盾构隧道衬砌结构设计方法研究
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
盾构隧道衬砌设计指南
浆 。灌浆孔可用 于所用 管片拼装 设备举台管片。
６４ 封顶管片 （ 一 管片 ） ， Ｋ型 接缝的角度 Ｋ 型管片分 为两类 ： 向插入 的 Ｋ 型管块（ 一 径 一 Ｋ 一 型管片 ） 和纵 向插入 的 Ｋ 型管块 ｃｒ型管 片 ） 一 Ｋ 。如
在一些工程实例 中、丁基橡胶 的弹性不够强 ． 不能 在外部水压 巨大 的情况下提供足够 的密封性能。 在
维普资讯
第１ 期
翟进 营 译
谭 宏 华 控 盾 构雕 道 衬 砌 设计 指 南
５ ７
０ ／＋ （ ２ 两侧 均 为楔 形 的 Ｋ 型 管 片 一 口＝ ＋ｍ （ 一侧 为 楔形 的 Ｋ 型 管 片 ｊ 一
圈 ｌ一 ３ 密 封垫密 封和堵缝 Ｉ２
衬砌 管片密封方法分 为密封 垫密封法 和油漆 密封法 ； 通常采用第一种密封方法。 密封垫密封 中， 密封垫粘贴于管片接头 的表面。 生产密封垫所用 的 材料有丁基非硫 化物橡胶 、 变形丁基橡胶 、 固体橡 胶 特殊合成橡胶和 ／ 或遇水膨胀材料。遇水膨胀
６３ 有关 管片搬运和灌 浆的结构 细节 ． 用 管片拼装机拼装管片时 ， 提供一定 的装置 应 来搬 运和举抬管片 最近开发 的真空式管片拼装机
管
可 以在没有上述 管片举 台装置的情况下搬运 管片 。 如果要通 过管 片进行 回填灌浆 ． 么每块管片 那 应具有一个内径 约为 ５ｒ ０ｍ的注浆孔 ．以便均匀灌 ａ
・
性能试验 （ 强度试验 ）； 其他 试验
＋ 一一ｔ一
一— —
管劫 片环 衬
— —
：
— — Ｌ 一一 … Ｌ
≮ ｊ ＿ Ｊ Ａ
盾构区间隧道衬砌结构的抗震计算
盾构区间隧道衬砌结构的抗震计算作者：江国仲来源：《城市建设理论研究》2013年第31期摘要:横通道施工是隧道工程中常见的施工项目，其施工对主隧道有很大影响，盾构是在软岩和土体中进行隧道施工的专门机具，使用盾构机开挖隧道的方法称为盾构法。
所以对隧道结构受力特征计算和盾构工程风险控制进行研究，对于保证隧道施工的安全性有重要意义，本文就盾构区间隧道衬砌结构的抗震计算进行了简要分析。
关键词:盾构；隧道；衬砌结构；抗震计算中图分类号：U45 文献标识码：A1、盾构区间隧道衬砌结构施工技术概述1.1、盾构隧道法使用现状盾构是在软岩和土体中进行隧道施工的专门机具，使用盾构机开挖隧道的方法称为盾构法，盾构隧道法的施工，在近几年的城市隧道建设中得到越来越广泛的应用，盾构法隧道前进是依靠设在盾尾的一组千斤顶克服盾构机重和周围土体产生的正面和侧壁的摩阻力，千斤顶支撑在已拼装好的环形隧道衬砌上，每拼装一环管片，千斤顶向前推进一个衬砌环间宽度，在施工过程中，衬砌管片的投资通常达到总投资额的40%，因此，正确合理的衬砌结构计算方法不仅是制约隧道安全性的重要影响因素，更大大决定着隧道投资额的数目。
1.2、盾构掘进适应性分析根据施工盾构区间周边条件、工程地质、水文地质情况，选用土压平衡盾构。
鉴于盾构经过地段主要为膨胀土地层，渗透系数小，泥质含量较高，遇水软化，极易发生“泥饼”现象，将极大的影响盾构掘进。
因此，在选用土压平衡盾构时要对盾构刀盘、刀具方面进行盾构机的适应性分析：（一）盾构刀盘开口率是决定刀盘拓扑结构的关键参数，在刀盘的设计中具有重要的作用。
当刀盘开口率在30%～40%范围时，刀盘的支护压力与膨胀土地层所对应的地应力较为接近，对开挖面的稳定较为有利。
故盾构采用35%的开口率。
盾构刀具排布以铲刀和刮刀为主，辅以单双刃滚刀，为了方便对损坏及磨损严重的刀具进行更换，滚刀采用较为可靠的楔形安装方式且为背装式。
面板刮刀布置在面板开口槽两侧，随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向剪力和径向切削力，从而对土体进行有效切削。
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。
铁路盾构隧道单、双层衬砌纵向力学性能的模型试验研究
为此 ，各 国专家 学者对 衬砌结 构纵 向安 全性 问题进
行 了系列研 究＿ ４ ｊ ，取得 了一些研 究成 果 。 但 是 ，盾构 隧道纵 向不 均匀沉 降是 由多种 因素
１ 工 程 背 景 与原 型 结 构
基 金项 目： 国家 “ 九 七三 ”计 划项 目 （ ２ ０ １ ０ Ｃ Ｂ ７ ３ ２ １ ０ ５ ） ；国家杰 出青年 科学基 金资 助项 目 （ ５ ０ ９ ２ ５ ８ ３ ０ ） ；高铁联 合基金 资助重 点项 目
（ Ｕ１ １ ３ ４ ２ ０８ ）
作者简介 ： 何
川 （ １ ９ ６ ４ ） ，男 ，重庆人 ，长江学者 ，教授 ，博士。
