衬砌周围土体的地基抗力系数决定。 ⑶荷载模式
图2 管片的荷载模式 在确定作用在隧道上方的土层压力方面，国内外视地层情况，主要采用卸拱理论(太沙基公式为主体)和按全部地层压力计算土层压力的方法，但均带有较大近似性。故国外也有取最小土压力不小于2D（当计算土压力小于此值时）的经验法。考虑到本次标段的最大和最小埋深分别在14m左右和9m左右，地层以粘性土层为主体，无单独从隧道底部贯通至地表的砂性土地层，故偏于安全地将上覆土体自重完全作用在隧道上进行计算分析，即计算中竖向地层压力按全部地层压力计算。而侧压力当隧道处于粘性土中时按水土和算考虑，在砂性土地层时按水土分算考虑。除土水压力外，实际的计算荷载按施工和使用阶段可能出现的其它最不利荷载组合进行结构强度、变形计算，同时对混凝土裂缝宽度进行验算。 2.设计计算条件 ⑴ 管片特征
隧道外半径R1＝3.00m 隧道中心半径R2＝2.85m
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隧道内半径R3＝2.70m 管片宽度B＝1.5m 管片厚度 h＝0.3m 分块数目＝6块
封顶块管片(F)圆心角为15°，标准块管片3块(分别为B1、B2、B3)圆心角均为72°。邻接块管片左右各1块(分别为L1、L2) 圆心角均为64.5°。管片衬砌环在纵向按错缝式拼装，纵向接头为10处，按36°等角度布置。管片衬砌环布置参见图3。设计按通用式管片衬砌环布置，基本拼装方案为错缝拼装，可以出现通缝，但不允许超过两环。
在本次计算中，首先按η取0.55，0.65，0.75的三种弹性匀质圆环。然后按通用式管片衬砌环布置时，实际可能出现的通缝及错缝拼装进行多种方案组合计算。在具体的计算过程中，均取出三环管片进行空间计算，检算对象为中间一环。
各管片环向受力主筋配筋为，外侧43φ16＋43φ18，内侧43φ18＋43φ20，均为Ⅱ级建筑钢筋，外侧混凝土净保护层厚50mm，内侧混凝土净保护层厚35mm。
单位： 图3 管片衬砌环布置图
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⑵计算点及相应土质特征条件
根据本标段的埋深条件、地层的土质、地下水及管片衬砌环的特征等条件，参照地质报告，选取可能出现最不利受力情况的四个典型断面进行计算，四个计算点的主要土质特征条件汇总于表1。
计算点土质特征条件 表1 计算点 位置 计算点一 右线 CK5＋665 从上至下分别为素填土(粘土)、砂砾、粘土、砾质粘性土。隧道位于砾质粘性土层中。常时稳定水位6.9m。 14.2 1 按地质报告各层推荐值计算 20 ※计算点二 右线 CK5＋900 从上至下分别为素填土(粘土)、中砂、砂砾、砾质粘性土。隧道位于砂砾层中。常时稳定水位6.5m。 13 1 按地质报告各层推荐值计算 20 20 计算点三 左线 CK6＋223 从上至下分别为素填土(粉质粘土)、中砂、粉质粘土、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、隧道1/3位于砾质粘性土层、1/3位于全风化花岗岩层、1/3位于强风化花岗岩层中。常时稳定水位4m。 11.4 1 按地质报告各 层推荐值计算 20 砾质粘性土 18 全风化花岗岩 30 强风化花岗岩 50 砾质粘性土 0.45 全风化花岗岩 0.30 强风化花岗岩 0.25 砾质粘性土 35000 全风化花岗岩 70000 强风化花岗岩 90000 砾质粘性土 24 全风化花岗岩 23 强风化花岗岩 29 砾质粘性土 27 全风化花岗岩 23 强风化花岗岩19.6 合 算 计算点四 右线 CK7＋086 从上至下分别为素填土(粉质粘土)、粉质粘土、砾质粘性土。隧道位于砾质粘性土层中。常时稳定水位3.8m。 9 1 按地质报告各层推荐值计算 20 22 地层特征 隧道埋深(m) 计算地下水 位埋深(m) 土容重(kN/m) 地面超载2(kN/m) 标贯垂击数 317 侧压系数 地基抗力系数3 ※※(kN/m) ※※0.45 0.50 0.35 35000 15000 50000 凝聚力(kPa) ※24 32 内摩擦角() 水土分/合算 O ※27 合 算 分 算 30 合 算 32
“※ ”为隧道所处地层之值。“※※” 地基抗力系数偏于安全地没有计及管片
周围注浆引起的地层抗力系数增大的影响。 ⑶ 荷载计算标准 ①荷载分类
荷载分类 荷载名称 结构自重 地层压力 隧道上部地层破坏棱体范围的设施及建筑物压力 永久荷载 水压及浮力 设备重量 地层抗力 地面车辆荷载 可变 荷载 基本可 变荷载 地面车辆荷载引起的侧向土压力 隧道内部车辆行人等引起的荷载 其它可 施工荷载(设备运输、施工机具及人员、盾构推进、压注浆等引起变荷载 的荷载) 偶然荷载 地震荷载 ②地层压力 竖向地层压力按全部地层压力计算。而侧压力当隧道处于粘性土中时按水土和算考虑，在砂性土地层时按水土分算考虑。 ③地层抗力
通过设置在衬砌全环只能受压的径向弹簧单元和切向弹簧单元来体现，这些单元受拉时将自动脱离，弹簧单元的刚度由衬砌周围土体的地基抗力系数决定。同时，偏于安全方向的考虑，未计管片周围注浆引起的抗力增加效果。 ④管片结构自重
钢筋混凝土管片重度取25kN/m3 ⑤水压
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当在砂性土地层时水土分算时，水压按静水压力考虑。 ⑥隧道内部荷载
根据规范地铁隧道内的车辆荷载及冲击力对隧道结构影响较小，可略去不计。
⑶ 设定检算标准 ①材料设计值
管片钢筋Ⅱ级钢强度设计值fy＝310MPa 管片砼C50，轴心抗压强度设计值fc＝23.5MPa 管片砼C50，弯曲抗压强度设计值fcm＝26MPa 管片砼C50，抗拉强度设计值ft＝2MPa ②结构变形控制值 直径变形＜2‰D 环缝张开＜2mm 纵缝张开＜3mm ③砼结构允许裂缝开展 裂缝宽度＜0.2mm ④结构抗浮安全系数 施工期≥1.03，使用期≥1.07 3 计算结果
⑴ 管片截面内力及变形计算结果
隧道管片衬砌环按基本拼装方案拼装时，在各计算点位置的隧道管片衬砌环的最大截面内力及变形计算结果汇总于表3，表中值均为衬砌环每环（1.5m）内实际出现之值。从表中可知，①隧道管片衬砌环的最大截面内力在计算点一出现，为设计控制点;②在计算点二～四，隧道管片衬砌环的最大截面内力较在计算点一时的值并无显著减小(指弯矩与轴力的组合性);③各计算点的隧道管片衬砌环单点最大变形量有较大差异，但各处均小于0.1％的隧道外径(全截面
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