城市軌道交通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工之盾構(gòu)法隧道設(shè)計(jì)

城市軌道交通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工StructuralDesignandConstructionofUrbanRailTransit主講：周順華教授同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院第七章盾構(gòu)法隧道設(shè)計(jì)

目錄第一節(jié)盾構(gòu)法隧道的基本原理第二節(jié)盾構(gòu)法隧道襯砌結(jié)構(gòu)第三節(jié)盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第四節(jié)聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第五節(jié)平板形鋼筋混凝土管片設(shè)計(jì)實(shí)例盾構(gòu)隧道的基本原理

盾構(gòu)法（Shield）隧道，是指在地表以下土層或松軟巖層中采用盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工的隧道，主要用于當(dāng)明挖隧道施工對(duì)城市生活干擾較大或隧道埋深、地質(zhì)條件不適合于用明挖法或其他方法建造隧道的情況，具有不影響地面交通、減少對(duì)附近居民的噪聲和振動(dòng)影響、施工易于管理和施工不受風(fēng)雨等氣候條件影響等優(yōu)點(diǎn)。

盾構(gòu)法隧道是1823年由布魯諾爾首創(chuàng)于英國(guó)倫敦泰晤士河的水底隧道。經(jīng)過(guò)近二百年的發(fā)展，其施工機(jī)械和施工控制技術(shù)等越來(lái)越趨于成熟，已成為隧道建設(shè)特別是城市隧道建設(shè)中的主要施工方法。盾構(gòu)類(lèi)型

為保證圍巖不發(fā)生坍塌失穩(wěn)或控制施工引起的周?chē)馏w或建筑物的變形，盾構(gòu)法隧道施工過(guò)程中通過(guò)盾構(gòu)機(jī)體主動(dòng)控制圍巖的應(yīng)力釋放和變形，根據(jù)面板與前方土體的平衡形式的不同，可以分為不同平衡系統(tǒng)的盾構(gòu)機(jī)。各種類(lèi)型盾構(gòu)掘進(jìn)的支護(hù)面板盾構(gòu)隧道斷面形式就斷面型式而言，大部分盾構(gòu)法隧道的斷面型式為單圓形。受城市既有地下構(gòu)筑物的限制及適應(yīng)不同工程的需要，近年來(lái)出現(xiàn)了雙圓、三圓、矩形等多種斷面型式，相應(yīng)開(kāi)發(fā)了雙圓、三圓、矩形、球型盾構(gòu)和子母盾構(gòu)等。第二節(jié)盾構(gòu)法隧道襯砌結(jié)構(gòu)盾構(gòu)隧道襯砌是直接支撐地層，防止?jié)B漏，同時(shí)又能承受施工荷載的結(jié)構(gòu)。一次襯砌二次襯砌預(yù)制裝配式襯砌環(huán)的分塊與拼裝襯砌環(huán)分塊形式襯砌環(huán)的拼裝形式錯(cuò)縫拼裝通縫拼裝封頂塊的拼裝形式徑向插入型軸向插入型管片間及環(huán)間的連接柔性連接相鄰管片間產(chǎn)生微小的轉(zhuǎn)動(dòng)和壓縮，使襯砌環(huán)能按內(nèi)力分布狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，以改善襯砌環(huán)的受力狀態(tài)。剛性連接通過(guò)增加連接螺栓的排數(shù)，力圖在構(gòu)造上使接縫處的剛度與管片的剛度相同。管片片種種類(lèi)類(lèi)及及特特點(diǎn)點(diǎn)按截截面面形形式式分分類(lèi)類(lèi)箱型型中子子型型平板板型型曲線線地地段段或或修修正正蛇蛇行行施施工工時(shí)時(shí)用用到到的的管管片片為為楔楔形形管管片片，楔形形管管片片是是具具有有錐錐度度的的管管片片環(huán)環(huán)，，當(dāng)當(dāng)其其寬寬度度特特別別小小呈呈窄窄板板狀狀時(shí)時(shí)稱(chēng)稱(chēng)為為楔楔形形墊墊板板環(huán)環(huán)。。

