1、地鐵區間隧道結構設計計算書 PAGE 34地鐵區間山嶺隧道結構設計計算書總則對某區間隧道進行結構檢算，求出內力，并進行配筋計算。具體設計基本資料如下：1.1設計條件隧道拱頂埋深為5 m；隧道圍巖等級為III級，圍巖重度為28kN/m3，圍巖的內摩擦角=60，似摩擦角*=68，圍巖側壓力系數取為0.3。；采用暗挖法施工，隧道斷面型式為6心圓馬蹄形結構。 結構尺寸如圖所示：圖 1 隧道尺寸示意圖1.2設計原則山嶺地區的地下工程是包括鐵路、公路、水工隧道和地下儲庫等位于山嶺內部的地下建筑物。對于公路隧道而言，主體規劃設計主要考慮4個方面的問題：隧道（里面、平面）線型的選擇，需要考慮地表條件、地層條件

2、、地下水條件和既有臨近建筑及設施；隧道施工對地層的影響，需要分析地層的變形、荷載和穩定性特征，還需要考慮地下水和地層的滲透性；隧道斷面、主體及附屬結構形式的選擇，需要考慮地層的變形和剛度、襯砌的變形和剛度，以及兩者之間的相互作用；隧道防水方案，選擇全封閉方案、部分封閉部分排水方案或其他防排水方案。隧道施工方法的規劃設計主要涉及3個方面的問題：地層的開挖與出渣，需要考慮地層結構和巖石硬度的變化，還要計入地下水的作用；地層穩定性的維持，需要考慮地層的自穩特征和站立時間，對注漿或凍結等地層處理方法的適應性；地下水，包括流量與流向，流砂或管涌的可能性，以及處理方法。公路隧道結構設計應按照相關的行業規范

3、執行。如建筑結構荷載規范（GBJ 50009-2001）、人民防空工程設計規范（GB 50225-95）、公路隧道設計規范（JTG D70-2004）、錨桿噴射混凝土支護技術規范（GB 50086-2001）、混凝土結構設計規范（GB 50010-2002）、型鋼混凝土組合結構技術規程（JGJ 138-2001）、鋼結構設計規范（GBJ 50017-2003）、地下工程防水設計規范（GB 50108-2001）、公路工程技術標準（JTG B01-2003）等。圖 2 隧道位置示意圖1.3設計標準 隧道內部尺寸設計：結構凈寬16.56m結構凈高11.92m結構底板厚度550mm結構頂板厚度550

4、mm結構側板厚度550mm1.4 設計依據建筑結構荷載規范（GBJ 50009-2001）人民防空工程設計規范（GB 50225-95）公路隧道設計規范（JTG D70-2004）錨桿噴射混凝土支護技術規范（GB 50086-2001）混凝土結構設計規范（GB 50010-2002）型鋼混凝土組合結構技術規程（JGJ 138-2001）鋼結構設計規范（GBJ 50017-2003）地下工程防水設計規范（GB 50108-2001）公路工程技術標準（JTG B01-2003）1.5環保措施在本次設計中，我們采取了以下環境保護措施：選用無毒無害的防水板，避免對地下水的影響。嚴格控制降低地下水位，以

5、免地下水位降低引起地面沉降、地下管道斷裂、建筑物開裂、草木枯萎。施工場地規劃盡量減少對綠化的破壞及對交通的影響。采用有利于環境保護、符合可持續發展戰略的綠色建筑技術，選用有利于環境保護和人群健康的建筑材料及建筑裝修材料，選用的建筑材料、涂料等要符合國家的有關部門標準。各專業應積極采用不產生或少產生污染的新技術、新工藝、新材料、新設備，節約能源，循環（重復）利用資源。引進設備其污染物的排放必須達到國家工廣州市制定的標準和符合環境管理法規的有關規定。第二章結構設計2.1 根據給定的隧道或車站埋深判斷結構深、淺埋；根據公路隧道設計規范，在判定隧道深淺埋時有如下規定：在礦山法施工的條件下，級圍巖取，級

