盾构衬砌计算方法

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盾构隧道衬砌设计指南

用两道密封垫进行密封用一道密封垫并用堵缝进行密封
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
５７
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５ｒ０ｍ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＿ＪＡ

盾构法隧道衬砌结构设计(设计)(内容详实)

课件类
5
4.1.1盾构法衬砌设计流程
（1）遵守相关规划、规范或标准（2
设计的隧道内径应该由隧道功能所需要的地下空间决定。
地铁隧道公路隧道；给、排水管道计算流量；普通管道
课件类
6
4.1.1盾构法衬砌设计流程
（3）荷载类型的确定作用在衬砌上的荷载包括土压力、水压力、静荷
载、超载及盾构千斤顶的推力等（4）衬砌条件的确定
其中：
pg g
课件类
64
不考虑自重对地基的反作用力：
pe2 pe1 pw1 pw2 pe1 D w
课件类
65
4.2.2.5 地面超载
地面超载增加了作用于衬砌上的土压力，道路交通荷载、铁路交通荷载、建筑物的重量
地面超载及其参考值如下：公路车辆铁路车辆建筑物
课件类
设计者应该确定衬砌的条件，如衬砌的尺寸（厚
（5）计算内力设计者应该通过使用合适的计算模型及设计方法
课件类
7
课件类
8
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。
• 粘性, 硬质粘土（N≥0）良好地基，H>1～2D时多采用松弛土压力
• 中等固结的粘土（4≤N＜8）和软粘土（2≤N＜4）, 将隧道的全覆土重力作为土压力考虑实例比较常见。
课件类
45
(2)垂直土压力
• 松弛土压力的计算，一般采用太沙基公式。垂直土压力的下限值虽然根据隧道使用目的的不同，但一般将其作为相当于隧道外径的2倍的覆土厚度的土压力值。当地层为互层分布时，以地层构成中的支配地层为基础，将地层假设为单一土层进行计算，或者就以互层的状态进行松弛土压力的计算。

盾构隧道衬砌圆环内力计算实例(含命令流)

截面惯性矩： IZZ=1*0.5*0.5*0.5/12 截面高度： HEIGHT=0.5，单击 OK，则 1 号实常数定义完成。 11 定义衬砌材料属性 ○ 执行 Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models 命令，弹出定义材料模型行为对话框。选择 Structural>Linear>Elastic>Isotropic, 在弹出的对话框中输入弹性模量 EX=36e9,泊松比 PRXY=0.33，单击 OK。再选择 Structural>Density,在弹出的对话框中输入密度 DENS=2600。 12 ○ 单元网格划分
4 ○ 5 ○
进入前处理器。单击 Main Menu>Preprocessor。画点。执行 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Kdypoint>In
Active CS 命令，设置关键点 1 作为圆心，输入坐标（ 0， 0）。
图 5.2.6 节点编号图
14 ○
加载
本例中，衬砌所承受的荷载分为主动压力与被动抗力。盾构法施工中，开挖与架设衬砌几乎同时进行，所以荷载来不及释放，全部作用在衬砌结构上形成主动压力，这在荷载计算小节里面已经算出。在主动荷载作用下，衬砌结构的一部分将发生向着围岩方向的变形，具有一定刚度的围岩就会对衬砌结构产生反作用力来抵制它的变形，即为被动抗力。这种被动抗力的施加通过弹簧支撑来体现的。 a．计算主动压力产生的等效节点荷载。

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。

盾构隧道管片衬砌结构的内力计算

８２
第
期
盾构隧道管片衬砌结构的内力计算
口］口口
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一
［口口［］圈二１

