盾构衬砌设计计算书
盾构隧道衬砌设计计算书
060987李博
一、设计资料
如图所示，为一软土地区地铁盾构隧道横断面，有一块封顶块K，两块邻接块L，两块标准块B 以及一块封底块D 六块管片组成。
q=20kN/m 2
j=7.2
j=8.9
部分数据
地面超载 2/20m kN q =超
地层基床系数 2/20000m kN k =
衬砌外径 m D 2.60= 衬砌内径 m D 5.5= 管片厚度
mm t 350=
管片宽度
m b 2.1=
管片裂缝宽度 允许值 []mm 2.0=v
接缝张开允许值 []mm 3=D
混凝土抗压强度
设计值 MPa f c 1.23= 混凝土抗压强度
设计值 MPa f t 89.1= 钢筋抗拉强度 设计值（II 级钢） MPa f y 300=
钢筋抗拉强度 设计值（II 级钢） MPa f y 300'
= 管片混凝土 保护层厚度 mm a a s s 50'
==
钢筋抗拉强度 设计值（I 级钢）
MPa f y 210= 混凝土弹性模量 2
7
/1045.3m kN E ′=
钢筋弹性模量 （II 级钢） 28/100.2m kN E ′=钢
M30螺栓有效面
积 26.560mm A g = M30螺栓设计强
度 MPa R g 210= M30螺栓弹性模
量
28/101.2m kN E ′=螺栓
M30螺栓长度
cm l 5.18=螺栓
二、荷载计算
1、 自重
kN R D D g H
h
81.1602)(41
220=×-=p g p
2、 竖向土压力
由于隧道上覆土层为灰色淤泥质粉质粘土，地层基床系数2
/20000m kN k =，推测应为硬黏性土，且隧道埋深超过隧道半径很多倍，故竖向土压力应按照太沙基公式计算。 衬砌圆环顶部的松弛宽度
m D B 73.6)4
8cot(200=+=
j
p 地面超载2
/20m kN q =超，且H q m K B H K B c B h 05.29tan tan exp 11(0010000=ú? ùê?é ÷÷????è?---=j j g ‘ 1H 为修正覆土厚度，即将上部土柱重量按浮重度折算而成的覆土厚度 m q l H H w 83.598 20 185.082.56'1=+′+′= +×+= ‘ 超 g g g 22'0/200/38.232m kN m kN h q >==g 土，取2/38.232m kN q =土 3、拱背土压 计算半径mm R H 29252 350 6200=-= 。 土层重度取拱背覆土所在土层的浮重度3/8m kN ×=‘g ，并将其简化为竖向均布荷载 22 /03.5243.02m kN R R R G q H H H =×=×=’拱g 4、净水压力 隧道顶面处净水压力2 /00.562m kN H q w w =×=g 顶水 隧道底面处净水压力2 /50.6202m kN R H q H w w =+×=）（底水g 5、侧向水土压力 侧向水土压力采用水土分算的方法，按朗肯主动土压力计算。 土压力a a K c K h q p 2)(-×+=g ，水压力1w w H p ×=g 其中q 为上部土层产生的竖向压力；g 为计算土层的重度，因计算位置位于地下水位以下，故取浮重度；h 为计算处至隧道顶面的距离；1w H 为计算处至地下水面的距离。计算结果如下 6、侧向土壤抗力 由于土层变化引起的土压力突变比较小，可以将侧向水土压力近似看做是均匀变化的。取隧道顶面侧向压力21/97.706m kN p =，隧道底面侧向压力22/69.808m kN p = 取衬砌圆环抗弯刚度折减系数7.0=h ，管片弹性模量2 7 /1045.3m kN E ′=，管片的截面惯性矩m m I /10 573.343 ×′=-，弹性基床系数3/20000m kN k =。 衬砌圆环在水平直径处变形量 mm R k I E R g p p q q q H H 985.1) 0454.0(242224 4 21=×+×××+--++=h p d ）（拱顶水土 侧向抗力2 1/70.39m kN k p k =×=d 7、荷载组合 竖向荷载2 /29.959)(2.1m kN q q q q =++=拱顶水土 自重21/50.102.1m kN g g == 水平荷载 侧向抗力2 1/52.482.1m kN p p k k == 三、内力计算 1、按惯用修正法公式表格进行计算 侧向压力因土层改变所引起的变化很小，可以近似按照均匀变化计算 a、管片内力计算结果 kN×） 弯矩（m 角度垂直荷载水平荷载弹性抗力水平三角荷载自重每米内力02051.83-1825.51-40.42-108.1830.97108.69 101928.09-1715.42-38.59-103.2529.39100.22 201571.79-1398.42-33.18-88.6224.7676.33 301025.92-912.76-24.33-64.9117.4841.41 40356.30-317.00-12.32-33.368.17 1.79 50-356.30317.00 2.48 3.80-2.34-35.35 60-1025.92912.7618.9443.27-13.07-64.02 70-1571.791398.4234.7380.70-22.91-80.84 80-1928.091715.4246.69111.16-30.69-85.51 90-2051.831825.5151.39129.81-35.28-80.39 100-1928.091715.4246.69132.80-35.61-68.79 110-1571.791398.4234.73118.18-31.14-51.61 120-1025.92912.7618.9486.54-22.21-29.89 130-356.30317.00 2.4841.28-9.91-5.45 140356.30-317.00-12.32-11.72 4.0819.33 1501025.92-912.76-24.33-64.9117.8041.72 1601571.79-1398.42-33.18-110.2629.2959.22 1701928.09-1715.42-38.59-140.7236.9170.27 1802051.83-1825.51-40.42-151.4539.5874.04 kN×） 管片弯矩图（m 角度垂直荷载水平荷载弹性抗力水平三角荷载自重每米内力 00.000.000.000.000.000.00 10-479.84426.917.1319.26 6.17-20.37 20-901.81802.3414.0437.8411.82-35.76 30-1215.001080.9920.5354.6816.49-42.32 40-1381.651229.2526.3968.1919.72-38.09 50-1381.651229.2531.1976.3221.15-23.74 60-1215.001080.9932.5176.8720.51-4.13 70-901.81802.3428.3068.1517.6414.62 80-479.84426.9117.4249.5712.4926.55 900.000.000.0022.19-5.1217.07 100479.84-426.9117.42-11.14 4.0163.22 110901.81-802.3428.30-45.9613.3795.17 1201215.00-1080.9932.51-76.8721.27110.92 1301381.65-1229.2531.19-98.5126.36111.44 1401381.65-1229.2526.39-106.6327.7999.96 1501215.00-1080.9920.53-99.0625.2980.78 160901.81-802.3414.04-76.2719.1956.43 