12盾构后靠计算

钢后靠计算

一、本工程盾构钢后靠主要采用70# H钢拼接成钢框架作为盾构推进的后

座力，本计算书主要对此钢结构框架进行计算复合，以满足工程需要。

二、设计条件：

（没考虑盾壳与其它物件的摩擦力，即设定所有出洞段推力都传递到后靠上）

根据13号盾构出洞段推力经验值，其最大推力不超过在2000T，为安全起见取盾构推力为2500吨，安全系数取1.2

盾构推力T=S?t=2500×1.2=3000T

下面的计算方法的结果都是偏大且力分配不均匀，所以如果这样的计算结果，结构都能满足则实际受力时结构偏安全。

钢后靠立面图

三、作用于钢后靠的荷载计算：

1、盾构机作用于钢后靠上荷载总周长

L=2πR=18.369m （R=2.925m）

作用于钢后靠的均布荷载为

q=T/L=3000T/18.369m=1633KN/m

因其中4环为开口环，上半部为水平支撑传力到后靠，下半部为均部荷载传递到后靠立柱，其中一根立柱靠着混凝土剪力墙，把力传给混凝土剪力墙，因此不需验算此后靠；只需验算不靠墙的立柱即可，不靠墙的立柱后面采用一根?609钢管进行支撑。两后靠立柱下部之间为H钢梁，钢梁背靠车站平台，因此该钢梁也不需计算。

