地铁结构设计计算书

'目录1.工程概况11.1区间概况11.2竖井及横通道11.3工程地质、水文地质情况及地层参数12.设计依据22.1依据的规范、规程22.2依据的地质报告文件及编号33.设计标准34.设计参数拟定34.1工程材料34.2最外层钢筋保护层厚度45.荷载计算45.1荷载45.2荷载组合45.3荷载计算方法56.施工竖井及横通道初期支护配筋计算56.11号竖井初支计算56.22号竖井初支计算107.横通道二衬配筋计算157.11号竖井及横通道二衬计算157.22号竖井及横通道二衬计算198.结构抗浮验算24 1.工程概况1.1区间概况本工程为乌鲁木齐轨道交通一号线植物园站至迎宾路口站区间工程，区间从植物园站出发，沿北京路一直北行，到达终点迎宾路口站，区间右线设计起讫里程为YDK18+683.931~YDK19+539.036，区间右线全长855.105m;区间左线设计起讫里程为ZDK18+683.931~ZDK19+539.036，在ZDK19+400.000处短链0.075m,区间左线全长855.180m。本区间采用暗挖法施工，均为标准单洞单线，断面形式为马蹄形断面。该段隧道拱顶埋深10～16m，穿越岩层主要为卵石，围岩级别为V级。本区间均为浅埋隧道。1.2竖井及横通道一号施工竖井及通道对应区间右线里程YDK18+919.969，竖井及通道长度为50.088m，施工通道兼做联络通道。竖井为临时竖井，区间施工完成后进行回填；横通道为拱顶直墙复合式衬砌结构。竖井采用倒挂井壁法施工，横通道采用台阶法施工。1.3工程地质、水文地质情况及地层参数1.3.1工程地质通过对场地的地面地质调绘，结合工程地质钻探并综合分析已有区域地质成果，沿线地层主要有：1、第四系全新统人工填筑土（Q4ml）广泛覆盖于地表，为人类活动所致，主要为道路和建筑周边回填土。（1）、1-1杂填土(Q4ml)分布于地表，分布均匀，一般层厚1~2m，其中道路及停车场表层0.5m为沥青混凝土硬化路面。灰黄-灰色，稍密-密实，稍湿-潮湿，以圆砾、卵石为主组成，含少量砖瓦碎屑，生活垃圾及植物根系等，土质不均匀，级配较差。岩土施工工程分级为Ⅱ级普通土。2、第四系上更新统（Q3）15 （1）4-4粉土（Q3al+pl）以透镜体形式夹于细砂层和卵石层中，厚0.5～3m，浅黄色，具少量孔隙，土质不均，含卵砾石为5%～10%，湿，密实，岩土施工工程分级为Ⅱ级普通土。（2）4-5细砂（Q3al+pl）以层状夹于卵石中，厚度0.5～15.5m。灰色、灰黄色，颗粒不均匀，砂质不纯，含少量卵砾石，含量约5%，局部夹粉土薄层，潮湿，密实，岩土施工工程分级为Ⅰ级松土。（3）4-9圆砾（Q3al+pl）呈透镜体夹于卵石层，灰黄色-灰色，层厚0.5~6m。成份以砂岩、灰岩为主，磨圆度较好，多呈浑圆状，粒径组成：2~20mm约40%，20~60mm约20%，大于60mm约10%，余以杂砂砾充填为主，局部含漂石，最大粒径约350mm。稍湿-潮湿，密实。岩土施工工程分级为Ⅲ级硬土。（4）4-10卵石（Q3al+pl）下伏于人工填土层，为本区间主要地层。灰黄色、灰色、深灰色，厚度2.5～35m，成份以砂岩、灰岩、花岗岩为主，磨圆度较好，浑圆状，粒径组成：2~20mm约10%，20~60mm约40%，大于60mm约20%；余为杂砂砾砂与粉黏粒充填，局部含漂石，最大粒径约450mm。稍湿-潮湿。4-10-1中密卵石：埋深5m以上呈中密状，岩土施工工程分级为Ⅲ级硬土，4-10-2密实卵石：埋深5m以下呈密实状，岩土施工工程分级为Ⅳ级软石。地层参数详见设计说明。1.1.1水文地质本区域属乌鲁木齐河流域，因城市建设，原始地形地貌改变较大，地表无自然冲沟，仅在绿化带中有浇灌用水渠，存在暂时性径流。勘察期间勘探深度40m内未见地下水。