盾構(gòu)法隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(設(shè)計)

1、主講：孟杏微主講：孟杏微2010-05-28本章重點、難點：本章重點、難點：1、盾構(gòu)法襯砌設(shè)計流程和設(shè)計的主要內(nèi)容；、盾構(gòu)法襯砌設(shè)計流程和設(shè)計的主要內(nèi)容；2、盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計荷載；、盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計荷載；2010-05-282010-05-282010-05-28 盾構(gòu)法開挖隧道通常適用于盾構(gòu)法開挖隧道通常適用于軟土軟土而不是巖石中。而不是巖石中。相關(guān)襯砌參數(shù)，如材料的尺寸及強度不僅取決于地相關(guān)襯砌參數(shù)，如材料的尺寸及強度不僅取決于地層情況，也取決于施工狀況。實際應(yīng)用中，盾構(gòu)法層情況，也取決于施工狀況。實際應(yīng)用中，盾構(gòu)法襯砌設(shè)計需要許多施工經(jīng)驗和理論知識。襯砌設(shè)計需要許多施工經(jīng)驗和理論知識。4

2、.14.1盾構(gòu)法盾構(gòu)法概述概述2010-05-2.1盾構(gòu)法襯砌設(shè)計流程盾構(gòu)法襯砌設(shè)計流程 盾構(gòu)法隧道襯砌設(shè)計通常按照以下步驟進行：盾構(gòu)法隧道襯砌設(shè)計通常按照以下步驟進行： （1 1）遵守相關(guān)規(guī)劃、規(guī)范或標準）遵守相關(guān)規(guī)劃、規(guī)范或標準 （2 2）確定隧道的內(nèi)部尺寸）確定隧道的內(nèi)部尺寸 設(shè)計的隧道內(nèi)徑應(yīng)該由設(shè)計的隧道內(nèi)徑應(yīng)該由隧道功能隧道功能所需要的地所需要的地下空間決定。下空間決定。 地鐵隧道地鐵隧道 公路隧道；公路隧道； 給、排水管道計算流量；給、排水管道計算流量； 普通管道普通管道2010-05-28（3 3）荷載類型的確定）荷載類型的確定 作用在襯砌上的荷載包括土壓力、水

3、壓力、靜荷作用在襯砌上的荷載包括土壓力、水壓力、靜荷載、超載及盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏Φ容d、超載及盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏Φ龋? 4）襯砌條件的確定）襯砌條件的確定 設(shè)計者應(yīng)該確定襯砌的條件，如襯砌的尺寸（厚設(shè)計者應(yīng)該確定襯砌的條件，如襯砌的尺寸（厚度）、材料的強度，加固的方法等。度）、材料的強度，加固的方法等。（5 5）計算內(nèi)力）計算內(nèi)力 設(shè)計者應(yīng)該通過使用合適的計算模型及設(shè)計方法設(shè)計者應(yīng)該通過使用合適的計算模型及設(shè)計方法來計算彎矩、軸力、剪力等內(nèi)力。來計算彎矩、軸力、剪力等內(nèi)力。.1盾構(gòu)法襯砌設(shè)計流程盾構(gòu)法襯砌設(shè)計流程2010-05-282010-05-28（8 8）設(shè)計的批準）設(shè)計的批準

4、 設(shè)計者認為所設(shè)計的襯砌結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟且適設(shè)計者認為所設(shè)計的襯砌結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟且適 用后，工程項目負責(zé)人就應(yīng)該批準設(shè)計文件。用后，工程項目負責(zé)人就應(yīng)該批準設(shè)計文件。（6 6）安全性校核）安全性校核 設(shè)計者應(yīng)該對照計算出的內(nèi)力來校核襯砌的設(shè)計者應(yīng)該對照計算出的內(nèi)力來校核襯砌的安全性。安全性。（7 7）評估）評估 如果設(shè)計的初襯砌不滿足設(shè)計荷載要求或設(shè)如果設(shè)計的初襯砌不滿足設(shè)計荷載要求或設(shè)計襯砌安全但不經(jīng)濟，設(shè)計者應(yīng)該改變襯砌的條件計襯砌安全但不經(jīng)濟，設(shè)計者應(yīng)該改變襯砌的條件并且重新設(shè)計。并且重新設(shè)計。.1盾構(gòu)法襯砌設(shè)計流程盾構(gòu)法襯砌設(shè)計流程2010-05-28圖圖4-1 4-1

