某城市过街明挖隧道结构与施工组织设计指导书

某城市过街明挖隧道结构与施工组织

课程设计指导书

武夷学院

土木工程与建筑学院

二零一四年一 月

目录

1隧道结构设计............................................................................................................. 1

1.1衬砌结构断面拟定 ........................................................................................ 1

1.2荷载计算 ........................................................................................................ 1

1.2.1竖向荷载计算 .................................................................................... 1

1.2.2水平荷载计算 .................................................................................... 2

1.3内力计算 ........................................................................................................ 2

1.4截面验算，确定截面尺寸与钢筋配置 ........................................................ 5

1.4.1正截面抗弯承载力验算 .................................................................... 5

1.4.2斜截面抗剪承载力验算 .................................................................... 7

1.4.3正截面抗压承载力验算 .................................................................... 7

2基坑支挡结构设计..................................................................................................... 8

1.2板桩入土深度计算 ........................................................................................ 8

1.2顶撑计算与选择 .......................................................................................... 10

1.2板桩厚度计算 .............................................................................................. 10

3施工方案确定........................................................................................................... 11

4施工过程................................................................................................................... 11

4.1施工准备 ...................................................................................................... 11

4.2施工场地布置 .............................................................................................. 12

4.3土体开挖 ...................................................................................................... 12

4.4隧道基础处理 .............................................................................................. 12

4.5隧道构筑施工 .............................................................................................. 12

4.6隧道防水及基坑回填 .................................................................................. 12

4.7恢复交通 ...................................................................................................... 13

4.8隧道内装饰施工 .......................................................................................... 13

5隧道辅助施工........................................................................................................... 13

5.1定位测量，供水，供电，施工场地布置图 .............................................. 13

5.2施工组织与管理 .......................................................................................... 13

5.3施工主要工序及循环 .................................................................................. 13

5.4主要工种与劳动力组织 .............................................................................. 13

5.5施工进度安排 .............................................................................................. 13

5.6其他施工措施及说明 .................................................................................. 14

1隧道结构设计

1.1衬砌结构断面拟定

参考公路箱涵图集拟定衬砌结构断面，如图1所示。

图 1 衬砌断面尺寸示意图

取δ=t=400mm，c1=c2=50mm，h0=3500mm，l0=5100mm。则l=5500mm，h=3900mm，L=5900mm，H=4300mm。

衬砌采用钢筋混凝土结构。混凝土用C30级，自重γ0=25KN/m3，立方体抗压强度设计值fc=14.3N/mm2，抗拉强度设计值ft=1.43N/mm2。受力钢筋采用HRB400级，抗拉强度设计值fy=360N/mm2，抗压强度设计值fy′=360N/mm2，构造筋采用HPB300

级。

1.2荷载计算

1.2.1竖向荷载计算

地面超载取

q020KPa

垂直土压力

q1ihi17.51.518.5220.52.1106.3KPa

顶板自重

q20250.410KPa

顶板压力

qtq0q1q2136.3KPa

底板压力

qsqtl0S136.3250.43.520.45.941/20.050.05159.85.5

KPa

1.2.2水平荷载计算

根据朗肯土压力公式计算水平荷载，

顶板处水平压力

es1(q0q1)tan2(45/2)2ctan(45/2)(20106.3)

tan2(4532/2)245tan(4532/2)11.08KPa

底板处水平压力

es1(q0q1q3)tan2(45/2)2ctan(45/2)(20106.320.54.3) tan2(4532/2)245tan(4532/2)16.0KPa

1.3内力计算

衬砌结构采用对称配筋，使顶板与底板配筋对称，左右墙配筋对称。

用结构力学求解器进行内力计算，计算简图如图2所示。

计算程序如下：

结点,1,0,0

结点,2,-2.75,0

结点,3,-2.75,3.9

结点,4,0,3.9

单元,1,2,1,1,1,1,1,1 单元,2,3,1,1,1,1,1,1 单元,3,4,1,1,1,1,1,1 结点支承,4,5,90,0,0 结点支承,1,6,90,0,0,0

单元荷载,1,3,1.598e5,0,1,90 单元荷载,3,3,1.363e5,0,1,90 单元荷载,2,5,1.6e4,0,0,0.6,90 单元材料性质

,1,3,-1,-1,0,0,-1

计算程序如下： 结点,1,0,0 结点,2,-2.75,0 结点,3,-2.75,3.9 结点,4,0,3.9 单元,1,2,1,1,1,1,1,1 单元,2,3,1,1,1,1,1,1 单元,3,4,1,1,1,1,1,1 结点支承,4,5,90,0,0 结点支承,1,6,90,0,0,0 单元荷载,1,3,1.598e5,0,1,90 单元荷载,3,3,1.363e5,0,1,90 单元荷载,2,5,1.6e4,0,0,0.6,90 单元材料性质

