隧道衬砌配筋ansys验算毕业设计

目录目录1第1章绪论111概论1111课题研究的目的1112课题研究的意义112概述2121设计内容和范围2122设计依据2第2章工程概况321场地环境322工程地质、水文地质条件3221岩土的分层及其特征3222地震烈度及抗震评价4223水文地质概况423工程主要材料4231混凝土4232钢筋及钢材4第3章结构设计531设计原则、标准及规范5311设计原则5312主要技术标准6313主要遵循规范632设计原理及计算方法的选择733结构选型7331结构形式7332衬砌断面的选择734荷载计算相关原理及公式8341荷载计算依据8342荷载计算11343荷载效应组合1335衬砌内力计算14351建立模型14352加载及求解15353结果输出1536配筋及裂缝检算20361配筋计算20362裂缝检算21第4章隧道施工组织2341施工方法的选择2342开挖方法的选择2343工程特点、难点及相应对策2444总体施工2445场地布置26451布置原则、依据26452场地布置步骤2746工期概要说明2747主体工程施工方法28471控制测量28472主体施工前的结构施工29473主体结构施工31474施工工艺45第5章防水设计4951结构防水的设计原则、等级和设防所依照的标准4952防水措施49521结构自防水49522柔性防水层53523一些特殊部位采取的防水措施56第6章监控量测6061施工中监控量测的目的6062监测项目与内容6063量测项目的确定及量测手段的选择61631选定量测项目要求掌握的主要内容62632测点布设6264监测方法63641地表沉降监测63642拱顶下沉监测64643隧道收敛变形6565监控量测数据处理及信息反馈65651信息反馈的主要内容65652净空位移分析反馈66653围岩内位移及松动区分析与反馈67654围岩压力分析与反馈67655喷层应力分析与反馈67656地表下沉分析与反馈67第7章结论68参考文献69致谢70附录A外文翻译71AA原文71AB译文76附录B83石家庄铁道大学毕业设计1第1章绪论11概论111课题研究的目的进入21世纪，我国地铁建设步入了快速发展的阶段，各大城市地铁建设项目竞相开工。地下铁道，简称地铁，是服务于城市客运交通的运量大、速度快、安全可靠、准点舒适的快速公共运输系统。实践证明，地铁具有高效、节能、环保、运量大、速度快、安全性好、占用城市道路面积少、防空好等优点，对解决城市交通堵塞，改变城市布局，实现城市环境和交通综合治理，引导城市走可持续发展之路起到了很大的作用。地铁所到之处交通压力缓解、楼宇兴旺、土地增值。随着经济的发展，地铁必将有着越来越广阔的发展空间。目前，我国大中城市的交通现状较差，主要表现在交通拥挤，行车速度减缓；混合用道交通模式造成交通秩序混乱；私人汽车数量增速迅猛，耗能多，污染严重。而造成这以严重后果的原因主要是道路及基础设施滞后于车辆数量的发展和人口密集，客流量大，缺乏科学管理。国内外的经验证明，发展地铁不但能够有力的解决城市交通问题，并且能够更好的促进城市建设、繁荣城市经济和加速实现城市现代化。本次课题研究正是为了更好的改变我国乃至世界城市交通现状，为我国地铁发展添砖加瓦。112课题研究的意义现代城市发展的特征是纵向和横向的双向运动。纵向发展的主要标志是，市中心区的高层建筑林立及地下结构的多层化趋势；横向发展的特征是，城市人口向周边地区扩散。上班时，城市人口向市中心区凝聚，下班时，城市人口向郊区扩散。凝聚和扩散并存构成了当代城市的矛盾运动，而地铁将成为这一矛盾运动的主要载体。地铁不仅具有运量大、速度快、安全、准时，而且有节省能源、不污染环境等优点，更可以在建筑群密集而不便于发展地面和高架轨道交通的地区发展。另外地铁是现代城市的重要标志，反映一个城市的现代化程度。十几年来的上海地铁发展就是一个简单的例子，上海地铁从无到有，到规划为十一条线路，二百多公里的里程，给这座城市带来了翻天覆地的变化。可以说地铁是一座城市发展到一定程度不可缺少的标志，是一座城市综合实力的体现。研究地铁的意义主要有以下几点第一，可以缓解城市交通压力。城市交通问题，已经成为现代人无法回避的通病。石家庄铁道大学毕业设计2经济发展，汽车数量增长速度远远快于城市道路的扩张速度。地铁这歌交通的特点就是到达的快捷性和可靠性，运载能力强，能够在很短的耗时间运输大量的人群。运行中不发生塞车，是城市中最可靠的交通工具。第二，增加地铁交通体系，可以使城市规划更加科学和合理。第三，可以节约能源。缓解对是有、天然气消耗的压力。第四，可以减少污染。第五，可以节省时间，因为中途不会塞车，速度较其他传统交通工具要快。地铁有许多优于其他交通手段的特点，这就在形势上要求必须发展地铁的设计和施工方法，而且我国地铁现在正处在快速发展的时期，这就更加要求地铁相关技术的发展来匹配地铁的快速发展，这正是研究地铁设计和施工的意义所在。12概述121设计内容和范围以沈阳地铁一号线一期工程南市站青年大街站区间隧道工程为工程背景，主要进行以下内容其中包括了内力计算、衬砌结构验算、超前支护选择和施工、防水设计、施工组织、监控量测等内容。