ｋ
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］０９０２２０ —１ — ６［回日期］０００ — ５修２１ — ３０［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。
ＺＨＡＮＧ —ｃａｇＪＡＮＸｉｏ—ｈｉＹｉｈｎ．Ｉａｕ
（ａｃａｇＨｎｋｎｎｖ￣ｔ，ａｃａｇＪｎｘ３０３ＮｎｈｎａｇｏｇＵｉｉＮｎｈｎｉｇｉ０６）ｅｙａ３
Ｋｅｒｓｈｅｄｔｎｅ；ｓｇｎ；ｒｕｉｅｃｌｕａｉｎｍｅｈｄｙｗｏｄ：ｓｉｌｎｌｅｍｅｔｏｔａｃｌｔｔｏｕｎｏＡｂｔａｔＴｅｄｔｉｄｄｄｃｉｎｐｏｅｓｏｔｍａｒｅｆｒｌｓｏｉｌｕｎｌｅｍｅｔｎｅｅａｔｎｏｅｓｉｐｅｓｒｗｔｒｓｒｃ：ｈｅａｌｅｕｔｒｃｓｆｎｅｌｆｃｍｕａｆｈｅｄｔｎｅｇｎｄｒｔｃｉｆｈｏｌｒｓｕｅ，ａｅｅｏｉｏｏｓｓｕｈｏｔ

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。

盾构法

第五章盾构法施工第一节概述盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。

盾构是与隧道形状一致的盾构外壳内，装备着推进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌机构等部件的隧道开挖专用机械。

采用此法建造隧道，其埋设深度可以很深而不受地面建筑物和交通的限制。

近年来由于盾构法在施工技术上的不断改进，机械化程度越来越强，对地层的适应性也越来越好。

城市市区建筑公用设施密集，交通繁忙，明挖隧道施工对城市生活干扰严重，特别在市中心，若隧道埋深较大，地质又复杂时，用明挖法建造隧道则很难实现。

而盾构法施工城市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道具有明显优点。

此外，在建造水下公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法也往往以其经济合理而得到采用。

盾构法是一项综合性的施工技术。

盾构法施工的概貌如图5－1所示。

构成盾构法的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。

盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。

盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。

盾构是一个能支承地层压力，又能在地层中推进的圆形、矩形、马蹄形及其他特殊形状的钢筒结构，其直径稍大于隧道衬砌的直径，在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环。

盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。

盾构是进行土方开挖正面支护和隧道衬砌结构安装的施工机具，它还需要其它施工技术密切配合才能顺利施工。

主要有：地下水的降低；稳定地层、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；隧道衬砌结构的制造；地层的开挖；隧道内的运输；衬砌与地层间的充填；衬砌的防水与堵漏；开挖土方的运输及处理方法；配合施工的测量、监测技术；合理的施工布置等。

盾构施工衬砌环片中心水平偏差解算

中图分类号：２８Ｐ５
文献标识码：Ａ
盾构施工衬砌环片中心水平偏差解算
朱福，刘德利
（吉林建筑工程学院，吉林长春摘１０２）３０１要：盾构法施工中衬砌环片测量的难点是确定缓和曲线段上环片实测点所在断面的中心坐标，定中心坐标后确
２１０１年６月第３期
城
市
勘
测
Ｊｎ２１ｕ．０１
Ｎｏ３．
ＵｂｎＧｅｔｃｎｃｌＩｖｓｉａｉｎ＆Ｓｒｅｉｇｒａｏｅｈｉａｎｅｔｔｇｏｕｖｙｎ
文章编号：６２８６（０００ — ４ — ３１７ — ２２２１）３１４０
就可以计算出该点桩号及偏距以指导盾构姿态的校正；助于复化辛普生公式和割线法，出了该问题解算的数学借给模型，并详细讨论了积分区间等分数／的取值问题。／，
关键词：盾构施工；水平偏差；衬砌环片；构姿态盾
１引言
在隧道曲线段利用盾构机进行掘进施工工程中，由于盾构机本身为直线形刚体，不能与曲线完全拟合。曲线半径越小、盾构机身越长，则拟合难度越大。在急曲线
（１）
段来说，难点是衬砌环片中心水平偏差测量。本文重点论述了线路中线上任意点在局部坐标系下坐标计算的通用公式，然后借助于复化辛普生公式及割线法给出了通过衬砌环片上的实测坐标计算出该点所在断面的设计桩号、偏距的数学模型，并对积分区间等分数／ｔ＇取值问题进
行了详细讨论说明。
段盾构机掘进形成的线形为一段段连续的折线，了使为

