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1、 第1章 绪论 1.1 课题研究的目的、意义 1.1.1 课题研究的目的 地铁已经成为现代城市轨道交通中最重要的交通工具之一，承担着越来越重要的任务。地铁具有运量大、速度快、时间准、污染少、安全舒适与城市道路无平面交叉的优点。发展城市快轨交通不但能有力地解决城市交通问题，并且能促进城市建设、 繁荣城市经济、和加速实现城市现代化。 我国的地铁建设才刚刚开始，国内仅有一些大型城市建设了地铁，而且数量较少。在未来的建设中，我国地铁建设中面临的主要问题是地域广阔，地质情况类别较多，几乎各种地质情况都会遇到，并且涉及到建设地铁时周边既有建筑，既有地铁车站，既有管线，且与地面交通情况的配合
2、对于这些问题就对地铁车站的设计与施工提出了更高的要求，要选择合适的施工方法，优化施工组织，使地铁车站的施工及其组织更加合理。 风道作为地铁车站施工中的重要组成部分，选用合适的施工方法和合理的施工组织，选用合适的施工方法使施工更加安全、高效，选用合理的施工组织使风道施工与地铁车站其他部分的施工时间及顺序更加合理。 1.1.2 课题研究的意义 地下铁道投资大，施工期长，运营费用较高，线路固定而难于调整，属于永久性的大型工程。车站是地铁系统中的重中之重，所以对车站的设计与施工需要更加仔细。风道作为地铁车站中的重要组成部分，不但在正常使用过程中需要保证车站中的通风、空气质量等等，而且在施工中
3、风道通常作为车站主体及区间施工的施工通道，所以研究风道在设计与施工中的安全性、合理性是十分重要的。 1.2 国内外研究现状 (1) 世界各国的地下铁道发展到今天，在技术上已有很大进步,主要表现在：①增加快车线路,提高车速；美国旧金山的地下铁道最高车速每小时达128000米，居世界首位，平均运行速度（包括启动、制动和停站时间在内）每小时达72000米;②列车运行、供电、售票、检票等实现自动化；③车厢用铝合金材料制造，以减轻自重；④在区间隧道、车站、车辆上广泛采用消声材料，以降低噪声。 (2)现代地下铁道车站建设的发展趋势是修建大型多层式综合联运站。如上层为地面火车站、公共汽车站、停车场、
4、商场等；地下层同地下街、地下车库等连成一体，便于乘客购物和换乘，有效地利用城市空间。 (3)现在国内外的研究现状主要研究的是结构荷载的不确定性、计算模型的改进、计算方法、钢轨磨耗的影响、振动和噪声的猜测方法及各种减振减噪措施的进一步开展等。 (4)现代国内外地铁内发生火灾时人员伤亡绝大部分系烟熏所致，所以在现在的地铁车站及区间的施工中，把风道系统防排烟的设计作为一个重点来对待。 1.3 论文研究的主要内容 根据初步设计资料所提供的参数，查询各类规范，结合北京地铁7号线双井站的自身的特点，选择所需参数和资料，弄清相关图纸，计算车站风道所承受的各种荷载以及结构内力，结构选型、衬砌形式、支
5、护和衬砌设计，计算荷载的确定、计算模型的建立、衬砌结构计算及整理、结构配筋计算，验算结构强度计算；并用ansys软件建立模型进行验算。所采用的方法是应用风道设计及相关规范确定，采用荷载-结构模型，取基本组合和抗震偶然组合进行计算，应用土力学计算地层压力，按照规范确定其它荷载取值，应用结构力学计算结构内力，用结构矩阵输出计算结果和分析数据，应用混凝土结构设计原理进行配筋计算，用CAD绘制地质纵剖面图、二次衬砌结构横、纵剖面图，用ansys软件建立计算模型对结构进行加载并输出相关数据及图形，按照要求初步编制施工组织设计，选择合适施工方法：包括整体施工方法确定、主要施工工艺方法、施工组织、指导性施工
6、进度、施工监控量测等。 本文以北京地铁7号线双井站的设计施工为例，计算浅埋地下车站的风道结构荷载，用“荷载—结构”模型对其进行设计，利用有限元软件ANSYS对地铁风道进行内力计算，并对风道结构的施工方法进行介绍，经过比选，选用“PBA”法进行施工。 第2章 工程概况 2.1 工程位置及工程范围 2.1.1 工程位置 双井站位于北京市朝阳区，紧邻北京市CBD核心区。车站位于广渠门外大街、广渠路与东三环中路交叉口东侧， 7号线车站在此处与既有10号线双井站换乘，10号线线路为南北走向、7号线线路沿广渠路东西走向，10号线为2008年通车运营。广渠路的规划红线宽60m，主路宽35m，双
