地铁结构设计计算书.docx
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地铁结构设计计算书
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）
（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。
1.3.2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。
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，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
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
1.35
1.4
2
构件裂缝宽度验算
1.0
0.5-0.8
3
构件变形计算
1.0
0.5-0.8
4
抗震荷载作用下构件强度验算
1.2（1.0）
1.3
5
人防荷载作用下构件强度验算
1.2（1.0）
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：
（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
）。
6.施工竖井及横通道初期支护配筋计算
6.11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。
6.21号竖井横通道初支计算
6.2.12-2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B
，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
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。
6.2.25-5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0.3
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
弯矩图
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。
7.横通道二衬配筋计算
7.11号竖井及横通道二衬计算
7.1.12-2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=
=0.71
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
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
M
129
Φ18＠150
0.43%
侧墙跨中
M
11
Φ18＠150
0.43%
拱角及侧墙底
M
236
Φ18＠150
0.43%
V
279
构造配箍筋
底板
（h=500）
支座
M
199
Φ22＠150
0.51%
V
567
构造配箍筋
跨中
M
324
Φ22＠150
0.51%
7.1.25-5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0.3
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
弯矩图
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
M
73
Φ18＠150
0.43%
侧墙跨中
M
78
Φ18＠150
0.43%
拱角及侧墙底
M
239
Φ18＠150
0.43%
V
284
构造配箍筋
底板
（h=500）
支座
M
213
Φ22＠150
0.51%
V
516
构造配箍筋
跨中
M
264
Φ22＠150
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。
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