6、圍巖取。根據設計的條件，。采用公路隧道設計規范推薦的方法，即有 (2.1)上式中：s為圍巖的級別；B為洞室的跨度；i為B每增加1m時的圍巖壓力增減率，以B=5m的圍巖垂直均布壓力為準，當B5m時，取i=0.1。 由于隧道拱頂埋深5m，位于III級的圍巖中，根據公路隧道設計規范公式，則有 因為埋深，可知該隧道為淺埋隧道。2.2 計算作用在結構上的荷載； 1 永久荷載A 頂板上永久荷載a. 頂板自重（可只考慮二襯）b. 地層豎向土壓力 由于拱頂埋深5m，根據公路隧道設計規范的淺埋隧道荷載的計算方法，將地層的豎向土壓力換算成作用在支護結構上的均布荷載，即： （2.2）式中：側壓力系數，本設計取0.3

7、圍巖自重（kN/m3）隧道埋深，指坑頂至地面的距離（m）Bt坑道寬度（m）埋深在淺埋范圍內時，為便于計算，假定土體中形成的破裂面是一條與水平成的斜直線。當隧道正上方土體下沉時，帶動兩側三棱錐土體下沉，整個土體下沉，又要受到未擾動巖土體的阻力，對于無實測資料時，可按表1采用。表1各級圍巖的值圍巖級別0.9（0.70.9）（0.50.7）（0.30.5）代入數據：B 底板上可變荷載底板自重（可只考慮二襯）C 側墻上永久荷載a. 側墻自重b. 對于隧道側墻上側向土壓力地層側向壓力按的公路隧道設計規范的淺埋隧道荷載的方法計算。作用在支護結構兩側的水平側壓力為： （2.3） （2.4）當側壓力視為均布荷

8、載時 （2.5）式中：側壓力系數，本設計取0.3圍巖自重（kN/m3）隧道埋深，指坑頂至地面的距離（m）隧道底部至地面的距離（m）代入數據：2 可變荷載A 頂板上可變荷載按公路隧道設計規范6.1.4中第三條規定：當明洞上方與公路（鐵路）立交時，應考慮公路（鐵路）荷載，本設計不存在立交，故可不考慮。人行荷載可以不用考慮。B 底板上可變荷載主要為列車車輛運行的可變荷載，根據公路隧道設計規范6.1.4規定，公路車輛荷載計算應按公路工程技術標準的有關規定執行。C 側墻上可變荷載頂板上可變荷載經論證無需考慮，所以側墻上可變荷載本也無需考慮。3 偶然荷載在本設計中，僅考慮比較簡單的情況，偶然荷載可以不用計

9、算。2.3 進行荷載組合根據任務書，只需按照基本組合構件計算，1、承載能力極限狀態荷載組合采用1.35恒載+1.4活載根據以上各種計算，作用在隧道上的設計荷載有：拱頂： 設計恒載：-183.99Mpa底板： 設計恒載：-18.56 Mpa設計活載：-7 Mpa側墻（頂部）： 設計恒載： 56.7 Mpa（x方向）-18.56 Mpa（y方向） （底部）： 設計恒載： 191.84 Mpa（x方向）-18.56 Mpa（y方向）2、正常使用極限狀態荷載組合采用 恒載+活載根據以上各種計算，作用在隧道上的設計荷載有：拱頂：設計恒載：-136.29 Mpa底板：設計恒載：-13.75 Mpa設計活載

10、：-5 Mpa側墻（頂部）： 設計恒載： 42 Mpa（x方向）；-13.75 Mpa（y方向）（底部）： 設計恒載： 142.1 Mpa（x方向）；-13.75 Mpa（y方向）2.4 繪出結構受力圖 根據荷載組合值，可以分別計算出拱頂、底板、側墻和中墻的設計荷載值，如下圖：承載能力極限狀態2、正常使用極限狀態第三章 利用midas程序計算結構內力用通用有限元程序MIDAS/Civil，MIDAS/Civil是目前最先進的土木結構分析系統，它對土木建筑的分析中所需要的各種功能進行了綜合的考慮。在計算機技術方面，MIDAS/Civil所使Visual C+，因此可以充分發揮32bit視窗環境的

