毕业设计论文(城市地下工程方向)：地铁站区间隧道设计与施工.doc

1、 本科生毕业设计姓 名： 学 号： 学 院： 专 业：土木工程专业（城市地下工程方向）设计题目：上海地铁汶水路站新沪路站区间隧道设计与施工专 题：盾构施工对周围建筑物的影响及保护措施指导教师： 职 称： ZZ矿业大学毕业设计任务书学院 力学与建筑工程 专业年级 土木工程专业地下20XX 学生姓名 XX 任务下达日期： 2010年 1 月 10 日毕业设计日期： 2010 年 1 月 10 日至 2010 年 6 月 20 日毕业设计题目：上海地铁汶水路站新沪路站区间隧道设计与施工毕业设计专题题目：盾构施工对周围建筑物的影响及保护措施毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据提供的上海地铁汶水路新沪

2、路站区间隧道工程的工程资料，完成隧道衬砌结构设计和施工组织设计。结构设计内容包括隧道施工方案的比选、衬砌方案的选取及内力计算等，并编制设计计算书。施工组织设计内容应包括隧道施工准备、施工方法及辅助施工技术、施工总平面布置、施工进度计划和施工管理等内容。提交是图纸应包括：区间隧道工程施工平面总布置图；区间隧道平面图与剖面图；衬砌管片配筋图。专题要求：隧道施工常采用盾构法施工，而盾构施工时会对周围建筑物产生影响，根据查阅的资料，分析盾构施工对土体应力状态及地表变形的影响，并说明盾构法施工时应对对周围建筑物采取的保护措施。完成论文及手绘图一张。其它要求：翻译一篇与设计或专题内容相关的近3年外文文献，

3、其中文字数不少于3千字，并且附英文原文。院长签字： 指导教师签字： ZZ矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日ZZ矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日ZZ矿业大学毕业设

4、计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日ZZ矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要本毕业设计主要包括三个部分，第一部分是汶水路新沪路站区间隧道结构设计；第二部分是汶水路新沪路站区间隧道施工组织设计

5、；第三部分是专题部分，盾构施工对周围建筑物的影响及保护措施。在第一部分区间隧道结构设计中，根据隧道穿越地层的工程地质、水文地质条件和周边环境情况，通过施工方案的比选，确定盾构法施工，隧道衬砌结构平板型钢筋混泥土管片，并对其进行相应的强度和抗浮验算。第二部分是区间隧道施工组织设计，根据隧道施工方法和隧道周边的环境情况，对施工前准备工作，施工场地布置，隧道开挖与衬砌结构施工等进行设计，并编制了工程进度计划，编写了相应的质量、安全、环境保护等措施。第三部分是专题部分，内容是盾构施工对周围建筑物的影响及保护措施。结合工程实例和相关的参考资料，总结出盾构隧道对建筑物常见的破坏形式。关键词：盾构； 地表沉

6、降； 邻近建筑物； 破坏； 保护措施ABSTRACTThe design mainly includes three parts. The first part is the tunnel design of the section from Wenshui Station to Xinhu Station in Shanghai; The second part is its construction arrangement design; The third part is the Special subject whose topic is shield construction imp

7、act on the surrounding buildings and the.In the design of the first part, according to the engineering geology,hydrogeological conditions and environment around ,Flat Concrete Lining and Shield Construction has been decided through the scheme comparison and selection. After that, the strength and an

8、ti-floating checking is made.The second part is the tunnel section construction arrangement design. According to the tunnel construction methods and the environment around, the preparation before the construction, construction site layout, tunnel excavation and lining construction is designed. The p

9、roject schedule ,the quality ,the safety and the environment protection are made.The third part is the Special subject whose topic is shield construction impact on the surrounding buildings and the protection measures. With the Project examples and related reference materials, tunnel damage common f

10、orms of the building are Summarized. Key words: shield tunnelling; surface subsidence; surrounding buildings; damage; protection measures目录第一部分 上海地铁汶水路站新沪路站区间隧道结构设计1 工程概况11.1 工程位置11.2 工程规模12 设计依据12.1 自然条件12.1.1 工程地质12.1.2 气象32.2 现场条件32.2.1 沿线建（构）筑物、地下管线及障碍物32.2.2 交通状况33 隧道施工方案与衬砌选型设计33.1 隧道施工方案33.1.