5、盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計的流程圖盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計的流程圖2010-05-28盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計程序包括的主要內(nèi)容如下：盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計程序包括的主要內(nèi)容如下：第一步：確定幾何參數(shù)第一步：確定幾何參數(shù) 基準線、開挖直徑、襯砌直徑、襯砌厚度、圓環(huán)基準線、開挖直徑、襯砌直徑、襯砌厚度、圓環(huán)的平均寬度、管片系統(tǒng)、接縫連接。的平均寬度、管片系統(tǒng)、接縫連接。第二步：確定巖土參數(shù)第二步：確定巖土參數(shù) 特定處土的重力、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、彈性模量、特定處土的重力、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、彈性模量、變形模量、變形模量、K K0 0值。值。第三步：選擇危險斷面第三步：選擇危險斷面 如超載、地面荷載、地下水及鄰近建筑物影響的如超載、

6、地面荷載、地下水及鄰近建筑物影響的地方。地方。.2盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計程序包括的主要內(nèi)容盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計程序包括的主要內(nèi)容2010-05-28第四步：確定第四步：確定TBMTBM機的機械參數(shù)機的機械參數(shù) 總推力、推力裝置的數(shù)量、墊片數(shù)量、墊片形總推力、推力裝置的數(shù)量、墊片數(shù)量、墊片形狀、注漿壓力、安裝所需空間。狀、注漿壓力、安裝所需空間。第五步：確定材料的屬性第五步：確定材料的屬性 混凝土標號及抗壓強度、彈性模量；鋼筋類混凝土標號及抗壓強度、彈性模量；鋼筋類型及抗拉強度；墊圈類型、寬度及彈性性能；裂型及抗拉強度；墊圈類型、寬度及彈性性能；裂縫允許寬度。縫允許寬度。4.1.24.

7、1.2盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計程序包括的主要內(nèi)容盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計程序包括的主要內(nèi)容2010-05-28第六步：設(shè)計荷載第六步：設(shè)計荷載 （1 1）土壓力）土壓力分析作用于襯砌管片上的荷載影響及土壓力分析作用于襯砌管片上的荷載影響及土壓力( (圖圖4-24-2圖圖4-6)4-6)2010-05-282010-05-28(2) 千斤頂?shù)耐屏奢d分析由于推進器墊板壓在不同類型管片上荷載的影響(圖4-7)2010-05-28(3) 拖車和其它服務(wù)設(shè)備的荷載主要包括單輪承載(圖4-8)2010-05-28（4） 附屬注漿荷：載擴展的注漿壓力(圖4-9)2010-05-28（5）靜荷載、存儲及裝配荷載彎矩的影

8、響(圖4-10)2010-05-282010-05-28（1）分析模型 使用的公式必須符合國家標準與所選設(shè)計荷載疊加的原則（2）數(shù)值模型 使用符合國家標準的有限元程序來完成彈塑性狀態(tài)下的應(yīng)力及應(yīng)變分析，并進行詳細結(jié)構(gòu)狀態(tài)的仿真(圖4-12)。第七步：設(shè)計模型第七步：設(shè)計模型三維條件須通過二維條件的抽象計算來仿真，如太沙基假設(shè)。三維條件須通過二維條件的抽象計算來仿真，如太沙基假設(shè)。2010-05-28第八步：計算結(jié)果剪力、彎矩和撓度一般以表格的形式來展現(xiàn)，以此確定設(shè)計荷載及接下來管片的加固。2010-05-2.3設(shè)計常用名詞及圖示符號設(shè)計常用名詞及圖示符號管片：管片： 盾構(gòu)隧道

