石家庄铁道大学地铁区间盾构隧道毕业设计.docx

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1、石家庄铁道大学地铁区间盾构隧道毕业设计工程概况 一、设计范围 本次设计范围为鼓楼站东南角站区间盾构隧道土建工程设计。 区间起讫里程为： 左线DK9+863.200DK10+439.158，其中短链0.334m，区间长575.624m； 右线DK9+910.500DK10+439.158，其中长链0.027m，区间长528.685m。 二、工程地质 天津平原浅部广泛发育一层以海相淤质土层为主,并杂以湖沼相淤质土和 近代流相粉细砂层的软弱土层。它具有厚度大、承载力低、易产生不均匀沉陷和 砂土液化的不良特性。天津市中心城市20m 以浅地层主要由全新世晚期河流相沉积地层、全新世中期海相地层、全新世早期

2、湖沼相和洪泛平原沉积地层组成。在海水入侵和上游河流的共同作用下沉积了大量的粉土和粉砂层，这部分土层往往作为一般工业和民用建筑物的持力层使用，同时它们还是天津地区主要的液化土层。 区间所处地段属冲积平原，地形较为平坦。工程涉及地层主要为第四系全新统人工填土层、新近沉积层、第海相层、第陆相层、第陆相层、第海相层、第陆相层。 本场地属稳定场地，适宜地铁建设。但场地内存在软弱地层，工程地质条件较差，应针对具体工程要求采取适宜的处理措施。 三、水文地质 天津自古被称为“九河下稍之地”，它的兴起发展源于河流沿岸，因此，地下水的复杂程度，对地下空间的修建和应用有着很大的制约，尤其对地铁的施工难度大大提高。地

3、铁工程影响范围内地下水的类型: (1) 上层滞水 上层滞水水位埋深为0 5m左右,主要以松散的人工填筑土层为含水层,下部新近沉积层和第陆相层中粘土层(3、3)为相对隔水层。部分地段与地表坑塘水体连通,接受大气降水和地表水体的补给。稳定水位受季节性变化影响极其明显,仅分布在天津市局部地区。 (2) 潜水 第四系孔隙潜水的地下水位埋深一般为0 52 5m,年平均地下水位埋深为1 61 8m,年变化幅度的多年平均值约为0 8m。高水位期出现在雨季后期的9月份,低水位期出现在干旱少雨的45月。潜水主要依靠大气降水入渗和地表水体入渗补给,故地下水位的波幅变化较大,赋存于人工填土层层、第陆相层层及第海相层

4、层的相对含水层中,以第、第陆相层的1、1层粉质粘土为相对隔水底板。潜水层一般埋深为1215m。 (3) 微承压水 赋存于第陆相层及以下粉砂和粉土中的地下水具有微承压性,第陆相层及以下的2、2、2、和2粉土、4、4、5、4、5和4粉细砂层 中的地下水为微承压水。以第、第陆相层的1、1层粉质粘土为相对隔水顶板,含水层厚度较大,分布相对稳定,微承压水稳定水位埋深3 05 0m左右,水位受季节影响不大,水位变化幅度小。微承压水接受上层潜水的越流补给,同时以渗透方式补给深层地下水。水位观测初期,该层水上升很快,一般在30min之内即完成全部上升高度的80%左右,30min之后水位上升速度变缓,经过24h

5、之后,水位一般稳定于潜水位以下。粉土中微承压性没有粉细砂层中微承压水表现的强烈。微承压水一般埋深为1270m。 表层地下水类型为第四系孔隙潜水，地下水埋藏较浅，勘测期间地下水埋深0.83.2m，主要赋存于第I海相层的粉土、粘性土与粉土互层的地层中，含水层水平、垂直向渗透性差异较大，当局部地段夹有粉砂薄层时，其富水性、渗透性相应增大。接受大气降水和地表水入渗补给，地下水具有明显的丰、枯水期变化，丰水期水位上升，枯水期水位下降，多年变化平均值0.8m。主要含水介质颗粒较细，水力坡度小，地下水径流十分缓慢。排泄方式主要有蒸发、人工开采和下渗补给下部承压水。 微承压水以第陆相层的湖沼相沉积1、1层粉质