的混凝土 内衬后 ，隧道所受纵向弯矩 成倍增大 ，最 大正弯矩 出现在隧道 中央偏 向软 土侧 ，且混凝 土内衬承受绝
大部分弯矩 ；当荷载距隧道轴线 ３ 倍 洞径 以内时，会对隧道的纵向变形 及内力产生影响 。
关键词 ：盾构隧道 ；管片 ；单层衬砌 ；双层衬砌 ；纵向力学性 能 ；模型试验 中图分类 号：Ｕ４ ５ １ ． ４ 文献标识码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ４ ６ ３ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ ７
构 示 意如 图 １所示 ，图 中 ，Ｆ为封 顶 块 ； 和 Ｌ ２ ２ ． ２ 隧道模 型 材料 与制 作
试 验 模 型 隧 道 纵 向结 构 采 用 等 效 刚 度 模 型 模 拟 ，试 验 中通 过将 订 制 生产 的聚 氨 酯板 和 Ｐ ＶＣ软 板 卷成 满足 几何 相似 条件 的 圆筒来模 拟单 层管 片式
盾构隧道衬砌设计指南
盾构隧道衬砌设计指南隧道是连接城市交通的重要通道，而盾构隧道作为一种现代化的隧道施工方法，由于其施工速度快、安全性高等优点，被广泛应用于城市地下交通建设中。
在盾构隧道施工中，衬砌是保证隧道结构稳定和安全运行的关键环节。
本文将介绍盾构隧道衬砌设计的一些指南和要点。
1. 衬砌类型选择盾构隧道衬砌一般可分为刚性衬砌和柔性衬砌两种类型。
刚性衬砌一般采用混凝土或钢筋混凝土，在结构上能够承受地表和地下水压力，保证隧道的稳定性。
柔性衬砌一般采用钢板或聚合物材料，能够适应地质变形，减少地下水渗漏和隧道变形。
2. 衬砌材料选择在选择衬砌材料时，需要考虑材料的抗压强度、耐久性、防水性和耐腐蚀性等因素。
常用的衬砌材料有钢筋混凝土、纤维增强混凝土、预应力混凝土等。
根据具体的隧道条件和设计要求，选择合适的材料。
3. 衬砌厚度设计衬砌的厚度设计需要考虑地质条件、地下水位、荷载等因素。
一般情况下，盾构隧道衬砌的厚度应满足地下水位以上2米的要求，以保证隧道的防水性能。
另外，衬砌的厚度还需要考虑隧道的荷载情况，以确保隧道的结构安全。
4. 衬砌结构设计盾构隧道衬砌的结构设计需要考虑隧道的荷载、地质条件等因素。
一般情况下，衬砌结构包括挡土墙、拱顶、侧墙和底板等部分。
挡土墙用于承受地表土压力，拱顶用于承受地下水和荷载，侧墙用于承受地下水和地表土压力，底板用于承受地下水和荷载。
5. 衬砌施工工艺盾构隧道衬砌的施工工艺包括模板搭设、混凝土浇筑、养护等环节。
在模板搭设过程中，需要考虑模板的稳定性和适应性。
在混凝土浇筑过程中，需要控制混凝土的配合比和浇筑质量，确保衬砌的强度和密实度。
在养护过程中，需要控制养护条件，使衬砌能够充分硬化和强化。
6. 衬砌质量控制盾构隧道衬砌质量的控制是保证隧道安全运行的关键。
在施工过程中，需要进行质量检测和监控，包括混凝土强度检测、衬砌厚度检测、衬砌表面平整度检测等。
同时，还需要进行质量记录和质量追溯，保证衬砌质量符合设计要求。
盾构隧道衬砌设计指南
ｄ ３ ｃ ５ ｍ ＿。… 一 — ＝ ５ｍ ｄ ＝ ｃ 。 —
内侧
外侧
节 点 ３处 断 面
节点 １ １处 断 面
ｎ 一钢 筋与 混凝 土 弹性 模 量 之 比 （ １ 一 取 ５） 图 Ｉ一 ０ 节 头 ３和 节 头 １ ｌ １ Ｉ １处 关键 断面 的应 力 分布
５３１ Ａ 型管 片之 间和 Ａ 型管 片与 Ｂ 型 管片之 ．． 一 一 一 间 螺 栓 的检 验
，Ｏ一 一
ｌ １ ７ 全 断 面 压 缩 ３ ．ｏ １ ３． ｏ １ｏ ｏ
（ ／ ） 缩） ＭＮｍ 压 （
３３ －
５１ ．
３４ ．
５８ ．
ｉ ／Ｏ — Ｌ — － 一 ｒ—
—
－
．
２ ５ ｉ８Ｔ／ ４ ｆ ｃ 娜 Ｉ １
—＿
… 一 — — 一 ——
●。 １ 一 一
Ａ广 ｅ
、＾ ／
５３２ Ｂ 型 管 片 与 Ｋ 管 片之 间 螺 栓 的检 验 ．． 一 一型
Ｓ． ． ＝Ｎｓ ｎ ＋Ｓ ｏ —ｕ ４５． ｋＮ ｉ ｃｓ Ｎ＝ ５
ｊ ０８ ５； ＝ ．７
外侧 ｌ＠Ｄ ２ Ａ ＝３８ 一； ｏ ２ Ｓ
ｄ ３ ｃ 。 ＝ ５ ｍ
５２ 接 缝 检 查 ．
内侧
ｌ＠Ｄ ２ 蛇 ＝ ６ ４ｊ ０ ２ ２ ４ ［
５ ０
表 Ⅲ一 所 示为接缝 安全性检验计 算结果 。 ５ 螺 栓孔 的垫板评 定为抗 压钢板
１ １
—１ ９ ０ ６ ．５
验： 运用每个节头力矩 的 ６ ％和接缝 的承载能力 ． ０ 在 节头 ５ ８和 节 头 ５ ０处 及 节 头 ３和节 头 １ 处 对 接 １
盾构法隧道衬砌结构设计(设计)
2010-05-28
2010-05-28
4.1.1盾构法衬砌设计流程 （6）安全性校核 设计者应该对照计算出的内力来校核衬砌的安