種類(lèi)特征鋼鐵管片混凝土類(lèi)管片鋼管片球墨鑄鐵管片鋼筋混凝土（RC）管片復(fù)合型管片平板形中子形SC結(jié)構(gòu)SRC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)重量輕、可以任意完整加固材料、中小盾構(gòu)使用較多強(qiáng)度好、耐久性好、制作精度高、重量輕、可用作特殊管片成本低、使用最多、耐久性好、可構(gòu)建實(shí)用、無(wú)障礙物襯砌混凝土和鋼板有效復(fù)合構(gòu)造，與鋼筋混凝土管片相比厚度小存在問(wèn)題容易變形、耐腐蝕性差成本較高、焊接困難厚度較大、重量大、易損傷抗腐蝕性差、接頭構(gòu)造復(fù)雜實(shí)例用于小、中斷面。用于開(kāi)口部位及小半徑曲線部位。用于中、大斷面。用于開(kāi)口部位及小半徑曲線等特殊部位。用于中、大口徑斷面。用于中、大口徑斷面。用于特殊部位。止水性接合精度高，止水性好結(jié)合處加工精度高，止水性好。如果考慮到接頭表面的制作精度，則止水性好截面變形量小，故止水性比較好。耐久性必須對(duì)板等采取防腐措施必須采取防腐措施當(dāng)雖有一定的耐久性（抗腐蝕性、耐熱性）必須對(duì)鋼板等采取防腐措施加工制作性加工場(chǎng)地較小、材質(zhì)均勻，成品可靠性好厚度受到限制、加工精度高、材質(zhì)均勻，成品可靠性好制作精度依靠模板精度、養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)