2、立柱：

立柱主要承上部方向传递的荷载

上部荷载为

弧长= 2πR146?/360?=7.4 m

荷载= q?7.4 m=1633×7.4=12084KN

线荷载通过4?609钢管传递给后靠立柱，

其中不靠墙立柱承受到2个集中F1=F2=3021KN 弯矩计算：

（1）下部均部荷载

如图示

Mmax =927.489KN?m

70# H钢的抗弯截面模数W为10197cm3

σ=M/(2W)=927.489KN?m /(2×10197)cm3

=45.5Mpa≤[σ]=170Mpa

所以满足要求

（2）集中荷载

如图所示FA处为最不利受力点

FA=3469.343KN

Mmax= 1825.567KN?m

70# H钢的抗弯截面模数W为10197cm3

σ=M/(2W)=1825.567KN?m /(2×10197)cm3

=89.5Mpa≤[σ]=170Mpa

所以满足要求

刚度计算

由于采用5环闭口环，在开始推进时，使用全部千斤顶，从以上剪力图示中可知集中力FA弯矩最大，所以选择上部刚度验算即可。

y max=MFA/384EI

E:弹性模量210Gpa

I:70号H钢惯性距356995cm4

双榀70号H钢惯性距713990cm4

y max= MFA/384EI

=1825.567×105/384×210×103×713990

=0.00317cm=0.0317mm

y max/L=0.0317/3180<<[V]/L=1/400，满足要求。

3、609斜支撑验算

1、强度验算

假设FA荷载全部作用在609钢管斜支撑上

FA=346.9343T

A=π(D2-d2)/4=π(60.92-58.52)/4=225cm2

609支撑所受推力N=F A/COS31?=404.7T

σ=N/A=404.7T /225 cm2=180Mpa≤[σ]=210Mpa

所以609支撑满足要求

（由于实际盾构出洞段推进中，双榀70#后靠立柱本身具备承受这一荷载，所以实际当中FA是不会这么大的以至于其应力如此接近于应力限定值210MPa。）

2、稳定性验算

λ=μL/i

λ:杆件长细比；λ≥λp属细长杆；λp>λ>λs属中长杆；λ≤λs属短粗杆

μ：长度系数，此处取0.7；

L：杆件长度；

2 /4=√0.6092+0.5852 /4=0.2111

i:截面惯性半径，i=√d2+d

1

λ=μL/i（斜支撑长6.162m，取6.2m）

=0.7×6.2/0.2111=20.6≤λs=61.4

所以，此609支撑属粗短杆，杆件稳定性满足要求。

四、结束语

在13盾构出洞推进过程中，后靠立柱没有发现变形现象，经实践证明该后靠满足出洞要求。

盾构主要参数的计算和确定

盾构主要参数的计算和确定 1、盾构外径： 盾构外径D=管片外径D S+2(盾尾间隙δ+盾尾壳体厚度t) 盾尾间隙δ--为保证管片安装和修复蛇行,以及其他因素的最小富余量，一般取25—40mm; 结合五标地质取多少? 2、刀盘开挖直径： 软土地层，一般大于前盾0—10mm,砂卵石地层或硬岩地层，一般大于前顿外径30mm,五标刀盘开挖直径如何确定的? 3、盾壳长度 盾壳长度L=盾构灵敏度ξx盾构外径D 小型盾构D≤3.5M，ξ=1.2—1.5；中型3.5M＜D≤9M，ξ=0.8—1.2； 大型盾构D＞9M；ξ=0.7—0.8； 4、盾构重量 泥水盾构重量=（45---65）D2，由于本线路存在线下溶土洞的可能，再掘进中能否通过此核算，盾构主机是否沉陷？ 5、盾构推力 盾构总推力F e=安全储备系数AX盾构推进总阻力F d 安全储备系数A---一般取1.5---2.0。 盾构推进总阻力F d=盾壳与周边地层间阻力F1+刀盘面板推进阻力F2+管片与盾尾间摩擦力F3+ 切口环贯入地层阻力F4+转向阻力F5+牵引后配套拖车阻力F6 盾壳与周边地层间阻力F1计算中，静止土压力系数或土的粘聚力取盾体范围内的何点的？ 刀盘面板推进阻力F2，对于泥水盾构或土压盾构土仓压力如何确定的？ 管片与盾尾间摩擦力F3中，盾尾刷与管片的摩擦系数取偏大好吗？盾尾刷内的油脂压力如何定？ 计算中土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？ 6、刀盘扭矩 刀盘设计扭矩T=刀盘切削扭矩T1+刀盘自重形成的轴承旋转反力矩T2+刀盘轴向推力形成的旋 转反力矩T3+主轴承密封装置摩擦力矩T4+刀盘前面摩擦扭矩T5+刀盘圆周摩擦反力矩T6+刀盘 背面摩擦力矩T7+刀盘开口槽的剪切力矩T8 刀盘切削扭矩T1中的切削土的抗压强度q u如何确定？ 刀盘轴向推力形成的旋转反力矩T3 计算中土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？ ， 刀盘圆周摩擦反力矩T6计算中，土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？ 刀盘背面摩擦力矩T7中土仓压力P W如何确定？ 7、主驱动功率 主驱动工率储备系数一般为1.2---1.5，主驱动系统的效率η如何确定？ 8、推进系统功率 推进系统功率W f=功率储备系数A W X最大推力FX最大推进速度VX推进系统功率ηW 功率储备系数A W一般取1.2---1.5, 最大推力F、最大推进速度V如何定？ 推进系统功率ηW=推进泵的机械效率X推进泵的容积率X连轴器的效率 9、同步注浆能力 每环管片理论注浆量Q=0.25X(刀盘开挖直径D2—管片外径D S2)X管片长度L 推进一环的最短时间t=管片长度L/最大推进速度v 理论注浆能力q=每环管片理论注浆量Q/推进一环的最短时间t 额定注浆能力q p=地层的注浆系数λX理论注浆能力q/注浆泵效率η 地层的注浆系数λ因地层而变一般取1.5---1.8。

计算盾构施工过程中衬砌内力的两种方法比较

计算盾构施工过程中衬砌内力的两种方法比较 【摘要】盾构隧道的建造是一个多步骤施工的过程，为了更好地分析衬砌的受力状况，采用地层—结构法和荷鞍—结构法从不同角度对施工过程加以模拟，并各有侧重。地层—结构法引进应力释放系数概念，依据结构与土相互作用的观点，对施工过程中影响隧道内力的因素进行分析，奉文还针对施工过程中注浆压力、注浆影响范围对衬砌内力产生的影响进行了讨论；同时，采用荷载—结构法，考虑施工过程中荷载的变化，特别是注浆压力的变化米计算衬砌结构内力。最后，结合工程实例，比较了两种计算方法给出计算结果的差别，这为设计方法的改进提供了依据。【关键词】盾构隧道施工过程地层—结构法荷载—结构法1前言 盾构机械施工时，首先依靠盾构机本身的刚性支护和开挖面土压力的平衡装置而开挖前方土体，随着盾构的推进，不断拼装管片，同时在盾尾向衬砌环外围进行注浆。由于注浆材料的逐渐凝固以及土体的固结，整个隧道的隧道受力状态趋于稳定，投入运营使用。在运营阶段，又会受到列车的振动荷载和人群荷载。从以上过程可以看出：盾构隧道的建造是一个复杂的多步骤施工过程。在进行衬砌内力分析中为

了模拟施工过程，地层—结构法与荷载—结构法分别采用了不同的假设条件和设计理论，以期全面的反映盾构衬砌的受力状况。荷载—结构法首先把一切影响因素转化为荷载作用在结构上，这样需要引进诸多假设，如假设水土压力分布形式，地基抗力等。然后利用按最不利工况荷载组合的原则来进行内力分析，寻求盾构隧道内力包络图。地层一结构法分析中引进应力系数释放的概念，将土与隧道作为一个整体宋分析计算，建立模拟盾构隧道衬砌施工全过程的有限元分析模型，这就回避了荷载结构法中引进的假设，从最大限度上模拟了各个施工因素对衬砌受力的影响。本文依据自行研制的同济曙光软件，采用地层—结构法和荷载—结构法对盾构隧道的施工过程做出模拟，并比较分析结果。 2盾构衬砌的结构分析模型 2.1管片的离散化 盾构隧道衬砌结构通常属管片—接缝构造体系，其在隧道横断面上为若干管片通过螺栓连接成管片环，在隧道纵向上为管片环通过纵向螺栓连接，呈通缝或错缝拼装而成。在地层一结构法和荷载—结构法中，都可以将衬砌离散为二结点六自由度的梁单元如图1所示，假定隧道管片材料处于弹

盾构管片计算方法研究

盾构管片计算方法研究 摘要：随着我国经济发展,各大中大城市建造大规模的公路、过江隧道及城市地铁隧道,盾构隧道由于其地层适应性强、施工便利、节约地下空间资源、降低工程造价，最大限度地减少对城市其他设施的影响等方面的独到的优势而逐渐在地铁、市政等工程建设中得到广泛应用。本文结合某盾构隧道工程情况，对盾构管片计算方法进行研究分析，以期对行业发展有所参考意义。 关键词：盾构轨道；管片计算；自由变形圆环法；弹性地基梁法 1、引言 近年来,我国开始了大规模的公路过江隧道及城市地铁隧道的建设工作。由于盾构隧道施工技术可以最大限度地减少对城市其他设施的影响,所以正逐渐成为地铁隧道施工的主流技术。在我国,上海是较早使用盾构隧道施工技术的城市,北京、广州、南京、深圳等城市在地铁施工中开始使用盾构技术,盾构技术是一项正在兴起的新技术。对于这一新技术的应用,存在着机械、设计、施工等多方面的问题,而本文主要是针对管片计算方法的问题进行了一些分析研究。管片设计是盾构隧道结构设计中比较关键的一环,管片设计的成败直接关系到工程的安全、造价及使用,关于盾构隧道管片设计方法,由于国内尚无统一的设计规范,很多设计、施工单位根据机械制造商(国外厂商)所提供的方法进行设计,有的情况下是凭借上海等地铁盾构隧道实例进行模仿设计。 2、主要研究内容 本文采用多种研究方法，对盾构隧道结构计算模型、各项计算参数的敏感性以及盾构隧道纵向结构计算进行了系统研究。主要内容如下： （1）针对荷载-结构模型中不同断面和不同地质条件下的垂直土压力取值及拱肩土压力、水压力作用方式等，分析了不同条件下盾构隧道的力学特征。 （2）分别对荷载-结构模型中衬砌结构对土层侧压力系数、地层抗力系数及管片接头刚度的敏感性以及连续介质模型中衬砌结构对地层弹性模量、泊松比、荷载释放系数、衬砌环刚度有效率等计算参数的敏感性进行了研究，并对各参数的取值方法和取值范围进行研究。 （3）通过对不同的盾构隧道管片分块及环宽进行力学计算，分析不同盾构管片分块方案及环宽对隧道内力的影响。

