地铁区间隧道设计算例

1、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日目录一、设计任务21、1工程地质条件21、2其他条件2二、设计过程22.1 根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋；22.2 计算作用在结构上的荷载；22.3 进行荷载组合22.4 绘出结构受力图22.5 利用midas gts程序计算结构内力2附录：2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直于永定河冲、洪积扇的轴部，第四纪地层沉积韵律明显，地层由上到下依次为：杂

2、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（m）天然重度（kN/m3）饱和重度sat（kN/m3）弹性抗力系数(MPa/m）变形模量E（GPa）泊松比内摩擦角（）粘聚力C(MPa)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12.020.028.52002.00.30270.03基岩22293002.50

3、.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。隧道段面为圆形盾构断面。断面图如下：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*=0.452s-11+i(B-5) 上式中s为围岩的级别；B为洞室的跨度；i为B每增加1m时的围岩压力增减率。 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”。围岩为级围岩。则有 h*=0.452s-11+iB-5 =0.4526-11+0.16-5=15.84m因为埋

4、深hc=6mh*=15.84m，可知该隧道为极浅埋。2.2 计算作用在结构上的荷载； 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=.d =250.3=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，应考虑土层压力和地下水压力的影响。（粉土使用水土合算） q 顶=ihi =216+318+126 =112KPaB 底板上永久荷载 a. 底板自重 q=.d =250.3=7.5KPab. 水压力（向上）： q 水底=w.h=107=70KPaC 侧墙上永久荷载 地层侧向压力按主动土压力的方法计算，由于埋深在地下水位以下，需考虑

5、地下水的影响。(分图层水土合算，砂土层按水土分算)a. 侧墙自重q=.d =250.3=7.5KPab. 对于隧道侧墙上部土压力： 用朗肯主动土压力方法计算Ka=tan245o-2=tan245o-212=0.472 q 侧=ihiKa =216+318+126Ka =52.86KPac. 对于隧道侧墙图层分界处土压力Ka上=tan245o-上2=tan245o-212=0.472Ka下=tan245o-下2=tan245o-222=0.455 q 上=ihiKa上(162+318+326)Ka上=77.41KPa = q 下=ihiKa下 =216+318+326Ka下=74.62KPad.

6、 对于隧道圆心高度土压力 q 上=ihiKa下+whi=216+318+326+27-101Ka下+101=92.35KPae. 对于隧道侧墙底部水土总压力 q 侧=ihiKa+whi216+318+326+4(27-10)Ka+104=145.56KPaf. 对于隧道侧墙水压力 q 水圆心=w.h1=101=10KPa q 水底=w.h2=104=40KPa 2 可变荷载A 顶板上可变荷载 按地铁设计规范10.2.1中第三条规定：在道路下面的潜埋暗挖隧道，地面的车辆荷载按10KPa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

7、取为 1+nPoLB=1.145480184=5.1KPaC 侧墙上可变荷载 由于到隧道上部地面车辆的运行，会导致侧向压力的增大： q 倒=10Ka=100.455=4.55KPa 3 偶然荷载在本设计中，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 1、承载能力极限状态荷载组合采用1.35永久荷载1.3可变荷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：-161.33 KPa 设计活载：-13 KPa底板： 设计恒载：84.37 KPa 设计活载：-6.63 KPa侧墙（顶部）： 设计恒载： 71.36KPa 设计活载： 5.92 KPa（底部）： 设计

8、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 KPa 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 绘出结构受力图 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midas gts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

9、边界条件。 在midas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。轴力图剪力图弯矩图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MIDAS GTS 运算图示如下轴力图剪力图弯矩图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 地铁区间隧道结构设计本次地下结构课程设计是进行城市地铁区间隧道的结构设计，涉及“地下工程”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

10、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下：1、工程地质条件线路垂直于永定河冲、洪积扇的轴部，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1。表1 各层土的物理力学指标土的类型厚度（m）天然重度（kN/m3）饱和重度sat（kN/m3）弹性抗力系数(MPa/m）变形模量E（GPa）泊松比内摩擦角（）粘聚力C(MPa)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12.020.028.52002.00.30270.03基岩22293002.50.35350.042、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。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载（仅按使用阶段考虑）；3、 进行荷载组合，只按