计算盾构施工过程中衬砌内力的两种方法比较
盾构衬砌管片的设计模型与荷载分布的研究
Δu = u′1 - u′2
Δv = v′1 - v′2
(1)
Δθ = θ′1 - θ′2 局部坐标是这样定义的 : s 是沿两梁单元间的等
分角方向 ,正向指向洞内 , n 为与 s 正交的方向 , 正向
为逆时针转 ,如图 2 所示 。因此 ,Δu 就是接头沿 n 方
向的相对位移 ,Δv 是沿 s 的相对剪切变形 ,Δθ是相对 转角位移 ; u′i , v′i ,θ′i ( i = 1 ,2) 为结点 i 沿局部坐标方向
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
环间接头单元在局部坐标系下的刚度为
[ Kq ] = [ Kq ]diag[ Knq Ksq ] ·[ Eq ]T (11)
在无转动条件下其整体坐标系下单元刚度与式 (7) 相
同。
位移的产生 。 同时 ,隧道纵向上的管片错缝拼装方式对整体衬
砌结构的刚度起到加强作用 ,必须予以考虑 , 具体计算 采用前述的环间接头的纵向剪切模型 。
q ( x , y) = q1 + (2 dy - 1) dyq21 + dyq31 + 4 (1 - dy) dyq41
盾构法、矿山法和新奥法的区别
盾构法、矿山法和新奥法的区别新奥法是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测、监控，指导地下工程的设计施工。
新奥法（NATM）是新奥地利隧道施工方法的简称，在我国常把新奥法称为“锚喷构筑法”。
采用该方法修建地下隧道时，对地面干扰小，工程投资也相对较小，已经积累了比较成熟的施工经验，工程质量也可以得到较好的保证。
使用此方法进行施工时，对于岩石地层，可采用分步或全断面一次开挖，锚喷支护和锚喷支护复合衬砌，必要时可做二次衬砌；对于土质地层，一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌，在有地下水的条件下必须降水后方可施工。
新奥法广泛应用于山岭隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房、矿山巷道等地下工程。
新奥法经过多年的完善与发展，又开发了“浅埋暗挖法”----就是矿山法---这一新方法，浅埋暗挖法又称矿山法，与新奥法的不同之处在于，它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下，隧道埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。
它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。
顾名思义，浅埋暗挖法是一项边开挖边浇注的施工技术。
其原理是：利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采取适当的支护措施，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法，主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。
由于浅埋暗挖法省去了许多报批、拆迁、掘路等程序，现被施工单位普遍采纳。
浅埋暗挖法的核心技术被概括为18字方针：管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。
其主要的技术特点为：动态设计、动态施工的信息化施工方法，建立了一整套变位、应力监测系统；强调小导管超前支护在稳定工作面中的作用；研究、创新了劈裂注浆方法加固地层；发展了复合式衬砌技术，并开创性地设计应用了钢筋网构拱架支护。
小聊：盾构法、矿山法和新奥法的区别盾构法施工是以盾构（施工机械）在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。
盾构空推两种施工工艺对比分析
盾构空推两种施工工艺对比分析1、盾構法与矿山法的结合盾构在复合地层推进，经常会遇到全断面硬岩地段，若由盾构机直接推进施工，会消耗大量的刀具和加剧盾构机的损耗，施工进度会非常缓慢，工效低下。
若将该段采用矿山法预先施工完成，盾构机在该段则会顺利快速通过，该方法能极大提高综合工效。
盾构法与矿山法的结合，不但能提高单个工程的综合工效，而且极大地提高了盾构法的应用范围。
其主要的施工过程为：根据地质情况采用矿山法进行隧道初衬或者二衬的施工，之后施工导台和隧道回填，最后盾构空推拼装管片，完成最终隧道结构施工。
2、主要施工工艺对比矿山法隧道成型，导台施工完成后，可以开始进行隧道内回填。
隧道内回填的主要目的为提供满足盾构推进时的反力，保证管片能挤密和满足防水挤压力的要求。
根据以往工程实例，空推回填材料要根据矿山法隧道的施工情况和所采用的施工工艺来确定，回填材料可分为两种，一种是豆粒石，另一种是粘土。
两种材料的物理力学指标差异较大，豆粒石的粘聚力小，但是内摩擦角很大；粘土的粘聚力较大，耐摩擦角很小，而且遇水后极易变成流塑状态。