混凝土必須有養(yǎng)護(hù)時(shí)間。為了防止?jié)仓炷恋淖冃危仨氃O(shè)簡(jiǎn)易的構(gòu)件。

施工性對(duì)于千斤頂?shù)耐屏?qiáng)度與剛度要求都比較小、不易損傷、焊接性好，現(xiàn)場(chǎng)維修及加固等容易。重量比較輕，不用擔(dān)心破損，搬運(yùn)及拼裝容易。對(duì)于千斤頂?shù)耐屏?，因有足夠的斷面在抵抗，故易于確保承載力。在搬運(yùn)、拼裝及推進(jìn)時(shí)轉(zhuǎn)角處等有開(kāi)裂或破損等。對(duì)于千斤頂?shù)耐屏Γ凶銐虻某休d力。由于采用鋼管包覆，可以在搬運(yùn)、拼裝時(shí)不易產(chǎn)生缺損或損傷。接頭形式直螺栓直螺栓直螺栓\直螺栓，曲螺栓、插頭、鉸接接頭直螺栓斷面形式箱型箱型箱型\平板型平板型雙圓圓盾盾構(gòu)構(gòu)隧隧道道的的襯襯砌砌結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)橫向向雙雙連連形形的的MF盾構(gòu)構(gòu)施施工工法法豎向向雙雙連連形形的的DOT施工工法法第三三節(jié)節(jié)盾盾構(gòu)構(gòu)隧隧道道的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)一般般原原則則結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)首首先先應(yīng)應(yīng)確確保保隧隧道道結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的安安全全性性，，即即能能夠夠承承受受從從開(kāi)開(kāi)工工到到竣竣工工后后的的長(zhǎng)長(zhǎng)期期使使用用荷荷載載（（靜靜、、動(dòng)動(dòng)荷荷載載））的的作作用用，，在在施施工工和和正正常常使使用用階階段段，，進(jìn)進(jìn)行行結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)強(qiáng)強(qiáng)度度的的計(jì)計(jì)算算，，對(duì)對(duì)于于混混凝凝土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，應(yīng)應(yīng)進(jìn)進(jìn)行行抗抗裂裂驗(yàn)驗(yàn)算算或或裂裂縫縫寬寬度度驗(yàn)驗(yàn)算算。。管片片設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)時(shí)可可將將其其視視為為單單純純承承受受彎彎矩矩、、軸軸力力及及剪剪力力的的線線性性梁梁來(lái)來(lái)處處理理。。為為了了取取得得較較好好的的經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)效效益益，，在在工工程程地地質(zhì)質(zhì)條條件件好好、、周周?chē)鷩镣翆訉幽苣芴崽峁┕┮灰欢ǘ箍沽αΦ牡那扒疤崽嵯孪?，，襯襯砌砌結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)可可設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)得得柔柔和和一一些些，，但但圓圓襯襯砌砌環(huán)環(huán)變變形形的的大大小小對(duì)對(duì)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)受受力力、、接接縫縫張張角角、、接接縫縫防防水水和和地地表表變變形形等等均均有有影影響響，，設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)時(shí)需需對(duì)對(duì)襯襯砌砌結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的變變形形進(jìn)進(jìn)行行驗(yàn)驗(yàn)算算，，作作必必要要的的控控制制。。結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)應(yīng)應(yīng)按按照照隧隧道道的的橫橫斷斷面面及及縱縱斷斷面面方方向向分分別別進(jìn)進(jìn)行行。。