矿山法之区间隧道主体结构计算书

1、中医大省医院青羊宫区间矿山法隧道配筋计算书工程概况 北京地铁10号线二期工程总体方案设计（第一阶段）01标段 2工程概况中医大省医医院青青羊宫区区间为地地下区间间，区间间由中医医大省医医院站出出站后，继继续沿一一环路下下方铺设设，下穿穿省农业业管理干干部学院院门前人人行天桥桥后进入入青羊宫宫站。区区间采用用矿山法法施工，线线路最大大纵坡331.330，主要要穿越2-99-3中密卵卵石土地地层，最最小曲线线半径12000m，底板板埋深12.885221.228m，底板板高程4822.0339m490.8988m，地面面高程介介于5033.166m5044.355m，地形形相对较较为平坦坦。本册段

2、设计计范围为为中医大大省医院院青羊羊宫暗挖挖区间，设设计里程程：YDDK222+7550.0000YDKK23+0322.4888，长2822.8226m，长链0.3338mm，ZDKK22+7299.5000ZDKK23+0322.4889，长3022.9881m，短链0.0008mm，在里里程YDKK22+8100.7110/ZZDK222+8810.5655处设置置一处竖竖井及横横通道。主要设计依依据及设设计原则则主要设计依依据 主主要规范范1）地铁铁设计规规范（GB 501157-20113）2）建筑筑结构荷荷载规范范（GB5500009-220122）3）混凝凝土结构构设计规规范（G

3、B5500110-220100）20115版5）混凝凝土结构构工程施施工质量量验收规规范（GB5502004-220155）6）铁路路隧道喷喷锚构筑筑法技术术规范（TB10108-2002、J159-2002）7）铁路路隧道设设计规范范（TB1100003-220055，J4449-220055）8）混凝凝土结构构耐久性性设计规规范（GB/T5004766-20008）9）轨道道交通工工程人民民防空设设计规范范（RFJJ02-20009）10）地地下工程程防水技技术规范范（GB550100820008）11）地地下防水水工程质质量验收收规范（GBJ50208-2011）12）城城市轨道道交通工

4、工程项目目建设标标准（建建标1044-20008）13）城城市轨道道交通工工程监测测技术规规范（GB5509111-22013）设计原则1）区间结结构采用用以概率率理论为为基础的的极限状状态设计计法，以以可靠指指标度量量结构构构件的可可靠度。采采用以分分项系数数的设计计表达进进行结构构计算分分析。2）结构构构件应根根据承载载力极限限状态及及正常使使用极限限状态的的要求，分分别按下下列规定定进行计计算和验验算。 （1）承承载力及及稳定：所有结结构构件件均应进进行承载载力（包包括压曲曲失稳）计计算；需需考虑地地震、人人防、施施工等特特殊荷载载的作用用，进行行结构构构件承载载力计算算。 （2）变变形

5、：对对使用上上需控制制变形值值的结构构构件，进进行变形形验算。 （3）抗抗裂及裂裂缝宽度度：对使使用上要要求不出出现裂缝缝的构件件，进行行混凝土土拉应力力验算；对使用用上允许许出现裂裂缝的构构件，按按荷载的的短期效效应组合合并考虑虑长期效效应组合合的影响响求出最最大裂缝缝宽度进进行裂缝缝宽度验验算。地地震力、人人防等偶偶然荷载载作用时时，不验验算结构构的裂缝缝宽度。 3）结构计计算简化化模型的的确定，根根据结构构的实际际工作条条件，并并反映结结构与周周围地层层的相互互作用。4）区间结结构一般般按平面面受力进进行分析析，本次次只进行行横断面面方向的的受力计计算。5）浅埋结结构在地地下水位位以下，