11、優點。以用戶為中心的輸入輸出功能使用的是精確而且直觀的用戶界面和尖端的電腦圖形技術，為土木建筑物的建模和分析提供了很大的便利。3.1 建立模型用midas軟件對結構建立有限元模型，如下圖所示。該模型共有54個節點，54個單元。3.2 定義截面形狀和材料 截面采用矩形截面，如圖所示 結構采用C30混凝土,如圖所示3.3 定義邊界條件如下圖所示： 3.4添加荷載3.4.1 定義荷載工況荷載工況如下表所示： 3.4.2 添加自重荷載 3.5定義荷載組合按承載能力極限狀態組合荷載時，結構由恒載起控制作用，所以按組合荷載公式：F=1.35恒載+1.4活載，來計算荷載設計值。 按正常使用極限狀態組合荷載時

12、，按組合荷載公式：F=恒載+活載，來計算荷載設計值。名稱自重豎向土壓力側向土壓力車輛荷載承載能力極限狀態1.351.351.351.4正常使用極限狀態1111其中，土壓力、結構自重為恒載，汽車荷載為活載。第四章結構內力分析4.1 承載能力極限狀態組合下結構內力圖4.1.1 彎矩圖4.1.2 軸力圖4.1.3 剪力圖4.2 正常使用極限狀態組合下結構內力圖4.2.1 彎矩圖4.2.2 軸力圖4.2.3 剪力圖第五章結構配筋計算根據任務書要求，結構縱向按1m考慮。結構頂板和底板按純彎構件配筋，側墻按偏心受壓構件配筋。設計時主要依據規范公路隧道設計規范（JTG B01-2003），混凝土結構設計規范

13、（GB 50010-2002）。5.1 基本條件已知某矩形截面簡支梁，截面為bh=1000mm500mm，計算跨度l=16.56m，在使用期間的基本組合和標準組合的彎矩圖如下：基本組合： 軸向 剪力y 剪力z 扭矩 彎矩y 彎矩z1基本組合I1-2416.250.00-172.460.00-73.410.001基本組合J2-2415.400.00-71.050.0023.390.002基本組合I2-2410.760.004.980.0024.670.002基本組合J3-2382.290.00106.530.00-20.370.003基本組合I3-2405.040.0034.030.00-26.

14、630.003基本組合J4-2369.310.00135.190.00-94.700.004基本組合I4-2370.060.00-14.070.00-94.910.004基本組合J5-2327.980.0088.380.00-124.960.005基本組合I5-2335.180.0044.670.00-126.940.005基本組合J6-2287.720.00150.780.00-205.370.006基本組合I6-2294.670.00-22.190.00-207.280.006基本組合J7-2243.440.0089.710.00-234.490.007基本組合I7-2242.720.00

15、-103.040.00-234.290.007基本組合J8-2189.880.0016.310.00-199.760.008基本組合I8-2182.180.00-158.610.00-197.650.008基本組合J9-2130.320.00-30.750.00-122.040.009基本組合I9-2118.340.00-190.520.00-118.750.00 9基本組合J10-2070.190.00-53.810.00-21.120.0010基本組合I10-2056.430.00-200.480.00-17.340.0010基本組合J11-2014.700.00-55.350.0084.

16、920.0011基本組合I11-2001.400.00-190.590.0088.580.0011基本組合J12-1968.510.00-38.190.00180.040.0012基本組合I12-1957.650.00-162.530.00183.020.0012基本組合J13-1935.550.00-4.640.00249.860.0013基本組合I13-1929.000.00-116.350.00251.660.0013基本組合J14-1915.040.0044.460.00280.400.0014基本組合I14-1914.730.00-50.070.00280.490.0014基本組合J

17、15-1917.180.00111.840.00255.790.0015基本組合I15-1929.130.006.360.00252.500.0015基本組合J16-1943.320.00166.600.00183.360.0016基本組合I16-1949.950.00-8.950.00181.530.0016基本組合J17-1974.500.00147.500.00126.160.0017基本組合I17-1986.130.0067.560.00122.960.0017基本組合J18-2019.060.00218.590.008.590.0018基本組合I18-2036.800.00109.2

