《地下工程》课程设计地铁区间盾构隧道建筑限界的确定与横断面设计.doc

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1、 目录一、 目的 2二、 设计资料 2三、 隧道设计 2四、 管片衬砌结构设计 8五、 轨道设计 13六、 参考文献 13七、 附表 14地铁区间盾构隧道建筑限界的确定与横断面设计一. 目的: 通过课程设计,使学生掌握地铁区间隧道车辆轮廓线、车辆限界、设备限界和建筑限界的计算过程与影响因素，车辆类型，支护结构类型，轨道类型，受电弓知识，直线与曲线隧道计算超高的办法及其对隧道建筑限界的影响等知识，使学生能够在任一速度和曲线半径下，选择车型和轨道设计，进行隧道衬砌选择和衬砌管片的选择，并且设计出管片的厚度和二次衬砌的厚度（若需要），绘出给定条件下的隧道建筑限界图（车辆轮廓线图、车辆限界图、设备限界

2、图和建筑限界图），并给出具体控制点的坐标值，绘出单（复）线隧道直线和曲线条件下的衬砌内轮廓图，绘出衬砌设计图，绘出管片设计图等。二设计资料：取之于“广州地铁某线某区间盾构隧道设计”。 圆形盾构地铁区间隧道，底层参数为： 粉粘土，上覆地层高12.0m，容重18.0kN/m3，地面超载20.0kN/m3，侧压力系数0.5，地基抗力系数30.0MPa/m。设计要求：1) 直线隧道，时速80km/h2) 曲线段隧道，时速70 km/h，半径750m，车型B1,减震轨枕。三隧道设计：本隧道设计选择B1车型中的下部受流型车型，其车辆主要参数如下：1. 车辆长度： 19000mm2. 车辆宽度： 2800m

3、m3. 车辆高度： 3800mm 4. 车体重量：1) 空车： 24000kg（钢车）2）重车： 42600kg（钢车）车辆轮廓线B1型计算车辆轮廓线坐标值（mm）如下表：点号01234562728X0840950112912291299131813321387Y380038003750363635383406331530773063点号29 3078910d11d12dX14131358140014001400125512551255Y2621260518601100600600355160点号13d14d15d16d17d20d212223X144014411230106510658188

4、18717.5717.5Y160120858516516500-25点号24252612e13e14eX676.5676.50-1255-1428-1428Y-258080222222190注：表中第09、10d点是车体上的控制点；第11d点是车轴上轴箱的控制点；第12d15d点是转向架构架下受流器的控制点；第16d20d点为下部受流转向架构架上的控制点；第21、22点为车轮踏面上的控制点；第23、24点为轮缘上的控制点；第25、26为连接在车轴上的齿轮箱最低点；第2730点为信号灯预留位置。 车辆限界车辆限界坐标值（隧道内直线）（mm)如下表：点号0123456272829X09111073

5、1250134814161433143314981516Y3859386737903672357234393347310930942501点号78910d11d 12d13d14d15d16dX1540148014751294.51294.513081494149412851120Y1740980 4814833031601601202124点号17d20d212223242526X1104.5852852717.5717.56476470Y113113-18-18-51-514242点号12e13e14eX-1307-1486-1481Y252256122 设备限界设备限界坐标值（隧道内直线

6、）（mm）如下表：点号01234562728X09251104128913981492153315381592Y391939273841371836073465334731093094点号29789d10d14d202122X159716041527156516501650867867733Y250117409805455451515-18-18点号232425269e10e14eX7336326320-1550-1625-1625Y-66-66151554554515隧道的建筑限界本隧道为B1型车型盾构隧道，按规范建筑限界取直径为5100mm。如下图所示： B1型隧道内曲线地段（R=1000

7、m）设备限界（未按超高旋转）轨道曲线超高计算：式中：h超高值（mm）； VC列车通过速度（km/h）； R曲线半径（m）。曲线段超高引起的设备限界加宽和加高量的计算：1） 车体横向加宽量：曲线内侧： 曲线外侧： 2） 车体竖向加高量、降低量：有超高引起：本隧道超高由单独提高外轨实现，此时=/2式中：超高引起的设备限界曲线内侧加宽量（mm） 欠超高引起的设备限界曲线外侧加宽量（mm）轨道超高值（mm）含载客车体重（kg）重力倾角附加系数欠超高值（mm）未平衡离心加速度（）超高引起的设备限界加高或降低量（mm）计算点的横坐标（mm）车体重心距轨面高（mm）转向架一系弹簧上支承面距轨面高度（mm）整