通通常常情情況況下下，，按按相相對(duì)對(duì)于于橫橫斷斷面面方方向向的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)來(lái)來(lái)決決定定管管片片的的斷斷面面，，根根據(jù)據(jù)地地震震及及地地基基沉沉降降的的影影響響等等來(lái)來(lái)研研究究隧隧道道縱縱斷斷面面結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的合合理理性性。。設(shè)計(jì)計(jì)條條件件的的設(shè)設(shè)定定荷載載的的計(jì)計(jì)算算構(gòu)件件詳詳圖圖的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)對(duì)于于特特殊殊荷荷載載的的設(shè)計(jì)計(jì)繪圖圖構(gòu)件件的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)算算截面面內(nèi)內(nèi)力力的的計(jì)計(jì)算算彎矩矩及及軸軸向向力力的的單單位位應(yīng)應(yīng)力力的的計(jì)計(jì)算算剪應(yīng)應(yīng)力力的的計(jì)計(jì)算算單位位應(yīng)應(yīng)力力的的校校核核管片片的的制制作作隧道道的的線線性性··必必要要的的內(nèi)內(nèi)空空斷斷面面·土土質(zhì)質(zhì)條條件件管管片片的的種種類(lèi)類(lèi)管管片片的的分分塊塊數(shù)數(shù)主要要荷荷載載計(jì)計(jì)算算附加加荷荷載載的的計(jì)計(jì)算算荷載載及及結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)模模型型的的選選定定·慣慣用用計(jì)計(jì)算算方方法法·修修正正慣慣用用計(jì)計(jì)算算方方法法·梁梁————彈彈性性模模型型計(jì)計(jì)算算方方法法·部部分分地地基基彈彈簧簧模模型型，，全全周周地地基基彈彈簧簧模模型型·管管片片主主斷斷面面的的假假定定·對(duì)于于主主要要荷荷載載的的主主斷斷面面的的單單位位應(yīng)應(yīng)力力的的校校核核對(duì)于于主主要要荷荷載載及及附附加加荷荷載載作作用用下下的的構(gòu)構(gòu)件件的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)算算·接頭的計(jì)算算（螺栓、接接頭板、錨筋筋等）·縱肋的計(jì)算算·地震的影響··地基沉降的的影響·鄰接施工的的影響·對(duì)相相鄰建（構(gòu)））筑物的影響響注入孔·吊具·接頭角度·錐形襯環(huán)nooknook荷載計(jì)算荷載分類(lèi)主要荷載備注主荷載垂直和水平土壓力；水壓力；自重；上覆荷載的影響；地基反力設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的基本荷載附加荷載內(nèi)部荷載；施工荷載；地震影響施工中或竣工后的荷載，根據(jù)隧道用途、施工條件及周?chē)h(huán)境考慮的荷載特殊荷載并設(shè)隧道的影響；臨近施工的影響；地基沉降的影響；其它荷載的影響考慮地層條件和隧道用途特殊性的荷載垂直土壓力上覆土厚度小小于隧道外徑徑時(shí)，因地層層無(wú)拱效應(yīng)，，垂直土壓力力為上覆土的的水土重量。上覆土厚度大大于隧道外徑徑時(shí)，應(yīng)根據(jù)據(jù)地層性質(zhì)判判斷其是否存存在拱效應(yīng)，，進(jìn)而決定是是否采用松弛弛土壓力。松弛土壓力的的計(jì)算方法一一般采用太沙沙基公式式中：-Terzaghi的松動(dòng)土壓力力；—松弛層的換算算高度；—水平土壓力與與垂直土壓力力之比（一般般取=1）；—土的內(nèi)摩擦角角；—上覆荷載；—土的重度；—土的粘聚力；；但是，小于時(shí)可使用下式式：水平土壓力作用于管環(huán)上上的側(cè)面水平平土壓力，可可按下式估算算：式中：—水平土壓力（（KN/m2）—側(cè)向土壓系數(shù)數(shù)（無(wú)量綱）），可以考慮為靜靜止土壓力、、主動(dòng)土壓力力或者按略小小于靜止土壓壓力的值考慮慮；此外，還與土質(zhì)、設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算方法法及施工方法法有關(guān)，所以以很難高精度度設(shè)定；側(cè)向土壓力系系數(shù)（λ）和地層反力力系數(shù)（K）土與水的考慮土的種類(lèi)λ