170479.84-426.917.13-41.4510.3328.94 1800.000.000.000.000.000.00管片剪力图（kN） 角度垂直荷载水平荷载弹性抗力水平三角荷载自重每米内力 00.002496.4341.06110.95-5.122643.32 1084.612421.1540.44109.24-4.112651.33 20328.232204.4038.58103.95-1.142674.03 30701.481872.3235.5694.70 3.612707.67 401159.341464.9631.4581.279.862746.89 501646.581031.4626.1764.0417.242785.50 602104.44624.1118.7744.3825.292816.99 702477.69292.0310.3024.8033.512838.33 802721.3175.28 3.078.7441.342849.75 902805.920.000.000.0048.242854.17 1002721.3175.28 3.07 1.9652.232853.86 1102477.69292.0310.3016.7351.692848.44 1202104.44624.1118.7744.3847.072838.77 1301646.581031.4626.1782.6639.382826.25 1401159.341464.9631.45127.0730.002812.84 150701.481872.3235.56171.5720.512801.45 160328.232204.4038.58209.5512.432793.20 17084.612421.1540.44235.097.022788.31 1800.002496.4341.06244.09 5.122786.70管片轴力图（kN） b、接缝内力计算值 kN×）剪力（kN） 轴力（kN） 位置 弯矩（m 8 103.24 -26.46 2648.47 73 -83.46 -13.52 2842.71 138 14.47 102.97 2815.43 2、同济曙光荷载结构法计算 用单向受压弹簧模拟地层抗力。 a、计算模型 kN×） b、管片弯矩图（m c、管片剪力图（kN） d、管片轴力图（kN ） 四、管片配筋和接头设计 隧道采用通缝拼接，标准块即在73°~138°范围内。由内力计算结果可知： 最大弯矩发生在80°处，为m kN ×51.85，考虑到管片并非是理想的匀质圆环，对此弯矩乘以弯矩传递系数 1.3，则设计控制弯矩为m kN ×16.111，相应截面上的轴力为 kN 75.2849。 最大轴力发生在90°截面，为kN 17.2854，对应的弯矩乘以传递系数后为 m kN ×51.104。 最大剪力发生在130°截面，为kN 44.111。管片中受弯钢筋和分布钢筋使用II 级钢，抗剪钢筋采用I 级钢。 1、标准块的受弯钢筋 管片按照偏心受压构件进行设计，并且采用对称配筋。 截面有效高度mm h 300503500=-=；附加偏心距mm e a 7.1135030 1 =′= ，取mm 20 a、最大弯矩截面 轴向力偏心距mm N M e 0.390== ；实际初始偏心距mm e e e a i 0.590=+=；偏心增大系数33.1=h ， mm a h e e s i 3.2032 =-+=h 。 55.0411.00 <=×= bh f N c x 为大偏心受压，'021004.123s a mm mm h =>=x 2 , 022 01332) ()5.0(mm a h f bh f Ne A s y c s -=---=x x b、最大轴力截面 2 , 022 01421) ()5.0(mm a h f bh f Ne A s y c s -=---=x x 按照公式计算所得的钢筋面积均为负值，说明轴力很大，在管片工作过程中，全界面受压，不存在受拉破坏。考虑到管片装配、运输、不均匀沉降等影响，采用构造配筋。 2min 945mm bh A s ==r ，选用 200@16钢筋，实际21131mm A s =。纵向分布钢筋取 200@12（钢筋间距为管片内侧配筋的弧长距离）。但管片中钢筋需避开手孔和孔道，不能完全按照均布布置，可对间距进行调整，应尽量均匀布置。调整后的钢筋每块管片（宽度1.2m）一侧钢筋不少于6根。 2、标准块的抗剪钢筋 kN kN bh f V t c 44.1119.3967.00>==，则按照最小配箍率配筋。 3min ,1016.224 .0-′==yv t sv f f r ，mm b s A sv sv 16.2min ,==r 取200@12f 的拉筋（管片纵向每米五根拉筋），此时 b mm mm s A sv sv min ,16.2872.2r =>= 钢筋需避开手孔和孔道，尽量均匀布置。 3、管片间螺栓布置 每两片管片间布置三根连接螺栓，螺栓位置距管片内边缘120mm，螺栓间距350mm。螺栓为5.8级M30。 4、环缝连接螺栓的布置 环间共布置17根螺栓，螺栓为5.8级M30，螺栓分布如下图 五、衬砌验算 1、隧道抗浮验算 沿隧道延伸方向取1m 的计算长度： 隧道所受浮力kN b D F w 91.3014 12 0=×××=g p 浮 隧道自重kN b D D G h 81.160)(4 1 220=××-= g p 隧道所受摩阻力，隧道摩阻力作用面按隧道在两侧的投影面积计算，0f 为隧道与土壤间单位面积摩擦力，取2 0/15m kN f =，kN f b D f 00.186200=×××=p 摩阻 隧道抗浮稳定安全系数15.1=+= 浮 摩阻 抗浮F f G K ，则隧道的抗浮能力满足要求。 隧道埋置在粘土层中，由于土层的渗透系数很小，地下水补给缓慢，所以隧道的浮升也很缓慢，后续隧道中加设的设备等会进一步增加隧道的自重，使得抗浮性能增加。 2、管片裂缝限制 按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度计算如下： )08.09.1(max te eq s sk cr d c E r s j a v +×= 其中： （1）cr a 为构件受力特征系数，偏心受压构件取2.1 （2）j 为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数 （3）sk s 为标准组合计算的纵向受拉钢筋的应力 （4）s E 为钢筋的弹性模量，管片中的受拉钢筋为2级钢筋，MPa E s 5 102′= （5）c 为最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离 （6）eq d 为受拉区纵向钢筋的等效直径? ?=nvd d n d eq 2 （7）te r 为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率 由内力计算公式，可以绘制出全部管片内外边缘应力的变化曲线如下 所有应力均为正，由此可知管片全截面受压，不会出现裂缝，即sk s 为0。 即[]mm 2.00max =<=v v ，满足要求。 3、纵向接缝计算 （1）接缝张开计算 a、管片拼装前，受螺栓预应力作用，在接缝上产生预压力 MPa MPa W e N F N c c 03.093.021=×±=螺预预s s 预N 为螺栓预应力引起的轴向力（假定螺栓预应力为MPa 100），共三根螺栓， kN N 18.1686.5601003=′′=预；螺e 为螺栓与重心轴偏心距，为mm 551202 350 =-；F 为管片截面面积；W 为管片抗弯截面模量。 