122设计依据1沈阳市城市轨道交通建设规划；2沈阳市地铁一号线一期工程总体设计（最终版），铁道部第三勘察设计院，2005年2月；3沈阳市地铁一号线工程总体设计咨询审查意见，中国国际工程咨询公司，2003年7月；4沈阳市地铁一号线一期工程初步设计技术要求（试行稿），铁道部第三勘察设计院，2005年7月；5沈阳市地铁一号线一期工程初步设计文件组成与内容，铁道部第三勘察设计院，2005年7月；6沈阳市地铁一号线一期工程初步设计文件编制统一规定，铁道部第三勘察设计院，2005年7月；7沈阳市地铁一号线一期工程技术接口文件（试行稿），铁道部第三勘察设计院，2005年7月；8地铁设计规范（GB501572003）。石家庄铁道大学毕业设计3第2章工程概况21场地环境本区间线路从南市站起，沿十一纬路向东，到青年大街站。该段地面现况路面起伏不大，地面高程在42904402M之间。区间全长93974M，隧道底板最大埋深22M（覆土厚度16M）、最小埋深161M（覆土厚度99M）。十一纬路是城市交通主干道，现状为7条单行线加1条反向公交车道，目前道路交通非常拥堵。场地内的地下管网密集，包括给水、电信、电力、热力、煤气、排污等在内的地下管线。道路两侧为现有企事业单位、商铺和住宅。线路邻近重要建构筑物有七宝山饭店（15层）、沈阳人寿保险大厦（17层）、中国移动通信公司（14层）、金豪大厦（20层）、中国建设银行（12层）及沈阳电业新村3楼（14层）。建筑物基础以筏基、箱基为主，基础埋深在地下510M之间。本段区间采用暗挖法施工。22工程地质、水文地质条件221岩土的分层及其特征根据钻探揭示，本工点勘察深度范围内的地层结构由第四系全新统人工填筑层（Q4ML）、第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层（Q42AL）、第四系全新统浑河新扇冲洪积层（Q41ALPL）、第四系上更新统浑河老扇冲洪积层（Q32ALPL）组成。本工点采用矿山法施工，隧道开挖上、下一倍洞径范围内的地层主要由粉质粘土、中粗砂、砾砂、圆砾等地层组成，围岩类别为类。矿山法需在无水条件下施工，因此应进行施工降水。由于围岩不稳定，易坍塌，应采取辅助施工措施。其中第四系全新统人工填筑层（Q4ML）主要由杂填土组成，第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层（Q42AL）由粉质粘土、中粗砂、砾砂和圆砾等组成，第四系全新统浑河新扇冲洪积层（Q41ALPL）则由粉质粘土、粉细砂、中粗砂、砾砂和圆砾等组成。具体对其岩土工程分析与评价如下1根据国家标准中国地震动参数区划图（GB183062001），该场地地震动峰值加速度为010G对应于抗震设防烈度7度，场地特征周期TG为035S。石家庄铁道大学毕业设计42根据波速测试成果，依据铁路工程抗震设计规范（GBJ11187）该区间场地土类型为类（杂填土为类），场地类别为类。3勘察场地20M深度范围内存在饱和砂土地层，根据铁路工程抗震设计规范（GBJ11187）判定结果，勘察场地的饱和砂土在设计烈度为7度时为不液化土层，本场地为非液化场地。222地震烈度及抗震评价主体结构的抗震设防类别为乙类，结构的地震作用应符合7度抗震设防烈度的要求，混凝土结构按抗震等级三级进行构造处理。223水文地质概况本场地地下水类型主要为第四系孔隙潜水及下部多层微承压水，其中潜水、微承压水均赋存于第四系粘性土、粉土及砂类土中。勘察期间，本工点各勘探孔在勘察深度内均遇见地下水，地下水类型为孔隙潜水，稳定水位埋深在460570M,相当于绝对标高38023908M。本区间水样分析结果表明，地下水和环境土对混凝土结构和钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀，采取常规的防护措施。23工程主要材料231混凝土混凝土强度选择1初期支护C20、C25网喷混凝土；2二次衬砌C30、C35钢筋混凝土，抗渗等级S8；3设计使用年限为100年的结构，其混凝土所用材料及外加剂应满足北京轨道交通工程现浇混凝土结构早期裂缝控制技术要求等文件所规定的技术要求；4本工程采用混凝土还应满足预防混凝土工程碱集料反应技术管理规定（试行）（京TY599）的要求。232钢筋及钢材1钢筋采用HRB335、HPB235级。2钢支撑、钢板、型钢Q235钢筋、钢板、型钢的性能和质量必须符合国家标准。石家庄铁道大学毕业设计5第3章结构设计31设计原则、标准及规范311设计原则1区间隧道设计应满足城市规划、运营、施工、防水、防腐蚀的要求，其结构应具有足够的强度和耐久性，以满足使用期间的需要。2地铁工程土建结构设计应具有足够的耐久性,地下结构主体按100年的使用寿命进行设计。3隧道结构设计应根据所在地段的工程地质和水文地质条件，线路埋置深度，地面建筑及地下结构物的现状，道路交通情况，结合城市整体规划的要求，进行技术、经济、工期、环境影响等方面的综合比较，选择合适的施工方法和结构型式。4隧道施工时引起的地面变形和沉降应控制在设计范围以内，设计中必须根据周围环境、建筑物的基础情况、地下管线对变形的敏感程度来采取稳妥且可靠的措施在此基础上再进行设计施工；暗挖法区间隧道的地面变形沉降量一般控制在30MM以内，隆起量控制在10MM以内；穿越主要建筑物或地下管线时，应按实际情况确定，在空旷地区可适当放宽。