盾构法隧道结构_地下建筑结构课件.ppt

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1、10盾构法隧道结构21806年,工程师Brunel针对松散饱和软土层发明了最早的网格式盾构并提出专利。1818年,Brunel从蛆虫腐蛀船底成洞得到启发，提出了全封闭螺旋式盾构工法(土压平衡盾构的原型)。1825～1843年，Brunel设计的方形铸铁框盾构贯通了泰晤士河的第一条隧道。1869年,Burlow和Great负责建造泰晤士河的第二条隧道，Great采用新开发的圆形盾构、扇形铸铁管片。1886年,Great在南伦敦铁路隧道施工中使用了盾构和压气组合工法，为现在的盾构工法奠定了基础。盾构工法本章主要内容衬砌型式和构造衬砌圆环内力计算衬砌断面设计隧道防水及其综合

2、处理盾构新型管片衬砌形式10.1衬砌型式和构造10.1.1衬砌断面的型式与选型衬砌结构在施工阶段保护开挖面以防止土体变形、坍塌及泥水渗入，并承受盾构推进时千斤顶顶力及其它施工荷载；在隧道竣工后作为永久性支撑结构，并防止泥水渗入，同时支承衬砌周围的水、土压力以及使用阶段某些特殊需要的荷载，以满足结构的预期使用要求。依据隧道的使用目的、地层条件以及施工方法，合理选择衬砌的强度、结构、形式和种类等。盾构隧道横断面一般有圆形、矩形、半圆型、马蹄形、椭圆形等多种型式，最常用的为圆型与矩型。在饱和含水软土地层中修建隧道，由于顶压和侧压较为接近，较有利的结构型式是选用圆形结构。（一

3、）内部使用限界的确定隧道内轮廓的净尺寸应根据建筑限界或工艺要求并考虑曲线影响及盾构施工偏差和不均匀沉降来决定。1.车辆限界车辆限界是指在平、直线路上运行中的车辆达到的最大运动包迹线。在确定车辆限界的各个控制点时，除考虑车辆外轮廓横断面的尺寸外，还需考虑到制造上的公差，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。2.建筑限界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。任何固定的结构、设备、管线等都不得侵入这个限界以内。建筑限界由车辆限界外增加适量安全间隙来求得，其值一般为150～200mm。（二）圆型隧道断面的优点可

4、等同地承受各方向外部压力。饱和含水软土地层中顶压、侧压较为接近，更显示出圆形隧道断面的优越性；施工中易于盾构推进；便于管片的制作、拼装；盾构即使发生转动，对断面的利用也毫无妨碍。用于圆形隧道的拼装式管片衬砌一般由若干块组成，分块的数量由隧道直径、受力要求、运输和拼装能力等因素确定。管片类型分为标准块、邻接块和封顶块三类。管片宽度一般为300mm～2000mm，厚度为隧道外径的5%～6%，块与块、环与环之间用螺栓连接。（三）单双层衬砌的选用隧道衬砌是直接支承地层，保持规定的隧道净空，防止渗漏，同时又能承受施工荷载的结构。由管片拼装的一次衬砌和必要时在其内面灌注混凝土的二

5、次衬砌所组成。一次衬砌为承重结构的主体，二次衬砌主要是为了一次衬砌的补强和防止漏水与浸蚀而修筑的。由于防水或截水材料质量的提高，可以考虑省略二次衬砌，采用单层的一次衬砌，既承重又防水。对于有压的输水隧道，为了承受较大的内水压力，需做二次衬砌。10.1.2衬砌的分类及其比较(一)按材料及形式分类1．钢筋混凝土管片1)箱形管片一般用于较大直径的隧道。单块管片重量较轻，管片本身强度不如平板形管片，特别在盾构顶力作用下易开裂。2)平板形管片用于较小直径的隧道，单块管片重量较重，对盾构千斤顶顶力具有较大的抵抗能力，正常运营时对隧道通风阻力较小。2．铸铁管片国外在饱和含水不稳定地

6、层中修建隧道时较多采用铸铁管片。管片较轻，耐蚀性好，机械加工后管片精度高，能有效地防渗抗漏。缺点是金属消耗量大，机械加工量也大，价格昂贵。由于铸铁管片具有脆性破坏的特性，不宜用作承受冲击荷重的隧道衬砌结构。3．钢管片优点是重量轻、强度高。缺点是刚度小，耐锈蚀性差，需进行机械加工以满足防水要求。成本昂贵，金属消耗量大，国外在使用钢管片的同时，再在其内浇注混凝土或钢筋混凝土内衬。4．复合管片外壳采用钢板制成，在钢壳内浇注钢筋混凝土，组成一复合结构，其重量比钢筋混凝土管片轻，刚度比钢管片大，金属消耗量比钢管片小。缺点是钢板耐蚀性差，加工复杂冗繁。(二)按结构型式分类根据不同

7、的使用要求分成箱形管片、平板形管片等几种结构型式。钢筋混凝土管片四侧都设螺栓与相邻管片连接。平板形管片在特定条件下可不设螺栓，称为砌块，砌块四侧设有不同几何形状的接缝槽口，以便砌块间和环间相互衔接起来。1.管片适用于不稳定地层内各种直径的隧道，接缝间通过螺栓予以连接。由错缝拼装的可视为一匀质刚度圆环，接缝由于设置了一排或二排的螺栓可承受较大的正、负弯矩。环缝上设置纵向螺栓，具有抵抗隧道纵向变形的能力。管片拼装进度大为降低，增加工人劳动强度，也相应地增高了施工和衬砌费用。2．砌块一般适用于含水量较少的稳定地层内。由于隧道衬砌的分块要求，使由砌块拼成的圆