6、粘土为主要隔水顶板，地铁工程影响范围内微承压水主要赋存于2、2、2粉土及3、3粉砂、4、4、4细砂中，以1、1层为相对隔水层。主要接受上层潜水的渗透补给，与上层潜水水力联系紧密，排泄以相对含水层中的径流形式为主，同时以渗透方式补给深层地下水。该层地下水水位受季节影响较小。微承压水水位埋深4.26.7m(高程-0.51-3.06m) ，微承压水头为隔水层顶板至稳定水位距离。 本场地表层地下水类型主要为第四系孔隙潜水，赋存于、陆相层及其以下的粉土、粉细砂层的地下水具微承压性，为微承压水。 经过勘察，已查明该区间隧道地下水位在丰水期3米左右，取为3米；在枯水期，地下水位为3.4米左右，取为3.4米。

7、 表层潜水对混凝土结构有弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具中等腐蚀，对钢结构具中等腐蚀。下部微承压水对混凝土结构具硫酸盐中等腐蚀，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀，对钢结构具中等腐蚀。 三、地面环境、建筑分布情况 鼓楼站东南角站区间西起位于南马路与南门外大街、城厢中路交叉口的鼓楼站，自天津市第一中级人民法院前南马路下出发，沿南马路东行，穿越城厢东路与荣业大街，最终到达位于南马路、通南路与东马路、和平路交叉口的东南角站。 南马路北侧为天津市中级人民法院及在建的铜锣湾广场，南马路南侧为滨江金耀亚飞汽车广场、待建滨江机电大厦的空地及23层旧式住宅区。区间外皮距滨江金耀亚飞汽车广场4层建筑12m，距

8、铜锣湾广场沿街4层建筑17m，距中级人民法院17层大厦50m以上。 四、周边交通情况 南马路是天津城区的主要交通要道，平日里交通压力比较大，有多条公交路线通行。在鼓楼站到东南角站区间中，又有城厢东路、荣业大街与其相交叉，局部的交通情况也是比较拥堵。同时，该地区多为一些居民娱乐、消费场所，在节假日时，交通最为繁忙，经常会发生交通拥堵的情况。 五、地下管线情况 南马路两侧地下管线密集，主要管线为上水、污水、雨水、煤气、电力、热力及电话等，其中雨、污水管埋藏较深，管底埋深约在2.84.3米左右，其它管线埋深均较浅。管线情况较为复杂，施工时要注意个管线的情况，避免发生管辖的破坏。 盾构管片的确定 盾构

9、管片尺寸、材料配比及相应参数的确定要考虑本地区工程地质、水文地质的情况，以及地面交通情况、地面建筑的分布和地下管线的埋设等情况。 管片的材料采用钢筋混凝土材料，其耐腐蚀强、造价相对比较低、加工制作比较容易，部分隧道联络线间的特殊部位会采用铸铁管片或钢管片。 盾构隧道的线路是由直线及曲线所组成, 为了满足盾构隧道在曲线上偏转及纠偏的需要, 应设计楔形衬砌环。 楔形衬砌环与直线衬砌环相组合，直线地段除施工纠偏外, 多采用标准衬砌环;曲线地段可通过标准衬砌环与左、右转弯衬砌环组合使用,以模拟曲线，但无法拟合竖曲线。管片需要 3种类型。 区间采用单层衬砌。具体管片尺寸：管片内径5500毫米；管片厚35

10、0毫米( (0.04-0.06)D大的取小值，小的取大值 )；管片宽度1200毫米；管片分块采用六分块：3个标准块A、2个邻接块B、1个封顶块K；管片的拼装方式采用错缝连接；管片连接方式采用弯螺栓连接；管片接触面构造形式为管片环缝设置榫槽，纵缝不设置榫槽；衬砌环的组合形式为标准环+ 左转弯环+ 右转弯环组合+ 封顶环。 荷载计算 浅埋地层计算： 因为该土层多为粘性土土质地层，且为地层设计阶段，所以采用水土合算。采用全土柱法计算，水平侧压力系数采用铁路隧道设计规范推荐的公式计算。 拱顶垂直围岩压力： P=gihi=2.219.1+1.219.5+0.219.9+0.820+1.619+3.220

