值得借鉴的盾构隧道衬砌结构构造

值得借鉴的盾构隧道衬砌结构构造

时间:2010-12-06 11:15来源:邵理中作者:中国盾构网点击: 53次

摘要:介绍了德国新颖隧道衬砌结构构造,改环形企口为卯眼、榫头式。通过深入的分析,与现行的隧道衬砌结构构造比较,大大减少了管片顶裂的可能性;保证剪力的可靠传递;即使榫头受剪

摘要:介绍了德国新颖隧道衬砌结构构造,改环形企口为卯眼、榫头式。通过深入的分析,与现行的隧道衬砌结构构造比较,大大减少了管片顶裂的可能性;保证剪力的可靠传递;即使榫头受剪破坏,防水密封性能不受影响;接头拼装损坏可能性少,加快拼装成环速度。故可推荐在地铁隧道工程中应用。

关键词:隧道衬砌结构盾构法

德国维司·福雷特公司(Wayss&Freytag)在杜塞尔多夫地铁盾构法双线隧道工程中,首次将错缝拼装的衬砌管片环肋面上连续的环形企口改为卯眼、榫头式(简称卯榫式)衬砌结构构造。每一块管片在离端头1/4弧长上设置两对腰圆形的卯眼和榫头,实现环向内力纵向传递,卯眼和榫头起剪力键的作用;在每块管片上用传力凸块(千斤顶承压块)加传力衬垫,设置3个千斤顶顶力传力区域,而使卯眼、榫头纵向不传顶力,使防水密封圈的两侧也不传顶力。这些结构构造的合理改进,改善了管片的施工和正常使用阶段的受力性能,施工速度快,拼装真圆度精度高,防水效果好,降低了工程造价,得到了欧洲各国和日本认同。这种隧道衬砌结构构造在德国慕尼黑地铁一号线东段、汉堡易北河第4条公路隧道和荷兰Botlek隧道、通向鹿特丹南部的第二条Heinenoord隧道中得到了应用。

1卯眼、榫头式衬砌结构构造和受力分析

总体布置见图1。采用双联千斤顶(2只千斤顶合一顶块),使每一块管片形成三个纵向顶力作用区域,在管片两端各安排半个顶块,形成顶块骑缝。

这种布置的主要优点是管片在纵向顶力的作用下,基本上不产生纵向次内力。这是因为空间结构三点支承是静定体系(三点不在同一直线上),当平行力系作用在支承点上时,理论上不管支点如何高低不平,结构不产生强制变形的内力,

支点反力与作用力相等,即使在不平的环肋面上,管片也不会被顶裂。这样就改变了以往错缝拼装的最大缺点。此外,由于千斤顶顶块骑缝,可校正相邻两块管片的环平面高低差,减少环肋面不平的误差,达到了与衬砌通缝拼装不会顶裂管片的同样效果。

这种布置对盾构千斤顶提出的要求是千斤顶要做成双联千斤顶,千斤顶数量应是4的倍数,即管片分块数的4倍。如上海地铁盾构22只千斤顶需要改成12对双联(24只)千斤顶。

1.1千斤顶传力措施

在千斤顶作用一侧,设置传力凸起块,在另一侧粘贴传力衬垫(胶合板),见图2、图3,并使卯眼、榫头面不接触,不传递纵向顶力。

由于设置专用的千斤顶传力凸起块(凸起3mm),防止接缝处管片混凝土局部压损,也保证了防水密封条的槽口不会压损,提高了钢筋混凝土管片的完整性,保证了密封条的防水效果。

千斤顶传力凸块构造见图4、图5。凸块沿管片环肋面圆弧方向设置,每一管片分4块,自离管片端头30～50mm至离卯眼30～50mm,再自离卯眼的另一头30～50mm至离管片1/2处30～50mm(中间留有断口),两边对称布置。传力凸块的径向中心与管片环肋面中心一致,且与千斤顶作用力一致,其尺寸以不影响防水密封条槽损坏为原则,从图4中估计约225mm。

传力衬垫(胶合板)是管片纵向传力的支承点,又是起均布千斤顶力作用,改善了局部接触应力集中,不使管片局部压损,此外还增加了隧道衬砌结构适应纵向变形的能力。传力衬垫粘贴位置在千斤顶作用的另一侧,其形心在千斤顶合力作用线的延长线上,面积大小与千斤顶顶力相适应。传力衬垫厚度为3mm。1.2卯眼、榫头构造

卯眼和榫头详细构造见图4、图5所示。

卯眼设置在千斤顶作用的环肋面上,榫头设置在背千斤顶作用的环肋面上。

卯眼、榫头环向位置在一块管片的1/4弧长位置,使管片可以错缝相接。为使卯眼、榫头传力时外侧的防水密封圈槽不被破坏,卯眼、榫头径向中心在管片环肋面中心线向内移16mm的位置上。

卯眼深度为29mm(加传力凸块厚度3mm,总深度32mm),榫头高度为30mm。接缝间隙6mm(3mm千斤顶传力凸块和3mm传力衬垫)。为了保证卯眼、榫头不传递纵向千斤顶顶力,正常情况保持5mm间隙,即使在没有传力衬垫的情况下,仍然有2mm的间隙。

卯眼、榫头的楔斜度约为1!2.3,径向楔斜缝隙为7mm,在缝隙中再粘贴抗剪条,见图2。环向除保持斜度外,将卯眼加长50mm,增大环向间隙。

卯眼、榫头的平面尺寸,除了按传递剪力设计外,还应确保剪切破坏时首先

发生在榫头上,而卯眼不破损。

1.3环、纵向连接螺栓

环、纵向螺栓均采用斜螺栓,螺栓位置在管片环、纵向接缝中合理的受力位置上,不仅减少了1/2螺栓手孔数量,而且大大缩小了螺栓手孔尺寸。这比弯螺栓受力条件好,使箱形管片变成板形管片,简化了管片构造,避免了箱形管片环、纵肋复杂配筋,提高了管片的抗裂性能。唯一要解决的是单头螺栓的安装连接问题,可采取螺孔导向措施来解决。

