管片分段配筋计算书
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中铁第四勘察设计院集团有限公司
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六、管片主筋配筋的计算原则
地层参数取值：根据2008年6月6日在轨道公司如召开的针对管片配筋专家会议意见：
“在勘察报告提供的范围内可合理调整设计参数。地下结构正常使用状态水土侧压力应按分算考虑，竖向土压力宜按全土柱考虑。地下工程的设计应充分考虑工程类比。管片配筋设计可以选择破损阶段法进行。”
根据专家意见，竖向土压力按全覆土考虑，并采用水土分算的原则，并考虑工程类比。采用分段配筋。
根据隧道所在地层主要计算参数取值如下：
1） 地下水位深度（m ）：最高水位取地面0m （水土合算），最低水位地面下2.5m （分算）。
2） 土层重度γ(kN/m 3)：19.3 3） 地基抗力系数k(KPa/m)：1400 4） 静止侧压力系数K 0：0.5 1）管片内力计算方法
采用通缝拼装的衬砌结构，以往常用的计算模式是等刚度的弹性匀质圆环或弹性铰圆环。但对错缝拼装的衬砌结构，就必须考虑接头部位抗弯刚度的下降、环间剪切键等对隧道结构总体刚度的补强作用。本次采用比较成熟的η-ζ法（即惯用法）进行设计计算。
η-ζ法（即惯用法）首先将单环以匀质圆环计算，但考虑环向接头存在，圆环整体的弯曲刚性降低，取圆环抗弯刚度为ηEI （η为<1的弯曲刚性有效率，本次计算η取0.8计算），算出圆环水平直径处变位y 后，计入两侧抗力PP=k·y（如图3）。然后考虑错缝拼装后整体补强效果，进行弯矩的重分配（见图2）。
接头处内力：
(1),ji i ji i
M M N N ξ=-=
管片内力：(1),si i si i M M N N ξ=+=
式中，ξ为调整系数，根据国内外经验，在初步确定盾构隧道管片参数时，ξ取0.2。
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结构计算荷载类型和计算取值：
永久荷载——水土压力、结构自重；
活载——地面活载：按20KN/m2计算；
人防荷载：根据一号线人防单位文件：对覆土厚度大于2.5m，采用HRB335以上受力钢筋的地下结构，人防可通过验算，一号线区间覆土均大于2.5m，因此本次不再做人防工况验算。
地震荷载：根据一号线地勘报告，苏州市区抗震设防烈度为6度第一组，设计基本地震加速度值为0.05g，特征周期值0.45s。根据《建筑抗震设计规范》及《混凝土结构设计规范》，“6度抗震设防烈度时的建筑，建造于Ⅳ类场地上较市制高层建筑除外），应允许不进行截面抗震验算，但应符合有关的抗震措施要求。”参考南京等地盾构区间，地震荷载不起控制作用，因此次计算不考虑地震组合工况内力计算。按三级抗震构造要求配筋。
水土压力计算：采取水土分算
荷载组合：
承载力极限状态组合——荷载系数1.35×永久荷载+荷载系数1.4×活载
裂缝宽度验算——荷载系数1.0×永久荷载+荷载系数1.0×活载
重要性系数1.1
3）计算简图
惯用法荷载计算简图如下图所示：
图3 荷载简图
七、不同厚度覆土下管片主筋配筋计算分析
1 管片参数
管片总数: 6
衬砌外直径D1(mm): 6200.000
衬砌内直径D2(mm): 5500.000
管片宽度(mm): 1200
2 不同覆土下盾构管片受力计算
根据区间隧道覆土，参考南京、上海等地的做法，覆土划分为浅埋、中埋、深埋、超深埋4种。1号线全线区间基本位于17m以内，因此将覆土定在18m以内，考虑到2号线覆土或下穿建筑物时可能会增加配筋，增加一级覆土18~22m为深埋。
主要划分如下:
浅埋<10m；中埋10~14m；深埋14~18m；超深埋>18m~22。
考虑到2号线覆土或下穿建筑物时可能会增加配筋，增加一级埋深18~22m为深埋。
地下水位：采用水土分算，低水位时隧道内力大于高水位时配筋，因此地下水位采用低水位工况，地下水位取地下2.5m。
3配筋计算
每延米荷载计算：
上部水土压力py1=10*19.3+20+（3.1*3.1-π*3.1*3.1/4）*19.3*2)/2/3.1=225.8kN
侧向水土压力px1=(2.5*19.3+7.5*9.3+20)*0.5+7.5*10=144kN 侧水土压力增量Δx=6.2*9.3*0.5+6.2*10=90.8kN 侧向水土压力px2=144+91=234.8kN Py3=py1+8.75=234.55kN
不同覆土的每延米荷载计算值
采用η-ζ法（惯用法），并考虑结构重要性系数1.1，各覆土厚度每延米盾构管片内力如下：
N1(N1')
N2(N2')
M2(M2')N3(N3')
M1(M1')
M3(M3')
M2(M2')
N2(N2')
1）经计算， 不同覆土每延米内力图如下：
10m覆土内力图（弯矩kN.m，轴力kN）
14m覆土内力图（弯矩kN.m，轴力kN）
18m覆土内力图（弯矩kN.m，轴力kN）
22m覆土内力图（弯矩kN.m，轴力kN）
管片内力统计表（每米）
每环管片内力统计表(1.2m)
2）每环管片配筋分析
根据每延米管片内力计算结果，在基本组合内力基础上进行配筋，并进行裂缝宽度验算，配筋计算控制条件：
(1)管片混凝土强度等级C50;
(2)管片主筋外侧混凝土保护层厚度50mm；内侧混凝土保护层厚度40mm；
(3)管片最小配筋率0.2%；
(4)最大计算裂缝宽度允许值0.2mm；
(5)裂缝宽度验算主筋混凝土保护层厚度取30mm。
3) 10m覆土配筋计算
(1) 10m覆土承载力极限状态配筋计算
a)管片内侧M1
结构构件的重要性系数γo ＝ 1.1 轴向压力设计值N ＝ 858kN
Mx ＝ 176kN·m My ＝ 0kN·m 构件的计算长度 Lox ＝ 3000mm Loy ＝ 3000mm
