盾构隧道管片设计方法.ppt

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盾构隧道(TBM Tunnel) 管片设计 内 容 管片类型 管片尺寸设计 作用荷载 计算模型 结构验算 管片堆放及吊装 管片类型 分类标准 管片材料 管片形状 管片类型 (1)钢管片 (2)钢筋混凝土管片 (1)矩形管片 (2)楔形管片 (3)梯形管片 (4)六边形管片 (5)箱形管片 梯形管片 矩形管片 楔形管片 六边形管片 箱形管片 管片尺寸设计 管片环的外径 取决于隧道隧道净空和衬砌厚度(管片厚度与二次衬砌厚度) 考虑施工误差与后期变形等 管片的厚度 主要由荷载条件决定,兼顾隧道施工条件和使用目的 同一条隧道一般采用统一厚度,通过调整配筋来满足受力要求 管片的宽度 从降低工程成本,减少接头,提高防水性能,加快施工速度方面考虑,管片宽度大些好 为便于运输、组装以及在隧道曲线上的施工,管片宽度小一些好 根据隧道断面,结合施工机械情况和实际工程经验,选择在经济、施工方面均较合理的宽度 中至大直径隧道管片宽度一般为1000~2000mm,隧道直径大则采用的管片宽 管片的分块 满足管片运输、吊装和拼装的要求 考虑封顶块的拼装方式和连接螺栓的布置与形式 据以往经验,管片环一般由5~11块管片组成,小直径隧道管片数少 作用荷载 特殊说明: 1. 上覆荷载地面活载:隧道埋深越大,地表荷载对之影响越小,如塌落拱高度小于隧道埋深,可以不考虑上覆荷载 2. 温度变化的影响:隧道内一年内温差变化较小,通常不考虑由于温度变化所产生的荷载 3. 盾构施工荷载: 盾构推进油缸的推力 作用在管片上的装配荷载 壁后注浆压力 计算模型 1. 平均等刚度圆环 2. 多铰圆环 3. 梁 – 弹簧模型 4. 有限元法 考虑接缝的存在,截面刚度按如下公式(Muir Wood)折减: EIe = E*[Ij + I * (4/n)^2] 其中Ij为纵向接缝截面惯性矩,I为管片截面惯性矩,n为接缝数量 计算模型 将纵向接头作为铰接结构来计算 1. 平均等刚度圆环 2. 多铰圆环 3. 梁 – 弹簧模型 4. 有限元法 计算模型 将纵向接缝考虑为旋转及剪切弹簧,旋转及剪切刚度宜根据实验确定;如将剪切弹簧常数设为零,当旋转弹簧常数为零时,则与多铰圆环计算法相同,当它被设为无限大时,则与平均等刚度圆环法相同。 1. 平均等刚度圆环 2. 多铰圆环 3. 梁 – 弹簧模型 4. 有限元法 计算模型 1. 平均等刚度圆环 2. 多铰圆环 3. 梁 – 弹簧模型 4. 有限元法 结构验算 通过以上计算模型运算,可以得到管片在各工况下各截面的内力,包括弯矩M、轴力N和剪力Q。需要开展的(但不限于)的结构验算包括 1)管片主截面承载能力极限状态计算,关键的断面包括正弯矩最大的截面、负弯矩最大的截面、轴力最大的截面和剪力最大的截面 2)管片在正常使用状态下的钢筋混凝土裂缝宽度验算 3)纵向和环向接缝承载能力验算 4)接缝连接螺栓强度验算 5)推进油缸推力的安全性验算 6)管片吊装与堆放设计 结构验算 管片主截面承载能力极限状态验算 依据规范BS 8110-3:1985 Design Chart进行管片配筋 考虑弯矩和轴力所设计的截面有足够的抗剪强度,可以不作抗剪验算 结构验算 正常使用状态管片的裂缝宽度验算 采用规范BS 8110-2:1985 Section 3.4中公式12计算 裂缝宽度不超过规范BS 8110-2: 1985 Clause 3.2.4规定值 (一般为0.3mm) 公式12 公式13 结构验算 结构验算 纵向接缝承载力验算 混凝土承载力(Bearing Capacity) 要考虑最大轴力和最大弯矩两种情况 A.国内按《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)要求设计 B.香港按Code of Practice for Precast Concrete Construction 2003–Clause 2.7.9验算) 和 一般错缝组装管片环,邻近管片会分担接缝处部分内力,所以建议在验算纵向管片接缝混凝土承载能力的时候要将最大轴力和弯矩进行折减,折减系数可根据实验或经验确定(目前香港未考虑折减) 结构验算 纵向接缝承载力验算 2. 螺栓锚固端混凝土强度验算 按Code of Practice for Structural Use of Concrete 2004 Clause 12.11计算所需钢筋量 结构验算 纵向接缝承载力验算 3. 螺栓强度验算 由自重荷载(Ws = F1)产生的剪力与拉力 Fs1 = Ws * cosα / n Ps = 0.6*Py*As Ft1 = Ws * sinα / n Pt 假定:缓冲垫上的所有压力(F2)均由螺栓施加 Fs

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