管片配筋计算书
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苏州市轨道交通3号线工程施工图设计
何山路站～苏州乐园站区间
管片配筋计算书
专业负责人：
复 核：
计 算：
中铁第四勘察设计院集团有限公司
2017年03月 苏州
2 一、设计依据
1. 《苏州市轨道交通3号线工程施工图设计文件编制统一规定》（中铁第四勘察设计院集团有限公司2014.03）
2. 《苏州市轨道交通3号线施工图设计技术要求》 （中铁第四勘察设计院集团有限公司2014.03）
3. 《苏州市轨道交通3号线工程施工图设计文件组成与内容》（中铁第四勘察设计院集团有限公司2014.03）
4. 《苏州市轨道交通3号线工程初步设计》及专家评审意见（中铁第四勘察设计院集团有限公司 2015.02）
5. 《苏州市轨道交通3号线工程何山路站～苏州乐园站区间岩土工程详细勘察报告》（天津市市政工程设计研究院 2014.03）
6. 《提供3号线华山路站～何山路站～苏州乐园站变更后线路纵断面图》（中铁第四勘察设计院集团有限公司 ZTB·3HX·S联[2015] 第081号 2015.11）
7. 《苏州市轨道交通3号线东段工程沿线综合管线探测及地下建（构）筑物调查项目Ⅲ-WTC标段 地下建（构）筑物探测成果报告及补充成果》（天津市市政工程设计研究院 2014.7）
8. 《苏州市轨道交通3号线工程地形图》（江苏省测绘院 2013.03）
9. 《苏州市轨道交通3号线盾构工程筹划》（2016.02）
10. 《根据新版牵引计算及线路图更新3号线全线曲线超高及限速表的函》（北京院·XTSJ05标·3HX·S联[2014]第004号）（2014.9）
11. 总体组相关文件及相关会议纪要
12. 其它相关技术工作联系单及会议纪要
13. 国家和地区现行规范与规程:
《城市轨道交通工程项目建设标准》 （建标 104-2008）
《城市轨道交通技术规范》 （GB 50490-2009）
《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》 （GB 50652-2011）
《轨道交通工程人民防空设计规范 》 （RFJ 02-2009）
《地铁设计规范》 （GB 50157-2013）
《地铁限界标准》 （CJJ 96-2003）
《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》 （CJJ 49-92）
3 《地下铁道工程施工及验收规范》 （GB 50299-1999）（2003版）
《工程结构可靠性设计统一标准》 （GB 50153-2008）
《建筑结构可靠度设计统一标准》 （GB 50068-2001）
《建筑结构荷载规范》 （GB 50009-2012）
《建筑工程抗震设防分类标准》 （GB 50223-2008）
《建筑抗震设计规范》 （GB 50011-2010）(2016年局部修订)
《混凝土结构设计规范》 （GB 50010-2010）(2015年局部修订)
《混凝土结构耐久性设计规范》 （GB/T 50476-2008）
《钢结构设计规范》 （GB 50017-2003）
《地下工程防水技术规范》 （GB 50108-2008）
《建筑地基基础设计规范》 （GB 50007-2011）
《盾构法隧道施工及验收规范》 （GB 50446-2008）
《预制混凝土衬砌管片》 （GB/T 22082-2008）
《盾构隧道管片质量检测技术标准》 （CJJ/T 164-2011）
《预制混凝土衬砌管片生产工艺技术规程》 （JC/T 2030-2010）
《城市轨道交通工程监测技术规范》 （GB50911-2013）
其它相关规范、规程
二、主要技术标准
1 主体结构设计使用年限为100年，自成结构体系且不直接影响运营的内部构件设计使用年限为50年。在设计使用年限内未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境。
2 结构安全等级为一级，结构重要性系数为1.1。
3 结构抗震设防烈度为7度，设防分类为乙类，抗震等级为四级。
4 主体结构按6级人防抗力等级的人防荷载进行结构强度验算。
5 结构裂缝控制等级为三级，钢筋混凝土管片最大裂缝宽度不大于0.2mm。
6 结构防水等级为二级。
7 结构耐火等级为一级。
8 结构环境类别与作用等级为 I-B。
9 结构按最不利情况进行抗浮稳定验算。在不计侧壁阻力时，抗浮安全系数不得小于1.05；当计入侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15。
4 三、工程概况
本区间设计范围：何山路站～苏州乐园站区间，右线设计起讫里程：右DK9+465.935～右DK10+616.596，右线隧道全长1152.789m,长链2.128m；左线起讫里程：左DK9+465.935～左DK10+662.596，左线隧道全长1183.819m，短链12.842m；区间左右线总长2336.608m；包含盾构区间隧道主体部分、联络通道1处、端头井加固、区间疏散平台。
区间隧道从何山路站南端出发，穿越何山公园处碎石土、中~强风化凝灰岩段，左右线均以2000m半径向西南方向直行,侧穿苏地-2014-G-34号地块荷兰庭小区别墅及配电房，继而左右线均以450m半径向东南方向前行，下穿邓尉路、金山浜和中化药业有限公司后，线路左右线均以450m半径向东南方向前进，下穿有轨电车1号线苏州乐园站地下通道之后到达苏州乐园站。区间左右线均采用两段曲线，最小曲线半径为450m，线路线间距为14m~17m。