（7）评估 如果设计的初衬砌不满足设计荷载要求或设计 衬砌安全但不经济，设计者应该改变衬砌的条件并 且重新设计。 （8）设计的批准 设计者认为所设计的衬砌结构安全、经济且适
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4.1.2盾构法隧道结构设计程序包括的主要内容
第四步：确定TBM机的机械参数 总推力、推力装置的数量、垫片数量、垫片形 状、注浆压力、安装所需空间。 第五步：确定材料的属性 混凝土标号及抗压强度、弹性模量；钢筋类 型及抗拉强度；垫圈类型、宽度及弹性性能；裂 缝允许宽度。
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• 软土的物理特征规定如下：
N 50 E 2.5N 125MN/m
2 2
qu N / 80 0.6MN/m
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设计原理：
设计原理是为检验盾构隧道衬砌的安全性。在 隧道衬砌报告中，都应该阐述设计计算的必要性、 设计概念的假设、设计寿命、检查永久安全性等问
2010-05-28
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v
dh
h
对于单边
水平应力，也即法向应力： v
v d v
摩擦力： v tan dh
2 B1 dh
黏聚力：C dh
1 B1 R0 cot ( ) 2 4 2
R0
破坏面与水平方向的夹角 45
2
2B （ 1 v +d v）-2B 1 v (2 v tan 2 B 1 2C)dh 0
宽度：管片沿隧 道轴线方向上长
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盾构法隧道衬砌管片模具的设计
■构疆隧道村硼 ■片横■的设计
郑志敏
摘 要 ：对 管 片模 具 的 方案 设 计进 行 了比选 ，介 绍 了管 片 模 具 的主 要 结 构 设 计 和 工作 流 程 。
关键词 ：盾构施工 ；衬砌 ：管 片模具 ；设计
１ 引言
法 马 通 、日本 三 菱 、美 国 罗 宾பைடு நூலகம்斯 等 标 明 管 片 的 形 式 及 分 块 具 体 封顶 块偏 转位置 ／。
偏离 上方 ±２ ． ２５ 自 ’
国 际著 名企业广 泛合作并得到技术 位 置 。
支持 ， 制造 的钢 模 技术 已达到 国 ２ ２ 管片模具精 度要求 所 ． 际 水 平 。 中铁 隧 道 集 团 公 司 从
为 发展趋 势 。 分析 比较上述 几种 在
底模端模 央角 ／ 螺栓孔 ｌ心距 ／ ｆ Ｉ ｍｍ
内 高 度 ／ ｍ ａ ｒ
４０ ６ －． Ｈ０ ５ －．
±ｌ
（ ） 采有附着式振捣 。管模整 方案 的同时 ， 必须 考虑到 以下 因 ２ 还
体振动 ， 因此 ， 座 采 用轻 、 材 素 ： ① 周 边 工 业 的 加 工 能 力 和 设 底 薄
施 ＿ ， 用 了 进 口的 管 片 模 具 ， Ｔ 采 在 标准 。
郑志敏 ：中铁 隧道集 团有限公 司，助理研 究 员 河 南洛 阳 ４ １ ０ ／００
环间联接螺栓间隔角度 ／ ２． 。 ２５ 转 弯环楔 形量 ／ ｍ ａ ｒ 每侧 ｌ． ８６
管环分 片的块
鬃 鬻块
８ 究相 对较 晚 ， 丰要 是上 海 隧道 股份 工 程 伞 部 的 管 片 模 具 应 足 １
表 １ 管片技术参数表
管 片环 外径 ／ ｍ ａ ｒ ６２ ０ ０
盾构隧道双层衬砌效果的离心模型试验研究
２１ ０ １年 ８月
结Leabharlann 构工程师
Ｖｏ１２ ．Ｎｏ ４ ．７ ． Ａｕ ． ２ １ ｇ ０１
Ｓｔｕ ｔｒ ｌ ｒ ｃｕ ａ Ｅｎｇｎ ｅ ｓ ｉ ｅ ｒ
盾 构 隧 道 双 层 衬 砌 效 果 的 离 心模 型 试 验 研 究
王俊 淞 马险峰
（． １ 同济 大学地下建筑与工程系 ， 上海
ｏ ｅｔｃｎｃｌ ｎ ｎ ｅｇ ｕ ｄＥ ｇｎｅｉｇｏ ｅＭｉｉｒ ｆ ｄ ｃｔ ｎ Ｔｎｊ Ｕ ｉ ｒｉ ， ｈ ｎｈｉ ０ ０２ ｈｎ ） ｆ ｏｅｈ ｉａ ａ ｄＵ ｄｒｒ ｎ ｎｉｅｒ ｆ ｈ ｎｓｙｏ ｕａ ｏ ， ｏｇ ｎ ｅｓｙ Ｓ ａｇａ ２ ０ ９ ，Ｃ ｉａ Ｇ ｏ ｎ ｔ ｔ Ｅ ｉ ｉ ｖ ｔ
２ ０ｍ 环 宽 ９０ｍｍ， 砌厚 度 ４０ｍ 双 层 衬 ０ ｍ， ０ 衬 ５ ｍ； 砌 外径 西 ０ ｍ， 宽 ９０ｍｍ， 层衬 砌厚 ３ ０ ６２０ｍ 环 ０ 外 ５
ｍ 内衬厚 ２ ０ｍｍ。学者 们进 行 了结 构变 形 、 ｍ， ０ 裂
缝 开展 、 衬砌 外荷 、 筋 内力 、 水量 、 表变形 等 钢 渗 地
