盾构衬砌管片的设计模型与荷载分布的研究

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盾构隧道管片衬砌受力分析力学模式探讨

管片衬砌分成 6 块 ,封顶块 ( K) 2215°,其余 5
块均为 6715°,纵向接头为 16处 ,按 2215°等角度布置。管片在纵向可实现通缝和错缝两种方式拼装 (偏转角为 2215°的倍数 ) 。主要尺寸为 :外半径 R1
表 1 淤泥质粉质粘土地层参数
隧道埋深容重 γ 地面超载 P0 侧压
由表 2也可知道 ,同是采用梁 —弹簧模型进行的计算 ,但拼装方式不同 ,其内力值也有很大差异。通缝拼装时的弯矩和剪力值最小 ,而相应轴力和变形量最大。同是三环一组错缝拼装 ,一、三环的弯矩
值就比二环的要大 ,相应轴力、剪力和变形量要小。这是因为 K块的位置偏离了出现最大弯矩的拱顶处 ,而让邻接块转到了拱顶处 ,环向接头离拱顶处远了 ,对它的弯矩减小的影响就小了。
输入参数如下 :管片块间接头正弯曲转动刚度为 315 ×104 kN ·m / rad,负弯曲转动刚度为 815 × 103 kN ·m / rad,轴向拉压刚度为 111 ×104 kN /m ,剪切刚度为 212 ×104 kN /m;环间接头螺栓的法向和径向剪切刚度为 410 ×104 kN /m; 地层弹簧系数 ,法向刚度为 210 ×104 kN /m , 切向刚度为 110 ×104 kN / m[ 1 ] ;管片衬砌容重为 25kN /m3 。
312 计算分组及计算结果
管片衬砌结构按三种力学模式进行模拟计算 , 共分成 11组 ,见表 2所示。其最大弯矩及其相应轴力、最大剪力和最大变形也见表 2;管片衬砌不同力学计算模式下的弯矩图见图 3所示。
表 2 计算组合及主要计算结果表
计算组号
拼装方式
力学模最式大弯矩 / ( kN1m ) 相应轴力 / kN

盾构管片衬砌结构设计计算

盾构管片衬砌结构设计计算《地下铁道》7.5 盾构管片衬砌结构设计计算隧道与地下工程系7.5 盾构管片衬砌结构设计计算1.设计原则盾构法隧道宜采用荷载结构模型和地层结构模型进行结构计算，前者用于常规设计，后者用于特殊设计。

◆管片设计时可将其视为单独承受弯矩、轴力及剪力的线性梁来处理。

◆按相对于横断面方向的设计来决定管片的断面，根据地震及地基沉降的影响等来研究隧道纵断面结构的合理性。

1.设计原则◆荷载模式：浅埋与深埋、水土合算和分算。

◆结构模型：(1) 均质(等刚度)圆环模型在饱和含水软土地层中，主要由于工程上的防水要求，对由装配式衬砌组成的衬砌圆环，其接缝必须具有一定的刚度，以减小接缝变形量。

由于相邻环间接错缝拼装，并设置一定数量的纵向螺栓或在环缝上设有凹凸榫槽，使纵缝刚度有了一定的提高。

因此，圆环可近似地认为是一均质等刚度圆环。

1.设计原则◆结构模型：(2) 多铰圆环结构模型该原理在于圆环多铰衬砌环在主和被动土压作用下产生变形，圆环由一不稳定结构逐渐转变成稳定结构，圆环变形过程中，铰不发生突变。

计算假定：1)适用于圆形结构。

2)衬砌环在转动时，管片或砌块视作刚体处理。

3)衬砌环外围土抗力按均匀分布，土抗力的计算满足对砌环稳定性的要求，土抗力作用方向全部朝向圆心。

4)计算中不计及圆环与土壤介质间的摩擦力。

5)土抗力和变形间关系按温克尔公式计算。

1.设计原则◆结构模型：在不稳定地层中，多铰圆环结构(铰的数量大于3个)处于结构不稳定状态，当圆环外围土层给圆环结构提供了附加约束，使得随着多铰圆环的变形而提供了相应的地层抗力，于是多铰圆环就处于稳定状态。