,1,3,-1,-1,0,0,-1

图 2 衬砌结构计算简图

弯矩图、剪力图、轴力图分别见图3、4、5。

图 3

衬砌结构弯矩图

图 4

衬砌结构剪力图

图 5

衬砌结构轴力图

1.4截面验算，确定截面尺寸与钢筋配置

1.4.1正截面抗弯承载力验算

顶板与底板跨中设计弯矩为309.46KN·m，支座处设计弯矩为：

205.939.610.2204KN·m。

侧墙设计弯矩为-204KN·m。

混凝土保护层厚度取as50mm，则h0350mm。查表得，11.0，

b0.518。最小配筋率

minmax0.2%，0.45





ft1.43

0.450.18%0.2%max0.2%，max0.2%，

fy360

min

h

0.2%400/3500.23% h0

正截面抗弯设计计算见表1。

侧墙内侧竖向受力钢筋及水平分布钢筋按构造要求配，选用φ14钢筋。根据混凝土结构设计规范（GB50010—2010）9.4.4条规定，墙水平和竖向分布钢筋配筋率不宜小于0.20%，则：

竖向分布筋间距

sh153.9/(0.2%400)192mm，取sh190mm。

水平分布钢筋间距

sv153.9/(0.2%400)192mm，取sv190mm。

板纵向分布钢筋根据构造配，选用φ14钢筋。根据混凝土结构设计规范（GB50010—2010）9.1.6条规定，单位宽度内配筋面积不宜小于受力方向跨中板底钢筋截面面积的1/3，则板纵向分布钢筋间距

s153.93160/490.9150.4mm，取s150mm。

1.4.2斜截面抗剪承载力验算

根据剪力图，板的剪力设计值为342.8KN。

根据混凝土结构设计规范（GB50010—2010）6.3.3条规定，

800hh

0

1/4

1.0（h0

0.7hftbh00.71.01.431350350.4KN>V=342.8KN，

故抗剪承载力满足要求。 1.4.3正截面抗压承载力验算

从轴力图上可以看出，顶板与底板轴力非常小，故仅对侧墙进行抗压验算即可。侧墙所受轴力设计值为374.8KN。

e0M/N204/374.80.544m=544mm

ea20mm e1e0ea564mm

10.22.7e1/h00.22.7564/3504.61，取11

l0/h3.9/0.49.7515，取21.0

1l03.9

1121111.04

e1h5640.4

1400350h0

1

ee1h/2as1.04564400/250737mm

22

s

(h0aNefyAss)

1fcbh02



3748000.737270810(0.350.05)

0.120 2

1.014.31350

12s120.1200.128

100mm xh00.12835045mm

)/(1fcb)(3748003601964270810)/(1.014.31000x(NfyAsfyAs)

60.4mm

故不考虑墙内侧钢筋的受压承载力进行验算。

sNe3748000.7370.157 221fcbh01.014.31350

12s120.1570.172

故抗压承载力满足要求。

综上所述，截面配筋满足要求，衬砌结构配筋图见附图。

2基坑支挡结构设计

基坑采用钢板桩支护。

1.2板桩入土深度计算

根据验算，取板桩入土深度为3m。

基坑支护计算简图见图6

ea120tan2(4542/2)210tan(4542/2)4.94KPa

ea2上（2017.51.5）tan2(4542/2)210tan(4542/2)

0.26KPa

ea2下（2017.51.5）tan2(4535/2)230tan(4535/2)

18.7KPa

ea3上（2017.51.518.52）tan2(4535/2)230tan(4535/2)

8.67KPa

ea3下（2017.51.518.52）tan2(4532/2)245tan(4532/2)

=-24.3KPa

ea4上（2017.51.518.5220.56.7）tan2(4532/2)245tan(4532/2)

17.89KPa

基坑开挖面以下不考虑土的粘聚力，作为安全储备。

=67.78KPa ea4下（2017.51.518.5220.56.7）tan2(4532/2）

ea5（2017.51.518.5220.59.7.）tan2(4532/2)=86.68KPa ep40KPa

ep5（20.53）tan2(4532/2)200.16KPa

取每延米支护结构进行计算。

O点为设计弯矩零点。

图 6 基坑支护计算简图

Eac1231.69KN，Eac225.4KN，Epc300.24KN，hT9.7m，hd3m，

hp1m，h11.44,h23.95m

220.6tan2(4532/2)hc1.12m 2220.5[tan(4532/2)tan(4532/2)]

hp1hdhphc311.120.88m

ha1hdh1hc31.441.120.44m

ha2h2h1ha13.951.440.442.07m

Tk1hp1Epcha2Eac2ha1Eac1

hThc10.88300.242.0725.40.44231.69 9.71.12

=19.86KN

hpEpcTk1(hThd)1.20(h1Eac1h2Eac2)1300.2419.86(9.73)