6、整整体结构构还要考考虑水浮浮力，进进行整体体抗浮验验算。工程地质及及水文地地质概况况工程地质概概况本区间地处处岷江水水系一级级阶地，地形平坦，地势开阔，无影响工程建设的不良地质作用，地质构造不发育，无强震源，区域场地稳定性较好。本段上部为为人工填填土，其其下为粉粉质黏土土，砂土土、下部部为砂卵卵石，局局部夹中中砂透镜镜体，下下伏白垩垩系泥岩岩。隧道道洞身主主要位于于稍密密实卵卵石中，结结构底板板位于中中密密密实卵石石中，地地层稳定定性较好好，岩性性较为单单一，地地基土稳稳定性整整体较好好。水文地质概概况本区间范围围内无地地表水分分布。本区间地处处岷江水水系一级级阶地，地下水主要为赋存于黏性土层

7、之上填土层中的上层滞水和第四系砂、卵石层的孔隙潜水。上层滞水呈呈透镜体体状分布布于地表表，赋存存于卵石石层之上上填土层层中，大气气降水和和附近居居民的生生活用水水为其主主要补给给源。水水量变化化大，且且不稳定定。场地卵石层层较厚，且且成层状状分布，局局部夹薄薄层砂，其其间赋存存有大量量的孔隙隙潜水，其其水量较较大、水水位较高高，大气气降水和和区域地地表水为为其主要要补给源源。卵石石层中孔孔隙水形形成贯通通的自由由水面。区间隧道主主要穿越越地层岩岩性为卵卵石层。地地下水埋埋深5.3307.550m，高程4955.9554977.888m。水量较较丰富，地地下水和和场地土土对混凝凝土及钢钢筋混凝凝

8、土结构构中的钢钢筋具微微腐蚀性性。计算标准及及模型选选定设计计算标标准要求求1）防水等等级为二二级，钢钢筋混凝凝土结构构的最大大裂缝宽宽度允许许值为在在荷载的的短期效效应组合合并考虑虑长期效效应组合合的影响响下求得得，设计计中采用用外部全全包防水水，迎水水面其允允许值为为0.22mm，背水水面其允允许值为为0.33mm，并不不得有贯贯穿裂缝缝。2）区间结结构按7度地震震烈度设设防。3）区间结结构按六六级人防防设防。4）结构抗抗浮安全全系数不不计摩阻阻力时1.005，计摩摩阻力时时可采用1.0051.115。5）区间结结构安全全等级为为一级计算模型区间结构采采用“荷载-结构”模型。在在区间纵纵向

9、截取取一基本本计算单单元，将将区间三三维空间间结构简简化成二二维平面面框架结结构，按按结构内内力分析析模型，进进行各阶阶段不同同荷载组组合内力力分析。区间结构采采用圆形形支护形形式，初初支与模模筑砼内内墙间铺铺设防水水板，内内力分析析时按模模筑砼承承受全部部荷载考考虑各种种组合。计算基本假假定1）假定构构件为小小变形弹弹性梁，离离散为足足够多个个等厚度度直杆梁梁单元。2）用布置置于各节节点上的的弹簧单单元来模模拟围岩岩与墙的的相互约约束；假假定弹簧簧不承受受拉力，即即不计围围岩墙间间的粘结结力；弹弹簧受压压时的反反力即为为围岩对对墙的弹弹性抗力力。计算荷载1）计算荷荷载 （1）土土压力粘性土层

10、水水土合算算，砂性性土层水水土分算算。本次次计算采采用水土土分算。垂直土压压力：对对于地下下结构上上覆土层层厚度大大于塌落落拱高度度时采用用松弛土土压力，土土层厚度度取塌落落拱高度度；小于于塌落拱拱高度时时，土层层厚度取取全土柱柱高度。水平土压压力：水水平土压压力作用用在桩墙墙上，大大概呈梯梯形分布布。其值值根据主主、被动动或静止止土压力力公式计计算。侧向水土土压力：施工阶阶段不考考虑水压压，使用用阶段取取静水压压力（水水压力取取全水头头）。 （2）自自重荷载载自重荷载按按下式计计算： f=bh 式中砼重度度；h厚度；b计算单单元纵向向宽度； （3）地地面超载载地面超载取取20kkPa。 （4