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。

盾构隧道衬砌内力计算模型比较

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：环境影响小、影响地面交通和航道通对不
１计算模型
１１匀质圆环模型．
匀质圆环模型不考虑管片接头的弯曲刚度降
ｔｏｕｅｈｈｅｄｌｉｇｉｔｒａｏｃｓｏｈｗｏｃｍｍｏｌｓｄｍｏｅｓｎｏｇｎｏｓｒｎｄｌａｄｂａｓｒｎｒｄｃｄｔｅｓｉｌｉｎｎｅｎｌｆｒｅｆｔｅｔｏｎｎｙｕｅｄｌ：Ｉｈｍｏｅｅｕｉｇｍｏｅｎｅｍ．ｐｉｇｍｏｅ．ｅｒｕｔｆｔｅｅｔｄｌｗｅｅｃｍｐｒｄｎｒｗｏａｕｂｅｃｎｌｓｎ．ｄ１Ｔｈｅｌｏｈｗｏｍｏｅｓｒｏａｅ，ａｄｄｅｓｍｅｖｌａｌｏｃｕｉｓｓｓｓｏ
２ＴｅＦｕｔｕｖｙａｄＤｓｎＩｓｉｔｏＣｉａｌａｓＷｕａ３０３ｈｎ）．ｈｏｒｈＳｒｅｎｅｉｎｔｕｅｆｈｎＲｉｙ，ｈｎ４０６，Ｃｉｇｔａｗａ
ＡｂｔａｔＩｈｓｐｐｒｎｃｎｅｔｎｗｉｈｎｏｎｏｔｕｔｎｏｈｎｉｇＹａｇｚｖｒＣｒｓｉｇｐｏｅｔｉｉｓｒｃ：ｎｔｉａｅ，ｉｏｎｃｉｔｔｅｏｇｉｇｃｎｒｃｉｆｔｅＮａｊｎｔｅＲｉｅｏｓｒｊｃ，ｔｎｏｈｓｏｎｎ

狮子洋水下盾构隧道衬砌结构受力的现场测试与计算分析

ｉｅｔｅｅｃｒｉｄｏｕｏｍｅｓｅｔｅｅｅｎａｏｄａｄｉｅｎａｏｃｆｔｅｎｇｔｓｓｗｒａｒｅｔｔａｕｒｈｘｔｒＩ１ａｎｎｔｒｌｆｒｅｏｈｅｓｇｍｅｉｉｔｕｔｒｒｎｇｎｔｌｎｎｇｓｒｃｕｅｄｕｉ
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Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＴａｉｇｔｅＳｉｉａｇＵｎｅｗａｅｈｅｄＴｕｎｌｓｔｅｅｇｎｅｉｇｂｃｇｏｎｋｎｈｈｚｙｎｄｒｔｒＳｉｌｎｅｈｎｉｅｒｎａｋｒｕｄ，ｌｎ — ｅｍｉｌｒｃａｏｇｔｒｆｅｄｔａ —
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盾构选型及参数计算方法

盾构选型及参数计算⽅法盾构选型及参数计算⽅法1.1、序⾔盾构是⼀种专门⽤于隧道⼯程的⼤型⾼科技综合施⼯设备，它具有⼀个可以移动的钢结构外壳（盾壳），盾构内装有开挖、排⼟、拼装和推进等机械装置，进⾏⼟层开挖、碴⼟排运、衬砌拼装和盾构推进等系列操作，使隧道结构施⼯⼀次完成。

它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，从松散软⼟、淤泥到硬岩都可应⽤，在相同条件下，其掘进速度为常规钻爆法的4～10倍。

较长地下⼯程的⼯期对经济效益和⽣态环境等⽅⾯有着重⼤影响，⽽且隧道⼯程掘进⼯作⾯⼜常常受到很多限制，⾯对进度、安全、环保、效益等这些问题，使⽤盾构机⽆疑是最好的选择。