7、向8车道，路口渠划后为双向10车道。 双井站西北角象限由西向东依次为国美、世纪联华商场、富力城等商业建筑， 其中富力城地下商业与既有10号线车站出入口相通。西南象限为金世纪大酒店及全聚德等饭店、东北象限为乐成国际（达义地产），6层、14层住宅楼及拆迁空地。东南象限为公众停车场，13、18层住宅楼。站位周边规划已经基本形成，多以高层建筑为主。 2.1.2 工程范围 北京地铁双井站包括车站设计起点里程右K12+947.6至车站设计终点里程右K13+175.6范围，其中包含施工竖井、主体结构、换乘厅、换乘通道、风道、出入口附属部分等结构工程。 2.1.3 工程特点 (1) 双井车站所
8、处地理位置周边环境复杂、地下构筑物（管线）较多。 (2) 车站及区间埋深大，地下水位高，地质条件较差。 (3) 车站暗挖规模大、附属结构多、断面形式变化多。 2.1.4 工期要求 (1)计划开工日期：2009年12月 (2)计划竣工日期：2014年12月 (3)计划合同工期：5年 2.2 北京地铁双井站设计概况 2.2.1 工程设计概况 双井站采用地下两层双柱三跨的形式，采用暗挖法施工。车站主体长度228米，标准段宽23.1米，总高16.25米，结构底板埋深约31.5m，顶板覆土厚约13.3m。 路口道路下方管线众多，其中横跨车站的控制管线为：五条DN300雨水管（
9、管底埋深2.55m）。 沿车站方向的控制管线：2600×2900电力管沟（沟内底埋深8m）、5900×2650热力管沟（沟内底埋深6.47m）、DN500燃气管（管顶埋深2m）、2根DN600给水（管顶埋深1.3m）、DN1000（管顶埋深1.1m）、DN1000与600污水管（管底埋深5.35m）、DN900雨水管（管底埋深2.55m） 车站中心里程右K13+031.600，为两层三跨岛式车站，岛式站台宽度14m, 车站在广渠路南北两侧以及东三环路东共设四个出入口、一个紧急疏散出口、两组风亭，增加两个换乘厅。车站西侧区间采用暗挖法施工，车站东侧区间采用盾构法施工。 1号风道位于车站主体
10、西南端，现状为停车场。该风道下穿热力、电力以及既有十号线风道及东南出入口，该段通道采用暗挖施工，其余部分与南侧换乘厅合建明挖施工。风道埋深约31.0m，总长40m，标准段宽度为9.6m，挑高段高19.9m，双层单跨，覆土约15.1m左右，采用“PBA法”施工，采用Φ1000钻孔灌注桩。 1号风道垂直下穿2600×2900电力管沟，管沟厚度不详，沟内底埋深8m，管底与通道结构净距6.2m，1号风道垂直下穿5900×2650热力管沟，管子厚度不详，沟内底埋深6.5m，管底与通道结构净距7.7m。 2.2.2 工程地质概况 双井站地形呈西高东低，自然地面标高在37.0～37.8m之间。底板埋
11、深约为32m，采用暗挖法施工，车站开挖深度范围内主要包括以下土层：粉细砂④3层、中粗砂④4层、圆砾卵石⑤层、中粗砂⑤1层、粉细砂⑤2层、粉质粘土⑥层、中粗砂⑦1层及粉细砂⑦2层。 本次勘察揭露地层最大深度为70m，根据钻探资料及室内土工试验结果，按地层沉积年代、成因类型，将本工程沿线勘探范围内的土层划分为人工堆积层（Qml）、第四纪全新世冲洪积层（Q4al+pl）、第四纪晚更新世冲洪积层（Q31al+pl ）三大层。 根据本地区规范规定，北京平原地区地基土的标准冻结深度为0.80m。 1号风道地层由上至下依次为： (1)人工填土层(Qml) ①1杂填土：杂色，稍湿，松散～中密，含沥
12、青、砖渣、灰渣、石子、砾石，连续分布，厚度为1m，层底标高为36.62m。 ①粉土填土：褐黄色～黄褐色，稍湿，松散～中密，含白灰、草根、砖渣，呈中压缩性，连续分布，厚度约0.7m，底层标高为35.92m。 (2)第四纪全新世冲洪积层(Q4al+pl) ③粉土：褐黄色～灰色，湿～很湿，中密～密实，含云母、氧化铁，呈中低压缩性，厚度为2.5m，连续分布,层底标高为33.42m。 ③3粉细砂：褐黄色，饱和，中密，属低压缩性，含云母、氧化铁，局部夹粉土薄层，厚度为2.1m。层底标高31.32m。 ③1粉质粘土：褐黄色～灰色，软塑～硬塑，含云母、氧化铁、少量有机质，属中高压缩性，连续分布，底层