5区间隧道的净空尺寸应满足地下铁道的建筑限界、使用功能、施工工艺等要求，并考虑施工误差、测量误差、结构变形和后期沉降的影响。6结构设计应尽量减少施工中和建成后对环境造成的不利影响，并应考虑城市规划引起周围环境的改变时对地下结构的影响。7区间隧道在结构、地基、基础或荷载发生显著变化的部位，或因抗震要求必须设置变形缝时,应采取可靠的工程技术措施，确保变形缝两边的结构不产生影响正常行车的差异和轨道的曲率变化。变形缝的形式、宽度和间距应根据允许纵向沉降曲率、沉降差、防水和抗震要求等确定。8结构设计应根据结构类型，使用条件及荷载特点等，选用与其特点相适应的结构设计规范和设计方法。9结构按7度地震烈度进行抗震验算，并在结构设计时采取相应的构造处理措施，以提高结构的整体抗震能力。10地下结构须具有战时防护功能。在规定设防部位，结构设计按6级人防的抗力标准进行验算，并设置相应的防护设施。石家庄铁道大学毕业设计611施工竖井等临时结构宜尽量结合车站或区间永久结构一并考虑，如两者无法合建，在满足施工需要的前提下，应尽量减小临时工程的规模，节省工程投资。12结构的计算模式应符合结构的实际工作条件，并反映结构和周围地层的相互作用关系，避免对周围环境产生过大的影响。13结构设计应采取防止杂散电流腐蚀的措施，钢结构及钢连接件应进行防锈处理。14结构防水应满足国家颁发的地下工程防水技术规范的有关规定；结构设计中应遵照防水考虑优先于结构考虑的原则。15两条单线隧道之间宜设联络通道，通道内宜设防火卷帘门或防火门。312主要技术标准1结构的安全等级为一级，重要性系数取11。2结构的地震作用应符合7度抗震设防烈度的要求。3结构设计按最不利地下水位情况进行验算。4钢筋混凝土构件（不包括临时、支护构件）正截面的裂缝控制等级为三级，即允许出现裂缝。防水混凝土的构件的裂缝宽度迎水面不大于02MM，背水面不大于03MM，内部非防水混凝土构件的裂缝宽度均不大于03MM。5结构中主要构件的耐火等级为一级。6结构须具有战时防护功能及平战转换功能。在规定的设防部位，结构设计按6级人防的抗力标准进行验算，并设置相应的防护设施。7衬砌结构变形验算直径变形2D（D为隧道外径）。8地铁结构防水等级为级。9地铁结构防火等级为一级。313主要遵循规范1地铁设计规范（GB501572003）2地下铁道工程施工及验收规范（GB5029919992003年版）3地下工程防水技术规范（GB501082001）4混凝土结构设计规范（GB500102002）5建筑地基基础设计规范（GB500072002）6建筑结构荷载规范（GB500092001）7建筑工程抗震设防分类标准（GB502232004）8建筑结构可靠度设计统一标准（GB500682001）石家庄铁道大学毕业设计79建筑抗震设计规范（GB500112001）10铁路隧道设计规范（TB100032001）11锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB500862001）12铁路隧道喷锚构筑技术规范（TBJ101082002）32设计原理及计算方法的选择在这里，选择结构力学的方法对该地铁结构进行设计计算，所谓结构力学方法即是将支护和围岩分开考虑，而且将支护结构作为主要的承载体，而支护结构的计算方法采用的是弹性支撑法。弹性支撑法的特点就是将衬砌结构离散为有限杆系的单元体，进而把弹性抗力作用范围内的连续围岩离散成为若干条彼此不相关的矩形岩柱，该矩形岩柱的一个边长是衬砌的纵向计算宽度，一般情况下取为单位长度，而另一边长是两个相邻的衬砌单元的长度一半之和。33结构选型331结构形式本区间隧道有两种结构断面形式，分别为隧道标准断面、隧道扩大断面。均采用复合式衬砌，标准断面的初衬厚度为350MM，二次衬砌的厚度为550MM（仰拱厚度350MM）；扩大断面的初衬厚度为350MM，二次衬砌的厚度为600MM（仰拱厚度350MM）。在初衬与二衬之间设置柔性外包防水层。332衬砌断面的选择根据隧道各区段在隧道施工中所占的比重及断面尺寸，选隧道标准断面为主要计算断面，其形状和尺寸见下图31。石家庄铁道大学毕业设计8图31区间地铁结构标准断面图34荷载计算相关原理及公式建立荷载结构模型，作用在结构上的荷载按照荷载类型分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载三类，进而对这三类分别作用在不同断面上时加载和计算，得出结论，用于结构配筋设计和进一步的结构抗裂验算。341荷载计算依据1结构自重钢筋混凝土重度为25KN/M3。2地层压力根据该隧道所处的地层判断为土质地铁隧道。地铁设计规范在条文说明中指出土质隧道可用下述通用的方法计算地层压力竖向压力填土隧道和浅埋暗挖隧道，一般可以按计算断面以上全部土柱质量计算竖向压力。水平压力石家庄铁道大学毕业设计9在地下铁道结构计算中，主动土压力一般采用郎肯土压力理论。对于黏性土而言还需要考虑黏结力的影响，即按郎肯主动土压力系数确定，公式如下AIAICQE231PIAICQE232式中，IE、IE计算截面I处的主动、被动土压力KPA；A、P郎肯主动、被动侧压力系数，且有2/45TAN02A；2/45TAN02P；IQ计算截面I处的竖向土压力KPA；土的内摩擦角0；C土的黏结力KPA。3水压力计算水压力时要先区分用水土分算和水土合算。