考虑到两种材料的不同特性，可分别采用不同的工艺完成空推施工。
2.1盾构法与矿山法的结合方式盾构法与矿山法的结合方式灵活多变，根据每个工程的实际情况，可以采取不同的方式，根据盾构在矿山法隧道中推进时，矿山法隧道是否封闭，可将结合方式分为三大类：开放式，封闭式，半开放（封闭）式。
（1）开放式开放式是指盾构在矿山法隧道内推进时，盾构前方是敞开的，即便盾构开始进入推进，施工人员和施工机械可以通过竖井或者是横通道进入隧道内，进行隧道回填等施工。
（2）封闭式封闭式是指盾构在矿山法隧道内推进时，盾构前方为全封闭的，一旦盾构开始进入推进，盾构前方就无法继续进行回填施工，施工人员只能通过盾构开仓进入隧道前方。
（3）半开放（封闭）式半开放（封闭）式是指在盾构空推开始为开放式，盾构推进过竖井或者横通道之后，又变为封闭式。
地下结构设计智慧树知到答案章节测试2023年华北科技学院
第一章测试1.地下建筑结构是埋置在地层内部的结构。
可以是自然形成的还可以是人工修建的，人工修建的地下结构各部分均不能利用地面建筑的理论和方法进行设计（）。
A:对B:错答案:B2.地下建筑结构与地面建筑结构区别（）A:介质环境不同B:施工方法不同C:设计理念不同D:计算理论不同答案:ABCD3.隧道是最常见的地下结构形式，根据其所在的位置可分为三大类（）A:水下隧道B:山岭隧道C:交通隧道D:城市隧道答案:ABD4.地下结构断面形式受到哪些影响因素（）A:施工方案B:使用要求C:受力条件D:水纹状态答案:ABC5.地下结构设计的初步设计阶段主要是在满足使用要求的情况下，解决设计方案的（），并提出投资、材料、施工等指标。
A:经济上的合理性B:结构荷载标准值C:资金筹备途径D:技术上的可行性答案:AD第二章测试1.结构响应是指分析计算影响拟建结构的各种各样作用会对结构产生什么样的作用效应，包括使结构产生内力和变形（）A:对B:错答案:A2.活荷载指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能变化。
下列属于地下结构上常见的活荷载的是（）。
A:车辆荷载B:地面堆载C:弹性抗力D:吊车荷载答案:AB3.在地下结构设计中对衬砌结构起控制作用荷载是（）A:地层压力B:结构自重C:水压力D:弹性抗力答案:A4.由《土力学》的学习我们可知土体具有材料和荷载的双重属性。
当我们验算是土地能否承受其竖向压力，变形大小时是研究的地基土的（）属性A:弹性B:荷载C:材料D:三相答案:C5.岩层洞室埋深100m，洞室开挖宽度2a=6.0m，高h=9m。
土体重度γ=18kN/m3,黏聚力c=0.2MPa，内摩擦角φ=30º，求此地下结构物上部能否形成岩石拱，如果能，请计算结构顶板的最大竖直围岩压力集度是（）kN/m。
A:200B:302C:214D:170答案:C第三章测试1.本章学习地下结构设计原理与计算方法是为了解决地下（）的相关理论，具体的计算方法还要根据结构形式和施工方法来确定。
盾构隧道衬砌结构及计算
2021年3月第9章盾构隧道衬砌结构1.基本概念1.1隧道衬砌隧道衬砌，英文为Tunnel Lining 。
盾构隧道的衬砌一般为预制管片，预制管片英文为Segment 。
1.2衬砌结构分类（1）按施工方法分类衬砌分为：预制管片、二次浇筑衬砌即拼装管片的内部，做了现浇的二次衬砌、压注混凝土衬砌（ECL 工法）。
是否需要内部做二次衬砌，取决于隧道的用途及结构计算，例如南水北调工程穿越黄河的盾构隧洞及珠江三角洲水资源配置工程盾构隧洞，就做了内部二衬。
（2）按材料分类，管片可分为：钢筋混凝土管片（RC ）（如图9.1所示）、铸铁管片、钢管片、钢纤维混凝土管片、合成材料。
图9.1盾构管片试拼装（佛山地铁）（错缝拼装，5+1块）1.3管片外形与尺寸管片外形可分为四边形的，六角蜂窝形的。
四边形的，例如：深圳地铁快线长隧道，例如11号线、14号线等。
管片外径6700mm ，内径6000mm ，厚度350mm ，宽度1.5m ，纵向螺栓16个，管片分度22.5°，采用左右转弯环+标准环的形式。
管片统一采用1+2+3形式（即：1块封顶块（F ），2块邻接块（L1）、（L2）、3块标准块（B1）、（B2）、（B3））。
止水条采用三元乙丙橡胶及遇水膨胀橡胶条，如图9.2所示。
K 块图9.2用于深圳地铁的Փ6700盾构管片（14号线，2020年）日本的一个六角形管片的案例，并采用插销式接头的案例：隧道直径为Ф6600mm，单线隧道衬砌主要采用6等分的RC平板型管片，环宽1600mm，厚320mm，管片连结采用新研制的FAKT插销式接头。
部分段采用环宽1250mm、厚250mm的蜂窝形RC管片。
如图9.3、图9.4所示。
图9.3日本的六角蜂窝状管片示意图图9.4在盾构隧道中待拼装的六角形管片（傅德明2012）中国在引水隧道中也用过六角形管片（山西万家寨引水工程）。
1.4管环类型：为了满足盾构隧道在曲线上偏转及蛇行纠偏的需要，应设计楔形衬砌环。
盾构隧道衬砌内力计算模型比较分析
结构的受力。
图３ 梁一 弹簧模型示意图