在稳定地层中，衬砌环按多铰圆环计算是十分经济合理的。

对圆环变形量要有一定的限制，并对施工要求提出必要的技术措施。

2.管片内力计算(1)均质圆环模型◆按普通圆形结构计算，不同的是因为衬砌圆环是由数块管片拼装而成的，它的刚度不如整体浇筑的圆环，应予以折减。

◆钢筋混凝土管片为0.7，复合管片为0.8，铸铁管片的刚度折减率可取为0.9。

盾构隧道管片衬砌结构——荷载结构模型

块
六块方案。
工程名称
分块
管片宽度/m 最小曲率半径/m
南京地铁1号线
K(21.5 )+2L(68 )＋3B(67.5 )
1.2
400
管
南京地铁2号线
K(21.5 )+2L(68 )＋3B(67.5 )
1.2
400
片
幅
北京地铁5号线 K(22.5 )+2L(67.5 )＋3B(67.5 )
1.2
300
国内外管片结构设计方法
国家
管片结构设计模型
入江健二（1993）
ITA（1978）
澳大利亚全周弹簧模型
不详
奥地利全周弹簧模型
弹性地基圆环法
西德法国
局部弹簧模型（覆土深≤2d）全周弹簧模型（覆土深≥2d）
全周弹簧模型或有限元法
中国日本西班牙英国
均质圆环法或弹性铰模型
惯用设计法、梁-弹簧模型
通用管片环
通过一种楔形环管片模拟线路、曲线及施工纠偏，管片拼装时，衬砌环需扭转多种角度，封顶块有时会位于隧道下半部，工艺相对复杂，大大降小模具数量，降低造价。
Δ/2 Δ/2
直线段
外
d
内
d
封顶块
曲线段
通用管片环
平面视图
我国盾构技术概况国内地铁盾构隧道管片结构的设计及使用
衬
楔形衬砌环与直线衬砌环的组合
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
2.4衬砌结构的力学模型和计算方法
衬砌结构力学模型
衬砌本体模型
特征
接头(接缝) 参数模型
接头刚度
环向接头刚度纵向接头刚度

盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究

盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究一、本文概述Overview of this article《盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究》这篇文章主要围绕盾构隧道衬砌管片结构的力学性能展开深入研究。

盾构隧道作为一种重要的地下交通设施，其安全性和稳定性对于城市建设和交通发展具有举足轻重的意义。

衬砌管片作为盾构隧道的重要组成部分，其力学性能直接影响到隧道的整体稳定性和使用寿命。

因此，对盾构隧道衬砌管片结构的力学性能进行试验和理论研究，具有重要的实践意义和理论价值。

This article mainly focuses on the in-depth study of the mechanical properties of shield tunnel lining segment structures, including experimental and theoretical research on the mechanical properties of shield tunnel lining segment structures. As an important underground transportation facility, the safety and stability of shield tunnels play a crucial role in urban construction and transportationdevelopment. As an important component of shield tunneling, the mechanical properties of lining segments directly affect the overall stability and service life of the tunnel. Therefore, conducting experimental and theoretical research on the mechanical properties of shield tunnel lining segments has important practical significance and theoretical value.本文首先通过对盾构隧道衬砌管片结构的详细分析，明确了其受力特点和主要影响因素。

盾构法隧道衬砌荷载影响因素分析

盾构法隧道衬砌荷载影响因素分析隧道设计时,只有在准确估计作用在衬砌上荷载的基础上才能正确地进行隧道衬砌设计,然而由于地层条件的变化和不确定性、盾构推进前后的地层变形导致的应力重分布,以及施工条件的差异,很难做到准确地估计作用在衬砌上的荷载。

本文结合上海盾构隧道具体情况,讨论影响软土隧道衬砌荷载的影响因素。

1衬砌荷载的分布衬砌是直接支承地层、保持规定的隧道净空、防止渗漏,同时又能承受施工荷载的结构。

衬砌在施工阶段作为隧道施工的支护结构,起保护开挖面、防止土体变形、土体坍塌及泥水渗入,并承受盾构推进时的千斤顶顶力以及其他施工荷载的作用;竣工后,衬砌单独或与内衬一起作为隧道永久性支撑结构,可以防止泥水渗入,同时支承衬砌结构周围的水、土压力以及使用阶段和某些特殊需要的荷载,以满足结构使用要求。