11、1 明挖法33.1.2 矿山法43.1.3 顶管法43.1.4 盾构法43.1.5 方案确定43.2 衬砌选型43.3管片初步设计54 隧道计算64.1 计算原则及采用规范64.2 断面的选择及内力计算64.2.1 土层情况64.2.2 荷载计算及组合64.3 断面设计114.3.1 管片断面114.3.2 接缝张开量计算154.4 千斤顶作用下局部承压计算164.4.1 局部承压164.4.2 预埋件设计164.5 抗浮验算175 隧道主要技术经济指标185.1 开挖土方量185.2 管片用量185.3 钢筋用量18第二部分 上海地铁汶水路站新沪路站区间隧道施工组织设计1 工程概况192 隧

12、道施工准备192.1 技术准备192.1.1 技术管理体系192.1.2 测量管理192.1.3 试验管理202.1.4 施工管理202.2 施工现场准备202.2.1 施工道路202.2.2 施工给水202.2.3 排水202.2.4 施工用电202.3 施工物资的准备202.4 劳动力准备212.4.1大临设施阶段212.4.2 正常推进阶段213 施工现场总平面布置223.1 施工总平面布置原则223.2 施工平面总体布置233.2.1 施工场地布置233.2.2 施工场地布置图234 界定关键过程244.1 施工测量控制要点244.2 管片拼装控制要点244.3 衬砌防水控制要点254

13、.4 地表沉降控制要点254.5 关键过程控制人员落实255 施工方案及主要施工工序255.1 施工方案的确定255.1.1 泥水平衡盾构的原理255.1.2 土压平衡盾构的原理265.1.3 泥水平衡、土压平衡盾构的对比265.1.4 盾构施工方案确定265.2 盾构掘进的施工准备275.2.1 技术交底275.2.2 地面准备工作275.2.3 井下准备工作275.3 出洞方案275.3.1 出洞土体加固275.3.2 混凝土洞门凿除285.3.3 洞口止水帘布安装285.3.4 出洞掘进285.4 进洞方案285.4.1 进洞土体加固285.4.2 盾构接收井准备295.4.3 盾构姿态

14、的复核测量295.4.4 盾构靠上槽壁前的推进295.4.5 盾构进洞前洞门混凝土的凿除295.4.6 盾构进洞295.5 掘进施工参数295.6 管片拼装305.7 同步注浆及壁后补压浆305.8 纠偏325.9 洞门施工325.10隧道内运输325.11 弃土处理336 施工主要技术措施336.1 砂性土层施工技术措施336.2 穿越地下管线的保护措施336.3 邻近施工和既有建筑物的保护措施356.4 减少地面变形控制措施356.5 紧急预案措施367 施工进度计划368 质量、安全和环境保护措施管理378.1 质量管理378.1.1工程质量标准378.1.2 质量管理体系要素详表378

15、.2 施工质量控制388.2.1 隧道衬砌质量控制388.2.2 隧道轴线控制388.2.3 管片拼装质量控制398.2.4 地表沉降控制398.2.5 测量控制398.3 安全生产施工控制398.4 文明施工措施408.5 防汛、防台风施工措施408.5.1 防汛防台的要求408.5.2 防汛防台的发现和组织扑救顺序408.6 消防安全措施41第三部分 盾构施工对周围建筑物的影响及保护措施1 绪论421.1 引言421.2 盾构法施工原理421.3 盾构法施工对邻近建筑物影响研究现状432 盾构施工对地层的影响442.1盾构施工对土体应力状态的影响442.2盾构施工对土体变形状态的影响442