２ ２ 铁道勘 测与设计 Ｒ ｌ ＹＳ Ｒ Ｅ Ｎ Ｅ Ｉ Ｎ ２ ｏ （ ） ＡＬ ＷＡ Ｕ Ｖ ＹＡ Ｄ Ｄ ＳＧ ｏ ６ ４
维普资讯
季大雪：盾构隧道衬砌内力计算模型比较分析
影 响管片接头力学行为 的参数 主要 为管片接头抗
弯刚度系数 Ｋ Ｍ／ （ Ｏ＝ Ｏ 即接头产生单位转角所需 弯矩） ｅ 综合反映了盾构隧道接头性能及其在 ，Ｋ
需要修建地铁 、公路隧道 、水底隧道甚至海底 隧
道等 。盾 构是修建 城市 隧道最常用 的施 工机械 。 盾 构法隧道优势明显 ：对环境影 响小 、不影响 地
面交通和航道通行 ，无空气 、噪声 、振动等污染
匀质 圆环模型不考虑 管片接 头的弯 曲刚度降 低 ，认为管片环是具有和管片主截面相同刚度 Ｅ ， Ｉ
图 １ 匀质 圆环模 型荷载 模式
铁道勘测与设计 Ｒ Ｉ ＹＳ Ｒ Ｅ ＮＤＤ ＳＧＮ ２ ０ （ ＡＬ ＷＡ Ｕ Ｖ Ｙ Ａ Ｅ Ｉ ０ ６ ４） ２ １
维普资讯
铁道勘测与设计
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盾 道 砌内 计 模型比 分 季 雪 构隧 衬 力 算 较 析 大
技术应用 、 研究
盾构 隧道衬砌 内力计算模型 较分析 匕
季大 雪
（ 铁道第 四勘察设计院城建院 武汉 ４０６） ３０３
［ 要】 详细论述了盾构隧道村砌结构设计中常用的两种计算模型：匀质圃环模型和粱一弹簧模型；结合 目 摘 前正
盾构隧道管片衬砌结构的内力计算
８ ２
第
期
盾构隧道管片衬砌结构的内力计算
口］口口
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图 ２ 衬砌结构受 力示意图
盾 构隧道 的铺 设 情况 如 图 １ 示 ， 用 在 衬 砌 所 作 结 构 上 的主要 荷 载包 括 土压 力 、 压力 、 水 自重 、 部 上 竖 向荷载 和平衡 圆环 所 必需 的地 基反 力 ， 砌 结 构 衬
图 １ 盾构隧道位置示意图
砌视为抗弯刚度相同的圆环的方法 叫做惯用计算方
［ 收稿 日期 ］０９ ０ ２ ２０ —１ — ６ ［ 回日期 ］００ ０ — ５ 修 ２１ — ３ ０ ［ 作者简介 】 张义长（９６一 ， 南昌航空大学土木建筑学院硕士研究生。主要研究方向： １８ ） 男， 结构力学分析。
Ｚ ＨＡＮＧ —ｃ ａ ｇ ＪＡＮ Ｘｉｏ—ｈ ｉ Ｙｉ ｈ ｎ ．Ｉ ａ ｕ
（ ａ ｃａ ｇＨ ｎｋｎ ｎｖ￣ｔ，ａｃ ａｇＪ ｎｘ ３０ ３ Ｎ ｎｈ ｎ ａｇｏｇ Ｕ ｉ ｉ Ｎ ｎｈｎ ｉ ｇｉ ０ ６ ） ｅ ｙ ａ ３
Ｋｅ ｒ ｓ ｈｅｄ ｔ ｎ ｅ ；ｓ ｇ ｎ ；ｒ ｕｉ ｅ ｃ ｌｕ ａｉｎ ｍｅ ｈ ｄ ｙ ｗｏ ｄ ：ｓ ｉｌ ｎ ｌ ｅ ｍｅ ｔ ｏ ｔ ａｃ ｌ ｔ ｔ ｏ ｕ ｎ ｏ Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｄ ｔｉ ｄ ｄ ｄ ｃｉ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓｏ ｔｍａ ｒ ｅ ｆｒ ｌ ｓｏ ｉ ｌ ｕ ｎ ｌ ｅ ｍｅ ｔ ｎ ｅ ｅａ ｔ ｎ ｏ ｅ ｓ ｉ ｐ ｅ ｓ ｒ ｗ ｔｒ ｓｒ ｃ ： ｈ ｅａ ｌ ｅ ｕ ｔ ｒ ｃ ｓ ｆ ｎ ｅ ｌ ｆ ｃ ｍｕ ａ ｆ ｈ ｅｄ ｔ ｎ ｅ ｇ ｎ ｄ ｒｔ ｃｉ ｆ ｈ ｏｌ ｒ ｓｕ ｅ， ａｅ ｅ ｏ ｉ ｏ ｏ ｓ ｓ ｕ ｈ ｏ ｔ
盾构隧道管片衬砌的内力分析
文章编号:1004—5716(2002)05—94—03中图分类号:U455143 文献标识码:B 盾构隧道管片衬砌的内力分析肖龙鸽,薛文博(中铁隧道集团三处有限公司,广东乐昌512250)摘 要:结合上海市大连路越江隧道的工程特点,采用结构力学解析方法及多种计算模型进行了越江隧道盾构管片衬砌的内力计算,通过对衬砌内力的分析,为目前城市地铁区间盾构隧道管片衬砌内力计算探索出了一条计算模式。
关键词:盾构隧道;管片;衬砌;内力分析1 工程概况上海市大连路越江隧道横穿黄浦江,根据隧道所穿越土层的工程地质、水文地质条件而采用盾构法施工,衬砌采用单层装配式钢筋混凝土衬砌,衬砌外径为 11.040m,衬砌厚度δ= 55cm。
根据地质资料,浦东段沿线地基土按其岩性、时代、成因及物理力学性质差异从上至下可划分为10层,其工程地质特性如下:(1)人工填土层:以杂填土为主,部分素填土。
(2)褐黄～灰黄色粉质粘土:可塑～软塑状,中～高压缩性。
(3)灰色淤泥质粉质粘土:流塑,高压缩性。
(3—a)灰色粉质粘土:很湿～湿,中压缩性。
(4)灰色淤泥质粘土:流塑,高压缩性。
(5—1)灰色粘土:软塑状,高压缩性。
(5—2)灰色粉质粘土:可塑,中压缩性。
(6)暗绿～草黄色粘土:可塑～硬塑状,中压缩性。
(7-1)草黄色砂质粉土:湿,中密,中压缩性。
(7-2)草黄色粉细砂:湿,密实,中压缩性。
2 管片衬砌的内力分析2.1 概述地下结构设计和进行力学计算的模型和方法较多,目前主要采用荷载结构法设计模型和荷载结构法进行计算。
