地铁结构设计计算书

目录

1. 工程概况 .............................................................................................................................. 1 1.1 区间概况 ........................................................................................................................ 1 1.2 竖井及横通道 ................................................................................. 错误!未定义书签。 1.3 工程地质、水文地质情况及地层参数 ........................................................................ 1 2. 设计依据 .............................................................................................................................. 3 2.1 依据的规范、规程 ........................................................................................................ 3 2.2 依据的地质报告文件及编号 ........................................................................................ 3 3. 设计标准 .............................................................................................................................. 3 4. 设计参数拟定 ...................................................................................................................... 4 4.1 工程材料 ........................................................................................................................ 4 4.2 最外层钢筋保护层厚度 ................................................................................................ 4 5. 荷载计算 .............................................................................................................................. 4 5.1 荷载 ................................................................................................................................ 4 5.2 荷载组合 ........................................................................................................................ 4 5.3 荷载计算方法 ................................................................................................................ 5 6. 施工竖井及横通道初期支护配筋计算 .............................................................................. 5 6.1 1号竖井初支计算 .......................................................................................................... 5 6.2 2号竖井初支计算 ........................................................................... 错误!未定义书签。 7. 横通道二衬配筋计算 ........................................................................................................ 10 7.1 1号竖井及横通道二衬计算 ........................................................................................ 10 7.2 2号竖井及横通道二衬计算 ........................................................... 错误!未定义书签。 8. 结构抗浮验算 .................................................................................................................... 15

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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）

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（1）4-4粉土（Q3 al+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（Q3 al+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（Q3 al+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（Q3 al+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。 1.3.2 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。

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2. 设计依据

2.1 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》 2.2 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》。

3. 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，

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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。

4. 设计参数拟定

4.1 工程材料

1) 混凝土:C45、P10防水混凝土； 2) 钢筋：HPB300、HRB400钢筋； 4.2 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；

5. 荷载计算

5.1 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。 5.2 荷载组合

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荷载分项系数表 编号 1 2 3 4 5 荷载组合验算工况 基本组合构件强度计算 构件裂缝宽度验算 构件变形计算 永久荷载 1.35 1.0 1.0 可变荷载 1.4 0.5-0.8 0.5-0.8 偶然荷载 地震荷人防荷载 载 1.3 1.0 抗震荷载作用下构件强度验算 1.2(1.0) 人防荷载作用下构件强度验算 1.2(1.0) 5.3 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 ： q（h1-htanB (1-1) ）水平荷载 ： pq (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c)。

6. 施工竖井及横通道初期支护配筋计算

6.1 1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。

6.2 1号竖井横通道初支计算

6.2.1 2-2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

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(0.3~0.5)c，本计算取0.422,

c(0.81)0.9(tan2c1)tanc=0.9=2.7, tan=tanc0.90.38tanctan侧压力系数取为0.3 荷载折减系数=1隧道荷载计算：

顶部：（1.35*12.27*22+1.4*20）*0.71=278.6 KPa 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=164.3 KPa

h1tanB=0.71

（2）计算结果

弯矩图

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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。

6.2.2 5-5剖面 （1）荷载推导

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地层侧摩擦角根据铁路隧道设计规范（TB10003-2005）附录B

(0.3~0.5)c，本计算取0.422,

c(0.81)0.9(tan2c1)tanc=0.9=2.7, tan=tanc0.90.38tanctan侧压力系数取为0.3 荷载折减系数=1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=164.3 KPa

h1tanB=0.789

（2）计算结果

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弯矩图

剪力图

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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。

7. 横通道二衬配筋计算

7.1 1号竖井及横通道二衬计算

7.1.1 2-2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

(0.3~0.5)c，本计算取0.422,

c(0.81)0.9(tan2c1)tanctan=tanc=0.9=2.7, 0.90.38tanctan侧压力系数取为0.3 荷载折减系数=1h1tanB=0.71

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隧道荷载计算：

顶部：（1.35*12.27*22+1.4*20）*0.71=278.6 KPa 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=164.3 KPa

（2）计算结果

弯矩图

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剪力图

轴力图

二衬配筋计算： 工况 位置 内力 配筋结果 配筋 Φ18＠150 Φ18＠150 Φ18＠150 构造配箍筋 Φ22＠150 构造配箍筋 Φ22＠150

配筋率 0.43% 0.43% 0.43% 侧墙及拱顶 （h=400） 底板 （h=500） 拱顶 侧墙跨中 拱角及侧墙底 支座 跨中 M M M V M V M 129 11 236 279 199 567 324 0.51% 0.51% 7.1.2 5-5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

(0.3~0.5)c，本计算取0.422,

c(0.81)0.9(tan2c1)tanctan=tanc=0.9=2.7, 0.90.38tanctan侧压力系数取为0.3

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荷载折减系数=1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=164.3 KPa

h1tanB=0.789

（2）计算结果

弯矩图

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二衬配筋计算：剪力图

轴力图

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工况 位置 内力 配筋结果 配筋 Φ18＠150 Φ18＠150 Φ18＠150 构造配箍筋 Φ22＠150 构造配箍筋 Φ22＠150 配筋率 0.43% 0.43% 0.43% 侧墙及拱顶 （h=400） 底板 （h=500） 拱顶 侧墙跨中 拱角及侧墙底 支座 跨中 M M M V M V M 73 78 239 284 213 516 264 0.51% 0.51% 8. 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。