当隧道衬砌半径与其埋深比r/H≤1/5时,可视衬砌受无限远的边界力。

与此同时,当衬砌在上述主动土压力作用下发生压扁变形时,还引起介质的被动土压力kδA(k为介质基床系数),它只分布在水平轴上下45°的范围。

衬砌设计时必须考虑的荷载包括:土层压力、地下水压力、结构自重、超载以及地层抗力。

根据具体情况还要考虑内部荷载、施工荷载以及震动影响,特殊情况还要考虑相邻隧道的影响和沉降的影响。

2衬砌荷载的影响因素由于土拱作用,隧道衬砌上的荷载很少情况下等于上覆土重,很多因素影响着衬砌上荷载的分布。

为正确估计作用在衬砌上的荷载,就必须深入理解这些影响因素。

2.1地质条件地质条件是影响隧道施工的最主要的因素,要找到完全相同地质条件的隧道几乎是不可能的。

沿隧道截面的水平方向和垂直方向,地质条件经常在不断变化。

通常在垂直方向,随着深度的增加,土的内聚力和强度不断增加,所以作用在衬砌上的荷载也会减小。

在不同的土层中作用在衬砌上的土压力不同,在淤泥质地层中,当覆盖层不是特别厚时,垂直地层压力PV等于隧道埋置深度H和周围土层密度γ的乘积,即PV=γH。

盾构隧道衬砌荷载及内力分布的研究

中文摘要
盾构隧道衬砌荷载及内力分布研究
硕士研究生：武文春指导老师：薛国业陶津
摘要
本课题是以南京长江隧道工程的左汊盾构段为工程背景，对左线ＬＫ３＋７５９（８０环）
和右线ＲＫ４＋４２５（４１４环）处的土压力荷载和管片环的内力进行分析及计算，得出一些有益的结论，主要研究内容如下：（１）通过文献调研，了解国内外关于盾构隧道管片的外荷载和内力分布的研究情况，以及盾构隧道多种设计计算模型和土压力的不同计算方法。
（３）Ｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇ
ｓｏｍｅ
ｍｅｔｈｏｄｓ
ｐｒｅｓｅｎｔ
ｍａｉｎｌｙ
ｕｓｅｄ
ｆｏｒ
ｔｕｎｎｅｌ
ｓｏｉｌ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄｃｏｎｔｒａｓｔｉｎｇｐｒａｃｔｉｃａｌｖａｌｕｅａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕＲｓｔｈｒｏｕｇｈ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌ；ｓｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｓｅｇｍｅｎｔｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅ；ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；
ｆｏｌｄｒｅｄｕｃｔｉｏｎｆａｃｔｏｒ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ｓｔｒｅｓｓｒｅｌｅａｓｅ
Ⅱ
第一章绪论
ｍｏｄｅｌａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｅａｒｔｈｐｒｅｓｓｕｒｅ．ｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄｔｕｎｎｅｌｓｎｕｍｅｒｉｃａｌ
（２）Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ
ｔｈｅａｃｔｕａｌｍｅａｓｕｒｅｄｄａｔａｔｏｇｅｔｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅａｎｄｅａｒｔｈｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｔｗｏ
东南大学硕士学位论文

盾构隧道混凝土管片衬砌内力分析(道路与铁道工程专业优秀论文)

第五章程序的界面处理ｆ３）提供了易学易用的应用程序集成开发环境；（４）结构化的程序设计语言；（５）支持多种数据库系统的访问；（６）支持动态数据交换、动态链接库和对象的链接与嵌入技术（７）完备的Ｈｅｌｐ联机帮助功能。

５．２程序的界面处理隧道管片衬砌内力计算程序界面处理的思路是：通过界面将数据输入，并写入到ＦＯＲＴＲＡＮ程序中的数据文件，以便运行执行文件时调入；之后激活ＭＳ．ＤＯＳ窗口，进入到编译连接得到的执行文件所在的子目录下，运行执行文件；在计算程序中将盾构隧道衬砌各截面的内力及位移写入到输出文件：在后处理时将输出文件的数据读入并绘成内力图形。

卜ＩＡｌ介绍盾构隧道管片衬砌内力计算程序的界衄。

首先，点击由ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ形成的执行文件，弹出图５－１所示的窗口。

图５－１欢迎窗口点击“继续”按纽，弹出图５－２所示的窗口。

如选择均质圆环计算方法，将出现５—３所示窗口，提示均质圆环计算方法的数据文件路径及数据文件名。

第五章程序的界面处理图５－２选择计算方法窗口图５－３均质圆环数据文件路径及文件名窗口在“数据文件路径”下输入计算程序的数据文件所处的路径。

在“数据文件名”下输入数据文件名。

这一步是确保程序执行过程中的输入输出正常进行。

然后，点击“确定”按纽，弹出图５—４所示的“均质圆环数据输入窗口”。

图５－４均质圆环数据输入窗口在图５—４中，可以输入程序执行过程中所需要的数据。

前三个按钮分别为“管片尺寸及地层参数”、“配筋参数”、“千斤顶参数”的数据输入按钮。

第四个按钮为“数据文件写入”按钮。

单击“管片尺寸及地层参数”按钮，弹出“管片尺寸及地层参数卡”，如图５．５所示。

其上有“覆土厚度”、“地下水位”、“管片外径“、管片宽度”、管片厚度“、土容重”、“混凝土容重”、“土的粘接力”、“土的内摩擦角”、“地面附加压力”、“地基反力系数”、“侧向土压系数”、“刚度调整系数”、“弯矩增一３９—第五章程序的界面处理图５－５管片尺寸及地层参数窗口大系数”、“混凝土的弹模”、“钢筋的弹模”、“内力计算角度增量”、“钢筋允许拉应力”、“钢筋允许压应力”、“混凝土允许压应力”。

遁构法施工用钢筋混凝土管片的环境荷载特性与设计参数控制

遁构法施工用钢筋混凝土管片的环境荷载特性与设计参数控制钢筋混凝土管片是地下结构中常用的构件之一，具有承载能力强、耐久性好等优点，被广泛应用于地铁、隧道、堡坝等工程中。

