隧道主体结构配筋计算

盾构隧道衬砌配筋率要求1.引言1.1 概述概述盾构隧道衬砌配筋率是指在盾构隧道的衬砌结构中，钢筋的数量和密度与混凝土的比例。

它是衡量衬砌结构抗压能力和变形能力的重要参数。

在隧道施工中，正确的配筋率可以保证衬砌结构在承受荷载时能够保持稳定，提高隧道的整体安全性和稳定性。

盾构隧道衬砌配筋率的选取是一个复杂的工程问题，需要综合考虑多个因素，包括地质条件、设计要求、施工工艺等。

一般来说，配筋率过低会导致衬砌结构的抗压能力不足，易发生开裂和破坏；而配筋率过高则会增加工程成本，浪费资源，并且可能引起施工困难。

本文将针对盾构隧道衬砌配筋率的要求进行深入研究。

首先，将介绍盾构隧道衬砌配筋率的定义，包括钢筋的数量和密度的计算方法。

接着，将探讨盾构隧道衬砌配筋率的重要性，分析其对隧道结构的影响和作用。

最后，将总结出盾构隧道衬砌配筋率的合理要求，并讨论影响盾构隧道衬砌配筋率的因素，从而为盾构隧道的设计和施工提供参考依据。

通过对盾构隧道衬砌配筋率的研究，我们可以更好地了解和掌握盾构隧道衬砌结构的设计原则和施工技术，提高隧道的稳定性和安全性，为城市发展和交通建设做出贡献。

文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文共分为引言、正文和结论三个部分，其具体内容如下：1. 引言部分包括概述、文章结构和目的。

1.1 概述：介绍盾构隧道衬砌配筋率要求的背景和意义，以及该话题的重要性。

1.2 文章结构：概括了本文的整体结构，引导读者了解各部分的内容和逻辑关系。

1.3 目的：明确本文的目标和意图，为读者提供清晰的导向。

2. 正文部分主要探讨盾构隧道衬砌配筋率的定义和重要性。

2.1 盾构隧道衬砌配筋率的定义：解释了盾构隧道衬砌配筋率的概念、计算方法和相关标准规定，介绍了其工程应用和实际意义。

2.2 盾构隧道衬砌配筋率的重要性：详细阐述了盾构隧道衬砌配筋率对隧道工程的影响和作用，包括结构的稳定性、安全性，以及承载能力等方面。

3. 结论部分总结了盾构隧道衬砌配筋率的合理要求和影响因素。

盾构隧道的管片配筋设计介绍发表时间：2017-10-24T11:42:27.053Z 来源：《防护工程》2017年第15期作者：孙凤明[导读] 圆形隧道衬砌按平面问题计算,在软土地层中通缝拼装的衬砌结构，常用的计算模式是等刚度的弹性匀质圆环模型。

中国港湾工程有限责任公司北京 100027摘要：盾构隧道在国内近几年的基础设施领域快速发展，特别是地铁区间的大量建设实践极大的提高了广大设计人员的技术水平。

其中管片设计是影响盾构隧道造价的重要一环。

本文结合某地铁区间的设计实例，结合软件计算，介绍管片配筋计算的一般流程，以期待为其他工程技术人员提供参考借鉴，共同提高我国在该领域的设计水平。

关键词：盾构隧道；管片；配筋；计算,实例1 计算理论圆形隧道衬砌按平面问题计算,在软土地层中通缝拼装的衬砌结构，常用的计算模式是等刚度的弹性匀质圆环模型。

该计算结果偏于安全，估得到广泛运用。

计算中主要需要考虑的荷载包括：1)地面超载q（一般情况下按20KPa）；2)结构自重g；3)垂直和水平土压力q1、e1～e2；4)外水压力（H1～H1+2R）；5)侧向地层抗力PP；6)地层反力q2；7)施工荷载(盾构千斤顶顶力、不均匀压浆压力、相邻隧道施工影响等)；8)结构内部荷载（车辆荷载及固定设施自重等）；9)特殊荷载（地震荷载或六级人防荷载）。

结构设计时，分别就施工阶段、正常运行阶段和特殊阶段可能出现的最不利荷载组合进行结构强度、刚度和裂缝宽度验算。

但特殊荷载阶段每次仅对一种特殊荷载进行组合（无需验算裂缝宽度）。

2 计算参数2.1工程材料该工程普通衬砌环由钢筋砼管片构成，砼强度等级为C50，钢筋采用HPB300、HRB400钢。

管片环、纵向连接螺栓均采用M30螺栓，强度等级为5.8、6.8级。

2.2结构尺寸隧道内径的确定主要取决于地下铁道的限界，同时需要考虑区间线路最小曲线半径和轨道超高、施工误差、不均匀沉降等。

本项目采用B型车，圆形区间隧道建筑限界为φ5200mm，综合考虑隧道轴线的施工误差（包括测量误差）为±100mm、隧道后期不均匀沉降±50mm，则隧道的内径可定为5500mm。