18、50.003.710.0018基本組合J19-2075.750.00253.890.00-141.410.0019基本組合I19-2094.250.0088.060.00-146.500.0019基本組合J20-2136.650.00226.020.00-271.950.0020基本組合I20-2148.560.00-5.840.00-275.230.0020基本組合J21-2191.910.00125.860.00-323.040.0021基本組合I21-2192.700.00-111.380.00-323.260.0021基本組合J22-2234.750.0015.130.00-284.5

19、40.0022基本組合I22-2223.340.00-226.090.00-281.400.0022基本組合J23-2262.290.00-103.220.00-149.450.0023基本組合I23-2245.320.00-210.370.00-144.780.0023基本組合J24-2279.910.00-89.240.00-24.640.0024基本組合I24-2267.300.00-239.540.00-21.170.0024基本組合J25-2296.920.00-118.110.00122.240.0025基本組合I25-2278.100.00-212.800.00127.410.0

20、025基本組合J26-2293.540.00-138.680.00212.130.0026基本組合I26-2280.900.00-107.290.00215.610.0026基本組合J27-2302.560.0018.050.00251.770.0027基本組合I27-2308.520.0066.780.00250.130.0027基本組合J28-2305.840.00193.470.00146.630.0028基本組合I28-2336.890.0057.720.00138.090.0028基本組合J29-2351.970.00192.490.0038.590.0029基本組合I29-2358

21、.770.00-88.840.00-36.720.0029基本組合J30-2376.880.00-170.110.0024.460.0030基本組合I30-2402.470.00-146.080.0031.490.0030基本組合J31-2441.620.00-243.910.00148.040.0031基本組合I31-2482.420.00-94.390.00159.260.0031基本組合J32-2540.210.00-173.950.00239.450.0032基本組合I32-2563.190.00-16.600.00245.770.0032基本組合J33-2625.120.00-66.

22、200.00270.470.0033基本組合I33-2621.770.0093.980.00269.550.0033基本組合J34-2680.210.0073.480.00219.400.0034基本組合I34-2643.360.00263.420.00209.270.0034基本組合J35-2679.790.00263.700.0072.620.0035基本組合I35-2661.950.00148.250.0067.710.0035基本組合J36-2706.460.00156.880.00-54.340.0036基本組合I36-2728.590.00136.930.00-88.280.003

23、6基本組合J37-2766.430.00149.080.00-202.680.0037基本組合I37-2723.830.00-77.050.00-86.450.0037基本組合J38-2727.470.00-57.020.00-32.830.0038基本組合I38-2729.380.00-26.360.00-22.810.0038基本組合J39-2732.110.00-6.140.00-9.810.0039基本組合I39-2732.650.00-17.810.00-9.660.0039基本組合J40-2747.880.001.340.00-3.070.0040基本組合I40-2748.150.

24、00-13.210.00-3.000.0040基本組合J41-2755.460.006.940.00-0.490.0041基本組合I41-2755.510.00-9.230.00-0.480.0041基本組合J42-2755.890.0011.220.00-1.280.0042基本組合I42-2755.710.00-3.450.00-1.330.0042基本組合J43-2754.720.0016.970.00-6.730.0043基本組合I43-2754.180.006.570.00-6.880.0043基本組合J44-2738.020.0025.560.00-19.730.0044基本組合I

25、44-2737.040.0017.620.00-20.010.0044基本組合J45-2713.450.0034.890.00-41.000.0045基本組合I45-2712.220.0018.850.00-41.340.0045基本組合J46-2681.600.0033.810.00-62.400.0046基本組合I46-2679.090.0075.990.00-63.090.0046基本組合J47-2641.920.0088.080.00-128.700.0047基本組合I47-2637.730.0095.250.00-129.850.0047基本組合J48-2594.600.00104.