在遁构法施工中，钢筋混凝土管片作为衬砌结构的一部分，承担着地下水压力、土压力及其他环境荷载的作用，因此对其环境荷载特性与设计参数的控制显得尤为重要。

环境荷载特性是指钢筋混凝土管片在不同环境荷载作用下的力学响应特点。

首先，地下水压力是钢筋混凝土管片所承受的重要环境荷载之一。

地下水会对其外表面施加一定的作用力，需要通过合理的设计参数来进行抵抗。

其次，土压力是由于周围土体的自重和地下水的存在而导致的作用力，其大小和分布规律会影响到钢筋混凝土管片的强度和稳定性。

此外，还需要考虑其他额外的环境荷载，如地震荷载、温度荷载等。

在设计参数控制方面，为了确保钢筋混凝土管片在施工过程中的承载能力和安全性，需要合理选取和控制相关设计参数。

首先是钢筋的选取和布置。

钢筋是钢筋混凝土管片中的主要受力组成部分，其选取和布置应符合相关规范和标准，以满足强度和变形的要求。

另外，还需要注意钢筋与混凝土之间的粘结性能，以确保混凝土与钢筋之间的良好结合。

其次是混凝土的配合比设计。

混凝土的强度和耐久性与其配合比密切相关，需要根据具体工程情况选取合适的水胶比、砂石比等参数，以保证混凝土的性能达到设计要求。

此外，还需要关注混凝土的难度等级和施工工艺要求，以确保施工质量和效率。

最后是环境荷载模型和计算方法的确定。

根据工程的具体情况和设计要求，选择适当的环境荷载模型和计算方法，进行钢筋混凝土管片的承载力和变形性能计算，以保证其结构安全可靠。

为了提高钢筋混凝土管片的环境荷载特性和设计参数控制的准确性，可以采取以下措施。

首先，进行充分的工程地质勘察和设计前期研究，了解施工场地的地质构造、土质特性和水文地质条件等，以制定合理的设计方案。

其次，严格按照相关规范和标准进行设计和施工，合理选取和控制设计参数，确保钢筋混凝土管片能够满足设计要求和使用功能。

【精品】盾构隧道管片详细设计研究

盾构隧道管片详细设计研究盾构隧道管片详细设计研究盾构隧道管片详细设计研究摘要：盾构隧道管片的详细设计国内目前尚无规范可遵循，然而，此项工作却是盾构隧道结构设计中极为关键的一环,其设计是否合理，直接关系到工程的安全、造价及使用。

通过对国内轨道交通工程常用盾构管片细部尺寸的研究及归纳，本文详细论述了各尺寸的设计方法及注意事项，包括结构形式、分块方案、拼装方式、连接形式、接缝设计、手孔设计等内容。

关键词：盾构隧道；管片结构；分块方案；接缝；螺栓；中图分类号：U452.1+3 文献标识码：A文章编号：、概述盾构法施工的隧道在我国地铁、铁路、公路、水利等行业应用的越来越广泛，并取得了良好的经济和社会效益。

但是关于盾构隧道管片的详细设计国内目前尚无规范可遵循，很多设计单位是根据设备厂商所提供的方法进行设计,更多的则是采用模仿。

然而，此项工作却是盾构隧道结构设计中极为关键的一环,其设计是否合理，直接关系到工程的安全、造价及使用,因此，很有必要对盾构管片详细设计进行研究及归纳。

、盾构管片详细设计的内容盾构管片详细设计包括的主要内容有如下几方面：确定隧道内部尺寸、管片结构形式、管片厚度、宽度、分块方案、拼装方式、楔形量、连接方式、防水设计、管片接缝张开量、榫槽的设置、管片螺栓设计、管片手孔设计等。

上述项目基本涵盖了盾构管片详细设计的内容，既以上项目确定后，管片的设计工作也就完成了。

、盾构管片详细设计的主要内容盾构隧道内轮廓对于地铁隧道，由建筑限界和车辆限界决定；对于铁路隧道，出了考虑建筑限界外，还要考虑空气动力学、救援通道、各种附属设施等；对于公路隧道，由车流量和车道数目决定。

另外盾构隧道内径空的确定，还需要考虑施工误差、测量误差、设计拟合误差、不均匀沉降等因素。

目前国内地铁大部分均采用A1型车辆，对应的盾构隧道建筑限界为5200mm[1]。

施工误差、测量误差、设计拟合误差一般考虑50～100mm,不均匀沉降一般考虑50mm，因此地铁盾构隧道内径一般为5400mm，如北京地铁、广州地铁、西安地铁、成都地铁等；也有采用直径为5500mm的情况，如上海地铁、宁波地铁、天津地铁等。

地铁盾构管片计算模式的分析

地铁盾构管片计算模式的分析摘要：以北京地铁15号线某盾构区间为例，通过运用目前国内外地铁盾构区间管片设计中常用的匀质圆环模型、等效刚度圆环模型、自由铰圆环模型、弹性铰圆环模型等计算模式，来进行盾构管片的内力分析，得到以下结论：（1）匀质圆环模型计算结果受整体折减系数影响较大，其计算结果偏保守；（2）自由铰圆环模型不适宜在北京地区应用；（3）弹性铰圆环模型计算结果受弹簧转动刚度影响较大，其值应根据试验结果与工程类比法得到。

关键词：盾构区间；管片设计；计算分析Abstract: Beijing metro line no. 15 a shield interval as an example, through the utilization at home and abroad and the subway shield tunnel in common use in the design of interval and ring model, equivalent stiffness of ring model, free hinge circle model, elastic hinge circle model calculation mode, to force analysis of shield lining segments, get the following conclusions: (1) of the model result and ring reduction by overall influence coefficient is bigger, the calculating result partial conservative. (2) free hinge circle model is not suitable for application in Beijing area; (3) the elastic hinge the model result by spring ring rotary stiffness influence is bigger, its value should be based on the test results and the engineering analogy method to get.Key Words: shield interval; segment design; calculation and analysis0 引言近年来，由于城市交通问题日益严重，全国各地许多城市都修建地铁来改善交通问题。

