轨道4号线与两江大道节点工程（一期）顶管结构计算书

轨道4号线与两江大道节点工程（一期）顶管结构计算书1工程概况本工程中顶管总长612米，分为黄胡路段顶管部分和寨子路段顶管部分，管径均为1000mm。黄胡路段顶管长159米，共设2个工作井，管道采用钢筋混凝土成品管，管道等级Ⅲ级。寨子路段顶管453米，共设3个工作井，1个接受井，管道采用钢筋混凝土成品管，管道等级Ⅲ级。在本工程中，寨子路段顶管Y7号工作井埋深最大，为17.5m；接收井Y8埋深16.4m。2计算规范2.1《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》（JC/T6402010）2.2《顶管施工技术及验收规范》（试行）2.3《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS137：2002）2.4《给水排水工程顶管技术规程》（CECS246：2008）2.5《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）3材料参数1）C30混凝土：C30混凝土:抗压强度设计值，fc=14.3Mpa，抗拉强度设计值ft=1.43Mp，弹性模量E=3x104Mpa。工作井采用C30混凝土；检查井、接收井采用C30防水混凝土，防水等级为P8。2）HRB400钢筋，抗拉设计强度fy=360Mpa，抗压设计强度fy’=360Mpa,弹性模量Es=2x105Mpa；HPB300钢筋，抗拉设计强度fy=270Mpa，抗压设计强度fy’=270Mpa，弹性模量Es=2x105Mpa。4工作井井壁分析验算（1）内径为5.8m工作井验算工作井Y7埋深17.5m，，在所有土层工作井中埋深最大，故选取该井进行井壁分析验算。工作井内径R=2.5m，h=17.5m,壁厚50cm。工作井在施工过程中受土压力及顶管后座力作用，分两工况分别验算。工况一：仅土压力作用井壁内力计算。按沉井计算，按不同高度截取闭合圆环计算，并且假定互成90°的两点土壤内摩擦角的差值为5°~10°。计算式井壁内摩擦角φ=30°，土容重λ=22kN/m3,井顶地面施工荷载按2m土柱简化，即14.52kPa,计算内力如下表。1）H=17.5m处：Pa=106.4+14.52=120.92kPaPb=200.21+14.52=214.73kPaNa=485.8kNNb=418.7kNMa=-87.8kN*mMb=-80.6kN*m最不利点为A点，其A点截面验算结果如下：<<桥梁博士>>截面设计系统输出文档文件:文档描述:Y7任务标识:1-1任务类型:截面验算截面高度:0.5m构件计算长度:17.5m荷载信息:荷载类型:轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KN-m)结构重力4860.0-87.8汽车冲击系数:0.0计算信息:钢筋混凝土截面承载能力极限状态荷载组合I计算结果:荷载组合结果:内力最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩轴力583486486486486583剪力0.00.00.00.00.00.0弯矩-105-87.8-87.8-87.8-87.8-105承载能力极限状态荷载组合I强度验算结果:最大轴力强度验算截面受力性质:上拉偏压内力描述:Nj=583KN,Qj=0.0KN,Mj=-105KN-m截面抗力:NR=706KN>=Nj=583KN(满足)最小轴力强度验算截面受力性质:上拉偏压内力描述:Nj=486KN,Qj=0.0KN,Mj=-87.8KN-m截面抗力:NR=706KN>=Nj=486KN(满足)最大弯矩强度验算截面受力性质:上拉偏压内力描述:Nj=486KN,Qj=0.0KN,Mj=-87.8KN-m截面抗力:NR=706KN>=Nj=486KN(满足)最小弯矩强度验算截面受力性质:上拉偏压内力描述:Nj=583KN,Qj=0.0KN,Mj=-105KN-m截面抗力:NR=706KN>=Nj=583KN(满足)计算成功完成。