盾构隧道衬砌的设计方法分析

１ 工 程实 例
本文应用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ软件 ， 采用二维梁单元 Ｂ ２ １对衬砌管 片环 进行全周 弹簧模拟 分析… ， 同时采用弹性地基 圆环法∽ 来模 拟研
究管片衬砌受 力情 况 ， 见图 １ 。
只 ２ ０ ｋ Ｎ ／ ｍ
管片厚 度 ｈ ｉ ｍ
管片厚度 ｈ ｉ ｍ
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
混凝 土徐变对结 构构件 承载 力有较 大影 响。高性 能 混凝 土 由衬砌厚度 与弯 矩的正 比关 系可知 ， 增加衬 砌厚度 将导 致其 的徐变要 比普通 混凝土的徐变低很多 ， 因为高性能混凝土 硬化水
第３ ９卷 第 ３ ｌ期
２ ０ １ ３年 １ １月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
仉
Ｖ０ １ ． ３ ９ Ｎｏ ． ３ ｌ
Ｎｏ ｖ ． ２ ０ １ ３
・１ ８ ７・
文章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ３ １ — ０ １ ８ ７ ・ ０ ２
图 ３ 衬砌厚 度变化 的弯矩 、 轴力及位移图
且 弯 曲刚 度均 匀 ， 其 值为 ｒ ／ Ｅ ／ （ ０ ≤， ７ ≤１ ） 。由分 析可 知 ， 下水位 ； 为土 的天然容 重 ； ｃ 为 土的粘聚 力 ； 为 土的 内摩擦 角 ； 体 圆环 ， 使 变 形增 Ⅳ为标准贯人击数 ； Ｄ ｏ 为盾 构 管片环 的外 径 ； Ａ为土 的侧压 力 系 管片环 刚度 的降低 是 因刚度 折 减系 数 的减 小 所致 ，
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 。
ｂ） 轴 力
ａ ） 弯矩
． ＿
一
． ＿
～
．＿
．＿
～
『ｔ ｔ ｔ ｔ ｔｔ ｔｔ ｔ Ｆ Ｉ
… …
管 片厚 度 ｈ ｉ ｍ
ｃ
） 位移 拱腰 ＋ 拱底
图 １ 弹性地基圆环法模型计 算简图
图 ２ 结构 的地 层计算条 件
＋
拱顶 ＋
ຫໍສະໝຸດ Baidu
以沈阳地铁二号线 一期 工程 中的具 有代 表性 的断 面作 为基 ． ２ 衬砌 刚度折 减 系数 卵的影响 本地 层条件 ， 见图２ 。本 区间地貌单 元为第 四系 浑河高 漫滩 及古 ２ 衬砌环通常采 用的是 六管 片环。本 文假设 衬砌 环是 一个 整 河 道地层 ， 计算参数 如图 ２所示 。其 中 ， Ｐ 。为上覆 荷载 ； Ｈ 为地
３ ０ ％以上 ， 因此 可见 管片设计 的重要性 。本 文结 合沈 阳地 铁二 号 线一期工程 ， 分析研究 了衬砌管片 自身 的因素对 管片衬 砌 内力及
配筋 、 造价增大 ； 但截 面积 的增加 可 以为配筋提 供更 充足 的空 间 并使保护层厚度得 以保证 ， 同时增 强其 防腐蚀性 、 耐 久性 和减 小
关键词 ： 盾构 隧道 ， 衬砌管片 ， 设计 方法 中图分 类号 ： Ｕ ４ ５ ２ ． ２ 文献标识码 ： Ａ
Ｏ 引言
随着地铁近年来在我 国各地 的不 断建设 ， 盾构法 得到 了广泛 的应用 。作为一种 暗挖隧 道的施 工方 法 ， 其优 点如 下 ： 地层 适应 性强 、 施工 速度 快 、 施工质量有保 证 、 对 周边环境 干扰少 。但其也 存在着缺点 ： 施 工成本 较高 ， 其 中仅 管片部 分就 达施 工总造 价 的
其变形量等 。根据 以上综合分析可 知 ， 衬砌 管片 的厚 度应尽 量减 小， 以降低 其造价成本 。
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变形 的影 响， 并 总结 出规律 。
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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
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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 。
数； Ｊ ｝ 为地基抗力系数 。管片厚度 为 ０ ． ３ ｍ， 使用 Ｃ ５ ０钢 筋混凝 土
管片。
加， 水平地基抗力加大 ， 因而导致弯矩 降低 ， 如图 ４所示。 刚度折减 系数 卵与接头螺栓 的材 料 、 数量 以及施 工质量等 因 素有关 。刚度折 减系数 叼的选择 ， 通常是在整环荷 载试 验的基础 上， 根据工程情况 ， 凭经 验确定 。鉴于 国内通 常难 以实施 整 环荷