盾构管片预制及模板设计的调研报告

目录1地铁盾构发展的概况 (3)2 管片的设计 (5)2.1管片的分类 (5)2.1.1 按照材料分类 (5)2.1.2 按照结构形式分类 (5)2.2管片分块 (6)2.3管片接头形式与比较 (7)2.3.1榫槽接头 (7)2.3.2无螺栓阴阳接头 (7)2.3.3单弯螺栓接头 (8)2.3.4长直螺栓接头 (8)2.3.5短直双头螺栓接头 (9)2.3.6双直螺栓接头 (9)2.3.7组合螺栓接头 (10)2.3.8斜螺栓接头 (10)2.3.9短直单头螺栓接头 (11)2.3.10可弯折柔性接头 (11)2.3.11插入式接头之锁扣接头 (12)2.3.12插入式接头之摩擦接头 (13)2.3.13插销式接头 (14)2.3.14钢管插入式接头 (15)2.3.15尼龙锁定暗销接头 (16)2.3.16 TA－SRING接头 (17)2.3.17 接头特性的比较 (17)2.4管片的几何尺寸 (19)2.4.1隧道内径的确定 (19)2.4.2 管片宽度 (19)2.4.3 管片厚度 (20)2.5管片接触面构造 (21)2.5.1榫槽的设置 (21)2.5.2缓冲垫的设置 (22)2.6管片连接方式 (22)2.7管片拼装方式 (23)2.8衬砌环组合形式 (23)2.9管片结构分析 (24)3管片的生产 (26)3.1管片制作工艺流程 (26)3.2管片制作主要施工方法 (26)2.2.1 原材料及混凝土拌制 (26)3.2.2 施工准备 (27)3.2.3 管片混凝土浇捣 (27)3.2.4 管片养护 (28)3.2.5 脱模 (28)3.3管片模板 (29)3.3.1 钢模的现状 (29)3.3.2 钢模的精度要求 (30)4工程实例 (31)4.1广州地铁二号线 (31)4.2上海地铁二号线某段 (31)4.3深圳地铁一期工程25标段 (31)4.4北京地铁5号线 (31)4.5天津地铁3号线盾构隧道概况 (32)5西安地铁概况及管片 (33)6总结 (37)盾构管片预制与模板的调研报告1 地铁盾构发展的概况法国布鲁诺尔工程师通过对小蛀虫在船板钻孔行为的启示下，最早提出了用盾构法修建隧道的思想，1820年布鲁诺尔在英国泰晤士河下首次用高6.8m，宽11.4m的矩形盾构开始修建一条隧道，施工期间两次被淹，后用气压辅助施工，终于在1843年完成了世界上第一条盾构法隧道。

盾构隧道施工期衬砌管片受力特性及其影响分析

盾构隧道施工期衬砌管片受力特性及其影响分析
01 引言
03 问题陈述
目录
02 文献综述 04 研究方法
目录
05 结果与讨论
07 未来研究方向和问题
06 结论 08 参考内容
引言
盾构隧道是一种常见的地下工程建设形式，其施工期衬砌管片作为维持隧道结构稳定性的关键组成部分，对于保障施工安全和后期运营具有重要意义。本次演示将从盾构隧道施工期衬砌管片的受力特性及其影响分析的角度出发，探讨盾构隧道施工期衬砌管片的力学行为和安全性。
2、衬砌管片的受力特性如何随施工进程发生变化？
3、不同工况下衬砌管片的受力特性有何差异？
4、衬砌管片的受力特性如何影响隧道结构的稳定性？
研究方法
本次演示采用文献调研和数值模拟相结合的方法，对盾构隧道施工期衬砌管片的受力特性及其影响进行分析。具体步骤如下：
1、通过文献调研了解盾构隧道施工期衬砌管片受力特性的研究现状和发展趋势；
在接缝防水方面，由于水下大直径盾构隧道穿越的地质条件复杂，防水问题一直是施工中的难点。接缝防水作为防水工程中的关键环节，对隧道的防水效果起着至关重要的作用。因此，针对接缝防水技术的研究也是十分必要的。
为了更好地研究水下大直径盾构隧道管片衬砌力学特性及接缝防水问题，建议采取以下措施：首先，在进行隧道设计时，应充分考虑隧道所处的地质环境、水文条件等因素，选择适当的管片衬砌形式和材料；其次，在施工过程中，要严格控制管片的生产、拼装和质量，确保接缝的施工质量；最后，针对防水材料和工艺进行研究，选择适合水下环境的防水材料和工艺，提高隧道的防水性能。
随着城市化进程的加快，地下空间的开发利用越来越受到人们的。水下大直径盾构隧道作为一种重要的地下交通设施，在提高城市交通能力和缓解交通压力方面具有重要作用。然而，水下大直径盾构隧道施工难度大，易受水压、土压等多种因素影响，因此，研究其管片衬砌力学特性及接缝防水问题具有重要意义。