1.21.0(1.44231.693.9525.4)

=31.7KN·m>0

满足要求，故钢板桩入土深度取3m。

1.2顶撑计算与选择

根据1.2.1的计算可知，每延米作用在顶撑上的轴力为19.86KN。 顶撑选择为9mm厚φ500的钢管，间距取5m。

则顶撑的正应力为

19.86510002N/mm 14.23.14(2502245.52)

远远小于钢材的屈服应力，故顶撑满足要求。

1.2板桩厚度计算

由板桩弯矩图可以看出，最大正弯矩出现在Eac2的作用点，则支

护结构所受最大弯矩为

McTk1(hThdh2)19.86(9.733.95)173.78KN·m

板桩设计弯矩

M1.250Mc1.251.0173.78217.23KN·m

钢板桩选择400×125的热轧U型钢板桩，钢材牌号为Q235级，强度设计值为215N/mm2，每延米板面抗弯刚度为1340cm3。则

M/W217.231000/1340162N/mm2

故钢板桩强度满足要求。

3施工方案确定

采用明挖法施工，将整个隧道分为两部分进行先后施工，以减少对交通的妨碍。

基坑围护结构采用400×125的U型热轧型钢，实行小锁口打入。打桩时采用机械打入，施工完毕钢板桩进行回收。

施工工艺流程：根据施工图及高程放设沉桩定位线→按定位线控设沉桩导向槽→整修平整施工机械行走线→沉设围护钢板桩→将围护钢板桩送至指定标高→挖土→浇筑水泥砂浆垫层→铺防水层→主体结构施工→填土→拔除钢板桩→路面恢复

4施工过程

4.1施工准备

对施工场地进行围挡，设置警告标志、交通导向标志。设计施工期间临时交通路线。

对施工场地进行清理，管线移位，场地内的树木、绿化带、建筑物、构筑物进行清理、拆除或搬迁，在施工完成以后按要求恢复。

查找施工场地附近可用的水源、电源、通信网络等，实现通水、

通电、通信。

组织施工设备、人员、材料进入施工场地，为施工做好准备。

4.2施工场地布置

施工场地布置充分考虑施工作业的空间要求，材料堆放要求，材料加工车间的空间需要，以及临时生产、生活设施的需要。施工场地布置见施工场地布置图。

4.3土体开挖

基坑支护结构施工之后方可进行土体开挖。在基坑的一端进行放坡，以利于施工机械出入。用反铲式挖掘机挖土、装土，渣土车运土至弃渣场。运土过程应注意对环境的保护。

土体开挖到一定高度设置顶撑。

4.4隧道基础处理

土体开挖至设计标高时，浇筑300厚的水泥砂浆垫层。垫层上设置两毡两油防水层。再进行主体结构施工。

4.5隧道构筑施工

隧道构筑施工过程，应控制测量精度，使隧道尺寸达到设计要求。 在隧道中央设置一道变形缝，将隧道分为两部分施工。每段内浇筑混凝土应连续浇筑，变形缝处做好防水处理。混凝土接缝处设置施工缝，做好防水。

绑扎钢筋时，应注意勿使钢筋穿透防水层，破坏防水效果。

4.6隧道防水及基坑回填

防水层施工时要严格按照相关标准，特别注意防水卷材间的搭接

宽度。避免施工过程对防水层的破坏。

基坑回填时应按照相关要求恢复管线等。最终恢复路面。

4.7恢复交通

施工完毕，路面恢复以后即可恢复交通。撤除标识语、警告牌等。

4.8隧道内装饰施工

隧道内部墙、顶进行涂料粉刷，底板采用料石铺面。

5隧道辅助施工

5.1定位测量，供水，供电，施工场地布置图

见施工场地布置图

5.2施工组织与管理

成立项目部，确定相关管理人员、劳务人员。确定施工工期，对人员、机械、材料进行管理。

5.3施工主要工序及循环

钢板桩施工

基坑开挖与架设顶撑

浇筑基础垫层

隧道外防水层施工

主体结构施工

5.4主要工种与劳动力组织

钢筋工、木工、脚手架工、混凝土工

5.5施工进度安排

保证按期完工

5.6其他施工措施及说明

特殊工种凭证上岗。

加强风险意识，及时发现排除危险源。

施工设备经常检修，保证其正常工作。

参考文献

1.

2.

3.

4.

5.

6. 混凝土结构设计规范（GB50010-2010） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62—2004） 建筑基坑工程技术规范（YB9258——97） 建筑基坑支护结构构造（11SG814） 贺永年，刘志强．隧道工程．徐州：中国矿业大学出版社．2002 陈忠汉，黄书轶，程丽萍．深基坑工程．北京：机械工业出版社．1999

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