荷载结构法认为地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载,以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形,荷载结构法又可区分为两类:局部变形理论计算法和共同变形理论计算法。
图1为圆形衬砌常用计算方法的计算简图,其中,图1(a)表示周边承受主动荷载的自由变形圆环,对于松软地层可按自由变形圆环计算内力,图1(b)所示的圆环在侧向作用有弹性抗力,在坚硬地层中圆形衬砌结构内力计算必须考虑弹性抗力的作用。
第十章 盾构隧道衬砌计算方法
(2)3种方法计算的弯矩的差异主要是由这3种方法 对管片接头和土层反力考虑的不同引起的。自由变形 圆环法不考虑接头影响，而且仅在拱腰部分考虑了土 层的被动抗力；弹性地基梁法也不考虑接头影响，但 是在衬砌圆周合理地考虑了土层的抗力；而弹性铰法 不仅考虑了接头影响 (接头刚度的削弱 )，还考虑了衬 砌圆周土层的被动抗力。所以，从模型简化的角度来 看，弹性铰法最合理，但是由于其对地层条件的应用 限制，以及计算结果的准确性与接头刚度的取值有很 大关系，而接头刚度又只能通过实验得到，所以弹性 铰法在管片衬砌内力计算中通常起校核作用 , 提供参 考或工程预估，实际工程设计中并不常用。
杆系有限元分析的前提是结构的理想化，就是将结 构看成为有限个单元的组合体，I、J单元之间仅在单元 节点处相接，作用在结构上的外荷载和内力都只能通过 节点进行传递，以节点力 ( 轴力 N、弯矩 M、剪力 Q) 或节 点位移(线位移、转角)代表整个结构的受力状态和变形 状态。
结构的理想化
对于隧道衬砌结构来说，其结构理想化包括以下三部分内容。 (1)衬砌本身理想化 (2)围岩的理想化 （3）荷载的理想化——等效结点荷载
Ql K (1
2 si n )
EI 衬砌材料的刚度 g---- 衬 砌的重度 P1 q土 q水
q土 i hi (1 ) Rh i
N 1
q水 h (1 ) Rh w 4
w
4
R P2 P 1 2 w w Pg g
第十章 盾构隧道衬 砌计算方法
10.1 国内外的发展动态-常用模型
盾构隧道的设计模型，多用荷载一结构模型。 但由于其断面为圆形，地层结构法对均一地层中 单孔圆形隧道也取得了精确的解析解，但其他情 况仍须借助数值逼近。国际隧道协会 (ITA) 推荐 使用日本(修正)惯用设计法、弹性地基梁法及有 限元法。 目前简化模型有均质圆环法、弹性铰法、多 铰圆环模型和梁 - 弹簧模型。其中最常用的是均 质圆环法 ，即日本的惯用设计法。日本提出并 进一步发展了梁-弹簧模型。
盾构隧道管片衬砌内力计算方法比较
盾构隧道管片衬砌内力计算方法比较
盾构隧道是现代城市化进程中最常见的地下隧道形式，随着城市的不断发展，越来越多的城市需要建设地下交通隧道。
盾构隧道的管片衬砌内力计算是盾构隧道建设过程中的重要环节。
本文将从几个方面来比较目前常用的盾构隧道管片衬砌内力计算方法。
第一、有限元法
有限元法是目前使用最广泛、应用最为成熟的计算方法之一，它通过离散化相应区域，建立微分方程，利用有限元分析软件来计算应力和应变分布，从而得到管片衬砌的内力。
这种方法的优点是计算结果精确可靠，具有较高的可重复性和可调节性，适合计算各种复杂条件下管片衬砌的内力。
第二、解析法
解析法是一种经典的数学分析方法，通过对管片衬砌的简化模型建立数学解析模型，从而得到内力的解析解。
这种方法的优点是计算速度快，计算结果精度高，适用于简单条件下的管片衬砌内力计算。
缺点是只适用于简单的几何形状，无法应用于复杂的情况。
第三、实验法
实验法是通过对管片衬砌进行特定实验，测量相应的数据，利用数学模型来计算管片衬砌的内力。
这种方法的优点是可以考虑到复杂条件下的多种因素，得到较为真实的内力值，缺点是实验成本较高、操作复杂，而且实验过程有一定的风险。
综上所述，以上三种计算方法各自有其优缺点，应针对不同情况进行选用，最终得到的结果需要结合实际情况进行分析和比较。
在实践中，工程师们应采用不同的计算方法来计算管片衬砌内力，最终得到最为精确、可靠的结果，从而保障盾构隧道建设的安全与可靠。
小直径长距离盾构隧道二次衬砌高效施工工法(2)
小直径长距离盾构隧道二次衬砌高效施工工法小直径长距离盾构隧道二次衬砌高效施工工法一、前言盾构技术在城市地下工程中得到了广泛应用，提高了施工效率和质量。
然而，对于小直径长距离盾构隧道来说，常规的盾构施工存在一些难题。
针对这一问题，经过研究和实践，开发出了小直径长距离盾构隧道二次衬砌高效施工工法，本文将详细介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例。
二、工法特点该工法的主要特点有以下几点：1. 二次衬砌工艺：采用两道衬砌工艺，首先进行初衬，然后进行二衬，使得隧道更牢固、更耐用。
2. 高效施工：通过合理的组织和技术措施，实现施工过程的高效率和快速完成。
3. 质量可控：通过严格的质量控制措施，确保施工质量达到设计要求。
4.安全可靠：对施工过程中的危险因素进行充分考虑，采取相应的安全措施，确保施工过程中的安全。