些外，对修建穿越江、湖、海底和沼泽地域隧道，采⽤盾构法施⼯，也具有⼗分明显的技术和经济优势。

采⽤盾构法施⼯，盾构的选型及配置是隧道施⼯中关键环节之⼀，盾构选型应根据⼯程地质⽔⽂情况、⼯期、经济性、环境保护、安全等综合考虑。

盾构的选型及配置是⼀种综合性技术，涉及地质、⼯程、机械、电⽓及控制等⽅⾯。

1.2盾构机选型主要原则1.2.1盾构的选型依据盾构选型主要应考虑以下⼏个因素：1）⼯程地质、⽔⽂条件及施⼯场地⼤⼩。

2）业主招标⽂件中的要求。

3）管⽚设计尺⼨与分块⾓度。

4）盾构的先进性、适应性与经济性。

5）盾构机⼚家的信誉与业绩。

6）盾构机能否按期到达现场。

1.2.2 盾构的型式1）敞开式型盾构敞开式型盾构是指盾构内施⼯⼈员可以直接和开挖⾯⼟层接触，对开挖⾯⼯况进⾏观察，直接排除开挖⾯发⽣的故障。

这种盾构适⽤于能⾃⽴和较稳定的⼟层施⼯，对不稳定的⼟层⼀般要辅以⽓压或降⽔，使⼟层保持稳定，以防⽌开挖⾯坍塌。

有⼈⼯开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构。

2）部分敞开式型盾构部分敞开式型盾构是在盾构切⼝环在正⾯安装挤压胸板或⽹格切削装置，⽀护开挖⾯⼟层，即形成挤压盾构或⽹格盾构，施⼯⼈员可以直接观察开挖⾯⼟层⼯况，开挖⼟体通过⽹格孔或挤压胸板闸门进⼊盾构。

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

盾构法施工方法加固方案及强度计算

(b)刀盘正面的侧向土压力
(4)盾构在地层中沿设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片； (5)及时的向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环的位置； (6)盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。
碴土储舱和料斗龙门吊车
泥浆处理设备
车站
竖井
皮带运输机
盾构机
电瓶车斗车泥浆注入车管片运输车螺旋输送机
盾构法施工方法、加固方案及强度计算
一、概述
盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内安全的进行开挖和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法”。其施工主要步骤为： (1)在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井； (2)盾构在起始端工作井内安装就位； (3)依靠盾构千斤顶推力将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出。
2 0
Cu Dd
D
Cu
D
2
(
2
)
M 3 ——滑移圆弧线CD段的抗滑力矩
M 3
0
Cut Dd
D
CutD 2
式中 Cu ——加固前土体地粘结力； Cut ——加固后土体地粘结力； H ——上覆土体的高度；
sin 1 t
D
抗滑移的安全系数K2
K2
M M
1.5
2．盾构的掘进 (1)盾构千斤顶总推力与刀盘扭矩计算 ①土压平衡式盾构 a．盾构千斤顶总推力推进土压平衡式盾构所需克服的阻力有：
泥水加压式盾构按泥浆系统压力控制方式可分为直接控制型(日本型)和间接控制型(德国型)两种基本类型。 ①直接控制型(日本型)泥水加压式盾构的泥浆压力控制由一套自动控制泥浆平衡的装置来实现。
清水槽
P1 泥浆调整槽

