地下工程第二篇第二章.ppt

* 第二篇 明挖法修建的地下工程 第一章 基本概念 第二章 明挖浅埋式地下工程 第三章 深基坑工程 第四章 地下连续墙 第五章 沉管工程 第二章 明挖法修建的浅埋式地下工程 第一节 概述 一般浅埋地下工程的结构形式通常可归纳为直墙拱形结构、梁板结构和矩形框架结构等三大类型。 1.1 直墙拱形结构 这种形式的浅埋地下结构一般根据其跨度大小，可采用砖石或混凝土预制块砌筑拱顶，当跨度较大时，有时也采用预制或现浇钢筋混凝土拱。如果地下工程要求跨度很大时，也可采用连拱结构。拱形地下结构的侧墙，常用砖石或混凝土预制块砌筑。 2. 梁板式结构 这种地下工程在地下水位较低的地层中，或者要求防护等级不高的工程中，顶、底板为现浇钢筋混凝土梁板结构，而围墙和内墙则为砖石砌筑； 在地下水位较高或防护等级要求较高的工程中，一般除内墙可用砖石砌筑外，其他则均用钢筋混凝土现浇构筑成箱形闭合框架结构。 3. 矩形闭合框架结构 因为明挖法施工浅埋式地下结构如果结构断面为矩形，挖掘断面利用率高，相对比较经济合理，且易于施工，尤其在地铁线路中结构内部空间与车辆形状相似，可以充分利用其内部空间。 矩形闭合框架的顶、底板因系水平构件，其中弯矩、剪力均较大，因此一般都用钢筋混凝土浇筑建成。按照使用要求，地下框架可为单跨或多跨结构，单跨矩形闭合框架小于6m，当跨度大于6m时，常根据使用和工艺的要求设计成双跨或多跨。 一般城市过街隧道通常为单跨闭合框架，而地铁工程中，根据使用要求及荷载和跨度的要求，常采用双跨或多跨闭合框架。有时为了改善通风条件和节约材料，把中间隔墙上开设小孔或中间隔墙用梁柱代替。 矩形闭合框架示意图 第二节　矩形闭合框架结构形式和尺寸 浅埋式地下结构特别是浅埋地铁隧道，一般都是采用钢筋混凝土衬砌，因此这里进行矩形闭合框架的设计与一般地下钢筋混凝土结构设计的原理和方法基本相同。 其主要设计内容： ① 结构的断面形式和尺寸的确定。 ② 荷载计算。 ③ 结构内力计算。 ④ 结构配筋计算。 2.1 矩形闭合框架的设计 1. 结构横断面的净空尺寸。 建筑接近限界是确定结构净断面尺寸的主要依据。由于接近限界规定了隧道净空间的最小尺寸和形状，在此基础上，考虑线路的曲率半径、超高要求、道床、允许施工误差等影响，最后确定净空断面。具体地说，隧道直线地段，其净空尺寸应能满足各种类型的隧道建筑限界与设备限界之间的距离及设备安装的要求，而曲线地段，应在直线地段限界上进行加宽和加高的修正。 在决定隧道净空尺寸时，还应考虑建筑接近限界和结构内表面的富余空间，隧道内部空间尺寸由下列方法计算得出： 上式中有关计算参见图2-2-6及表2-2-1。 2. 框架各构件的厚度的估算 进行结构计算，是以假定框架结构截面尺寸为基础的。框架构件截面尺寸的拟定（假定） ，应考虑钢筋混凝土的强度，承受的荷载，结构的高宽比及钢筋保护层厚度等因素，在拟定框架截面尺寸时，首先将框架结构分解为基本构件，然后根据各构件的荷载、内力估算出它的厚度，并参照工程经验予以拟定构件的厚度。 ① 顶板截面厚度　一般假定顶板截面厚度为其跨度的1/8~1/10。 ② 底板截面尺寸　底板厚度可比顶板厚度增加５cm，或者取与顶板相同的厚度。 ③ 侧墙截面尺寸　可参照顶板尺寸假定的基本方法来拟定，考虑施工及防水要求，其厚度最小尺寸应在４０cm左右。在确定了隧道净空间尺寸及拟定构件截面尺寸后，隧道框架结构的横断面就可确定。 第三节　作用在隧道框架结构上的荷载 3.1 浅埋式地下结构荷载的确定方法 1. 地面荷载 一般浅埋地下工程通常要考虑地面荷载。这类荷载由地面建筑物、行驶车辆及其他公共设施产生，它与地下结构距地面距离（即埋深）相关，当覆盖厚度超过8m时，其影响就不大了（为什么？）。 地面荷载通过覆土层传递到地下结构。 2. 垂直土压力 作用在地下框架结构顶面的垂直土压力包括三个部分，地面铺砌体重量，地下水位以上土体和地下水位以下土体重量，如图2-2-8所示。 3. 作用在框架结构上的侧向水、土压力 在框架结构侧墙上，作用有侧向土压力和水压力，计算时，一般根据土的性质可采用土压力和水压力合算或分算的计算方法。根据朗肯土压力理论，侧向土压力可按下式计算： 4. 框架结构底板上的荷载 框架结构底板上的荷载是指承托框架结构的地基对结构底板作用的反力，这种反力是由作用在框架上的所有垂直荷载及结构自重，通过底板传给结构底面上的地基，而地基由此产生向上的反力，反作用于底板上形成的竖直向上的荷载。 5. 隧道框架结构荷载图