根据乌鲁木齐轨道交通1号线工程抗浮设防、防渗水位专题报告（中间报告）（2014.01.20），植物园~迎宾路口区间的抗浮设防水位位于地表以下80~143m,所以本区间可以不考虑抗浮。15 1.设计依据1.1依据的规范、规程（1）《地铁设计规范》（GB50157-2003）；（2）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）（2003年版）；（3）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006年版）；（4）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）；（5）《钢结构设计规范》（GBJ17-2011）；（6）《铁路隧道设计规范》（TB1003-2005）;（7）《人民防空工程设计规范》（GB50225-2005）;（8）《铁路工程抗震设计规范》（GB50011-2006,2009版）;（9）《乌鲁木齐轨道交通1号线工程抗浮设防、防渗水位专题报告（中间报告）》（2014.01.20）（10）《乌鲁木齐轨道交通一号线工程施工设计技术要求》1.2依据的地质报告文件及编号（1）《乌鲁木齐市轨道交通1号线02合同段详细勘察阶段植物园站-迎宾路口站区间岩土工程勘察报告》。2.设计标准（1）复合式衬砌的初期支护应具有足够的刚度和强度，承受施工期间的全部荷载，并能有效地控制地层变形；在使用阶段，由二次衬砌单独承担土压力、水压力。（2）二衬结构构件根据承载力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别进行承载能力的计算和稳定性、变形、裂缝宽度验算以及耐久性设计。　（3）二衬结构主要构件（顶板、楼板、底板、侧墙）设计使用年限为100年，安全等级为一级，重要性系数取1.1;临时结构的安全等级为三级，相应的结构构件重要性系数取0.9。　（4）二15 衬结构构件环境类别为一般环境，顶板、底板、侧墙等临土结构构件作用等级Ι-C；非临土构件作用等级Ι-B。允许裂缝宽度:迎土面不大于0.2mm，非迎土面不大于0.3mm。当计及地震、人防或其他偶然荷载作用时，可不验算结构的裂缝宽度。　（5）地震设防烈度为8度，结构抗震等级采用二级。（6）甲类人防工程设防，抗核武器抗力级别6级，抗常规武器抗力级别5级。1.设计参数拟定1.1工程材料1)混凝土:C45、P10防水混凝土；2)钢筋：HPB300、HRB400钢筋；1.2最外层钢筋保护层厚度竖井、横通道初衬格栅：40mm；横通道二衬边墙、顶拱、底板：迎水面45mm，背水面35mm；2.荷载计算2.1荷载（1）永久荷载a．结构自重按实际重量计算，混凝土容重为25kN/m3；b．土压力按实际覆土深度、物理力学参数计算；c．水压力：无水压力；d．地层抗力：由地层弹簧施加。（2）可变荷载a．地面超载:按20Kpa计算；（3）偶然荷载a．地震荷载按设防烈度8度计；根据计算，人防荷载和地震荷载不起控制作用，所以本文不列人防荷载和地震荷载的计算过程及结果，这里只计算永久荷载和地面超载。15 1.1荷载组合荷载分项系数表编号荷载组合验算工况永久荷载可变荷载偶然荷载地震荷载人防荷载1基本组合构件强度计算1.351.42构件裂缝宽度验算1.00.5-0.83构件变形计算1.00.5-0.84抗震荷载作用下构件强度验算1.2(1.0)1.35人防荷载作用下构件强度验算1.2(1.0)1.01.2荷载计算方法按照《铁路隧道设计规范》TB10003-2005进行荷载计算，给出竖向、水平荷载计算取值：我国铁路隧道设计规范规定，在计算浅埋荷载时，隧道竖向及水平荷载根据下式确定：竖向荷载：(1-1)水平荷载：(1-2)式中：q为竖向荷载；为围岩重度；B为隧道跨度；为地层静止侧压力系数，为顶板土柱两侧摩擦角，为经验取值，Ⅴ级围岩条件下取为(0.5~0.7)。