在地下结构的使用阶段，无论砂性土或黏性土，都应根据正常的地下水位按安全水头和水土分算的原则确定。由于本地铁隧道的设计处于使用阶段，故应采用水土分算的原则。水土分算时，地下水位以上的土采用天然容重，水位以下的土采用有效容重计算土压力，另外再计算水压力的作用。其中，土的有效容重为SW33其中W为水的容重，且取W10KN/M。4地面车辆荷载及其冲击力竖向压力一般情况下，地面车辆荷载可按一定的公式方法简化为均布荷载。当覆盖层厚度较小时，可按局部均布压力计算。在道路下方的浅埋暗挖车站主体，地面荷载可按10KPA的均布荷载计算，并且不计算冲击力的影响。当无覆盖层时，地面车辆荷载则应按集中力考虑，并求出最不利荷载的位置。水平压力地面车辆荷载传递到地下结构上的水平压力，可按式35计算OZAOXPP34式中，A侧向压力系数；0ZP地面车辆荷载的竖直方向的压力KPA。5地面超载地面超载为20KPA。6地震荷载石家庄铁道大学毕业设计10本地铁隧道设计中计算水平地震荷载主要考虑的是垂直隧道纵轴方向。区间主体横截面上的地震荷载该隧道两个断面均为马蹄形断面。对于马蹄形曲墙式衬砌，其均布的水平惯性力可按照以下公式求得FGMKFHGMKFHCHC221111（35）上式中C综合影响系数，与工程重要性、车站主体埋深、地层特性等有关，规范中建议，对于岩石地基，C02，非岩石地基，C025；HK水平地震系数，7度地区，HK01；8度地区，HK02；9度地区，HK04；此处为01；1M上部衬砌质量KG；H下部衬砌的高度M，即从起拱线开始向下至仰拱二次衬砌的垂直距离；2M仰拱质量KG；F仰拱的矢高M，即仰拱处圆弧弓部的弦高；洞顶上方土柱的水平惯性力G2上MKFHC36式中，M上上方土柱的重量KG。主动侧向土压力增量地震时由于地层的内摩擦角要发生变化，根据地震反应分析与振动台试验，地面加速度最大时刻出现在液化土的孔压比为小于1一般为0506时，此时土体并没有完全液化，只是刚度比未液化时下降很多，因此应该对液化土的刚度作折减。折减系数的具体取值与构筑物抗震设计规范基本一致。将原来的值减少为,其中为地震角，在7度地震区130；8度处3；9度处6。因此，结构一侧的主动侧向土压力增量为IAAIQE37式中，2/45TAN02A；2/45TAN2OA。结构另一侧的主动土侧向土压力增量可按上述数值反对称布置。石家庄铁道大学毕业设计11342荷载计算1计算土压力A竖向土压力资料中的水位标高为38166M，而所选断面处的地面标高为4338M。按最不利水位标高计算水位标高以上的土压力689471188161871181HIQKPA再计算水位标高以下到隧道顶部的竖向土压力砾砂81018WSKPA中粗砂3435810518WSKPA6555752215838802HQKPA331506894655521QQQ上KPA4238078833150下竖QKPA表31地层地质分布编号土层名称容重KN/M3厚度IH（M）CKPA（0）11杂填粗砂1825034343中粗砂185363034砾砂182503431粉质粘土1973515345圆砾2127501011杂填粗砂1862322834砾砂1844034343中粗砾21245010B水平土压力求水平土压力要用到土的粘结力C和内摩擦角，这里根据各个土层的厚度加权平均得上C238KPA上2374O上C285KPA下O8621则有石家庄铁道大学毕业设计124202/742345TANO2）（上A7522/742345TANO2）（上P4602/862145TAN2OA下222/862145TANO2）（下P根据公式31有上IE04215033223842060054KPA下IE046238422854601284213KPA2静水压力与水浮力的计算HQWW水位标高取最大值38166M最不利，则658805989W上QKPA251592705989W下QKPA水的浮力在施工阶段可以不考虑。3地面车辆荷载及其冲击力设计资料给出地面超载为20KPA，故竖向荷载20OZPKPA水平力根据公式34有482047240OZAOXPP上上KPA292042850OZAOXPP下下KPA4地震荷载计算结构的水平惯性力该隧道结构可简化为马蹄形衬砌，其均布的水平惯性力可根据式35计算。本隧道地基为非岩石地基故式中综合影响系数C025；又隧道处于7度地震区HK01。1F02501108598/85312KPA21F02501457498/09951126KPA洞顶上方土柱的水平惯性力由式36得2F02501150333758KPA主动侧向土压力的增量该隧道为7度地震区故O3，则根据式37有AK50994331504204501PEAK03315331504504602PE结构另一侧的主动侧向土压力增量则可按上述值反对称布置。石家庄铁道大学毕业设计13343荷载效应组合结构的计算荷载应根据永久荷载、可变荷载和偶然荷载这三类荷载同时存在的可能性进行最不利组合进行计算，由于拟建场地处于地震基本烈度7度区内，故而结构荷载仍然需考虑偶然荷载组合，即三种荷载都要考虑。