9、最初盾構(gòu)隧道最初襯砌的弧形構(gòu)件，襯砌的弧形構(gòu)件，也適用于預(yù)制混也適用于預(yù)制混凝土管片。凝土管片。2010-05-28常用管片形狀常用管片形狀2010-05-282010-05-282010-05-282010-05-282010-05-28 管片襯砌管片襯砌：隧道襯砌由管片組成，每一環(huán)的襯砌由數(shù)個：隧道襯砌由管片組成，每一環(huán)的襯砌由數(shù)個管片組成。盾構(gòu)中完成的管片襯砌：在管片襯砌系統(tǒng)中管片組成。盾構(gòu)中完成的管片襯砌：在管片襯砌系統(tǒng)中所有的管片在盾構(gòu)內(nèi)組裝，且襯砌在盾構(gòu)內(nèi)完成。所有的管片在盾構(gòu)內(nèi)組裝，且襯砌在盾構(gòu)內(nèi)完成。2010-05-282010-05-28擴大管片襯砌擴大管片襯砌：在管片襯砌系

10、統(tǒng)中，除去關(guān)鍵的管片：在管片襯砌系統(tǒng)中，除去關(guān)鍵的管片外，其余管片均在盾構(gòu)中安裝，在盾構(gòu)正后面，當(dāng)外，其余管片均在盾構(gòu)中安裝，在盾構(gòu)正后面，當(dāng)關(guān)鍵的管片被插入時，襯砌隨即也完成。關(guān)鍵的管片被插入時，襯砌隨即也完成。厚度：隧道橫截面上襯砌的厚度。 寬度：管片沿隧道軸線方向上長度。2010-05-28封頂管片形式封頂管片形式 小封頂塊，拼裝形式有兩種：徑向楔入、小封頂塊，拼裝形式有兩種：徑向楔入、縱向插入。縱向插入。2010-05-28連接縫：襯砌的間斷處及管片之間的接觸面。2010-05-28連接縫的類型：連接縫的類型： 2010-05-282010-05-282010-05-28計算中使用的符

11、號范例2010-05-284.2 4.2 盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計方法盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 軟土的物理特征規(guī)定如下：軟土的物理特征規(guī)定如下：22502.5125MN/m/800.6MN/muNENqN2010-05-28 設(shè)計原理設(shè)計原理： 設(shè)計原理是為檢驗盾構(gòu)隧道襯砌的安全性。在設(shè)計原理是為檢驗盾構(gòu)隧道襯砌的安全性。在隧道襯砌報告中，都應(yīng)該闡述設(shè)計計算的必要性、隧道襯砌報告中，都應(yīng)該闡述設(shè)計計算的必要性、設(shè)計概念的假設(shè)、設(shè)計壽命、檢查永久安全性等問設(shè)計概念的假設(shè)、設(shè)計壽命、檢查永久安全性等問題。題。 2010-05-281 1、荷載的種類荷載的種類 必須考慮的荷載：必須考慮的荷載： （1 1）土壓力

12、；（）土壓力；（2 2）水壓力；（）水壓力；（3 3）靜荷載；（）靜荷載；（4 4）超載；）超載；（5 5）地基反作用力（如果必須的話）。）地基反作用力（如果必須的話）。 應(yīng)該考慮的荷載：應(yīng)該考慮的荷載：（6 6）內(nèi)部荷載；（）內(nèi)部荷載；（7 7）施工期間的荷載；（）施工期間的荷載；（8 8）地震效應(yīng)。）地震效應(yīng)。 特別荷載：特別荷載：（9 9）鄰近隧道的影響；（）鄰近隧道的影響；（1010）沉降的影響；（）沉降的影響；（1111）其它荷）其它荷載。載。 4.2.2 4.2.2 荷載荷載2010-05-282 2、土壓力、土壓力 土壓力應(yīng)該沿隧道斷面徑向作用于襯砌上，或者分解土壓力應(yīng)該沿隧道斷

13、面徑向作用于襯砌上，或者分解為水平和垂直方向的土壓力。為水平和垂直方向的土壓力。隧道的斷面及周圍的土體情況圖2010-05-282010-05-28（1 1）水平土壓力）水平土壓力 從隧道襯砌拱部至底部，作用于從隧道襯砌拱部至底部，作用于襯砌形心襯砌形心處的水處的水平土壓力。它的大小由垂直土壓力乘以土的側(cè)壓平土壓力。它的大小由垂直土壓力乘以土的側(cè)壓力系數(shù)所確定力系數(shù)所確定( (圖圖4-164-16） 2010-05-28(2)(2)垂直土壓力垂直土壓力將垂直土壓力作為作用于襯砌頂部的均布荷載來考慮。將垂直土壓力作為作用于襯砌頂部的均布荷載來考慮。2010-05-2810eiijjppHHjiH