16、.3 地表沉降的表现形式462.3.1横向地表沉降462.3.2纵向地表沉降473 隧道施工对地面建筑物的影响473.1盾构隧道开挖引起的地表损害形式473.2 盾构施工对建筑物的影响503.2.1 盾构施工对浅基础建筑物的影响503.2.2 盾构施工对深基础建筑物的影响513.3 建筑物的损害形式513.4 建筑物抵抗破坏的性能513.5 已建建筑物的变形控制标准523.5.1邻近建筑物保护的标准523.5.2邻近建筑物的允许变形523.6盾构通过建筑物时的施工组织方法533.7盾构施工影响范围的确定543.8 盾构掘进对近邻建筑物影响程度的分析预测543.8.1 隔离法543.8.2 整体

17、分析法554.盾构施工对建筑物影响的控制措施554.1 主动控制措施564.2 被动控制措施575 总结58参考文献60翻译部分61致 谢71第一部分上海地铁汶水路站新沪路站区间隧道结构设计 ZZ矿业大学20XX届本科生毕业设计 第 18 页1 工程概况1.1 工程位置上海轨道交通七号线工程从市区的西北部穿越中心城区，至浦东的西南地区（龙阳路），途径宝山、普陀、静安、徐汇和浦东新区等五个主要城区，线路全长约34km，共设28座车站。本次隧道工程的设计范围是汶水路站新沪路站区间隧道，它属于上海轨道交通七号线的一部分。盾构从汶水路站南端头井下井，沿沪太路往南推进，到达新沪路站北端头井。隧道总体位于

18、沪太路下方。新沪路站站址沿沪太路布置，位于沪太路西侧的道路及绿化带下，北起行知路北侧230m，南至新沪路口，横跨行知路和新沪路。1.2 工程规模隧道设计为圆形隧道，隧道外径为6200mm，内径5500mm。该区间圆形隧道共有上行右线，下行左线两条平行隧道。上、下行线相距13.2m。隧道采用高站位低区间的驼峰状。汶水路站新沪路站区间隧道推进里程为：CK6+904.110CK7+632.200，单线长728.09m。在CK7+255.250设旁通道及泵站一处。工程最大坡度28.76，最小曲率半径R399.851m，隧道顶覆土7.318.4m左右。2 设计依据2.1 自然条件2.1.1 工程地质（1

19、）地形、地貌汶水路新沪路所处位置地形较平坦，地面标高一般在4.255.22m之间。拟建场地地貌形态单一，地貌类型属滨海平原。（2）地基土的构成与特征汶水路新沪路区间沿线地层由上至下土层主要有：1填土层，呈杂黄褐色，很湿，松散，上部主要为混凝土地坪、碎石、煤渣等，下部由粘性土等组成。该层位于地表，分布广泛。1 粉质粘土层，呈褐黄灰黄色，湿很湿，可塑软塑，中等压缩性，含氧化铁斑点及铁锰质结核，随深度增加土性渐变软。无摇震反应，土面较光滑，韧性中等高等，干强度中等高等。 淤泥质粉质粘土层，呈灰色，饱和、流塑，高压缩性。含云母、有机质，在46m夹较多量薄层粉性土，土质不均匀。摇震反应很慢，土面较粗糙，

20、韧性中等，干强度中等。 淤泥质粘土，呈灰色，饱和、流塑，高压缩性。含云母、有机质及少量贝壳碎屑，夹少量薄层粉砂，土质均匀。无摇震反应，土面光滑有油脂光泽，韧性高，干强度高等。1粘土，呈褐灰色，很湿，软塑，高等压缩性，含云母、有机质，夹少量泥钙质结核、半腐芦苇根茎，在汶水路车站南侧分布。无摇震反应，土面光滑，韧性高等，干强度高等。 粉质粘土层，呈暗绿草黄，湿稍湿，可塑硬塑，压缩性中等。含氧化铁斑点及铁锰质结核，夹少量灰白色高岭土，下部夹粘质粉土。无摇震反应，土面较光滑，韧性中等高等，干强度中等高等。1-1砂质粉土，呈草黄，饱和，中密，压缩性中等。含云母、少量氧化铁条纹，夹粉砂。摇震反应快，无光泽

