第6章盾构法隧道结构讲述.pptx

第6章 盾构法隧道结构 衬砌形式和构造 衬砌圆环内力计算 盾构法隧道衬砌的结构设计 隧道防水及其综合处理 算例 盾构机 矩形盾构机 盾构进洞 盾构衬砌 6.1 衬砌形式和构造 衬砌断面形式和构造 盾构隧道横断面一般由圆形、矩形、半圆形、马蹄形等，衬砌最常用的断面形式为圆形与矩形。 内部使用限界的确定 车辆限界 车辆限界是指在平、直线路上运行中的车辆，可能达到的最大运动包迹线。 确定车辆限界的各个控制点，要考虑车辆外轮廓横断面的尺寸以及制造上的公差，车轮和钢轨之间及在支承中的机械间隙、车体横向摆动和在弹簧上颤动倾斜等。 建筑限界 圆形隧道断面的优点与组成 建筑限界是决定隧道内轮廓尺寸的依据，是在车辆限界以外一个形状类似的轮廓。 由车辆限界外增加适量安全间隙来求得，一般为150~200mm。 受力性能合理 易于盾构推进 便于管片的制作、拼装 衬砌的类型 按材料及形式分类 装配式钢筋混凝土管片 箱型管片——用于较大直径的隧道。 平板形管片——用于较小直径的隧道 铸铁管片 国外在饱和含水不稳定地层中修建隧道时多采用铸铁管片。 不宜用做承受冲击荷载的隧道衬砌结构。 钢管片 重量轻，强度高，但刚度小，耐锈蚀性差，需进行机械加工以满足防水要求，金属消耗量大，成本昂贵。 复合管片 外壳采用钢板制成，在钢壳内浇筑钢筋混凝土。重量轻；刚度大，金属消耗量小；耐蚀性差，加工复杂。 装配式钢筋混凝土管片 环宽 一般在300~2000mm之间，常用的是750~900mm。 环宽过小导致接缝数量的增加进而加大隧道防水的困难。 环宽过大会使盾尾长度增长而影响盾构的灵敏度。 隧道外径（m） D外3 3D外6 D外6 锥度（mm） 15~30 20~40 30~50 隧道外径与管片环宽锥度的经验值 厚度 直径为6.0m以下的隧道，管片厚度约为250~350mm 直径为6.0m以上的隧道，管片厚度约为350~600mm。 装配式钢筋混凝土管片 分块 单线地下铁道衬砌一 般分成6~8块，双线的 分为8~10块，小断面 分为4~6块。 拼装形式 圆环的拼装形式：通缝、错缝。 错缝拼装，加强圆环接缝刚度，约束接缝变形。 管片接头类型 从力学性质看可分为：柔性接头、刚性接头 管片间的接头分两类：纵向接头、环向接头 利用螺栓将接头板紧固起来，将管片环组装起来的抗拉连接结构。 弯螺栓连接形式 直螺栓连接形式 螺栓接头 直螺栓受力性能好、效果显著、加工简单、但扩大了螺栓手孔尺寸，影响了管片承受盾构千斤顶顶力的承载能力。 弯螺栓能较少的影响管片的纵向承受能力，但其对抵抗圆环横向内力的结构效能差，且加工麻烦。 铰接头 作为多铰环的环向接头，一般为转向接头结构。几乎不产生弯曲，轴向压力占主导地位，在良好地基条件下是一种合理的结构。 销插入型接头接头 也可做环向接头来使用，但主要作为纵向接头使用。 在结构上的作用是加强了构件的链接，防止接头两边相对错动，承担接头上的剪力。 楔形接头 环向和纵向接头都可使用的结构，利用楔作用将管片拉合紧固的接头。 榫接头 主要作为纵向接头使用的结构。接头部分设有凹凸，通过凹凸部位的啮合作用进行的力传递。 6.2 衬砌圆环内力计算 荷载计算 荷载的类型 荷载的计算 结构内力计算 均匀圆环法计算 日本惯用修正法修正 荷载的类型 基本荷载 地层压力 水压力 自重 上覆荷载的影响 地基抗力 附加荷载 内部荷载 施工荷载 地震的影响 特殊荷载 平行配置隧道的影响 接近施工的影响 其他 基本荷载是设计时必须考虑的荷载。 附加荷载是施工中或竣工后作用的荷载，根据隧道的使用目的，施工条件以及周围环境进行考虑的荷载。 特殊荷载是根据围岩条件、隧道的使用条件所必须特殊考虑的荷载。 荷载分类 基本使用阶段 荷载简图 在砂土等抗剪强度较大的地层内，且隧道埋深超过隧道衬砌的外径时，按“松动高度”理论进行进算。 地层基床系数值 土的种类 k（kN/m3） 土的种类 k（kN/m3） 固结密实黏性土 极坚实砂质土 30000~50000 中等黏性土 松散砂质土 软弱黏性土 非常软黏性土 5000~10000 0~10000 0~5000 0 密实砂质土 硬黏性土 10000~30000 水土分算时不用考虑 9 水压力 ②按水平与垂直 水压力计算 9 水压力 （2）水土合算 采用水土合算法，计算其他荷载时，地下水位以下的土体的重度应采用饱和重度，不再单独计算水压力。 施工阶段 施工阶段 衬砌内力计算方法 按自由变形均质圆环计算内力 荷载分布图 按日本修正惯用法进行修正 计算简图 将圆环近似地认为是均质刚性圆环,为二次超静定结构。 力法方程： 按自由变形均质圆环计算内力 衬砌内力计算方法 弯矩以衬砌环内侧受拉为正，外侧受拉为负；轴力以衬砌环受压为正，受拉为负。