盾构掘进主要参数计算方式

目录 1、纵坡 (1) 2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 (1) 2.1深埋隧道土压计算 (3) 2.2浅埋隧道的土压计算 (3) 2.2.1主动土压力与被动土压力 (3) 2.2.2主动土压力与被动土压力计算： (4) 2.3地下水压力计算 (4) 2.4案例题 (5) 2.4.1施工实例1 (5) 2.4.2施工实例2 (7) 3、盾构推力计算 (9) 4、盾构的扭矩计算 (9) 1、纵坡 隧道纵坡：隧道底板两点间数值距离除以水平距离 如图所示：隧道纵坡=（200-100）/500=2‰ 注：规范要求长达隧道最小纵坡>=0.3%,最大纵坡=<3.0% 2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 根据上述对地层土压力、水压力的计算原理分析，笔者总结出在土压平衡盾构的施工过程中，土仓内的土压力设置方法为：

a、根据隧道所处的位置以及隧道的埋深情况，对隧道进行分类，判断出隧道是属于深埋隧道还是浅埋隧道（一般来说埋深在2倍洞径以下时，算作是浅埋段，2倍以上算深埋)； b、根据判断的隧道类型初步计算出地层的竖向压力； c、根据隧道所处的地层以及隧道周边地地表环境状况的复杂程度，计算水平侧向力； d、根据隧道所处的地层以及施工状态，确定地层水压力； e、根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑0.010～0.020Mpa 的压力值作为调整值来修正施工土压力； f、根据确定的水平侧向力、地层的水压力以及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值为： σ初步设定=σ水平侧向力＋σ水压力＋σ调整 式中， σ初步设定－初步确定的盾构土仓土压力； σ水平侧向力－水平侧向力； σ水压力－地层水压力； σ调整－－修正施工土压力。 g、根据经验值和半经验公式进一步对初步设定的土压进行验证比较，无误时应用施工之中； h、根据地表的沉降监测结果，对施工土压力进行及时调整，得出比较合理的施工土压力值。

软土地区地铁盾构隧道课程设计计算书(1)

软土地区地铁盾构隧道课程设计说明书 （共00页） 姓名杨均 学号 070849 导师丁文琪 土木工程学院地下建筑与工程系 2010年7月

1． 设计荷载计算 1.1 结构尺寸及地层示意图 ?=7.2 ?=8.9 2 q=20kN/m 图1-1 结构尺寸及地层示意图 如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整： mm 43800 50*849+1350h ==灰。 按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。 1.2 隧道外围荷载标准值计算 （1） 自重 2 /75.835.025m kN g h =?==δγ （2）竖向土压 若按一般公式：

2 1 /95.44688.485.37.80.11.90.185.018q m KN h n i i i =?+?+?+?+?==∑=γ 由于h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8m>D=6.55m ，属深埋隧道。应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压： a 太沙基公式： )tan ()tan (0010 ]1[tan )/(p ??? γB h B h e q e B c B --?+--= 其中： m R B c 83.6)4/7.75.22tan(/1.3)4/5.22tan(/0000=+=+=? （加权平均值0007.785 .5205 .42.7645.19.8=?+?= ?） 则： 2 )9.8tan 83 .68 .48()9.8tan 83.68 .48(11/02.18920]1[9 .8tan )83.6/2.128(83.6p m KN e e =?+--=-- b 普氏公式： 2 012/73.2699.8tan 92.7832tan 32p m KN B =??== ?γ 取竖向土压为太沙基公式计算值，即： 2 1/02.189p m KN e =。 （3） 拱背土压 m kN R c /72.286.7925.2)4 1(2)4 1(2G 22=??- ?=?- =π γπ 。 其中： 3/6.728 .1645.11 .728.10.8645.1m KN =+?+?= γ。 （4） 侧向主动土压 )2 45tan(2)245(tan )(q 0021? ?γ-?--?+=c h p e e 其中： 21/02.189p m KN e =， 3/4.785 .5205 .41.7645.18m KN =?+?= γ 0007.785 .5205.42.7645.19.8=?+?=?

