盾构隧道管片衬砌结构——荷载结构模型演示幻灯片

1.2
300
宽
广州地铁3号线客 -大区间
K+2L＋3B
ห้องสมุดไป่ตู้
1.5
1500
（2）管片类型
钢筋混凝土管片 钢管片 铸铁管片 复合管片
（3）管片的厚度与幅宽
管片厚度越大，其截面抗弯能力越强，可以节约钢筋用量，但同时也增 加了混凝土用量。管片厚度的选取应视管片接头部位和混凝土截面的受力情 况而定，根据经验，管片厚度一般为衬砌环外径的4%左右，但对于大断面 隧道，尤其是当采用钢筋混凝土管片时，约为5.5%左右。
对主要荷载及附加荷载作用下的构件设计计算 ◆接头的计算（螺栓、接头板、锚筋等） ◆纵肋的计算 ◆底面板及横衬板的计算
◆注浆孔 ◆吊具 ◆接头角度 ◆锥形衬环
◆地震的影响 ◆地基沉降的影响 ◆邻接施工的影响 ◆对相邻建（构）筑物的影响 ◆并设隧道的影响 ◆急弯施工的影响
2、设计条件拟定
（1）隧道内空断面形状和尺寸
附加荷载的计算
◆垂直土压力的计算（采用松动土压力否？） ◆内部荷载
◆侧向土压力系数
◆施工荷载
◆地基反力系数
◆自重
荷载及结构模型的选定 ◆惯用计算法 ◆修正惯用法 ◆梁-弹簧模型计算方法 ◆部分地基弹簧模型，全周地基弹簧模型 ◆管片主断面的假定 ◆接头的模型化
◆对于主要荷载的主断面的单位应力的校核 ◆容许应力与单位应力的校核
蛇行修正用楔形管片环的数量，会因工程区域内所包含的 缓曲线和急曲线区段的比例、有无S形曲线等的隧道线路、 影响盾构操作稳定性的周围围岩的情况而不同。
（a）普通环；（b）单侧楔形环；（c）两侧楔形环
(7)管片的拼装
盾构隧道管片的拼装方式有两种，通缝拼装和错缝拼装。 通缝拼装时，管片衬砌结构的整体刚度较小，导致变形较 大、内力较小。 采用错缝拼装时，管片衬砌结构的整体刚度较大，导致变 形较小、内力较大。对于管片的分块设计要求比通缝拼装条 件下较高。错缝拼装的拼转角度根据纵向螺栓的布置而定， 可以两环一组错缝拼装，也可以三环一组错缝拼装。
设计条件的设定
荷载的计算
截面内力的计算
管
片
弯矩及轴力的单位应力
设
的计算；剪应力的计算
计
流 程
NO 单位应力的校核
OK
构件的设计计算
构造详图的设计
NO 对于特殊荷载的设计 OK 绘图
管片的制作
设计条件 ◆隧道的线性 ◆必要的内空断面 ◆土质条件 ◆管片种类 ◆管片分块
主要荷载的计算
◆土质的分类（水土合算、分算）
(2) 错缝拼装管片弯矩绝对值的最大值较通缝拼装管片弯矩绝对值的最 大值大，而在此位置错缝拼装的轴力较通缝拼装的轴力小，错缝拼装弯矩 绝对值最大值比通缝拼装弯矩绝对值最大值大50％左右，轴力小20％左 右，并且不同的拼装方式又有所不同。
盾构隧道管片衬砌结构 荷载-结构模型
1、盾构管片结构设计流程
基本要求：
① 保持围岩稳定，可以长期承受作用于盾 构隧道上的全部荷载； ② 可以承受施工过程中的千斤顶推力及注 浆压力等施工荷载； ③ 满足防渗要求； ④ 满足环境保护要求。
影响管片设计的因素包括：
隧道的使用功能； 结构运营寿命； 运营空间要求，如净空、线路、施工精度等； 预埋件结构，如起吊件、连接预埋件等； 防水要求； 规范规定的要求等。
如果是轴方向插入型管片，其中的K型管片一般不需要接头角度(αr)。 但是，考虑到包括盾构机长度在内的施工条件和管片接头与管片环之间的 干扰，还是需要设定管片的插入角度(α1)。管片的插入角度多取决于施工 条件，但是取17°～24°的实例居多。
(6)管片环楔形量
盾构在曲线段施工和蛇行修正时，需要使用一种幅宽不等 的管片环,称为楔形管片环.楔形管片环中最大宽度与最小宽 度之差，称为楔形量。
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
工程名称
车辆限界/mm
隧道内径/mm
备注
隧
上海地铁
5200
5500
软土
道
南京地铁1号线
5200
5500
软土
内
南京地铁2号线
5200
5500
软土
径
北京地铁5号线
5200
5400
广州地铁3号线客-大区间
5200
5400
围岩Ⅰ～Ⅳ级
工程名称 上海地铁 南京地铁1号线 南京地铁2号线 北京地铁5号线 广州地铁3号线客-大区间
为了便于搬运和组装以及有利与隧道曲线段的施工，希望管片宽度小一些 为好；从降低每延米隧道衬砌的制造成本、减少接头个数和提高施工速度方 面考虑，则又希望幅宽大一些好。参照国内外大断面隧道的建设情况，幅宽 多数为2m。
（4）管片衬砌环的分块方式 管片分块方法总体上讲有等分模式及不等分模式，等分模式下由于没有 小封顶块，采用错缝拼装时管片整体刚度较为均匀，是一种理想的受力分 块方式；不等分模式一环管片一般是由几块A型管片（标准块）、两块B型 管片（邻接块）和一块K型管片（封顶块）组成。
管片形式 钢筋混凝土 钢筋混凝土 钢筋混凝土 钢筋混凝土 平板型钢筋混凝土
管片厚度/mm 350 350 350 300 300
备注 软土 软土 软土
围岩Ⅰ～Ⅳ级
管片 的形 式与 厚度
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
管
地铁隧道管片常用分块数为六块和七块两种在国
片
内上海地铁一号线、广州地铁一、二、三号线南京地
分
铁一、二号线、成都地铁一号线盾构区间隧道都采用
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 )
邻 接 块
封 顶 块
（5）管片的接头角与插入角
由于K型管片插入方式分两种，沿半径方向插入的角度称为接头角 （αr），沿轴方向插入的角度称为插入角（α1）。
如果是半径方向插入型管片，对于其中的K型管片的接头角度(αr)依下 式计算。αr＝θk/2+ω，上式中的ω是为便于K型管片的插入所需要的富裕 角度，一般采用2°～5°。
(1) 在相同地层条件下，错缝式拼装与通缝式拼装管片结构中的受拉受 压区域基本相同，错缝式拼装盾构隧道中接头及其周围处的弯矩与相同条 件下通缝式拼装管片相比有较大幅度的改变。错缝式拼装的最大弯矩较大， 而相应的轴力却较小，不同的拼装方式附加内力的大小和分布规律也有较 大的区别。这就给配筋提出了更高的要求。