14、HH(2)(2)垂直土壓力垂直土壓力當(dāng)覆土厚度較小，小于當(dāng)覆土厚度較小，小于2 2倍的隧道外徑時。倍的隧道外徑時。2010-05-28 當(dāng)覆土厚度當(dāng)覆土厚度H H2D2D時，地基中產(chǎn)生時，地基中產(chǎn)生拱效應(yīng)的可能性拱效應(yīng)的可能性較大較大，可以考慮在設(shè)計計算時采用松弛土壓力（圖，可以考慮在設(shè)計計算時采用松弛土壓力（圖4 41919）。）。 砂質(zhì)砂質(zhì), ,當(dāng)當(dāng)H1H12D2D（D D為管片外徑）時多采用松弛土為管片外徑）時多采用松弛土壓力；壓力； 粘性粘性, , 硬質(zhì)粘土硬質(zhì)粘土（N0N0）良好地基，）良好地基，H1H12D2D時多時多采用松弛土壓力采用松弛土壓力 中等固結(jié)的粘土（中等固結(jié)的粘土（4

15、N4N8 8）和軟粘土（）和軟粘土（2N2N4 4）, ,將隧道的全覆土重力作為土壓力考慮實例比較常見。將隧道的全覆土重力作為土壓力考慮實例比較常見。(2)(2)垂直土壓力垂直土壓力2010-05-28 松弛土壓力的計算，一般采用松弛土壓力的計算，一般采用太沙基公式太沙基公式。垂。垂直土壓力的下限值雖然根據(jù)隧道使用目的的不直土壓力的下限值雖然根據(jù)隧道使用目的的不同，但一般將其作為相當(dāng)于隧道外徑的同，但一般將其作為相當(dāng)于隧道外徑的2 2倍的倍的覆土厚度的土壓力值覆土厚度的土壓力值。當(dāng)?shù)貙訛榛臃植紩r，。當(dāng)?shù)貙訛榛臃植紩r，以地層構(gòu)成中的支配地層為基礎(chǔ)，將地層假設(shè)以地層構(gòu)成中的支配地層為基礎(chǔ)，將地

16、層假設(shè)為單一土層進行計算，或者就以互層的狀態(tài)進為單一土層進行計算，或者就以互層的狀態(tài)進行松弛土壓力的計算。行松弛土壓力的計算。(2)(2)垂直土壓力垂直土壓力2010-05-284 52 破 壞 面 與 水 平 方 向 的 夾 角101cot()2 42BRvdvvdhhtandvh摩擦力：dCh黏聚力：對于單邊v水平應(yīng)力，也即法向應(yīng)力：1112(2tan22 )d0BBBChvvvv（+d）-20R重力摩擦力黏聚力摩擦力12dBh2010-05-2810eph0whH當(dāng)100011100(1)1 exp(tan )exptan tanCHHBKpKBBBhK如果隧道位于潛水位以上10eph2

17、010-05-2800pHp當(dāng)：不考慮 的影響101100(1)1 exp(tan )tanCHBKBBhK101100()1 exp(tan )tanvCHBKBBhK2010-05-2802 ,wHHD當(dāng)，不成拱10()ewwppHHH1121()2(2)2eeeectqptqpR拱頂表面壓力tcR_2()2CDtDR襯砌外直徑2010-05-2810()ewwphHHtcR002,wHhDH當(dāng)且成拱拱以上土對隧道壓力不予考慮1121()2(2)2eeeectqptqpR2010-05-2810eph00;2wwHh HHD當(dāng);tcR1121()2(2)2eeeectqptqpR2010-

18、05-2810eppH02 ,cwRHHD當(dāng)2;不成拱1121()2(2()()2eeeecwwtqptqpRHH tcR2010-05-2810eph02 ,cwRHHD當(dāng)2;成拱tcR1121()2(2()()2eeeecwwtqptqpRHH 2010-05-2810eppH2 ,wcHR HD當(dāng)2 ;不成拱1121()2(2)2eeeectqptqpRtcR2010-05-2810eph2wcHR HD當(dāng)2 ;1121()2(2),2eeeecwtqptqpRH不考慮tcR2010-05-28 水平土壓力也能用五邊形模型估計為均載或均勻可水平土壓力也能用五邊形模型估計為均載或均勻可變荷