盾构关键参数计算

第七节 关键参数的计算 1．地质力学参数选取 MCZ3-HG-063A 7-7-1，作为该标段盾32.5m ，盾构机壳体计算38.75m ，地下稳定水位2.5m 。 地质要素表 表7-7-1 隧道基本上在<4－1>、<5Z-2>和<6Z-2>地层中穿过，为相对的隔水地层。按上述条件对选用盾构的推力、扭矩校核计算如下： 2.盾构机的总推力校核计算： 土压平衡式盾构机的掘进总推力F ，由盾构与地层之间的摩擦阻力F 1、刀盘正面推进阻力F 2、盾尾内部与管片之间的摩擦阻力F 3组成，即按公式 F=( F 1+F 2+F 3).K c 式中：K c ——安全系数， 2.1 盾构地层之间的摩擦阻力F1 计算可按公式 F1= *D*L*C C —凝聚力，单位kN/m 2 ，查表7-7-1，

取C= 30.6kN/m2 L—盾壳长度，9.150m D—盾体外径，D=6.25m 得： F 1 =π*D*L*?C=3.14159?6.25?9.15?30.6 ＝ 5498 kN 2.2 水土压力计算 D——盾构壳体计算外径，取6.25m； L——盾构壳体长度，9.15m； p e1 ——盾构顶部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。 qf e1——盾构机拱顶受的水平土压；qf e1 ＝λ×p e1 p e2 ——盾构底部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。 qf e2——盾构底部的水平土压。qf e2 ＝λ×p e2 qf w1 ——盾构顶部的水压 qf w2 ——盾构底部的水压λ——侧压系数，取0.37； 计算qf e1 qf e2 qf w1 qf w2 p e1 ＝12×1.95×9.8＋13×1.88×9.8＋（32.5-12-13）×1.91×9.8 ＝609.2kN/m2 p e2 ＝609.2 ＋6.25×1.91×9.8 ＝726.2 kN/m2 qfe1＝0.37×609.2 ＝225.4 kN/m2 qfe2＝0.37×726.2 ＝268.7 kN/m2 qf W1 ＝(32.5-2.5) ×9.8 ＝294 kN/m2 qf W2 ＝294+6.25×9.8 =355.3 kN/m2

5800p盾构管片计算程序

线路中边桩坐标正反算程序(2013-9-18) MAIN-PROG(主程序) Lbl 4: 9→DimZ：“1→ZS,2→FS，3→GPZT”?N(选择计算模式，1为正算，2为反算,3为管片姿态计算) N=1=>Goto 1:N=2=>Goto 2:N=3=>Goto 3 Lbl 1: “K=”?S：“PJ=”?Z：Prog “SJ-PM”： Abs(S-O) → W：Prog “SUB1-ZS”： F-90→F ：If F≥360：Then F-360→F :“X=”：Locate4,4,X:“Y=”：Locate4,4,Y: “W=”：Locate4,4,F°：S→K：Prog “SJ-GC”：“H=”：Locate4,4,H◢ Goto 4 (正算-输入待求点里程K=、输入待求点偏距PJ=、显示待求点里程X=、显示待求点里程Y=、显示待求点方位角W=、显示待求点高程H=) Lbl 2:“X=”?X：“Y=”？Y:Prog“SJ-PM”： X→ I： Y→ J：Prog "SUB2-FS"：O+W→S: “K="：Locate4,4, S：“PJ="：Locate4,4, Z ：S→K：Prog “SJ-GC”：“H=”：Locate4,4,H◢Goto 4 (反算-输入实测点X=、输入实测点Y=、显示实测点里程K=、显示实测点偏距PJ=) Lbl 3:“X=”?X：“Y=”？Y：“H=”？→Z[7]：Prog“SJ-PM”： X→I ：Y→ J：Prog "SUB2-FS"：O+W→S:Prog "SJ-PYL"：Prog "SUB4-PYL"：Z-Z[6]→Z[8]：S→K：Prog “SJ-GC”：Prog “SJ-DCHD”：Z[7]-(H-Z[5])→Z[9]：“SP=”：Locate4,4,Z[8]：“GC=”：Locate4,4,Z[9]◢ Goto 4 （管片姿态计算时，输入全站仪实测的平面坐标X、Y以及水准测得的管片底标高H，结果显示平面偏差“SP=”，左-右+，高程偏差“GC=”，高+低-） SJ-PM（子程序名-平面线形数据库）里程从DK44+744.5~DK47+160.091 （直线段）If S ≥44744.5（线元起点里程）:Then 315898.3852→U（线元起点X坐标）：509426.7059→V（线元起点Y坐标）：44744.5→O（线元起点里程）：357057’7”→G（线元起点方位角）：179.775 →H（线元长度）：1×1045→P（线元起点曲率半径）：1×1045→R（线元终点曲率半径）：0→Q（线元左右偏标志：左-1右1直0）：IfEnd （ZH点）If S ≥44924.275（线元起点里程）:Then 316078.0453→U（线元起点X坐标）：509420.2813→V（线元起点Y坐标）：44924.275→O（线元起点里程）：357057’7”→G（线元起点方位角）：20 →H（线元长度）：1×1045→P（线元起点曲率半径）：2000→R（线元终点曲率半径）：1 →Q（线元左右偏标志：左-1右1直0）：IfEnd

盾构关键参数计算

第七节关键参数的计算 1．地质力学参数选取 根据广州市轨道交通三号线详勘阶段汉溪～市桥 盾构段Ⅱ段的岩土工程勘察报告，汉溪站南～市桥站北 区间隧道中，左线及右线的工程地质纵断面图，选择右 线里程YCK21+037.233处地质钻孔编号为MCZ3-HG-063A 的相关地层数据，见地质剖面图7-7-1，作为该标段盾 构机选型关键参数设计和校核计算的依据。该段面地表 标高为27.41m，隧道拱顶埋深32.5m，盾构机壳体计算 外径6.25m，盾壳底部埋深38.75m，地下稳定水位2.5m。 其它地质要素如表7-7-1所示。 地质要素表表7-7-1 代号地层厚度S （m） 天然密度 ρ（g/cm3） 凝聚力 C（KPa） 底层深度 H（m） <4－1> 粉质粘性土12.0 1.95 20.3 12.0 <5Z-2> 硬塑状残积土13.0 1.88 26.0 25.0 <6Z-2> 全风化混合岩、块石土14.0 1.91 30.6 39.0 隧道基本上在<4－1>、<5Z-2>和<6Z-2>地层中穿过，为相对的隔水地层。按上述条件对选用盾构的推力、扭矩校核计算如下： 2.盾构机的总推力校核计算： 土压平衡式盾构机的掘进总推力F，由盾构与地层之间的摩擦阻力F 1 、刀盘正面推 进阻力F 2、盾尾内部与管片之间的摩擦阻力F 3 组成，即按公式 F=( F 1 +F 2 +F 3 ).K c 式中：K c ——安全系数， 2.1 盾构地层之间的摩擦阻力F1 计算可按公式 F1= *D*L*C C—凝聚力，单位kN/m2，查表7-7-1，