1地下结构荷载组合标准荷载组合永久荷载荷载分项系数可变荷载荷载分项系数基本荷载组合永久荷载荷载分项系数可变荷载荷载分项系数偶然荷载组合永久荷载荷载分项系数偶然荷载荷载分项系数2荷载组合分项系数表32荷载组合分项系数荷载类型荷载名称分项系数基本组合构件强度计算构件抗裂验算抗震偶然组合构件强度验算人防偶然组合构件强度验算永久荷载结构自重135101212地层压力135101212结构上部和受影响范围内的设施及建筑物压力135101212水压力及浮力135101212可变荷载基本可变荷载地面车辆荷载及其冲击力1410地面车辆荷载引起的侧向土压力1410其它可变荷载温度变化影响力1410施工荷载1410偶然荷载8度地震荷载105级人防荷载103按表32所示组合，则有基本荷载组合上部竖向荷载Q1503388651351420435623KPA上部水平荷载E160058865135148420803KPA下部水平荷载E210579815925135921437069KPA其中水平荷载为梯形均布荷载。标准荷载组合（构件抗裂验算）上部竖向荷载Q15033886520426258KPA石家庄铁道大学毕业设计14上部水平荷载E160054886584157104KPA下部水平荷载E2105251592592274248KPA其中横向荷载为梯形均布荷载。偶然组合上部竖向荷载Q1503388651228678KPA上部水平荷载E160054886512802156724KPA下部水平荷载E21057981592512267320728KPA主体结构的均布水平惯性力11F/2156KPA；21F/2563KPA，为矩形均布荷载；洞顶上方土柱水平惯性力F23758KPA，为集中力；主动侧向土压力的增量1E/2225495KPA梯形均布荷载；2E/275165KPA梯形均布荷载35衬砌内力计算351建立模型该地铁隧道所处的级围岩中，二次衬砌作为主要承载结构设计，建模时应用荷载结构模型，并用ANSYS软件进行模拟，单元类型为二维梁单元，梁高按二次衬砌实际的厚度考虑，梁单元宽度为单位宽度。围岩抗力采用弹簧单元模拟，弹簧施加的范围及数量应该根据试算中结构的变形情况进行不断地调整和更新及优化，围岩弹性抗力系数K按照规范选值，仅当结构产生了方向指向围岩方向的位移时才添加弹簧单元。计算时参照表33，在这里取级围岩弹性抗力系数为100MPA/M，取C30钢筋混凝土的弹性模量E310GPA，泊松比U02，重度R25KN/M3对结构进行建模计算。在此基础上对此区间隧道标准断面55进行模型的建立及求解。表33各地层地质物理力学指标围岩级别弹性抗力系数K（MPA/M）5001200200500100200100石家庄铁道大学毕业设计15352加载及求解在ANSYS中，按照基本组合、标准组合与偶然组合分别进行加载及求解计算。353结果输出在ANSYS中，根据变形图对所加弹簧进行反复修改，直至所有的弹簧都处于受压状态。基本组合、标准组合和偶然组合相关截图如下图32310图32基本组合模型图石家庄铁道大学毕业设计1633基本组合轴力图（N）图34基本组合弯矩图（NM）石家庄铁道大学毕业设计17图35标准组合模型图图36标准组合轴力图（N）石家庄铁道大学毕业设计18图37标准组合弯矩图（NM）图38偶然组合模型图石家庄铁道大学毕业设计19图39偶然组合轴力图（N）图310偶然组合弯矩图（NM）石家庄铁道大学毕业设计2036配筋及裂缝检算361配筋计算地铁区间结构能够满足强度上的要求，这就意味着在主体结构中必须根据规范计算来配置一定数量的钢筋，使结构达到所需的强度要求。根据相关材料整理部分计算所需数据截面尺寸BH11000MM550MM，仰拱截面尺寸BH11000MM550MM，混凝土强度等级为C30813CDFMPA，采用钢筋HRB335280SDSDFFMPA，560B。取50SSAAMM，又由模型周长和划分单元的份数可知计算长度在01M上下波动，则长细比HL/0时，按小偏心受压构件计算。截面受压区高度按照0H计算取值。偏心压力作用点至钢筋SA的合力作用点的距离可用下式计算SSAHEE2/0311则所需纵向钢筋截面面积可按下式计算501020SSDCDSSSAHFBHFNEAA312然后根据所需钢筋面积和钢筋的几何尺寸选择一定数量和合适型号的钢筋。2对截面拱顶、拱肩、拱腰、拱脚、仰拱五处节点进行配筋在具体计算中应不局限在这几个节点，对ANSYS输出的一些重要节点及其周围节点的所受弯矩和轴力选择最不利节点计算，如下表34所示石家庄铁道大学毕业设计21表34截面配筋节点弯矩/KNM轴力/KNE0/MM判断结果X/MMSE/MM拱顶33422281009098603229大32292251拱脚54923872285459803483大34832248拱肩31524841266680603599大35992249拱腰1372383574651903453大34532249仰拱1842001920253702899大289522513配筋结果全部按照最小配筋率来配筋，即0002，由此得到的配筋面积为1100MM2，实际配筋用618，配筋面积为1527MM2，由此而得的实际配筋率为，因此配筋满足要求。二衬的配筋图见附图1。362裂缝检算裂缝检算时用ANSYS计算的标准组合的弯矩和轴力进行验算。看图37明显看出拱脚的弯矩最大，所以选取墙脚点进行裂缝检算。看ANSYS中的内力列表的拱脚的弯矩M428105NM。按公式313验算。