潜盾隧道环片衬砌之设计方法与设计实例.
隧道与洞室工程衬砌与管片设计PPT课件
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3 盾构衬砌的荷载计算方法
3.1 设计原则 隧道衬砌费用占40%~50%，安全可靠、
经济合理 。 重点介绍装配式钢筋混凝土管片 。
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1）.满足结构的强度和刚度
• 土层压力、水压力以及特殊荷载，按梁式模型 计算埋在土中圆环的内力和位移，以及管片 （如钢筋混凝土管片）的裂缝宽度限制等。
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• 二、内部使用限界的确定 隧道内部轮廓的净尺寸应根据建筑限界或工艺要求并考虑曲线影响及盾构施 工偏差和隧道不均匀沉降来决定。 对于地铁，为了确保列车安全运行，凡接近地铁线路的各种建筑物（隧道衬 砌、站台）及设备、管线，必须与线路保持一定距离。
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• 因此，应根据线路上运行的车辆在横断面上所占有的一定空间，正确决定内 部使用限界。
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——设计原则标准
设计原则
以防为主，刚柔结合，多道设防，因地制宜，综合治理。 以结构自防水为主，关键处理好环纵缝的防水。
设计标准
结构防水等级为二级
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管片自防水
混凝土等级为C50，抗渗等级≥P10。
接缝防水
海绵橡胶 弹性密封垫 嵌缝（聚硫密封胶 ）
• 拼装方法： • 重臂拼装或拱托架拼装 ； • 通缝拼装（管片的纵缝环对齐）或错缝拼装 ； • 螺栓联结的管片或无螺栓联结的砌块等。 • 按其程序可分为“先纵后环”和“先环后纵”。 • 采用举重臂拼装管片的原则应是自下而上，左右交叉，最后封顶成环。
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装配式圆形衬砌构造
• “管片”是建成隧道后的永久性支撑结构，应满足强度要求、使用要 求；
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
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性能试验 （ 强度试验 ）； 其他 试验
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潜盾隧道环片衬砌之设计方法与设计实例
潜盾隧道环片衬砌之设计方法与设计实例中华顾问工程司／何泰源‧陈卓然‧曾逸舟章节目录一、前言二、潜盾隧道环片三、应力分析模式四、环片衬砌及接头设计五、应用实例【摘要】本文详述潜盾隧道环片衬砌种类、组成配置模式、环片接头、防水措施及灌浆之设计与施工等，并据以提出符合上述施工顺序之环片衬砌应力数值模拟分析计算。
环片衬砌设计时除根据数值模拟分析计算结果，亦须满足相关设计规范，为使潜盾隧道环片衬砌设计方法能够具体表达，本文附有国内常用之潜盾隧道尺寸的设计实例以供设计之参考。
一、前言潜盾机挖掘前进后为防止土层崩塌，于开挖完成坑道内架设支撑，此谓一次衬砌，使用之支撑材料称为环片 (Segment) 或称弓形支保。
环片为潜盾工程中之重要结构，其强度必须能完全承受地表超载、土压、水压等载重，及潜盾机掘进千斤顶之反力，且须考虑运搬、组立等施工载重，以符合安全、经济及合理设计。
一般环片均以永久性结构物办理设计。
潜盾隧道的断面形状除圆形外，亦有采用其它形状者，惟本章系针对最常用之圆形而论 ( 详图 1.1) 。
环片之选择须依使用断面、使用场所、使用目的及施工条件等，考虑安全性、经济性、耐久性而定。
二、潜盾隧道环片2.1 环片种类环片可依使用材料分为混凝土系环片、钢环片、石墨铸铁环片等。
(1) 混凝土系环片混凝土系环片又可分为钢筋混凝土环片、合成式混凝土环片及预力混凝土环片等。
A. 钢筋混凝土环片钢筋混凝土环片可制作任意形状尺寸、材质均匀，且透水性低，挠性佳且经济。
惟重量较钢制、铸铁制之环片重，抗张力小而施工性亦欠佳。
搬运组合时衔接端容易破损。
B. 合成式混凝土环片合成式混凝土环片系以钢料与混凝土组合制作而成，兼有钢料之强韧性及混凝土之经济性等特征，其单价介于钢环片与钢筋混凝土环片间。
C. 预力混凝土环片预力混凝土环片系以高压力养护，成为具高弹性之环片，预力混凝土环片重量较钢筋混凝土环片轻，其优、缺点同钢筋混凝土环片。
(2) 钢环片钢环片 (Steel segment) 采用 CNS 2473 「一般结构用轧钢料」 SS 41 以上钢料，或 CNS2947 焊接结构用轧钢料 SS41 以上钢料制作而成。
盾构法隧道衬砌结构设计(设计)(内容详实)
课件类
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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
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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
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不考虑自重对地基的反作用力：
pe2 pe1 pw1 pw2 pe1 D w
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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
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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