11、.1+3.220.65=246.28 拱背荷载：P, =3.13.1-20.332=84 l=tanb-tanfotanb1+tanb(tanfo-tanq)+tanfotanq(tan2fo+1)tanfo tanb=tanfo+tanfo-tanq该地区岩层围岩级别为级，由规范查得 fo=40，=18 则水平侧压力系数l=0.2597 拱顶水平围岩压力：0.2597=85.77 拱底水平围岩压力：0.2597=118.43 地震荷载：盾构隧道衬砌为圆形断面，则有F1=hcKhmg/D 该地区地震烈度为7度，Kh取0.1；隧道为土质隧道，hc取0.25。 地震荷载F1为 4018.2 参照规

12、范查得土质地层的抗力，弹性抗力系数K取402.8 垂直超载：按 20 取值 水平超载：按 6 取值 深埋地层计算： 因为该土层多为粘性土土质地层，且为地层设计阶段，所以采用水土合算。采用泰沙基深埋理论计算。理论计算图为： 土层的平均容重： g=/14.6=20.08 kg/m2 土层的平均似摩擦角： f0=/20.8=13.976 竖向垂直压力sv=gbktanj(1-e-khtanj0b) 式中 b-表示上方岩体水平方向变形范围的一半。该地层中b取7.946米 K取11.5 取为1.3 h取14.6米 则有sv=221.0 拱背荷载：P,=3.13.1-20.332=84 水平侧压力：e1=

13、 (sv+P) l=0.2597=79.21 e2=(221+0.420.5+2.820.5+320.22+84)0.2597=112.0(kpa) 地震荷载：盾构隧道衬砌为圆形断面，则有F1=hcKhmg/D 该地区地震烈度为7度，Kh取0.1；隧道为土质隧道，hc取0.25。 地震荷载F1为 4018.2 参照规范查得土质地层的抗力，弹性抗力系数K取402.8 垂直超载：按 20 取值 水平超载：按6取值 经比较两截面的内力情况，选取深浅埋交界截面作为计算截面。 计算地层弹性抗力： 假定作用于两侧的水平土压力是随着衬砌向地基内位移而产生的，在衬砌水平直径的上下450中心角范围内呈三角形分布

14、。水平直径上点的土压力与衬砌向地基内的水平位移成正比。 考虑了土压力的位移d： d=d1-d2 式中，d1土、水压引起的B点位移； d2土、水压引起的与上述方向相反的B点位移； 2(p+P,)-e1-e2Re4d=0.00016374(m) 424(hEI+0.0454kRe)式中， E弹性模量Pa； P,-拱背压力 I截面惯性矩; Re-计算半径 e1-上侧水平压力 h-折减系数，取0.8 e2-下侧水平压力 - e1 K-弹性抗力系数108N/m3(五级偏弱围岩) P-上部竖向力 2(246.28+84)-118.433.14d=0.004028(m) 1084240.80.0035733

15、.4510+0.0454103.1地层弹性抗力： kd=0.004028108=4.028105(pa) 计算图示： 荷载组合计算： 荷载分项系数 分项系数 荷载类型 荷载名称 基本组合构件构件抗裂抗震偶然组合构人防偶然组合强度计算 验算 件强度验算 构件强度验算 1.35 1.35 1.35 1.35 1.0 1.0 1.0 1.0 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 结构自重 永 久 荷 载 地层压力 结构上部和受影响范围内的设施及建筑物压力 水压力及浮力 可 基本可 荷 其它可 载 变荷载 偶然荷载 地面车辆荷载及其冲击力 1.4 1.4 1.4 1.4 1.