三、适应范围小直径长距离盾构隧道二次衬砌高效施工工法适用于小直径长距离盾构隧道的施工，特别是在地质条件较差的情况下，可以有效地解决常规盾构施工难题。
四、工艺原理该工法通过对施工工法与实际工程之间的联系进行分析和解释，采取了一系列的技术措施，实现了高效施工。
其中包括合理的施工顺序、合理的施工参数、优化的土压平衡控制、有效的管片安装等。
五、施工工艺施工工艺按照施工阶段分为准备工作、初衬施工、二衬施工、管片安装、衬砌完工等。
每个阶段都有具体的施工要点和步骤。
六、劳动组织在施工过程中，需要科学合理地组织劳动力，合理分配工作任务，达到高效施工的目标。
七、机具设备施工过程中需要使用到一些机具设备，例如盾构机、混凝土搅拌车、起重机等。
对这些机具设备进行详细介绍，让读者了解它们的特点、性能和使用方法。
八、质量控制质量控制是施工过程中非常重要的一环。
通过合理的控制措施和检测手段，确保施工过程中的质量可控。
九、安全措施施工中需要特别注意安全事项，对施工工法的安全要求进行详细介绍，让读者清楚地了解施工中的危险因素和安全措施，保障施工人员和工地的安全。
同济大学地下建筑结构习题集
同济大学土木工程学院COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING地下建筑结构教学大纲授课教案多媒体教学课件授课录像习题集课程试卷课程内容及组织实践教学教学研究申报附件习题集习题集第一篇总论第一章绪论思考题1.1 简述地下建筑结构的概念及其型式。
1.2 地下建筑结构，其特征与地上建筑结构有何区别？1.3 地下工程按使用功能分类主要内容有哪些？1.4 地下工程机构的设计理论和方法主要包括哪些？1.5 简述地下建筑结构设计程序及内容。
第二章地下建筑结构的荷载思考题2.1 地下建筑荷载分为哪几类,常用的组合原则有哪些。
2.2 简述地下建筑荷载的计算原则？2.3 简述土压力可分为几种形式？其大小关系如何？2.4 静止土压力是如何确定的？2.5 库伦理论的基本假定是什么？并给出其一般土压力计算公式？2.6 应用库伦理论，如何确定粘性土中的土压力大小？2.7 简述朗肯土压力理论的基本假定？2.8 如何计算分层土的土压力？2.9 不同地面超载作用下的土压力是如何计算的？2.10 考虑地下水时的水平压力是如何计算的？"水土分算"与"水土合算"有何区别？各自的适用情况如何？2.11 简述围岩压力的概念及其影响因素。
2.12 简述围岩压力计算的两种理论方法？二者有何区别？2.13 简述弹性抗力的基本概念？其值大小与哪些因素有关？2.14 什么是“脱离区”？2.15 什么是弹性抗力，影响因素有哪些？目前确定弹性抗力的理论有哪些？2.16 简述温克尔假定。
2.17 简述坑道开挖前原始岩体中的应力状态和开挖坑道后围岩中的应力状态。
习题2.1 用朗肯土压力公式计算图示挡土墙上主动土压力分布及其合力。
已知填土为砂土，填土面作用均不荷载q＝20kPa。
(土的物理指标见下图）2.2 用水土分算法计算图示挡土墙上主动土压力分布及水压力分布图及其合力。
已知填土为砂土。
(土的物理指标见下图）第三章弹性地基梁理论思考题3.1 什么是弹性地基梁，其作用是什么，它与普通梁的区别？3.2 弹性地基梁计算理论的基本假设有那些？3.3 简述弹性地基梁两种计算模型的区别。
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。
盾构法隧道衬砌结构设计
力法方程为：
δ11 X1 + Δ1 p = 0 δ 22 X 2 +Δ 2 p =0
1 π πr δ11 = ∫ M ds = rdα = 0 EI ∫0 EI s 1 π πr 3 2 2 δ 22 = ∫ M 2 ds = ∫0 (−r cos α ) rdα = EI 0 EI
s 2 1
1 π Δ1 p = ∫0 M p rdα EI −r 2 π Δ2 p = ∫0 M p rdα EI
盾构法公路隧道
外环沉管隧道
长江西路隧道 翔殷路隧道 崇明越江隧道
黄浦江越江公路隧道工程 军工路隧道 已建隧道：6 条 大连路隧道 在建隧道：3 条
延安东路隧道
将建隧道：5 条
新建路隧道
已建隧道
人民路隧道 在建隧道
复兴东路隧道
2010年，黄浦江越江通道 打浦路隧道 车道总数 车道总数 西藏南路隧道
上中路隧道 龙耀路隧道
−0.106 cos α − 0.5sin α )
2
pR RH (sin 2 α − sin α + 0.106 cos α )
两个基本要求：
满足施工及使用阶段结构强度、刚度的要 求，承受诸如水、土压力及一些特殊使用要 求的外荷载； 满足使用功能要求的环境条件，保持隧道内 部的干燥和洁净，特别是在饱和含水软土地 层中采用装配式钢筋混凝土管片结构时对衬 砌防水的措施。
2.1 钢筋混凝土管片的设计要求和方法
按照强度、变形、裂缝限制等需要分别验算。 确定衬砌结构的几个工作阶段——施工荷载阶 段，基本使用荷载阶段和特殊荷载阶段，提出 各个工作阶段的荷载和安全质量指标要求(衬砌裂
缝宽度，接缝变形和直径变形的允许量，隧道抗渗防漏指标，结 构安全度，衬砌内表面平整度要求等) ，进行各个工作阶