19、載。變荷載。2010-05-28122eeeqqq2010-05-28一般情況下作用在襯砌上的水壓力為靜水壓力一般情況下作用在襯砌上的水壓力為靜水壓力水壓力水壓力2010-05-28(1c o s) 2wwwctpHR若采用靜水壓力，則管片上各點處的水壓力為若采用靜水壓力，則管片上各點處的水壓力為2010-05-281wwwpH2012(22)(2)2()2(2)2wwwcwwwwwwwwctpHRHRtqHtqHR襯砌側(cè)向水壓力：若采用垂直均布荷載和水平均勻變化的荷載組合，則襯若采用垂直均布荷載和水平均勻變化的荷載組合，則襯砌頂部和底部的水壓力分別為砌頂部和底部的

20、水壓力分別為02ctRR2010-05-28gpcRwp2wq2eq2010-05-28 靜荷載靜荷載 靜荷載（管片自重）靜荷載（管片自重）是作用于隧道橫斷面是作用于隧道橫斷面形心上的垂直方向荷形心上的垂直方向荷載，一次襯砌的靜荷載，一次襯砌的靜荷載按照等式（載按照等式（4-194-19）或（或（4-204-20）來計算）來計算如果斷面是矩形如果斷面是矩形2cWRgtgc2010-05-28考慮自重對地基的反作用力：考慮自重對地基的反作用力：2112wgweepppppweDgp1其中：其中：gpg2010-05-28不考慮自重對地基的反作用力：不考慮自重對地基

21、的反作用力：2112wweeppppweDp12010-05-2 地面超載地面超載 地面超載增加了作用于襯砌上的土壓力，地面超載增加了作用于襯砌上的土壓力，道路交通荷載、鐵路交通荷載、建筑物的重量道路交通荷載、鐵路交通荷載、建筑物的重量作用于襯砌上的力即為地面超載。作用于襯砌上的力即為地面超載。地面超載及其參考值如下：地面超載及其參考值如下：公路車輛公路車輛鐵路車輛鐵路車輛建筑物建筑物2010-05-28公路車輛荷載：公路車輛荷載：10kN/m2；2010-05-28鐵路車輛荷載：鐵路車輛荷載：25kN/m25kN/m2 22010-05-28建筑物的重量：建筑

22、物的重量：10kN/m10kN/m2 22010-05-2 地基反作用力地基反作用力 當(dāng)計算襯砌中的內(nèi)力時，必須確定地基反力當(dāng)計算襯砌中的內(nèi)力時，必須確定地基反力的作用范圍、大小及方向。地基反力通常分為兩的作用范圍、大小及方向。地基反力通常分為兩種：種： (1)(1)獨立于獨立于地基位移而定的反力地基位移而定的反力p pe2e2；(2)(2)從屬于從屬于地基位移而定的反力。地基位移而定的反力。2010-05-282010-05-28地基反力是地基反作地基反力是地基反作用力系數(shù)和襯砌位移用力系數(shù)和襯砌位移的產(chǎn)物，由圍巖韌度的產(chǎn)物，由圍巖韌度和管片襯砌剛度決定，和管

23、片襯砌剛度決定，而管片襯砌的剛度取而管片襯砌的剛度取決于管片剛度及接縫決于管片剛度及接縫的數(shù)目和類型。的數(shù)目和類型。qk2010-05-2844(2 )24(0.045)ccpqqg REIkRh彈簧的側(cè)向位移：2010-05-28設(shè)計實例：根據(jù)以下條件，設(shè)計基本荷載(考慮地基反作用力）。2010-05-282010-05-282(700 1000)4sDF 內(nèi)部荷載內(nèi)部荷載由于隧道拱部懸掛設(shè)備或內(nèi)部水壓力而引起的荷載應(yīng)由于隧道拱部懸掛設(shè)備或內(nèi)部水壓力而引起的荷載應(yīng)該進行核查。該進行核查。 施工時期的荷載施工時期的荷載以下荷載是施工

