北京地铁矿山法区间隧道结构设计方法研究-石家庄铁道大学PPT.ppt

根据计算结果，隧道衬砌最大温度应力与温度荷载呈线性关系，温差越大，衬砌所受拉应力越大。在Cz＝10×10-2N/mm3条件下，区间地铁隧道衬砌C30混凝土能承受7℃的负温荷载，当降温超过7℃时，温度荷载产生的结构拉应力将超过混凝土的抗拉极限强度，从而产生环向受拉温度裂缝 。 ⑤蒙特卡罗法及其样本容量的确定 衬砌结构可靠度分析采用蒙特卡罗法。 关于模拟样本容量的确定，由于极限状态方程的复杂性，不能直接推导出在给定误差时样本容量的定量计算式，故采用试算的方法，在给定各随机变量参数及结构的情况下计算出地铁隧道区间结构失效概率随样本容量变化的关系如图所示 。 由图可知，在样本容量达到30万次以后，失效概率趋于稳定，样本容量为30万次与100万次的失效概率的相对误差为2％，为工程能接受的程度，所以在进行地铁隧道矿山法区间结构二次衬砌可靠度分析时，将样本容量定为30万次 。 样本容量(万次) 失效概率(10-3) 图 样本容量与失效概率关系 ⑥忽略支护层作用时的衬砌可靠度 假设初期支护作为一种临时支护，仅在施工阶段起到支护作用，在建成后的使用阶段完全失效，忽略支护层承载作用时，对北京地铁四、五、十号线标准断面二衬结构可靠指标如表所示 。 由表可以看出，按忽略支护层作用的假设，当荷载组合取永久荷载加可变荷载时，各线大多数区间隧道衬砌结构可靠指标较低，这再次说明计算中需考虑复合式衬砌中初期支护的作用。 ⑦考虑支护层作用时的衬砌可靠度 如前所述，将等效弹性抗力系数选为原地层弹性抗力系数的2.0倍，对北京地铁四、五、十号线标准断面二衬结构，重新进行可靠度分析，可靠指标如表所示 。 从表可知，北京地铁四、五和十号线标准断面的可靠指标都比较高，这表明现有的设计有较高的安全度和安全储备。仅五号线个别断面在拱部选用φ14@200的配筋，计算的可靠指标偏小 。 四号线各区间衬砌结构安全系数与可靠指标对比图，如图5-10和图5-11所示。可见，随着安全系数变大，可靠指标并没有呈现出有规律的变化，表明用单一安全系数设计法未能考虑各种变异性和统计特征，不能反映结构的安全程度，及其无法衡量结构的可靠性 。 (5)安全系数与可靠指标的关系 0 2 4 6 8 10 12 14 16 陶菜 菜宣 宣西 新西 西动 黄中 动白 中成1 西灵 中成2 马石 安全系数 可靠指标 图5-10 四号线仰拱安全系数与可靠指标的关系 0 2 4 6 8 10 12 新西 陶菜 菜宣 黄中 宣西 西动 动白 马石 中成1 中成2 西灵 可靠指标 安全系数 图5-11 四号线拱部安全系数与可靠指标的关系 地铁区间隧道衬砌结构按其破坏后果，安全等级当为一级，其设计基准期宜为100年。钢筋混凝土构件又属脆性破坏，目前我国建筑结构、水利水电工程结构对于一级安全结构，脆性破坏承载能力目标可靠指标都定为4.2，北欧五国颁布的《承载结构的荷载及安全规定》NKB REPPORT NO.55E中对于安全级别一般的结构物，目标可靠指标也定为4.2，对于高级别的结构，还提高到4.75。为与相近行业的技术水平相一致，建议地铁区间隧道衬砌结构的目标可靠指标也定为4.2 。 (6)区间隧道衬砌结构目标可靠指标 对于钢筋混凝土结构，《建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001)》规定：当永久荷载效应对结构不利时，其分项系数取1.2(可变荷载效应控制的组合)或1.35(永久荷载效应控制的组合)。 (7)区间隧道衬砌结构分项系数 统计分析所选用的构件主要是建筑构件，采用的永久荷载主要是结构和永久设备自重，而地铁区间隧道结构设计中起控制作用的土压力并未纳入统计，即现行《统一标准》所规定的永久荷载分项系数并不能简单的用于地铁区间隧道设计 。 对于地铁区间隧道衬砌结构，应考虑2种荷载组合形式(持久状况下的基本组合与偶然状况下的偶然荷载组合) 。 ① 分项系数的确定原则 对于地铁区间隧道衬砌结构设计，采用5个分项系数，即结构重要性系数，永久荷载分项系数，可变荷载分项系数，偶然荷载分项系数，材料强度分项系数。其中的结构重要性系数、可变荷载分项系数、偶然荷载分项系数以及材料强度分项系数均可参照《统一标准》的 　规定进行取值，对于永久荷载分项系数包括水土压力分项系数和结构自重分项系数，结构自重作为恒载加以考虑，取