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摘 要

中国城市化的发展必然带动城市地铁的发展，发展轨道交通势在必行。目前，修建地铁的施工方法主要有明挖法、矿山法及盾构法。针对南京的地质情况以及隧道施工对地面交通的影响等方面考虑，本设计采用盾构法。本设计的主要内容为盾构管片的设计、联络通道的设计、盾构隧道防水设计。

管片设计中，根据相关规范要求以及目前国内常用盾构管片的形式，确定盾构管片的几何尺寸。选取典型计算断面，计算出盾构隧道各阶段荷载组成。采用日本惯用法进行结构内力计算，分析出结构的弯矩、轴力和剪力。再根据分析出的结构内力进行配筋计算，将管片视为偏心受压构件进行配筋计算。并利用所配的钢筋进行相关的管片结构强度检算、管片允许裂缝宽度检算、螺栓强度检算等。

在联络通道的设计中，根据相关规范要求以及目前国内常用联络通道的形式，确定联络通道的几何尺寸，采用Midas模拟法获得联络通道的结构内力，简化为矩形截面受弯构件进行配筋设计。

盾构隧道防水设计主要包括混凝土自防水设计、施工缝防水设计、变形缝防水设计。

关键词：盾构隧道 结构设计 配筋 内力计算 检算

Structural Design of Shield Tunnel in Gulou section Tunnel of Nanjing Metro Line Four(burial depth of 10 meters)

Abstract

The development of urbanization in China is bound to promote the development of urban subway. It is imperative to develop rail transition.At present, the construction of the subway construction method are mainly open-cut method, mining method and shield. According to the geological situation of Nanjing and the influence of tunnel construction, the design uses shield method.The main content of this design is the design of shield segment, contact the design of the channel, and the waterproof design of shield tunnel.

In the design of the segment, the geometry of shield segment is determined based on the relevant regulatory requirements or the commonly used geometry. The typical calculation section is selected and the load of the shield tunnel in various stages is calculated. Using the Japanese usage of structure internal force calculation, analysis of structure of the bending moment, axial force, shear force. According to the analysis of internal force calculation of reinforcing bars.The segment is regarded as eccentric compression components in the reinforcement design. And the use of the reinforcing related segment structure strength calculation, segment structure strength calculation, segment structure allows the crack width calculation, bolt strength calculation, structural anti-buoyancy calculation.

In the design of the contact channel, the geometry of contact channel is determined based on the relevant regulatory requirements or the commonly used geometry. Midas is used in the analysis of the structure internal force of the contact channel. The contact channel is regarded as rectangular cross-section flexural members in the reinforcement design.

The waterproof design of the shield tunnel includes the waterproof design of concrete, the waterproof design of construction joints and the waterproof design of deformation joint.

Keywords：Shield tunnel;Structure design;Calculation of internal force; Reinforcement bar; Check calculation

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 盾构工法 1

1.1.1 盾构法优点 1

1.1.2 盾构法缺点 1

1.2 盾构技术发展 2

1.3 中国盾构技术展望 3

1.4 盾构机选型 4

1.4.1 盾构机选型原则 4

1.4.2 盾构机选型考虑因素 4

1.4.3 盾构机分类 5

1.4.4 盾构机选择 6

第二章 工程概况 7

2.1 区间工程概况 7

2.2 工程地质与水文地质 7

2.2.1 地形与地貌 7

2.2.2 气象与水文 7

2.2.3 场地及周边环境条件 8

2.2.4 区域地质构造 8

2.2.5 地基土分布 9

2.2.6 地基土工程地质特征 9

2.2.7 地基土物理力学指标 13

第三章 设计概况 15

3.1 设计标准 15

3.2 设计规范 15

3.3 设计主要原则 15

第四章 设计参数拟定 17

4.1 管片选型 17

4.1.1 不同材料衬砌特点比较 17

4.1.2 单、双层衬砌比较 18

4.2 管片拼装方式 18

4.3 管片几何尺寸拟定 19

4.3.1 管片厚度 19

4.3.2 管片环宽 19

4.4 管片分块设计 20

4.5 工程设计参数 21

第五章 荷载计算 23

5.1 荷载构成 23

5.1.1 计算简图 23

5.1.2 荷载组成 24

5.1.3 截面计算参数 26

5.2 一般荷载计算 27

5.2.1 断面一荷载计算 27

5.2.2 断面二荷载计算 30

5.2.3 断面三荷载计算 33

5.2.4 联络通道荷载计算 37

5.3 荷载组合 38

5.4 荷载检算 38

5.4.1 地震荷载检算 38

5.4.2 人防荷载检算 39

第六章 内力计算 41

6.1 横截面的结构内力计算 41

6.2 修正惯用计算法 41

6.3 修正惯用计算法计算结果 43

6.3.1 断面一内力计算 43

6.3.2 断面二内力计算 49

6.3.3 断面三内力计算 54

6.4 联络通道内力计算 61

6.4.1 拱顶 61

6.4.2 侧墙 65

6.4.3 底面 66

6.5 Midas GTS 67

6.5.1 断面一Midas计算结果 67

6.5.2 断面二Midas计算结果 72

6.5.3 断面三Midas计算结果 74

6.5.4 联络通道Midas计算结果 75

6.6 不同计算方法的结果比较 79

第七章 结构配筋计算 81

7.1 管片配筋计算截面的确定 81

7.2 管片结构配筋计算 83

7.2.1 设计计算参数 83

7.2.2 控制截面配筋计算 84

7.2.3 配筋结果 89

7.2.4 截面复核与强度检算 89

7.2.5 裂缝宽度验算 90

7.3 联络通道配筋计算 93

7.3.1 拱顶配筋计算并检算 93

7.3.2 侧墙配筋计算并检算 95

7.3.3 底面配筋计算 98

7.4 螺栓强度检算 101

7.4.1 环向螺栓检算 101

7.4.2 螺栓安装预紧力检算 104

7.5 千斤顶局部承压计算 105

7.5.1 单油缸千斤顶作用 105

7.5.2 双油缸千斤顶作用 105

第八章 结构防水设计 107

8.1 概述 107

8.2 盾构隧道防水方式 107

8.2.1 管片结构的自防水 108

8.2.2 环片接缝的防水 109

8.3 本区间隧道防水设计 110

8.3.1 设计标准 110

8.3.2 防水设计方案 110

8.3.3 防水措施 110

8.3.4 防水材料的外形和尺寸精度摘要 111

8.3.5 特殊部位防水设计方案 112

8.3.6 联络通道隧道防水设计 113

结语 115

参考文献 116

致谢 117

第一章 绪论

1.1 盾构工法

盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

盾构机于1847年发明，它是一种带有护罩的专用设备。利用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式，以水力式居多。水力盾构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室。澎润土液既用于平衡土压力和地下水压力，又用作输送排出土体的介质。

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