地下工程课程设计计算书45正版 2副本.docx

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地下工程课程设计计算书45正版2副本

第一章设计概况

地铁是地下铁道的简称。

它是一种独立的轨道交通系统，不受地面道路情况的影响，能够按照设计的能力正常运行，从而快速、安全、舒适地运送乘客。

地铁效率高，无污染，能够实现大运量的要求，具有良好的社会效益。

而地铁车站是地下铁道的重要组成部分，它要解决客流的集散、换乘，同时也要解决整条线路行驶中的就技术设备、信息控制、运行管

理，以保证交通的顺畅、快捷、准时、安全。

车站设计本着“以人为本”的观念，坚持适用性、安全性、识别性、舒适性、经济性的原则。

本设计主要是针对城市地铁区间隧道的结构设计，主要内容为：

对区间隧道进行结构检算，求出内力。

1.1工程地质概况

线路垂直于永定河冲、洪积扇的轴部，第四纪地层沉积韵律明显，地层由上到下依次为：

杂填土、粉土、细砂、圆砾土、粉质粘土、卵石土。

其主要物理力学指标如表1

表1各层土的物理力学指标

土的类型

厚度（m）

重度γ（kN/m3）

弹性抗力系数（Mpa/m）

变形模量E（GPa）

泊松比μ

内摩擦角ф（º）

粘聚力C（Mpa）

杂填土

1.5

16

50

0.8

0.4

20

0.005

粉土

5.5

18

90

0.9

0.35

21

0.01

细砂

5.0

19

100

1.2

0.32

22

0.01

圆砾土

4.5

19.5

120

1.5

0.32

25

0.01

粉质粘土

6.0

20.0

150

1.8

0.32

23

0.02

卵石土

15.0

20.0

200

2.0

0.30

27

0.03

基岩

22

300

2.5

0.35

35

0.04

1.2其他条件

地下水位在地面以下6m处；隧道顶板埋深8m，采用暗挖法施工。

1.3设计依据

《建筑结构荷载规范》（GBJ50009-2001）

《铁路隧道设计规范》（TB10003-2001）

《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》（TB10108-2002）

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

《地下工程防水设计规范》（GB50108-2001）

《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）

《地铁设计规范》（GB50157-2003）

第2章结构设计

2.1根据给定的隧道埋深判断结构深、浅埋

可以采用铁路隧道推荐的方法，即有

上式中s为围岩的级别；B为洞室的跨度；i为B每增加1m时的围岩压力增减率。

由于隧道拱顶埋深，位于粉土层、细砂层和圆砾土层中，根据《地铁设计规范》可知，围岩为Ⅴ级围岩。

所以，

，

，

。

则有：

因为埋深，可知该隧道为。

2.2结构断面形式

采用暗挖法施工，隧道断面型式为4。

2.3结构内力计算

2.3.1土压力的计算

断面的土层状况，如下图所示：

杂填土：

.

粉土：

细砂：

地下水位：

圆砾土：

1.垂直土压力

结构顶板处所受的垂直土压力为：

结构底板埋深处的垂直土压力值为：

其中，水的压应力

有效压应力

截面穿过土层分界处的垂直土压力为:

2.侧向土压力

杂填土的侧向土压力系数为：

粉土的侧向土压力系数为：

细沙的侧向土压力系数为：

因此，顶板埋深处的侧向土压力为：

底板埋深处的侧向土压力为：

土层分界处的上下面侧向土压力分别为:

2.3.2地面荷载（附加荷载）

（1）地面车辆荷载折算等效均布荷载取：

。

（2）不同的土层引起的结构侧向压力为：

杂填土：

粉土：

细沙：

2.3.3其他荷载

（1）列车荷载

列车按六节编组，轴重t，折算等效静载：

；

（2）结构自重：

在使用Midas软件进行分析时，软件将会通过定义材料的几何特性和材料特性自动考虑结构自重。

2.3.4荷载组合

按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合,并取各自的最不利组合进行设计。

（1）按承载能力极限状态组合荷载

结构由恒载起控制作用，所以按组合荷载公式：

来计算荷载设计值。

土压力为恒载，地面荷载（附加荷载）、列车荷载为活载。

顶部竖向力设计值为：

顶部侧向力设计值为：

底部侧向力设计值为：

土层交界处的侧向力设计值：

列车荷载的设计值分别为：

（2）按正常使用极限状态进行荷载组合

按组合荷载公式“F=恒载+活载”来计算荷载设计值

顶部竖向力设计值为：

顶部侧向力设计值为：

底部侧向力设计值为：

土层交界处的侧向力设计值：

列车荷载的设计值分别为：

结构受力图如下：

2.2.5用midas软件建立计算模型

（1）地下结构是建筑在底层中的封闭式结构，就其结构本身是超静定问题，考虑结构与围岩的相互作用，由结构的变位才能确定被动荷载的范围和大小。

而结构的变位又在主动荷载和被动荷载的共同作用下发生的，所以求解过程式是一个非线性的问题。

首先建立结构有限元的模型如下图所示：

通道断面结构模型图

（注：

弹簧支撑均作用于节点上，未全部标出）

本设计采用荷载结构模型，将应用有限元方法的基本思想和弹性地基梁的理论结构midas程序的特点，完成此次设计。

输入边界条件、单元集合特性、材料特性，然后利用有限元计算软件（midas）进行结构的计算。

在midas处理后可以得到结构承载能力极限状态下和正常使用极限状态下的弯矩图和轴力图。

（2）对承载能力极限状态组合荷载建立模型得到弯矩图、轴力图。

如下：

结构断面的弯矩图（最大弯矩：

137

）

结构断面的轴力图（最大轴力：

387KN）

（3）对正常使用极限状态组合荷载建立模型得到弯矩图、轴力图。

如下：

结构断面的弯矩图（最大弯矩：

114

）

结构断面的轴力图（最大轴力：

325KN）