取C= 30.6kN/m2 L—盾壳长度，9.150m D—盾体外径，D=6.25m 得： F 1 =π*D*L*?C=3.14159?6.25?9.15?30.6 ＝ 5498 kN 2.2 水土压力计算 D——盾构壳体计算外径，取6.25m； L——盾构壳体长度，9.15m； p e1 ——盾构顶部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。 qf e1——盾构机拱顶受的水平土压；qf e1 ＝λ×p e1 p e2 ——盾构底部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。 qf e2——盾构底部的水平土压。qf e2 ＝λ×p e2 qf w1 ——盾构顶部的水压 qf w2 ——盾构底部的水压λ——侧压系数，取0.37； 计算qf e1 qf e2 qf w1 qf w2 p e1 ＝12×1.95×9.8＋13×1.88×9.8＋（32.5-12-13）×1.91×9.8 ＝609.2kN/m2 p e2 ＝609.2 ＋6.25×1.91×9.8 ＝726.2 kN/m2 qfe1＝0.37×609.2 ＝225.4 kN/m2 qfe2＝0.37×726.2 ＝268.7 kN/m2 qf W1 ＝(32.5-2.5) ×9.8 ＝294 kN/m2 qf W2 ＝294+6.25×9.8 =355.3 kN/m2

盾构隧道管片内力计算及配筋优化分析

盾构隧道管片内力计算及配筋优化分析 摘要：以北京某在建工程地铁盾构隧道衬砌管片为研究对象，采用修正惯用法（公式法、地基弹簧法）、三维梁～弹簧法分别对衬砌管片在不同地层条件下的 受力进行分析（匀质软地层、匀质硬地层、中软下硬地层、中硬下软地层），提 出了各种算法和地层条件下，衬砌管片内力的分布和变化规律，经对比分析，结 合盾构管片环结构的实际受力环境和特点，得出了指导和优化衬砌管片结构配筋 设计的相关结论和建议，提升了结构的安全性和经济性。 关键词：盾构隧道；管片配筋；修正惯用法；三维梁～弹簧法； 1 前言 在城市轨道交通工程中，单层装配式混凝土管片是盾构隧道常用的衬砌结构 型式，衬砌管片设计是盾构隧道结构设计的核心内容，与工程的安全性、经济性 和耐久性密切相关。常用的盾构管片内力计算方法有惯用法、修正惯用法、多铰 环法及梁-弹簧模型法[1-3]，这些计算方法主要以二维分析为主，大致地模拟了盾 构管片的受力状态，并选取计算结果最大包络进行配筋。这些算法简便、易于实现，但却未能充分精细地揭示管片的实际内力状态，因此管片配筋针对性较弱， 影响工程的经济性。 本次研究以北京某在建工程地铁盾构隧道衬砌管片为研究对象，考虑地层条 件和衬砌构造的三维空间特征，充分考虑管片环内接头所引起的刚度下降以及错 缝拼装导致的环间传力效应，分别采用修正惯用法（公式法、地基弹簧法）、三 维梁～弹簧法对衬砌管片在不同地层条件下的受力进行分析（匀质软地层、匀质 硬地层、中软下硬地层、中硬下软地层），通过对分析结论的整理、归纳，总结 了各种算法的适用性和不同地质条件下衬砌管片内力的分布和变化规律，以期指 导和优化衬砌管片结构设计，提升结构的安全性和经济性。 2 工程概况 盾构隧道埋深10.5m～30m，穿越地层分为全断面卵石（匀质硬地层）、全 断面粉土、粉质粘土交互（匀质软地层）、仰拱卵石、中部粉土（中软下硬地层）以及中部卵石、下部粉质粘土（中硬下软地层）等四种典型的地层结构（详见图1）。 盾构隧道衬砌采用外径6.0m、幅宽1.2m、厚0.3 m的单层装配式钢筋混凝土管片，衬砌环由6块管片组成（详见图2），错缝拼装，标准封顶块位置偏离正 上方±22.5°，相邻环左右交替布置。 图2 盾构区间衬砌结构示意图 3 计算模型概述 3.1 惯用法及修正惯用法 惯用法与修正惯用法在隧道衬砌管片内力计算中是被普遍采用的算法，通过 使用公式或平面直梁（曲梁）单元建模，操作简便结论可靠，但惯用法与修正惯 用法不能准确地反应环内各管片之间以及管片环间的内力分布状态，特别是修正 惯用法中环内弯曲刚度折减系数η和环间弯矩传递系数ζ的选取对计算结果影响 较大，并且ζ的取值受地层影响较大，不易把握，不能满足精细化设计的要求。 本次研究，为体现惯用法与修正惯用法具体应用时，采用公式计算和建立平 面直梁（曲梁）单元模型计算的差异，分别按经典公式（简称公式法）和建立管

