出入口矿山法断面计算书.docx
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出入口矿山法断面计算书
1、计算标准及模型假定
1一般原则
1．隧道结构采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量结构构件的可靠度。
采用以分项系数的设计表达进行结构计算分析。
2．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，分别按下列规定进行计算和验算。
1）承载力及稳定：
所有结构构件均应进行承载力（包括压曲失稳）计算；需考虑地震、人防、施工等特殊荷载的作用，进行结构构件抗震承载力计算。
2）变形：
对使用上需控制变形值的结构构件，进行变形验算。
3）抗裂及裂缝宽度：
对使用上要求不出现裂缝的构件，进行混凝土拉应力验算；对使用上允许出现裂缝的构件，按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的影响求出最大裂缝宽度进行裂缝宽度验算。
地震力、人防等偶然荷载作用时，不验算结构的裂缝宽度。
3．结构计算简化模型的确定，根据结构的实际工作条件，并反映结构与周围地层的相互作用。
4．隧道衬砌结构一般按平面受力进行分析，本次只进行横断面方向的受力计算。
5．浅埋结构在地下水位以上，整体结构不需要考虑地下水压力产生的荷载。
2设计计算标准要求
1．钢筋混凝土结构的最大裂缝宽度允许值为在荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的影响下求得，设计中采用外部全包防水，迎水面其允许值为0.2mm，背水面其允许值为0.2mm，并不得有贯穿裂缝。
2．结构按8度地震烈度设防。
3．规定设防部位结构按六级人防设防。
3计算模型
采用荷载-结构模型平面杆系有限单元法。
4计算基本假定
1．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。
2．用布置于各节点上的弹簧单元来模拟围岩与初期支护、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。
3．假定初期支护与主体结构之间只传递径向压力。
二、主体荷载计算
1计算断面的选取
本区间共有3个矿山法断面,根据最不利原则，计算选取Ⅲ号出入口净高3400mm（A截面）、Ⅲ号出入口与长乐坡站连接截面净高4050mm（B截面）两处典型断面作为结构计算模型。
取XZ5-7、XZ5-10钻孔处地层参数以及详勘资料岩土参数建议值作为计算断面的计算参数。
2荷载参数选择
（1）土层参数
根据《西安市地铁一号线一期工程（后围寨～纺织城）详细勘察阶段长乐坡车站岩土工程勘察报告》以及《西安市地铁一号线一期工程（后围寨～纺织城）详细勘察阶段长乐坡车站Ⅲ、Ⅳ出入口及通道补充勘察报告》选取计算断面处的计算参数如下：
Ⅲ号出入口净高3400mm（A截面）处土层参数：
覆土厚6.8m；地下水位埋深11.53m。
土层分层情况见表2-1，
表2-1Ⅲ号出入口断面土层分层
土层号
1-1
1-2
2-1-2
2-6
2-9
土层厚度（m）
2.1
1.9
2.5
2.5
1.03
Ⅲ号出入口与长乐坡站连接截面净高4050mm（B截面）处土层参数：
覆土厚4.6m；地下水位埋深11.53m。
土层分层情况见表2-2，
表2-2Ⅲ号出入口与车站连接断面土层分层
土层号
1-1
1-2
2-1-2
2-6
土层厚度（m）
2.1
1.9
2.5
2.6
各断面所涉及到的各种土层的具体参数见表2-3
表2-3土层参数表
土层
号
土层
名称
重度
（Kpa3）
粘聚力
C（kPa）
内摩擦角
（度）
侧压力
系数
基床系数
KH（MPa/m
基床系数
KV（MPa/m）
1-1
杂填土
18
0
16
0.7
8
10
1-2
素填土
18
15
15
0.65
10
15
2-1-2
黄土状土
18.2
26.5
16.7
0.45
40
45
2-6
粗砂
18.6
0
35
0.36
65
70
2-9
卵石土
22
0
45
0.20
85
90
（2）计算参数的选用
土层计算参数
根据各个断面处的土层发育情况，按厚度加权平均确定计算用土层参数。
粘聚力和内摩擦角由于仅与塌落拱高度计算有关，取隧道底以上土层进行加权平均；侧压力系数仅与隧道两侧土层有关，取隧道高度范围内土层进行加权平均；基床系数取隧道顶至隧道底以下约3m范围内土层进行加权平均。
衬砌材料参数
C40钢筋混凝土的重度为25kN/m3，弹性模量为3.25104MPa。