13、标高为29.62m。 ④3粉细砂：褐黄色～灰色，饱和，中密～密实，含云母、氧化铁、局部夹粉土薄层，一般属低压缩性，厚度为4.4m，连续分布，底层标高为25.22m。 (3)第四纪晚更新世冲洪积层(Q3al+pl) ⑤圆砾：杂色，密实，饱和，低压缩性，一般粒径5～30mm，最大粒径不小于80mm，粒径在2～20mm的含量大于60%，褐黄色中粗砂充填，透镜体分布，厚度为2.6m，底层标高为22.62m。 ⑤2粉细砂：褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母氧化铁，透镜体分布，厚度1.5m，底层标高为21.12m。 ⑤1中粗砂层：褐黄色，饱和，密实，含云母，氧化铁，一般属低压塑性，厚度为1.3
14、m，分布情况为连续分布，底层标高为19.82m。 ⑥粉质粘土层：褐黄色，软塑～硬塑，含氧化铁、云母，属中低压塑性，呈连续分布，厚度为6.7m，底层标高为13.12m。 ⑦2粉细砂：褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母，少量砾石，连续分布，厚度为2.0m，底层标高为11.12m。 ⑦1中粗砂：褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母，少量砾石，连续分布，厚度为6.5m，底层标高为4.62m。 ⑧粉质粘土：粉质粘土，褐黄色，软塑～硬塑，中低压缩性，含氧化铁，有机质，局部夹细砂透镜体，连续分布，厚度为4m，底层标高为0.62m。 ⑧3细中砂：褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母，少量砾石，透镜
15、体分布，厚度为0.4m，底层标高为0.22m。 ⑧1粘土：褐黄色～棕黄色，软塑～硬塑，中低压缩性，含氧化铁，有机质，连续分布，厚度为1.6m，底层标高为-1.38m。 ⑧3细中砂：褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母，少量砾石，透镜体分布，厚度为0.6m，底层标高为-1.98m。 ⑧1粘土：褐黄色～棕黄色，软塑～硬塑，中低压缩性，含氧化铁，有机质，连续分布，厚度为1.4m，底层标高为-3.38m。 ⑨2粉细砂：褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母，氧化铁，厚度为3m，底层标高为-6.38m。 2.2.3 地层物理力学指标 表2-1 地层物理力学指标见表 名称 比重 （Gs
16、 天然密度ρ(g/cm3) 干密度ρd(g/cm3) 抗剪强度(天然快剪） 地基土的基本承载力(KPa) 压缩摸量Es(MPa) 渗透系数(m/d) C(kPa） φ(°) P。-100 P。-200 Qml 杂填层①1 -1.65 0 -10 80～100 粉质填土① 2.02 1.73 25 26 6080 5.7 7.4 Q4al+pl 粉土③ 2.69 1.98 1.65 20 27 160～220 14.4 16.3 0.5～0.1 粉细砂③3 -2.05 0 -30
17、 160～220 0.5～5 粉质粘土③1 2.72 1.96 1.55 27 16 140～180 6.5 7.6 0.01～0.1 粉细砂④3 -2.02 220～250 20～40 Q3al+pl 卵石圆砾⑤ -2.15 300～350 60~100 粉细砂⑤2 -2.08 260～290 50～80 中粗砂⑤1 -2.1 270～300 20～40 粉质粘土⑥ 2.72 2 1.61 30 17 210～250
18、12 13 0.01～0.1 细中砂⑦2 -2.1 280～320 20～40 中粗砂⑦1 -2.13 300～350 20～40 粉质粘土⑧ 2.72 2 1.61 240～280 14 15.2 0.01～0.1 细中砂⑧3 -2.12 300～350 30～50 粘土⑧1 1.86 1.39 220～260 11.3 12.1 <0.001 细中砂⑧3 -2.12 300～350 30～50 粘土⑧1