0809112MAXTEEQSSKFDCEW313式中，裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，当02时，取02；当10时，取10；对直接承受重复荷载的构件，取10；SK按荷载短期效应标准组合计算的受弯构件纵向受拉钢筋的应力；SE受拉钢筋的弹性模量；C最外一排纵向受拉钢筋保护层厚度（以MM计），当C20时，取C20，当C65时，取C65；EQD纵向受拉钢筋等效直径（MM）；TE按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率，当TE001时，取TE00100305402501000501527TESTEAA001，所以取TE001；TEA有效受拉混凝土面积对轴拉构件为构件截面面积，对受弯构件则取00200030540100050015271石家庄铁道大学毕业设计221/2梁高以下的混凝土截面面积。根据混凝土结构设计规范（GB500102002），取最大的E0/H00462M的情况，应采用串筒、溜槽，采用插入式振捣器，振捣时间为1020S，并以混凝土开始泛浆或不再冒气泡为准。当浇注拱部混凝土时，应在两侧模板上预留浇注窗口，两侧水平均匀灌注。采用表面振动器，每次浇注厚度为200MM，移动距离距应与已浇注混凝土搭接100MMD混凝土振捣时，振捣棒应该等距离插入，均匀的捣实全部混凝土，插入点距离应该小于振捣半径，前后两次振捣棒的作用范围应该相互重叠，避免漏捣或过捣，振捣时严禁触及钢筋和模板。顶部浇筑混凝土时，采用附壁式振捣器振捣，混凝土的振石家庄铁道大学毕业设计53捣时间宜定为1030S，以混凝土开始出浆而不冒泡为准。E隧道拱顶处的混凝土灌注采用泵送挤压混凝土施工工艺，拱顶设计三个灌注孔，自后向前连续灌注。F混凝土灌注完毕，待终凝后应及时采用喷、洒水养护。拆模与养护拆模和养护防水混凝土应严格控制拆模时间，不仅应保证混凝土的强度，而且拆时混凝土的表面温度与周围气温的温差应20。过早拆模使混凝土过早暴露在大气中，由于与周边温差过大而产生内部应力使混凝土开裂。拆模后应及时洒水养护，并保持表面湿润，养护期14天，以防止硬化期间产生干裂，形成渗水通道。522柔性防水层夹层防水法是随着新奥法的发展而发展的，具体做法就是在喷射混凝土的初期支护上铺设塑料板或膜为主体材料的防水隔离层，然后再进行二次衬砌混凝土的浇注。实践证明，夹层防水结构不仅防水效果好，而且可以减小二次衬砌的收缩裂缝的宽度。复合式衬砌的夹层防水结构根据初支表面凹凸情况，一般防水隔离层背后加设缓冲和导水的垫层，并采用无钉孔铺设法，以保护防水隔离层免遭破坏和提高防水效果。5221夹层防水用材料和标准如前所述，防水隔离层材料用厚度为20MM的EVA防水板，由于其伸长性和焊接性良好，一般表面有一层彩色薄膜，一旦破坏很容易发现。EVA防水板采用热熔法粘贴固定于基面的圆垫圈上，固定点应牢固，以免浇筑混凝土时发生脱落。防水板间搭接采用双焊缝焊接，搭接宽度为10CM。单条焊缝的有效焊接宽度不应小于100MM，焊接严密，不得焊焦、焊穿。缓冲层材料聚乙烯（PE）泡沫卷材，厚度4MM05MM，幅宽1200MM50MM，表观密度45KG/M35KG/M3拉伸强度不小于04MPA，断裂延伸度不小于100。5222基面处理喷射混凝土基面的表面应尽量做整平处理，达到基面平整、洁净、干燥，无明显的凹凸，无外露的铁丝或钢筋等物的效果；两凸出体的高度和距离之比，拱部不大于1/8，其他部位不大于1/6，否则应进行基面处理。拱墙部分自拱顶向两侧将基面外露的钢筋头、铁丝、锚杆、排水管等尖锐物切除锤平，并用砂浆抹成圆曲面。基层表面的气孔、凹凸不平、蜂窝、缝隙、起砂等，应修补处理，基面必须处理干净、无浮浆、无水珠。欠挖超过5CM的部分需作处理。石家庄铁道大学毕业设计54仰拱部分用风镐修凿，清除回填渣土和喷射混凝土回填料。隧道断面变化或突然转弯时，阴角应用125水泥砂浆抹成55CM的倒角。检查各种预埋件是否完好；喷射混凝土强度要求达到设计强度。5223缓冲垫层的铺设基面处理完毕并达到要求后，即可铺设缓冲层。施工时，将无纺布钉在初期支护的基面上，铺设时采用专用的塑料垫圈作固定点，使用射钉枪水泥钉通过垫圈中央打入喷射混凝土中，用以固定无纺布。垫片距拱部0508M，起拱线以下1012M，固定点呈梅花形布置。施工时应注意将水泥钉垂直钉入混凝土面，并不得超过垫片平面，以防刺破防水板。采用点粘法热熔固定于防水板上，防水板的搭接宽度为50MM。底板和顶板的卷材铺设完毕后，及时浇注80MM厚的混凝土保护层，以免后续施工对防水板造成破坏。在所有铺设卷材的转角部位均应做成钝角或圆角，顶板转角部位应先铺设同材质的防水卷材加强层。阴角或阳角分别用水泥砂浆抹成半径大于或等于15CM、5CM的圆弧。防水板铺设完毕后应对其进行全面的检查，发现破损部位及时进行补焊，补丁应剪成圆角，不得有三角形的或四边形等尖角存在。在铺设过程中另外需要注意的有将垫衬横向中线同隧道主体中线对齐。由拱顶向两侧边墙铺设。采用与防水板同材质的专用的直径80MM专用塑料垫圈压在垫衬上，并使用射钉或胀管螺丝锚固。垫衬缝搭接宽度不小于5CM。锚固点应垂直基面并不得超出垫圈平面，锚固点呈梅花形布置。锚固点间距，拱部为06M，边墙为11M，变化断面、转角部位和凹凸处应适当增加锚固点，并尽量设在凹处。