21、反应，土面粗糙，韧性低等，无干强度。1-2 粉砂，呈草黄灰，饱和，中密密实，压缩性中等低等。含云母，夹粉性土。1 粘土，呈灰色，很湿，可塑软塑，压缩性中等。含云母、有机质，夹少量薄层粉砂。一般上部夹较多量薄层粉性土。无无摇震反应，土面光滑有油脂光泽，韧性高，干强度高等。（3）地基土物理力学性质表2.1 地基土物理力学性质土层编号土层名称层底标高（m）含水量W（）重度g（KN/m3）孔隙比粘聚力C（Kpa）内摩擦角（0）1填土181粉质粘土2.720.8632.018.40.921822淤泥质粉质粘土-0.94-3.1538.817.61.101221.5淤泥质粘土-10.2413.2650.5

22、16.61.441411.01粘土-10.9412.2540.617.41.171714.0粉质粘土-14.1817.2624.519.30.724716.51-1砂质粉土-18.0327.9730.418.50.871321-2粉砂-25.1827.9231.418.30.90032.51粘土-40.7042.0437.817.71.092219.5（4）地下水施工场地地下水主要有浅部土层中的潜水和深部粉性土层中的（微）承压水。据区域资料，承压水位，一般低于潜水位，浅部土层中的潜水位埋深，一般离地表面0.31.5m，年平均地下水位离地表面0.50.7m，低水位埋深为1.50m；第1层承压水位

23、埋深为311m。潜水位和承压水位随季节、气候等因素而有所变化。江河边一定距离范围内，特别是有浅层粉性土分布区，其潜水位受潮汐影响较明显。据有关资料，地下水的温度，埋深在4m范围内受气温变化影响，4m以下水温较稳定，一般为1618。根据市标岩土工程勘察规范（DGJ 08-37-2002）判定，地下水对混凝土无腐蚀性。由于拟建场地地下水水位较高，根据上海地区经验，当地下水（潜水）对混凝土无腐蚀性性时，其土对混凝土亦无腐蚀性，故判定拟建场地地下水和土对混凝土无腐蚀性。另据水质分析报告和类同工程经验判定，场地地下水对钢结构有弱腐蚀性2.1.2 气象（1）气温上海市年平均气温18.4，最高为39，最低-

24、4。（2）降水全年无霜期约230天，年平均降雨量在1200毫米左右，但一年中60的雨量集中在5至9月的汛期，汛期有春雨、梅雨、秋雨三个雨期。（3）日照全年日照时数平均为1638.2小时。2.2 现场条件2.2.1 沿线建（构）筑物、地下管线及障碍物（1）沿线建（构）筑物本段区间隧道工程沿线将穿越如下一些建构筑物：盾构从汶水路站出洞不久，就将穿越ZZ石化上海石油五八五加油站的地下油罐；穿越农行大场营业所、苏明钢材贸易、晨辉防水建筑材料厂等工业民用建筑物（2）地下管线穿越电话12孔/1.0缆、雨水/1000/1.9砼、电话12孔/1.5缆、电话18孔/3.8、污水/2000/7.0砼等一系列重要管

25、线。2.2.2 交通状况本标段工程主要沿沪太路布置，在隧道掘进至该范围内，要加强监控，做好防范措施，确保安全、顺利的通过。在汶水路车站的中部，有一通往龙珠苑小区的通道，根据招标文件要求，工程施工期间，须为该小区留设5m宽的行人和车辆通道，并确保行人和车辆的安全。3 隧道施工方案与衬砌选型设计3.1 隧道施工方案隧道施工方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件，并结合隧道断面尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定。所选择的施工方法也应体现出技术先进、经济合理及安全适用。在现有的施工条件下，根据地下工程的施工方法，本工程可选用的施工方案有：明挖法、矿山法、顶管法、

26、盾构法。以下对四种施工法进行优劣比较，并确定施工方案。3.1.1 明挖法明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回境基坑或恢复地面的施工方法。地下工程施工时，在埋深较浅的情况下，广泛采用明挖法，放坡开挖是明挖法的首选方案。明挖法的优点有：施工方法简单，技术成熟；工程进度快，根据需要可以分段同时作业；浅埋时工程造价和运营费用均较低，且能耗较少。缺点有：外界气象条件对施工影响较大；施工对城市地面交通和居民的正常生活有较大影响，且易造成噪音、粉尘及废弃泥浆等的污染；需要拆除工程影响范围内的建筑物和地下管线；在饱和的软土地层中，深基坑开挖引起的