Ｃｅ ｔ ｉｕ ｅ Ｍ ｏ ｅ ｌ ｇ ｏ ｕｂ ｅ Ｌｉ ｉ ｇ ｏ ｈ ｅ ｄ Ｔｕ ｅｓ ｎ ｒｆ ｇ ｄ ｌ ｎ ｎ Ｄｏ ｌ ｎ ｎ ｆＳ ｉ ｌ ｎｎ ｌ ｉ
Ｗ ＡＮＧ ｕ ｓｎ ＭＡ Ｘｉｎｅ ｇ ＇ Ｊｎｏｇ ａ ｆｎ ・ Ｌ ａｙ ｎ ＩＸｉｏ ｕ
（ ． ｅａｔ ｅｔ ｆ ｅｔ ｈ ｉａ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ Ｔ ｎ ｉ ｎ ｅｓｙ Ｓ ａｇ ａ ２０ ９ ，Ｃ ｉ ；． ｅ ａ ｏａ ｒ １ Ｄ ｐｒ ｎ ｏ ｏｅ ｎｃｌ ｎｉ ｅｉ ， ｏ ￣ ｉ ｒｉ ， ｈ ｎｈｉ ０ ０２ ｈｎ ２ Ｋ ｙＬｂｒｔ ｙ ｍ Ｇ ｃ ｎ ｎ Ｕ ｖ ｔ ａ ｏ
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。
盾构隧道衬砌的设计方法分析
２ 衬砌 参 数对 衬砌 内 力及位 移 的影响
２ ． １ 衬砌 厚 度 的影响
载试验 ， 同时 因试验条件限制 ， 也不能反 映管 片的实 际受力状 态 ， 衬砌厚度对其 内力 的影 响 主要有 两个方 面 ： １ ） 荷 载 的变化 ， 所 以参 数 钉的选择 具有 较大 的不确 定性 和随意性 。在设计 计算 随着衬砌厚度 的增加 ， 管片的 自重 、 截面积相 应增 加 ， 同时衬砌 管 中 ， 建议选用梁一弹簧模型进行校核 。 片的刚度也随之增大 ， 而其变形量 、 水 平地基 抗力则 随之减小 ； ２ ） ２ ． ３ 衬 砌 混 凝 土 的 影 响 计算条件 的变化 ， 随着衬砌厚度 的增 加 ， 管片环 的计算半 径 Ｒ 也 高 性能混凝土由于其强度较高 ， 可使管片 的配筋及 截面尺度
相应增大 ， 致使 衬砌 内力 的计算值受到影响 。
大 幅度减少 ， 且截面及配筋越小 ， 强度越 高 。同时 ， 高性 能混凝 土
衬砌的厚度主要取决 于荷 载条 件 ， 但 也受施工 条件 和使用 目 应用 于隧道 衬砌 管片对降低管片造价 、 增强管 片耐 久性 和抗渗性 的的约束。 由分析可 知 ， 管片厚 度变 化与 管片 的 刚度 、 弯矩 成 正 有重要作用 。 比， 而 与其 变形 成反 比关系 ， 如 图 ３所示 。
盾 构 隧 道 衬 砌 的 设 计 方 法 分 析
耿 小龙 耿
（ １ ． 山西省第二建筑设计院 ， 山西 长治
伟
０ ４ ６ ０ ０ ０）
０ ４ ６ ０ ０ ０ ２ ． 山西省地 震局长治 中心地 震台 ， 山西 长治
摘 要： 针对盾构隧道衬砌 管片的内力及 变形 受多种因素影响的情况 ， 结合工程实例 ， 从衬砌 管片方面分析 了衬砌 的内力及变形 ， 得 出衬 砌管片的 内力及变形随其 自身 因素变化 的一些规 律 ， 以供设计人 员参考 。
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。
探讨盾构隧道施工技术的理论与实践
探讨盾构隧道施工技术的理论与实践摘要：随着我国大规模地铁建设逐步开展 ,城市地下工程施工技术的研究开发已成为一个重要的课题。
盾构隧道施工法以其具有绿色环保的特点已广泛受到了各方面的注目。
为了使广大的规划、管理、设计、施工人员对盾构隧道技术有较为全面的认识 , 本文意在普及盾构隧道技术并促进其应用和发展。
关键词：盾构隧道盾构机的选型盾构机始发盾构机掘进施工管理1.新建隧道与地下工程开挖方法预测分析盾构法将成为21世纪中国隧道施工的主要方法之一。
中国面对平均每年290公里需要开挖的各类隧道（岩石中、土层中、海底中等），隧道掘进机法（TBM、盾构法和顶管法）、钻爆法、沉管法和浅埋暗挖法等都会在实际工程中使用，但当工期对经济效益和生态环境有重大影响而掘进工作面又受限制的情况下，面对速度、环保、效益等这些问题，盾构将成为人们的首选。
2.盾构机在国内的应用前景领域（1）西部开发将修建大量铁路和公路隧道（2）开发利用城市地下空间将建设的地下隧道工程（3）水利、水电站地下隧道工程（4）长大跨海越江隧道工程（5）南水北调工程将要开挖大量输水隧道3.盾构施工与矿山法施工具有以下优点：1、地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小；2、自动化程度高、劳动强度低、施工速度快；3、因隧道衬砌属工厂预制，质量有保证；4、穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时，周围可不受施工影响；5、穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候影响；6、对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全；7、在费用和技术难度上不受覆土深度影响4.盾构法施工也存在一些缺点：1、一次性投入大，施工设备费用较高；2、覆土较浅时，地表沉降较难控制；3、用于施作小曲率半径（R＜20D）隧道时掘进较困难。