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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。
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(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。
隧道设计衬砌计算范例(结构力学方法)
1.1工程概况川藏公路二郎山隧道位于四川省雅安天全县与甘孜泸定县交界的二郎山地段, 东距成都约260km , 西至康定约97 km , 这里山势险峻雄伟, 地质条件复杂, 气候环境恶劣, 自然灾害频繁, 原有公路坡陡弯急, 交通事故不断, 使其成为千里川藏线上的第一个咽喉险道, 严重影响了川藏线的运输能力, 制约了川藏少数民族地区的经济发展。
二郎山隧道工程自天全县龙胆溪川藏公路K2734+ 560 (K256+ 560)处回头, 沿龙胆溪两侧缓坡展线进洞, 穿越二郎山北支山脉——干海子山, 于泸定县别托村和平沟左岸出洞, 跨和平沟经别托村展线至K2768+ 600 (K265+ 216) 与原川藏公路相接, 总长8166km , 其中二郎山隧道长4176 m , 别托隧道长104 m ,改建后可缩短运营里程2514 km , 使该路段公路达到三级公路标准, 满足了川藏线二郎山段的全天候行车。
1.2工程地质条件1.2.1 地形地貌二郎山段山高坡陡,地形险要,在地貌上位于四川盆地向青藏高原过渡的盆地边缘山区分水岭地带,隶属于龙门山深切割高中地区。
隧道中部地势较高。
隧址区地形地貌与地层岩性及构造条件密切相关。
由于区内地层为软硬相间的层状地层,构造为西倾的单斜构造,故地形呈现东陡西缓的单面山特征。
隧道轴线穿越部位,山体浑厚,东西两侧发育的沟谷多受构造裂隙展布方向的控制。
主沟龙胆溪、和平沟与支沟构成羽状或树枝状,横断面呈对称状和非对称状的“v ”型沟谷,纵坡顺直比降大,局部受岩性构造影响,形成陡崖跌水。
1.2.2 水文气象二郎山位于四川盆地亚热带季风湿润气候区与青藏高原大陆性干冷气候区的交接地带。
由于山系屏障,二郎山东西两侧气候有显著差异。
东坡潮湿多雨,西坡干燥多风,故有“康风雅雨”之称。
全年分早季和雨季。
夏、秋两季受东进的太平洋季风和南来的印度洋季风的控制,降雨量特别集中；冬春季节,则受青藏高原寒冷气候影响,多风少雨,气候严寒。
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。
盾构法隧道衬砌结构设计共108页文档
ENDLeabharlann 盾构法隧道衬砌结构设计56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
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。
混凝土隧道衬砌设计与施工案例
混凝土隧道衬砌设计与施工案例一、引言混凝土隧道衬砌作为隧道结构中最重要的部分之一，其设计和施工至关重要。
本文将以某混凝土隧道衬砌工程为例，详细介绍其设计和施工过程。
二、工程背景该混凝土隧道工程位于某省A市，全长约4.5公里，设计车速80公里/小时，设计标准为国家公路一级公路。
隧道最大埋深达到了240米，是一项较为复杂的工程。
三、设计过程1. 隧道衬砌类型的选择隧道衬砌的类型有很多种，如钢筋混凝土、预制混凝土、钢板、玻璃钢等。
在本工程中，选择了钢筋混凝土作为隧道衬砌的主要结构形式。
主要原因是钢筋混凝土具有较高的强度和耐久性，能够很好地承受隧道的荷载。
2. 隧道衬砌的厚度设计在本工程中，隧道衬砌的厚度设计采用了两种不同的方案。
对于埋深较浅的隧道段，采用了200mm的厚度设计；而对于埋深较深的隧道段，则采用了250mm的厚度设计。
这是由于埋深较深的隧道段所承受的荷载较大，需要更加厚实的衬砌来保证其安全性。
3. 钢筋混凝土的配筋设计在钢筋混凝土的设计中，配筋设计是至关重要的环节。
在本工程中，设计采用了双向配筋的方案，即同时在横向和纵向进行配筋。
这种方式能够保证混凝土的受力均匀，提高了整体的强度和稳定性。
4. 隧道衬砌的防水设计在混凝土隧道工程中，防水设计是非常重要的。
在本工程中，采用了双层防水的方案，即在钢筋混凝土衬砌表面涂刷一层防水涂料，然后再在其表面覆盖一层防水膜。
这种方式能够有效地避免地下水和雨水的渗透，保证隧道的干燥和安全。
四、施工过程1. 预制钢筋混凝土板的生产在本工程中，采用了预制钢筋混凝土板作为隧道衬砌的主要构件。
生产过程中，首先需要进行钢筋的加工和制作，然后再进行混凝土的浇筑和养护。
整个生产过程需要严格按照设计要求进行，以保证预制板的质量和准确性。
2. 预制板的安装在预制板生产完毕后，需要进行现场安装。
在安装过程中，首先需要进行基础的清理和处理，然后再进行预制板的安装和连接。
在安装过程中，需要严格按照设计要求进行，保证板件的精度和质量。
隧洞的衬砌设计案例
隧洞的衬砌设计一、衬砌的类型选择由于本隧洞内水压力较大，故采用双筋砼衬砌。
材料的物理力学指标如下：Ⅰ级钢筋：MPa GPa Eg MPa Rg g 150][;21;2400===σC 20砼：GPa E MPa MPa R m KN n h a h 26,2.2][,11;/25167.03=====σγμ； 岩石：GPa E cm kg K f m KN 10;/100;7;/25303====γ按Ⅲ级建筑物查规范，在正常情况下，安全系数为；检修情况下安全系数为。
二、计算断面的选择在实际工程中，为了达到经济、安全的目的，在不同段，一般采用不同的衬砌形式，且用分缝相结合，故在不同段要分别取断面进行衬砌计算，本次设计只取洞身进口断面进行计算，其它断面的衬砌按已建工程拟定。
三、拟定衬砌厚度采用式（4-10）,式中：m i 75.125.3==γ;—砼允许拉应力(M)；从绘制的水头线查得；MPa h 11.0=ωγ00)21)(1(01.0)1(01.0K Eh K Eh A μμμ-+++-=cm h 0.2111.02.211.02.2927.075.1=--+⨯⨯=∴30cm30cm205cm190cm 3。