b、接缝受到外荷载作用产生的应力 8°处 MPa MPa W M F N a a 51.262.1221=±=s s 73°处 MPa MPa W M F N a a 64.1146.321=±=s s 138°处 MPa MPa W M F N a a 34.775.821=±=s s 累加可知三个接头处内力分别为： MPa MPa 54.255.13、MPa MPa 67.1139.4、MPa MPa 37.768.9 则，三个接头处外侧均为压应力，证明接头是闭合的，符合要求。 （2）接缝强度计算 a、8°处接头 接缝处也按照偏心受压构件计算，将螺栓视为钢筋，并忽略混凝土的抗拉性能。管片宽度为1.2m，由三根螺栓连接。 轴向力偏心距mm N M e 0.390== ，mm a h e e s 0.942 =-+=。 03)2 (0=×-+-××e R A x h e f x b g g c 计算得mm h mm x b 1651.4060=>=x 按小偏压构件计算，55.151.555.02 0>=×=e N f bh K c ，是安全的。 b、73°处接头 弯矩为负值，即偏心方向偏向于螺栓一侧，按素混凝土计算。 MPa MPa MPa W M F N a a 1.2364.1146.321<=±=s s ，符合要求。 c、138°处接头 mm h mm x b 1655.4760=>=x ，按小偏压构件计算。 55.110.855.02 0>=×=e N f bh K c 符合要求 4、管片局部抗压验算 螺栓 螺栓的尺寸入上图所示。假定垫板的厚度为10mm，将受压面积等效为圆形，考虑局部荷载在垫板中按45°刚性角放大。 由以上简化可得： 局部受压面积2 4244mm A l =；局部受压底面积l b A A 9=。 局部受压净面积2ln 3537mm A = 局部承压强度提高系数3== l b l A A b ；混凝土强度影响系数0.1=c b 由以上前面的验算2、3可知，衬砌圆环在使用中处于全截面受压状态，螺栓处混凝土不存在局部承压问题，故只考虑安装时螺栓预应力的影响，而螺栓间彼此间距较大，故只需单独考虑一只螺栓处的受力状态。 则局部压力设计值kN mm MPa F 06.566.5601002 =×= F kN kN A f c l c =>=06.5633035.1ln b b ，故局部承压性能满足要求。 5、环缝刚度近似计算 混凝土 322 091.8)(64 1m D D W =-= p 混 螺栓 32 014.0m r r A W g == ?螺栓 合成刚度 N W E l W E b l b EW 1010072.2′=+ ×+=螺栓 螺栓螺栓混螺栓 合 螺栓应变值 m E R g 3101-′== 螺栓 螺栓x 混凝土应变值 m EW l W bE 5102.6-′==混 螺栓螺栓 螺栓螺栓 混x x m kN EW M ×′=+=41020.2)(螺栓混和x x 重庆能源职业学院 毕业设计(论文) 题目：盾构施工 姓名： * * **** 学号： 2********** 班级： **************** 专业： **************** 指导教师： **************** 重庆能源职业学院 毕业设计(论文)成绩表 系专业班评审意见： 指导教师对学生所完成的课题为 的毕业设计(论文)进行的情况，完成情况的意见： 评分：平时成绩（百分制）论文成绩（百分制） 指导教师 年月日答辩： 毕业设计(论文)答辩组对学生所完成的课题为 的毕业设计(论文)经过答辩,成绩为 毕业设计(论文)答辩组负责人 答辩组成员 年月日总成绩（平时成绩30%+论文成绩10%+答辩成绩60%）： 签字： 年月日 重庆能源职业学院 毕业设计(论文)任务书 ******* 系 20102322 班学生 ******* 学号 20102322057 毕业设计(论文)课题盾构施工 毕业设计(论文)工作自 2012 年 11 月 30 日起至 2012 年 5 月 28 日止 毕业设计(论文)进行地点： ******* 一、课题的背景、意义及培养目标 《盾构施工》是管道穿越里面不可缺少的一个重要环节,长输管道施工中要穿越许多山川及河流，而盾构施工方法可以解决这些管道施工穿越遇到的问题，而且在以后管道运输中才能更加安全。随着石油工业的飞速发展，油气储运设施的建设也越来越快。由于管道的增加，施工更多的管道式必不可少的，为了减少施工时间和施工人数，以及防止一些安全事故的发生，那么管道穿越中用盾构施工是一个很好的方法。 二、设计(论文)的原始数据与资料 《油气储运工程施工》 三、课题的基本要求（含技能技术指标） 1、对盾构施工具有较详细的认识和了解，写出当前的发展状况及今后的发展趋势； 2、了解石油工业管道施工的现状及发展趋势； 3、掌握管道穿越的现状及发展趋势； 5、具备化工识图与制图能力、反应过程运行控制能力； 新建路面设计 1. 项目概况与交通荷载参数 该项目位于西南地区，属于二级公路，设计时速为40Km/h,12米双车道公路，设计使用年限为12.0年，根据交通量OD调查分析，断面大型客车和货车交通量为1849辆/日, 交通量年增长率为8.2%, 方向系数取55.0%, 车道系数取 70.0%。根据交通历史数据，按表A.2.6-1确定该设计公路为TTC4类，根据表 A.2.6-2得到车辆类型分布系数如表1所示。 表1. 车辆类型分布系数 根据路网相邻公路的车辆满载情况及历史数据的调查分析，得到各类车型非满载与满载比例，如表2所示。 表2. 非满载车与满载车所占比例(%) 根据表6.2.1，该设计路面对应的设计指标为沥青混合料层永久变形与无机结合料层疲劳开裂。根据附表A.3.1-3，可得到在不同设计指标下，各车型对应的非满载车和满载车当量设计轴载换算系数，如表3所示。 表3. 非满载车与满载车当量设计轴载换算系数 根据公式（A.4.2）计算得到对应于沥青混合料层永久变形的当量设计轴载累计作用次数为8,109,551, 对应于无机结合料层疲劳开裂的当量设计轴载累计作用次数为562,339,245。本公路设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量为4,989,710，交通等级属于中等交通。 2. 初拟路面结构方案 初拟路面结构如表4所示。 表4. 初拟路面结构 路基标准状态下回弹模量取50MPa,回弹模量湿度调整系数Ks取1.00,干湿与冻融循环作用折减系数Kη取1.00,则经过湿度调整和干湿与冻融循环作用折减的路基顶面回弹模量为50MPa。 3. 路面结构验算 3.1 沥青混合料层永久变形验算 根据表G.1.2，基准等效温度Tξ为20.1℃，由式（G.2.1）计算得到沥青混合料层永久变形等效温度为21.5℃。可靠度系数为1.04。 根据B.3.1条规定的分层方法，将沥青混合料层分为6个分层,各分层厚度（hi）如表5所示。利用弹性层状体系理论，分别计算设计荷载作用下各分层顶部的竖向压应力（Pi）。根据式（B.3.2-3）和式（B.3.2-4），计算得到d1=-8.23，d2=0.77。把d1和d2的计算结果带入式（B.3.2-2），可得到各分层的永久变形修正系数(kRi)，并进而利用式（B.3.2-1）计算各分层永久变形量(Rai)。各计算结果汇总于表5中。 各层永久变形累加得到沥青混合料层总永久变形量Ra=19.2(mm)，根据表3.0.6-1，沥青层容许永久变形为20.0(mm)，拟定的路面结构满足要求。 1.厌氧塔的设计计算 1.1反应器结构尺寸设计计算 （1） 反应器的有效容积 设计容积负荷为)//(0.53 d m kgCOD N v = 进出水COD 浓度)/(20000L mg C = ，E=0.70 V= 3 084000 .570 .0203000m N E QC v =??= ，取为84003 m 式中Q ——设计处理流量d m /3 C 0——进出水CO D 浓度kgCOD/3 m E ——去除率 N V ——容积负荷 （2） 反应器的形状和尺寸。 工程设计反应器3座，横截面积为圆形。 