5.盾构机简介5.1盾构机介绍德国海瑞克公司生产的加泥型土压平衡式盾构机，盾构主体外径6.25~6.28米，长8.5米（含盾尾、中体、前体、刀盘四部分）。
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
盾构隧道结构性能分析及优化
盾构隧道结构性能分析及优化盾构隧道是一种常见的地下隧道建设技术，也是解决城市交通压力和城市化持续发展的重要手段之一。
隧道的结构性能直接关系到隧道的安全可靠性和使用寿命，因此对盾构隧道的结构性能进行分析和优化至关重要。
首先，盾构隧道的结构性能分析需要考虑以下几个方面：1. 地质条件分析：地质条件对盾构隧道的结构性能有重要影响。
通过钻探和地质勘察，了解地下地质结构、地层情况、地下水位等信息，从而确定盾构隧道施工的工程特性和地质风险，为结构性能分析提供基础数据。
2. 结构材料性能分析：盾构隧道的结构材料包括钢筋混凝土和衬砌材料等。
通过对这些材料的力学性能进行测试和分析，了解其抗压、抗弯、抗拉等性能指标，以及材料的变形和破坏机理，从而评估结构材料的可靠性和耐久性。
3. 结构设计参数分析：盾构隧道的结构设计参数包括隧道尺寸、钢筋布置、衬砌厚度等。
通过对这些参数的分析，确定合理的设计方案，使得隧道结构在满足使用要求的前提下，尽可能减小工程造价和施工难度。
4. 结构力学性能分析：盾构隧道在使用过程中会受到自重、地震力、地下水压力等外力的作用，因此需要对隧道的受力情况进行分析。
通过有限元分析等方法，研究隧道在不同工况下的应力分布、变形情况等，以评估隧道的稳定性和安全性。
5. 施工工艺分析：盾构隧道的结构性能还与施工工艺密切相关。
例如，盾构隧道的盾构机施工与传统掘进方法相比，可以减少地表沉降和扰动，从而减小结构破坏的风险。
因此，通过对不同施工工艺的比较和分析，选择合适的施工方法，能有效提高盾构隧道的结构性能。
基于对盾构隧道结构性能的分析，可以进行相关优化措施的提出：1. 结构材料优化：选择高强度、抗震性能好的结构材料，提高隧道的抗压、抗弯、抗拉等性能，从而提高隧道的结构安全性。
2. 结构参数优化：通过减小隧道的断面尺寸、精确控制结构各部分的布置和厚度，降低材料使用量和工程造价，同时提高结构的稳定性和耐久性。
3. 改善施工工艺：通过技术创新，改良盾构机的设计与施工方法，减小隧道环片的变形和结构损伤，提高施工效率和隧道质量。
盾构法隧道管片用软木橡胶衬垫的研究
第 2 期刘冠瑜等．盾构法隧道管片用软木橡胶衬垫的研究199盾构法隧道管片用软木橡胶衬垫的研究刘冠瑜，李 波，庄 澎，贡 健（江阴海达橡塑股份有限公司，江苏江阴 214424）摘要：软木橡胶衬垫是橡胶与软木复合材料，既具有软木的可压缩性，又具有橡胶的高弹性和柔软性，保护盾构法隧道管片免受损伤。
本研究介绍软木橡胶衬垫的配方、工艺设计以及标准。
配方研究结果表明：选用中高丙烯腈含量、中等门尼粘度丁腈橡胶与粒径为0.3～0.5 mm的软木粉效果最佳，添加二烷基硫脲促进剂可以提高硫化速率和交联程度且不喷霜，采用受阻酚防老剂WL效果优于常用的浅色防老剂；优选配方胶料性能达标，成本较低，工艺可行。
生产工艺采用创新的密炼工艺。
本研究提出了新的试验方法——《恒定形变下的压缩可恢复性和压缩应力试验方法》，并依据本研究试验结果制订了国家标准（GB/T 31061—2014）。
关键词：软木橡胶；衬垫；丁腈橡胶；盾构法隧道；管片；压缩可恢复性；压缩应力中图分类号：TQ336.4＋6 文献标志码：A 文章编号：1000-890X（2018）02-0199-06构筑公路、铁路、地铁等的隧道的主要施工方法是盾构法，盾构管片是盾构法的主要装配构件，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。
盾构管片由高强度抗渗混凝土制造，是盾构法隧道的永久衬砌结构，其质量直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能。
为防止拼装时破损，管片的环面和纵向面上需粘贴传力衬垫。
近年来，我国在隧道工程中越来越多地使用软木橡胶作为传力衬垫。
由于没有国外标准可以参照，相关设计或投标文件经常提出一些不合理甚至存在较大错误的技术指标，并互相引用，对施工质量造成不良影响。
为此，国家标准化管理委员会下达2012年度质检公益性行业科研专项标准化项目《防腐、减震用橡胶新材料重要标准研究》，其中减震用橡胶新材料（包括“声屏障橡胶件”和“盾构法隧道管片用软木橡胶衬垫”）的研究和标准起草、编制由江阴海达橡塑股份有限公司承担。
