隧道衬砌配筋ansys验算毕业设计(3)

(5)区间隧道的净空尺寸应满足地下铁道的建筑限界、使用功能、施工工艺等要求，并考虑施工误差、测量误差、结构变形和后期沉降的影响。

(6)结构设计应尽量减少施工中和建成后对环境造成的不利影响，并应考虑城市规划引起周围环境的改变时对地下结构的影响。

(7)区间隧道在结构、地基、基础或荷载发生显著变化的部位，或因抗震要求必须设置变形缝时,应采取可靠的工程技术措施，确保变形缝两边的结构不产生影响正常行车的差异和轨道的曲率变化。变形缝的形式、宽度和间距应根据允许纵向沉降曲率、沉降差、防水和抗震要求等确定。

(8)结构设计应根据结构类型，使用条件及荷载特点等，选用与其特点相适应的结构设计规范和设计方法。

(9)结构按7度地震烈度进行抗震验算，并在结构设计时采取相应的构造处理措施，以提高结构的整体抗震能力。

(10)地下结构须具有战时防护功能。在规定设防部位，结构设计按6级人防的抗力标准进行验算，并设置相应的防护设施。

(11)施工竖井等临时结构宜尽量结合车站或区间永久结构一并考虑，如两者无法合建，在满足施工需要的前提下，应尽量减小临时工程的规模，节省工程投资。

(12)结构的计算模式应符合结构的实际工作条件，并反映结构和周围地层的相互作用关系，避免对周围环境产生过大的影响。

(13)结构设计应采取防止杂散电流腐蚀的措施，钢结构及钢连接件应进行防锈处理。

(14)结构防水应满足国家颁发的《地下工程防水技术规范》的有关规定；结构设计中应遵照防水考虑优先于结构考虑的原则。

(15)两条单线隧道之间宜设联络通道，通道内宜设防火卷帘门或防火门。

3.1.2 主要技术标准

(1)结构的安全等级为一级，重要性系数取γ＝1.1。

(2)结构的地震作用应符合7度抗震设防烈度的要求。

(3)结构设计按最不利地下水位情况进行验算。

(4)钢筋混凝土构件（不包括临时、支护构件）正截面的裂缝控制等级为三级，即允许出现裂缝。防水混凝土的构件的裂缝宽度迎水面不大于0.2mm，背水面不大于0.3mm，内部非防水混凝土构件的裂缝宽度均不大于0.3mm。

(5)结构中主要构件的耐火等级为一级。

(6)结构须具有战时防护功能及平战转换功能。在规定的设防部位，结构设计按6级人防的抗力标准进行验算，并设置相应的防护设施。

(7)衬砌结构变形验算：直径变形≤2‰D（D为隧道外径）。

(8)地铁结构防水等级为Ⅱ级。

(9)地铁结构防火等级为一级。

3.1.3 主要遵循规范

(1)《地铁设计规范》（GB 50157-2003）

(2)《地下铁道工程施工及验收规范》（GB 50299-1999 2003年版）

(3)《地下工程防水技术规范》（GB 50108-2001）

(4)《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）

(5)《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）

(6)《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2001）

(7)《建筑工程抗震设防分类标准》（GB 50223-2004）

(8)《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068-2001）

(9)《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001）

(10)《铁路隧道设计规范》（TB 10003-2001）

(11)《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086-2001）

(12)《铁路隧道喷锚构筑技术规范》（TBJ10108-2002）

3.2 设计原理及计算方法的选择

在这里，选择结构力学的方法对该地铁结构进行设计计算，所谓结构力学方法即是将支护和围岩分开考虑，而且将支护结构作为主要的承载体，而支护结构的计算方法采用的是弹性支撑法。弹性支撑法的特点就是将衬砌结构离散为有限杆系的单元体，进而把弹性抗力作用范围内的连续围岩离散成为若干条彼此不相关的矩形岩柱，该矩形岩柱的一个边长是衬砌的纵向计算宽度，一般情况下取为单位长度，而另一边长是两个相邻的衬砌单元的长度一半之和。

3.3 结构选型

3.3.1 结构形式

本区间隧道有两种结构断面形式，分别为：隧道标准断面、隧道扩大断面。均采用复合式衬砌，标准断面的初衬厚度为350mm，二次衬砌的厚度为550mm（仰拱厚度350mm）；扩大断面的初衬厚度为350mm，二次衬砌的厚度为600mm（仰拱厚度350mm）。在初衬与二衬之间设置柔性外包防水层。

3.3.2 衬砌断面的选择

根据隧道各区段在隧道施工中所占的比重及断面尺寸，选隧道标准断面为主要计算断面，其形状和尺寸见下图 3—1。

图3—1 区间地铁结构标准断面图

3.4 荷载计算相关原理及公式

建立荷载—结构模型，作用在结构上的荷载按照荷载类型分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载三类，进而对这三类分别作用在不同断面上时加载和计算，得出结论，用于结构配筋设计和进一步的结构抗裂验算。

3.4.1 荷载计算依据

(1)结构自重

钢筋混凝土重度 为25kN/m3。

(2)地层压力

根据该隧道所处的地层判断为土质地铁隧道。《地铁设计规范》在条文说明中指出土质隧道可用下述通用的方法计算地层压力：

①竖向压力

填土隧道和浅埋暗挖隧道，一般可以按计算断面以上全部土柱质量计算竖向压力。

②水平压力

在地下铁道结构计算中，主动土压力一般采用郎肯土压力理论。对于黏性土而言还需要考虑黏结力的影响，即按郎肯主动土压力系数确定，公式如下：

ei aqi－2ca (3-1)

ei' aqi 2c p (3-2)

式中，ei、ei'——计算截面i处的主动、被动土压力(kPa)；

a、 p——郎肯主动、被动侧压力系数，且有 a tan2(450－ /2)； p tan2(450 /2)；

qi——计算截面i处的竖向土压力(kPa)；

——土的内摩擦角(0)；

c——土的黏结力(kPa)。

(3)水压力

计算水压力时要先区分用水土分算和水土合算。在地下结构的使用阶段，无论砂性土或黏性土，都应根据正常的地下水位按安全水头和水土分算的原则确定。由于本地铁隧道的设计处于使用阶段，故应采用水土分算的原则。

水土分算时，地下水位以上的土采用天然容重 ，水位以下的土采用有效容重 '计算土压力，另外再计算水压力的作用。其中，土的有效容重为γ'

'= s- W (3-3)

其中 W为水的容重，且取 W≈10kN/m³。

(4)地面车辆荷载及其冲击力

①竖向压力：

一般情况下，地面车辆荷载可按一定的公式方法简化为均布荷载。

当覆盖层厚度较小时，可按局部均布压力计算。

在道路下方的浅埋暗挖车站主体，地面荷载可按10kPa的均布荷载计算，并且不计算冲击力的影响。当无覆盖层时，地面车辆荷载则应按集中力考虑，并求出最不利荷载的位置。

②水平压力

地面车辆荷载传递到地下结构上的水平压力，可按式(3-5)计算：

pox apoz (3-4)

式中，λa——侧向压力系数；

p0z——地面车辆荷载的竖直方向的压力(kPa)。

(5)地面超载

地面超载为20kPa。

(6)地震荷载

本地铁隧道设计中计算水平地震荷载主要考虑的是垂直隧道纵轴方向。

① 区间主体横截面上的地震荷载

该隧道两个断面均为马蹄形断面。对于马蹄形曲墙式衬砌，其均布的水平惯性力可按照以下公式求得：

m1g

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