地铁区间隧道设计算例.docx

1、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 31、1工程地质条件 31、2其他条件 3二、 设计过程 52.1根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋： 52.2计算作用在结构上的荷裁； 52.3进行荷载组合 82.4绘出结构受力图 92.5利用midas gts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

2、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/m3)饱和重 度Y sat(kN/m3)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(MP a)杂填土2.01624500.80.4200.005粉土6.01826900.90.35210.01细砂4.019271001.20.32220.01圆砾土7.519.527.51201.50.32250.01粉质粘土6.020.0281501.80.32230.02卵石土12.020.

3、028.52002.00.30270.03基岩22293002.50.35350.041. 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* = 0.45 X 21 X 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

4、岩。则有h* = 0.45 X 2$-1 X 14- i（B 一 5）=0.45 X 26-1 X 1 + 0.1（6 一 5）=15.84m因为埋深九（=6m） h* = 15.84m,可知该隧道为极浅埋。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 = 25 X 0.3 = 7.5KPab.地层竖向土压力由于拱顶埋深6 m,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=112KPaB底板上永久荷载a.底板白重=2 X 16 + 3 x 18 + 3 x 2

5、6Ka下=74.62KPad.对于隧道圆心高度土压力q 上=(YtKa + Yw=(2 X 16 4- 3 X 18 + 3 X 26 + (27 - 10) X l)Ka下 + 10 X 1=92.35KPae.对于隧道侧墙底部水土总床力2 X 16 + 3 X 18 + 3 X 26 + 4 X (27 - 10)Ka + 10 X 4 = 145.56/fPaf.对于隧道侧墙水压力q 水(阅心)=Yw-i = 10 X 1 = lOKPaq 7(底)= 10 X 4 = 40KPaA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

6、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=1.145X 4 X 80 4-18 4- 4=5.1KPaC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=10 X /Ca = 10 X 0.455 = 455KPa3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1.35 X永久荷载+ 1.3 X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:-161.33 KPa设计活载：13 KP

7、a底板：设计恒载：8437 KPa设计活载：663 KPa侧墙（顶部）：设计恒载：7136KPa设计活载:5.92 KPa（底部）：设计恒载：196.51KPa设计活载:5.92 KPa2、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:-119.5 Oa设计活载：10 KPa底板：设计恒载：62.5 KPa设计活载：5.1 KPa侧墙（顶部）：设计恒载：52.86 KPa设计活载：4.55KPa（底部）：设计恒载：145.56KPa设计活载：4.55 KPa2.4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

8、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. 175LO-Ban Fx3.2626e0023.8%34994410026.7%5-4.208616*0024.8%-4.68173e+002 5.7% “ .918193002 4.8%=515465e*00210.5% 5 39111e*0024.445z/e*UU2zhtl)ID ELEMENT FORCE10.5%1 .Q44z26+0025.3%2.08068e*0024.3%2

9、.31714c2402e0007J%G.56744C-001 7 7%4.14851 e-OCO 8.7X 7 440270CO c 4%-1D7320e*OC1 8.2%-1 40?38i0C1 b.o%-1.73155e0C1 -2D6D73e-0C1 238Wlr-0C11.2% _ -27i9U8e*un弯矩1DO：C2efO31MW畅1 23683x0015 8%-1,46E05e+031 4.7%,-1 69927e*031 -1330489*001 2.3%216170*001ID ELEMENT FOCEUNT(Mrn)- 1 537764.0)1 8j% *1 30654”C

10、015 0% 1 07533e*C01 lU.I% 844TlhCOO120% *612895e+COO 7 0% 381679MCOO c 8% ! 50462e*CO05.8%T $D7S6e001 6.6% .3.11970e+0J0I -5.43186e4.030I R774402040306.6%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MIDAS GTS运算时采用下图荷载图式lOKPa水Jk力MIDAS GTS运算图示如下轴力图1DEL=MBr FORCE FXUMI(irM)土仙/八00%-1 OeiOCbOD： 4 3%

11、晟-14703*002 .1 82530233咯2 2F8730833% 2 6560*02 3脱.3.IC725S40D22 9%3.51644X)2 38%-3.9257&4032 38%433420024d%-4.74414002 -5.15342*0021S7%-5.5t2bW4OD2 6 7%-5.971800257% 6.36113500267% 6.7O3teO02 13.3%7.1 059002剪力图LO-Btan Jz .吉彳IDH-EMENr FORCEFiUNIT(kN)M .21466aO01 2 2%*3.68361 0013.8%OgOOl 42.6215le-O0

12、1 3*2.09045ct00137%3 5%4l .55940600111.028300144 97297eOOO3 $怖-3.37fO1c-OO1鼻-5.64eOSe4OCO5.1/v -I.C9iOCetOC13.2%-I.G2691e40C18.5%25797e40015.1%.2 F8We40C14.8% 3.22CO7e-*OC13 5-3 7511 40011.6%-4.x2l8e400l弯矩图IDELZhJEMT FORCEIWIWir)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

13、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21、工程地质条件线路垂直于永定河冲、洪枳扇的轴部，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表1 各层土的物理力学

14、指标土的类型厚度(m)天然重 度Y(kN/ms)饱和重度Y (kN/m1)弹性抗力 系数(MPa/m)变形模量E (GPa)泊松 比P内摩擦 角e ()粘聚力C(MPa)杂填土2 01624500 804200 005粉土6 0182690090 3521001细砂4.019271001.20 32001圆砾土7.519.527.5120150 32250 01粉质粘土6 020 028150180 32230 02卵石土12.020 028 5200200 30270 03基岩293002 50 35350 042、其他条件地下水位在地而以下5m处：隧道顶部埋深6m：采用暗挖法施工。三、 设计过程1、 根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋；2、 计算作用在结构上的荷載(仅按使用阶段考虑)：3、 进行荷载组介，只按照基本组介构件计算(135X永久荷载+13X可变荷载)；4、 绘出结构荷载图；5、 利用ANSYS或Sap或Midas程序计算结构内力，绘出结构内力图(弯矩图、轴力图和 剪力图)；6、 提交完整的设计书。四、 成果提交成果包括两部分：计算书和图纸。计算甘应规范，包括设计基本资料、详细的计算过程、 结构荷載图、内力图。图纸应清晰，各项计算符合规范要求。