盾构衬砌壁后压浆工程量计算

盾构衬砌壁后压浆工程量计算盾构衬砌壁后压浆工程量计算是指在进行盾构施工时，完成衬砌墙体后需要进行压浆加固的工程量计算。

盾构施工中，衬砌墙体是起到支撑和保护作用的关键构件，但衬砌墙体的力学性能和密实度都不是很好，需要进行后期压浆加固。

盾构衬砌壁后压浆工程量计算一般需要考虑以下几个方面：
1. 压浆材料的数量和种类：压浆材料一般为水泥、砂浆等，需要计算使用的材料数量和种类。

2. 压浆层厚度：压浆层厚度是影响加固效果的重要因素，需要根据实际情况进行计算。

3. 压浆作业面积：压浆作业面积是决定压浆工作量的关键因素，需要根据实际操作情况进行计算。

4. 压浆配比：压浆配比也是影响加固效果的重要因素，需要根据实际要求确定合理的配比。

在计算盾构衬砌壁后压浆工程量时，需要综合考虑以上因素，确保压浆工作的精确和高效。

同时，要注重施工过程的安全性和质量控制，保证盾构施工的顺利进行。

计算盾构施工过程中衬砌内力的两种方法比较

计算盾构施工过程中衬砌内力的两种方法比较
盾构施工过程中衬砌内力的两种方法比较如下：
1. 理论计算法：该方法是基于衬砌结构力学原理和材料力学性质进行计算的。

首先，需要确定衬砌材料的物理和力学性质，包括弹性模量、泊松比、极限强度等。

然后，需要根据施工工况，分析衬砌内力的载荷类型和作用方向，进而计算出衬砌内力大小和分布。

该方法计算精度较高，但需要具备较高的工程力学和材料力学知识。

2. 数值模拟法：该方法是通过数学模型和有限元分析软件进行衬砌内力计算的。

首先，需要建立盾构施工过程中的三维模型，并将衬砌等结构部分进行分割，并提取出较为重要的节点。

然后，根据施工工况和负荷情况，对衬砌内力进行数值模拟和有限元分析，得出内力大小和分布情况。

该方法计算复杂度较高，但可以较为准确地反映实际情况，并可进行参数优化和设计方案比较。

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。

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水事频道●技术频道 ●国际频道 ●视频中心 ●重磅专题●法律频道 ●文化频道 ●商务频道所在位置：首页->水信息网->技术频道->科技前沿盾构隧道衬砌结构内力计算方法的对比浅析（邵岩孟旭央王卿）时间： 2009-11-05 09:17:00 来源：《黄河规划设计》2009年第3期放大缩小打印［摘要］简要介绍了盾构衬砌常用的荷载-结构计算方法，并通过算例计算分析，揭示了不同模型简化计算盾构衬砌内力的大小、分布规律，并提出了自己的见解，为以后的设计计算提供了有益的参考和提示。

［关键词］盾构衬砌内力计算荷载-结构法1 引言盾构法隧道的衬砌结构在施工阶段作为隧道施工的支护结构，用于保护开挖面以防止土体变形、坍塌及泥水渗入，并承受盾构推进时千斤顶顶力及其他施工荷载；在隧道竣工后作为永久性支撑结构，并防止泥水渗入，同时支撑衬砌周围的水、土压力以及使用阶段和某些特殊需要的荷载，以满足结构的预期使用要求。

盾构法隧道的设计内容基本上包括三个阶段：第一阶段为隧道的方案设计，以确定隧道的线路、线形、埋置深度以及隧道的横断面形状和尺寸等；第二阶段为衬砌结构与构造设计，其中包括管片的分类、厚度、分块、接头形式、管片孔洞、螺孔等；第三阶段为管片的内力计算，衬砌断面设计。

管片厚度、配筋率、混凝土强度等设计参数的合理与否, 对体现盾构法的优越性、降低工程造价及提高工程经济性影响甚大，其设计的合理性与管片采用的计算模型密切相关。

因此，选择合理的管片计算模型至关重要。

2 盾构衬砌计算方法介绍目前关于盾构管片的设计还没有统一的设计计算方法，很多时候是用经验类比的方法进行设计。

对于装配式盾构衬砌结构，常采用如图1 所示的计算方法。

2.1 有限单元法搜索查询有限单元法通常是基于地层—结构理论，认为衬砌与地层一起构成受力变形的整体,并可按连续介质力学原理来计算衬砌和周边地层的内力和变形。

通常做法是将土体与盾构衬砌联合建模，依靠现代化的ANSYS 等有限元计算软件，可以模拟施工过程中隧道衬砌以及周围土体的受力情况。

但是此种方法有其缺陷，管节的连接处难以简化和建模，通常采用折减整体衬砌刚度的方法来反应纵横向管节连接的影响。

2.2 荷载-结构法［1］目前,国内外盾构隧道衬砌结构设计主要以荷载—结构计算模式为主。

根据计算过程中对管片接头刚度、接头螺栓内力传递和外荷载分布形式的不同力学假定，荷载——结构计算模式又分为惯用法、修正惯用法、多铰圆环法和梁-弹簧模型计算法等四种设计方法。

不同设计方法中对管片接头的处理、外荷载作用形式和工程适用范围均存在较大差异，现分别叙述如下。

2.2.1 惯用法惯用法最早提出于1960 年,并在日本得到了广泛应用。

惯用法认为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。

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

因此圆环可近似地认为是一个均质刚性圆环。

在计算过程中不考虑接头所引起的管片环局部刚度降低。

惯用法计算过程中假设垂直方向地层抗力为均布荷载,水平方向地层抗力为自衬砌环顶部向左右45～135°分布的均变三角形荷载。

2.2.2 修正惯用法修正惯用法是在惯用法的基础上引入弯曲刚度有效率η和弯矩提高率ζ，以接头刚度的降低代表衬砌环的整环刚度下降，管片环是具有ηEI 刚度的均质圆环。