5224防水板铺设防水板的铺设多采用无钉（暗钉）铺设法。无钉铺设法实先在喷射混凝土基面上用明钉铺设法固定缓冲层，然后将防水板热焊或粘合在缓冲层垫圈上，使防水板无穿透钉孔。A混凝土施工时防水板的保护底板防水层可使用细石混凝土保护。衬砌结构钢筋绑扎时不得划伤或戳穿防水板，钢筋头采用塑料帽保护。焊接钢筋时，用非燃物（如石棉瓦）隔离。石家庄铁道大学毕业设计55浇筑混凝土时，振动棒不得接触防水层。B施工工艺及要点无钉铺设防水板见图51。铺设要点EVA防水板需进行环向铺设，相邻的接缝要错开，边铺边与圆垫片热熔焊接，结构转角处错开不小于规定值。防水板铺设时不得拉得太紧，应留出适当搭接余量。防水板长短边的搭接均以搭接线为准，防水搭接处采用双焊缝焊接，焊缝宽度不小于10MM，且均匀连续，不得有假焊、漏焊、焊焦、焊穿等现象。防水板铺设应自上而下进行，铺设时根据基面平整度的不同，应留出足够的富余，防止浇筑混凝土衬砌时因防水板绷得太紧而拉坏防水材料或使衬砌背后形成积水空隙。在检查焊接质量和修补质量时，严禁在加热的情况下进行，更不能用手撕。质量检验用5注射针与压力表相接，用打气筒在双焊缝间充气。当压力达到01015MPA，保持时间1MIN，说明焊缝合格。如压力下降，证明有未焊好之处，应实施补焊。5225质量检验在洞外检查防水板及土工布的颜色、厚度、合格证是否符合要求。首先是无纺布检查满铺初期支护表面，要求无空洞、开裂，垫片数量足够。其次为防水板外观检查搭接长度、焊缝宽度符合规范要求，无漏焊、假焊，防水板不紧绷也不起鼓，喷射混凝土塑料圆垫片无纱布缓冲层水泥钉铁垫片找平层防水板图51防水板的铺设示意图石家庄铁道大学毕业设计56板面与混凝土面密贴，塑料板无划破、扯破现象。防水板焊接质量检测防水板铺设应均匀连续，焊缝宽度不小于20MM，搭接宽度不小于100MM，焊接应平顺、无褶皱、均匀连续，无假焊、漏焊、焊过、焊穿或夹层等现象。对小洞、烤焦、焊穿处用剪刀裁下一小块防水板，宽度至少比损坏部分大50MM，并用热风焊枪沿周边连续焊接，并作真孔检查。5226混凝土施工时防水板的保护底板防水层可采用细石混凝土保护。衬砌结构钢筋绑扎时不得划伤或戳穿防水板，钢筋头处采用塑料帽保护。焊接钢筋时，用非燃物（如石棉板）隔离。523一些特殊部位采取的防水措施施工缝、变形缝等是防水的薄弱环节，因此必须按照规范规定和设计要求认真施作。5231施工缝防水环向施工缝从仰拱至拱墙，贯穿隧道的全环，采用中埋式钢边橡胶止水带进行防水；水平施工缝采用遇水膨胀止水条防水。止水带与防水板之间通过热熔焊接的方式进行固定，当无法进行焊接固定时，可采用双面粘贴的丁基胶粘带进行粘贴，粘带的厚度不得大于15MM。施工防水的具体几点要求有施工缝表面凿毛处理时，不得损坏止水带。水平施工缝浇注混凝土前，将其表面浮浆清除，先铺一层净浆，再铺35CM厚的11水泥浆，并及时浇注混凝土；施工时要对其材质、性能、规格进行检查，符合设计要求，无裂纹和气泡。先施工结构中预埋的一半止水带，应用止水带钢筋夹固定或通过边孔的钢丝固定在结构钢筋骨架上，并用两块挡头板牢牢固定住，避免混凝土灌注过程中止水带的移位。止水带不得打孔或用铁钉固定。拆模时和进行施工缝凿毛处理时，应仔细保护止水带，以防被破坏。后施工的结构在灌注前，必须对止水带加以清洗。浇注和振捣第一段混凝土时，应观察止水带的位置是否发生移动，必要时边浇注和振捣混凝土边用手将止水带扶正，应注意止水带中线与结构中心线之间的偏离误差不得大于20MM。中埋式钢边橡胶止水带利用铁丝拉展固定在结构钢筋上，并利用挡头模板的支持作用将止水带固定，为避免止水带在混凝土浇注时跑位，加强挡头板支持系统，并具有一定的刚度。如图52示。水平施工缝采用的是遇水膨胀止水条，在下部侧墙浇筑完成时在其顶面按止水条的位置预埋木条，待混凝土初凝后将木条取出，形成预留的凹槽，进行下一节段施工石家庄铁道大学毕业设计57时，将遇水膨胀止水条安放在凹槽内，止水条用铁丝拉接固定在定位扁铁条上。当止水带与膨胀橡胶条交叉连接时，先将遇水膨胀橡胶条从中间剖开，从两侧将止水带包住，必要时交接部位的两侧用水泥钉将遇水膨胀橡胶条固定在混凝土基面上，这样可保证两种密封材料的连续性。止水带安装的横向位置，用钢卷尺量测内模到止水带的距离，与设计位置相比，允许偏差为5CM。而对于止水带安装的纵向位置，通常止水带以施工缝或伸缩缝为中心两边对称，用钢卷尺检查，要求止水带偏离中心的允许偏差为3CM。背贴式橡胶止水带施工时，先按设计要求在需要安装止水带的位置放出安装线，又施工缝处设计有防水板和橡胶止水带，故采用粘接法将其与防水板粘接。施工缝防水见图52和图53图52水平施工缝施工示意图石家庄铁道大学毕业设计58图53环向施工缝施工示意图5232变形缝变形缝的施工为避免止水带局部出现卷边或接头粘接不牢，在施工中应采取以下几项措施选购止水带时应按图纸要求选购长度能够满足底板加两侧墙板的长度尺寸，如长度不能满足要求而需接长时，可采用氯丁型801胶结剂粘结，并用木制的夹具夹紧，最好采用热挤压粘结方法，以保证粘结效果。止水带安装过程中的支模和其他工序施工中，要注意不应有金属一类的硬物损伤止水带。浇注混凝土时，应先将底板处的止水带下侧混凝土振捣密实，并密切注意止水带有无上翘现象；对墙板处的混凝土应从止水带两侧对称振捣，并注意止水带有无位移现象，使止水带始终居于中间位置。