本项目位于某城区市民活动中心, 本路段需下穿通过中心湖, 与中心湖中的负一层联通。断面尺寸为9x4.2m, 其中闭口段长度24m+30.695m。长度总长为54.695m。隧道纵向节段划分及节段横断面图如图1所示。
主要技术标准如下:设计行车速度:20km/h;设计荷载:城-B级;抗震设防烈度:Ⅶ度, 地震动峰值加速度:0.10g;设计基准期:100年;防水等级:一级, 设计安全等级:二级。
本文截取其中一长为5m的节段进行验算。隧道为钢筋混凝土结构, 断面采用单箱单室闭合框架, 顶、底板厚度为0.8m, 两侧侧墙厚度为0.7m, 隧道内净高4.4m, 顶部填土高1.5m。单幅横断面总宽9m=0.75m检修道+7.5m机动车道+0.75m检修道。
主要材料包括:C35混凝土 (抗渗等级P8) :敞口段的底板及侧墙, 闭口段的顶底板、侧墙、挡土墙;C30混凝土:结构 (抗拔) 桩、支护桩、防撞栏, 钻孔灌注桩、冠梁及横撑;C15混凝土:基础垫层;普通钢筋:HPB300、HRB400钢筋标准应符合GB 1499-1-2008, GB1499.2-2007的规定;除特殊说明外, 直径≥12mm者, 均采用HRB400热轧带肋钢筋, 直径≤10mm者, 均采用HPB300钢筋。凡需焊接的钢筋均应满足焊接要求;钢板:采用Q235B钢板, 应符合GB700-2006的规定;不锈钢管:应符合GB/T 18705-2002的规定。
隧道按一级防水设防标准进行设计, 底板、侧墙、中墙及顶板均采用抗渗等级为P8的C35防水砼, 并在结构外表面进行辅助防水设计。
采用桥梁博士3.5进行结构计算。结构分析采用参数如下:钢筋混凝土重力密度:26kN/m3;混凝土受力时龄期不小于7天;隧道覆土取1.5m;地下水位标高为1.5m;闭口段防空等级为甲类、核6级、常6级。因中央地下通道作为人防疏散区域, 故需要考虑人防荷载。因本工程为桩基础, 隧道底板考虑人防荷载25kN/m2 (人防规范4.8.15条) , 顶板按最厚覆土1.5m考虑, 人防荷载取值70kN/m2 (人防规范4.8.2条) , 与土接触的隧道外墙人防荷载取值45kN/m2 (人防规范4.8.3条) ;混凝土构件强度验算按承载能力极限状态基本组合验算, 裂缝宽度按短期效应组合验算。其中, 人防荷载与隧道顶汽车荷载不同时作用, 但隧道内汽车荷载两种情况均考虑。各荷载组合如下:
(1) 考虑人防荷载不考虑隧道顶汽车荷载
承载能力极限状态基本组合:1.1x[1.2x结构重力+1.2x土的重力+1.4x土侧压力+1.0x收缩徐变+1.0x水的浮力+1.0x人防荷载+1.4x隧道内汽车荷载]
短期效应组合:结构重力+土的重力+土侧压力+收缩徐变+水的浮力+人防荷载+0.7x隧道内汽车荷载
(2) 考虑隧道顶汽车荷载不考虑人防荷载
承载能力极限状态基本组合:1.1x[1.2x结构重力+1.2x土的重力+1.4x土侧压力+1.0x收缩徐变+1.0x水的浮力+1.4x隧道顶汽车荷载+1.4x隧道内汽车荷载]
短期效应组合:结构重力+土的重力+土侧压力+收缩徐变+水的浮力+0.7x隧道顶汽车荷载+0.7x隧道内汽车荷载
依据《人民防空地下室设计规范》 (GB 50038-2005) 4.1.6条, 防空地下室结构在常规武器爆炸动荷载或核武器爆炸动荷载作用下, 应验算结构承载力;对结构变形、裂缝开展可不进行验算。因此本计算不对裂缝宽度进行验算。
强度验算见下图, 可知强度满足要求!
裂缝宽度验最大裂缝宽度为0.134, 小于0.2, 符合要求。
强度验算见下图, 可知强度满足要求!
抗浮验算见下表, 从表中可以看出, 抗浮安全系数均大于1.05, 满足要求!
本文采用桥梁博士有限元分析软件对该下穿隧道建立模型, 讨论了荷载取值与荷载组合的选取, 对其进行强度和抗裂性能的分析, 计算结果表明隧道结构的强度、抗裂性能、抗浮性能均满足要求, 本文研究结果可为相关设计计算提供参考。
摘要：本文采用桥梁博士有限元分析软件对某下穿隧道建立模型, 讨论了荷载取值与荷载组合的选取, 对其进行强度、抗裂性能和抗浮性能的分析。
关键词：钢筋混凝土,隧道,强度,抗裂
[1] JTG D60-2015, 《公路桥涵设计通用规范》[S].
[2] GB 50038-2005, 人民防空地下室设计规范[S].
[3] JTG D63-2007, 公路桥涵地基与基础设计规范[S].
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