3计算荷载
（1）水土压力
截面在地下水位之上，不考虑水压力。
（2）自重荷载
自重荷载按下式计算：
f=bh
式中—砼重度；h—衬砌厚度；b—计算纵向宽度以b=1m计；
（3）地面超载
地面超载取20kPa。
（4）地层抗力
在链杆法中，地层抗力是用地层弹簧来模拟的。
地层抗力系数根据土层条件确定，按温克假定计算。
在计算中，设置仅受压弹簧。
（5）地震荷载
采用惯性力法计算，把随时间变化的地震荷载等效为静地震荷载，然后再用静力计算模型分析地震荷载作用下的结构内力。
等效的静地震荷载包括：
结构本身和洞顶上方土柱的水平惯性力以及主动侧向土压力增量。
（6）人防荷载
将动荷载转化为静荷载，然后再用静力计算模型分析地震荷载作用下的结构内力。
4荷载计算
A断面（3400截面）：
覆土6.8m,水位埋深11.53m，位于底板以下，结构主要位于卵石土层。
（1）水土压力
隧道顶土压力P＝ihi=18×2.1+18×1.9+18.2×2.5＝117.5Kpa
侧向土压力：
隧道=（2.5×0.36+1.03×0.20）/3.53＝0.31
隧道顶e1=∑ihi1=117.5×0.22＝36.43Kpa
隧道底e2=∑ihi2＝（117.5+18.6×2.5+22.0×1.03）×0.31＝57.86Kpa
（2）地面超载
地面超载引起的垂直土压力Pd=20Kpa
地面超载引起水平土压力：
q=Pd=0.3120=6.2Kpa
（3）结构自重
钢筋混凝土容重取25KN/m3。
B断面（4050截面）：
覆土4.6m,水位埋深11.53m，位于底板以下，结构主要位于粗砂层。
（1）水土压力
隧道顶土压力P＝ihi=18×2.1+18×1.9+18.2×0.9＝88.38Kpa
侧向土压力：
=（1.6×0.45+2.6×0.36）/4.2＝0.39
隧道顶e1=∑ihi1=88.38×0.39＝34.43Kpa
隧道底e2=∑ihi2＝（88.38+18.2×1.6+18.6×2.6）×0.39＝64.69Kpa
（2）地面超载
地面超载引起的垂直土压力Pd=20Kpa
地面超载引起水平土压力：
q=Pd=0.3920=7.8Kpa
（3）结构自重
钢筋混凝土容重取25KN/m3。
三、主体结构计算
1荷载组合
主要荷载组合见表3.1（括号内为荷载有利情况）。
荷载组合表表3.1
序号
荷载组合
永久荷载
可变荷载
偶然荷载
地震荷载
人防荷载
1
基本组合构件强度计算
1.35
1.4（1.3）
2
短期效应组合构件抗裂验算
1.0
1.0
3
长期效应组合构件变形验算
1.0
0.5～0.8
4
抗震偶然组合构件强度验算
1.2（1.0）
1.3
5
人防偶然组合构件强度验算
1.2（1.0）
1.0
6
基本组合抗浮稳定验算
1.0
2计算简图
计算图式图见图3.1。
图3.1
3内力计算及分析
A断面－（3400截面）
（1）基本组合下的内力图：
弯矩图（kN.m）
轴力图（kN）
（2）标准组合下的内力图：
弯矩图（kN.m）
轴力图（kN）
（3）配筋计算
计算结构在标准组合作用下的裂缝宽度如下表。
可以看出，结构在所选钢筋的作用下，结构的裂缝满足规范要求。
结构部位
弯矩（kN.m）
轴力（kN）
截面厚度（m）
钢筋
裂缝
（mm）
裂缝控制值（mm）
拱 部
235.11
60.89
0.40
25@150
-
0.2
侧墙
179.13
414.06
0.40
25@150
-
0.2
仰拱中部
313.39
121.15
0.40
25@150
-
0.2
B断面－（4050截面）
（1）基本组合下的内力图：
弯矩图（kN.m）
轴力图（kN）
（2）标准组合下的内力图：
弯矩图（kN.m）
轴力图（kN）
（3）配筋计算
计算结构在标准组合作用下的裂缝宽度如下表。
可以看出，结构在所选钢筋的作用下，结构的裂缝满足规范要求。
结构部位
弯矩（kN.m）
轴力（kN）
截面厚度（m）
钢筋
裂缝
（mm）
裂缝控制值（mm）
拱 部
181.29
74.36
0.40
25@150
-
0.2
侧墙
153.30
353.23
0.40
25@150
-
0.2
仰拱中部
248.19
149.37
0.40
25@150
-
0.2
4．地震及人防设计
由于抗震设计时结构安全系数降低,不考虑裂缝控制,人防设计时材料的强度系数提高,以及不考虑裂缝的控制。
通过试算,在地震荷载和人防荷载作用下的结构产生的内力对结构断面配筋不起控制作用。
这样地震与人防设计的重点是采取满足规范要求的一些构造措施。
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