地下工程计算书
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第一章设计概况.................................. 错误！未定义书签。
1.1工程地质条件................................. 错误！未定义书签。
1.2其他条件..................................... 错误！未定义书签。
第二章结构计算.................................. 错误！未定义书签。
2.1根据给定的隧道埋深判断结构深、浅埋........... 错误！未定义书签。
2.2计算作用在结构上的荷载（仅按使用阶段考虑） ... 错误！未定义书签。
第三章结构内力分析.............................. 错误！未定义书签。
3.1结构模型的建立............................... 错误！未定义书签。
3.2定义材料和截面............................... 错误！未定义书签。
3.3添加边界条件................................. 错误！未定义书签。
3.4定义荷载..................................... 错误！未定义书签。
3.5运行及查看结果............................... 错误！未定义书签。
第一章设计概况
地铁是地下铁道的简称。
它是一种独立的轨道交通系统，不受地面道路情况的影响，能够
按照设计的能力正常运行，从而快速、安全、舒适地运送乘客。
地铁效率高，无污染，能够实现大运量的要求，具有良好的社会效益。
而地铁车站是地下铁道的重要组成部分，它要解决客流的集散、换乘，同时也要解决整条线路行驶中的就技术设备、信息控制、运行管理，以保证交通的顺畅、快捷、准时、安全。
车站设计本着“以人为本”的观念，坚持适用性、安全性、识别性、舒适性、经济性的原则。
本设计主要是对某城市地铁区间隧道进行结构计算(采用断面2)，求出内力。
1.1工程地质条件
线路垂直于永定河冲、洪积扇的轴部，第四纪地层沉积韵律明显，地层由上到下依次为：杂填土、粉土、细砂、圆砾土、粉质粘土、卵石土。
其主要物理力学指标如表1。
表1 各层土的物理力学指标
土的类型厚度
（m）天然重
度γ
（kN/m3）
饱和重度
γsat
（kN/m3）
弹性抗力
系数
(MPa/m）
变形模量
E（GPa）
泊松
比μ
内摩擦
角ф
（º）
粘聚力
C(MPa)
杂填土 3.0 16 24 50 0.8 0.4 20 0.005 粉土 5.0 18 26 90 0.9 0.35 21 0.01 细砂 6.0 19 27 100 1.2 0.32 22 0.01 圆砾土 3.5 19.5 27.5 120 1.5 0.32 25 0.01 粉质粘土 6.0 20.0 28 150 1.8 0.32 23 0.02 卵石土10.0 20.0 28.5 200 2.0 0.30 27 0.03 基岩22 29 300 2.5 0.35 35 0.04
1.2其他条件
地下水位在地面以下5m处；隧道顶部埋深7m；采用暗挖法施工。
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图1 隧道断面视图
第二章 结构计算
2.1根据给定的隧道埋深判断结构深、浅埋
可以采用铁路隧道推荐的方法，即有
*10.452[1(5)]s h i B -=⨯⨯+- 上式中s 为围岩的级别；B 为洞室的跨度；i 为B 每增加1m 时的围岩压力增减率。
由于隧道拱顶埋深7m ，位于粉土层、细砂层和圆砾土层中，根据《地铁设计规范》可知，围岩为Ⅴ级围岩。
所以，5=s ，1.0=i ，m B 080.10=。
则有：
m B i h s 858.10)]5080.10(1.01[245.0)]5(1[245.0151*=-+⨯⨯=-+⨯⨯=-- 因为埋深m h m h c 858.107*=<=，可知该隧道为极浅埋。
一般情况，城市地铁埋深为浅埋或极浅埋，可不用计算天然拱高度。
2.2计算作用在结构上的荷载（仅按使用阶段考虑）
2.2.1永久荷载 （1）结构自重
结构自重可在midas 建模中考虑，这里可以不用计算。
（2）围岩压力 垂直围岩压力
结构顶部的垂直围岩压力为：
kPa h
i
i
1162)1026(218316P S
=⨯-+⨯+⨯==∑γ
结构底部埋深处的垂直围岩压力为：
KPa h
i
i X
P 45.251997.0)105.27(6)1027(3)1026(218316=⨯-+⨯-+⨯-+⨯+⨯==∑γ