区间隧道两端的何山路站为地下两层、苏州乐园站为地下三层站，区间隧道纵坡呈单向坡，最大坡度26.539‰，最小坡度3.5‰，竖曲线半径为3000m及5000m。隧道埋深6～16.7m。
本区间沿线建（构）筑物较多，主要侧穿了苏州市委党校团干培训楼、高新区培训中心、高达热电有限公司，下穿了邓尉路、金山浜、中化药业有限公司和有轨电车1号线苏州乐园站地下通道。沿线道路地下管线密集，计有给水、雨水、污水、天然气、电力电缆、路灯、信息等多种管线。
根据沿线工程地质与水文地质条件、地层特性、地面环境等因素，区间隧道采用复合式土压平衡盾构施工，联络通道采用矿山法施工（地层采用冻结法加固）。
盾构管片参数如下表所示。
表1 盾构管片结构参数
管片
内径 管片
外径 管片
厚度 管片分块 螺栓
类型 环向螺栓 纵向螺栓 混凝土等级 抗渗等级 拼装方式
5500mm 6200mm 350mm 6块 弯螺栓 12套 16套 C50 P10 错缝拼装
根据总体组下发的管片结构及配筋参考图，采用浅埋、中埋、深埋和超深埋四种配筋型式。
四、工程地质条件
详见本区间施工图《第一分册 隧道平纵断面变更图》。
5 五、计算方法
本次采用η-ζ法（修正惯用法）进行设计计算。
首先将单环以匀质圆环计算，但考虑环向接头存在，圆环整体的弯曲刚度降低，取圆环抗弯刚度为ηEI（η为<1的弯曲刚度有效率，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1）。
αhwhohqr=kδPyoPy1Py2Px1Px2Px1Px2ggggggηEIqr=kδPr=Py1+Py2RlPg=πg
图1 计算简图
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）。
图2 错缝拼装弯矩传递及分配示意图
接头处内力：(1),jiijiiMMNN
管片内力：(1),siisiiMMNN
6 式中，ξ为弯矩提高率，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。
六、荷载及荷载组合
1. 永久荷载
永久荷载包括水土压力、结构自重、地面建筑物超载。
竖向水土压力按全覆土考虑，水平向水土压力采用水土分算。
水土压力主要计算计算参数取值：土层重度、地基抗力系数、静止侧压力系数均按土层厚度取加权平均值；地下水位取最不利水位（最低潜水位绝对标高0.13）。
（1）顶部水土压力：wwiiyhhP1
i——水位以上取天然重度，水位以下取有效重度；
wh——隧道顶部的水头高度
（2）拱背处平均水土压力：RPy)41(2
取值同上，R——管片外半径，取值为3.1m；
（3）顶部侧向水土压力：wwwwyyxhhPPKP)(1001
0K——土体静止侧压力系数
w——水的重度
（4）底部侧向水土压力：)2()('1002RhhhPPKPwwwwiiyyx
iih,'——隧道顶至隧道底各土层的有效重度和土层厚度
2. 可变荷载
地面可变荷载标准值按20KN/m2计算，下穿建筑物段按建筑物实际超载进行取值。
3. 偶然荷载
人防荷载：根据人防单位文件，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，本区间覆土均大于2.5m，因此本次不做人防工况验算。
地震荷载：根据《苏州市轨道交通3号线工程金鸡湖西站～东方之门站区间岩土工程详细勘察报告》，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，特征周期值0.45s。
7 4. 荷载组合
结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，分别进行承载力极限状态计算和裂缝宽度验算。
（1）承载力极限状态计算采用基本组合：1.35×永久荷载标准值+1.4×可变荷载标准值。
（2）裂缝宽度验算采用准永久组合并考虑长期作用影响：1.0×永久荷载标准值+1.0×可变荷载标准值。
七、管片主筋配筋计算分析
1. 内力计算
本区间沿线建（构）筑物较多，主要侧穿了苏州市委党校团干培训楼、高新区培训中心、高达热电有限公司，下穿了邓尉路、金山浜、中化药业有限公司和有轨电车1号线苏州乐园站地下通道。沿线道路地下管线密集，计有给水、雨水、污水、天然气、电力电缆、路灯、信息等多种管线。左右线分别拟选4个断面进行配筋验算，里程分别为右DK09+515、右09+704、右DK10+054、右DK10+616.596、左DK09+465.935、左DK09+524、左DK09+961、左DK10+662.596。
各断面主要计算参数汇总见表2。
表2 主要计算参数
计算断面 右DK09+515 右DK9+704 右DK10+054 右DK10+616.596
上覆土厚度（m） 10.6 11.5 12.1 16.4
静止侧压力系数（加权平均） 0.3 0.6 0.6 0.5
水平基床系数（MPa/m）（加权平均） 200.0 27.6 18.8 17.6
地下水位（m）（距离地表） 3.0 4.6 1.9 1.9
重度（加权平均） 25.1 21.9 19.4 19.3
计算断面 左DK9+465.935 左DK9+524 左DK9+961 左DK10+662.596