24、時作用在襯砌結(jié)構(gòu)上的荷載：以下荷載是施工時作用在襯砌結(jié)構(gòu)上的荷載：(1)(1)盾構(gòu)頂進推力；盾構(gòu)頂進推力；(2)(2)運輸和裝卸時的荷載運輸和裝卸時的荷載;(3);(3)背后背后注漿壓力注漿壓力;(4);(4)直立操作時的荷載直立操作時的荷載;(5);(5)其它荷載其它荷載盾構(gòu)千斤頂推力是最主要的力，其它壓力隨著荷載條盾構(gòu)千斤頂推力是最主要的力，其它壓力隨著荷載條件的給定均取某一參考值。件的給定均取某一參考值。2010-05-2地震影響地震影響 考慮地震的影響，進行抗震設(shè)計?？紤]地震的影響，進行抗震設(shè)計。0 0 其它荷載其它荷載 如果需

25、要，應(yīng)該檢查臨近隧道對開挖的影響和不如果需要，應(yīng)該檢查臨近隧道對開挖的影響和不均勻沉降的影響。均勻沉降的影響。2010-05-284.2.3 4.2.3 襯砌材料襯砌材料 適用于鋼筋混凝土管片作為初襯支護材料和現(xiàn)適用于鋼筋混凝土管片作為初襯支護材料和現(xiàn)澆混凝土作為二次支護的材料。澆混凝土作為二次支護的材料。彈性模型彈性模型 鋼筋混凝土彈性模型如表鋼筋混凝土彈性模型如表4 43 3（P99P99）。）。2010-05-2 應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線混凝土應(yīng)力混凝土應(yīng)力- -應(yīng)變采用圖應(yīng)變采用圖4 42626的曲線模型的曲線模型020000

26、2() 0.002;0.0035cuccuff當(dāng)時當(dāng)時2010-05-28,sysssyss bsyEf當(dāng)時當(dāng)時2010-05-284.2.4 4.2.4 安全系數(shù)安全系數(shù) 安全系數(shù)應(yīng)該基于土的荷載，同時符合規(guī)定的建筑要求安全系數(shù)應(yīng)該基于土的荷載，同時符合規(guī)定的建筑要求和標準。舉例來說，對每一個工程來說，國家標準都對混凝和標準。舉例來說，對每一個工程來說，國家標準都對混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)造作了具體說明。施工工藝和性能應(yīng)該與安全系土結(jié)構(gòu)和構(gòu)造作了具體說明。施工工藝和性能應(yīng)該與安全系數(shù)相聯(lián)系。數(shù)相聯(lián)系。2010-05-284.2.5 4.2.5 管片結(jié)構(gòu)設(shè)計計算管片結(jié)構(gòu)設(shè)計計算結(jié)構(gòu)襯砌計算應(yīng)采用結(jié)構(gòu)襯砌

27、計算應(yīng)采用SISI國際標準單位。國際標準單位。 設(shè)計原理設(shè)計原理隧道斷面的設(shè)計計算，應(yīng)該選擇以下的關(guān)鍵區(qū)段，如圖隧道斷面的設(shè)計計算，應(yīng)該選擇以下的關(guān)鍵區(qū)段，如圖4 428282010-05-28上覆地層厚度最大的橫斷上覆地層厚度最小的橫斷面地下水位最高的橫斷面地下水位最低的橫斷面超載最大的橫斷面有偏壓的橫斷面表面有突變的橫斷面附近現(xiàn)有或?qū)頂M建新的隧道的橫斷面2010-05-2 內(nèi)力計算內(nèi)力計算 . .1計算模型計算模型隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計計算中結(jié)構(gòu)內(nèi)力隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計計算中結(jié)構(gòu)內(nèi)力 (M(M、N N、S S）的方

28、法如）的方法如圖圖4 42929所示，本文具體介紹如下幾種盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)所示，本文具體介紹如下幾種盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算模型。內(nèi)力計算模型。2010-05-28(3) (3) 彈性方程法彈性方程法 在沒有計算機的情況下，彈性方程法是計算在沒有計算機的情況下，彈性方程法是計算內(nèi)力的簡便方法。然而，它不能夠評價圖內(nèi)力的簡便方法。然而，它不能夠評價圖4 43434所提到的情況所提到的情況(b)(b)和和(c)(c)。在這種方法里，。在這種方法里，水壓力水壓力應(yīng)該被認為是垂直均載和水平均載的組合應(yīng)該被認為是垂直均載和水平均載的組合。在水。在水平方向上的平方向上的地基反作用力，應(yīng)被簡化為三角形分地基反作用力

