鋼筋混凝土下穿隧道結(jié)構(gòu)計算研究

李東洋

珠海市規(guī)劃設(shè)計研究院 廣東 珠海 519000

正文：

1 項目概述

本項目位于某城區(qū)市民活動中心，本路段需下穿通過中心湖，與中心湖中的負一層聯(lián)通。斷面尺寸為9x4.2m，其中閉口段長度24m+30.695m。長度總長為54.695m。隧道縱向節(jié)段劃分及節(jié)段橫斷面圖如圖1所示。

圖1 縱斷面節(jié)段劃分圖

2 設(shè)計要點

主要技術(shù)標準如下：設(shè)計行車速度：20km/h；設(shè)計荷載：城-B級；抗震設(shè)防烈度：Ⅶ度，地震動峰值加速度：0.10g；設(shè)計基準期：100年；防水等級：一級，設(shè)計安全等級：二級。

本文截取其中一長為5m的節(jié)段進行驗算。隧道為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，斷面采用單箱單室閉合框架，頂、底板厚度為0.8m，兩側(cè)側(cè)墻厚度為0.7m，隧道內(nèi)凈高4.4m，頂部填土高1.5m。單幅橫斷面總寬9m=0.75m檢修道+7.5m機動車道+0.75m檢修道。

主要材料包括：C35混凝土(抗?jié)B等級P8)：敞口段的底板及側(cè)墻，閉口段的頂?shù)装濉?cè)墻、擋土墻；C30混凝土：結(jié)構(gòu)（抗拔）樁、支護樁、防撞欄，鉆孔灌注樁、冠梁及橫撐；C15混凝土：基礎(chǔ)墊層；普通鋼筋：HPB300、HRB400鋼筋標準應(yīng)符合GB 1499-1-2008，GB1499.2-2007的規(guī)定；除特殊說明外，直徑≥12mm者，均采用HRB400熱軋帶肋鋼筋，直徑≤10mm者，均采用HPB300鋼筋。凡需焊接的鋼筋均應(yīng)滿足焊接要求；鋼板：采用Q235B鋼板，應(yīng)符合GB700-2006的規(guī)定；不銹鋼管：應(yīng)符合GB/T 18705-2002的規(guī)定。

隧道按一級防水設(shè)防標準進行設(shè)計，底板、側(cè)墻、中墻及頂板均采用抗?jié)B等級為P8的C35防水砼，并在結(jié)構(gòu)外表面進行輔助防水設(shè)計。

3 考慮人防荷載的受力驗算

采用橋梁博士3.5進行結(jié)構(gòu)計算。結(jié)構(gòu)分析采用參數(shù)如下：鋼筋混凝土重力密度：26kN/m3；混凝土受力時齡期不小于7天；隧道覆土取1.5m；地下水位標高為1.5m；閉口段防空等級為甲類、核6級、常6級。因中央地下通道作為人防疏散區(qū)域，故需要考慮人防荷載。因本工程為樁基礎(chǔ)，隧道底板考慮人防荷載25kN/m2（人防規(guī)范4.8.15條），頂板按最厚覆土1.5m考慮，人防荷載取值70kN/m2（人防規(guī)范4.8.2條），與土接觸的隧道外墻人防荷載取值45kN/m2（人防規(guī)范4.8.3條）；混凝土構(gòu)件強度驗算按承載能力極限狀態(tài)基本組合驗算，裂縫寬度按短期效應(yīng)組合驗算。其中，人防荷載與隧道頂汽車荷載不同時作用，但隧道內(nèi)汽車荷載兩種情況均考慮。各荷載組合如下：

（1）考慮人防荷載不考慮隧道頂汽車荷載

承載能力極限狀態(tài)基本組合：1.1x[1.2x結(jié)構(gòu)重力+1.2x土的重力+1.4x土側(cè)壓力+1.0x收縮徐變+1.0x水的浮力+1.0x人防荷載+1.4x隧道內(nèi)汽車荷載]

短期效應(yīng)組合：結(jié)構(gòu)重力+土的重力+土側(cè)壓力+收縮徐變+水的浮力+人防荷載+0.7x隧道內(nèi)汽車荷載

（2）考慮隧道頂汽車荷載不考慮人防荷載

承載能力極限狀態(tài)基本組合：1.1x[1.2x結(jié)構(gòu)重力+1.2x土的重力+1.4x土側(cè)壓力+1.0x收縮徐變+1.0x水的浮力+1.4x隧道頂汽車荷載+1.4x隧道內(nèi)汽車荷載]

短期效應(yīng)組合：結(jié)構(gòu)重力+土的重力+土側(cè)壓力+收縮徐變+水的浮力+0.7x隧道頂汽車荷載+0.7x隧道內(nèi)汽車荷載

3.1 裂縫寬度驗算

依據(jù)《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》（GB 50038-2005）4.1.6條，防空地下室結(jié)構(gòu)在常規(guī)武器爆炸動荷載或核武器爆炸動荷載作用下，應(yīng)驗算結(jié)構(gòu)承載力；對結(jié)構(gòu)變形、裂縫開展可不進行驗算。因此本計算不對裂縫寬度進行驗算。

3.2 強度驗算

強度驗算見下圖，可知強度滿足要求！

圖2 強度驗算圖

4 考慮隧道頂汽車荷載的受力驗算

4.1 裂縫寬度驗算

裂縫寬度驗最大裂縫寬度為0.134，小于0.2，符合要求。

4.2 強度驗算

強度驗算見下圖，可知強度滿足要求！

圖3 強度驗算圖

5 抗浮驗算

抗浮驗算見下表，從表中可以看出，抗浮安全系數(shù)均大于1.05，滿足要求！

表1 抗浮計算

6 結(jié)論

本文采用橋梁博士有限元分析軟件對該下穿隧道建立模型，討論了荷載取值與荷載組合的選取，對其進行強度和抗裂性能的分析，計算結(jié)果表明隧道結(jié)構(gòu)的強度、抗裂性能、抗浮性能均滿足要求，本文研究結(jié)果可為相關(guān)設(shè)計計算提供參考。