11、）地地层抗力力在链杆法中中，地层层抗力是是用地层层弹簧来来模拟的的。地层层抗力系系数根据据土层条条件确定定，按温温克假定定计算。在在计算中中，消除除受拉的的弹簧。 （5）地地震荷载载采用惯性力力法计算算，把随随时间变变化的地地震荷载载等效为为静地震震荷载，然然后再用用静力计计算模型型分析地地震荷载载作用下下的结构构内力。等等效的静静地震荷荷载包括括：结构构本身和和洞顶上上方土柱柱的水平平惯性力力以及主主动侧向向土压力力增量。 （6）人人防荷载载将动荷载转转化为静静荷载，然然后再用用静力计计算模型型分析地地震荷载载作用下下的结构构内力。2）荷载组组合荷载组合表表序号荷载组合永久荷载可变荷载偶然荷

12、载地震荷载人防荷载1基本组合构构件强度度计算1.351.42短期效应组组合构件件抗裂验验算1.00.83长期效应组组合构件件变形验验算1.00.84抗震荷载组组合构件件强度验验算1.20（1.0）0.51.35人防荷载组组合构件件强度验验算1.20（1.0）1.06基本组合抗抗浮稳定定验算1.03）荷载参参数选择择 （1）土土层参数数根据该区间间岩土工工程详细细勘察报报告土层层分层及及参数如如下： 土层号土层名称重度(kN/mm3)粘聚力C(kPaa)内摩擦角(度)侧压力系数垂直基床系系数K(MPaa/m)水平基床系系数K(MPaa/m)1-1杂填土188102-2粉质黏土19.52016.5

13、0.422252-9-22稍密卵石21.00350.3040352-9-33中密卵石22.00400.2565602-9-44密实卵石23.00 4450.208075（2）计算算参数选选用 C40钢钢筋混凝凝土的重重度为25kkN/mm3，弹性性模量为为3.2251104Mpa，泊松松比按0.2采用。矿山法隧道道断面计计算YDK222+7550.0000处断面面5.1.11施工期期间无水水工况1）荷载的的选用选取YDKK22+7500.0000处断面面进行计计算，其其荷载标标准值的的计算过过程及结结果如下下：拱顶土压压力由于隧道拱拱顶覆土土H0=6.11m2D，隧隧道拱顶顶土压力力按全土土柱

14、进行行计算，即竖向土压力：=135.59 kPaa侧向土压压力侧向土压力力根据静静止侧压压力系数数确定。顶部侧向土土压力：=36.49 kPaa底部侧向土土压力：=68.67 kPaa水压力施工阶段降降水条件件下为最最不利工工况，故故不考虑虑水压力力。地面超载载地面超载按按20 kPaa考虑。拱底竖向向反力 P1=1159.15kkPa2）计算结结果及分分析（1）基本本组合基本组合弯弯矩图 基本组组合轴力力图基本组合剪剪力图位置弯 距（kkN.mm）轴力（kNN）As(mmm2)配筋(mmm2)拱顶213.99-394.5130010255（49009）拱肩-129.9-626.8900102

15、55（49009）仰拱302.33-407.5203310255（49009）（2）准永永久组合合准永久组合合弯矩图图 准永久久组合轴轴力图准永久组合合剪力图位置弯 距（KKN.mm）轴力（KNN）配筋面积（mm2）裂缝宽度(mm)拱顶107.00-246.410255（49009）0.0133拱肩-69.66-370.810255（49009）满足仰拱154.22-252.710255（49009）0.0211通过内力分分析，经经过综合合考虑结结构的特特点，二二衬厚度度采用4500mm，单延延米配筋筋为1025（配筋筋面积49009mmm2），裂裂缝宽度度满足要要求。3）结构强强度检算算 （

16、1）斜斜截面受受剪承载载力验算算:hw/b=4000/100000.4404；当hw/bb0.4404时，应应有V0.225cfcbh0=0.251.00199.110000440019110 kkN根据计算结结果，满满足要求求。 （2）不不配置箍箍筋和弯弯起钢筋筋的一般般板类受受弯构件件，其斜斜截面的的受剪承承载力应应满足以以下规定定： V0.7hftbh0=0.7(8000/8000)11/41.7711100004000 =4778.880 kkN根据计算结结果，不不需要配配置箍筋筋。4）地震及及人防设设计由于抗震设设计时结结构安全全系数降降低，不不考虑裂裂缝控制制，人防防设计时时材料的

