盾构法隧道衬砌结构设计(设计)

第四章 盾构法隧道衬砌结构设计
Байду номын сангаас（设计）
主讲：孟杏微
本章重点、难点： 1、盾构法衬砌设计流程和设计的主要内容； 2、盾构隧道衬砌设计荷载；
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4.1盾构法概述
盾构法开挖隧道通常适用于软土而不是岩石中。相 关衬砌参数，如材料的尺寸及强度不仅取决于地层 情况，也取决于施工状况。实际应用中，盾构法衬
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连接缝的类型：
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计算中使用的符号范例
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4.2 盾构衬砌结构设计方法
• 软土的物理特征规定如下：
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4.1.3设计常用名词及图示符号
管片： 盾构隧道最初
衬砌的弧形构件， 也适用于预制混 凝土管片。
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常用管片形状
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管片衬砌：隧道衬砌由管片组成，每一环的衬砌由数个 管片组成。盾构中完成的管片衬砌：在管片衬砌系统中
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2、土压力
土压力应该沿隧道断面径向作用于衬砌上，或者分解 为水平和垂直方向的土压力。
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隧道的断面及周围的土a 体情况图
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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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第六步：设计荷载 （1 分析作用于衬砌管片上的荷载影响及土压力(图4-2～图4-6)
扩大管片衬砌：在管片衬砌系统中，除去关键的管片 外，其余管片均在盾构中安装，在盾构正后面，当
厚度：隧道横截 面上衬砌的厚度。 宽度：管片沿隧 道轴线方向上长
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封顶管片形式 小封顶块，拼装形式有两种：径向楔入、 纵向插入。
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4.2.2 荷载
1、荷载的种类
必须考虑的荷载： （1）土压力；（2）水压力；（3）静荷载；（4）超载； （5）地基反作用力（如果必须的话）。
应该考虑的荷载： （6）内部荷载；（7）施工期间的荷载；（8）地震效应。
特别荷载： （9）邻近隧道的影响；（10）沉降的影响；（11）其它荷
载。
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N 50 E 2.5N 125MN/m2 qu N /80 0.6MN/m2
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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题。
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第一步：确定几何参数 基准线、开挖直径、衬砌直径、衬砌厚度、圆环的
第二步：确定岩土参数
特定处土的重力、内聚力、内摩擦角、弹性模量、 变形模量、K0 第三步：选择危险断面
如超载、地面荷载、地下水及邻近建筑物影响的地
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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
（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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图4-1 盾构隧道衬砌设计的流程图
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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
（1）分析模型 使用的公式必须
符合国家标准与所选 设计荷载叠加的原则 （2）数值模型
使用符合国家标 准的有限元程序来完 成弹塑性状态下的应 力及应变分析，并进 行详细结构状态的仿 真(图4-12)
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第八步：计算结果 剪力、弯矩和挠度一般以表格的形式来展现，以此确定设计荷
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(2) 千斤顶的推力荷载 分析由于推进器垫板压在不同类型管片上荷载的影响(
图4-7)
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(3) 拖车和其它服 务设备的荷载主要 包括单轮承载(图48)
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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
设计者应该确定衬砌的条件，如衬砌的尺寸（厚度
（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来
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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
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（4） 附属注浆荷：载扩展的注浆压力(图4-9)
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（5）静荷载、存储及装配荷载弯矩的影响(图4-10)
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第七步：设计模型
三维条件须通过二维条件的抽象计算来仿真，如太沙基假设。