工况二：土压力+顶管后座力作用根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS137-2002）中6.2.6条，顶管工作井的井壁在顶管推进时的内力，因由顶力、土抗力、和井周土压力叠加求得。壁板后土抗力最大值和各点内力可按下式计算：由此可求得最不利点为A点，其A点组合荷载工况如下：此处对井壁按大偏心构件进行验算配筋井背后座拟用400mm厚来进行计算，井壁承受偏心受压厚度为1000mm:为简化计算，仅考虑混凝土受压，从而可以得到可选取7φ20钢筋，。故井壁采用直径20的钢筋，按间距150mm进行布置。综上所述，土层工作井井壁配筋满足承载力要求，工作井为施工措施，可不做裂缝宽度验算。5接收井井壁分析验算接收井Y8埋深16.4m，在所有土层接收井中埋深最大，故选取该井进行井壁分析验算。接收井内径R=1.5m，h=16.5m,壁厚40cm。井壁内力计算。按沉井计算，按不同高度截取闭合圆环计算，并且假定互成90°的两点土壤内摩擦角的差值为5°~10°。计算式井壁土内摩擦角φ=30°，土容重λ=22kN/m3,井顶地面施工荷载按2m土柱简化，即14.52kPa,计算内力如下表。1）H=16.5m处：Pa=112.13+14.52=126.63kPaPb=205.82+14.52=220.34kPaNa=278.44kNNb=238.45kNMa=-31.37kN*mMb=-28.80kN*m<<桥梁博士>>截面设计系统输出文档文件:文档描述:Y8任务标识:1-1任务类型:截面验算截面高度:0.4m构件计算长度:16.5m荷载信息:荷载类型:轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KN-m)结构重力2780.0-31.4汽车冲击系数:0.0计算信息:钢筋混凝土截面承载能力极限状态荷载组合I计算结果:荷载组合结果:内力最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩轴力334278278278278334剪力0.00.00.00.00.00.0弯矩-37.7-31.4-31.4-31.4-31.4-37.7承载能力极限状态荷载组合I强度验算结果:最大轴力强度验算截面受力性质:上拉偏压内力描述:Nj=334KN,Qj=0.0KN,Mj=-37.7KN-m截面抗力:NR=760KN>=Nj=334KN(满足)最小轴力强度验算截面受力性质:上拉偏压内力描述:Nj=278KN,Qj=0.0KN,Mj=-31.4KN-m截面抗力:NR=760KN>=Nj=278KN(满足)最大弯矩强度验算截面受力性质:上拉偏压内力描述:Nj=278KN,Qj=0.0KN,Mj=-31.4KN-m截面抗力:NR=760KN>=Nj=278KN(满足)最小弯矩强度验算截面受力性质:上拉偏压内力描述:Nj=334KN,Qj=0.0KN,Mj=-37.7KN-m截面抗力:NR=760KN>=Nj=334KN(满足)计算成功完成。综上所述，土层接收井井壁配筋满足要求。6工作井整体稳定性验算根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS137-2002）中6.2.8条，圆形沉井在顶管力作用下，后背土体的稳定应符合下式要求：此处以埋深最浅的W31工作井为例验算其稳定性，H=8.4m。其中工作井整体稳定性满足要求。7顶管顶力估算依据给水排水工程顶管技术规程（CECS246:2008），顶管总顶力为式中，F0-总顶力标准值;-管道的外径（m）;-管道设计顶进长度；-管道外壁与土的平均摩阻力（kN/m2）,考虑触变泥浆减阻后，取值12；-顶管机的迎面阻力；-顶管机的外径；-挤压阻力（kN/m2）,取值R=400kN/m2根据《顶管施工技术及验收规范》7.1.9，为保证顶力后座的稳定性，需顶力其受力简图为：其中：由此可以求得顶力此外，二级钢筋混凝土管道的最大容许顶力为1600。故中继间个数本工程各段中继间统计如下。顶管段最大顶力（kN）顶管长度（m）中继间个数黄胡