19、 1.86 1.39 220～260 11.3 12.1 <0.001 粉细砂⑨2 （2.12） 280～320 20～40 2.2.4 水文地质概况 2.2.4.1沿线地下水特征 本次勘察钻孔最大深度70m，在勘察深度范围内，根据区域水文地质资料，本段线路赋存三层地下水，地下水类型分别为潜水（二）、承压水（三）和承压水（四）。本次勘察未见上层滞水，但由于大气降水、管道渗漏等原因，沿线不排除局部存在上层滞水的可能性。地下水详细情况见下表所示。 表2-2 地下水特征表 地下水 性质 水位/水头 埋深 (m) 水位/水头
20、标高 (m) 观测 时间 含水层及其特征 含水层 渗透 系数 （m/d） 潜水（二） 7.66～15.93 16.63～29.89 2009.4 粉细砂④3层、中粗砂④4层 20～40 承压水（三） 15.5～26.14 12.04～20.30 2009.4 中粗砂⑦1层、粉细砂⑦2层、圆砾卵石⑦层 20～100 承压水（四） 36.5～37.1 -2.15～-2.26 2009.3 粉细砂⑨2层 20～40 注：①表中渗透系数地区经验进行取值； ②表中水位埋深及标高为现场实测； ③根据本次勘察搜集了沿线已有勘察资料显示，1994年1月
21、份双井站附近潜水（二）层水位标高为29.52m，2006年4月广渠门桥附近潜水（二）层水位标高为29.89m。 2.2.4.2 地下水的补给、径流和排泄条件 地下水的补给来源主要为人工降水垂直入渗补给，其次为地表水的入渗补给和灌溉补给。场区内地下水流向总体由北西向南东流动。地下水的排泄方式主要为人工开采和自然排泄，人工开采主要以农田灌溉、工业用水、生活用水为主；自然排泄包括蒸发及向下游侧向流出。 上层滞水（一）：主要接受大气降水、河水、管道渗漏及侧向径流补给，以蒸发、侧向径流、向下越流补给的方式排泄。本次勘察未测到上层滞水（一），但由于大气降水、管道渗漏等原因，沿线不排除局部存在上层滞水
22、的可能性。 潜水（二）：主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流方式排泄。 承压水（三）：主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流和人工开采的方式排泄。 承压水（四）：主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流和人工开采的方式排泄。 2.2.4.3 历年最高水位及设防水位 1959年水位标高： 接近自然地面； 1971～1973年水位标高： 35.00～32.00m（潜水）； 近3-5年最高水位标高： 31.00～28.00m（潜水）； 抗浮设防水位标高： 30m 防渗设计水位： 按自然地面标高考虑。
23、 2.2.4.4 地下水腐蚀评价 本次勘察共取水样9组，进行水质分析，按国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）第12.2.1条、第12.2.2条、第12.2.3条“水对混凝土结构的评价”；第12.2.4条“水对钢筋混凝土结构中的钢筋的评价”；第12.2.5条“水对钢结构的评价”进行分析。具体分析及结果见表2-3所示： 2.2.5 地质构造及地震烈度 2.2.5.1不良地质作用及特殊性岩土 本场地无滑坡、泥石流、岩溶及斜坡变形等不良地质作用。 本场地第四纪冲洪积覆盖层厚度约为200～300m，场地内除有填土层分布外无湿陷性黄土、膨胀土、风化岩及残积土等特殊性岩
24、土分布。 场地内填土层普遍分布，主要为粉土填土①层、杂填土①1层，填土厚度一般约为0.2～4.8m，填土为松散土层，力学性质差异较大，稳定性差，对基坑支护会产生不利影响。 2.2.5.2 地震及液化 根据《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）及《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）（2008年版），本线路的建筑场地类别判定如表2-4所示： 由上表进行建筑场地类别判定，建议场地类别按Ⅲ类考虑。 根据《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006），拟建场地自地面下25m深度范围内土层类型属中硬土。 拟建线路场地位于抗震设防烈度8度区内，设计基本地震加速度值