29、，應(yīng)被簡化為三角形分布的可變荷載布的可變荷載（見圖（見圖4 423 23 ）。）。2010-05-28圖4232010-05-28不不2010-05-2844(2 )24(0.045)ccpqqg REIkRh彈簧的側(cè)向位移：抗彎剛度的有效率2010-05-2..2連接縫的評價連接縫的評價 如果管片襯砌連接縫有或沒有螺栓，它在連接縫如果管片襯砌連接縫有或沒有螺栓，它在連接縫的實際彎曲剛度小于管片的彎曲剛度。如果管片是錯的實際彎曲剛度小于管片的彎曲剛度。如果管片是錯開的，那么在開的，那么在連接縫的彎矩將比毗鄰的管片所受的彎連接縫的彎矩將比毗鄰的管片所受的彎矩小矩小

30、，在設(shè)計中應(yīng)該考慮連接縫的實際影響因素。，在設(shè)計中應(yīng)該考慮連接縫的實際影響因素。2010-05-28MMMMsj11管片：接頭：2010-05-284.2.6 4.2.6 如何檢驗斷面的安全性如何檢驗斷面的安全性 根據(jù)構(gòu)件受力的計算結(jié)果，必須用極限狀態(tài)設(shè)根據(jù)構(gòu)件受力的計算結(jié)果，必須用極限狀態(tài)設(shè)計方法檢驗關(guān)鍵部位的安全性，或者用計方法檢驗關(guān)鍵部位的安全性，或者用允許應(yīng)力設(shè)允許應(yīng)力設(shè)計方法計方法進行檢驗。以下是進行檢驗。以下是危險部位危險部位： (1) (1)有有最大正彎矩最大正彎矩的地方的地方; ; (2) (2)有有最大負彎矩最大負彎矩的地方的地方; ; (3) (3)有有最大軸力最大軸力的地

31、方。的地方。 襯砌抵抗盾構(gòu)推力的安全性也應(yīng)該被檢驗。襯砌抵抗盾構(gòu)推力的安全性也應(yīng)該被檢驗。2010-05-28caccacydssasff允許應(yīng)力設(shè)計方法允許應(yīng)力設(shè)計方法如果最大的混凝土壓應(yīng)力如果最大的混凝土壓應(yīng)力和鋼筋應(yīng)力小于它們的允許和鋼筋應(yīng)力小于它們的允許應(yīng)力，那么管片襯砌在載荷應(yīng)力，那么管片襯砌在載荷作用下是安全的，見等式作用下是安全的，見等式（4-314-31）和（）和（4-324-32）。）。2010-05-284.2.8 4.2.8 校核抵抗盾構(gòu)千斤頂推力的安全性校核抵抗盾構(gòu)千斤頂推力的安全性抵抗盾構(gòu)千斤頂推力的襯砌安全性應(yīng)該用下面的公式進抵抗盾構(gòu)千斤

32、頂推力的襯砌安全性應(yīng)該用下面的公式進行校核：行校核：AFfscck2010-05-2.9管片構(gòu)造管片構(gòu)造 管片的形狀和尺寸管片的形狀和尺寸 管片環(huán)的數(shù)量越少，制造和安裝的效率就越高。管片環(huán)的數(shù)量越少，制造和安裝的效率就越高。然而，考慮到運輸和操作，管片的弧長和重量也不然而，考慮到運輸和操作，管片的弧長和重量也不能被忽視。能被忽視。2010-05-2 處理管片和注漿的構(gòu)造細節(jié)處理管片和注漿的構(gòu)造細節(jié) 如果對管片實施背部注漿，那么為了使灰漿能被如果對管片實施背部注漿，那么為了使灰漿能被連續(xù)注入，應(yīng)該在每片管片上留有一個