环向每一接头设2个螺栓,交叉布置,纵缝两边各布置一个手孔。纵向每块管片设4个螺栓,单向布置,靠近卯眼的一边布置手孔,榫头的一面布置螺母。

螺栓的倾斜角度,根据螺栓的强度,管片混凝土的强度而定,接头破坏时应让螺栓达到强度极限而手孔不破坏。

在易北河第4条隧道和荷兰的GroeneHart隧道中,环、纵向连接螺栓仅作为拼装工具,隧道向前掘进一段距离后,即将螺栓卸掉,成为没有金属连接件的隧道衬砌结构。

1.4卯眼配筋

根据卯眼受剪时裂缝可能发生的位置(基本上按45°方向发展),故在与裂缝垂直方向配置!10mm钢筋,沿环向表面配置Φ14mm钢筋,并与Φ10mm钢筋焊接,使Φ10mm钢筋锚固可靠,见图6。2卯眼、榫头式接头与环形企口接头比较

1)卯眼、榫头式管片在环肋面上三个区域设置了传递纵向顶力的传力凸块和传力衬垫,理论上是不会因环肋面不平而产生管片附加内力,大大减少了管片顶裂的可能性。环形企口式管片传力不明确,特别在衬砌错缝拼装时极容易被顶裂。

2)卯眼、榫头不承受千斤顶顶力,盾构掘进时不会顶坏,保证了剪力可靠传递。环形企口承受千斤顶顶力,容易受损,不仅影响了剪力传递,衬砌防水也受其影响。见图7。

3)衬砌环传递剪力时,卯眼、榫头式管片让榫头与卯眼受力,并且受剪破坏时,榫头先破坏,防水密封槽不受影响,保证了衬砌防水的可靠性,体现了以防水为中心的思路。环形企口式管片凹凸口传力,会使凹槽和防水密封槽一起破坏,影响了衬砌的防水性能;或由于拼装误差产生接头挤压,以致挤压损坏,也会影响衬砌防水。

4)管片拼装时,卯眼、榫头式管片可动度要比环形企口式管片大一倍,允许的拼装误差大,从而减少了接头拼装损坏的可能性,也加快了拼装成环速度。

3结语

在建的上海地铁4号线22km盾构法隧道结构已成定局。现介绍的新颖盾构隧道衬砌结构构造很值得借鉴。然而应用这一新技术尚有一定难度,要改进原有旧盾构、制作新钢模,还有新旧交替等一系列问题。期望这一新技术在上海尽快得到应用。

参考文献

1SingleShellliningwithreinforcedconcretesegmentsforextremeloads.Dipl. -ing.WernerTuchschererDipl.-ing.ErdoganGurkanDipl.-ing.JurgenBreuerSe lectionofPublicationsissuedbyWayss&FreytagingenieurbauAG1999.

2福井正憲.ドイツの新しいほぞ付きセグメント.トンネルと地下,2000,(8).

3朱沪生.高质量、高效率建设上海网络型枢纽型城市轨道交通.城市轨道交通研究,2004,(4).123

区间盾构隧道结构设计

区间盾构隧道结构设计 1）主要设计原则 ①盾构隧道衬砌结构应满足运营功能要求以及建筑限界、施工工艺、结构防水和城市规划等方面的要求。结构安全等级为一级，按地震烈度为7度进行结构抗震设计，采取相应的构造处理措施，以提高结构的整体抗震能力。结构抗力应满足人防部门的要求，抗力级别为6级。 ②结构类型和施工方法，应根据工程地质、水文地质和周围的环境条件，通过技术经济比选确定，并应按相关规范的规定进行结构设计计算。 ③结构设计应符合强度、刚度、稳定性、抗浮和裂缝宽度验算的要求，并满足施工工艺的要求。 ④对于钢筋混凝土结构应就其施工和正常使用阶段进行结构强度计算，必要时也应进行刚度和稳定性验算。钢筋混凝土结构应进行裂缝宽度验算，其最大裂缝允许值为：明挖法和矿山法施工的结构为0.2～0.3mm；盾构法施工的结构为0.15～0.20mm。结构进行抗浮验算时，其抗浮安全系数不得小于1.05，否则应采取抗浮处理措施。 ⑤采用暗挖法施工时，区间隧道为平行的双洞单线隧道，两隧道的净距一般不宜小于1.0倍隧道洞径。 ⑥所选择的盾构机型，必须对地层有较好的适应性，并同时依据盾构推进速度、周围环境状况、工期、造价等各方面进行技术经济比较后确定。 ⑦严格控制工程施工引起的地面沉降量，其允许数值应根据地铁沿线的地面建筑及地下构筑物等实际情况确定，并因地制宜地采取措施。 ⑧结构防水设计应根据工程地质、水文地质、地震烈度、环境条件、结构形式、施工工艺及材料来源等因素进行，并应遵循“以防为主、多道设防、刚柔结合、因地制宜、综合防治”的原则。车站及出入口通道防水等级为一级；车站风道及区间隧道防水等级为二级。 2）盾构机类型的选择

第六讲盾构衬砌结构

地下工程设计原理第06章盾构衬砌结构 主讲教师：胡敏云

本章主要内容 ?什么是盾构技术？ ?盾构构造和分类 ?盾构尺寸和千斤顶推力 ?盾构推进及衬砌拼装 ?装配式圆形衬砌构造 ?内力计算与管片结构设计 学习要求： ?了解盾构隧道的功能和适用环境； ?掌握圆形衬砌构造、内力计算与管片结构设计。

盾构法是暗挖隧道的 专用机械——盾构机在地面以下建造隧道的一种施工方法。 构成盾构法的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。 盾构法施工