K（kn/m3）N值得大致范圍土水分離非常密實(shí)的砂性土密實(shí)的砂性土松散的砂性土0.35-0.450.45-0.550.50-0.6030-5010-300-10固結(jié)粘性土硬的粘性土中硬粘性土0.35-0.450.45-0.550.50-0.6530-5010-300-10土水一體中硬粘性土軟粘土超軟粘土0.55-0.650.65-0.750.70-0.855-100-50-自重荷載自重荷載是沿沿襯砌軸線分分布的豎直荷荷載，一次襯襯砌的自重荷荷載可按下式式計(jì)算：式中：—一次襯砌的自自重—單位長(zhǎng)度襯砌砌的重力（KN/m）；—襯砌形心半徑徑（m）；—重力加速度（（9.8/s2）；—一次襯砌的體體密度（T/m3）上覆荷載地層反力施工荷載內(nèi)部荷載地震荷載橫截面的結(jié)構(gòu)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算目前，單圓盾盾構(gòu)隧道有以以下幾種管片片環(huán)的結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算模型及方方法：不考慮管片接接頭抗彎剛度度降低，把管管環(huán)視為具有有和管片主截截面同樣剛度度EI，且剛剛度均均勻的的環(huán)，，采用用彈性性勻質(zhì)質(zhì)圓環(huán)環(huán)法或或慣用用計(jì)算算法進(jìn)進(jìn)行計(jì)計(jì)算；；考慮管管片接接頭抗抗彎剛剛度降降低，，把管管環(huán)視視為是是具有有均勻勻抗彎彎剛度度ηEI的環(huán)（（η<1為彎曲曲剛度度有效效率）），考考慮到到錯(cuò)接接頭的的接頭頭部分分彎矩矩的分分配，，在從從根據(jù)據(jù)均勻彎彎曲剛剛度環(huán)環(huán)計(jì)算算出來(lái)來(lái)的截截面內(nèi)內(nèi)力中中，對(duì)對(duì)彎矩矩考慮慮一個(gè)個(gè)增減減（彎矩矩的提提高率率）。假設(shè)管管片環(huán)環(huán)是多多鉸環(huán)環(huán)，采采用彈彈性鉸鉸圓環(huán)環(huán)法進(jìn)進(jìn)行計(jì)計(jì)算。。假設(shè)管管片環(huán)環(huán)是具具有旋旋轉(zhuǎn)彈彈簧的的環(huán)，，以剪剪切彈彈簧評(píng)評(píng)價(jià)錯(cuò)錯(cuò)接頭頭的拼拼接效效應(yīng)，，采用用梁彈彈簧模模型進(jìn)進(jìn)行計(jì)計(jì)算。不同計(jì)計(jì)算方方法的的示意意圖及及荷載載取值值國(guó)別設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì)土壓力及水壓力地基反力系數(shù)澳大利亞全周地基彈簧模型（MuirWood.Curtis法）平板加載和測(cè)量結(jié)果的逆解析切線方向與工作面是否完全結(jié)合，摩擦力作用上線的結(jié)合比利時(shí)Schulza-Duddeck法利用FEM校核無(wú)正確決定系數(shù)的方法奧地利全周地基彈簧模型Schulza-Duddeck法只考慮半徑方向上的反力英國(guó)通常為彈簧模型MuiWood的方法三軸試驗(yàn)或應(yīng)力計(jì)算得到的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系求解的地基反力系數(shù)。不考慮摩擦力美國(guó)彈性地基圓環(huán)法沒(méi)解答西德覆土2D；部分彈簧模型（頂端除外）覆土