33、內(nèi)徑為連續(xù)注入，應(yīng)該在每片管片上留有一個內(nèi)徑為50mm50mm的的孔洞?？锥?。2010-05-2 K K型管片的連接角型管片的連接角 K K型管片的型管片的類型類型分兩種：分兩種： (1)(1)沿徑向插入的沿徑向插入的K-K-管片（管片（K Kr r- -管片）管片） (2) (2)沿周長方向插入的沿周長方向插入的K-K-管片（管片（K Kl l- -管片）。管片）。 2010-05-2錐形管片錐形管片 錐形管片是用來曲線連接施工或盾構(gòu)方向控制錐形管片是用來曲線連接施工或盾構(gòu)方向控制的的K K型管片，最大寬度和最小寬度的差異系數(shù)能夠用

34、型管片，最大寬度和最小寬度的差異系數(shù)能夠用公式公式4-344-34來計算來計算00()0.5cmDSSnRD 4-342010-05-284.2.11 .1 4.2.11 .1 概述概述4.2.11 4.2.11 二次襯砌二次襯砌 二次襯砌是用混凝土現(xiàn)場澆注而成。它被劃分成二次襯砌是用混凝土現(xiàn)場澆注而成。它被劃分成非結(jié)構(gòu)部分和結(jié)構(gòu)部分。前者用來非結(jié)構(gòu)部分和結(jié)構(gòu)部分。前者用來加固管片加固管片，防止腐，防止腐蝕和振動的影響，提高襯砌的承載力并糾正誤差。后蝕和振動的影響，提高襯砌的承載力并糾正誤差。后者被用作連接管片襯砌的者被用作連接管片襯砌的結(jié)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)部分。2010-05-28二次襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計思

35、想有以下二次襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計思想有以下四種情況四種情況：(1)(1)將一次襯砌作為隧道的主體結(jié)構(gòu)，二次襯砌作將一次襯砌作為隧道的主體結(jié)構(gòu)，二次襯砌作為對此襯砌進行補強、防蝕、防滲、減糙、修正為對此襯砌進行補強、防蝕、防滲、減糙、修正和校正中心線偏離所用的構(gòu)件來考慮。和校正中心線偏離所用的構(gòu)件來考慮。4.2.11 .1 4.2.11 .1 概述概述4.2.11 4.2.11 二次襯砌二次襯砌第第1 1種思想的理由種思想的理由是，從一次襯砌完工后到二次襯砌是，從一次襯砌完工后到二次襯砌施工前有一個較長的時段，在該時段內(nèi)，來自地層施工前有一個較長的時段，在該時段內(nèi)，來自地層的外部荷載將達到極限值，在這種

36、情況下，二次襯的外部荷載將達到極限值，在這種情況下，二次襯砌可以不予考慮隧道的承載力，而只承受自重即可。砌可以不予考慮隧道的承載力，而只承受自重即可。2010-05-28(2)將二次襯砌作為主體結(jié)構(gòu)的主體，一次襯砌作為某將二次襯砌作為主體結(jié)構(gòu)的主體，一次襯砌作為某一特定時間使用的臨時結(jié)構(gòu)物考慮。一特定時間使用的臨時結(jié)構(gòu)物考慮。第第2種思想的理由種思想的理由是，一次襯砌只是二次襯砌這一段時間是，一次襯砌只是二次襯砌這一段時間的臨時結(jié)構(gòu)物。也就是說，一次襯砌只是在某一有限時間的臨時結(jié)構(gòu)物。也就是說，一次襯砌只是在某一有限時間內(nèi)使用的構(gòu)件，在這種情況下，即可認為土壓力之類的漸內(nèi)使用的構(gòu)件，在這種情況下，即可認為土壓力之類的漸增荷載將減少部分極限荷載，也可將一次襯砌作為臨時結(jié)增荷載將減少部分極限荷載，也可將一次襯砌作為臨時結(jié)構(gòu)物按增加了容許應(yīng)力來設(shè)計。但是，這種折減荷載的方構(gòu)物按增加了容許應(yīng)力來設(shè)計。但是，這種折減荷載的方法和增加容許應(yīng)力的方法，對作為臨時結(jié)構(gòu)物使用時間的法和增加容許應(yīng)力的方法，對作為臨時結(jié)構(gòu)物使用時間的設(shè)計方法均極不明確，因而難以將第設(shè)計方法均極不明確，因而難以將第2種思想用于實際。種思想用于實際。2010-05-28(3)將二次襯砌和一次襯砌合在一起看作是隧道的主體結(jié)