8、车一系弹簧测滚刚度（）轨道超高设置方法系数（mm）由以上公式计算B1型隧道内曲线设备限界值，如下表：（未按超高旋转）（mm）点号X010161196139715371629166817241641Y39193943386037303583343933211712954点号X166817221722Y312731132473四管片衬砌结构设计1砌管片的选择隧道外径隧为，隧道内半径为；管片的宽度为1.2m，厚度为，分块数目6块；封顶块管片（K）圆心角为，标准块管片3块（分别为、）圆心角均为，邻接块管片左右各1块（分别为、）圆心角均为，如下图所示，纵向接头为10处，按等角度布置，每两环为一组，第一环

9、的封顶块管片（K）从正上方偏，第二环的封顶管片（K）从正上方右偏。2荷载计算：1） 荷载-结构模式盾构隧道管片衬砌结构力学分析中荷载的计算采用荷载-结构模式，如图所示2） 参数取值粉粘土，上覆地层高12.0m，容重18.0kN/m3，地面超载20.0kN/m3，侧压力系数0.5，地基抗力系数30.0MPa/m。根据采用的弯螺栓接头的受力情况，参照国内外有关试验研究结果，全部环向接头的抗弯刚度，在隧道内侧受拉时取为，隧道外侧受拉时取为。另外，在本计算中，纵向接头的径向抗弯刚度和切向抗剪刚度均取为无穷大，即认为各环管片在纵向接头处不产生错动。3） 荷载计算土压力圆环顶部以上的竖向土压力： 拱背土平

10、均土压力：所以，竖向荷载为： 地面超载： 地层水平荷载即地层侧向主动土压力，由均匀主动土压力和三角形土压力组成，则：衬砌自重线荷载 底部均布竖向反力 荷载的计算结果：荷载单位数值24342.79411.813.7552.0474.814） 均质圆环模型计算结果本设计采用均质圆模型计算，其计算公式见地下工程（关宝树 主编）表3-3-4。计算过程中，钢筋混凝土管片接头刚度折减系数取为0.7，而弯矩增大系数取0.3。由于均质圆环所受的荷载在竖直方向上是对称的，所以只计算了竖向的半个圆环，即，此半圆环管片衬砌的内力计算如附表1所示，其内力计算结果整理如下：计算编号拼装方案最大正弯矩M()最大正弯矩对应

11、的轴力N（kN）最大负弯矩最大正弯矩对应的轴力N（kN）第一环二环一组错缝拼装偏转角为为第一环结果238.67604.92-218.91142.78发生在块发生在块5)管片的配筋计算管片的钢筋采用HRB335级钢强度设计值，管片混凝土采用C50，轴心抗压强度设计值为，外侧受拉的弯矩设计值为,保护层厚度为；内侧受拉的弯矩设计值为，保护层厚度为，则：外侧受拉钢筋计算先假定受拉钢筋为一层，并且为单筋截面，则：最大弯矩设计值为：可知设计成单筋单层截面满足要求。计算受拉钢筋的截面面积为：所以，管片的受拉钢筋选用1028，（满足要求），钢筋间的间距为。内侧受拉钢筋的计算同上，求得手拉钢筋截面面积为4905

12、.2，则选用受拉钢筋为828，（满足要求），钢筋间的间距为。箍筋的选择:选用10200的钢筋做分布筋。6）衬砌结构的验算混凝土结构裂缝验算（）, , , 由于保护层的厚度，取进行计算，则：（满足要求）混凝土结构变形验算（直径变形）（满足要求）五轨道设计 本设计要有减震效果，所以采用包套式短轨枕整体道床。 包套式短轨枕整体道床的特点是在短轨枕和混凝土之间垫以弹性材料如橡胶垫、尼龙支承垫等，如下图。这种道床结构具有良好的隔振性能，经测试，这种道床簧下振动加速度可降低30%以上。参考文献：1关宝树主编，地下工程，高等教育出版社，2007年；2. GB 50157 - 2003, 地铁设计规范，中国计划出版社，2003年；3张凤祥等编著，盾构隧道施工手册，人民交通出版社，2005年；4. 刘钊等主编，地铁工程设计与施工，人民交通出版社，2004年；5. CJJ 96 - 2003，J 274 - 2003, 地铁限界标准，中国建筑工业出版社，2003年 ；6. 蓝宗建主编，混凝土结构与砌体结构，东南大学出版社，2006年。13