1） 反应器有效高为m h 0.17=则 横截面积：)(4950 .1784002 m h V S ＝有效 == 单池面积：)(1653 4952 m n S S i == = 2) 单池从布水均匀性和经济性考虑，高、直径比在1.2：1以下较合适。 设直径m D 15=，则高182.1*152.1*===m D h ，设计中取m h 18= 单池截面积：)(6.1765 .714.3)2 ( *14.32 2 2' m h D S i =?== 设计反应器总高m H 18=，其中超高1.0m 单池总容积：)(3000)0.10.18(6.176'3 ' m H S V i i =-?=?= 单个反应器实际尺寸：m m H D 1815?=?φ 反应器总池面积：)(8.52936.1762 ' m n S S i =?=?= 反应器总容积：)(900033000'3 m n V V i =?=?= （3） 水力停留时间（HRT ）及水力负荷（r V ）v N h Q V t HRT 72243000 9000=?== )]./([24.03 6.1762430002 3h m m S Q V r =??= = 根据参考文献，对于颗粒污泥，水力负荷)./(9.01.02 3 h m m V r -=故符合要求。 1.7.2 三相分离器构造设计计算 （1） 沉淀区设计 根据一般设计要求，水流在沉淀室内表面负荷率)./(7.02 3 ' h m m q <沉淀室底部进水口表面负荷一般小于2.0)./(2 3 h m m 。 本工程设计中，与短边平行，沿长边每池布置8个集气罩，构成7个分离单元，则每池设置7个三项分离器。 三项分离器长度：)(16' m b l == 每个单元宽度：)(57.27 187 ' m l b == = 沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积即2882m 沉淀区表面负荷率：)./(0.20.1)./(39.0288 58.1142 323h m m h m m S Q i -<== （2） 回流缝设计 设上下三角形集气罩斜面水平夹角α为55°，取m h 4.13= )(98.055 tan 4.1tan . 31m h b === α )(04.198.020.32 12m b b b =?-=-= 式中：b —单元三项分离器宽度，m ； 1b —下三角形集气罩底的宽度，m ； 2b —相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离（即污泥回流缝之 一），m ； 3h —下三角形集气罩的垂直高度，m ； 毕业设计论文（城市地下工程方向）：地铁站区间隧道设计与施工 ZZ 矿业大学 本科生毕业设计 姓名：学号： 学院： 专业：土木工程专业（城市地下工程方向） 设计题目：上海地铁汶水路站～新沪路站区间隧道设计与施工 专题：盾构施工对周围建筑物的影响及保护措施指导教师：职称： 二○一○年六月徐州 ZZ矿业大学毕业设计任务书 学院力学与建筑工程专业年级土木工程专业地下20XX学生姓名XX 任务下达日期：2010年 1 月10 日 毕业设计日期：2010年1月10日至2010年6月20日 毕业设计题目：上海地铁汶水路站～新沪路站区间隧道设计与施工 毕业设计专题题目：盾构施工对周围建筑物的影响及保护措施 毕业设计主要内容和要求： 设计要求： 根据提供的上海地铁汶水路～新沪路站区间隧道工程的工程资料，完成隧道衬砌结构设计和施工组织设计。结构设计内容包括隧道施工方案的比选、衬砌方案的选取及内力计算等，并编制设计计算书。施工组织设计内容应包括隧道施工准备、施工方法及辅助施工技术、施工总平面布置、施工进度计划和施工管理等内容。 提交是图纸应包括：①区间隧道工程施工平面总布置图；②区间隧道平面图与剖面图；③衬砌管片配筋图。 专题要求： 隧道施工常采用盾构法施工，而盾构施工时会对周围建筑物产生影响，根据查阅的资料，分析盾构施工对土体应力状态及地表变形的影响，并说明盾构法施工时应对对周围建筑物采取的保护措施。完成论文及手绘图一张。 其它要求： 翻译一篇与设计或专题内容相关的近3年外文文献，其中文字数不少于3千字，并且附英文原文。 院长签字：指导教师签字： ZZ矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）： 成绩：指导教师签字： 年月日 沥青路面结构设计与计算书 1 工程简介 本路段属于安图至汪清段二级公路.K0+000～K3+500，全线设计时速为60km/h的二级公路，路面采用60km/h的二级公路标准。路基宽度为10m，行车道宽度为2×3. 5m，路肩宽度为2×0.75m硬路肩、2×0.75土路肩。路面设计为沥青混凝土路面，设计年限为12年。路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,以BZZ－100表示；根据沿线工程地质特征及结合当地筑路材料确定路面结构为：路面的面层采用4cm厚细粒式沥青混凝土和6cm厚中粒式沥青混凝土，基层采用20cm厚水泥稳定碎石，底基层采用石灰粉煤灰土。 2 土基回弹模量的确定 本设计路段自然区划位于Ⅱ3区，当地土质为粘质土，由《公路沥青路面设计规范（JTG D50-2004）》表F.2查得，土基回弹模量在干燥状态取39Mpa,在中湿状态取34.5Mpa. 3 设计资料 （1）交通量年增长率：5% 设计年限：12年 。 4 设计任务 4.1 沥青路面结构组合设计 4.2 沥青路面结构层厚度计算，并进行结构层层底拉应力验算 4.3 绘制沥青路面结构图 5 沥青路面结构组合设计 5.1 路面设计以双轮组单轴载100KN 为标准轴载,以BZZ －100表示。标准轴载计算参数如表10－1所示。 5.1.1.1 轴载换算 轴载换算采用如下的计算公式： 35 .41 21∑=? ?? ??=k i i i P P n C C N ，()11 1.211c m =+?-=，计算结果如下表所示。 注：轴载小于25KN 的轴载作用不计 5.1.1.2 累计当量轴次 根据设计规范，二级公路沥青路面设计年限取12年，车道系数η=0.7，γ=5.0% 累计当量轴次： ()[][] 329841405 .07 .005.8113651)05.01(3651112 =???-+=??-+= ηγ γN N t e 次 5.1.2 验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次 5.1.2.1 轴载验算 验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为： 地下工程设计原理第06章盾构衬砌结构 主讲教师：胡敏云 本章主要内容 ?什么是盾构技术？ ?盾构构造和分类 ?盾构尺寸和千斤顶推力 ?盾构推进及衬砌拼装 ?装配式圆形衬砌构造 ?内力计算与管片结构设计 学习要求： ?了解盾构隧道的功能和适用环境； ?掌握圆形衬砌构造、内力计算与管片结构设计。 盾构法是暗挖隧道的 专用机械——盾构机在地面以下建造隧道的一种施工方法。 构成盾构法的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。 盾构法施工 什么是盾构技术？ ?盾构（shield ）是一种钢制的活动防护装置或活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市居民区修建隧道的一种机械。 ?头部可以安全地开挖地层,尾部可以装配预制管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌。 ?盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。 适用条件 ?