27、地面沉降较难控制，且境内边坡稳定常常会成为威胁工程安全的重大问题。3.1.2 矿山法矿山法是城市深部地下工程常用的暗挖施工方法，具有不影响地面正常交通与生产，地表下沉量小，适用于硬、软岩层中各类地下工程，特别是对于中硬岩中。然而矿山法隧道施工的工作环境恶劣，超挖、欠挖量大，无用功多，对围岩的破坏性大，而且施工进度慢。3.1.3 顶管法顶管法是直接在松散土层或富水松软地层中敷设中、小型管道的一种施工方法。顶管法一般用于修建排水管、敷设煤气罐、输油管、动力电缆和通讯电缆的管道、地下交通隧道及桥梁的墩台等，这些管道的内径一般都在23m。内径太大和太小的管道顶进都较困难，口径超过3m的较长距离顶管综合

28、经济效益不如盾构法施工。3.1.4 盾构法盾构法盾构法是在地表以下土层或松软岩层中暗挖隧道的一种施工方法。盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶，如此不断开挖，不断拼装，并不断推进，借助盾构这种施工机械可用较快的速度完成隧道施工基本作业循环，直至隧道建成。盾构法施工隧道的优点表现在施工作业可在盾构设备的掩护下，安全的进行地下开挖与衬砌支护工作；施工时振动和噪声小，对周围居民几乎没有干扰；施工时不影响地面交通；不受气候条件影响；施工机械化程度高，施工管理容易。在土质差、水位高、埋深大的隧道施工中、有较高的技术优越性。该施工技术目前存在的主要问题是当覆土较浅时，开挖面稳定较为困难；曲率半径小的曲线段

29、施工比较困难；在饱和含水层中，防水技术要求高。自1818年法国工程师布鲁诺尔发明盾构法以来，经过一百多年的应用与发展，盾构机已经能适用于任何水文地质条件下的施工，无论是松软的，坚硬的，有地下水的，无地下水的暗挖隧道工程都可用盾构法。3.1.5 方案确定明挖法施工对城市地面交通和居民的正常生活有较大影响，易造成噪音、粉尘及废弃泥浆等的污染，且工期较长。由于本工程位处地区附近有很多居民居住，地面交通复杂且隧道埋深较深，故不适合选择明挖法施工。矿山法适用于硬、软岩层中各类地下工程，特别是对于中硬岩中。本工程工期要求工期较短，且地下水丰富，土层较软，因此不选用矿山法施工。本工程设计隧道内径为5.5m，

30、内径较大，管道顶进困难，考虑到场地以及经济效益的影响不选用顶管法施工。盾构法施工施工时振动和噪声小，对周围居民几乎没有干扰；施工时不影响地面交通；不受气候条件影响；施工机械化程度高，施工管理容易，施工过程安全性高。在土质差、水位高、埋深大的隧道施工中、有较高的技术优越性。本区间工程地质条件较为复杂，地下水丰富，工程的工期要求较紧，附近也有大量居民走动，地面交通复杂。采用盾构法施工可以很好的发挥它的优点，充分满足工程的要求，考虑到上海地铁隧道施工的一般方法，最终确定本隧道区间采用盾构法进行施工。3.2 衬砌选型盾构隧道衬砌用管片按材料可分为钢筋混凝土管片和铸铁管片、钢管片，复合管片。钢筋混凝土管

31、片有一定的强度，加工制作比较容易，耐腐蚀，造价低，是最为常用的管片形式，但是较为笨重，在运输、安装施工过程中易损坏。铸铁管片强度高，易铸成薄壁结构，管片质量轻，搬运安装方便，管片精度高，外形准确，防水性能好。但是管片金属消耗量大，机械加工量也大，价格昂贵。由于铸铁管片具有脆性破坏的特性，不宜用作承受冲击荷载的隧道衬砌结构。钢管片的优点是重量轻，强度高。缺点是刚度小，耐修饰性差，需要进行机械加工已满足防水要求。成本昂贵，金属消耗大，国外在使用钢管片的同时，再在其内浇注混凝土或钢筋混凝土内衬。复合管片外壳采用钢板制成，在壳内设钢筋，浇注混凝土，组成一个复合结构，这样其重量比钢筋混凝土管片轻，刚度比