什么是盾构技术？ ?盾构（shield ）是一种钢制的活动防护装置或活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市居民区修建隧道的一种机械。 ?头部可以安全地开挖地层,尾部可以装配预制管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌。 ?盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。 适用条件 ?在松软含水地层中修建隧道、水底隧道及地下铁道时采用各种不同形式的盾构施工最有意义； ?暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节等条件的影响。 发展历史 ?用盾构法修建隧道开始于1818年，法国工程师布鲁诺尔； ?1825年在英国泰晤士河下首次用矩形盾构建造隧道； ?近代，日本盾构法得到了迅速发展，用途越来越广，并研制了大量新型盾构； ?我国于1957年北京下水道工程中首次出现2.6m 小盾构； ?上海市延安东路过江道路隧道使用11.0 m 直径的大盾构；

砂性地层中地铁盾构隧道管片结构受力特征研究

第28卷第5期 岩 土 力 学 V ol.28 No.5 2007年5月 Rock and Soil Mechanics May 2007 收稿日期：2005-06-08 修改稿收到日期：2006-01-09 作者简介：何川，男，1964年生，博士，教授，博士生导师，主要从事隧道及地下工程研究。 论文联系人：曾东洋，男，1977年生，博士，主要从事盾构隧道设计理论与方法研究。E-mail: zdyandlj@https://www.wendangku.net/doc/9015430652.html, 文章编号：1000－7598－(2007) 05－0909－06 砂性地层中地铁盾构隧道管片结构受力特征研究 何 川1，曾东洋1, 2 （1.西南交通大学 地下工程系，成都 610031；2.中交第一公路勘察设计研究院，西安 710075） 摘 要：以南京地铁一号线穿越砂性地层盾构隧道为研究对象，对管片环施工全过程和稳定期进行了现场系统研究。采用考虑结构与地层相互作用的梁-弹簧模型进行理论计算，探讨了砂性地层中盾尾注浆、土体应力松弛、水压力及拼装方式对管片环土水压力、纵缝张开量、内力等的分布和变化规律的影响，揭示了砂性地层中地铁盾构隧道管片环的结构性能及其与地层的相互作用特性，提出了适用于砂性地层条件下的地铁盾构隧道设计原则与方法。 关 键 词：盾构隧道；管片环；土压力；纵缝；内力；梁-弹簧模型 中图分类号：U 451 文献标识码：A Research on mechanical characteristics of metro shield tunnel segment in sandy strata HE Chuan 1 , ZENG Dong-yang 1, 2 (1. Department of Tunnel &Underground Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China; 2. The First Highway Survey & Design Institute of China Communications, Xi’an 710075, China) Abstract: Based on the Nanjing metro shield tunnel traversing sandy strata, systematic in-situ investigation and theoretical simulation of the beam-spring model with consideration of the interactions between lining structure and surrounding soil during the segment assembly and stabilization are carried out. Influences of the shield tail serum injection, soil stress relaxation, water pressure and segment ring assembly on the distributions and varying laws of sandy strata segment ring soil pressure, the longitudinal joint gap and internal forces are discussed. The characteristics of the interactions between shield tunnel segment and the sandy strata are investigated. The applicable principle and method for metro shield tunnel segment design in sandy strata are also proposed. Key words: shield tunnel; segment ring; soil pressure; longitudinal joint; internal force; beam-spring model 1 前 言 根据隧道所处地层围岩的渗透性差异，国内外地铁盾构隧道管片结构设计中，对作用于衬砌结构 的土水压力计算提出了水土分算和水土合算两种模式[1]，并对特定地层情况下修建隧道时的管片结构及围岩应力分布等进行了一系列研究。日本山野一良等[2]对干砂中修建隧道的成拱问题进行了试验研究，日本T. Yoshimura 等[2] 通在离心机试验测量了盾构开挖中的土体位移和衬砌应变，朱合华[3]结合地铁盾构隧道施工所测衬砌结构内力，对衬砌结构外荷载分布形式进行了反演，金康宁[4]在考虑了土体切向和法向抗力的前提下，对隧道结构内力计算模型进行了探讨，周小文[2]等对影响隧道衬砌结构 承载的砂性地层松动土压力等进行了研究，陈伟[5]等结合广州地铁区间隧道施工中管片结构的工作性能进行了试验研究。 由已有成果可知，目前盾构隧道管片结构性能的研究还主要集中于结构荷载和围岩应力分布地研究，而对制约结构设计的施工全过程和稳定期间的管片结构性能及其与地层共同作用下的变形和内力分布较少研究，基于此，本文以南京地铁一号线砂性地层中的盾构隧道为研究对象，采用现场试验和理论计算相结合的手段，对施工全过程和稳定期的管片受力特征进行研究，探明了砂性地层条件下的管片结构与地层之间的相互作用特征，明确了砂性地层中修建盾构隧道的设计原则和方法，研究成果可供工程设计和施工借鉴和参考。

盾构法隧道基本原理及特点

盾构法隧道基本原理及特点 1．盾构法隧道基本原理 盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。这个钢质组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，这个钢质组件被简称为盾构。盾构另一个作用是能够承受来自地层的压力，防治地下水或流沙的入侵。 隧道拱内圈的空洞由盾构本体防护，同时还需要其他辅助措施对工作面进行支护。盾构法隧道主要有以下几种支护土体方法和与之相匹配的盾构类型，见图1，各种类型盾构掘进机的支护面板见图2。 几种支护土体方法和与之相匹配的盾构类型 各种类型盾构掘进机的支护面板 2．盾构法隧道优缺点 盾构法隧道优点： （1）在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工；

盾构法隧道施工不受地面自然条件的影响 （2）盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度较低； 盾构法隧道机械化、自动化高 （3）地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰；在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径速度，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。 盾构法隧道能保护地面人文自然，经济效益明显 盾构法隧道缺点： （1）盾构机械造价较昂贵，隧道的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺较复杂；在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险极大； （2）需要设备制造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、盾构转移等施工技术的配合，系统工程协调难； （3）建造短于750m的隧道没有经济性；对隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工难度大。