2.施工竖井及横通道初期支护配筋计算2.11号竖井初支参数1号施工竖井采用5m×7m标准尺寸，深度21.577m。初支根据工程类比采用350mm厚喷射混凝土，中间采用工32C工字钢作为临时支撑，格栅间距750mm、500mm。2.21号竖井横通道初支计算2.2.12-2剖面（1）荷载推导地层侧摩擦角根据铁路隧道设计规范（TB10003-2005）附录B15 ，本计算取,===2.7,侧压力系数取为0.3荷载折减系数==0.71隧道荷载计算：顶部：（1.35*12.27*22+1.4*20）*0.71=278.6KPa顶部侧向荷载：（1.35*12.27*22+1.4*20）*0.3=117.7KPa底部侧向荷载：（1.35*17.5*22+1.4*20）*0.3=164.3KPa（2）计算结果弯矩图15 剪力图轴力图经配筋计算并参考类似工程经验，横通道初支格栅需配4Ф25钢筋。1.1.15-5剖面（1）荷载推导15 地层侧摩擦角根据铁路隧道设计规范（TB10003-2005）附录B，本计算取,===2.7,侧压力系数取为0.3荷载折减系数==0.789隧道荷载计算：顶部：（1.35*8.93*22+1.4*20）*0.79=231.6KPa顶部侧向荷载：（1.35*8.93*22+1.4*20）*0.3=88KPa底部侧向荷载：（1.35*17.5*22+1.4*20）*0.3=164.3KPa（2）计算结果15 弯矩图剪力图15 轴力图经配筋计算并参考类似工程经验，横通道初支格栅需配4Ф25钢筋。1.横通道二衬配筋计算1.11号竖井及横通道二衬计算1.1.12-2剖面（1）荷载推导地层侧摩擦角根据铁路隧道设计规范（TB10003-2005）附录B，本计算取,===2.7,侧压力系数取为0.3荷载折减系数==0.7115 隧道荷载计算：顶部：（1.35*12.27*22+1.4*20）*0.71=278.6KPa顶部侧向荷载：（1.35*12.27*22+1.4*20）*0.3=117.7KPa底部侧向荷载：（1.35*17.5*22+1.4*20）*0.3=164.3KPa（2）计算结果弯矩图15 剪力图轴力图二衬配筋计算：工况位置配筋结果内力配筋配筋率侧墙及拱顶（h=400）拱顶M129Φ18＠1500.43%侧墙跨中M11Φ18＠1500.43%拱角及侧墙底M236Φ18＠1500.43%V279构造配箍筋底板（h=500）支座M199Φ22＠1500.51%V567构造配箍筋跨中M324Φ22＠1500.51%1.1.15-5剖面1）荷载推导地层侧摩擦角根据铁路隧道设计规范（TB10003-2005）附录B，本计算取,===2.7,侧压力系数取为0.315 荷载折减系数==0.789隧道荷载计算：顶部：（1.35*8.93*22+1.4*20）*0.79=231.6KPa顶部侧向荷载：（1.35*8.93*22+1.4*20）*0.3=88KPa底部侧向荷载：（1.35*17.5*22+1.4*20）*0.3=164.3KPa（2）计算结果弯矩图15 剪力图轴力图二衬配筋计算：15 工况位置配筋结果内力配筋配筋率侧墙及拱顶（h=400）拱顶M73Φ18＠1500.43%侧墙跨中M78Φ18＠1500.43%拱角及侧墙底M239Φ18＠1500.43%V284构造配箍筋底板（h=500）支座M213Φ22＠1500.51%V516构造配箍筋跨中M264Φ22＠1500.51%1.结构抗浮验算根据乌鲁木齐轨道交通1号线工程抗浮设防、防渗水位专题报告（中间报告）（2014.01.20），植物园~迎宾路口区间的抗浮设防水位位于地表以下80~143m，故抗浮满足要求。15'