隧道与洞室工程衬砌与管片设计
复合管片
复合管片由混凝土和钢材组成， 兼具混凝土管片和钢材管片的优 点，适用于对结构安全性和耐久 性要求较高的隧道工程。
管片结构设计
管片厚度
根据隧道跨度和荷载要求，确定管片的厚度，以满足结构安全性和 耐久性要求。
管片环宽
根据隧道跨度和施工方法，确定管片的环宽，以提高隧道结构的整 体性和稳定性。
管片接缝设计
详细描述
施工过程中可能出现的问题包括施工方法不 当、施工机械故障、施工人员技术水平不足 等。为了应对这些问题，衬砌与管片设计应 充分考虑施工的可操作性，选择合适的施工 方法和技术，同时加强施ห้องสมุดไป่ตู้过程中的质量监 控和安全管理，确保工程质量和进度。
安全与环境保护问题
总结词
衬砌与管片设计中必须考虑安全与环境保护 问题，以确保工程的安全性和环保性。
02
在混凝土衬砌中加入钢筋以提高其抗拉和抗剪切能力，适用于
承受较大侧压力和剪切力的洞室和隧道。
喷射混凝土衬砌
03
通过喷射工艺将混凝土直接喷射到洞室或隧道内壁，具有施工
速度快、密实度高的优点。
衬砌结构设计
厚度设计
根据洞室和隧道的跨度、围岩压力、施工方法等因素确定衬砌厚 度，以满足结构安全和稳定性要求。
详细描述
地质条件包括地层岩性、地质构造、地下水状况等因素，这些因素可能引发工程中的变 形、沉降、渗漏等问题。因此，在衬砌与管片设计中，需要充分了解地质勘察资料，对 地质条件进行深入分析，并采取相应的设计措施，如增加混凝土强度、设置排水系统等，
以应对可能的地质问题。
施工过程中的问题
总结词
施工过程中的问题也是衬砌与管片设计中需 要考虑的重要因素，这些问题可能影响工程 质量和进度。
盾构法隧道管片式衬砌结构
盾构法隧道管片式衬砌结构盾构法隧道管片式衬砌结构是目前在城市地下管道建设中最常见的一种衬砌结构方式。
它以钢管和混凝土管片为衬砌构件，通过地下盾构机械的推进运行，在地下将空洞逐渐变成完整的管道。
下面将详细介绍盾构法隧道管片式衬砌结构。
盾构法隧道管片式衬砌结构由几个主要部分组成：盾构机械、加固千斤顶、进口锁扣和管片。
盾构机械是推进盾构的核心设备，通常由控制室、切土头、推进腔、环片衬砌机、螺旋输送机和尾部推进装置等部分组成。
加固千斤顶用于支撑周围土体，保证施工现场的稳定性。
进口锁扣是一种连接管片的装置，通过进口锁扣可以将各个管片连接在一起形成一个完整的管道。
管片是构成衬砌结构的最主要组成部分，一般由预制的沟槽混凝土组成，具有一定的强度和刚度。
首先，盾构机械进入施工现场，通过切土头将地下土壤切割成碎土，然后通过推进腔将碎土推出机械。
同时，加固千斤顶支撑周围土体，保持施工现场的稳定。
接下来，盾构机械在推进的同时，衬砌机将管片放置在推进腔后部，通过液压机构将管片推送到前部，与前一节管片连接。
随着盾构机械的推进，衬砌机不断放置新的管片，衬砌结构不断延伸。
在衬砌结构施工过程中，需要保证衬砌的质量和密实度。
一般采用现场加压灌浆的方法进行，即在管片周围的空隙中注入水泥浆料，通过固化形成一个坚固的衬砌结构。
这种方法可以提高管片和土体之间的粘结力，增加整个结构的稳定性。
1.施工快速：盾构机械可以同时进行切土、推进和衬砌，施工速度快，能够适应快节奏的城市建设需求。
2.施工质量好：通过现场加压灌浆和管片连接技术，可以保证衬砌的质量和稳定性。
3.对环境的影响小：盾构法施工可以实现无开挖施工，对地表影响小，在城市建设中更加适用。
4.适用范围广：盾构法适用于各种地质条件的隧道施工，可以施工直径较大的隧道，适用范围广泛。
盾构法隧道管片式衬砌结构在城市地下管道建设中具有重要的应用价值。
随着城市化进程的加快，盾构法的应用将会越来越广泛。
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[收稿日期] 2007-01-22[作者简介] 姜安龙(1976-),男,江西进贤人,在读博士,主要从事地下结构理论的研究及其应用。
盾构隧道衬砌结构设计方法研究姜安龙1,2,胡 斌1,郭云英2(1.同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;2 南昌航空工业学院,江西南昌 330063)[关键词] 盾构隧道;管片结构;设计方法[摘 要] 本文回顾了隧道结构理论与方法研究,综述了目前国内外常用的方法,即惯用法、修正惯用法、多铰环法和梁-弹簧模型法,介绍了壳-弹簧模型,最后提出了岩土介质-盾构隧道有限元体系。