盾构隧道施工组织设计

第一章地质描述 第一节概述 一、概述 二、线路段工程地质条件 （一）、地形、地貌 。 （二）、岩土体工程地质特征 （三）、水文地质特征 区间地质描述 区间地质描述详见表7-1-1、表7-1-2；土体主要物理力学性质指标表7-1-3、7-1-4。。 一、科技路站 第三节补充地质勘察

第二章工程特点 第一节工程主要技术难点及对策 第二节工程的主要特点 一、交叉多，干扰大 集中体现在结构交叉多、工序交叉多、接口界面交叉多、专业交叉多、前期与后期交叉多，施工相互干扰较大。执行关键工期计划所发生的各规定部分的工期偏差，会影响其它作业。结构的多交叉，存在空间效应与体系转换问题。 二、地处市区，环境特殊 主要体现在地面建筑物密集，施工对周围环境的影响必须严格控制，文明施工要求严格，环境保护标准高。 三、任务重，系统性强 全部工程要求在33个月内完成。其中，盾构机需要引进，鉴定、安装、调试，前期试掘进进度会放缓，中间加快，出洞又会放缓，还要调头、转场，工序复杂，任务重。采用盾构机施工，这是隧道工厂化施工的模式，其系统性特别强，环节与环节之间的衔接、匹配是否合理，直接影响施工效率，直接影响施工的安全、质量、速度。四、地质复杂，施工难度大 地铁隧道主要穿越Ⅱ4、Ⅲ1层。Ⅱ4层以上主要为砂性土，其渗透性强，富水性好，围岩稳定性极差。Ⅱ4、Ⅲ1层水平分层，盾构机易磕头；且局部地区覆盖层过浅。施工中容易造成地面隆起或沉降。 第三章施工准备 施工准备工作是否充分、到位，将直接影响施工总体安排，影响主体工程能否按时开工，影响到工程开工后能否顺利进行，施工前必须做好各项准备。我局中标后，迅速组成项目部开展各项工作。在最

盾构隧道设计基本概念

盾构隧道设计基本概念 1盾构管片的几何设计 1.1隧道线形的选择—平纵断面的拟合 隧道的中线是由直线及曲线组成。设计常常采用楔形衬砌环（见图1-1），来实现盾构隧道在曲线上偏转及纠偏，楔形衬砌环最大宽度与最小宽度之差称为楔形量。一般来说，楔形量的确定具有经验性，应考虑管片种类、环宽、直径、曲线半径、曲线区间楔形管片环使用比例、管片制作的方便性、盾尾操作空隙因素综合确定；管片楔形量还必须为施工留出适当的余裕。如下图所示，阴影部分是管片的平面投影图，圆弧是隧道设计中心线，圆弧中心点O1是隧道的转弯半径所在的中心点，O2是理论上能拼出的最小转弯半径时的圆心，则O2P＜O1P。 a）普通环b）单侧楔形环c）两侧楔形环 图1-1 楔形衬砌环（β-楔形角、△-楔形量） 图1-2 楔形量与转弯半径示意图 日本曾统计管片外径与楔形量的相关关系，如下图所示。

图1-3 楔形量的施工统计 《盾构工程用标准管片（1990年）》规定管片环外径与楔形量的关系如表1-1所示。 表1-1 楔形量与管片环外径的关系 目前，多采用楔形衬砌环与直线衬砌环的组合、左右楔形衬砌环以及通用型管片。 1.1.1标准环+楔形环 管片拼装时，根据隧道线路的不同，直线段采用标准环管片，曲线段采用楔形管片（左转弯环、右转弯环）用于隧道的转弯和纠偏。楔形环的楔形角由标准管片的宽度、外径和施工曲线的半径而定。采用这类管片时，至少需三种管片模具，即标准环管模、左转弯环管模和右转弯环管模。 a）直线段b）曲线段 图1-4 标准环+楔形环拟合线路 通常，以短折线拟合曲线，在设计时常以2标准环+1楔形环来拟合；不得以（极端困难）时，以1标准环+1楔形环来拟合。

盾构衬砌设计计算书

盾构隧道衬砌设计计算书 060987李博 一、设计资料 如图所示，为一软土地区地铁盾构隧道横断面，有一块封顶块K，两块邻接块L，两块标准块B 以及一块封底块D 六块管片组成。 q=20kN/m 2 j=7.2 j=8.9 部分数据 地面超载 2/20m kN q =超 地层基床系数 2/20000m kN k = 衬砌外径 m D 2.60= 衬砌内径 m D 5.5= 管片厚度 mm t 350= 管片宽度 m b 2.1=

管片裂缝宽度 允许值 []mm 2.0=v 接缝张开允许值 []mm 3=D 混凝土抗压强度 设计值 MPa f c 1.23= 混凝土抗压强度 设计值 MPa f t 89.1= 钢筋抗拉强度 设计值（II 级钢） MPa f y 300= 钢筋抗拉强度 设计值（II 级钢） MPa f y 300' = 管片混凝土 保护层厚度 mm a a s s 50' == 钢筋抗拉强度 设计值（I 级钢） MPa f y 210= 混凝土弹性模量 2 7 /1045.3m kN E ′= 钢筋弹性模量 （II 级钢） 28/100.2m kN E ′=钢 M30螺栓有效面 积 26.560mm A g = M30螺栓设计强 度 MPa R g 210= M30螺栓弹性模 量 28/101.2m kN E ′=螺栓 M30螺栓长度 cm l 5.18=螺栓 二、荷载计算 1、 自重 kN R D D g H h 81.1602)(41 220=×-=p g p 2、 竖向土压力 由于隧道上覆土层为灰色淤泥质粉质粘土，地层基床系数2 /20000m kN k =，推测应为硬黏性土，且隧道埋深超过隧道半径很多倍，故竖向土压力应按照太沙基公式计算。 衬砌圆环顶部的松弛宽度 m D B 73.6)4 8cot(200=+= j p 地面超载2 /20m kN q =超，且H q