2D；全周彈簧模型德國(guó)部分地基彈簧模型Schulza-Duddeck法,但是，不考慮切線方向的荷載沒(méi)解答法國(guó)全周地基彈簧模型或FEM中國(guó)彈性均質(zhì)圓環(huán)法或彈性較模型用垂直或水平荷載板荷載試驗(yàn)結(jié)果來(lái)求西班牙考慮了地基與襯砌的作用的Buqera的方法

只考慮半徑方向在軟土土地層層中，，采采用通通縫拼拼裝的的襯砌砌結(jié)構(gòu)構(gòu)可取取單環(huán)環(huán)按自自由變變形的的彈性性均質(zhì)質(zhì)圓環(huán)環(huán)、彈彈性鉸鉸圓環(huán)環(huán)進(jìn)行行計(jì)算算分析析；采采用錯(cuò)錯(cuò)縫拼拼裝的的襯砌砌結(jié)構(gòu)構(gòu)宜考考慮環(huán)環(huán)間剪剪力傳傳遞的的影響響。彈性均均質(zhì)圓圓環(huán)法法彈性均均質(zhì)圓圓環(huán)法法的結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)力計(jì)計(jì)算模模型如圖，，，由于結(jié)結(jié)構(gòu)及及荷載載對(duì)稱(chēng)稱(chēng)，拱拱頂剪剪力等等于零零，整整個(gè)圓圓環(huán)為為二次次超靜靜定結(jié)結(jié)構(gòu)。。根據(jù)據(jù)彈性性中心心處的的相對(duì)對(duì)角變變位和和相對(duì)對(duì)水平平位移移等于于零的的條件件，可可列出出力法法方程程：彈性鉸鉸圓環(huán)環(huán)法在實(shí)際際工程程中，，裝配配式圓圓形管管片的的接頭頭能夠夠承擔(dān)擔(dān)一定定的彎彎矩、、軸力力和剪剪力，，且位位移與與相應(yīng)應(yīng)的內(nèi)內(nèi)力基基本上上呈線線性關(guān)關(guān)系，，因此此，可可以將將接頭頭簡(jiǎn)化化為理理想的的彈性性鉸，，并用用接頭頭的剛剛度系系數(shù)K表示彈彈性鉸鉸的剛剛度特特征。。不考慮慮水平平抗力力時(shí)的的內(nèi)力力計(jì)算算將x1,x2代入疊疊加法法得到到的結(jié)結(jié)構(gòu)任任意截截面上上的內(nèi)內(nèi)力計(jì)計(jì)算公公式，，得到到各種荷荷載作作用下下的內(nèi)內(nèi)力，，其公公式為為：上述荷荷載作作用下下，水水平直直徑A處的位位置為為：考慮抗抗力時(shí)時(shí)的內(nèi)內(nèi)力計(jì)計(jì)算當(dāng)襯砌砌是剛剛性無(wú)無(wú)變形形時(shí)，，隧道道圓周周承載載的壓壓力為為：襯砌與與地層層間的的剪力力為：：被動(dòng)荷荷載（（抗力力）為為為簡(jiǎn)化化計(jì)算算，利利用結(jié)結(jié)構(gòu)和和荷載載的對(duì)對(duì)稱(chēng)性性，取取1/4圓周進(jìn)進(jìn)行計(jì)計(jì)算。。有疊疊加原原理，，所示示的計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)簡(jiǎn)圖。。在荷載載的作下下在抗力力荷載載作用用下：：在荷載載的作用用下任意截截面的的內(nèi)力力：A點(diǎn)的總總變形形為梁－彈彈簧模模型計(jì)計(jì)算法法將管片片主截截面簡(jiǎn)簡(jiǎn)化為為圓弧弧梁或或直線線梁構(gòu)構(gòu)架，，將管管片接接頭看看成是是旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彈簧簧、環(huán)環(huán)接頭頭為剪剪切彈彈簧，，用有有限元元計(jì)算算截面面內(nèi)力力，計(jì)計(jì)算荷荷載可可用慣慣用荷荷載系系統(tǒng)或或?qū)⒌氐鼗箍沽θ炕蚧虿糠址洲D(zhuǎn)換換成地地基彈彈簧。。如將將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彈簧簧和剪剪切彈彈簧常常數(shù)同同時(shí)設(shè)設(shè)定為為零，，該方方法基基本上上與多多鉸環(huán)環(huán)計(jì)算算法相相同；如將剪剪切彈彈簧常常數(shù)設(shè)設(shè)定為為零，，將旋旋轉(zhuǎn)彈彈簧常常數(shù)設(shè)設(shè)定為為無(wú)窮窮大時(shí)時(shí)，則則與剛剛度均均勻環(huán)環(huán)的計(jì)計(jì)算法法相同同。因因此該該方法法不但但包含含了上上述兩兩個(gè)方方法，，同時(shí)時(shí)還可可以利利用管管環(huán)接接頭剛剛度的的大小小表征征錯(cuò)接接接頭頭的拼拼接效效應(yīng)。。結(jié)構(gòu)縱縱向內(nèi)內(nèi)力計(jì)計(jì)算梁-彈簧模模型梁-彈簧模模型是是將隧隧道作作為一一根梁梁，將將隧道道周?chē)鷩耐镣馏w作作為地地基彈彈簧作作用在在梁上上的結(jié)結(jié)構(gòu)模模型隧道的的等效效彈性性彎曲曲剛度度：縱向等等效彎彎曲剛剛度有有效率率：有限元元法有限單單元法法理論論上可可考慮慮結(jié)構(gòu)構(gòu)計(jì)算算時(shí)的的各種種影響響因素素，且且目前前有多多種通通用程程序作作為計(jì)計(jì)算平平臺(tái)，，其在在隧道道縱向向計(jì)算算領(lǐng)域域獲得得了一一定的的應(yīng)用用，但但應(yīng)考考慮盾盾構(gòu)隧隧道結(jié)結(jié)構(gòu)的的非連連續(xù)性性，如如螺栓栓、縱縱橫向向接縫縫等。。管片接接頭受受力計(jì)計(jì)算襯砌材材料允允許應(yīng)應(yīng)力及及構(gòu)造造要求求允許應(yīng)應(yīng)力混凝土土的允允許應(yīng)應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)澆澆筑混混凝土土的允允許應(yīng)應(yīng)力鋼筋的的允許許應(yīng)力力螺栓的的允許許應(yīng)力力設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度