[中图分类号] TU92 [文献标识码] A [文章编号]1001-4926(2007)01-0073-06Study on design method of shield tunnel segmentJIANG An-long 1,2,HU Bin 1,GUO Yun-ying 2(1.De p artment of Geotechnical Engineering ,Tong j i University ,Shangha i 200092,China;2.Nanchang Institute of Aeronautical Technology ,N anchang,Jiangxi 330063,China)Key words:shield tunnel;segment structure;design methodAbstract:This paper reviews the research of theory and method of tunnel,su mmarizes four major segment desi gns,that is,routine method,modified routine method,multi-hinge ring method and beam-spring model method,and introduces shell-spring design model.A new idea of rock soil medium shield tunnel design model is put forward.随着我国城市经济的发展,城市人口大量集中为公共交通造成了巨大的压力,市区交通堵塞问题很明显,严重制约了城市的进一步发展,为了解决城市的交通问题,修建了大量的立交桥和高架桥,但由于地面桥梁对城市环境的影响比较大,降低了周围土地的使用价值,跨江、河大桥对航道也有影响,同时了为了解决防空问题,故许多城市越来越多的交通转为地下,建成地下立交、地铁和地下快速交通主干道隧道。
在城市中修建地下隧道主要采用盾构法施工,隧道管片作为隧道永久支护结构,对隧道结构的安全起决定性的作用。
本文首先回顾隧道结构计算理论与方法的研究成果,然后综述了国内外常规的管片结构设计方法,并提出作者们一些看法。
1 隧道结构计算理论与方法研究纵观近200年来地下结构计算理论的发展.其先后经历了从刚体力学到弹性力学,从弹性力学到粘弹性力学、弹塑性力学以至粘、弹、塑性力学这样几个阶段。
按照计算理论的不同,隧道的计算方法可以分为三大部分[1~3]。
1 1 刚体力学法早期的地下建筑,大部分都是以砖石材料修筑的拱形圬工结构。
由于此类材料抗拉强度很低,块体之间砌缝较多,因而容易开裂。
为了保持结构物的稳定性,当时的结构断面都设计得很大,受力后的结构弹性变形很小。
所以,当时就提出了一种将地下结构视为刚性结构的压力线计算理论。
压力线理论的基本思想认为,地下结构是由一些不变形的刚性块组成的拱结构,所受的主动荷载是地层压力,在极限平衡状态下,结构为由刚性体组成的三铰拱静定体系,铰的位置分别在拱顶及拱脚。
利用静力2007年3月第21卷 第1期南昌航空工业学院学报(自然科学版)Journal of Nanchang Institute of Aeronautical Technology(Natural Science)Mar.,2007Vol.21 No.1平衡条件,假设压力线通过拱顶断面的最低点和拱脚断面的外侧点时,采用索多边形法,可以求得最大横推力H max ;假设压力线通过拱顶断面最高点和拱脚断面的内侧点时,可以求得最小推力H min 。
结构的稳定性由式(1)来判断,如图1所示。
由于这里压力线的假设缺乏理论依据,所以设计的衬砌厚度过于保守。
K=H max H min >1 25>1 5(1)1 2 结构力学方法随着19世纪后期混凝土材料和钢材的出现,地下结构的建造和计算进入了一个新的阶段,即地下弹性连续拱形框架结构阶段,而计算的理论基础为线弹性结构力学。
弹性连续拱形框架结构是一超静定弹性结构系统,作用在结构上的荷载为地层压力。
这种方法的优点是以结构力学原理为计算基础.因而至今仍然在软弱土层设计中被应用,缺点是没有考虑地层对衬砌结构变形所产生的弹性抵抗力。
假定抗力的思想,是根据地下结构衬砌在主动外荷载作用下,产生变形过程中受到周围介质约束这一事实,将周围介质对衬砌结构变形的约束假设为某一形式的荷载 弹性抗力。
弹性抗力分布形式的假设和衬砌结构的变形相互适应。
最早康姆烈尔在计算整体式隧道衬砌时,假设刚性墙受呈直线分布的弹性抗力。
计算时,将整体结构的拱圈和边墙分别考虑,并将拱圈视为支承在固定支座上的无铰拱,如图2所示。
其后,约翰逊在分析圆形衬砌结构时,假设侧向地层弹性抗力为梯形,如图3所示。
抗力的幅值根据衬砌各点水平位移为零这一条件来确定。
这两种线性弹性抗力假设中,均过高地估计了地层对衬砌结构的约束作用,使结构设计趋于不安全,因此通常设计时的安全系数高达3 5~4 0以上。