25、为0.20g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类，设计特征周期为0.45s。 表2-3 水的腐蚀性评价表 地下水 类 型 取水 钻孔 取样 深度 （m） 取样 日期 对建筑材料的腐蚀性评价 综合 评价 腐蚀 等级 混凝土 钢筋混凝土中的钢筋 钢结构 长期浸水 干湿交替 潜水 (二) Ⅶ-C22 11.80 2009.4.15 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 弱腐蚀 弱腐蚀 Ⅶ-C39 12.10～12.50 2009.3.13 弱腐蚀 无腐蚀 弱腐蚀 弱腐蚀 Ⅶ-C44 14.00～14.50 2009.3.14 无腐
26、蚀 无腐蚀 弱腐蚀 弱腐蚀 Ⅶ-C67 15.60～16.00 2009.3.12 无腐蚀 无腐蚀 弱腐蚀 弱腐蚀 承压水(三) Ⅶ-C20 19.18 2009.4.14 无腐蚀 无腐蚀 弱腐蚀 弱腐蚀 中等 腐蚀 Ⅶ-C22 23.20 2009.4.16 无腐蚀 无腐蚀 弱腐蚀 弱腐蚀 Ⅶ-C39 17.20～17.50 2009.3.13 无腐蚀 无腐蚀 中等腐蚀 中等腐蚀 Ⅶ-C44 17.50～18.00 2009.3.14 无腐蚀 无腐蚀 弱腐蚀 无腐蚀 Ⅶ-C67 19.70～20.00 2
27、009.3.12 无腐蚀 无腐蚀 弱腐蚀 弱腐蚀 表2-4 建筑场地类别评价表 依据规范类别 计算深度 等效剪切波速值Vse（m/s） 场地类别 《铁路工程抗震设计规范》 地面下25m 229.2～258.6 Ⅲ类 《建筑抗震设计规范》 地面下20m 222.6～247.9 Ⅲ类 根据本次钻探揭露的地层资料可知，本线路场地20m深度范围内的饱和粉土和砂土自上至下依此为粉土③层、粉细砂③3层、粉土④2层及粉细砂④3层。根据《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）计算判别，地震烈度为8度时，地下水位按自然地面下10m考虑，经判别，该场地自地面下20m
28、深度范围内的饱和粉土及砂土均不液化。 2.3 双井设站的意义 在双井设站最关键的原因是因为双井站在北京市地铁线路网中所处的地理位置。 在地面交通中，双井站位于北京市朝阳区，处在广渠门外大街、广渠路与东三环中路交叉路口东侧，紧邻北京市CBD核心区。北京地铁7号线双井站西北角象限由西向东依次为国美、世纪联华商场、富力城等商业建筑；西南象限为金世纪大酒店及全聚德等饭店，东北象限为乐成国际（达义地产），6层、14层住宅楼及拆迁空地，东南象限为公众停车场，13、18层住宅楼。站位周边规划已经基本形成，多以高层建筑为主，地处于繁华商业区地段，人流量、车流量较大，在此设站能为行人提供更好的出行服务。
29、 在地下交通中，7号线双井车站在此处与既有10号线双井站换乘，10号线线路为南北走向、7号线线路沿广渠路东西走向，10号线在2008年已通车运营，属于既有线路。在双井设站，有利用加强7号线与10号线的联系，加强了东西向与南北向的交通联系，更加方便居民的东西方向与南北方向的出行。 2.4 风道施工中的难点和重点 风道施工中的重点和难点是1号风道埋深约31.0m，总长40m，标准段宽度为9.6m，挑高段高19.9m，双层单跨，覆土约15.1m左右，采用“PBA法”施工，采用Φ1000钻孔灌注桩。风道断面跨度较大，所处地质条件较差，且垂直下穿电力管沟、热力管沟及既有十号线风道，如何在施工中合