管片配筋计算
管片配筋计算是隧道工程建设中的重要环节，它涉及到管片混凝土的强度、管片钢筋的布置和配筋率等因素。

下面将介绍管片配筋计算的主要步骤和方法。

一、确定管片混凝土强度等级
在管片配筋计算中，首先需要确定管片混凝土的强度等级。

根据隧道工程的具体情况，一般采用C50或C60等级的混凝土作为管片的材料。

二、确定管片钢筋的种类和规格
在选择管片钢筋的种类和规格时，需要考虑以下几点因素：
1. 钢筋的抗拉强度等级应与管片混凝土的强度等级相匹配；
2. 钢筋的种类应考虑到隧道工程的特殊环境因素，如地下水的腐蚀性等；
3. 钢筋的规格应考虑到管片的尺寸和形状，以满足受力要求。

三、确定管片配筋率
管片配筋率是指单位面积内钢筋的重量与混凝土质量的比值。

根据不同的隧道类型
和受力要求，管片的配筋率也会有所不同。

一般而言，管片的配筋率应在0.2%~0.4%之间。

四、进行配筋计算
在确定了管片混凝土强度等级、钢筋种类和规格以及配筋率后，就可以进行配筋计算了。

配筋计算主要包括以下几个步骤：
1. 根据隧道工程的受力要求，确定管片的内力分布情况；
2. 根据内力分布情况，确定钢筋的数量、布置形式和直径；
3. 根据确定的钢筋数量和布置形式，计算出配筋率是否符合要求；
4. 如果配筋率不符合要求，需要调整钢筋的数量或布置形式，直到满足要求为止。

一．基本资料惠家庙公路隧道，结构断面尺寸如下图，内轮廓半径为 6.12m ，二衬 厚度为 0.45m 。

围岩为 V 级，重度为19.2kN/m3，围岩弹性抗力系数为 1.6×105kN/m3，二衬材料为 C25 混凝土，弹性模量为 28.5GPa ，重度 为 23kN/m 3。

考虑到初支和二衬分别承担部分荷载，二衬作为安全储备，对其围岩压力进行折减，对本隧道按照 60%进行折减。

求二衬内力，作出内力图，偏心距分布图。

1）V1级围岩，二衬为素混凝土，做出安全系数分布图，对二衬安全性进行验算。

2）V2级围岩，二衬为钢筋混凝土，混凝土保护层厚度 0.035m ，按结构设计原理对其进行配筋设计。

二．荷载确定1.围岩竖向均布压力:q=0.6×0.45⨯12-S γω式中: S —围岩级别，此处S=5；γ--围岩重度，此处γ=19.2KN/3m ；ω--跨度影响系数，ω=1+i（m l -5），毛洞跨度m l =13.14+2⨯0.06=13.26m ，其中0.06m 为一侧平均超挖量，m l =5—15m 时，i=0.1,此处ω=1+0.1⨯(13.26-5)=1.826。

所以，有：q=0.6×0.451-52⨯⨯19.2⨯1.826=151.456（kPa ）此处超挖回填层重忽略不计。

2.围岩水平均布压力：e=0.4q=0.4⨯151.456=60.582（kPa ） 三．衬砌几何要素 5.3.1 衬砌几何尺寸内轮廓线半径126.12m , 8.62m r r ==内径12,r r 所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角1290,98.996942φφ=︒=︒； 拱顶截面厚度00.45m,d = 墙底截面厚度n 0.45m d =此处墙底截面为自内轮廓半径2r 的圆心向内轮廓墙底做连线并延长至与外轮廓相交，其交点到内轮廓墙底间的连线。

外轮廓线半径：110 6.57m R r d =+= 2209.07m R r d =+=拱轴线半径：'1200.5 6.345m r r d =+= '2200.58.845m r r d =+=拱轴线各段圆弧中心角：1290,8.996942θθ=︒=︒5.3.2 半拱轴线长度S 及分段轴长S ∆分段轴线长度：'11190π 3.14 6.3459.9667027m 180180S r θ︒==⨯⨯=︒︒'2228.996942π 3.148.845 1.3888973m 180180S r θ︒==⨯⨯=︒︒半拱线长度：1211.3556000m S S S =+=将半拱轴线等分为8段，每段轴长为：11.3556 1.4194500m 88S S ∆===5.3.3 各分块接缝（截面）中心几何要素（1）与竖直轴夹角i α11'1180 1.4194518012.8177296π 6.345πS r αθ∆︒︒=∆=⨯=⨯=︒ 21112.817729612.817729625.6354592ααθ=+∆=︒+︒=︒ 32125.635459212.817729638.4531888ααθ=+∆=︒+︒=︒43138.453188812.817729651.2709184ααθ=+∆=︒+︒=︒54151.270918412.817729664.0886480ααθ=+∆=︒+︒=︒ 65164.088648012.817729676.9063776ααθ=+∆=︒+︒=︒ 76176.906377612.817729689.7241072ααθ=+∆=︒+︒=︒2'2180 1.419451809.2748552π8.845πS r θ∆︒︒∆=⨯=⨯=︒ 87289.72410729.194855298.996942ααθ=+∆=︒+︒=︒另一方面，8129012.817729698.996942αθθ=+=︒+︒=︒ 角度闭合差Δ≈0。