17、的强度系系数提高高，以及及不考虑虑裂缝的的控制。通通过试算算，在地地震荷载载和人防防荷载作作用下的的结构产产生的内内力对结结构断面面配筋不不起控制制作用。这这样地震震与人防防设计的的重点是是采取满满足规范范要求的的一些构构造措施施。5.1.22正常使使用有水水工况1）荷载的的选用选取矿山法法隧道YDKK22+7500.0000处断面面进行计计算，其其荷载标标准值的的计算过过程及结结果如下下：由于隧道拱拱顶覆土土H0=6.11m2D，隧道道上方土土压力按按全土柱柱进行计计算，侧侧向压力力根据太太沙基松松弛土压压力和静静止侧压压力系数数确定，采采用水土土分算，水水位标高高4955.955m。竖向土

18、压力力135.559 kkPa地面超载220 kkPa考虑侧向土压力力6.47mm（隧道道上方塌塌落土体体半宽）=6.199 kPPa25.255=101.63kkPa顶部侧向土土压力： 366.499 kPPa底部侧向土土压力：68.67 kPaa顶部水压力力：0 kPaa拱底水压力力：511 kPPa拱底竖向反反力：P1=1088.155kPaa2）计算结结果及分分析（1）基本本组合基本组合弯弯矩图 基本组组合轴力力图基本组合剪剪力图 位置弯 距（kkN.mm）轴力（kNN）As(mmm2)配筋(mmm2)拱顶194.11-391.7113510200（31442）拱肩-125.7-612

19、.390010200（31442）仰拱265.55-475.6163210200（31442）（2）准永永久组合合准永久组合合弯矩图图 准永久久组合轴轴力图准永久组合合剪力图 位置弯 距（KKN.mm）轴力（KNN）配筋面积（mm2）裂缝宽度(mm)拱顶144.77-286.610200（31442）0.0333拱肩-94.33-451.110200（31442）满足仰拱190.55-339.710200（31442）0.0522通过内力分分析，经经过综合合考虑结结构的特特点，二二衬厚度度采用4500mm，单延延米配筋筋为1020（配筋筋面积31442mmm2），裂裂缝宽度度满足要要求。3）结

20、构强强度检算算 （1）斜斜截面受受剪承载载力验算算:hw/b=2555/100000.22554；当hw/bb0.22554时，应应有V0.225cfcbh0=0.251119.1110000255512117.663 kkN根据计算结结果，满满足要求求。 （2）不不配置箍箍筋和弯弯起钢筋筋的一般般板类受受弯构件件，其斜斜截面的的受剪承承载力应应满足以以下规定定： V0.7hftbh0=0.7(8000/8000)11/41.7711100002555 =3005.224 kkN根据计算结结果，需需要配置置箍筋。4）地震及及人防设设计由于抗震设设计时结结构安全全系数降降低，不不考虑裂裂缝控制制

21、，人防防设计时时材料的的强度系系数提高高，以及及不考虑虑裂缝的的控制。通通过试算算，在地地震荷载载和人防防荷载作作用下的的结构产产生的内内力对结结构断面面配筋不不起控制制作用。这这样地震震与人防防设计的的重点是是采取满满足规范范要求的的一些构构造措施施。综上所述，二二衬厚度度采用4500mm，单延米米配筋为为1025（配筋筋面积49009mmm2），满满足结构构要求。ZDK233+0332.4489处断面面5.2.11施工期期间无水水工况1）荷载的的选用选取ZDKK23+0322.4889处断面面进行计计算，其其荷载标标准值的的计算过过程及结结果如下下：由于隧道拱拱顶覆土土H0=13.85mm