侧向围岩压力 先计算侧向压力系数。
粉土的侧向围岩压力系数为：
472.0)2
2145(tan )245(tan 22
1=-=-=
ϕ
K
细沙的侧向围岩压力系数为：
455.0)2
2245(tan )245(tan 22
2=-=-=
ϕ
K
圆砾土的侧向围岩压力系数为：
406
.0)22545(tan )245(tan 22
3=-=-=
ϕ
K
侧向围岩压力系数可按其深度取加权平均，以简便计算，故
顶部侧向围岩压力：
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底部侧向围岩压力：
（3）水压力
结构顶部竖向水压力：
结构底部竖向水压力：
结构顶部侧向水压力：
结构底部侧向水压力：
2.2.2可变荷载
（1）地面超载
超载传递到隧道结构底部：
超载产生的侧向压力：
(2)列车荷载
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2.2.3荷载列表 荷载分类
荷载名称
荷载大小
永久荷载
结构自重
在建模时考虑
围岩压力 竖向围岩压力
侧向围岩压力
水压力
竖向水压力 侧向水压力
可变荷载
地面超载 列车荷载
2.2.4结构荷载图
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第三章 结构内力分析
结构内力分析借助软件MIDAS,具体操作步骤如下：
3.1结构模型的建立
结构类型应选择为X-Z 平面。
单位kN.m 。
（1）划分节点和单元
在CAD 中，将地铁区间隧道等分成40分，并将文件另存为.dxf 格式。
（2）建立模型
midas 在xp 系统内可直接导入dxf 格式的文件，生成模型。
1、 注意单位，一般AutoCAD 中是mm 单位，导入时需加系数0.001
2、 CAD 中是X-Y 坐标，miads 中建立的是X-Z 模型，故导入时还必须注意坐标的转换。
我这里采用excel 的方法，将导入的节点坐标复制到excel 中，将Y 轴和Z 轴的坐标调换，重新复制到midas 的节点表格中，即完成坐标的转换。
导入过程如图： 导入模型如图：
3.2定义材料和截面
结构材料选用C30混凝土，材料定义如图示：
地下结构沿纵向去1米计算，据此定义截面。
截面定义如图示：
注意截面纵向宽度为1，横向宽度为内衬宽度（可渲染后查看效果）
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3.3添加边界条件
命令：边界条件-面弹性支撑（选弹性连接，单元类型为杆系，宽度填1，地基弹性模量自己算，连接
长度可选为1，并且选定只受压）。
此处注意单元坐标系方向应一致（单元坐标系查看：显示-单元-单元坐标系）。
脱离区角度可取45度—60度，这里根据划分单元所取的角度为54度左右。
加完面弹性支撑结果如图示：
3.4定义荷载
1）定义荷载工况
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2）定义荷载
自重
在荷载中选择自重，并将自重系数定为
-1.
上覆围岩压力和水压力
在荷载中选择梁单元荷载（标准），并选择荷载工况上覆围岩压力和水压力，进行定义。
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竖向超载和底部水压力的定义方式，和上覆围岩压力和水压力的定义方式相同，这里
不再重复。
侧向围岩压力和水压力
在荷载中选择连续梁单元荷载，荷载工况定义为侧向围岩压力和水压力，荷载类型选择梯形荷载，然后进行定义。
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水平超载
在荷载中选择连续梁单元荷载，荷载工况定义为水平超载，荷载类型选择均布荷载，然后进行定义。
列车荷载
在荷载中选择梁单元荷载（标准），并选择荷载工况列车荷载，进行定义。
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3.5运行及查看结果
首先，进行荷载组合，即1.35×永久荷载＋1.3×可变荷载，其中自重，围岩压力和水压力是永久荷载，超载和列车荷载是可变荷载。
然后，运行进行内力分析，得到基本组合情况下结构的轴力和弯矩、剪力图，如下图示。
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弯矩图:
地下工程课程设计 轴力图
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剪力图:
地下工程课程设计 弯矩图：
21
轴力图：
地下工程课程设计 剪力图：
23。