盾构隧道结构ansys计算方法

一、盾构隧道结构计算模型 1、惯用法(自由圆环变形法) 惯用法的想法早在1960年就提出了，在日本国内得到了广泛的应用。惯用法假设管片环是弯曲刚度均匀的环，不考虑管片接头部分的柔性特征和弯曲刚度下降，管片截面具有同样刚度，并且弯曲刚度均匀的方法。这种方法计算出的管片环变形量偏小，导致在软弱地基中计算出的管片截面内力过小，而在良好地基条件下计算出的内力又过大。地层反力假设仅在水平方向上下45°范围内按三角形规律分布，这种模型可以计算出解析解。 P 0 k δ

2、修正惯用法 在采用惯用法的60年代，怎样评价错缝拼装效应是一个问题。如果错缝拼装管片，可弥补管片接头存在造成的刚度下降。于是，在对带有螺栓接头的管片环进行多次核对研究时，首次引入了η-ξ对错缝拼装的衬砌进行内力计算，即为修正惯用法。该法将衬砌视为具有刚度ηEI的均质圆环，将计算出的弯矩增大即（1+ξ）M，得到管片处的弯矩；将求出的弯矩减少即（1-ξ）M，得到接头处的弯矩。其中η称为弯曲刚度有效率，ξ称为弯矩增加率，它为传递给邻环的弯矩与计算弯矩之比。管片接头由于存在一些铰的作用，所以可以认为弯矩并不是全部经由管片接头传递，其一部分是利用环接头的剪切阻力传递给错缝拼装起来的邻接管片。 隧 道 纵 向 接头传递弯矩示意图

二、管片计算荷载的确定 1、荷载的分类 衬砌设计所考虑的各种荷载，应根据不同的地质条件和设计方法进行假定并根据隧道的用途加以考虑。衬砌设计所考虑的各种荷载见表所示。 衬砌设计荷载分类表

2、计算断面选择 埋深最大断面 埋深最小断面 埋深一般断面 水位 3、水土压力计算 对于粘性土层，如西安地铁黄土地层、成都地铁二号线膨胀土地层等，应采用水土压力合算的方式进行荷载计算。此时，地下水位以上地层荷载用湿容重计算，地下水位以下用饱和容重计算。 对于透水性较好的砂性地层，如西安地铁粗砂、中砂地层，成都地铁卵石土地层等，应采用水土压力分算的方式进行荷载计算。此时地下水位以上地层荷载用湿容重计算，地下水位以下用浮容重计算。 水土压力合算与分算，主要影响管片结构侧向荷载。一般水土分算时侧向压力更大。 4、松弛土压力 将垂直土压力作为作用于衬砌顶部的均布荷载来考虑。其大小宜根据隧道的覆土厚度、隧道的断面形式、外径和围岩条件等来决定。考虑长期作用于隧道上的土压力时，如果覆土厚度小于隧道外径，一般不考虑地基的拱效应而采用总覆土压力。但当覆土厚度大于隧道外径时，地基中产生拱效应的可能性比较大，可以考虑在计算时采用松弛土压力，一般采用泰沙基公式计算。

盾构隧道设计

盾构隧道设计 发表时间：2018-10-25T09:59:07.767Z 来源：《知识-力量》2018年11月上作者：李帅远周鹏方保江 [导读] 盾构机是现在常用的一种地下隧道挖掘设备，被广泛应用与我国的隧道建设中，本文以汕头市苏埃通道为力，根据地质情况，才去明挖逆作施工法进行施工，进行盾构隧道设计提供相应的方案，并以此为例为其他盾构隧道 （郑州大学机械工程学院，河南郑州 450001） 摘要：盾构机是现在常用的一种地下隧道挖掘设备，被广泛应用与我国的隧道建设中，本文以汕头市苏埃通道为力，根据地质情况，才去明挖逆作施工法进行施工，进行盾构隧道设计提供相应的方案，并以此为例为其他盾构隧道设计提供参考。 关键词：隧道；结构设计 ABSTRACT: Shield machine is now a common underground tunnel excavation equipment, widely used in the tunnel construction of our country, this article to shantou Sue Mr Channel, according to the geological conditions, to Ming dig top-down construction method the construction, shield tunnel design to provide the corresponding solutions, and provide a reference for other design of shield tunnel. Keywords:tunnel, structure desig 引言 本文以汕头苏埃通道为研究路线全长6680m，其中北岸路基长250m，南岸路基长360m，南岸互通立交长770m，隧道长5300m。工程跨越三个不同的地貌单元。南部为丘陵区，基岩埋藏浅，地形高低起伏，建筑物少。北部为滨海三角洲平原区，基岩埋深大，地势低平，为居民区，其间高楼林立，巷道纵横。中部为海区。本文重点对结构进行设计，为工程施工进行参考。 1 盾构隧道设计方案 图0-1 盾构隧道路线图 盾构接收井采取明挖逆作法施工，第一道环框梁(3500mm×1800mm)、第二道环框梁(3500mm×2500mm)与砼支撑同时施工，设置一道中隔墙，厚1200mm。底板为1500mm，侧墙为1200mm，中板为400mm，顶板为800mm。风塔底板为1000mm，侧墙为1200mm，顶板为800mm。见图1-1北岸盾构接收井结构形式。 图1-1 北岸盾构接收井结构形式 1.2盾构始发井的设计 南岸盾构始发井位于围堰内，盾构始发井尺寸为25m(长)×49.9m(宽)×26m(深)。基坑围护结构采用1200mm厚地连墙，竖向设置六道斜砼支撑，中间设置临时中立柱(采用460mm×460mm格构柱)，柱下采用Φ1200mm的钻孔桩基础。盾构始发井采取明挖逆作法施工。第一道环框梁(1000mm×1200mm)、第二道环框梁(3500mm×2500mm)与砼支撑同时施工。设置两道厚1000mm中隔墙，底板厚度为2000mm，侧墙厚