考虑到管片接头存在铰的部分功能，将向相邻管片传递部分弯矩，使得错缝拼装管片间内力进行重分配。

接头处内力 Mj=(1-ζ)*M Nj=N管片 Ms=(1+ζ)*M Ns=N式中：ζ—弯矩调整系数；M，N—分别为均质圆环计算弯矩和轴力；Mj ，Nj—分别为调整后的接头弯矩和轴力；Ms ，Ns—分别为调整后管片本体弯矩和轴力；修正惯用法计算所选用参数η和ζ主要根据实验或经验取定，其计算荷载系统与惯用法相同。

通常，0.6≤η≤0.8，0.3≤ζ≤0.5。

如果管片没有接头，则为惯用法，此时η=1，ζ=0。

2.2.3 多铰圆环法多铰圆环法是将管片接头假设为铰结构，由于多铰圆环结构自身的不稳定性，只有在隧道周围围岩的围压作用下才能稳定承载，因此该方法主要适用于隧道围岩状况良好且普遍具有弹性抗力条件下的装配式衬砌圆环。

结构变形所引起的地基抗力一般根据Winkler 假设进行计算。

2.2.4 梁-弹簧计算模型法梁-弹簧法是考虑错缝接头的拼装效应而采用的方法，是在弹性铰圆环模型基础上考虑错缝拼装效果，采用弹簧来评价环间的抗剪阻力, 可用来解释管片接头的转动和剪切特征，并且还给出了管片纵向接头剪切效应的解析方法（又叫M-K 法）。

此模型同时考虑了管片接头刚度、接头位置及错缝拼装效应，是一种较为合理的计算模型。

该方法是将管片主截面简化为圆弧梁或者直线梁构架，将管片环向接头模拟成旋转弹簧，将环纵向接头模拟成剪切弹簧，将地基与管片之间的相互作用用地基弹簧来表示的构造模型，将其弹性性能用有限元法进行构架分析, 计算截面内力。

2009 年第3 期黄河规划设计总第149 期邵岩等：盾构隧道衬砌结构内力计算方法的对比浅析由于将管片模拟成曲线梁或直线梁，接头用旋转弹簧和剪切弹簧替代，梁-弹簧模型计算法可以对任意一种管片环组装方式和接头位置下的衬砌环、接头螺栓变形和内力进行计算。

通过在计算过程中引入抗弯刚度、抗剪刚度等接头力学参数，较好地评价了管片接头所引起的刚度下降以及衬砌环的错缝拼装效应。

目前，该设计方法所用各类刚度系数主要通过接头试验或数值计算确定。

3 盾构衬砌计算实例3.1 盾构衬砌计算实例某地铁标段盾构区间，隧道在粉土、粘土、中粗砂中通过，穿越地层地质参数如表1 所示。

盾构区间隧道埋深主要在(8～12) m 之间。

衬砌环采用单层装配式预制钢筋混凝土管片，混凝土标号为C50。

隧道开挖直径6.2m，管片外径6m，内径5.4m，管片环宽1.2m。

整环管片拼装采用3 个标准块、2 个邻接块和1 个封顶块，其中标准块圆心角为67.5°，邻接块圆心角为67.5°,封顶块圆心角为22.5°，如图1 所示。

管片直接采用弯螺栓(直径24mm)连接，环向有纵缝6 条，每接缝有环向螺栓两个；纵向端面共设纵向螺栓16 个（封顶块1 个，其它管片端面3 个）。

管片环与环之间采用45°错缝拼装的方式，如图2 所示。

3.2 计算参数及方式计算针对10m 埋深处隧洞衬砌结构,分别采用惯用法、修正惯用法、多铰圆环法和梁-弹簧模型计算法进行计算。

除地质参数外，其主要计算参数有： C50 钢筋混凝土弹性模量E=3.45×104MPa；取管片弯曲刚度有效率η=0.7，弯矩提高率ξ=0. 3，接头抗弯刚度kθ+= 1×105kN·m/rad(向内弯曲)，kθ-=1×104kN·m/rad（向外弯曲）；受铰结构传力特性影响，取多铰圆环计算法中管片接头抗弯刚度kθ+= kθ-=0。