16、0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 变 变荷载 地面车辆荷载引起的侧向土压力 温度变化影响力 施工荷载 8度地震荷载 5级人防荷载 基本组合：1.35 永久荷载+1.4 可变荷载 即竖向力为：1.35+201.4=473.878 地层反力：1.35+201.4=478.603 拱顶水平力为：85.771.35+61.4=124.19 拱底水平力为：118.431.35+61.4=168.29 标准组合：1.0 永久荷载+1.0 可变荷载 即竖向力为：1.0330.28+1.020=350.28 底层反力：1.0 (330.28+3.5)+1.020=353.78 拱顶水平力为：1.08

17、5.77+1.06=91.77 拱底水平力为：1.0118.43+1.06=124.63 地震组合：1.2 永久荷载+1.0 7度地震荷载 即竖向力为：1.2 330.28=396.336 地层反力：1.2=400.536 拱顶水平力为：85.771.2+1.04.0182=104.9422 拱顶水平力为：118.431.2+1.04.0182=146.1342 管片计算： 、基本组合荷载 结构受力图： 结构弯矩图： 结构轴力图： 数据值： PRINT ELEMENT TABLE ITEMS PER ELEMENT * POST1 ELEMENT TABLE LISTING * STAT CU

18、RRENT CURRENT CURRENT CURRENT CURRENT CURRENT ELEM NI NJ MI MJ QI QJ 1 -0.812926E+06 -0.812926E+06 -0.317030E+06 -0.312749E+06 -0.214353E+05 -0.214353E+0 2 -0.820528E+06 -0.820528E+06 -0.312749E+06 -0.300679E+06 -0.604371E+05 -0.604371E+05 3 -0.835423E+06 -0.835423E+06 -0.300679E+06 -0.281169E+06 -0

19、.976931E+05 -0.976931E+05 4 -0.857270E+06 -0.857270E+06 -0.281169E+06 -0.254790E+06 -0.132089E+06 -0.132089E+06 5 -0.885564E+06 -0.885564E+06 -0.254790E+06 -0.222323E+06 -0.162574E+06 -0.162574E+06 6 -0.919652E+06 -0.919652E+06 -0.222323E+06 -0.184742E+06 -0.188178E+06 -0.188178E+06 7 -0.958742E+06

20、-0.958742E+06 -0.184742E+06 -0.143196E+06 -0.208038E+06 -0.208038E+06 8 -0.100192E+07 -0.100192E+07 -0.143196E+06 -0.989772E+05 -0.221416E+06 -0.221416E+06 9 -0.104819E+07 -0.104819E+07 -0.989772E+05 -0.535019E+05 -0.227710E+06 -0.227710E+06 10 -0.109644E+07 -0.109644E+07 -0.535019E+05 -0.827353E+04

21、 -0.226473E+06 -0.226473E+06 11 -0.114552E+07 -0.114552E+07 -0.827353E+04 0.351470E+05 -0.217421E+06 -0.217421E+06 12 -0.119335E+07 -0.119335E+07 0.351470E+05 0.753582E+05 -0.201351E+06 -0.201351E+06 13 -0.123787E+07 -0.123787E+07 0.753582E+05 0.111247E+06 -0.179705E+06 -0.179705E+06 14 -0.127724E+0

22、7 -0.127724E+07 0.111247E+06 0.142116E+06 -0.154574E+06 -0.154574E+06 15 -0.131076E+07 -0.131076E+07 0.142116E+06 0.167575E+06 -0.127481E+06 -0.127481E+06 16 -0.133805E+07 -0.133805E+07 0.167575E+06 0.187555E+06 -0.100049E+06 -0.100049E+06 17 -0.135909E+07 -0.135909E+07 0.187555E+06 0.202320E+06 -0.

23、739296E+05 -0.739296E+05 18 -0.137420E+07 -0.137420E+07 0.202320E+06 0.212451E+06 -0.507302E+05 -0.507302E+05 19 -0.138403E+07 -0.138403E+07 0.212451E+06 0.218829E+06 -0.319386E+05 -0.319386E+05 20 -0.138955E+07 -0.138955E+07 0.218829E+06 0.222595E+06 -0.188562E+05 -0.188562E+05 21 -0.139196E+07 -0.