岩石压力拱高h 为：m f H h 29.0705.2===γ； 重直山岩压力强度q 为：q =γh =25×=m ；由山岩压力产生的M 和N 采用公式（4-14）：∴M =(0.921A +B +26.43C )，N =+E +26.43F ) 系数A 、B 、C 、D 、E 、F 由表查得，M 、N 计算结果如下表1。
表12) 考虑外水压力，岩石重度γ=16KN/m 3。
垂直山岩压力强度q =γh =m计算公式与上同，其它量不变，则M =(0.921A +B +26.43C )，N =(0.921A +B +26.43C ) M 、N 计算结果如表2。
表2(2) 衬砌自重产生的弯矩和轴向力采用式 4-15，得M =(A 1+，N =(C 1+系数A 1、B 1、C 1、D 1由表查得，M 、N 计算结果如下表3。
盾构隧道衬砌设计实例
Design Example of Shield Tunnel Lining (1)Presented by Tunnel and Underground Technology issued by Japan Tunnelling Association1 Purpose of Usage of Planned Tunnel : Sewer tunnel2 Design Condition2.1 Dimension of SegmentType of segment : RC, Flat typeDiameter of segmental lining : Do=3350 mmRadius of centroid of segmental lining : Rc=1612.5 mmWidth of segment : b=1000 mmThickness of segment : t=125 mm2.2 Ground ConditionOverburden : H=15.0 mGroundwater table : G.L.-2.0 m Hw=15.0-2.0=13.0 mN Value : N=30Unit weight of soil : =18 kN/m3Submerged unit weight of soil : ƒ’=8 kN/m3Angle of internal friction of soil : =32 DegreeCohesion of soil : C=0 kN/m2Coefficient of reaction : k=20 MN/m3Coefficient of lateral earth pressure : =0.5Surcharge : p0=10 kN/m2Thrust force of shield jacks : T=1000 kN@10 piecesSoil condition : SandyAllowable stresses of materials :Concrete : Nominal Strength f’ck=42 MN/m2Allowable compressive strength ca=15 MN/m2Reinforcement (SD35) : Allowable strength ƒsa=200 MN/m2Bolt (Material 8.8): Allowable strength ƒBa =240 MN/m2In case to check the safety of segmental lining against the thrust force of shield jacks, the modified allowable stresses that are 165% of the above-mentioned ones can be adopted because segmental lining can be evaluated as a temporary structure.2.3 Design MethodThis shield tunnel shall be designed in accordance with Specification for Design and Construction of Shield Tunnel issued by Japan Society of Civil Engineers.How to compute member forces : Elastic equation method (See Table 5.2.1 in Guidelines)How to check the safety of lining : Allowable stress design method3 Load condition3.1 Computation of reduced Earth Pressure at Tunnel CrownThe vertical earth pressure at the tunnel crown (p e1) is computed by Terzahgi’s Formula.p e1=MAX(ƒ’h0,2ƒ’Do )h0=4.581 m (given by Terzahgi’s Formula(See Formula 2.2.1 in 2.2 Ground pressure of Guidelines.) < 2 Do =6.7 mp e1= 2ƒ’Do=53.60 kN/m23.2 Computation of LoadsDead load: g=ƒc@t=3.25 kN/m2 Where,ƒc=Unit weight of RC segment=26 kN/m3 :Reaction of dead load at bottom: p g=ƒg=10.21 kN/m2Vertical pressure at tunnel crownEarth pressure: p e1= 2ƒ’Do=53.60 kN/m2Water pressure: p w1=ƒwHw=130.00 