4345485154容許彎曲抗壓應(yīng)力

1617181920基準(zhǔn)容許抗剪應(yīng)力（彎曲剪切）①

0.710.730.740.760.77容許粘著應(yīng)力（異性鋼筋）

22.12.12.22.2容許承壓應(yīng)力全部加載

1516171819局部加載

②其中現(xiàn)場(chǎng)澆澆筑混混凝土土的允允許應(yīng)應(yīng)力規(guī)規(guī)定如如表設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度

1821242730容許彎曲抗壓應(yīng)力

7891011基準(zhǔn)容許抗剪應(yīng)力（彎曲剪切）①

0.530.560.590.610.64容許粘著應(yīng)力（異性鋼筋）

1.41.51.61.71.8容許承壓應(yīng)力全部加載

678910局部加載

②其中螺栓的的允許許應(yīng)力力如表鋼材種類(lèi)應(yīng)力類(lèi)別4.66.88.810.912.9允許抗拉應(yīng)力120210290380430允許抗剪應(yīng)力90150200270310其它設(shè)設(shè)計(jì)細(xì)細(xì)節(jié)及及構(gòu)造造要求求螺栓配置注漿孔起吊環(huán)鋼制管片及及混凝土平平板型管片片螺栓直徑徑螺栓直徑（mm）161820222427303336最小螺栓孔直徑（mm）1921-2323-2525-2727-2930-3233-3636-3939-41聯(lián)絡(luò)通道結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)通道作作為災(zāi)害情情況下的重重要逃生通通道，《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》規(guī)定：“單單線區(qū)間隧隧道之間，，當(dāng)隧道連連貫長(zhǎng)度大大于600m時(shí)，應(yīng)設(shè)聯(lián)聯(lián)絡(luò)通道，，并在通道道兩端設(shè)雙雙向開(kāi)啟的的甲級(jí)防火火門(mén)”，國(guó)國(guó)外相關(guān)的的規(guī)范中均均有類(lèi)似的的規(guī)定。聯(lián)絡(luò)通道一一般位于各各段區(qū)間隧隧道的中部部，其位置置應(yīng)選在地地面交通量量和地下管管線較少處處，以減少少施工時(shí)的的困難。地地鐵盾構(gòu)隧隧道工程中中常將其與與地下泵站站的建設(shè)結(jié)結(jié)合起來(lái)，，其基本構(gòu)構(gòu)造形式有有全貫通式式、上行側(cè)側(cè)式泵站、、下行側(cè)式式泵站、上上下行側(cè)式式泵站和深深井側(cè)式泵泵站等5種形式：聯(lián)絡(luò)通道與與泵站合建建的型式圖圖一般，聯(lián)絡(luò)絡(luò)通道斷可可以做成矩矩形，從受受力有利的的角度，也也叫做成圓圓形和直墻墻拱型。聯(lián)絡(luò)通道通通常需要在在連續(xù)幾環(huán)環(huán)管片一側(cè)側(cè)開(kāi)口進(jìn)洞洞施工。為為滿足施工工工藝和結(jié)結(jié)構(gòu)受力的的要求，這這幾環(huán)管片片通常采取取與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)環(huán)管片不同同的構(gòu)造形形式和制造造工藝，稱(chēng)稱(chēng)其為特殊殊環(huán)管片，，常見(jiàn)特殊殊管片可分分為鋼管片片環(huán)、鋼管管片+混凝土、混混凝土等。。鋼管片環(huán)構(gòu)構(gòu)造圖鋼管片+混凝土構(gòu)造造圖混凝土切割割管片洞口口加強(qiáng)構(gòu)造造三種特殊換換管片的優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)種類(lèi)應(yīng)用情況及其優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用中的問(wèn)題鋼管片環(huán)國(guó)內(nèi)外曾廣泛應(yīng)用，北京地鐵五號(hào)線中普遍采用。聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計(jì)位置的相鄰兩環(huán)管片全部采用鋼材加工而成，最為開(kāi)口環(huán)管片強(qiáng)度高鋼管片加工精度要求高，造價(jià)高；防腐防銹處理難度大，影響結(jié)構(gòu)耐久性鋼管片+混凝土管片環(huán)在北京地鐵四、十號(hào)線中均有應(yīng)用。拼裝通過(guò)提前調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)保證開(kāi)口就位精度。較鋼管片有效降低了造價(jià)開(kāi)口管片和與其相連的鄰接塊圓心角與混凝土管片不同，無(wú)法利用既有模具生產(chǎn)，耐久性仍難保證混凝土切割管片在國(guó)內(nèi)外地鐵項(xiàng)目中應(yīng)用逐漸增多。