管片楔形量计算

管片楔形量 一、管片楔形量计算 护盾式TBM（含盾构）在曲线段施工和蛇行修正时，需要使用楔形管片环，楔形管片环分为左转环及右转环。蛇行修正用楔形管片环的数量，会因工程区域内所包含的缓曲线和急曲线区段的比例、有无S形曲线等的隧道线路、影响TBM （含盾构）操作稳定性的周围围岩的情况而不同。通常，蛇行修正用楔形管片环数量大概是直线区间所需管片环数的3%～5%，可通过线形计算。 楔形量除了根据管片种类、管片宽度、管片环外径、曲线外径、曲线间楔形管片环使用比例、管片制作的方便性确定外，还应根据盾尾操作空隙而定。根据区间隧道线形，其最小半径为350m，建议曲线拟合采用楔形量38mm的楔形管片环，模拟线形采用标准环、左转环和右转环组合的方式。 管片楔形量确定主要因素有三个：①线路的曲线半径；②管片宽度；③标准环数与楔形环数之比u值。还有一个可供参考的因素：楔形量管模的使用地域。楔形量理论公式如下： △=D（m+n）B/nR （D-管片外径，m:n-标准环与楔形环比值，B-环宽，R-拟合圆曲线半径）结合青岛市地铁1号线工程具体情况，TBM施工区段线路最小曲线半径为350m，按最小水平曲线半径R=350m计算，楔形量△=38mm，楔形角β=0.3629°。 楔形量与转弯半径关系（如图7.8）的计算公式如下：

曲线中心 图7.8 楔形量与转弯半径关系图 根据圆心角的计算公式： X＝180L/πR 式中： L——段线路中心线的长度(mm)， R——曲线半径(mm)， X——圆心角。 将圆心角公式代入得， 180×(1500-△/2)/[π×(R-3000)]=180×(1500+△/2)/[π×(R+3000)]简化得楔形量与转弯半径关系公式： (1500-△/2)/(R-3000)=(1500+△/2)/(R+3000) R=9000000/△ 将管片拼装的最大楔形量△=38mm代入上式计算得此转弯环管片的理论最小转弯半径为：R=236842mm。

内力图-地铁盾构计算书

1． 设计荷载计算 1.1 结构尺寸及地层示意图 ?=7.2 ?=8.9 2 q=20kN/m 图1-1 结构尺寸及地层示意图 如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整： mm 43800 50*849+1350h ==灰。按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。 1.2 隧道外围荷载标准值计算 （1） 自重 2 /75.835.025m kN g h =?==δγ （2）竖向土压 若按一般公式： 2 1 /95.44688.485.37.80.11.90.185.018q m KN h n i i i =?+?+?+?+?==∑=γ 由于 h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8m>D=6.55m ，属深埋隧道。应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压： a 太沙基公式： )tan ()tan (0010 ]1[tan )/(p ??? γB h B h e q e B c B --?+--= 其中： m R B c 83.6)4/7.75.22tan(/1.3)4/5.22tan(/0000=+=+=?

（加权平均值0007.785 .5205 .42.7645.19.8=?+?= ?） 则：2 )9.8tan 83 .68 .48()9.8tan 83.68 .48(11/02.18920]1[9 .8tan )83.6/2.128(83.6p m KN e e =?+--=-- b 普氏公式： 2 0012/73.2699 .8tan 92 .7832tan 32p m KN B =??== ?γ 取竖向土压为太沙基公式计算值，即：2 1/02.189p m KN e =。 （3） 拱背土压 m kN R c /72.286.7925.2)4 1(2)4 1(2G 22=??- ?=?- =π γπ 。 其中：3/6.728 .1645.11 .728.10.8645.1m KN =+?+?= γ。 （4） 侧向主动土压 )2 45tan(2)245(tan )(q 0021? ? γ-?-- ?+=c h p e e 其中：2 1/02.189p m KN e =， 3/4.785 .5205 .41.7645.18m KN =?+?= γ 0007.785.5205.42.7645.19.8=?+?=? kPa c 1.1285 .5205 .41.12645.12.12=?+?= 则：200 00 2 1/00.121)27.745tan(1.122)27.745(tan 02.189q m KN e =-??--?= 2 00 00 2 2 /06.154)27.745tan(1.122)27.745(tan )85.54.702.189(q m KN e =-??--??+= （5） 水压力按静水压考虑： a 竖向水压：2 w1w w1/478.24=48.8×9.8=H =p m KN γ b 侧向水压：2 w1w w1/478.24=48.8×9.8=H =q m KN γ 2w2w w2/532.14=5.5)(48.8×9.8=H =q m KN +γ （6） 侧向土壤抗力 衬砌圆环侧向地层（弹性） 压缩量：) R 0.0454k EI 24()]R q (q -)q (q -)p [2(p =4c 4 c w2e2w1e1w1e1?+?+++ηδ 其中：衬砌圆环抗弯刚度取2 37 6.12326512 0.35×0.1103.45EI m KN ?=??= 衬砌圆环抗弯刚度折减系数取7.0=η；

盾构选型及参数计算方法

盾构选型及参数计算方法 1.1、序言 盾构是一种专门用于隧道工程的大型高科技综合施工设备，它具有一个可以移动的钢结构外壳（盾壳），盾构内装有开挖、排土、拼装和推进等机械装置，进行土层开挖、碴土排运、衬砌拼装和盾构推进等系列操作，使隧道结构施工一次完成。它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，从松散软土、淤泥到硬岩都可应用，在相同条件下，其掘进速度为常规钻爆法的4～10倍。较长地下工程的工期对经济效益和生态环境等方面有着重大影响，而且隧道工程掘进工作面又常常受到很多限制，面对进度、安全、环保、效益等这些问题，使用盾构机无疑是最好的选择。些外，对修建穿越江、湖、海底和沼泽地域隧道，采用盾构法施工，也具有十分明显的技术和经济优势。 采用盾构法施工，盾构的选型及配置是隧道施工中关键环节之一，盾构选型应根据工程地质水文情况、工期、经济性、环境保护、安全等综合考虑。盾构的选型及配置是一种综合性技术，涉及地质、工程、机械、电气及控制等方面。 1.2盾构机选型主要原则 1.2.1盾构的选型依据 盾构选型主要应考虑以下几个因素： 1）工程地质、水文条件及施工场地大小。 2）业主招标文件中的要求。