kN/m2p 1= p e1+ p w1=183.60 kN/m2Vertical pressure at tunnel bottomWater pressure: p w2=ƒw(Do+Hw)=163.50 kN/m2Earth pressure: p e2= p e1+ p w1- p w2= 20.10 kN/m2Lateral pressure at tunnel crownEarth pressure: q e1=ƒ’(2Do+t/2)=27.05 kN/m2Water pressure: q w1=ƒw(Hw+t/2)=130.63 kN/m2q 1=q e1+q w1=157.68 kN/m2Lateral pressure at tunnel bottomEarth pressure: q e2=ƒ’(2Do+Do-t/2)=39.95 kN/m2Water pressure: q w2=ƒw(Hw+Do-t/2)=162.88 kN/m2q 2=q e2+q w2=202.83 kN/m2Reaction: =(2p1- q 1- q 2)/{24(EI+0.0454kRc4)}=0.00016374 mp k=kƒ=3.27 kN/m2Where,ƒ=Displacement of lining at tunnel springE=Modulus of elasticity of segment=33000000 kN/m2I=Moment of inertia of area of segment=0.00016276 m4/mk=Coefficient of reaction=20 MN/cm3Figure 3.1 shows the load condition to compute the member forces by using theelastic equation method.w2 e2p w2p e2p gFigure 3.1 Load condition4 Computation of Member ForcesTable 4.1 shows the result of computation of member forces of segmental lining.Table 4.1 Member forces of segmental lining(Deg) M (kN/m) N (kN/m) Q (kN/m)0 6.52 278.00 00.0010 5.96 279.07 -3.9320 4.39 282.02 -7.0530 2.12 286.36 -8.7740 -0.39 291.31 -8.7650 -2.65 296.05 -7.1260 -4.29 299.88 -4.3670 -5.07 302.44 -1.1880 -4.98 303.78 1.6890 -4.20 304.29 3.68100 -3.00 304.25 4.76 110 -1.61 303.88 5.00 120 -0.26 303.59 4.99 130 0.87 303.65 3.46140 1.68 304.14 2.26150 2.15 305.01 1.17160 2.37 305.99 0.43170 2.43 306.76 0.09180 2.44 307.05 0.00The maximum positive moment occurs at the tunnel crown (Section A) and the maximum negative moment occurs at the spring which is located at 70 degrees from the tunnel crown (Section B). Figure 4.1 shows the arrangement of bars in the segment.Figure 4.1 Section of segment and arrangement of bars5 Check of Safety of segmental LiningThe safety of segmental lining shall be checked at Section A , Section B and the joint part. And its safety against the thrust forces of shield jacks shall be checked.5.1 Section A and Section BFigure 5.1 shows the distribution of stress at Section A and Section B.Outside c Inside cAs’/ns’AsInside Outside c’Section A Section Bn=Ratio of moduli of elasticity between reinforcement and concrete=15Figure 5.1 Distribution of stress of critical sections of segmental liningTable 5.1 shows the computation result of the check of the safety of Section A andSection B.Table 5.1 Computation result of the check of the safety of Section A and Section BSection A B M (kNm/m) 6.52 -5.07N (kN/m) 278.000 302.44(MN/m2) (Compressive) 4.09 3.72c(MN/m2) (Compressive) - 0.26 c’(MN/m2) (Tensile) 12.02 -18.42s(MN/m2) (Compressive) 42.19 41.23s’’Both of Section A and Section B are safe.5.2 