盾构管片设计及受力分析研究

摘要盾构法是常用于软土地层中修建隧道的方法，而盾构管片在盾构法施工中作为盾构法隧道衬砌的组成部分，其大小尺寸以及结构形式与特点，都关系到盾构隧道的使用。

本文就管片设计中的一些主要的影响因素进行了相关的分析。

有限差分法作为盾构隧道的变形及其衬砌内力的计算方法，被广泛的应用于模拟隧道的开挖。

本文以合肥地铁1号线南宁站到贵阳站路段的工程实例为背景，运用有限差分程序flac3d，对盾构法施工的推进过程进行了三维仿真模拟，得到了周围土体的变形沉降以及衬砌管片的受力情况，并对建筑物的安全稳定性进行了评估，得出了一些有益的结论。

关键词：盾构施工；管片设计；荷载；数值模拟ABSTRACTShield method is often used in the construction of a tunnel in soft soil layer, and the shield in the construction of shield segment lining as part of the law of shield tunnel lining, its size and the characteristic of structural form, are related to the use of shield tunnel.In this paper, the major factors of the segment design have been analyzed..Finite difference method for shield tunnel deformation and internal force calculation method, is widely applied in the simulation of tunnel excavation.In hefei nanning station of metro line 1 to guiyang Station Road engineering examples as the background, using the finite difference program flac3d, advancing the process of shield for construction and 3 d simulation, the deformation of the surrounding settlements and force of the lining segment, and to evaluate the safety stability of the building, some useful conclusions are drawn.Keyword：Shield construction; segment design ;loading ;numerical simulation目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3本文主要研究的内容及方法 (2)第二章影响盾构管片设计的因素 (3)2.1 盾构法简介 (3)2.1.1 盾构法的发展 (3)2.1.3 盾构的基本构造 (4)2.1.4 盾构的分类 (6)2.1.5 盾构法施工主要步骤 (7)2.1.6 盾构法隧道的优缺点 (9)2.2 盾构管片的分类与选型 (9)2.2.1 管片形状尺寸及接缝形式 (10)2.2.2 管片分块形式 (10)2.3 盾构管片的结构设计...................................................错误！未定义书签。

盾构衬砌管片的设计模型与荷载分布的研究

盾构衬砌管片的设计模型与荷载分布的研究3 De sign model for shield lining segments and distribution of load朱合华　崔茂玉　杨金松(同济大学地下建筑与工程系,上海,200092)文　摘　本文围绕盾构衬砌管片的设计模型与压力荷载分布问题,首先概述了一种新的设计模型———梁-接头不连续模型,在此基础上,利用管片内力的现场实测值(如轴向力和弯矩),来反演确定作用在衬砌结构上的压力荷载的分布模式与大小,同时,运用反演分析技术对局部和全周地层弹簧作用模型进行了比较。

关键词　盾构衬砌管片,设计模型,荷载,反演分析中图法分类号　T U94作者简介　朱合华,男1962年生,工学博士,现为同济大学教授、博士生导师。

主要从事隧道及地下结构设计理论研究和岩土力学数值分析工作。

Zhu Hehua Cui Maoyu Yang Jinsong(Department of Geotechnical Engineering,Tongji University,Shanghai,200092)Abstract　A new design model for shield lining segments,beam-discontinuous joint model,is described in this paper.And based on the new model,the distribution mode and value of the loading pressure on the lining segments are back analyzed using the measured data of segment pieces such as axial force and bending moment etc.In addition,a partial-peripheral ground spring model is compared with a whole peripheral one in the backward analysis.K ey words　shield lining segment,design model,loading pressure,backward analysis1　前言Ξ众所周知,在盾构隧道衬砌结构中管片接头(以下称管片接头)和管片环间接头(以下称环间接头)对衬砌结构的内力和变形,尤其是接头部分的内力和变形起着极其重要的影响作用。

盾构隧道衬砌结构设计理论与计算模型综述

盾构隧道衬砌结构设计理论与计算模型综述课程名称：岩土与隧道工程姓名：学号：任课教师：二零零七年十二月盾构隧道衬砌结构设计理论与计算模型综述摘要：文章对圆形盾构隧道的设计理论进行了简单的阐述，针对国内外现已成熟的计算模型进行比较全面的总结，指出了衬砌结构计算理论的发展趋势和研究方向。

关键词：盾构隧道衬砌结构计算模型1．衬砌结构设计理论国际隧道协会(International Tunneling Association)在1988年第三次地下空间和岩土工程国际会议上，以大纲形式提出隧道设计的指导方针。

国际隧道协会将目前采用的隧道结构设计模型分为四种，即连续体或不连续体模型，作用一反作用模型(又称弹性地基梁模型)，收敛一约束模型和工程类比法(经验方法)。

2000年，国际隧道协会第二工作组(Working Group No.2,lnternational Tunneling Association)在官方报告中把盾构隧道的分析模型分为两种:解析模型(Analytical model)与数值模型(Numerical model):解析模型是根据国家标准及所选设计荷载叠加情况利用公式进行解析模拟，而数值模型在模拟详细施工阶段的情况下，根据国家标准运用结构定律与有限元程序进行模拟，以获得弹塑性状态下的应力和应变。