3）管片设计尺寸与分块角度。 4）盾构的先进性、适应性与经济性。 5）盾构机厂家的信誉与业绩。 6）盾构机能否按期到达现场。 1.2.2 盾构的型式 1）敞开式型盾构 敞开式型盾构是指盾构内施工人员可以直接和开挖面土层接触，对开挖面工况进行观察，直接排除开挖面发生的故障。这种盾构适用于能自立和较稳定的土层施工，对不稳定的土层一般要辅以气压或降水，使土层保持稳定，以防止开挖面坍塌。有人工开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构。 2）部分敞开式型盾构 部分敞开式型盾构是在盾构切口环在正面安装挤压胸板或网格切削装置，支护开挖面土层，即形成挤压盾构或网格盾构，施工人员可以直接观察开挖面土层工况，开挖土体通过网格孔或挤压胸板闸门进入盾构。根据以往大量工程经验，通常都将挤压胸板和网格切削装置组合在一起安装在盾构上，形成网格挤压盾构。这种盾构适用于不能自立、流动性在的松软粘性土层、尤其是对隧道沿线地面变形无严格要求的工程。当盾构采用网格开挖时，应将安装在网格后面的挤压胸板部分或大部分拆除，利用网格孔对土层的摩擦力或粘结力对开挖面土层进行支护，当盾构向前推进时（一般是盾构穿越江湖、海底或沼泽地区），应将挤压胸板装上，盾构向前推进时，可将土体全部

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，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，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。

盾构衬砌计算方法

水事频道●技术频道 ●国际频道 ●视频中心 ●重磅专题●法律频道 ●文化频道 ● 商务频道 所在位置：首页->水信息网->技术频道->科技前沿 盾构隧道衬砌结构内力计算方法的对比浅析（邵岩 孟旭 央王卿） https://www.wendangku.net/doc/af8803247.html, 时间： 2009-11-05 09:17:00 来源：《黄河规划设计》2009年第3期 放大 缩小打印 ［摘要］简要介绍了盾构衬砌常用的荷载-结构计算方法，并通过算例计算分析，揭示了不同模型简化计算盾构衬砌内力的大小、分布规律，并提出了自己的见解，为以后的设计计算提供了有益的参考和提示。 ［关键词］盾构衬砌内力计算荷载-结构法 1 引言 盾构法隧道的衬砌结构在施工阶段作为隧道施工的支护结构，用于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他施工荷载；在隧道竣工后作为永久性支撑结构，并防止泥水渗入，同时支撑衬砌周围的水、土压力以及使用阶段和某些特殊需要的荷载，以满足结构的预期使用要求。 盾构法隧道的设计内容基本上包括三个阶段：第一阶段为隧道的方案设计，以确定隧道的线路、线形、埋置深度以及隧道的横断面形状和尺寸等；第二阶段为衬砌结构与构造设计，其中包括管片的分类、厚度、分块、接头形式、管片孔洞、螺孔等；第三阶段为管片的内力计算，衬砌断面设计。管片厚度、配筋率、混凝土强度等设计参数的合理与否, 对体现盾构法的优越性、降低工程造价及提高工程经济性影响甚大，其设计的合理性与管片采用的计算模型密切相关。因此，选择合理的管片计算模型至关重要。 2 盾构衬砌计算方法介绍 目前关于盾构管片的设计还没有统一的设计计算方法，很多时候是用经验类比的方法进行设计。对于装配式盾构衬砌结构，常采用如图1 所示的计算方法。 2.1 有限单元法 搜索 查询

盾构管片建厂分析

**工程盾构管片预制建厂分析报告 二零一四年四月

**盾构管片建厂分析报告 一、**工程管片概况 1. 工程概况 **工程全长，共设18车站，14个区间，1个辆段出入段，1座综合基地。全工程单延米长度25648米，管片数量约17100环。 2. 目前正在运营的管片厂 目前南宁市地铁1号线正在建设。根据调查，目前南宁市地铁轨道公司安排了3个管片预制厂，分别是中铁8局、中铁20局、中铁23局管片预制厂，均成立了管片预制注册公司。管片到场价格每环16100元。日产能力平均30环，日最大生产能力35环（各厂简介见附件4、5、6）。二、我方投资自建管片厂建厂投入 1．预计规模 （1）预计固定投资 新建管片厂占地80亩，购15套模具，采用流水线生产计算，年最高产量可达到7200环（外径6m，环宽，厚，8 m3/环，按照2环/天/套计算）。主要包括：厂房、管片生产车间、办公室、员工宿舍、养护水池、管片堆场硬化、管片模具、混凝土搅拌站、锅炉、车间行车、运输管片的叉车、翻片机、管片吸盘机等配套设施（不含土地费用），新建厂施工时间约为7个月。预计固定资产投资约3430万元，见下表。 管片厂投资建设估算费用表

（2）租地费用 本管片预制厂，根据管片量，需要用地80亩，租期按三年考虑，租金10000元/亩.年,租赁费合计10000*80*3=240000元,青苗补偿费80*4000=320000元,累计2720000元。 三、盾构管片每环成本测算 经分析测算，管片到施工现场每环价格为元（不含税金，含税为元）。如下表 管片成本测算（到场价）