JointThe resisting moment of joint shall be not less than 60% of the one of segment body.5.2.1 Resisting Moment of Segment Body (M r)x=Depth between compressive extreme fiber and neutral axis when N=0x=-n(A s+A s’)/b+[{n(A s+A s’)/b}2+2b(A s d+A s’d’)]1/2 =3.711 cm (See Figures 4.1 and 5.1.)M rc=Resisting moment of segment body when the compressive extreme fiber stressreaches 15 MN/m2 which is the allowable compressive stress of concrete.M rs= Resisting moment of segment body when the reinforcement reaches 200 MN/m2which is the allowable stress of reinforcement.M rc=[bx(d-x/3)/2+nAs’(x-d’)(d-d’)/x]ƒca=22.24 kNm/RingM rs=[{bx(d-x/3)/2+nAs’(x-d’)(d-d’)/x}]x/{n(d-x)}ƒsa=13.87 kNm/RingM r=Min(M rc, M rs)= M rs=13.87 kNm/Ring5.2.2 Resisting Moment of Joint (M jr)x=Depth between compressive extreme fiber and neutral axis when N=0x=nA B[-1+{1+2bd/(nA B)}1/2]/b=3.011 cm (See Figure 5.2.)M jrc=Resisting moment of joint when the compressive extreme fiber stress reaches 15MN/m2 which is the allowable compressive stress of concrete.M jrB= Resisting moment of joint when the reinforcement reaches 240 MN/m2 which isthe allowable stress of bolt.M jrc=[bx(d-x/3)/2]ƒca=15.80 kNm/Ring M rs=[A B(d-x/3)’]ƒBa=10.18 kNm/RingM jr=Min(M jrc, M jrB)= M rs=10.18 kNm/Ring M jr/M r=10.18/13.87=0.733>0.6 OKA B=6.060 cm2(M22@2)Figure 5.2 Section of Joint5.3 Check of Safety against Thrust Forces of Shield Jackse=Eccentricity between center of working thrust force by one jack and centroid of segmental lining=1 cmls=Space between adjacent two jacks=10 cmA=Touching area of spreader of one jack on segmental lining=BtWhere, t=Thickness of segment=12.5 cmB=2ƒRc/Nj-ls=2ƒ 1.6125/10-0.1=0.9123 mWhere, Nj=Number of shield jacks=10 piecesA=Bt=0.1141 m2, I=Bt3/12=0.00014863 m4c=Maximum compressive stress of concrete of segment=P/A+Pe(h/2)/I=13 MN/m2 <ƒca=15• 1.65=24.75 MN/m2OKWhere, P=Thrust force of one shield jack=1000 kN(See Figure 5.3.)SegmentCentroid of mm Center of working forceof shield jackFigure 5.3 Segment and thrust force of shield jack6 ConclusionThe designed segmental lining is safe against the design loads.This design example is a design example in the Part III “References “ of Guidelines for Design of Shield Tunnel Lining issued by International Tunnelling Association. All of copyrights are reserved by International Tunnelling Association.。
高雄捷运潜盾隧道之设计与施工
高雄捷運潛盾隧道之設計與施工陳俊融1，宋佳霖21,2高雄市政府捷運工程局，高雄摘 要高雄都會區大眾捷運系統紅、橘線總長度42.7公里，其中地下段約有34.2公里，而以潛盾工法施作之路段約有23.78公里。
潛盾隧道大部分均位於高雄平原的現代沖積層，僅紅線穿越半屏山路段為泥岩與石灰岩地質。
由於以潛盾機鑽掘之路段長達23.78公里，因此，在施工過程中即會遭遇如穿越河道與港口船渠、穿越既有建築物、橋樑與鐵路下方、鑽掘岩石及潛盾出發、到達與聯絡通道之高施工風險等問題。