为便于施工，变形缝中填塞的衬垫材料应改用聚苯乙烯泡沫塑料板或沥青浸泡过的木丝板。变形缝是由于结构两侧不同刚度、不均匀受力及考虑到混凝土结构胀缩而设置的允许变形的结构缝隙，它的防水处理也是结构防水中关键环节。按照要求，在模筑内部结构变形缝断面中部埋设PVC250宽橡胶止水带。止水带的定位和固定止水带采用铁丝将止水带拉展固定在结构钢筋上，利用盒式模板支持作用将止水带中部与变形缝重合。为避免止水带在混凝土浇筑时跑位，应加强对盒式端头模板支持系统，并具有一定的刚度。变形缝处的混凝土灌注和振捣在浇注一侧混凝土时，为防止另一侧的橡胶止水带受到破坏，另一侧挡头板应做成箱形进行保护。竖直向止水带两边混凝土要加强振捣，保证缝边混凝土自身密实，同时将止水带与混凝土表面的气泡排除。水平向止水带待止水带下充满混凝土并充分振捣后，剪断固定止水带的铁丝，放平止水带并压出少量混凝土浆，然后浇筑止水带上部混凝土，振捣上部混凝土时要防止止水带的变形。总之，止水带处的混凝土应浇注密实并充分振捣，保证止水带处部位混凝土的密实性，但振捣时严禁振捣棒接触止水带，以免破坏或移动止水带而影响了防水效果，所以在混凝土浇筑时，采用分层铺料，分层振捣的操作方法。具体步骤如下当混凝土分层铺料至止水带面时，混凝土下料超过止水带35CM，并在止水带外侧斜向止水带底部插入振动器振捣。振捣时间在50S左右，移动距离40CM，使止水带下部混凝土密实。下层振捣完成后，再铺上层，振捣时间与下层相同。变形缝接水槽的施工方法石家庄铁道大学毕业设计59为保护变形缝不受损坏并且干燥、美观，采用变形缝处设接水槽的方法。接水槽的安装中仍然要重视防水措施和安装的平整度。安装不锈钢槽的施工方法及要求在变形缝两面侧10CM处采用切割机开槽面，槽深宽3CM5CM，要求槽口两侧平整；清洗草面，要求无浮尘，颗粒，平整度小于2CM；涂氯丁型801胶与两侧槽面粘接橡胶条，橡胶条宽50CM；对槽口两侧立面涂上EAA环氧1号浆，要求均匀且不露白；嵌入不锈钢接水槽；上好铁压条，压条钻孔孔距25CM，膨胀螺丝直径8CM，压条厚25MM，宽25CM，安装不锈钢接水槽，最后上好铁压条，并固定紧固；涂上EAA环氧3号浆，再压条，上后批，上砂浆保护层，与混凝土基面找平。变形缝防水图见图54图54变形缝施工示意图石家庄铁道大学毕业设计60第6章监控量测61施工中监控量测的目的工程中监控量测主要目的有1保证施工安全。浅埋暗挖法施工的地铁区间隧道会不同程度地对周边环境产生一定的影响，因此，通过及时、准确的现场监测结果判定地铁隧道结构的安全及周边环境的安全，并及时反馈施工，调整设计、施工参数，减小结构及周边环境的变形，保证工程安全。2监测施工引起的地表变形。根据地表变形的发展趋势决定是否采取保护措施，并为确定经济、合理的保护措施提供依据。3控制各项监测指标。根据已有的经验及规范要求，检查施工中的各项环境控制指标是否超过答应范围，并在发生环境事故时提供仲裁依据。4验证支护结构设计，指导施工。地下结构设计中采用的设计原理与现场实测的结构受力、变形情况往往有一定的差异，因此，施工中及时的监测信息反馈对于设计方案的完善和修正有很大的帮助。5总结工程经验，提高设计、施工技术水平。地下工程施工中结构及周边环境的受力、变形资料对于设计、施工总结经验有很大帮助。62监测项目与内容1地质和支护状态现场观察开挖面附近的围岩稳定，围岩构造情况，支护变形与稳定情况，准确掌握围岩情况。2岩体（岩石）力学参数测试抗压强度RB、变形模量E、黏聚力C、内摩擦角、泊松比。3应力应变测试岩体原岩应力，围岩应力、应变，支护结构的应力、应变。4压力测试支护上的围岩压力、渗水压力。5位移测试围岩位移（含地表沉降）、支护结构位移。以上监测项目，一般分为应测项目和选测项目。应测项目是现场量测的核心，它是设计、施工所必需进行的经常性量测。选测项目是由于不同地质、工程性质等具体条件和对现场量测要取得的数据类型而选择的测试项目。由于条件的不同和取得的信息不同，在不同的工程中往往采用不同的测试项目。但对于一个具体隧道工程来说，石家庄铁道大学毕业设计61对上述列举的项目不会全部应用，只是有目的地选用其中的几项。本隧道工程的具体四项必测监测项目及监测方法如表61所示。表61隧道现场监控量测项目及量测方法序号项目名称方法及工具布置量测间隔时间115D16D1个月13个月3个月以上1地质和支护状况观察岩性、结构面产状及支护裂缝观察和描述，地质罗盘等开挖后及初期支护后进行每一施工循环进行一次2周边位移各种类型收敛计每5100M一个断面，每断面23对测点12次/D1次/2D12次/周13次/月3拱顶下沉水准仪、水准尺、钢尺或测杆每5M一个断面12次/D1次/2D12次/周13次/月4地表下沉水准仪、水准尺每2M一个断面，每断面至少11个测点，每隧道至少2个断面。中线每520M一个测点开挖面距量测断面前后2B时，12次开挖面距量测断面前后5B时，1次/D开挖面距量测断面前后5B时，1次/周63量测项目的确定及量测手段的选择量测项目的确定主要是依据围岩条件、工程规模及支护方式。量测项目通常分为必测项目A和选测项目B。必测项目指施工时必须进行的常规测量，用来判别围岩稳定及衬砌受力状态，指导设计施工