26、010.00-209.530.0048基本組合I48-2592.110.005.240.00-210.220.0048基本組合J49-2543.670.0010.290.00-216.410.0049基本組合I49-2555.030.00-215.020.00-213.280.0049基本組合J50-2521.730.00-218.380.00-118.020.0050基本組合I50-2558.830.00-137.030.00-107.820.0050基本組合J51-2504.200.00-164.000.00-17.670.0051基本組合I51-2536.070.00-100.290.0

27、0-8.900.0051基本組合J52-2480.080.00-150.800.0066.360.0052基本組合I52-2506.420.00-67.670.0073.600.0052基本組合J53-2460.230.00-137.960.00135.320.0053基本組合I53-2472.070.0046.610.00138.570.0053基本組合J54-2440.450.00-49.000.00139.750.0054基本組合I54-2458.920.00135.230.00144.830.0054 基本組合 J1-2443.890.0025.820.0081.010.00標準組合：

28、 軸向 剪力y 剪力z 扭矩 彎矩y 彎矩z1標準組合I1-1789.810.00-127.750.00-54.380.001標準組合J2-1789.190.00-52.630.0017.320.002標準組合I2-1785.750.003.690.0018.270.002標準組合J3-1764.660.0078.910.00-15.100.003標準組合I3-1781.510.0025.210.00-19.730.003標準組合J4-1755.040.00100.140.00-70.150.004標準組合I4-1755.600.00-10.420.00-70.310.004標準組合J5-17

29、24.430.0065.470.00-92.570.005標準組合I5-1729.760.0033.090.00-94.040.005標準組合J6-1694.600.00111.690.00-152.120.006標準組合I6-1699.760.00-16.440.00-153.540.006標準組合J7-1661.810.0066.450.00-173.690.007標準組合I7-1661.270.00-76.330.00-173.550.007標準組合J8-1622.130.0012.080.00-147.970.008標準組合I8-1616.430.00-117.490.00-146.4

30、00.008標準組合J9-1578.010.00-22.780.00-90.400.009標準組合I9-1569.140.00-141.120.00-87.960.009標準組合J10-1533.470.00-39.860.00-15.640.0010標準組合I10-1523.280.00-148.510.00-12.840.0010標準組合J11-1492.370.00-41.000.0062.910.0011標準組合I11-1482.510.00-141.180.0065.620.0011標準組合J12-1458.160.00-28.290.00133.370.0012標準組合I12-14

31、50.110.00-120.400.00135.580.0012標準組合J13-1433.740.00-3.440.00185.090.0013標準組合I13-1428.890.00-86.180.00186.420.0013標準組合J14-1418.540.0032.930.00207.710.0014標準組合I14-1418.320.00-37.090.00207.770.0014標準組合J15-1420.130.0082.850.00189.480.0015標準組合I15-1428.980.004.710.00187.040.0015標準組合J16-1439.490.00123.410.

32、00135.820.0016標準組合I16-1444.400.00-6.630.00134.470.0016標準組合J17-1462.590.00109.260.0093.450.0017標準組合I17-1471.210.0050.050.0091.080.0017標準組合J18-1495.600.00161.920.006.360.0018標準組合I18-1508.740.0080.930.002.750.0018標準組合J19-1537.590.00188.070.00-104.740.0019標準組合I19-1551.290.0065.230.00-108.510.0019標準組合J20

33、-1582.700.00167.420.00-201.440.0020標準組合I20-1591.530.00-4.330.00-203.870.0020標準組合J21-1623.640.0093.230.00-239.290.0021標準組合I21-1624.220.00-82.500.00-239.450.0021標準組合J22-1655.370.0011.210.00-210.770.0022標準組合I22-1646.920.00-167.470.00-208.450.0022標準組合J23-1675.770.00-76.450.00-110.700.0023標準組合I23-1663.20

34、0.00-155.830.00-107.250.0023標準組合J24-1688.820.00-66.100.00-18.250.0024標準組合I24-1679.480.00-177.430.00-15.680.0024標準組合J25-1701.420.00-87.480.0090.540.0025標準組合I25-1687.480.00-157.630.0094.380.0025標準組合J26-1698.920.00-102.720.00157.130.0026標準組合I26-1689.550.00-79.470.00159.710.0026標準組合J27-1705.600.0013.370