在松软含水地层中修建隧道、水底隧道及地下铁道时采用各种不同形式的盾构施工最有意义； ?暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节等条件的影响。 发展历史 ?用盾构法修建隧道开始于1818年，法国工程师布鲁诺尔； ?1825年在英国泰晤士河下首次用矩形盾构建造隧道； ?近代，日本盾构法得到了迅速发展，用途越来越广，并研制了大量新型盾构； ?我国于1957年北京下水道工程中首次出现2.6m 小盾构； ?上海市延安东路过江道路隧道使用11.0 m 直径的大盾构； 结构设计计算书 一.设计概况 1.建设项目名称：星海国际花园住宅楼（B 栋） 2.建设地点：****某地 3.设计资料： 3.1.地质水文资料：根据工程地质勘测报告，拟建场地地势平坦，表面为平均厚度0.5m 左右的杂填土，以下为1.0m 左右的淤泥质粘土，承载力的特征值为80 kN/m 2 ，再下面为较厚的 垂直及水平分布比较均匀的粉质粘土层，其承载力的特征值为180kN/m 2 ，可作为天然地基持力层。 地下水位距地表最低为-0.8m,对建筑物基础无影响。 3.2.气象资料： 全年主导风向：偏南风 夏季主导风向：东南风 冬季主导风向：北偏西风 常年降雨量为：1283.70mm 基本风压为：0.36kN/m 2 （B 类场地） 基本雪压为：0.20kN/m 2 3.3.抗震设防要求：七度二级设防 3.4.底层室内主要地坪标高为±0.000，相当于绝对标高31.45m 。 二.结构计算书 1.结构布置方案及结构选型 1.1.结构承重方案选择 根据建筑功能要求以及建筑施工的布置图，本工程确定采用框架承重方案，框架梁、柱布置参见结构平面图。 1.2.主要构件选型及尺寸初步估算 1.2.1. 主要构件选型 （１）梁﹑板﹑柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构 （２）墙体采用：粉煤灰轻质砌块 （３）墙体厚度：外墙:250mm ，内墙:200mm （４）基础采用：柱下独立基础 1.2.2. 梁﹑柱截面尺寸估算 （１） 主要承重框架: 因为梁的跨度较接近（4500mm ﹑4200mm ）,可取跨度较大者进行计算. 取L=4500mm h=(1/8~1/12)L=562.5mm~375mm 取h=450mm. 447.94504260>==h l n ==h b )3 1~21(225mm~150mm 取b=250mm 满足b>200mm 且b 500/2=250mm 故主要框架梁初选截面尺寸为：b ×h=250mm ×450mm （２） 次要承重框架： 取L=3900mm h=(1/12~1/15)L=325mm~260mm 取h=400mm 415.74003660>==h l n ==h b )3 1~21(200mm~133mm 取b=250mm 故次要框架梁初选截面尺寸为：b ×h=250mm ×400mm （３）楼面连续梁 隧道及地下工程“设计”类毕业设计指导书 1 设计原则及有关技术指标 1.1主要构件设计使用年限为100年。根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，采取有效措施，保证结构强度、刚度，满足结构耐久性要求。 1.2 根据工程地质和水文地质条件，结合周围地面建筑物、地下构筑物状况，通过对技术、经济、环保及使用功能的综合比较，合理选择结构形式。 1.3结构设计应满足施工、运营、环境保护、防灾等要求。 1.4 结构的净空尺寸除应满足建筑限界要求外，尚应考虑施工误差、测量误差、结构变形和沉陷等因素。 1.5 断面形状和衬砌形式应根据工程地质及水文地质、埋深、施工方法等条件，从地层稳定、结构受力合理和环境保护等方面综合确定。 1.6隧道结构按结构“破损阶段”法，以材料极限强度进行设计。 1.7 施工引起的地层沉降应控制在环境条件允许的范围内。 1.8 隧道建设应尽量考虑减少施工中和建成后对环境造成的不利影响。 1.9设计中除参照本指导书外，尚应符合《铁路隧道设计规范》或《地铁设计规范》等相关国家现行的有关强制性标准的规定。 1.10隧道主体工程等级为一级、防水等级为二级，耐火等级为一级。 1.11隧道结构的抗震等级按二级考虑，按抗震烈度8度设防。 1.12 结构设计在满足强度、刚度和稳定性的基础上，应根据地下水水位和地下水腐蚀性等情况，满足防水和防腐蚀设计的要求。当结构处于有腐蚀性地下水时应采取抗侵蚀措施，混凝土抗侵蚀系数不低于0.8。 1.13 在永久荷载基本荷载组合作用下，应按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响进行结构构件裂缝验算。二类环境混凝土构件的裂缝宽度(迎土面)应不大于0.2mm，一类环境(非迎土面及内部混凝土构件)混凝土构件的裂缝宽度均应不大于0.3mm。当计及地震、人防或其它偶然荷载作用时，可不验算结构的裂缝宽度。 1.14 混凝土和钢筋混凝土结构中用混凝土的极限强度应按表1-1采用。区间隧道衬砌采用钢筋混凝土时其混凝土强度不应低于C30。 表1-1 混凝土的极限强度(MPa) 一、 设计目的与要求 (1) 掌握钢筋混凝土简支梁正截面和斜截面承载力的计算方法 (2) 并熟悉内力包络图和材料图的绘制方法 (3) 了解并熟悉现梁的有关构造要求 (4) 掌握钢筋混凝土结构施工图的表达方式和制图规定,进一步提高制图的基本技能 二、 设计题目 装配式钢筋混凝土简支梁设计 三、 设计资料 T 型截面梁的尺寸如图所示,梁体采用C 25混凝土,主筋采用HRB 400级钢筋,箍筋采用R 235级钢筋。简支梁计算跨径L 0=24M 和均布荷载设计值=40KN/M 。 跨中截面：M dm =18×q 2b l =18 ×42×242=3024KN ·M m d V =0 L/4截面：M dl =332×q 2b l =332 ×48×202=1800KN ·M 支点截面：M d0=0 0d V =12 q l b =504KN 四、 设计内容 (1) 确定纵向受拉钢筋数量及腹筋设计。 (2) 全梁承载能力图校核。 (3) 绘制梁截面配筋图。 (4) 计算书：要求计算准确,步骤完整,内容清晰。 五、 准备基本数据 由查表得： C25混凝土抗压强度设计值f cd =11.5MPa,轴心抗拉强度设计值f td =1.23MPa 。 混凝土弹性模量E c =2.80×104 MPa 。 HRB 400级钢筋抗拉强度设计值f Sd =330MPa, 抗压强度设计值f ＇Sd =330MPa 。 R 235级钢筋抗拉强度设计值f Sd =195MPa, 抗压强度设计值f ＇Sd =195MPa 。 六、 跨中正截面钢筋设计 1、 确定T 型截面梁受压翼板的有效宽度/ f b 由图所示的T 型截面梁受压翼板的宽度尺寸为其等效的平均厚度/ f h =140802 =110mm / 1f b =13L 0=13 ×24000=8000 / 2f b =1580mm(相临两主梁轴线间距离) / 3f b =b +2b h +12/ f h =200+12×110=1520mm 受压翼板的有效高度为： / f b =M in (/ 1f b ,/ 2f b ,/ 3f b )=1520mm ，绘制T 型梁的计算截面如图所示 2、 钢筋数量计算 查附表得受压高度界限系数ξb =0.56 （1） 确定截面有效高度 设a s =120mm ，则h 0=h -a s =1300-120=1180mm （2）判断截面类型 f cd / f b /f h （h 0-/ 2f h ）=11.5×1520×110×（1180-1102 ）=2163.15 KN <3024KN ·M 属于第Ⅱ类T 型梁截面 （3） 确定受压区高度X 由公式r 0M d = f cd b x （h 0-2 x ）+ f cd (/f b -b)/f h （h 0-/2f h ）得 1.0×3024×106=11.5×200X ×（1180- 2x ）+11.5×（1520-200）×110×（1180- 1102） 即：X 2-2360X+9960652.174=0 解得X=550.45 mm <ξb h 0=0.56×1180=660.8 mm 且X>/f h =110mm （4） 求受拉钢筋面积A s 由公式f cd b x+ f cd (/f b -b)/f h =f Sd A s 得 A s =/ fcd bx+ fcd ( -b) fsd f b 公路路面结构设计计算示例 、刚性路面设计 交通组成表 1 )轴载分析 路面设计双轮组单轴载 100KN ⑴ 以设计弯沉值为指标及验算面层层底拉力中的累计当量轴次。 ①轴载换算： 双轴一双轮组时，按式 i 1.07 10 5 p °型；三轴一双轮组时，按式 N s i N i P i 16 100 式中：N s ——100KN 的单轴一双轮组标准轴载的作用次数； R —单轴一单轮、单轴一双轮组、双轴一双轮组或三轴一双轮组轴型 i 级轴载的总重KN ； N i —各类轴型i 级轴载的作用次数; n —轴型和轴载级位数； i —轴一轮型系数，单轴一双轮组时, i =1 ；单轴一单轮时，按式 3 2.22 10 P 0.43 计算; 8 0.22 2.24 10 R 计算 N i1 NA 注：轴载小于40KN 的轴载作用不计。 ②计算累计当量轴次 根据表设计规范，一级公路的设计基准期为 30年，安全等级为二级，轮迹横向分布系数 g r 0.08，则 ， :t 30 N N s (1 g r ) 1 365 834.389 (1 0.08) g r 4 4 量在100 10 ~ 2000 10中，故属重型交通。 2) 初拟路面结构横断面 由表3.0.1，相应于安全等级二级的变异水平为低 ~中。根据一级公路、重交通等级和低级变异水平等 级，查表 初拟普通混凝土面层厚度为 24cm ,基层采用水泥碎石，厚 20cm ;底基层采用石灰土，厚 20cm 。 普通混凝土板的平面尺寸为宽 3.75m ，长5.0m 。横缝为设传力杆的假缝。 式中：E t ――基层顶面的当量回弹模量，; E 0——路床顶面的回弹模量， E x ――基层和底基层或垫层的当量回弹模量, E 1,E 2 ――基层和底基层或垫层的回弹模量， h x ――基层和底基层或垫层的当量厚度， 1 365 0.2 6900125362 其交通 0.08 查表的土基回弹模量 设计弯拉强度：f cm 结构层如下： E 。 35.0MP a ，水泥碎石 E 1 1500MP a ，石灰土 E ? 550 MP a 5.0MP a E c 3.1 104 MP a 水泥混凝土 24cm E = . x .g'-iF 水泥碎石20cm E ：=150OMP Q 石灰土 20cm E =53C MPa E x h 2 D x h ； E z h ； h x 12 3 1500 0.2 12 4.700(MN ( 12D ( W E t 12 6.22 0.202 1500 0.202 550 2 2 1025MP a 0.202 0.202 m 0)2 ( 1 4 3 550 0.2 (0.2 12 m) ( 1025 0.380m 1 )1 E 2h 2 0.2) 4 2 ( 1500 0.2 550 0.2 1 )1 1.51(牙) E 。 0.45 6.22 1 1.51 (^) 0.45 35 4.165 E x 、0.55 1 1.44( ) 1 E E 1 ah E ( -) 4.165 0.38635 1.44 (些)0.55 35 0.786 1025 丄 ( )3 212276MP a 35 按式() s tc 计算基层顶面当量回弹模量如下: h 12 E 1 h ；E 2 2 3) 确定基层 E , E 结构计算书 工程名称：蒲家沟垃圾填埋场抽排系统建设工程 工程规模：小型 工程编号：15H054C 2016年03月 资质名称 资质等级 证书编号 _____________________________________________________________________ 建筑行业（建筑工程） 甲 级 A150000624 市政行业（给水工程、排水工程） 甲 级 A150000624 市政行业（环境卫生工程） 甲 级 A150000624 风景园林工程设计 乙 级 A250000621 市政行业（城镇燃气工程） 乙 级 A250000621 市政行业（道路、桥隧） 乙 级 A250000621 工程咨询 甲 级 工咨甲12820070020 市政公用工程（给排水）咨询 甲 级 工咨甲12820070020 古建筑维修保护设计 乙 级 渝0102SJ004 近现代重要史迹及代表性建筑修缮设计 乙 级 渝0102SJ004 压力管道 GB1级，GC2级 TS1850014-2018 工程名称： 蒲家沟垃圾填埋场抽排系统建设工程 工程编号： 15H054C 日 期： 2016.03 设计主持人: 刘国涛 高级工程师 计 算 人: 甘 民 工程师 校 对 人: 陈永庆 工程师 审 核 人: 李立仁 高级工程师 目录 一、荷载计算 二、采用软件 三、水池计算结果四．砌体计算附图 一、荷载计算 1．楼面荷载 屋面恒载4KN 不上人屋面活载0.5KN 二、采用软件 本工程水池设计软件采用理正结构设计软件，砌体结构设计采用PKPM 设计软件。 三、水池计算结果 矩形水池设计(JSC-1) 执行规范: 《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010), 本文简称《混凝土规范》 《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011), 本文简称《地基规范》 《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012), 本文简称《荷载规范》 《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB 50069-2002), 本文简称《给排水结构规范》 《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》(CECS 138-2002), 本文简称《水池结构规程》钢筋：d - HPB300; D - HRB335; E - HRB400; F - RRB400; G - HRB500; P - HRBF335; Q - HRBF400; R - HRBF500 ----------------------------------------------------------------------- 1 基本资料（一） 1.1 几何信息 水池类型: 有顶盖半地上 长度L=9.600m, 宽度B=6.000m, 高度H=4.900m, 底板底标高=-4.900m 池底厚h3=300mm, 池壁厚t1=300mm, 池顶板厚h1=300mm,底板外挑长度 t2=200mm 注：地面标高为±0.000。 (平面图) (剖面图) 1.2 土水信息 土天然重度18.00 kN/m3 , 土饱和重度20.00kN/m3, 土内摩擦角30度 地基承载力特征值fak=150.0kPa, 宽度修正系数ηb=0.00, 埋深修正系数ηd=1.00 盾构隧道设计基本概念 1盾构管片的几何设计 1.1隧道线形的选择—平纵断面的拟合 隧道的中线是由直线及曲线组成。设计常常采用楔形衬砌环（见图1-1），来实现盾构隧道在曲线上偏转及纠偏，楔形衬砌环最大宽度与最小宽度之差称为楔形量。一般来说，楔形量的确定具有经验性，应考虑管片种类、环宽、直径、曲线半径、曲线区间楔形管片环使用比例、管片制作的方便性、盾尾操作空隙因素综合确定；管片楔形量还必须为施工留出适当的余裕。