根据我国地下结构设计的特点，隧道结构设计计算模型主要分为四种:荷载结构模型、地层结构模型、收敛约束模型和经验类比模型：荷载结构模型将地层对结构的作用简化为荷载(包括主动地层压力和被动地层压力)，按结构力学或有限元方法分析结构在荷载作用下的内力和变形。

这是一种在我国广泛使用的计算模型，我国地下铁道及铁路隧道设计规范中均推荐使用。

采用这种设计模型，计算方法简单、工作量小，具有明确的受力概念和清晰的安全系数评价方法，工程设计人员可以得到结构的轴力、剪力、弯矩，直接用于结构的配筋计算。

地层结构模型考虑了地层与结构的相互作用，把它们视为共同受力的统一体，利用它们之间的位移协调条件来求解衬砌与周围地层的位移和内力，进行结构截面设计和分析地层的稳定性。

盾构隧道衬砌设计指南(第三章)

盾构隧道衬砌设计指南（第三章）（国际隧道协会第二工作组）　第三章设计实例设计实例1　（本设计实例由日本隧道协会编写）１　隧道功能　设计的隧道将用作污水隧洞。

　２　设计条件　２．１　管片尺寸　管片类型：ＲＣ，平板型　管片衬砌直径：ＤＯ＝３３５０ｍｍ　管片衬砌矩心半径：ＲＣ＝１６１２．５ｍｍ　管片宽度：ｂ＝１０００ｍｍ　管片厚度：ｔ＝１２５ｍｍ　２．２　围岩条件　埋深：Ｈ＝１５．０ｍ　地下水位：Ｇ．Ｌ．－２．０ｍ　Ｈｗ＝１５．０－２．０＝１３．０ｍ　Ｎ值：Ｎ＝３０　土的容重：γ＝１８ｋＮ／ｍ３　土的水下容重：γ’＝８ｋＮ／ｍ３　土的内摩擦角：φ＝３２度　土的粘聚力：Ｃ＝０　ｋＮ／ｍ２　反作用系数：ｋ＝２０ＭＮ／ｍ３　侧向土压系数：λ＝０．５　附加荷载：ＰＯ＝１０ｋＮ／ｍ２　盾构千斤顶推力：Ｔ＝１０００ｋＮ＠１０个　岩土状况：砂质　材料允许应力：　混凝土：　额定强度ｆｃｋ＝４２ＭＮ／ｍ２　允许抗压强度σｃａ＝１５ＭＮ／ｍ２　钢筋（ＳＤ３５）：　允许强度σｓａ＝２００ＭＮ／ｍ２　螺栓（材料８．８）：　允许强度σＢａ＝２４０ＭＮ／ｍ２　在检验管片衬砌承受盾构千斤顶推力的安全性时，可以采用修正的允许应力值（修正的允许应力值是上述应力值的165%），这是因为管片衬砌可评定为临时结构。

２．３　设计方法　本盾构隧道将依据日本土木工程师协会颁发的《盾构隧道设计与施工规范》进行设计。

　l 如何检验／计算分力：弹性公式法（见本指南表Ⅱ－２）。

　l如何检验衬砌的安全性：允许应力设计法。

　３　荷载条件　３．１　隧道拱顶处减低土压计算　用Ｔｅｒｚａｇｈｉ公式计算隧道拱顶处的垂直土压（Ｐｅｌ）。

　Ｐｅｌ＝ＭＡＸ（γ’ｈ０，２γ’Ｄｏ）　ｈ０＝４．５８１ｍ（由Ｔｅｒｚａｇｈｉ公式给出；见本《指南》２．２节“围岩压力”中的公式２．２．１）＜２Ｄ０＝６．７ｍ　Ｐｅｌ＝２γ’Ｄ０＝５３．６０ｋＮ／ｍ２　３．２　荷载计算　静止荷载：　ｇ＝γｃ＠ｔ＝３．２５ｋＮ／ｍ２　式中：　γｃ　＝ＲＣ管片的容重＝２６ｋＮ／ｍ３底部静止荷载的反作用：Ｐｇ＝πｇ＝１０．２１ｋＮ／ｍ２　隧道拱顶处垂直压力：　土压：Ｐｅｌ＝２γ’Ｄｏ＝５３．６０ｋＮ／ｍ２　水压：Ｐｗｌ＝γｗＨｗ＝１３０．００ｋＮ／ｍ２　Ｐ１＝　Ｐｅｌ＋Ｐｗｌ＝１８３．６０ｋＮ／ｍ２　隧道底部垂直压力：　水压：Ｐｗ２＝γｗ（Ｄｏ＋Ｈｗ）＝１６３．５０ｋＮ／ｍ２　土压：Ｐｅ２＝Ｐｅｌ＋Ｐｗｌ－Ｐｗ２＝２０．１０ｋＮ／ｍ２　隧道拱顶处侧向压力：　土压：ｑｅｌ＝　λγ’（２Ｄｏ＋ｔ／２）＝２７．０５ｋＮ／ｍ２　水压：ｑｗｌ＝γｗ　（Ｈｗ＋ｔ／２）＝１３０．６３ＫＮ／ｍ３　ｑ１＝ｑｅｌ＋ｑｗｌ＝１５７．６８ｋＮ／ｍ２　隧道底部侧向压力：　土压：ｑｅ２＝　λγ’（２Ｄｏ＋ＤＯ－ｔ／２）＝３９．９５ｋＮ／ｍ２　水压：ｑｗ２＝γｗ（Ｈｗ＋ＤＯ－ｔ／２）＝１６２．８８ｋＮ／ｍ２　ｑ２＝ｑｅ２＋ｑｗ２＝２０２．８３ｋＮ／ｍ２　反作用力：　)]0454.0(24/[)2(4211kRc EI q q p +−−=δ　＝０．０００１６３７４ｍ　Ｐｋ＝ｋδ＝３．２７ｋＮ／ｍ２　式中，　δ＝隧道起拱线处衬砌的位移；　Ｅ＝管片弹性模量＝３３００００００ｋＮ／ｍ２；　Ｉ＝管片面积惯性矩；　＝０．０００１６２７６ｍ４／ｍ；　ｋ＝反作用系数＝２０ＭＮ／ｃｍ３。