四、利、税指标的分析 （1）税金： 由项目统一上交，管片厂为项目劳务分包，可以不缴纳税费。 （2）利润：每环成品管片到场价格为元，与外购相比，每环利润为：16100－=2857元。 总利润为17100环×2857元/环=4885万元（未包括设备折旧后的残值、前期建厂费用投入及库存产品的资金占用费）。 五、风险 1.目前中铁已有三家管片厂,有一家已在建尚未投产。现有三家管片厂明年初基本完成1号线生产任务，南宁轨道公司是否同意2号线自建管片厂？ 2.在租赁场地上建大型厂房,五象新区管委会是否同意？ 3.砂的采购比较困难，根据对目前中铁三个厂的调查看，管片砼用砂，技术要求高，本地产河砂、江砂量不能满足需要，而要从北海合浦或玉林陆川运过来，运距远，费用高。 4.现场盾构掘进决定着管片生产是否正常，根据目前中铁三个厂家调查看，现场各种因素特别是管线迁移及复杂地质条件的影响，滞约盾构掘进速度，使管片成品积压严重，造成投入资金长时间占用不能回收。 六、结论 总体来看，自建厂生产管片利大于弊。一是可与轨道公司及五象新区管委会进行深入沟通。二是广泛寻找砂源，同设计院沟通，改进管片生产工艺。三是做好现场盾构施工前的各项地质预测和防范，与管线产权单位做好沟通协调和积极改移配合，风险是可控的。 因此，建议自建厂生产管片。 附件:1混凝土配合比

盾构管片修正惯用法内力计算 ansys命令流

!匀质圆环,在原程序上加了静水压力，故本命令流适合水土分算 fini /cle *dim,wxn,array,2000 !!定义名为wxn的数组，2000行1列，下同 *dim,wyn,array,2000 *dim,xn,array,2000 *dim,yn,array,2000 *dim,fxn,array,2000 *dim,fyn,array,2000 *dim,aa1,array,2000 *dim,bb1,array,2000 *dim,aa2,array,2000 *dim,bb2,array,2000 *dim,jx1,array,2000 *dim,jy1,array,2000 *dim,jx2,array,2000 *dim,jy2,array,2000 !!!!!!!!!!定义参数并赋值 nodesum=120 !!!!!!!!!!单元数 pi=3.1415927 height=0.35 !!!!!!环厚0.35米 width=1.0 !!!!!!环宽 area=height*width !!!!!!面积 inertia=width*height*height*height/12 !!!!!!惯性矩 emod=34500*1000000 !!!!!!弹性模量，按C50混凝土计 radius=2.925 !!!!!!计算半径 density=25*1000/10 !!!!!!材料密度 wradius=radius+0.5 !!!!!!弹簧节点所处半径 tankang=12*1000000*width !!!!!!弹簧刚度,MPa/m !!!!!!!!!!赋荷载值 ptop=200*1000*width !!!!!!顶板压力，单位按KN计 pltop=80*1000*width !!!!侧向压力 plbot=50*1000*width !!!!侧向沿竖向增加的侧压，即墙底水平压力为pltop+plbot pbot=140*1000*width !!!!底板压力 water=8.0*1000*width !!!!顶板处水位埋深 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! /prep7 et,1,beam3 !!!!!!定义单元类型,弹模,密度，实常数 mp,ex,1,emod mp,dens,1,density

盾构管片计算模型的选择

盾构管片计算模型的选择 1 前言 随着我国地铁建设的蓬勃兴起，盾构法作为一种暗挖隧道的施工方法，以其地层适应性强、施工速度快、施工质量有保证、对周边环境干扰少等优点而得到了越来越广泛的应用。从目前国内地铁区间隧道施工工法发展趋势来看，随着盾构法隧道延米造价的降低，其大有取代矿山法之势。作为盾构法隧道的衬砌——盾构管片，其厚度、含钢量、混凝土强度等设计的合理与否，对整个盾构隧道工程造价影响甚大，而其合理性与管片采用的计算模型息息相关。 2 计算模型 目前国内地铁盾构隧道衬砌均采用预制钢筋混凝土管片拼装而成，管片环普遍采用“3+2+1”的分块模式，即3块标准块+2块邻接块+1块封顶块，如图1所示。管片块与块、环与环之间采用高强螺栓连接，同时为了增加空间刚度，减少管片变形量，管片环与环之间一般采用错缝进行拼装。 根据管片的构造特点，由于管片接头的存在，管片环的整体刚度被削弱，因此如何客观地评价管片接头的影响是各计算模型的关键。针对管片接头处理方法的不同，管片计算模型主要有均质圆环模型、等效刚度圆环模型、自由铰圆环模型、弹性铰圆环模型四种。

图1：管片分块模式 2.1 均质圆环模型（惯用计算法） 该模型不考虑管片接头的影响，假定管片环为自由变形的弹性均质圆环，其接头具有和管片主截面同等刚度EI，如图2所示。 图2：均质圆环模型 2.2 等效刚度圆环模型（修正惯用计算法）

该模型考虑管片接头的存在使得管片环整体刚度的平均降低，折减系数为η（η≤1），即管片环是具有等效刚度ηEI，如图3所示。进一步考虑到管片错缝拼装的影响，在根据等效刚度为ηEI的圆环计算得到内力基础上，将弯矩考虑一个增大系数ξ（ξ≤1），则管片主截面的弯矩为（1+ξ）M，管片接头弯矩为（1-ξ）M。根据国内外大量地面管片错接头荷载试验结果，参数η大致取值为0.6~0.8，ξ大致取值为0.2~0.3。 此模型若取η=1，ξ=0则成为均质圆环模型。因此该模型实际上是对均质圆环模型的修正。 图3：等效刚度圆环模型 2.3 自由铰圆环模型 该模型认为管片间接头不能传递弯矩，是一个可自由转动的铰，其弯曲刚度为0，管片环的块与块之间通过自由铰接而连成一个多铰圆环，如图4所示。管片环本身是一非静定结构，在地层抗力作用下而成为静定结构。为了易使管片环发生变形而获得良好的地层抗力，