如下图所示，阴影部分是管片的平面投影图，圆弧是隧道设计中心线，圆弧中心点O1是隧道的转弯半径所在的中心点，O2是理论上能拼出的最小转弯半径时的圆心，则O2P＜O1P。 a）普通环b）单侧楔形环c）两侧楔形环 图1-1 楔形衬砌环（β-楔形角、△-楔形量） 图1-2 楔形量与转弯半径示意图 日本曾统计管片外径与楔形量的相关关系，如下图所示。 图1-3 楔形量的施工统计 《盾构工程用标准管片（1990年）》规定管片环外径与楔形量的关系如表1-1所示。 表1-1 楔形量与管片环外径的关系 目前，多采用楔形衬砌环与直线衬砌环的组合、左右楔形衬砌环以及通用型管片。 1.1.1标准环+楔形环 管片拼装时，根据隧道线路的不同，直线段采用标准环管片，曲线段采用楔形管片（左转弯环、右转弯环）用于隧道的转弯和纠偏。楔形环的楔形角由标准管片的宽度、外径和施工曲线的半径而定。采用这类管片时，至少需三种管片模具，即标准环管模、左转弯环管模和右转弯环管模。 a）直线段b）曲线段 图1-4 标准环+楔形环拟合线路 通常，以短折线拟合曲线，在设计时常以2标准环+1楔形环来拟合；不得以（极端困难）时，以1标准环+1楔形环来拟合。 地铁盾构隧道毕设论文 Prepared on 22 November 2020 石家庄地铁一号线北宋站~谈固站区间隧道土层的物理力学参数 表1 土层的物理力学参数 计算原则： （1）设计服务年限100年； （2）工程结构的安全等级按一级考虑； （3）取上覆土层厚度最大的横断面计算； （4）满足施工阶段，正常运营阶段和特殊情况下强度计算要求； （5）接缝变形在接缝防水措施所能适应的范围内； （6）成型管片裂缝宽度不大于； （7）隧道最小埋深处需满足抗浮要求； 采用规范： （1）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）； （2）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）； （3）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）； （4）《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）； （5）《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308-1999）； （6）《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）； （7）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）。 方案确定 明挖法施工对城市地面交通和居民的正常生活有较大影响，易造成噪音、粉尘及废弃泥浆等的污染，且工期较长。由于本工程位处地区附近有很多居民居住，地面交通复杂，故不适合选择明挖法施工。 矿山法适用于硬、软岩层中各类地下工程，特别是对于中硬岩中。本工程要求工期较短，且地下水丰富，矿山法堵水较为繁琐且占用较长工期；隧道穿过地层为砂土和砾石层，矿山法对围岩的破坏较严重。因此不选用矿山法施工。 本工程设计隧道内径为，内径较大，顶管法适宜中小尺寸管道，管道顶进困难，考虑到场地以及经济效益的影响不选用顶管法施工。 公路路面结构设计计算示例 一、 刚性路面设计 交通组成表 1) 轴载分析 路面设计双轮组单轴载100KN ⑴ 以设计弯沉值为指标及验算面层层底拉力中的累计当量轴次。 ① 轴载换算: 16 1100∑=? ?? ??=n i i i i s P N N δ 式中 : s N ——100KN 的单轴—双轮组标准轴载的作用次数; i P —单轴—单轮、 单轴—双轮组、 双轴—双轮组或三轴—双轮组轴型i 级轴载的总重KN; i N —各类轴型i 级轴载的作用次数; n —轴型和轴载级位数; i δ—轴—轮型系数, 单轴—双轮组时, i δ=1; 单轴—单轮时, 按 式43.031022.2-?=i i P δ计算; 双轴—双轮组时, 按式22.05 1007.1--?=i i P δ; 三轴—双轮组时, 按式22.08 1024.2--?=i i P δ计算。 轴载换算结果如表所示 车型 i P i δ i N 16)(P P N i i i δ 解放CA10B 后轴 60.85 1 300 0.106 黄河JN150 前轴 49.00 43.03491022.2-?? 540 2.484 后轴 101.6 1 540 696.134 交通SH361 前轴 60.00 43.03601022.2-?? 120 12.923 后轴 2?110.00 22.052201007.1--?? 120 118.031 太脱拉138 前轴 51.40 43.0340.511022.2-?? 150 1.453 后轴 2?80.00 22.051601007.1--?? 150 0.969 吉尔130 后轴 59.50 1 240 0.059 尼桑CK10G 后轴 76.00 1 1800 2.230 16 1 )( P P N N i i i n i δ∑== 834.389 注: 轴载小于40KN 的轴载作用不计。 ② 计算累计当量轴次 根据表设计规范, 一级公路的设计基准期为30年, 安全等级为二级, 轮迹横向分布系数η是0.17~0.22取0.2, 08.0=r g , 则 [][] 362 .69001252.036508 .01 )08.01(389.8343651)1(30=??-+?=?-+=ηr t r s e g g N N 其 交通量在4 4102000~10100??中, 故属重型交通。 2) 初拟路面结构横断面 由表3.0.1, 相应于安全等级二级的变异水平为低~中。根据一级公路、 重交通等级和低级变异水平等级, 查表 4.4.6 初拟普通混凝土面层厚度为24cm, 基层采用水泥碎石, 厚20cm; 底基层采用石灰土, 厚20cm 。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m, 长5.0m 。横缝为设传力杆的假缝。 3) 确定基层顶面当量回弹模量tc s E E , 查表的土基回弹模量a MP E 0.350=, 水泥碎石a MP E 15001=, 石灰土 我国隧道盾构掘进机技术的发展现状 1. 我国盾构隧道掘进技术的发展历史 盾构掘进机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。我国的盾构掘进机制造和应用始于1963年，上海隧道工程公司结合上海软土地层对盾构掘进机、预制钢混凝土衬砌、隧道掘进施工参数、隧道接缝防水进行了系统的试验研究。研制了1台直径4.2m的手掘式盾构进行浅埋和深埋隧道掘进试验，隧道掘进长度68m。 1965年，由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的2台直径5.8m的网格挤压型盾构掘进机，掘进了2条地铁区间隧道，掘进总长度1200m。 1966年，上海打浦路越江公路隧道工程主隧道采用由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的我国第一台直径10.2m超大型网格挤压盾构掘进机施工，辅以气压稳定开挖面，在黄浦江底顺利掘进隧道，掘进总长度1322m。 70年代，采用1台直径3.6m和2台直径4.3m的网格挤压型盾构，在上海金山石化总厂建设1条污水排放隧道和2条引水隧道，掘进了3926m海底隧道，并首创了垂直顶升法建筑取排水口的新技术。 1980年，上海市进行了地铁1号线试验段施工，研制了一台直径6.41m的刀盘式盾构掘进机，后改为网格挤压型盾构掘进机，在淤泥质粘土地层中掘进隧道1230m。 1985年，上海延安东路越江隧道工程1476m圆形主隧道采用上海隧道股份设计、江南造船厂制造的直径11.3m网格型水力机械出土盾构掘进机。 