22、2D，隧隧道拱顶顶土压力力按全土土柱进行行计算，即竖向土压力：=303.55 kPaa侧向土压压力侧向土压力力根据静静止侧压压力系数数确定。顶部侧向土土压力：=39.65 kPaa底部侧向土土压力：=79.63 kPaa水压力施工阶段降降水条件件下为最最不利工工况，故故不考虑虑水压力力。地面超载载地面超载按按20 kPaa考虑。拱底竖向向反力 P1=3327.11kkPa2）计算结结果及分分析（1）基本本组合基本组合弯弯矩图 基本组组合轴力力图基本组合剪剪力图位置弯 距（kkN.mm）轴力（kNN）As(mmm2)配筋(mmm2)拱顶352.11-741.9201810255（49009）拱肩

23、-173.3-12755.290010255（49009）仰拱500.22-715.5331010255（49009）（2）准永永久组合合准永久组合合弯矩图图 准永久久组合轴轴力图准永久组合合剪力图位置弯 距（KKN.mm）轴力（KNN）配筋面积（mm2）裂缝宽度(mm)拱顶321.77-534.410255（49009）0.1299拱肩-158.9-914.510255（49009）满足仰拱479.66-528.910255（49009）0.2777通过内力分分析，经经过综合合考虑结结构的特特点，二二衬厚度度采用4500mm，单延延米配筋筋为1025（配筋筋面积49009mmm2），裂裂缝宽

24、度度满足要要求。3）结构强强度检算算 （1）斜斜截面受受剪承载载力验算算:hw/b=4000/100000.4404；当hw/bb0.4404时，应应有V0.225cfcbh0=0.251119.1110000400019110 kkN根据计算结结果，满满足要求求。 （2）不不配置箍箍筋和弯弯起钢筋筋的一般般板类受受弯构件件，其斜斜截面的的受剪承承载力应应满足以以下规定定： V0.7hftbh0=0.7(8000/8000)11/41.7711100004000 =4778.88 kNN根据计算结结果，不不需要配配置箍筋筋。4）地震及及人防设设计由于抗震设设计时结结构安全全系数降降低，不不考虑

25、裂裂缝控制制，人防防设计时时材料的的强度系系数提高高，以及及不考虑虑裂缝的的控制。通通过试算算，在地地震荷载载和人防防荷载作作用下的的结构产产生的内内力对结结构断面面配筋不不起控制制作用。这这样地震震与人防防设计的的重点是是采取满满足规范范要求的的一些构构造措施施。5.2.22正常使使用有水水工况1）荷载的的选用选取矿山法法隧道ZDKK23+0322.4889处断面面进行计计算，其其荷载标标准值的的计算过过程及结结果如下下：由于隧道拱拱顶覆土土H0=133.855m2D，隧道道上方土土压力按按全土柱柱进行计计算，侧侧向压力力根据太太沙基松松弛土压压力和静静止侧压压力系数数确定，采采用水土土分算

26、，水水位标高高4966.366m。竖向土压力力303.555 kkPa地面超载220 kkPa考虑侧向土压力力5.98mm（隧道道上方塌塌落土体体半宽）=4.599 kPPa35.155=138.59kkPa顶部侧向土土压力： 399.655 kPPa底部侧向土土压力：79.63 kPaa顶部水压力力：700.522 kPPa拱底水压力力：1443.222 kkPa拱底竖向反反力：P1=2300.855kPaa2）计算结结果及分分析（1）基本本组合基本组合弯弯矩图 基本组组合轴力力图基本组合剪剪力图 位置弯 距（kkN.mm）轴力（kNN）As(mmm2)配筋(mmm2)拱顶392.11-10622.6193810200（31442）拱肩-219.6-15811.790010200（31442）仰拱606.11-11099.6369310200（31442）（2）准永永久组合合准永久组合合弯矩图图 准永久久组合轴轴力图准永久组合合剪力图位置弯 距（KKN.mm）轴力（KNN）配筋面积（mm2）裂缝宽度(mm)拱顶280.44-759.610200（31442）0.1222拱肩-157.2-11311.110200（31442）满足仰拱432.44-792.210200（31442）0.2400通过内力分分析，经经过综合合考虑结结构的特特点