第6章盾构法隧道结构

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1、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

2、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

3、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<336锥度（mm）15~3020~4030~50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

4、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

5、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

6、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1自重一般采用：2拱背土压3竖向土压软粘土中按计算较为合适。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“

7、松动高度”理论进行进算。5侧向均匀主动土压4地面超载一般取6侧向三角形主动土压8拱底反力压7侧向土壤抗力一般取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5000~100000~100000~50000密实砂质土硬黏性土10000~30000水土分算时不用考虑9水压力（1）水土分算①按静水压力计算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

8、度应采用饱和重度，不再单独计算水压力。施工阶段1千斤顶推力盾构千斤顶施加在环缝面上，特别是千斤顶顶力存在偏心状态时，极易使管片开裂和顶碎。衬砌环受力2壁后注浆压力在向盾尾管片与围岩间隙注浆时，注浆压力在管片注浆孔周边将形成一个临时作用的偏心荷载，在此荷载作用下容易使管片发生变形甚至破坏。施工时的注浆压力一般为0.1～0.3MPa。施工阶段3管片拼装管片制作精度不高，环面接触不平，在拧紧螺栓时，使管片局部出现应力集中，导致管片开裂和存在局部内应力。4其他施