习题集课程试卷_地下建筑结构
10.10隧道衬砌结构的防水、抗渗都可以采取那些措施。
第十一章沉管结构
11.1沉管运输中干舷设计的意义。
11.2沉管结构设计的方法和原则。
11.3沉管管段之间连接处理的方法。
11.4沉管基础的处理措施有那些？
第十三章顶管、管幕及箱涵结构
13.1保证顶管工程的成功实施，需要解决好那些关键问题？
13.2常用的顶管工具有那些？
13.3阐述中继接力顶进技术的原理。
第三篇 岩石地下建筑结构
第十四章整体式隧道结构
14.1什么是半衬砌结构及其使用范围？
14.2半衬砌结构的计算简图？
14.3直墙拱结构的优缺点有那些？
14.4直墙拱结构的计算简图及计算原理？
习题
图示一双跨对称的框架。几何尺寸及荷载见图中。底板厚度0.5m材料的弹性模量E=2.0×107kN/m2，地基的弹性模量Eo=5000kN/m2。设为平面变形问题，绘出框架弯距图。
第七章附建式大楼地下室
思考题
7.1附建式大楼地下室的结构形式有哪些。
7.2附建式大楼与主楼间的基础连接处如何处理。
7.3如何考虑主楼的基础荷载对附建式大楼结构受力的影响。
14.5简述直墙拱结构的设计计算步骤。
第十五章喷锚结构
15.1什么是喷锚支护？它与传统的模注混凝土衬砌相比有那些优点？它与新奥法有何关系？
15.2喷锚支护的工艺特点和作用机理？
15.3从体现现代支护原理角度浅谈喷锚支护的设计与施工原则。
15.4什么是复合衬砌？其受力变形的特点？
15.5二次衬砌的主要作用以及其结构设计的基本要求？
2.10考虑地下水时的水平压力是如何计算的？"水土分算"与"水土合算"有何区别？各自的适用情况如何？
盾构隧道管片衬砌的内力分析
砌 的 内 力计 算 ， 过 对 衬 砌 内力 的 分析 ， 目前 城 市 地 铁 区 间盾 构 隧 道 管 片衬 砌 内 力计 算探 索 出 了一 务 计 算模 式 。 通 为 关 键 词 ： 构 隧道 ； 片 ； 砌 ； 盾 管 衬 内力 分 析
１ 工 程 概 况
法认为 地层对结 构 的作 用 只是 产生 作 用 在地 下结 构 上 的荷 载 ， 以计 算 衬 砌 在 荷 载 作 用 下 产 生 的 内 力 和 变 形 ， 载 结 构 法 又 可 荷
路越江 隧道衬砌 内力的计算 。
（ －１灰 色粘 土 ： 塑状 ， ５ ） 软 高压缩性 。
（—２灰色粉质 粘土 ： 塑 ， 压缩性 。 ５ ） 可 中
２ ２ 荷载计 算 ．
２ ２ １ 荷 载 构 成 ．．
（） ６ 暗绿 ～草黄色粘土 ： 塑～硬塑状 ， 可 中压缩性 。 （ —１ 草黄色砂质 粉土 ： ， ７ ） 湿 中密 ． 中压缩性 。
（） 色 淤 泥 质 粉 质 粘 土 ： 塑 ， 压 缩 性 。 ３灰 流 高 （－ａ灰色粉质粘土 ： 湿 ～湿 ， 压缩性 。 ３－ ） 很 中 （） 色淤泥质粘土 ： 塑 ， 压缩性 。 ４灰 流 高
计算内力 ， １ ｂ 所示 的圆环在侧 向作用 有弹性抗 力 ， 图 （） 在坚 硬地 层 中圆形衬砌 结构 内力计算必须 考虑 弹性抗 力 的作用 。图 １ ｃ （） 则按弹性地基上 的 圆环 计 算结 构 内 力 ， 沿隧 道 周边 地层 的约 束 抗 力用弹簧 表示 ， 反力 由计 算确定 。 其 目前对 于具 体设计 的地下 结构 仍 以荷载 结构 法 为主 。下面 主要介 绍一下采 用荷载结构 法 中连续 的 自由变形 圆环法 对大 连
推导盾构隧道衬砌结构断面内力系数表
推导盾构隧道衬砌结构断面内力系数表引言隧道工程是现代城市建设和交通运输的重要组成部分，盾构隧道作为一种常用的隧道施工方法，具有施工速度快、环境影响小等优点。
在盾构隧道的设计和施工过程中，衬砌结构的设计是非常重要的一环。
断面内力系数表是衬砌结构设计的关键参数之一，它可以用来评估衬砌结构在不同工况下的受力情况，为合理设计提供依据。
盾构隧道衬砌结构盾构隧道衬砌结构是指在盾构推进过程中，用于支撑和保护隧道的结构。
一般包括衬砌环和衬砌板两部分。
衬砌环通常由预制混凝土环片组成，用于支撑地层和分散荷载。
衬砌板则是位于衬砌环内侧的钢筋混凝土结构，用于承担隧道的轴向力、横向力和弯矩等。
断面内力系数表的意义断面内力系数表是根据盾构隧道衬砌结构的受力特点和力学原理，通过理论分析和实验测试得出的。
它可以用来计算衬砌结构在不同工况下的内力，包括轴向力、横向力和弯矩等。
通过断面内力系数表，设计师可以直观地了解衬砌结构在各个工况下的受力情况，为合理设计提供依据。
推导断面内力系数表的方法推导断面内力系数表的方法主要有理论推导和试验测定两种。
理论推导是通过数学模型和力学分析推导出断面内力系数的表达式，可以准确地计算不同工况下的内力。
试验测定则是通过在实际工程中进行加载试验，测量不同工况下的内力，然后根据实测数据得出断面内力系数的近似值。
断面内力系数表的内容断面内力系数表通常包括不同工况下的轴向力系数、横向力系数和弯矩系数等。
轴向力系数是指单位长度衬砌结构在轴向荷载作用下的内力与荷载的比值，横向力系数是指单位长度衬砌结构在横向荷载作用下的内力与荷载的比值，弯矩系数是指单位长度衬砌结构在弯矩作用下的内力与荷载的比值。
