钢筋混凝土下穿隧道结构计算研究

李东洋

珠海市规划设计研究院 广东 珠海 519000

正文：

1 项目概述

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。

图1 纵断面节段划分图

2 设计要点

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。

3 考虑人防荷载的受力验算

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

3.1 裂缝宽度验算

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。

3.2 强度验算

强度验算见下图，可知强度满足要求！

图2 强度验算图

4 考虑隧道顶汽车荷载的受力验算

4.1 裂缝宽度验算

裂缝宽度验最大裂缝宽度为0.134，小于0.2，符合要求。

4.2 强度验算

强度验算见下图，可知强度满足要求！

图3 强度验算图

5 抗浮验算

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！

表1 抗浮计算

6 结论

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。