不同计算模型中均取管片环间剪切弹簧系数无穷大，即假设管片环间不产生相对滑移和错动。

为了便于比较，计算仅考虑灌浆后稳定的长久工况，衬砌与围岩密切接触，地下水位埋深5m，地面超载20kPa。

3.3 计算结果及分析3.3.1 计算结果按照弯矩、轴力、剪力分别统计四种方法的计算成果见图3～图5 和表2。

由图3 可以看出，惯用法和修正惯用法计算所得衬砌环最大正弯矩出现在衬砌顶部,最小负弯矩出现在衬砌环水平处；受纵向螺栓和邻接环的影响，多铰圆环法和梁-弹簧模型法计算所得衬砌环弯矩最大值和最小值均有所偏移。

由表2 可以看出：多铰圆环法所得管片环正负弯矩皆较大，梁-弹簧模型计算法和修正惯用法计算所得管片环正负弯矩次之，而惯用法计算所得管片环弯矩最小。

分析原因在于，衬砌环整环刚度是影响盾构隧道弯矩的主要因素。

外荷载和地质条件相同情况下，较小的整环刚度将引起隧道结构的较大变形，而管片环弯矩相应增大。

由不同设计方法中对接头的不同假定可知，修正惯用法受弯矩传递系数ζ的影响，管片承担了邻接接头所传递的弯矩影响而在管片环内出现了比惯用法更大的弯矩。

多铰圆环法中由于假设管片接头为可以自由转动的铰而整环刚度最小，所引起的地层变位也就最大，故其弯矩也就最大。

梁-弹簧法视管片连接处为弹簧，其刚度比自由转动的铰要大，所以其弯矩比多铰圆环法要小，与修正惯用法差不多。

3.3.3 轴力的对比分析由图4 可以看出，管片环的轴力变化与其整环内的刚度分布也是密切相关的。

管片环刚度分布越均匀，其轴力分布也就越均匀，而当衬砌环内出现刚度削弱区域时，轴力沿衬砌环的分布将出现较大差异。

由表2 可知，最大轴力和最小轴力都出现在梁-弹簧计算法中，多铰圆环法所得衬砌环最大轴力次之，而相应最小轴力值也比梁-弹簧法大。

而惯用法和修正惯用法计算所得管片环最大和最小轴力量值相差不大。

究其原因在于，惯用法和修正惯用法均假设衬砌环为不受管片接头影响的均质圆环，而多铰圆环法和梁- 弹簧模型计算法均认为接头的存在将局部降低衬砌环刚度，从而在盾构圆环中形成刚度薄弱区域，造成了轴力的重新分布。

3.3.4 剪力的对比分析由图5 可以看出，与轴力分布类似，管片环刚度分布越均匀，其剪力分布也就越均匀，而当衬砌环内出现刚度削弱区域时，剪力沿衬砌环的分布将出现较大差异，分布的不均匀性越加明显。

由表2 可以看出：相同外部条件下，多铰圆环法管片环衬砌剪力值（无论正负）最大，而梁-弹簧模型计算法求出的剪力值次之，惯用法与修正惯用法最小。

可见，剪力的分布与衬砌环的刚度假设也是密切相关的，刚度越均匀，剪力分布越均匀，且数值越小。

4 几点认识和建议通过计算和分析，对于盾构隧道衬砌的计算有如下几个方面的认识和建议：（1）管片接头的模拟，对于计算结果有着决定性的影响。

对实际工程，建议通过试验段的施工和数据监测统计，得到可靠的管节接头相关刚度参数，改善计算条件，完善之后的设计与施工。

（2）盾构管片的刚度分布，会显著影响衬砌结构的内力。

提高盾构隧道管片接头抗弯刚度，改善管节连接方式，减少接头所带来的衬砌环局部刚度降低将有利于降低衬砌结构的内力，改善内力的分布状态，从而减少管片设计中的局部配筋量，提高结构的安全性和经济性。

（3）工程中宜采用两种或者两种以上方法对盾构衬砌结构进行计算分析，建议采用假设整体均布刚度的计算方法（惯用法、修正惯用法）以及考虑管节接头的模型（多铰圆环法、梁-弹簧模型法）中各选一种方法进行计算比对，综合考虑进行结构设计。

通常可采用其中一种方法为设计方法，另一种方法为校核方法。