這種方式造價(jià)較為低廉；采取現(xiàn)場(chǎng)切割的辦法形成洞口，對(duì)管片拼裝就位精度沒(méi)有特殊要求，開(kāi)洞靈活管片切割時(shí)，需架設(shè)臨時(shí)支撐，以保證施工期間盾構(gòu)隧道的穩(wěn)定特殊襯砌環(huán)環(huán)管片宜采采用鋼筋混混凝土材料料制造，以以提高構(gòu)件件耐久性，，方便生產(chǎn)產(chǎn)、拼裝，，降低工程程造價(jià)。鋼鋼管片強(qiáng)度度較高，且且可以預(yù)制制洞口，將將洞口封堵堵塊拆卸之之后就可進(jìn)進(jìn)洞開(kāi)挖；；鋼管片縱縱向螺栓孔孔數(shù)量比混混凝土管片片增加一倍倍，既可以以提高鋼管管片之間的的連接強(qiáng)度度，又可以以提高開(kāi)口口就位精度度。但是，，由于鋼管管片采用與與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)混混凝土管片片相同的構(gòu)構(gòu)造和精度度，其加工工精度達(dá)到到了模版級(jí)級(jí)，造價(jià)昂昂貴，大量量使用很不不經(jīng)濟(jì)；另另外，鋼管管片防腐防防銹處理難難度高，實(shí)實(shí)際效果不不理想。結(jié)合鋼筋混混凝土和鋼鋼管片各自自的優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)，特殊襯襯砌環(huán)管片片可優(yōu)化成成“鋼管片片+混凝土管片片”的組合合形式。開(kāi)開(kāi)口管片和和與其相連連的鄰接塊塊圓心角與與混凝土管管片不同，，無(wú)法利用用既有模具具生產(chǎn)，仍仍采用鋼材材加工，其其它管片使使用混凝土土管片代替替。特殊環(huán)管片片采用與標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)相同同的環(huán)寬、、壁厚、內(nèi)內(nèi)外徑以及及大致相同同的分塊角角度，可以以滿足盾構(gòu)構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)進(jìn)和拼裝要要求，并保保證隧道限限界的平順順。采用相相同的管片片端面構(gòu)造造，拼裝時(shí)時(shí)可以使用用通用的連連接構(gòu)件和和防水材料料，并保證證接縫質(zhì)量量。平板形鋼筋筋混凝土管管片設(shè)計(jì)實(shí)實(shí)例設(shè)計(jì)條件作用于管片片襯砌體的的外荷載的的計(jì)算管片環(huán)截面面內(nèi)力計(jì)算算主體應(yīng)力管片接頭螺栓栓的設(shè)計(jì)對(duì)千斤頂推力力的研究設(shè)計(jì)條件管片設(shè)計(jì)條件件項(xiàng)目取值項(xiàng)目取值項(xiàng)目取值管片外徑管片寬管片厚（主梁高）覆土厚度地下水位13標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)值30土單位體積質(zhì)量1.8t/m3土浮重0.8t/m3土摩擦角32土的粘聚力0地基反力系數(shù)20N/cm3側(cè)向土壓系數(shù)0.5上部荷載10MPa千斤頂推力106N×10土質(zhì)砂質(zhì)土設(shè)計(jì)條件構(gòu)件的容許應(yīng)應(yīng)力構(gòu)件應(yīng)力鋼材SM混凝土鋼筋SD345螺栓4.66.88.810.9壓應(yīng)力（×105Pa）19001502000————拉應(yīng)力（×105Pa）1900—20001200180024003000剪應(yīng)力（×105Pa）———800110015001900作用于管片襯襯砌體的外荷荷載的計(jì)算由于假定土質(zhì)質(zhì)為砂質(zhì)土，，所以土壓和和水壓按水土土分離處理。。垂直土壓的的計(jì)算采用Terzaghi公式中的松動(dòng)動(dòng)土壓。土的松動(dòng)高度度系數(shù)（7-28）（7-28a）計(jì)算結(jié)果為，，土的松動(dòng)高高度4.518m，不足管片外外徑的兩倍。。故取最小松松動(dòng)高度等于于管片外徑的的兩倍，則6.7>4.518m荷載的計(jì)算土反力和位移移假定作用于兩兩側(cè)的水平土土反力是隨著著襯砌向地基基內(nèi)位移產(chǎn)生生的，在襯砌砌水平直徑的的上下中心心角范圍內(nèi)呈呈三角形（以以水平直徑上上的點(diǎn)為頂點(diǎn)點(diǎn)）分布。水水平直徑上點(diǎn)點(diǎn)的土反力與與襯砌向地基基內(nèi)的水平位位移成正比，，考慮了土反反力的位移：：（7-29）式中：——土水壓力引起起的點(diǎn)位移移；——土反力引起的的與上述方向向相反的點(diǎn)點(diǎn)位移0.00016374m作用于管片襯襯砌體的外荷荷載的計(jì)算土反力和位移移土質(zhì)條件土反力荷載分布松動(dòng)高度管片環(huán)截面內(nèi)內(nèi)力計(jì)算管片的主截面面管片環(huán)截面內(nèi)內(nèi)力計(jì)算外荷載在管片片環(huán)上產(chǎn)生的的截面力，采采用常規(guī)計(jì)算算法計(jì)算：（×104N.m/m）（×104N/m）（×104N/m）00.65227.8000.000100.59627.906-0.393200.43928.202-0.705300.21228