30、理的控制好既有管道及风道的沉降及地面的沉降，对这些既有管道不产生较大的影响，就要在施工中采用一定的施工方法来实现，具体详见第三章施工方法。 2.5 1号风道工程数据量表 见表2-5所示 表2-5 1号风道数据量表 项目 单位 汇总 开挖 土石方 m3 12680.096 超 挖 土石方 m3 304.81 超挖回填 C30防水混凝土 m3 304.81 喷射混凝土 C20混凝土 m3 1158.278 衬砌 C30钢筋混凝土 m3 2987.138 衬砌钢筋 Kg 448070.7 钢筋网 φ8 Kg 10826.8512
31、 掌子面喷混凝土 C20喷混凝土 m3 634.0048 防水 防水板 m2 3833.583178 单位 汇总 土工无纺布 m2 7667.166355 背贴式止水带 m 654.366108 遇水膨胀腻子条 m 654.366108 初支背后注浆 φ42小导管 根 121.924 水泥浆 m3 6.0962 超前小导管 φ42小导管（l-3.5m） 根 1340.046363 m 4690.162272 双液浆 m3 160.8055636 格栅钢架 20MnSiΦ25主筋 Kg 24764.05679 Φ
32、22连接筋 Kg 2399.219009 Φ12钢筋 Kg 13579.83688 角钢 Kg 4930.60656 螺栓 套 1463.088 施工临时支护 C20喷混凝土 m3 737.94501 φ6 Kg 5460.793074 20MnSiΦ22主筋 Kg 58720.74426 Φ22连接筋 Kg 7340.093033 Φ12钢筋 Kg 41545.71371 角钢 Kg 16435.3552 螺栓 套 4876.96 Φ1000人工挖孔桩 开挖 m3 1172.088761 c30钢筋混凝土 m3
33、813.9505282 钢筋 Kg 146511.0951 第3章 风道结构设计计算 3.1 荷载分类 结构设计根据结构类型，根据《地铁设计规范》(GB 50157-2003)，按永久荷载、可变荷载、偶然荷载（地震作用、人防荷载）进行分类，对结构整体或构件可能出现的最不利组合进行计算。在决定荷载的数值时，考虑施工和使用过程中发生的变化。车站风道结构计算时考虑荷载如表3-1所示： 表3-1 荷载分类表 荷载分类 荷载名称 永久荷载 结构自重 地层压力 结构上部和受影响范围内的设施及建筑物基底附加应力 水压力及水浮力 混凝土收缩及徐变作用 预加力 设备重量
34、 地层抗力 可变 荷载 基本可 变荷载 地面车辆荷载及其冲击力 地面车辆荷载引起的侧向土压力 人群荷载 地铁车辆竖向荷载及其冲击力 消防车辆荷载 其它可 变荷载 施工荷载(设备运输、施工机具及人员、盾构推进、压注浆等引起的荷载)、温度荷载 偶然荷载 地震荷载、人防荷载 3.2 1号风道断面图及地质图 图3-1 1号风道断面图 图3-2 1号风道地质断面图 表3-2 风道所处地质环境表 编号 土质类别 标高m 厚度m 说明 1
35、 杂填土 37.62 1 二衬顶端 在标高在 20.187m处 底板标高 在7.024m处 2 粉土填土 36.62 0.7 3 粉土 35.92 2.5 4 粉细砂 33.42 2.1 5 粉质粘土 31.32 1.7 6 粉细砂 29.62 4.4 7 圆砾 25.22 2.6 8 粉细砂 22.62 1.5 9 中粗砂 21.12 1.32 10 粉质粘土 19.82 6.7 11 粉细砂 13.12 1.94 12 中粗砂 4.62 6.57 3.3 1号风道荷载计算 3.3.1
36、 风道上覆土深度容重计算（采用加权平均的方法） 参数：二衬采用C40钢筋混凝土，厚800mm。C40混凝土弹性模量E=33.5GPa、极限抗压强度、极限抗拉强度、泊松比μ=0.375、混凝土重度γ=25kN/m3、密度为ρ=2551kg/m3，非岩石地基，8度地区，β=。 3.3.2 竖向土压力及结构自重 风道断面上覆土厚度为17.4m，宽度为8m，等效荷载高度值，，B=8m>5m,所以取i=0.1，风道围岩为五级围岩。 =1+0.1（8-5）=1.3 =0.45 风道属于浅埋 垂直向均布压力 水平向均布压力按照郎金土压力理论来计算，郎金土压力计算公式为：