35、.00186.490.0027標準組合I27-1710.010.0049.470.00185.280.0027標準組合J28-1708.030.00143.310.00108.610.0028標準組合I28-1731.030.0042.760.00102.280.0028標準組合J29-1742.200.00142.590.0028.580.0029標準組合I29-1747.240.00-65.810.00-27.190.0029標準組合J30-1760.650.00-126.010.0018.130.0030標準組合I30-1779.610.00-108.210.0023.340.0030標

36、準組合J31-1808.610.00-180.680.00109.670.0031標準組合I31-1838.830.00-69.920.00117.980.0031標準組合J32-1881.640.00-128.850.00177.390.0032標準組合I32-1898.660.00-12.280.00182.070.0032標準組合J33-1944.530.00-49.030.00200.350.0033標準組合I33-1942.040.0069.670.00199.670.0033標準組合J34-1985.280.0054.410.00162.510.0034標準組合I34-1957.9

37、80.00195.170.00155.010.0034標準組合J35-1984.940.00195.290.0053.790.0035標準組合I35-1971.720.00109.870.0050.150.0035標準組合J36-2004.650.00116.130.00-40.250.0036標準組合I36-2021.050.00101.500.00-65.390.0036標準組合J37-2049.040.00110.360.00-150.130.0037標準組合I37-2017.490.00-57.000.00-64.030.0037標準組合J38-2020.160.00-42.310.0

38、0-24.310.0038標準組合I38-2021.570.00-19.450.00-16.890.0038標準組合J39-2023.570.00-4.620.00-7.260.0039標準組合I39-2023.980.00-13.120.00-7.150.0039標準組合J40-2035.250.000.920.00-2.270.0040標準組合I40-2035.450.00-9.710.00-2.210.0040標準組合J41-2040.850.005.070.00-0.360.0041標準組合I41-2040.890.00-6.760.00-0.340.0041標準組合J42-2041.

39、170.008.240.00-0.940.0042標準組合I42-2041.040.00-2.480.00-0.970.0042標準組合J43-2040.310.0012.500.00-4.980.0043標準組合I43-2039.910.004.940.00-5.090.0043標準組合J44-2027.960.0018.860.00-14.610.0044標準組合I44-2027.230.0013.120.00-14.810.0044標準組合J45-2009.780.0025.770.00-30.360.0045標準組合I45-2008.870.0014.040.00-30.620.004

40、5標準組合J46-1986.210.0024.970.00-46.220.0046標準組合I46-1984.350.0056.360.00-46.730.0046標準組合J47-1956.850.0065.180.00-95.340.0047標準組合I47-1953.750.0070.630.00-96.190.0047標準組合J48-1921.840.0076.990.00-155.220.0048標準組合I48-1919.990.003.950.00-155.730.0048標準組合J49-1884.150.007.550.00-160.310.0049標準組合I49-1892.580.0

41、0-159.270.00-158.000.0049標準組合J50-1867.940.00-161.830.00-87.420.0050標準組合I50-1895.430.00-101.520.00-79.860.0050標準組合J51-1854.960.00-121.500.00-13.070.0051標準組合I51-1878.570.00-74.290.00-6.580.0051標準組合J52-1837.100.00-111.700.0049.170.0052標準組合I52-1856.610.00-50.120.0054.530.0052標準組合J53-1822.390.00-102.190.

42、00100.250.0053標準組合I53-1831.160.0034.530.00102.660.0053標準組合J54-1807.740.00-36.300.00103.530.0054標準組合I54-1821.430.00100.180.00107.290.0054 標準組合J1-1810.290.0019.130.0060.010.005.2 頂板配筋計算5.2.1 設計條件通過上述數據，我們發現在使用期間頂板承受的最大正彎矩和最大負彎矩值為最大正彎矩：280.49kN.m 對應軸力：1914.73kN最大負彎矩：-323.26kN.m 對應軸力：2192.7kN5.2.2 計算過程截面尺寸：計算長度 ： 彎矩設計值，軸力設計值,偏心矩： 附加偏心矩： 初始偏心矩：偏心距增大系數： ，取 所以構件長細比對截面曲率影響的系數則偏心矩增大系數：則計算偏心距為：因此，可按大偏心受壓構件進行計