盾构隧道衬砌结构内力计算方法的对比分析研究_曾东洋

文章编号:1673-0836(2005)05-0707-06 盾构隧道衬砌结构内力计算方法的对比分析研究 曾东洋,何　川 (西南交通大学地下工程系,成都　610031) 摘　要:在对目前国内外盾构隧道衬砌结构设计中普遍采用的惯用法、修正惯用法、多铰圆环法和梁-弹簧模型计算法进行详细介绍的基础上,以南京地铁南北线为研究对象,运用不同设计方法对盾构隧道在不同埋深下的管片环最大变形量、轴力、弯矩、剪力、螺栓剪力等的大小、分布规律及影响因素进行了系统研究,深入探讨了设计方法对盾构隧道衬砌结构设计所造成的影响。 关键词:盾构隧道衬砌;惯用法;修正惯用法;多铰圆环法;梁-弹簧模型 中图分类号:U451 文献标识码:A Comparison and Analysis Research of Different Shield Tunnel Lining Internal Forces Design Methods ZE NG Dong-yang,HE Chuan (Dept.of Tunnel&Underground Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu610031,China) Abstract:On the basis of detailed description of different methods widely used in the shield tunnel lining design wowa-days,such as the routine method,the modified routine method,the multi-hinge ring method and the beam-sprin g meth-od,a s ystematic investigation on the distribution and influential factors of the shield tunnel segment ring deformation,axis force,moment,segment shear force and bolt shear force with different design method and cover depth of the Nanjing Metro South-North Line are carried out,in fluences of different design methods on the shield tunnel linin g design are also dis-cussed. Keywords:shield tunnel linin g;routine method;modified routine method;multi-hinge ring method;beam-spring method 1　引言 根据工程设计中对管片接头的不同力学处理方式,国内外盾构隧道管片衬砌结构设计方法主要可分为(修正)惯用法、多铰圆环法和梁-弹簧模型计算法等四种。我国主要采用(修正)惯用法或在依据已有工程经验的基础上采用工程类比法进行设计[1],而国外主要采用多铰圆环法[2]和梁-弹簧模型计算法[3]对盾构隧道管片衬砌结构进行内力计算和结构设计。 不同设计方法对盾构隧道管片接头力学性能的假设不尽相同,从而使得工程设计过程中因设计者采用不同设计方法计算所得控制衬砌结构设计的力学参数,如结构变形、内力大小及分布等产生较大差异,导致设计过于保守或偏于不安全。鉴于此,本文以南京地铁南北线一期工程为背景,在对盾构隧道管片接头刚度研究[4]的基础上,分别运用(修正)惯用法、多铰圆环法和梁-弹簧模型计算法对在不同埋深下的盾构隧道衬砌结构变形和内力分布等设计因素进行系统研究和比较,以探明不同 第1卷　第5期2005年10月 地下空间与工程学报 Chinese Journal of Underground Space and Engineering Vol.1 Oct.2005 收稿日期:2005-03-09(修改稿) 作者简介:曾东洋(1977-),男,重庆铜梁人,西南交通大学地下工程系博士研究生,主要从事盾构隧道设计理论与方法研究。

地下建筑结构课程设计隧道盾构施工

目录 1 荷载计算-------------------------------------3 1.1 结构尺寸及地层示意图-----------------------3 1.2 隧道外围荷载标准值-------------------------3 1.2.1 自重--------------------------------3 1.2.2 均布竖向地层荷载----------------------4 1.2.3 水平地层均布荷载----------------------4 1.2.4 按三角形分布的水平地层压力--------------5 1.2.5 底部反力-----------------------------5 1.2.6 侧向地层抗力--------------------------5 1.2.7 荷载示意图----------------------------6 2 内力计算---------------------------------------6 3 标准管片配筋计算--------------------------------8 3.1 截面及内力确定-----------------------------8 3.2 环向钢筋计算--------------------------------8

3.3 环向弯矩平面承载力验算-----------------------11 4 抗浮验算-------------------------------------10 5 纵向接缝验算--------------------------------12 5.1 接缝强度计算------------------------------12 5.2 接缝张开验算------------------------------14 6 裂缝张开验算------------------------------15 7 环向接缝验算----------------------------16 8 管片局部抗压验算-----------------------------17 9 参考文献-------------------------------18 一.荷载计算 1.1结构尺寸及地层示意图

盾构法特点总结

地下工程 盾构法施工过程涉及的力学问题分析 专业：土木工程系 班级： 1009 姓名： 日期： 2013/04/27 南京过江隧道（盾构施工） 一、南京过江隧道简介 南京长江隧道于2008年5月开工到2009年8月22日全线胜利贯通，是南京城市总体规划确定的“五桥一隧”过江隧道之一，是南京跨江发展战略的标准基础设施项目，工程位于南京长江大桥和长江三桥之间，南起南京市和西新城区，北至浦口江、珠江镇，全长5853

米，由越江隧道、将西周大桥和接线道路三部分组成，隧道建筑长度3790米，其中盾构段长3020米。 南京长江隧道分左右两条隧道，每条隧道设置三车道，设计行车速度为80Km/h。盾构设计内经，外径。圆形衬砌环用环宽2m、厚、每环由10块管片组成。 图1 南京长江 图2 南京长江越江隧道 图3 隧道盾构段 图4 盾构隧道直径 二、南京过江隧道施工 南京长江隧道是当今世界上直径最大的盾构隧道之一，其江底埋深达60多米，水压高达每平方厘米公斤，兼地质情况复杂，地层透水性强，一次掘进距离长达3公里多，面临着多项世界级难题和挑战，泥水平衡式盾构机（如图6）是水下隧道施工最安全最先进的设备。泥水平衡式盾构机施工隧道（如图;图；图） 图泥水平衡式盾构机施工隧道