32、钢管片大，金属消耗量比钢管片小，缺点是钢板耐腐蚀性差，加工复杂冗繁。由于隧道直径较小，埋深浅，并考虑到经济性以及国内目前的使用情况，本区间采用钢筋混凝土管片。钢筋混凝土管片一般有箱型管片和平板型管片两种形式。钢筋混凝土管片型式中，有箱型管片（或称中子型）和平板型管片。箱型管片常用于大直径的隧道。在等量材料的条件下，与平板型管片相比，箱型管片能做到抗弯刚度大、管片之间便于连接等。因而，可有效地降低造价。当然，当管片的背板厚度较小、腔格偏大时，在盾构千斤项作用下混凝土将会发生剥落、压碎等情况。平板管片是目前最常用的管片型式，常用于中小直径的隧道，在相等厚度条件下，其抗弯刚度及强度均大于箱型管片，单

33、块管片重量较重，对盾构顶力具有较大抵抗能力，正常运营时对隧道通风阻力较小。有时，在大直径隧道内也采用该型式的管片，但主要用于地面荷载大，或者穿越地面建筑群时的隧道区段，用来抵抗较大的外荷载。通过比较，平板管片安全性较高，所以，本区间采用平板型钢筋混凝土管片。3.3管片初步设计圆环的拼装形式有通缝、错缝两种。错缝拼装的优点在于能加强圆环接缝刚度，约束接缝变形，圆环近似地可按均质刚度考虑。但当管片制作精度不够好时，采用错缝拼装形式容易使管片在盾构推进过程中顶碎。通缝拼装的优点是管片拼装简单，施工速度快。由于此工程接缝刚度要求易满足，为使管片安装方便快捷，施工进度快，采用通缝拼装的形式。根据盾构隧道

34、覆土深度，周围环境，工程地质条件，综合上海地铁工程成熟的设计、施工经验，本工程盾构隧道衬砌的选择为：初步确定衬砌厚度为350mm，外径为6200mm，环宽1200mm。参考上海盾构法隧道的衬砌施工的实践经验，此隧道采用单层衬砌，衬砌采用预制平板型钢筋混凝土管片。混凝土强度为C55。隧道衬砌由六块预制钢筋混凝土管片拼装而成，成环形式为小封顶纵向全插入式。每环管片由一块封顶块，两块邻接块，两块标准块，一块封底块组成。接缝分别设置在内力较小的8、73、138处。4 隧道计算4.1 计算原则及采用规范计算原则：（1）设计服务年限100年； （2）工程结构的安全等级按一级考虑； （3）取上覆土层厚度最大

35、的横断面计算； （4）满足施工阶段，正常运营阶段和特殊情况下强度计算要求；（5）接缝变形在接缝防水措施所能适应的范围内；（6）成型管片裂缝宽度不大于0.2mm；（7）隧道最小埋深处需满足抗浮要求；采用规范：（1）混凝土结构（GB50010-2002）；（2）地下工程防水技术规范（GB50108-2001）；（3）地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999）；（4）建筑工程施工质量验收统一标准（GB50300-2001）；（5）地下铁道、轻轨交通工程测量规范（GB50308-1999）；（6）盾构法隧道施工与验收规范（GB50446-2008）；（7）混凝土结构工程施工质量验收规范（G

36、B50204-2002）。4.2 断面的选择及内力计算根据设计规范，盾构隧道衬砌的结构计算采用自由变形的弹性均质圆环法。选取隧道埋深最深的工况进行分析，根据汶水路站新沪路站区间隧道剖面图，工况里程为CK7+255.000，盾构隧道中心标高-12.418m、地面标高4.642m。结构设计时，考虑了基本使用阶段+特殊荷载组合阶段可能出现的最不利荷载组合进行结构强度、刚度和裂缝张开量等验算。4.2.1 土层情况根据工程地质剖面图，可得工况的土层地质的分布情况，见下图工况隧道断面土层分布图。4.2.2 荷载计算及组合区间隧道外径为6200mm，内径为5500mm。衬砌采用预制钢筋混凝土管片。混凝土强度