通过断面内力系数表，可以直接得到衬砌结构在不同工况下的内力大小。
断面内力系数表的应用断面内力系数表是盾构隧道衬砌结构设计的重要工具，它可以用来评估衬砌结构在不同工况下的受力情况。
设计师可以根据断面内力系数表，选择合适的衬砌结构形式和尺寸，确保衬砌结构在施工和使用过程中的安全性和稳定性。
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计算盾构施工过程中衬砌内力的两种方法比较【摘要】盾构隧道的建造是一个多步骤施工的过程，为了更好地分析衬砌的受力状况，采用地层—结构法和荷鞍—结构法从不同角度对施工过程加以模拟，并各有侧重。
地层—结构法引进应力释放系数概念，依据结构与土相互作用的观点，对施工过程中影响隧道内力的因素进行分析，奉文还针对施工过程中注浆压力、注浆影响范围对衬砌内力产生的影响进行了讨论；同时，采用荷载—结构法，考虑施工过程中荷载的变化，特别是注浆压力的变化米计算衬砌结构内力。
最后，结合工程实例，比较了两种计算方法给出计算结果的差别，这为设计方法的改进提供了依据。
【关键词】盾构隧道施工过程地层—结构法荷载—结构法1前言盾构机械施工时，首先依靠盾构机本身的刚性支护和开挖面土压力的平衡装置而开挖前方土体，随着盾构的推进，不断拼装管片，同时在盾尾向衬砌环外围进行注浆。
由于注浆材料的逐渐凝固以及土体的固结，整个隧道的隧道受力状态趋于稳定，投入运营使用。
在运营阶段，又会受到列车的振动荷载和人群荷载。
从以上过程可以看出：盾构隧道的建造是一个复杂的多步骤施工过程。
在进行衬砌内力分析中为了模拟施工过程，地层—结构法与荷载—结构法分别采用了不同的假设条件和设计理论，以期全面的反映盾构衬砌的受力状况。
荷载—结构法首先把一切影响因素转化为荷载作用在结构上，这样需要引进诸多假设，如假设水土压力分布形式，地基抗力等。
然后利用按最不利工况荷载组合的原则来进行内力分析，寻求盾构隧道内力包络图。
地层一结构法分析中引进应力系数释放的概念，将土与隧道作为一个整体宋分析计算，建立模拟盾构隧道衬砌施工全过程的有限元分析模型，这就回避了荷载结构法中引进的假设，从最大限度上模拟了各个施工因素对衬砌受力的影响。
本文依据自行研制的同济曙光软件，采用地层—结构法和荷载—结构法对盾构隧道的施工过程做出模拟，并比较分析结果。
2盾构衬砌的结构分析模型2.1管片的离散化盾构隧道衬砌结构通常属管片—接缝构造体系，其在隧道横断面上为若干管片通过螺栓连接成管片环，在隧道纵向上为管片环通过纵向螺栓连接，呈通缝或错缝拼装而成。
在地层一结构法和荷载—结构法中，都可以将衬砌离散为二结点六自由度的梁单元如图1所示，假定隧道管片材料处于弹性受力状态，根据几何形状又可分为曲梁单元和直梁单元，直梁单元模型是曲梁单元模型的一种特殊形式，当剖分单元取得足够小时，可以由直梁模型代替曲梁漠型。
在荷载—结构法计算中，为了模拟管片接头的作用，宜引入以考虑点与点接触为特征的接头单元模拟管片间接头的不连续性，如图2所示。
管片接头的局部坐标定义如下：S 是沿两梁单元间的等分角方向，正向指向洞内，n为与s正交的方向，正向为逆时针转。
2．2地层模拟地层—一结构法中将土层模拟为平面材料，离散为三角形或四边形单元，将土与隧道作为一个整体来分析。
为了更好地模拟土与隧道的共同作用，可以在土体的本构模型上加以改进，如采用土的非线性弹性模型(Duncan—chang)、土体E-μ模型等，还可以引进土体本构模型的最新研究成果，这为更好地进行土层材料的模拟提供了基础。
而荷载—结构法将土体对结构的作用分为两部分即地层压力和地层抗力。
地层压力计算采用了太沙基土拱理论和静止土压力理论。
在地层抗力的计算上，抗力的作用范围、分布形状和大小都根据所采用的设计计算方法来确定。
被设计单位普遍采用的修正惯用法假定水平向地层抗力分布在水平直径上下45度中心角的范围内，以水平直径处为顶点三角形分布，在垂直方向上地基抗力与地基位移无关。
在梁—接头连续(梁—弹簧)和梁—接头不连续计算模型中，将管片环与地基间的相互作用通过地基弹簧模型进行考虑，并分为全周地层弹簧模型和局部地层弹簧模型。
从以上比较可以看出，荷载—结构法将隧道周围的土体作用简化为孤立的荷载作用，脱离了土与结构相互作用的理念，并引进诸多假设。
在这方面，地层-结构法显示出优越性，但在土的物理参数取值方面需要做更多的考虑。
2．3接触面单元注浆材料介于衬砌结构和土层之间，构成既能传递法向应力σ，又能传递剪应力τ的面。
为了模拟这种注浆形态，在结构和衬砌之间设置接触面单元。
本文在地层—结构计算中采用四节点接触面单元。
如图2所示，i,j,m,r为单元的四个节点，s轴为单元局部坐标切向轴，n轴为单元局部坐标法向轴。
不考虑切向和法向耦合作用，接触面应力和相对位移关系为：式中，σ为法向应力；t为剪应力；Ks为切向刚度；kn 为法向刚度；u为切向相对位移；v为法向相对位移。
有限元计算中采用的接触面单元如图3所示。
利用以上单元类型地层—结构法可以将结构和土体离散为图4所示的计算模型。
