第9章盾构法隧道结构.ppt

2）开挖系统 手掘式盾构——锋镐和铁锨 半机械式盾构——铲斗和切削头 机械式和封闭式盾构——切削刀盘或刀头 9.5.4 衬砌内力计算 1）自由变形的匀质圆环计算 弹性中心法计算 由于结构及荷载对称，拱顶剪力等于零，属二次超静定结构。 力法方程为： 推导过程 圆环中任意截面上的内力可由下式得到： 设计时可直接利用这些公式，也可详见表9-3， 2）考虑土层产生侧向弹性抗力的匀质圆环计算 当外荷作用在隧道衬砌上，一部分衬砌向地层方向变形，使地层产生弹性抗力。 弹性抗力的分布规律很难确定，采用假定弹性抗力分布规律法，如日本的三角形分布，原苏联O·E、布加耶娃的月牙形分布（水工隧洞中常常采用），以及二次、三次抛物线分布等方法。 （1）日本按三角形分布弹性抗力的方法 按温克列尔局部变形理论，假定 土层侧向弹性抗力PK=K·y。 实际变形量 圆环抗弯刚度 接头刚度折减系数，取0.25~0.8。 K为地层侧向压缩系数 （2）前苏联布加耶娃法 PK=-Kyacos2 PK=Kyasin2 +Kybcos2 起始位置 四个未知数x1、x2、ya和yb。 各个截面上的M、N值为： Ma=Mq+MPK+x1-x2Rhcos Na=Nq+NPK+x2cos 方法： 常常将半个衬砌环分成九个截面，即八段：分别计算各点的弯矩和轴力。 内力计算通过查工具表格分别计算土层压力、水压力和自重作用下的内力然后叠加。 9.5.5 管片截面设计 圆环属于偏心受压构件(正、负弯矩、轴向力 )，它的断面强度、配筋计算与裂缝宽度限制计算，按照钢筋混凝土基本构件计算。 接缝计算方面的内容。 1）管片纵向接缝计算 结构破坏大都开始于薄弱的接缝处。 （1）接缝张开的验算 接缝处受到外荷后的应力状态 由于拼装螺栓预加应力 上边缘（外边缘）可能受拉、可能受压、也可能不受力，若受拉，则需考量涂料强度及变形能力。 （2）接缝强度计算 计算接缝强度时近似地把螺栓看作受拉钢筋，并按钢筋混凝土截面进行计算； 一般先假定螺栓直径、数量和位置，然后计算中和轴x，按偏心受压构件对接缝强度进行验算。 环向螺栓位置， 在只设单排螺栓时，其位置大致为管片厚度的1/3处； 设双排螺栓时，内外排螺栓的位置离管片同外二侧各不小于100mm。 2) 管片环缝计算 环缝属空间结构，受力复杂，较难计算，故常按构造要求设置。 纵向螺栓的选择要确保环间联接良好，并能将邻环纵向接缝上的部分内力传到对应的衬砌断面上，使衬砌圆环能达一匀质刚度的要求。 在纵向发生较大变形，管片环缝构造设计和计算就是要满足隧道在纵向具有足够的抗弯强度。 本讲要点 掌握自由变形计算方法； 理解自由变形和非自由变形情况下，考虑地层弹性抗力的处理方法； 理解纵向接缝和环向接缝的强度计算。 本章要点 1.了解各种盾构的工艺原理。 2.掌握气压式盾构的计算方法； 3.掌握自由变形圆形衬砌的计算方法； 4.理解弹性抗力的处理方法。 5.了解构造措施和施工工艺。 盾构的地表变形和隧道的沉降问题应在实际工程中重视。 采用经验公式计算耗气量： —土质系数，当压力大于0.1MPa时，粘性土=3.65；砂性土=7.30。 （2）气压盾构施工 气压盾构施工中闸墙和气闸作用是将作业区与常压作业区隔开 。 闸墙必须有足够的强度与气密性。 气闸是钢板铆接或焊接而成的圆筒形结构，分人行闸和外闸两部分。 人行闸的管理是气压施工的重要环节，要严格遵守气压作业的工作时间及进出气闸的变压时间，以防减压病。 3）泥水加压盾构施工 用泥水加压盾构代替上述气压盾构施工，克服了气压施工的弊病 。 地面沉降，减压病，覆土深时，气压太高无法施工，覆土浅时，漏气等 。 泥水加压盾构是将压力为 的泥水， （式中H取2m）,压入盾构前部密封舱内，使其压力始终高于地下水压力 ，这样就保持了开挖面稳定的基本条件。 9.3.2 衬砌拼装 隧道衬砌是在盾构尾部壳保护下的空间内进行拼装。 组成：铸铁、钢、钢筋混凝土或钢与钢筋混凝土的复合材料等制成的管片或砌块。 结构受力及使用要求决定盾构及衬砌结构形式并决定其拼装方法。 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。 9.4 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； 施工阶段须装配简便、容易替换、承受盾构千斤顶顶力及其它施工荷载。 箱形管片 平板形管片 带肋管片的材料长期以来多为铸铁（见图9-6c）和钢。 环宽与厚度 国内外常用的环