37、 、—— 计算截面i处的主动、被动土压力； 、—— 朗金主动、被动土压力系数； —— 计算截面i处的竖向土压力； —— 土的黏结力 ——土的内摩擦角 值计算（采用加权平均的方法） 标高在20.587m处 标高在7.024m处 结构自重：钢筋混凝土重度γ=25kN/m3，混凝土重度γ=23kN/m3 3.3.3 地面超载及地面超载引起的侧向土压力 地面超载是（竖直方向） 地面超载引起的侧向土压力公式是，是侧向土压力系数，由于是土质隧道，可按照库伦主动土压力系数计算，可按照公式进行计算，其
38、中， （水平方向） 3.3.4 水浮力及静水压力 3.3.4.1 静水压力计算 取正常情况下的最高水位，标高为25.24m， 在标高25.24m处，静水压力 在风道顶板，标高为20.187m，静水压力 在风道底板，标高为7.042m，静水压力 3.3.4.2 水浮力计算 验算结构的抗浮能力时，应该采用可能出现的最高水位来考虑，根据所给资料，这里取可能出现的最高水位标高为32m。 浮力(竖直方向) 3.3.5 人防荷载 根据《人们防空地下室设计规范》，按五级人防考虑，地面超压值， 土中压缩波的最大压力 土中压缩波升压时间 波速比 式中： －土中压缩波
39、的最大压力(100)； －土中压缩波升压时间(s)； －土的计算深度(33m)； －土的起始压力波速(查表得200m/s)； －波速比(查表得2)； －土的峰值压力波速(查表得100m/s)； －土的应变恢复比(查表得0.1)； －地面空气冲击波按等冲量简化的等效作用时间(查表得1.17s)； 计算得，，拱部标高为20.187m，得到拱部为，侧墙中点处标高为13.61m，侧墙中点处为，仰拱处标高为7.024m，仰拱处为。 因覆土厚度大于结构不利覆土厚度，查表得综合反射系数，土的侧压系数，底压系数 核爆动荷载的最大压力值： 拱部 侧墙 底板 根据结构自振圆频率、升压时
40、间及允许延性比，查表，近似取拱部动力系数，侧墙动力系数，底板动力系数取，人防荷载顶板为155.862kN，墙部为97.836kN，底板为68.814kN。 3.3.6 地震荷载（根据矩形截面衬砌来考虑） 3.3.6.1 水平惯性力 ： 水平惯性力分为三部分。 、————顶、底的水平惯性力，作为集中力考虑，作用在顶、底板的轴线处 ————边和中墙的水平惯性力，按作用在边墙上的均布力考虑 、————顶和地板质量 ————边中墙质量 H———— 边墙净高 ————水平地震
41、系数，7度地区，8度地区，9度地区 顶部质量 底板质量 边中墙质量 3.3.6.2 主动侧向土压力的增量 标高20.187m处 标高7.024m处 3.3.7 人群及设备荷载 取q=8 kN/m2 3.4 荷载及荷载组合 3.4.1 结构荷载组合 恒载+活载 恒载+部分活载+地震荷载 恒载+部分活载+人防荷载 3.4.2 结构荷载组合分项系数 表3-3 荷载组合表 序号 荷载 组合 永久荷载 可变荷载 偶然荷载 地震荷载 人防荷载 1 基本组合构件强度计算 1.35 1.4（1.3） 2 短
42、期效应组合构件抗裂验算 1.0 1.0 3 长期效应组合构件变形验算 1.0 1.0 4 抗震偶然组合构件强度验算 1.20（1.0） 1.3 5 人防偶然组合构件强度验算 1.20（1.0） 1.0 6 基本组合抗浮稳定验算 1.0 3.5 计算模型及计算 3.5.1 按照荷载基本组合计算 3.5.1.1 基本组合作用下的计算过程 图3-3基本组合作用下荷载模型 (1)垂直荷载 （顶板受力） (2)底板荷载 （底板受力） (3)边墙受力 （地面超载引
43、起的侧向土压力） (4)标高20.187m处 （侧向土压力） (5)标高7.024m处 （侧向土压力） (6)中间板受力：受到自重及设备及人群荷载 (7)人群荷载 （竖直向下） 在基本组合情况下计算输出结果，见表3-4 表3-4基本组合作用下计算结果 105 计算结果 单元 ELEM 单元弯矩 SMIS6 单元轴力 SMIS1 1 -1826600 -659340 2 344410 -2897100 3 557750 -2912800 4 609190 -2928400 5 586000 -2944000 6 390360