24、139196E+07 0.222595E+06 0.225099E+06 -0.125368E+05 -0.125368E+05 22 -0.139269E+07 -0.139269E+07 0.225099E+06 0.227842E+06 -0.137349E+05 -0.137349E+05 23 -0.139469E+07 -0.139469E+07 0.227842E+06 0.224428E+06 0.170938E+05 0.170938E+05 24 -0.138884E+07 -0.138884E+07 0.224428E+06 0.215722E+06 0.435941E+

25、05 0.435941E+05 25 -0.138689E+07 -0.138689E+07 0.215722E+06 0.209060E+06 0.333566E+05 0.333566E+05 26 -0.138511E+07 -0.138511E+07 0.209060E+06 0.203046E+06 0.301138E+05 0.301138E+05 27 -0.138208E+07 -0.138208E+07 0.203046E+06 0.196338E+06 0.335904E+05 0.335904E+05 28 -0.137651E+07 -0.137651E+07 0.19

26、6338E+06 0.187711E+06 0.431978E+05 0.431978E+05 29 -0.136726E+07 -0.136726E+07 0.187711E+06 0.176115E+06 0.580663E+05 0.580663E+05 30 -0.135342E+07 -0.135342E+07 0.176115E+06 0.160720E+06 0.770879E+05 0.770879E+05 31 -0.133434E+07 -0.133434E+07 0.160720E+06 0.140955E+06 0.989690E+05 0.989690E+05 32

27、-0.130967E+07 -0.130967E+07 0.140955E+06 0.116533E+06 0.122291E+06 0.122291E+06 33 -0.127935E+07 -0.127935E+07 0.116533E+06 0.874607E+05 0.145574E+06 0.145574E+06 34 -0.124366E+07 -0.124366E+07 0.874607E+05 0.540404E+05 0.167346E+06 0.167346E+06 35 -0.120318E+07 -0.120318E+07 0.540404E+05 0.168529E+

28、05 0.186210E+06 0.186210E+06 36 -0.115920E+07 -0.115920E+07 0.168529E+05 -0.231896E+05 0.200506E+06 0.200506E+06 37 -0.111466E+07 -0.111466E+07 -0.231896E+05 -0.647159E+05 0.207936E+06 0.207936E+06 38 -0.107109E+07 -0.107109E+07 -0.647159E+05 -0.106293E+06 0.208191E+06 0.208191E+06 39 -0.102950E+07

29、-0.102950E+07 -0.106293E+06 -0.146553E+06 0.201595E+06 0.201595E+06 40 -0.990842E+06 -0.990842E+06 -0.146553E+06 -0.184219E+06 0.188605E+06 0.188605E+06 41 -0.955986E+06 -0.955986E+06 -0.184219E+06 -0.218129E+06 0.169802E+06 0.169802E+06 42 -0.925707E+06 -0.925707E+06 -0.218129E+06 -0.247263E+06 0.1

30、45880E+06 0.145880E+06 43 -0.900674E+06 -0.900674E+06 -0.247263E+06 -0.270755E+06 0.117633E+06 0.117633E+06 44 -0.881437E+06 -0.881437E+06 -0.270755E+06 -0.287916E+06 0.859329E+05 0.859329E+05 45 -0.868417E+06 -0.868417E+06 -0.287916E+06 -0.298245E+06 0.517214E+05 0.517214E+05 46 -0.861319E+06 -0.86

31、1319E+06 -0.298245E+06 -0.301442E+06 0.160058E+05 0.160058E+05 47 -0.860868E+06 -0.860868E+06 -0.301442E+06 -0.297504E+06 -0.197181E+05 -0.197181E+05 48 -0.867644E+06 -0.867644E+06 -0.297504E+06 -0.286417E+06 -0.555151E+05 -0.555151E+05 49 -0.880926E+06 -0.880926E+06 -0.286417E+06 -0.268489E+06 -0.8