本文除彙整高雄捷運各潛盾隧道工程之基本資料（如地質狀況、潛盾機數量、形式、製造廠商等），與說明高雄捷運潛盾隧道在設計之初，如何考量因應施工時將面臨之問題外，主要探討施工過程中遭遇之各類案例與處理方式，諸如LUO04潛盾到達與LUO09聯絡通道開挖塌陷、LUO03與LUO04穿越船渠與河道下方、LUR22鑽掘抵觸橋樑基樁、LUR12、LUR27、LUR26、LUO04、LUO17穿越鐵路與建築物下方之沈陷控制與建物保護、LUR28鑽掘泥岩與石灰岩、LUO10近鄰建築物連續壁鑽掘及地盤改良區強度過高鑽掘困難等，以供未來類似工程之參考。
關鍵字：高雄捷運、潛盾隧道、潛盾機、地盤改良、地質DESIGN AND CONSTRUCTION OF SHIELD TUNNEL INKAOHSIUNG M.R.T.June-Rong Chen 1，Chia-Ling Sung 21,2Department of Kaohsiung Mass Rapid Transit, Kaohsiung Municipal Goverment，Kaohsiung Abstract The total length of Red and Orange Line in Kaohsiung Metropolitan Mass Rapid Transit System is 42.7km of which 34.2km is underground.Tunnel length constructed by shield tunnelling method is 23.78km long. Most of tunnels were bored within the modern alluvium of Kaohsiung champaign except for a section of Red Line where tunnels passed through a limestone/mudstone hill. There were some conditions and problems encountered during construction of the shield tunnels, such as passing through under river, harbor channel, existing building, bridge and railroad, boring rock, and the high risk of shield launches, arrivals and construction of cross passage.This article collects the fundamental information of shield tunnels in Kaohsiung MRT system, including geology conditions, the amount, the type and the supplier of shield machines. It still describes the condition of how to deal with problems that will be encountered in construction during tunnel designing. Last, it shows the methods of solving those problems encountered actually during construction.Keywords:Kaohsiung M.R.T.、shield tunnel、shield machine、ground treatment、geology1. 高雄捷運路網簡介高雄市自1979年即積極著手規劃都會區大眾捷運系統，1991年1月間高雄都會區大眾捷運系統第一期發展計畫奉核定並分兩階段執行。
《隧道衬砌设计》课件
采用了新奥法施工，即以喷射混凝土作为初期支护，钢筋混凝土作为二次支护，同时设置排水系统，确保隧道运营安全。
设计要点
根据地质勘察资料，该隧道穿越了多条断层破碎带和软弱围岩地层，因此衬砌设计需考虑围岩稳定性、防水和排水等因素。
案例概述：某铁路隧道位于山区，隧道全长3公里，设计时速为180公里/小时。
03
通过喷射混凝土的方式进行衬砌施工，具有施工速度快、衬砌强度高的特点。
总结词
喷射混凝土衬砌施工是一种常见的隧道衬砌方法，通过将混凝土混合料与压缩空气混合，然后通过喷嘴喷射到隧道岩壁上，形成一层混凝土衬砌。该方法具有施工速度快、衬砌强度高的优点，适用于不同地质条件的隧道施工。
详细描述
总结词
通过模板支撑浇筑混凝土的方式进行衬砌施工，具有结构稳定性好、耐久性高的特点。
案例概述
某水工隧道位于河流峡谷地带，隧道全长1.2公里，设计流量为20立方米/秒。
设计要点
该隧道主要用于引水灌溉和水力发电，衬砌设计需考虑水压力、防渗漏和结构稳定性等因素。
衬砌类型
根据设计要求和结构形式，采用了钢筋混凝土和模注混凝土两种衬砌类型。钢筋混凝土衬砌适用于承受水压力较大的地段，模注混凝土衬砌适用于承受水压力较小的地段。
排水孔
在隧道侧壁设置排水管，将侧壁渗水引出隧道外。
排水管
定期检查
定期对防排水系统进行检查，确保系统正常运行。
隧道衬砌设计案例分析
05
案例概述
某高速公路隧道位于山区，隧道全长2.5公里，设计时速为100公里/小时。
衬砌类型
根据围岩条件和隧道断面形状，采用了钢筋混凝土和喷射混凝土两种衬砌类型。钢筋混凝土衬砌适用于围岩稳定性较好的地段，喷射混凝土衬砌适用于围岩稳定性较差的地段。
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 。
混凝土隧道施工中的隧道衬砌设计方法
混凝土隧道施工中的隧道衬砌设计方法一、前言混凝土隧道是现代交通工程中常见的一种隧道类型，其施工需要进行隧道衬砌设计。
隧道衬砌是指在隧道开挖后，将混凝土等材料制成的构件覆盖在隧道壁、顶、底等表面，起到支护、防水、减震等作用。
本文将从隧道衬砌的设计流程、设计方法、设计要点和施工管理等方面进行详细介绍。
二、隧道衬砌设计流程隧道衬砌设计是隧道工程中不可或缺的一环，其设计过程需要经过以下几个步骤：1.确定衬砌类型：根据隧道所处地质条件、设施要求、施工工艺等因素，确定隧道衬砌的类型，包括初衬、二衬、三衬等。