盾构隧道管片结构的理论研究及计算分析

盾构隧道管片结构的理论研究及计算分析摘要：在盾构施工法中，衬砌管片的投资一般占工程投资的30~40%，是影响施工经济性和结构安全性的重要因素。

本文通过理论计算分析，从地层状况和结构尺寸两方面考虑管片设计相关参数对管片受力状况的影响规律。

关键词：盾构隧道衬砌；管片设计方法；地层参数；结构参数Abstract: in the shield construction method, the lining of the investment of engineering general segments of the investment of the 30 to 40%, is to influence the construction of economy and structure of the security of important factor. This article through the theoretical calculation and analysis, from formation conditions and structure size two aspects segment design related parameters on the stress condition the influence law of the tunnel.Keywords: shield tunnel lining; Segment design method; Formation parameters; Structure parameters中图分类号：U455文献标识码：A 文章编号：一、概述盾构法在我国起步较晚，但发展很快。

近年来，黄浦江越江隧道、合流污水工程，尤其是地铁隧道的建设，使盾构法在技术上得到飞快的发展。

盾构隧道管片设计中最大的问题在于模型本身是否能反映工程的实际情况。

盾构隧道衬砌设计指南(第二章)

盾构隧道衬砌设计指南（第二章）（国际隧道协会第二工作组）　第二章盾构隧道衬砌设计方法１　总则　１．１　应用范围　本《指南》为i）钢筋混凝土管片衬砌和ii）在非常软弱的地层（如冲积或洪积层）中修建的盾构隧道的二次衬砌的设计提供了总要求。

本《指南》亦可用于隧道掘进机（ＴＢＭ）在土层或软岩中开挖的岩石隧道的管片衬砌。

软弱围岩的物理性质如下：　N≤50E=2.5×N≤125 MN/m2q u=N/80≤0.6 MN/ m2公式1.1.1式中，N：标贯试验得出的N值；E：土的弹性模量E；B-B断面A-A断面图Ⅱ-2 管片衬砌盾壳内完成的管片衬砌系统：所有管片都有盾壳内拼装、衬砌在盾壳内完成的管片衬砌系统。

　扩大型管片衬砌系统：除封顶管片外，其他所有管片都在盾壳内拼装，而封顶管片在紧接盾壳之后插入，完成衬砌施作的管片衬砌系统。

　厚度：隧道横截面上衬砌的厚度。

　宽度：宽片的纵向长度。

　接缝：衬砌中不连续的部分及管片之间的接触面。

　接缝的类型：　Ａ普通型接缝　a.具有连接件a)直型钢螺栓b)曲型钢螺栓c)可重复使用的倾斜型钢螺栓d)塑料或钢制连接件b.无连接件c.具有导向杆Ｂ雌雄型接缝　Ｃ铰接型接缝　a.凸凹面铰接型接缝b.双凸面铰接型接缝c.具有中心调节元件（钢杆件）的接型接缝d.无中心调节元件的铰接型接缝Ｄ销式接缝　环形接缝：环与环之间的接缝。

　径向接缝：管片之间的纵向接缝。

　接缝螺栓：连接管片的钢螺栓。

　在实际设计和施工中，应选取适当的衬砌构成、管片形状、接缝和防水细节、公差等，以便高效、可靠、迅速地拼装管片。

选取上述内容，应考虑下列因素：　l管片拼装方法、细节及拼装设备；　l隧道的功能要求，包括寿命和防水要求；　l围岩和地下水状况，包括地震状况；　l隧道当地的施工习惯。

　１．４　符号　本《指南》中有下列符号（见图Ⅱ－３）：　ｔ：厚度；　Ａ：面积；　Ｅ：弹性模量；　Ｉ：面积惯性矩；　ＥＩ：抗挠刚度；　Ｍ：力矩；　Ｎ：轴向力；　Ｓ：剪切力；　ζ：通过接缝处毗邻管片传递的力矩的增加量与Ｍ（１＋ζ）的比值。