32、97704E+05 -0.897704E+05 50 -0.900426E+06 -0.900426E+06 -0.268489E+06 -0.244226E+06 -0.121496E+06 -0.121496E+06 51 -0.925724E+06 -0.925724E+06 -0.244226E+06 -0.214319E+06 -0.149751E+06 -0.149751E+06 52 -0.956268E+06 -0.956268E+06 -0.214319E+06 -0.179638E+06 -0.173662E+06 -0.173662E+06 53 -0.991388E+0

33、6 -0.991388E+06 -0.179638E+06 -0.141207E+06 -0.192436E+06 -0.192436E+06 54 -0.103031E+07 -0.103031E+07 -0.141207E+06 -0.100191E+06 -0.205379E+06 -0.205379E+06 55 -0.107215E+07 -0.107215E+07 -0.100191E+06 -0.578714E+05 -0.211910E+06 -0.211910E+06 56 -0.111598E+07 -0.111598E+07 -0.578714E+05 -0.156190

34、E+05 -0.211572E+06 -0.211572E+06 57 -0.116077E+07 -0.116077E+07 -0.156190E+05 0.251296E+05 -0.204041E+06 -0.204041E+06 58 -0.120456E+07 -0.120456E+07 0.251296E+05 0.630849E+05 -0.190055E+06 -0.190055E+06 59 -0.124541E+07 -0.124541E+07 0.630849E+05 0.972282E+05 -0.170967E+06 -0.170967E+06 60 -0.12815

35、7E+07 -0.128157E+07 0.972282E+05 0.126937E+06 -0.148760E+06 -0.148760E+06 61 -0.131241E+07 -0.131241E+07 0.126937E+06 0.151867E+06 -0.124836E+06 -0.124836E+06 62 -0.133761E+07 -0.133761E+07 0.151867E+06 0.171975E+06 -0.100687E+06 -0.100687E+06 63 -0.135716E+07 -0.135716E+07 0.171975E+06 0.187518E+06

36、 -0.778260E+05 -0.778260E+05 64 -0.137137E+07 -0.137137E+07 0.187518E+06 0.199046E+06 -0.577243E+05 -0.577243E+05 65 -0.138085E+07 -0.138085E+07 0.199046E+06 0.207381E+06 -0.417405E+05 -0.417405E+05 66 -0.138650E+07 -0.138650E+07 0.207381E+06 0.213584E+06 -0.310585E+05 -0.310585E+05 67 -0.138946E+07

37、 -0.138946E+07 0.213584E+06 0.218903E+06 -0.266316E+05 -0.266316E+05 68 -0.139104E+07 -0.139104E+07 0.218903E+06 0.224721E+06 -0.291353E+05 -0.291353E+05 69 -0.139408E+07 -0.139408E+07 0.224721E+06 0.224462E+06 0.129746E+04 0.129746E+04 70 -0.138932E+07 -0.138932E+07 0.224462E+06 0.218909E+06 0.2780

38、38E+05 0.278038E+05 71 -0.138841E+07 -0.138841E+07 0.218909E+06 0.215320E+06 0.179739E+05 0.179739E+05 72 -0.138747E+07 -0.138747E+07 0.215320E+06 0.212115E+06 0.160480E+05 0.160480E+05 73 -0.138498E+07 -0.138498E+07 0.212115E+06 0.207836E+06 0.214276E+05 0.214276E+05 74 -0.137954E+07 -0.137954E+07

39、0.207836E+06 0.201157E+06 0.334446E+05 0.334446E+05 75 -0.136993E+07 -0.136993E+07 0.201157E+06 0.190946E+06 0.511287E+05 0.511287E+05 76 -0.135517E+07 -0.135517E+07 0.190946E+06 0.176316E+06 0.732541E+05 0.732541E+05 77 -0.133459E+07 -0.133459E+07 0.176316E+06 0.156666E+06 0.983976E+05 0.983976E+05 78