图泥水平衡式盾构机施工隧道 图泥水平衡式盾构机施工隧道 图6 泥水平衡式盾构机 三、盾构机设计与工作原理介绍 南京长江隧道，根据本工程的特点和地质条件专门定制了两台超大直径溺水平衡式盾构机进行施工，下面展示这两台盾构机的设计和工作原理： 盾构机主要包括主机和三个后配套车架，总重多达四千多吨，主机最前端是开挖地层的刀盘，直径达米，刀盘上安装有先行刀，重行刮刀和边缘铲刀等类型的刀具200多把，刀盘的六个主刀壁在正常的大气压下进土，维护人员可以通过中心人闸进入主刀壁。 图7 盾构机的直径 图8 刀盘维护人员 对磨损的刀具进行更换，为了检测刀具的磨损，部分刀具内部安装了传感器感应系统，一旦传感器发出信号，整个刀盘上设计有77把可设置常压更换的刀具，这些刀具安装在刀闸中，当刀具磨损，需要更换刀具时，工作人员进入刀盘腹壁内，将刀具通过刀闸回缩，刀

盾构隧道结构特征

盾构隧道结构特征 关键词：盾构隧道水土压力梁弹簧计算模型隧道覆土 1．概述 根据提供的武汉长江隧道纵断面图，武汉长江隧道盾构段隧道底板最高点为江北竖井一侧（标高-0.89m），最低点位于k3+718m处（标高-31.78m），盾构穿越的地层主要为中密粉细砂（地层代号⑤2）、密实粉细砂（地层代号⑤3），底部中间为卵石层（地层代号⑥）及强风化泥质粉砂岩夹砂岩、页岩（地层代号⑦1和⑦2）之间。局部见中密中粗砂（地层代号⑤4）、密实中粗砂（地层代号⑤5）、可塑粉质粘土层（地层代号⑤6）。盾构两端接近竖井处的地层为软塑粉质粘土层（地层代号④4）、中密粉土层（地层代号④6）其可挖性除中风化泥质粉砂岩夹砂岩、页岩为ⅳ级、强风化泥质粉砂岩夹砂岩、页岩及密实卵石为外ⅲ级外，其它土层为ⅰ级。 盾构穿越地层主要为富含地下水的砂土层，其地下水特征在两岸表现为较高承压水头的承压水特征，在长江则表现为高水头压的潜水特性。由于其水头压力较高，盾构施工时易引起突发性涌水和流砂，而导致大范围的突然塌陷。同时，高水头压对盾构机和隧道的密封及抗渗能力提出了更高要求。 根据盾构段隧道底板标高k3+588.6m～k4+250m段盾构工作面的下部将切入密实卵石层（地层代号⑥）及强、中风化泥质粉砂岩夹砂、页岩（地层代号⑦1、⑦2）层中，与盾构工作面其它土层构成

了软硬不均匀的工作面，盾构推进时，由于受力不均，容易造成盾构在线路方向上的偏离。如图1所示lk4+200地质剖面所示。 从充分考虑武汉越江盾构隧道所处区域的地层及地下水特征、高水压越江盾构隧道的施工条件等对结构设计起控制作用的因素出发，研究实际作用在盾构隧道主体结构上的土水压力的量值及规律，探明盾构隧道主体结构与地层的相互作用特征，进而判明盾构隧道主体结构的实际受力状态、受力特征，得出对结构设计的基本要求和必需满足的条件。 通过梁弹簧数值模型的计算分析，重点分析了相应地层条件下，盾构隧道结构体在不同水压力作用下对管片衬砌结构的力学和变形特征，然后，对相应的试验结论进行验证，最后得出了关于地层与盾构隧道衬砌结构体相互作用特征的重要结论。 2．管片衬砌结构计算模型 对于地下结构的主体衬砌结构，多采用荷载－结构模型进行设计计算分析。随着计算机数值模拟技术的发展，目前多采用有限元法进行衬砌结构的力学分析。荷载－结构模型数值模拟的步骤为：计算模型的建立，将地下结构离散化，计算单元刚度矩阵，计算等效节点荷载，组建总刚度矩阵，解方程得到位移值，调整弹簧参数重新求解方程组，计算结构内力，进行计算结果分析，并评价结构的安全性。

盾构隧道衬砌设计指南(第二章)

盾构隧道衬砌设计指南（第二章） 　 （国际隧道协会第二工作组）　 　 第二章盾构隧道衬砌设计方法 １　总则　 １．１　应用范围　 本《指南》为i）钢筋混凝土管片衬砌和ii）在非常软弱的地层（如冲积或洪积层）中修建的盾构隧道的二次衬砌的设计提供了总要求。本《指南》亦可用于隧道掘进机（ＴＢＭ）在土层或软岩中开挖的岩石隧道的管片衬砌。软弱围岩的物理性质如下：　 N≤50 E=2.5×N≤125 MN/m2 q u=N/80≤0.6 MN/ m2公式1.1.1 式中，N：标贯试验得出的N值； E：土的弹性模量E；

B-B断面A-A断面 图Ⅱ-2 管片衬砌 盾壳内完成的管片衬砌系统：所有管片都有盾壳内拼装、衬砌在盾壳内完成的管片衬砌系统。　 扩大型管片衬砌系统：除封顶管片外，其他所有管片都在盾壳内拼装，而封顶管片在紧接盾壳之后插入，完成衬砌施作的管片衬砌系统。　 厚度：隧道横截面上衬砌的厚度。　 宽度：宽片的纵向长度。　 接缝：衬砌中不连续的部分及管片之间的接触面。　 接缝的类型：　 Ａ普通型接缝　 a.具有连接件 a)直型钢螺栓 b)曲型钢螺栓 c)可重复使用的倾斜型钢螺栓 d)塑料或钢制连接件 b.无连接件 c.具有导向杆 Ｂ雌雄型接缝　 Ｃ铰接型接缝　 a.凸凹面铰接型接缝 b.双凸面铰接型接缝 c.具有中心调节元件（钢杆件）的接型接缝 d.无中心调节元件的铰接型接缝 Ｄ销式接缝　 环形接缝：环与环之间的接缝。　 径向接缝：管片之间的纵向接缝。　 接缝螺栓：连接管片的钢螺栓。　 在实际设计和施工中，应选取适当的衬砌构成、管片形状、接缝和防水细节、公差等，以便高效、可靠、迅速地拼装管片。选取上述内容，应考虑下列因素：　 l管片拼装方法、细节及拼装设备；　 l隧道的功能要求，包括寿命和防水要求；　 l围岩和地下水状况，包括地震状况；　 l隧道当地的施工习惯。