2.确定衬砌结构：根据隧道的设计尺寸、荷载要求、抗震要求等因素，确定衬砌的结构形式、厚度、钢筋配筋等参数。
3.制定衬砌施工方案：根据衬砌的结构和类型，制定衬砌施工方案，包括施工工序、施工方法、施工工艺等。
4.编制衬砌施工图纸：根据衬砌结构和施工方案，编制衬砌施工图纸，包括衬砌构件图、配筋图、施工顺序图等。
5.施工前准备：进行施工前的准备工作，包括材料采购、设备调试、施工组织等。
6.衬砌施工：按照施工方案和施工图纸进行衬砌施工，包括浇筑混凝土、钢筋安装、模板拆除等。
7.验收与监测：在衬砌施工完成后，进行验收和监测工作，检查衬砌的质量、强度、平整度等指标是否符合要求。
三、隧道衬砌设计方法隧道衬砌的设计方法主要包括以下几个方面：1.确定衬砌类型：在设计隧道衬砌时，需要考虑到隧道所处地质条件、设施要求、施工工艺等因素，确定衬砌的类型。
初衬是指在隧道开挖后，直接将混凝土覆盖在隧道壁、顶、底等表面，起到支护、防水、减震等作用。
二衬是在初衬的基础上，再进行一次加固，以增加隧道的稳定性和承载力。
三衬则是在二衬的基础上，进行更进一步的加固，以适应更复杂的地质条件和荷载要求。
2.确定衬砌结构：根据隧道的设计尺寸、荷载要求、抗震要求等因素，确定衬砌的结构形式、厚度、钢筋配筋等参数。
在确定衬砌结构时，需要考虑到隧道的使用寿命、安全性和经济性等因素，以达到最佳的设计效果。
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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潜盾隧道环片衬砌之设计方法与设计实例中华顾问工程司／何泰源‧陈卓然‧曾逸舟章节目录一、前言二、潜盾隧道环片三、应力分析模式四、环片衬砌及接头设计五、应用实例【摘要】本文详述潜盾隧道环片衬砌种类、组成配置模式、环片接头、防水措施及灌浆之设计与施工等，并据以提出符合上述施工顺序之环片衬砌应力数值模拟分析计算。
环片衬砌设计时除根据数值模拟分析计算结果，亦须满足相关设计规范，为使潜盾隧道环片衬砌设计方法能够具体表达，本文附有国内常用之潜盾隧道尺寸的设计实例以供设计之参考。
一、前言潜盾机挖掘前进后为防止土层崩塌，于开挖完成坑道内架设支撑，此谓一次衬砌，使用之支撑材料称为环片 (Segment) 或称弓形支保。
环片为潜盾工程中之重要结构，其强度必须能完全承受地表超载、土压、水压等载重，及潜盾机掘进千斤顶之反力，且须考虑运搬、组立等施工载重，以符合安全、经济及合理设计。
一般环片均以永久性结构物办理设计。
潜盾隧道的断面形状除圆形外，亦有采用其它形状者，惟本章系针对最常用之圆形而论 ( 详图 1.1) 。
环片之选择须依使用断面、使用场所、使用目的及施工条件等，考虑安全性、经济性、耐久性而定。
二、潜盾隧道环片2.1 环片种类环片可依使用材料分为混凝土系环片、钢环片、石墨铸铁环片等。
(1) 混凝土系环片混凝土系环片又可分为钢筋混凝土环片、合成式混凝土环片及预力混凝土环片等。
A. 钢筋混凝土环片钢筋混凝土环片可制作任意形状尺寸、材质均匀，且透水性低，挠性佳且经济。
惟重量较钢制、铸铁制之环片重，抗张力小而施工性亦欠佳。
搬运组合时衔接端容易破损。
B. 合成式混凝土环片合成式混凝土环片系以钢料与混凝土组合制作而成，兼有钢料之强韧性及混凝土之经济性等特征，其单价介于钢环片与钢筋混凝土环片间。
C. 预力混凝土环片预力混凝土环片系以高压力养护，成为具高弹性之环片，预力混凝土环片重量较钢筋混凝土环片轻，其优、缺点同钢筋混凝土环片。
(2) 钢环片钢环片 (Steel segment) 采用 CNS 2473 「一般结构用轧钢料」 SS 41 以上钢料，或 CNS2947 焊接结构用轧钢料 SS41 以上钢料制作而成。
钢环片之钢料材质均一、强度高、容易搬运、施工性佳、制作精度高等为其特点。
惟较其它材质之环片劲度较小、易腐蚀，接头止水性较差，对大断面隧道之挠度大为其缺点，台湾地区因钢料贵，其制造费较钢筋混凝土环片约高一倍。
惟因焊接补强及加工容易，一般常使用于人孔、连接管需开孔补强处或曲线段异形环片制作等。
(3) 石墨铸铁环片石墨铸铁又称延性铸铁 (Ductile) ，重量较钢制环片重，强度高，且耐久性、制品精度、防水性、劲度等都非常优良，但制作加工较费时，价格较昂贵。
目前台湾仍未曾使用，石墨铸铁环片适用于中间人孔及流入管渠直接与潜盾管渠接合时，或隧道穿过建物、铁道、河川等情况。
2.2环片组成隧道每环以数个 A 型环片， 2 个 B 型环片及 1 个 K 型环片分割而成，亦有采数个 A 片加一个 B 片及一个 K 片 ( 单斜 ) 者，惟后者施工性较差。
环片之分割数应考虑提高环片制作与组立速度、搬运方便及对渗漏水与结构劲度影响等。
环片之分割数目愈少愈好，但应考虑搬运与组立之施工性，一般大断面为 7~10 分割，中小断面为 4~6 分割。
环片组立以一环为单位 ( 环片闭合 ) ，一般由隧道下方中央附近开始，左右依序组立，上部中央附近为最后一片，连结成一环。
为考虑坑内有渗漏水时须于水中办理组立作业，接头不宜设于隧道仰拱中央附近，如图 2.1 。
2.3环片形状与尺寸环片形状分为标准形及异形二种，如图 2.2 所示，其尺寸及重量之选定，需适合设计与施工条件，一般环片宽度采500~1,200mm ，环片宽度大即须加长潜盾机，增加曲线施工、偏差修正之难度，宽度太小则增加环与环接头数目。
环片重量过重除增加坑内运搬之作业困难外，且须增大环片组装机能量，小断面潜盾隧道如有采用人工组立环片之情形时，每片环片之重量宜在 60kg 以下， K 型环片应在 30~40kg ，每片环片应设置直径 50mm 灌浆孔，并附有管盖及灌浆管套 (Socket) ，又使用环片组装机时应考虑吊装孔。
图 2.1 环片形状环片断面图异形环片使用于改变隧道方向 ( 横曲线或竖曲线 ) ，即曲线段及修正偏差之施工，其渐变缩量、渐变缩角，依环片宽度、衬砌外径、隧道曲线半径、环片之分割数及盾尾空隙等决定，详图 2.2 。