1987年上海隧道股份研制成功了我国第一台φ4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机，用于市南站过江电缆隧道工程，穿越黄浦江底粉砂层，掘进长度583m，技术成果达到80年代国际先进水平，并获得1990年国家科技进步一等奖。 1990年，上海地铁1号线工程全线开工，18km区间隧道采用7台由法国FCB 公司、上海隧道股份、上海隧道工程设计院、沪东造船厂联合制造的φ6.34m土压平衡盾构掘进机。每台盾构月掘进200m以上，地表沉降控制达+1～-3cm。1996年，上海地铁2号线再次使用原7台土压盾构，并又从法国FMT公司引进2台土压平衡盾构，掘进24km区间隧道。上海地铁2号线的10号盾构为上海隧道公司自行设计制造。 90年代，上海隧道工程股份有限公司自行设计制造了6台φ3.8～6.34m土压平衡盾构，用于地铁隧道、取排水隧道、电缆隧道等，掘进总长度约10km。在90年代中，直径1.5～3.0m的顶管工程也采用了小刀盘和大刀盘的土压平衡顶管机，在上海地区使用了10余台，掘进管道约20km。1998年，上海黄浦江观光隧道工程购买国外二手φ7.65m铰接式土压平衡盾构，经修复后掘进机性能良好，顺利掘进隧道644m。 1996年，上海延安东路隧道南线工程1300m圆形主隧道采用从日本引进的φ11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施工。 1998年，上海隧道股份成功研制国内第1台φ2.2m泥水加压平衡顶管机，用于 隧道衬砌台车设计 计算书 中煤第三建设（集团）有限责任公司二O一二年四月二十七日 隧道衬砌台车设计计算书 一、台车系统结构概述 本台车适用于中煤第三建设（集团）有限责任公司，大连市地铁2号线工程项目，湾家站至红旗西路站区间、红旗西路至南松路区间隧道衬砌的模筑混凝土施工。 台车系统由模板系统、门架支撑系统、电液控制系统组成。支收模采用液压控制，行走采用电动自动行走系统。 模板结构： 台车模板长度为9m，共5榀支撑门架，门架间距为2.05m；上上纵连梁3根，单侧支撑连梁4根（结构见台车设计图）。 面板Q235，t=10mm钢板； 连接法兰－12*220钢板； 背肋，[12#槽钢，间距300mm； 门架采用H2940*200*8*12型钢； 底梁采用H482*300*11*15型钢； 上纵连梁采用H200*200*8*12型钢； 侧面模板支撑连梁采用双拼[16a#槽钢。 顶升油缸4个，侧向油缸4个，平移油缸2个；行走系统为两组主动轮系和两组被动轮系组成。电液控制系统一套。 二、设计计算依据资料 1、甲方提供的台车性能要求及工况资料、区间断面图纸； 2、《钢结构设计规范（GB50017—2003）》 3、《模板工程技术规范（GB50113—2005）》 4、《结构设计原理》 5、《铁路桥涵施工规范（TB10230—2002）》 6、《钢结构设计与制作安装规程》 7、《现代模板工程》 三、结构计算方法与原则 台车的主受力部件为龙门架、底粱、上部纵联H钢及钢模板，只需进行抗弯强度或刚度校核。 根据衬砌台车结构形式，各主要受力部件均不需要进行剪切强度校核和稳定性校核。 四、计算荷载值确定依据 泵送混凝土施工方式以20立方米/小时计。 混凝土初凝时间为t=4.5小时。 振动设备为50插入式振动棒和高频附着式振动器。 混凝土比重值取r=2.4t/m3＝24kN/m3 ; 坍落度16—20cm。 荷载检算理论依据；以《模板工程技术规范（GB50113—2005）》中附录A执行。 钢材容许应力（单位；N/mm2） 牌号厚度或直径（mm） 抗拉，抗 压和抗弯f 抗剪fv 端面承压 fce ≤16 215 125 325 >16～40 205 120 盾构隧道衬砌设计计算书 060987李博 一、设计资料 如图所示，为一软土地区地铁盾构隧道横断面，有一块封顶块K，两块邻接块L，两块标准块B 以及一块封底块D 六块管片组成。 q=20kN/m 2 j=7.2 j=8.9 部分数据 地面超载 2/20m kN q =超 地层基床系数 2/20000m kN k = 衬砌外径 m D 2.60= 衬砌内径 m D 5.5= 管片厚度 mm t 350= 管片宽度 m b 2.1= 管片裂缝宽度 允许值 []mm 2.0=v 接缝张开允许值 []mm 3=D 混凝土抗压强度 设计值 MPa f c 1.23= 混凝土抗压强度 设计值 MPa f t 89.1= 钢筋抗拉强度 设计值（II 级钢） MPa f y 300= 钢筋抗拉强度 设计值（II 级钢） MPa f y 300' = 管片混凝土 保护层厚度 mm a a s s 50' == 钢筋抗拉强度 设计值（I 级钢） MPa f y 210= 混凝土弹性模量 2 7 /1045.3m kN E ′= 钢筋弹性模量 （II 级钢） 28/100.2m kN E ′=钢 M30螺栓有效面 积 26.560mm A g = M30螺栓设计强 度 MPa R g 210= M30螺栓弹性模 量 28/101.2m kN E ′=螺栓 M30螺栓长度 cm l 5.18=螺栓 二、荷载计算 1、 自重 kN R D D g H h 81.1602)(41 220=×-=p g p 2、 竖向土压力 由于隧道上覆土层为灰色淤泥质粉质粘土，地层基床系数2 /20000m kN k =，推测应为硬黏性土，且隧道埋深超过隧道半径很多倍，故竖向土压力应按照太沙基公式计算。 衬砌圆环顶部的松弛宽度 m D B 73.6)4 8cot(200=+= j p 地面超载2 /20m kN q =超，且H q 第 1 章绪论 1.1 引言 近年来,我国开展大规模的城市市政工程建设,尤其是几个重要城市都已开始了地下铁路的建设工程。在这些地下工程中,由于受到施工场地、道路交通等城市环境因素的限制,使得传统的施工方法难以普遍适用。在这种情况下,对城市正常机能影响很小的隧道施工方法--盾构施工法普遍得到了人们的关注,并且在一些地区已经有了较为广泛的使用。盾构法施工技术已被广泛应用于铁路隧道、过江隧道、公路隧道和城市地下工程。全断面隧道掘进机是集机、电、液、光、计算机技术为一体的大型地下工程施工装备，是大规模开发利用地下空间的前提条件。 1.2盾构机掘进机概况 盾构掘进机作为典型的复杂机电产品的代表，是机电液一体化高度集成的大型设备，也是多单元集成的大型水利、国防、地铁、交通等领域的基础关键设备。“十一五”期间，国家在先进制造领域重点扶持盾构掘进机系列化设计和制造关键技术的研究与开发，以制造样机和进行工程试用为目标，争取2015年实现系列化和产业化。近年来，由于我国基础设施建设的需要，盾构法施工技术的应用在国内得到快速发展。据不完全统计，国际建筑市场的全断面隧道掘进机年需求量上千台，年营业额超过100 亿美元；到2020 年我国对各类大型全断面隧道掘进机可以预见的需求将超过1000 台。由于重大技术装备制造水平的发展跟不上我国经济快速发展的要求，一些大型重要工程为保证工期和质量，倾向依赖于进口装备，造成我国机械产品贸易逆差逐年加大，核心技术对外依赖性不断增强，蕴涵着较高的国际经济及政治风险。 与传统的隧道掘进技术相比，盾构掘进机施工隧道断面一次成型，支护和衬砌及时，具有安全可靠、工作环境好、土方量少、进度快、施工成本低等优点，尤其在地质条件复杂、地下水位高而埋深较大时，只能依赖全断面盾构掘进机。根据国外全断面掘进机的发展经验和趋势，结合我国国情，目前，国内盾构生产、施工过程中遇到的主要问题及难点主要集中在以下几个方面： （1）液压推进系统实时、智能化精确控制技术； （2）刀具和刀盘设计技术； （3）结构参数的优化和系统集成技术；盾构施工完整的毕业设计报告
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