44、 -3057500 7 279640 -3074800 8 157320 -3092200 9 -7851.2 -3109500 10 -258960 -3126900 11 -637330 -3144300 12 -1162200 -3161600 13 -1800900 -707340 14 278320 -707340 15 1556000 -707340 16 2265600 -707340 17 2597400 -707340 18 2676000 -640030 19 2550500 -640030 2
45、0 2191000 -640030 21 1493500 -640030 22 290280 -640030 23 -1628100 -2897200 24 -1050200 -2879800 25 -574910 -2862500 26 -231590 -2845100 27 -2734.5 -2827700 28 148920 -2810400 29 261880 -2793000 30 533490 -2673800 31 567860 -2658200 32 577470 -2642600 33 50934
46、0 -2627000 34 1703400 -522080 35 -170070 66304 36 -81887 66304 37 -12871 66304 38 36976 66304 39 67654 66304 40 79162 66304 41 71501 66304 42 44670 66304 43 -1329.1 66304 44 -66498 66304 45 1826600 -2906900 46 1367800 -2849500 47 987590 -2510100 48 424550
47、 -2162500 49 -187360 -1853200 50 -723860 -1622400 51 -1084600 -1499400 52 -1204400 -1499800 53 -1061200 -1623500 54 -677650 -1855100 55 -119560 -2165100 56 512160 -2513200 57 1092700 -2732700 图3-4 弹性支承图 图3-5 基
48、本组合加载下的弯矩图 图3-6 基本组合下的轴力图 3.5.1.2 在基本荷载情况下的风道结构截面检算： 按照极限状态法的结构截面强度检算 (1)风道结构截面承载能力极限状态： ————混凝土衬砌构件抗压验算时作用效应分项系数 ————混凝土衬砌构件抗压验算时抗力分项系数 ————轴向力（） ————混凝土轴心抗压强度标准值（Mpa） ————截面宽度 ————截面厚度 ————构件纵向弯曲系数 ————轴向力偏心影响系数
49、 =1; =1.000+0.648-12.596+15.444 (2)风道结构截面正常使用极限状态： ————混凝土衬砌构件抗裂验算的作用效应分项系数 ————混凝土衬砌构件抗裂验算的抗力分项系数 e0————检算截面偏心距 ————混凝土轴心抗拉强度标准值（Mpa） 表 3-5 各单元强度检算表 单元 ELEM 单元弯矩 SMIS6 单元轴力 SMIS1 e0 1 -1826600 -659340 2.770346104 2 344410 -2897100 0.11888095 3 5577
50、50 -2912800 0.191482422 4 609190 -2928400 0.208028275 5 586000 -2944000 0.199048913 6 390360 -3057500 0.127672935 7 279640 -3074800 0.090945753 8 157320 -3092200 0.050876399 9 -7851.2 -3109500 0.002524908 10 -258960 -3126900 0.082816847 11 -637330 -3144300 0.2026937
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