37、为C55。荷载计算取b=1m的单位宽度进行计算，同时根据管片所处地层的特征及地基土的物理力学性质，在计算水土压力时用水土分算的方法。图 4-1隧道断面土层分布图（一）基本使用阶段的荷载计算（1）衬砌自重： （4.1）式中 g衬砌自重，KPa；h钢筋混凝土容重，取为25； 管片厚度，m。将已知数值带入计算可得：g =250.35=8.75 。（2）衬砌拱顶竖向地层压力：拱顶部： （4.2）式中 Pv1 衬砌拱顶竖向地层压力，KPa；i 衬砌顶部以上各个土层的容重，在地下水位以下的土层容重取其浮重度，；hi衬砌顶部以上各个土层的厚度，m 。=107.427kPa拱背部： （4.3）式中 Pv2衬砌

38、拱背竖向地层压力，KPa；Q拱背均布荷载，KN/m； （4.4）衬砌拱背覆土的加权平均容重，； RH衬砌圆环计算半径，m。将已知数值带入计算可得： = KN/m KPa。（3）地面超载：由于本隧道埋深不是很深，故须考虑到地面超载的影响，取地面超载为20kPa，并将它叠加到竖向土压上去，故总的竖向土压力为132.332kPa。（4）侧向水平均匀土压力：=tan （45-）-2tan （45-） （4.5）式中 Ph1侧向水平均匀土压力，KPa；衬砌环直径高度内各土层内摩擦角加权平均值，（）；=15.5。c衬砌环直径高度内各土层内聚力加权平均值，KPa；=13.9 KPa。将已知数值带入计算可得：

39、 KPa。（5）侧向三角形水平土压力： （4.6）式中 Ph2侧向三角形水平土压力，KPa；RH衬砌圆环计算半径，m；0衬砌环直径高度内各土层重度的加权平均值，； 将已知数值带入计算可得： =29.091KPa。（6）静水压力：水位高为13.46m。（7）衬砌拱底反力： （4.7）式中 PR衬砌拱底反力， KPa；Pv1衬砌拱顶竖向地层压力，KPa； Pv2衬砌拱背部荷载，KPa；g衬砌自重，KPa；w水的容重，取为10KN/。将已知数值带入计算可得： KPa（二）考虑特殊荷载作用本设计中特殊荷载指人防、地震荷载等。在设计中竖向特殊荷载取Pv1=100KPa，侧向特殊荷载取Ph1=40 KPa

40、。本设计内力计算采用土层地下建筑结构和隧道工程中的计算工法。对基本使用阶段和特殊荷载阶段两种情况下可能出现的最不利荷载进行组合。取左半衬砌圆环进行分析，将其均分为九个部分，各部分分别为0、22.5、45、67.5、90、112.5、135、157.5、180，其中0表示衬砌圆环垂直直径处，22.5为0处向左量取22.5处，以此类推。计算中弯矩用M（i）表示，轴力用N（i）表示，终值由结构在各种荷载作用下得到的内力经过叠加得到。各断面内力系数表如下表4.1。表4.1 断面内力系数表荷载截面位置截面内力M（KNm）N（KN）自重0上部荷载0/2/2底部反力0/2/2水压0均布测压0测压0根据表4.1中内力计算公式，并运用Excel表格进行汇总计算，计算结果见表4.2：表4.2 管片内力计算一览表截面位置基本使用阶段特殊荷载阶段M（KNm）N（KN）M（KNm）N（KN）0128.20629.70170.26 86.0022.589.51 661.04 125.77114.0645-1.65735.71 15.36182.83 67.5-88.32 809.64 -104.81254.93 90-120.69 844.46-177.10292.50 112.5-87.93 860.93 -171.74 299