMI（irM）

土仙/八

00%

-1OeiOCb^OD：

43%晟-14703^*002—.1825302

33咯

•22F87308

33%

26560*023脱

——.3.IC725S40D2

29%

—―3.5164^4X）238%

--3.9257&403238%

43342002

4d%

-4.7441^4002

—-5.15342^*002

1S7%

-5.5t2bW4OD267%

-5.9718^002

57%

6.361135^002

67%

6.7£O3te^O0213.3%

•7.1£059^002

剪力图

LO-BtanJz.吉彳

IDH-EMENrFORCE

Fi

UNIT（kN）

M.21466aO0122%

*3.68361»001

3.8%

OgOOl——42.6215le-O013」％

*2.09045ct001

37%

35%

4l.559406^001

11.0283^001

4497297e^OOO

3$怖

-—-3.37fO1c-OO1

鼻-5.64eOSe4OCO

5.1/v--I.C9iOCetOC1

3.2%

——-I.G2691e40C1

8.5%

■2」5797e4001

5.1%

——.2F8We40C1

4.8%

3.22CO7e-*OC1

35^^

——-37511>4001

1.6%

-4.x«2l8e400l

弯矩图

IDELZhJEMTFORCE

IWIWir）

由图可知第二种情况结构所受内力较大，当圆形隧道断面很大时，考虑实际

情况，改变荷载图示是有必要的。

附录:

《地下结构课程设计》任务书一一地铁区间隧道结构设计

本次地卜•结构课程设计是进行城帀地铁区间隧道的结构设计，涉及“地卜工程”这门课的主要理论，通过设计，使学生更深入地掌握所学理论。

一、基本要求

1、对设计从全局上把握，思路清晰，独立完成全部设计任务；

2、设计计算正确无误，图纸清晰，符合规范要求；

3、按计划及时上交设计，每位同学的计算参数不同，如发现抄袭者，将记为零分。

二、设计任务

对某区间隧道进行结构计算（采用断面3）,求出内力。

具体设计基本资料如2

1、工程地质条件

线路垂直于永定河冲、洪枳