荷载—结构法将结构和土体简化为如图5所示计算简图。
3施工过程的模拟盾构隧道的施工过程包括正面土体开挖，管片拼装，盾构推进，壁后注浆等多道工序。
依据此工序，本文采用的地层——结构法中将施工过程分为4个施工步，第一施工步挖土阶段，盾构开挖面压力与后方的支护压力以及盾构机与土层之间的摩擦力保持平衡。
由于盾构机的刚性支护，周围土层的地应力释放系数很小，取为0．1。
第二施工步衬砌施工完毕，由于开挖产生的释放荷载在此阶段大部分释放，此时应力释放系数取为0．7。
第三施工步注浆，在盾尾脱开后为了减少因孔隙引起的土体变形，从盾尾向衬砌外围进行注浆。
为了达到预想的注浆效果，在压人口的压力为该点的静止土压力和水压力之和的1．1-1．2倍，尽量做到填补，应力释放系数取为，同时在结构和土体之间施加注浆压力，如图7所示。
第四施工步注浆影响范围内土体的固结，改变图6中阴影部分(即为注浆影响范围)的土层材料性质，应力释放系数取为0．1，至此由于开挖产生的释放荷载全部释放。
整个施工过程的模拟如图6所示。
图6地层—结构法计算中对工况的模拟示意图荷载—一结构法中，需要定义施工荷载以模拟施工过程对管片内力的影响。
从管片组装开始，到盾尾孔隙中壁后注浆材料的硬化为止，作用在衬砌上的临时荷载称为施工荷载，主要有千斤顶推力，壁后注浆压力。
对于单孔注浆压力可以采用图8所示的计算模式，其中注浆荷载的分布可以假设为三角形分布和均匀分布两种形式。
三角形分布时，以注浆孔为对称中心呈等腰三角形分布。
在实际施工中，一般是多孔同时注浆的，可以根据要模拟的工况在相应注浆孔的周围施加相应荷载，通过工况组合，求出内力包络图。
图7土体与衬砌之间施加注浆压力示意图图8单孔注浆压力计算简图从以上分析看出，在地层—结构法中对注浆压力施工瞬态的模拟，采用了在接触面施加注浆压力和改变盾构隧道周围土体物理性质两种方法。
可以很好地模拟在注浆完成后，衬砌内力变化。
一般情况下，注浆压力分布是不均匀的，容易造成隧道受力处于偏心荷载作用下。
在实际工程中，为了减少地面沉降和注浆顺利完成，采用了很大的注浆压力，一般为0．2-o．4MPa，而偏心荷载容易造成应力局部集中，这对隧道的受力是极为不利的。
由于千斤顶荷载沿隧道走向施加于管片上，在平面有限元中无法模拟。
影响注浆效果的因素有很多，对于注浆的影响半径、分布形式还存在着诸多假设。
通过荷载-—一结构法计算可以获得各个施工步衬砌的轴力、剪力、弯矩，而荷载—一结构法最终获得各种工况(基本荷载，基本荷载+可变荷载)下的包络图，用以具体的设计配筋。
4算例分析以某盾构隧道典型设计断面为例，隧道内径10．04m，环宽1．5m，衬砌厚度480mm，埋深11m。
地层参数如表1所示：表1土层材料物理参数表大弯矩偏大，最大弯矩出现的位置却颇为接近，二者弯矩图的分布形状也略有差别。
5结束语本文通过地层---结构法和荷载—结构法对盾构隧道的施工过程作以模拟，比较了两种方法对影响隧道内力分析因素的考虑。
从中可以看出注浆压力对隧道的受力状况产生很大的影响。
但本文在分析中对注浆的压力分布形式、影响范围做出了近似假设。
盾构隧道的受力是一个动态变化的过程，为了更精确地模拟盾构隧道的受力状况，需要对在建造阶段和运营阶段隧道所处的受力环境作以评价。
如：平行隧道建造的影响，相邻施工的影响及运行阶段的列车、人群荷载等。
这要求建立更贴近实际施工状况的有限元模型，而在荷载—一结构法中做以合理的简化，将这些影响因素转化为作用在结构上的荷载。
参考文献【1】朱伟译，日本土木学会编．隧道际准规范(盾构篇)及解说北京：中国建筑工业出版杜，2001．【2】DGJ08-11-1999．上海市工程建设规范地基基础设计规范【3】朱合华，丁文其等.盾构隧道施工力学性态模拟及工程应用．土木工程学报，33(3)：98-103．【4】朱合华，陶履彬.盾构隧道衬砌结构受力分析的粱—弹簧系统模型．岩土力学，1998，19(2）26-32．【5】蒋洪胜，侯学渊．软土地层中的圆形隧道荷载模式研究【j】.岩石力学与工程学报，2003，22(4)：651-658．【6】WorkingGroup2，InternationalTunnellingAssocition．GuidelinesfoetheD csignofShieldTunnellining[J]TunncUingandUndeqyoundSp aceTechnology，2000，15(3)：303-331．【7】朱合华，杨林德，陈清军盾构隧道管片接头衬砌系统的两种受力设计模式工程力学增刊，1996：395-399【8】HashimotoT，ZHUHehua，NagayaJ．et．al．Backanalysisforshieldtunnelusthgbeam-jointmodel[Ln．Intel；Sym．OfTechnicalCommitteeTC28：UndergroundConstructioninSoftGround，London．Rotterdom：A．A．Bakalma，APril1996：435—440【9】朱合华，崔茂玉．杨金松.盾构衬砌管片的设计模型与荷载分布的研兜岩土工程学报，2000，22(2)：190—194。