为了弥补上述假设的不足,朱拉波夫和布伽耶娃于1934年针对拱形结构,提出了镰刀形抗力假设,并按局部变形理论认为弹性抗力与衬砌结构周边的地层变形成正比,如图4所示,该方法将拱形衬砌的拱圈和边墙整体考虑,将其简化为一直接支承在地层上的尖顶拱,然后用结构力学法计算其内力,由于这种假设是按结构的变形曲线假定弹性抗力的分布图式,并由变形协调条件来计算弹性抗力的大小,因而更为合理。
后来,为了克服假定抗力法的任意性,人们逐步提出了将隧道边墙视为弹性地基梁的结构计算理论。
弹性地基梁的理论又分为局部变形理论和共同变形理论两种。
局部变形理论是建立在文克勒(Winkler)假设的基础上,如图5所示,这种假设对软基上的弹性结构更为合理。
共同变形理论认为弹性地基(围岩)上一点的外力,不仅引起该点沉陷,而且还会引起附近一定范围内的地基发生变形,如图6所示,前苏联的达维多夫用这一理论计算整体式地下结构,奥尔洛夫于1954年用弹性理论进一步研究了按地层共同变形理论计算地下结构的方法,而舒尔茨和杜德克在1964年分析圆形衬砌结构时,不但按共同变形理论考虑了径向变形,而且计及了切向变形的影响。
由于共同变形理论以地层的物理力学特征为根据,并考虑了结构附近各部分地层74南昌航空工业学院学报(自然科学版)变形的相互影响,因而比局部变形理论更准确。
征为根据,并考虑了结构附近各部分地层变形的相互影响,因而比局部变形理论更准确。
1 3 连续介质力学方法连续介质方法是以连续介质力学为基础,将地下结构与地层看成是一个连续的受力整体。
史密德和温德耳应用连续介质力学方法求得了圆形衬砌的解析解。
其后又有不少学者先后求解了圆形水工隧道的弹性解。
塔罗勃和卡斯特奈得到了圆形隧道的弹塑性解。
塞拉塔等人采用不同的岩土介质流变模型,研究了圆形隧道的粘弹性解。
国内同济大学孙钧院士、候学渊教授等人,也先后得出了圆形隧道的弹性和粘弹性解。
近20年来,根据新奥法的思想,将现场量测监控和隧道结构计算紧密结合,出现的反馈设计方法、弹塑性逐次逼近计算方法等,都是以连续介质力学为计算基础。
如果只考虑隧道衬砌和地层的相互作用,地下结构的计算方法仅分为结构力学方法和弹塑性力学方法。
结构力学方法,即是将地层对衬砌结构的作用看作是施加在结构上的荷载(包括主动围岩压力和被动围岩抗力),来计算衬砌结构的内力和变形,弹性连续框架法、假定抗力法、弹性地基梁法都属于结构力学的范围,其实结构力学方法就是隧道工程中的荷载-结构法,它仅仅对衬砌结构进行计算,而无法计算围岩的应力及变形;弹塑性力学方法,认为衬砌结构和地层一起构成受力变形体,然后按连续介质力学的方法来计算衬砌的变形和内力,按这一理论得到的解答有圆形隧道的弹性解、粘弹性解、弹塑性解以及地下连续墙塑性解等,事实上就是隧道工程中的地层-结构法,它不仅可以计算衬砌结构,而且可以计算围岩,由于此类方法的复杂性,所能得到的弹塑性解析解并不多,因此不得不依赖于数值方法或半解析半数值方法。
2 盾构隧道衬砌(管片)结构设计方法及分析盾构隧道圆形衬砌是由管片与螺栓连接而成的管片环,目前管片结构设计方法大致分为:惯用法、修正惯用法、多铰环法、梁-弹簧模型法、壳-弹簧设计模型法和岩土介质-盾构隧道整体受力分析方法。
2 1 惯用与修正惯用计算法惯用法和修正惯用法假设管片环为均质环,荷载系统见图7所示。
惯用法和修正惯用法建立在卡氏第二定理的基础。
具体的管片环内力计算公式见文[4]表7 30所示,表中惯用法中 =1,修正惯用法 取值小于1,且应根据试验或经验来确定。
惯用法的想法早在1960年就提出了,在日本国内得到了广泛的应用。
惯用法假设管片环是弯曲刚度均匀的环,不考虑管片接头部分的弯曲刚度下降,管片环和管片主截面具有同样刚度,并且是弯曲刚度均匀的方法。
这种方法计算出的管片环变形量偏小,导致在软弱地基中计算出的管片截面内力过小,而在良好地基条件下计算出的内力又过大。
如果错缝拼装管片,可弥补管片接头存在造成的刚度下降。
但采用了惯用法的60年代,怎样评价错缝拼装效应是一个问题。
于是,在对带有螺栓接头的管片环进行多次核对研究时,首次引入了 - 对错缝拼装的衬砌进行内力计算,即为修正惯用法。
该法将衬砌视为具有刚度 EI 的均质圆环,将计算出的弯矩增大即(1+ )M,得到管片处的弯矩;将求出的弯矩减少即(1- )M,得到接头处的弯矩。
其中 称为弯曲刚度有效率, 称为弯矩增加率,它为传递给邻环的弯矩与计算弯矩之比。
管片接头由于存在一些铰的作用,所以可以认为弯矩并不是全部都经由管片接头传递,其一部分是利用环接头的剪切阻力传递给错缝拼装起来的邻接管片,见图8所示。
两系数中当 接近1,则 趋向于0; 变小,则 趋向于1。
采用修正惯用法推算截面内力时,过小地评75第1期姜安龙1,2、胡 斌1、郭云英2:盾构隧道衬砌结构设计方法研究价 就是过大地评价围岩的地层抗力,其结果会导致估算环上产生的截面内力偏小,对此应有足够的重视。