盾构隧道设计方法研究现状及展望

Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2014, 3, 168-175 Published Online November 2014 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/9015430652.html,/journal/hjce https://www.wendangku.net/doc/9015430652.html,/10.12677/hjce.2014.36021 Status and Prospects of Research on Design Technique of Shield Tunnel Qin Ma*, Shouchao Jiang, Xian Liu College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai Email: *maqin1117@https://www.wendangku.net/doc/9015430652.html, Received: Sep. 23rd, 2014; revised: Oct. 22nd, 2014; accepted: Nov. 2nd, 2014 Copyright ? 2014 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/9015430652.html,/licenses/by/4.0/ Abstract With the arrival of the climax of the development and utilization of underground space, new con-struction techniques were continuously developed to construct tunnels under more severe condi-tions. However, present design techniques sometimes cannot appropriately reflect the construc-tion techniques. Traditional design methods were still used, such as uniform rigidity ring model, beam spring model, multi-hinge ring model, etc. On account of the well-balanced progress be-tween construction and design in the shield tunneling method, an innovation of the design tech-nique is required. This paper shows an outline of the design technique of shield tunnel at present and improvements required for design technique. Keywords Shield Tunnel, Segmental Lining, Design Techniques, Research Status 盾构隧道设计方法研究现状及展望 马芹*，蒋首超，柳献 同济大学土木工程学院，上海 Email: *maqin1117@https://www.wendangku.net/doc/9015430652.html, 收稿日期：2014年9月23日；修回日期：2014年10月22日；录用日期：2014年11月2日 *通讯作者。

盾构隧道作业

一、北京地铁盾构的选型 北京地区特殊的地质条件决定了在盾构选型方面的特殊性，北京地区的地层以：砂卵石、粉质粘土、粉土、中粗砂、中细砂、粉细砂、圆砾、砾岩等为主要地质特征，根据统计，目前北京地铁四、五及十号线共采用l7台盾构机，全部为土压平衡盾构机，其中德国海瑞克占8台，日本石川岛播磨重工、三菱重工及日立造船占9台。对于改良切削土体，德国海瑞克盾构机以加泡沫为主，日本盾构机可根据需要，加泥、加泡沫或同时加泥与加泡沫；德国海瑞克的盾构机全部采用面板式刀盘，日本则以辐条式刀盘为主，少量采用开口率超过40％的面板式刀盘；刀头一般以刮刀为主，根据各制造商的设计理念不同刮刀有所变化；对于局部有砾岩地层，为满足破岩要求，在刮刀基础上辅以少量滚刀。盾构隧道穿越的地层主要为粉质粘土、粉土、砂层(粗砂)、卵石圆砾和砾岩(微风化和中～强风化)。对于粉质粘土、粉土地层，土压平衡盾构机适应性较好，特别是辐条式刀盘土压平衡盾构机，无论是保持土压平衡，控制地表沉降，还是盾构机推进的技术参数指标，均与设计符合较好；但对于砂层(粗砂)、砂卵石层(圆砾)，适应性还有待于进一步确认，而面板式刀盘土压平衡盾构机，则已证明其对砂层(粗砂)、砂卵石层(圆砾)的适应性较差。 根据目前北京市地铁盾构标段各施工单位选定的盾构机，以及地铁沿线建构筑物现况，在盾构掘进时有以下技术特点必须给予高度重视和关注： (1)如何解决刀盘刀头、密封舱及螺旋输送机内壁磨损(五号线某标段刀头磨损)， 实现盾构机正常掘进； (2)如何在盾构机密封舱内建立与开挖面土体平衡(砂卵石及圆砾层都存在此问 题)，保证地表不出现有害沉降和塌方； (3)如何在隧道内进行降水及加固地层，此项技术综合性很强，要求施工单位有 较强的技术实力和经验(盾构法施工地铁沿线地表普遍是房屋，缺乏施工用地的地段比比皆是)； (4)安全可靠的开舱与排障技术(如四号线白石桥站～动物园站区间，不仅砂卵石 含量达67％，而且可能存在大量的桩基和锚杆等施工遗弃物，盾构掘进遇障概率和施工风险极大)，国内施工单位一般实战经验缺乏，特别急需加强和学习； (5)本标段与相关标段工程的总体筹划与组织(如某标段盾构意外停机，从问题出 现到处理结束以及恢复掘进用时长达52 d)，体现施工单位盾构施工所积累的经验和对盾构工程全局的把握能力； 针对上述问题及结合北京地区的实际，从而对盾构机的选型时必须考虑以下功能： (1)盾构机的刀头易于更换，特别是刀盘外周布置的刀头应采用螺栓连接，且每 次开舱更换刀头时间宜控制在8h之内，此外，在岩石区域，滚刀和刮刀还应可以互换； (2)盾构机应设计和配备机内超前注浆加固地层的专用设备系统； (3)盾构机应设计和配备气压舱，其空间和工艺技术必须满足人员进入密封舱内 检修刀盘和刀头的需要，同时对于有关舱内作业时的送风和排风必须专门设计和配备相应设备； (4)盾构机应设计有加泥、加泡沫两个独立的系统，如还能实现同时添加泥和泡