一、计算原则和依据1、采用ANSYS有限元通用程序（注：该程序是目前唯一通过ISO9001国际认证的有限元计算分析程序）对竹篱晒网隧道进行结构受力及变形分析。

2、采用地层-结构模型对暗挖隧道的受力和变形进行分析。

3、分析对象为纵向宽1m的隧道结构和地层。

4、依据《竹篱晒网隧道施工图设计文件》、《公路路隧道设计规范》等建立计算模型。

二、计算内容对竹篱晒网隧道的计算，分别取洞口段、洞身段中V、IV、III级围岩进行计算，取断面计算如下：1、出洞段KY2+760（V级围岩，采用双侧壁法施工）；2、洞身段KY2+480（IV级围岩，采用环形台阶法施工）；3、洞身段KY2+500（III级围岩，采用台阶法施工）。

三、结构计算模型、荷载1、计算模型采用隧道与地层共同作用的地层-结构模式，模拟分析施工过程地层和结构的受力及变形特点。

计算模型所取范围是：水平方向取隧道两侧3倍洞跨，而竖直方向，仰拱以下地层，以洞跨的3倍为限，即从仰拱至地层下3倍洞跨深度范围，隧道拱顶以上地层：V级围岩1级围岩根据计算高度取值。

计算中地层及初期支护III取至地面，IV、材料的弹塑性实体单元模拟，而DP（初衬喷砼及钢架除外）采用了、二次衬砌采用弹性梁模拟，为使点和点之间位移初衬（钢架喷砼）初衬和二衬之间用只传递轴初衬和地层之间用约束方程联系、协调，向压力的链杆连接。

）来死”（ALIVE生”（KILL）、“ANSYS程序中，采用单元的“时，受力体系模拟衬砌和临时支撑的施作和拆除过程，当单元“死”，而后被激单元的应力、应变不计（即内力为0）不受其影响，“死”的单元只对以后的单元不计以前自身应变，也就是说，“活”“活”应力发生变化时产生作用。

2、计算荷载毛洞”模拟开挖过程中，先计算初始应力，每开挖一步形成“时，释放一部分初始应力，施作支护时释放余下的初始应力。

采用莫尔—库仑屈服准则对结构的开挖过程进行有限元计算中，）模型计算结构非线形（DP弹塑性分析。

盾构隧道管片内力计算及配筋优化分析摘要：以北京某在建工程地铁盾构隧道衬砌管片为研究对象，采用修正惯用法（公式法、地基弹簧法）、三维梁～弹簧法分别对衬砌管片在不同地层条件下的受力进行分析（匀质软地层、匀质硬地层、中软下硬地层、中硬下软地层），提出了各种算法和地层条件下，衬砌管片内力的分布和变化规律，经对比分析，结合盾构管片环结构的实际受力环境和特点，得出了指导和优化衬砌管片结构配筋设计的相关结论和建议，提升了结构的安全性和经济性。

关键词：盾构隧道；管片配筋；修正惯用法；三维梁～弹簧法；1 前言在城市轨道交通工程中，单层装配式混凝土管片是盾构隧道常用的衬砌结构型式，衬砌管片设计是盾构隧道结构设计的核心内容，与工程的安全性、经济性和耐久性密切相关。

常用的盾构管片内力计算方法有惯用法、修正惯用法、多铰环法及梁-弹簧模型法[1-3]，这些计算方法主要以二维分析为主，大致地模拟了盾构管片的受力状态，并选取计算结果最大包络进行配筋。

这些算法简便、易于实现，但却未能充分精细地揭示管片的实际内力状态，因此管片配筋针对性较弱，影响工程的经济性。

本次研究以北京某在建工程地铁盾构隧道衬砌管片为研究对象，考虑地层条件和衬砌构造的三维空间特征，充分考虑管片环内接头所引起的刚度下降以及错缝拼装导致的环间传力效应，分别采用修正惯用法（公式法、地基弹簧法）、三维梁～弹簧法对衬砌管片在不同地层条件下的受力进行分析（匀质软地层、匀质硬地层、中软下硬地层、中硬下软地层），通过对分析结论的整理、归纳，总结了各种算法的适用性和不同地质条件下衬砌管片内力的分布和变化规律，以期指导和优化衬砌管片结构设计，提升结构的安全性和经济性。

2 工程概况盾构隧道埋深10.5m～30m，穿越地层分为全断面卵石（匀质硬地层）、全断面粉土、粉质粘土交互（匀质软地层）、仰拱卵石、中部粉土（中软下硬地层）以及中部卵石、下部粉质粘土（中硬下软地层）等四种典型的地层结构（详见图1）。