异形环片以曲线半径大小分为单侧渐缩、两侧渐缩两种型式，半径大时采用单侧渐缩，半径小时采用两侧渐缩。
曲线段施工或修正偏差时，有单独使用异形环片或异形环片与标准环片混合使用，一般以标准环片宽度为异形环片最大宽度，其最大渐缩量为小断面 30mm 、大断面 50mm 。
异形量△ 可以下式表示之：R ：计算到隧道中心之曲率半径。
m ：异形环片数目。
n ：标准环片数目。
B ：标准环片宽度。
B T ：异形环片最大宽度。
D o ：隧道外径。
：计算隧道中心线之曲线长度。
由曲线长度、曲率半径、环片配置量 m 、 n 等订定合适之△ 值，一般 n ： m 以 1 ： 1~1 ： 2 最常用。
2.4 环片之接头环片接头须能满足设计所定之强度，考虑使接头不发生背填、灌浆液或压气泄漏、漏水等情形，于环片接合面设置止水条，螺栓接合面须设置止水垫圈。
(1) 螺栓配置环与环间及片与片间续接处，分别采用螺栓以接续环片形成环状。
螺栓直径一般在 16~36mm 之间，螺栓孔尺寸须考虑有足够的余裕，以确保螺栓安装之施工性。
(2) 续接处结构 ( 螺栓盒 )环片续接处包括片与片间之接头、环与环间之接头。
续接结构有螺栓、铰、栓销、栓等型式，目前以采用螺栓接头居多。
必须考虑螺栓和螺栓孔间组合误差所需之间隙，间隙太小则组立困难，间隙太大则可能因施工载重造成环片开裂导致漏水。
(3) K 环片接头角度K 环片接头角度α之计算，可以下式表示之：双斜 K 片：单斜 K 片：式中，： K 片的中心角。
： K 片能插入之必要余裕角度。
接头角度α大小影响接头剪力的大小，以小于13 ° 为宜，其关系式如下： ( 详图 2.3)：接头剪力N ：环片断面轴力Q ：环片断面剪力f ：接头摩擦系数 ( 钢环片： 0.3 ，混凝土环片： 0.5)接头剪力若超过接头螺栓之抗剪强度，则 K 片将有脱落之危险。
通常α较大时，值亦较大。
余裕角度一般为 2 ° ~5 ° ，在不影响施工作业下愈小愈好。
耐剪性能方面，单斜 K 片效果比双斜 K 片好，若是采用轴向插入之 K 片代替径向插入型 K 片，则无剪力问题。
2.5 纵向肋钣钢环片隧道施工时，潜盾机千斤顶顶住纵向肋钣取得反力向前推进，因此，千斤顶中心线应尽量和肋钣的中心线一致，否则将产生偏心弯矩。
通常肋钣采等间距配置，相邻两环片接头钣配合邻环肋钣设置。
一环之总肋钣数 ( 含接头钣 ) 通常是千斤顶数目的倍数。
环片组立时，肋钣 ( 接头钣 ) 应形成连续，否则易使主梁和肋钣变形。
肋钣通常弯成丁字形，若有浇置二次衬砌于钢环片内，丁字形弯折处容易有空气滞留形成空隙，需设计排气孔。
2.5 防水潜盾隧道防水分三阶段考虑。
第一阶段采背填灌浆防水，第二阶段采环片接头防水，第三阶段采一次衬砌与二次衬砌间之防水 ( 一般交通隧道不设二次衬砌 ) 。
第一阶段背填灌浆防水之可靠度较低。
第二阶段防水为潜盾隧道主要防水措施。
环片的接头设置防水材槽，贴上止水条即可，水压高的地方可设两条止水条。
另亦可设置填缝材槽作为备用。
常用之防水材之材质有两种，分别为弹性橡胶和水膨胀系橡胶。
弹性橡胶为加硫之异丁烯橡胶或氨丁二烯橡胶等合成橡胶系材料，或聚氯脂橡胶的合成树脂系材料，适用于水压较低的地层。
水膨胀系橡胶防水材由吸水性聚合物和氯丁二烯橡胶或聚氨脂橡胶混合制成，防水效果较好，目前使用以 3 倍膨胀率者居多，防水材槽与未膨胀前防水材的体积比为 1.1 左右。
第三阶段防水，若因防蚀或其它需求需施作二次衬砌时，可于一、二次衬砌间铺设防水膜，防水膜厚度以 1.5mm 以上为宜，应小心施作以免破损而失去防水性，常用材质有 EVA( 乙烯醋酸脂共聚物 ) 、 ECB( 乙烯沥青共聚物 ) 、 PVC( 聚氯乙烯 ) 及 PE( 聚乙烯 ) 等四种。
二次衬砌可采水密性混凝土，以增加防水效果。
2.7 灌浆孔及吊装孔(1) 灌浆孔灌浆孔是环片与土壤间之盾尾孔隙背填灌浆用，灌浆孔一般采用钢管，孔塞分成塞式或帽式两种。
为防止土砂涌入，灌浆孔内一般均设有逆止阀。
孔径依使用灌浆材料而定，一般采用 50mm 左右。
混凝土环片的灌浆孔常兼作为环片的吊点使用，须考虑作业之安全性及施工性，以决定灌浆孔的位置、数量、直径、材质及强度等。
另因灌浆孔和混凝土环片两者间可能因剥离而导致漏水，所以于灌浆孔加一圈状橡胶止水材以防漏水。
(2) 吊装孔钢环片的吊装孔通常焊接于环片中点附近。
混凝土环片则利用灌浆孔作为吊点用，考虑灌浆孔可能被拔出，因此设有锚定钢筋以增加安全性。
2.8 涂装钢环片和混凝土环片接头金属铁件在储存期间施作简单的防锈、防蚀涂装。
(1) 防蚀、防锈涂装常用涂装材料，钢环片采 tar 环氧树脂，混凝土环片接头金属铁件采环氧树脂。
(2) 防水涂装混凝土环片采用环氧树脂或其它材料作为防水涂装用。
三、应力分析模式潜盾隧道系一种在隧道轴向及环向均有接缝 (Joint) 的地下结构物，由于衬砌环片之结构设计法 ( 应力分析 ) 仍未确立，设计时必须适切地评估衬砌环片结构与地层之互制行为，以达设计之经济性及合理性。
目前衬砌环片结构分析模式可区分为二大类：(1) 载重与地层分别考虑。
载重与地层分别考虑模式系认为地层对于潜盾隧道之作用只是产生作用于衬砌环片之载重，以计算衬砌环片在载重作用下产生之内力及变形。
此种分析计算模式，按照各衬砌环片间接合模式假设，可再在细分为如 3.1 节所述之分析计算模式。
(2) 载重与地层合并考虑。
载重与地层合并考虑模式系认为地层与潜盾隧道衬砌环片共同构成受力变形之整体，并根据连体力学原理计算衬砌环片与周边地层之受力及变形。
载重与地层合并考虑模式由于地下结构物地层性质及边界变化复杂，目前大多数问题都赖有限元素法(FEM) 数值分析解决。
3.1 载重与地层分别考虑之分析方法(1) 潜盾隧道衬砌环片组成行为由于构成潜盾隧道之衬砌系由环片 (Segment) 与螺栓 (Bolt) 组合而成之环状体，其接缝之劲度 ( 尤其弯曲劲度 ) 较单一环片之劲度低、较易产生变形，应考虑接缝效应之弯曲劲度折减，即环状体之弯曲劲度为，其中η定义为弯曲劲度效率，一般而言，η≦1 。
再者由于隧道轴向环与环间之接缝为交错配置 (Stagger) 安排，根据试验结果显示，当隧道环状体受压变形，此种轴向环与环间之接缝交错配置会产生弯矩分配及劲度提升之效果。