地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)2

1、10 盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系2 1806年年,工程師工程師 Brunel 針對(duì)松散飽和軟土針對(duì)松散飽和軟土層發(fā)明了最早的網(wǎng)格式盾構(gòu)并提出專(zhuān)利。層發(fā)明了最早的網(wǎng)格式盾構(gòu)并提出專(zhuān)利。 1818年年, Brunel從蛆蟲(chóng)腐蛀船底成洞得到從蛆蟲(chóng)腐蛀船底成洞得到啟發(fā)，提出了全封閉螺旋式盾構(gòu)工法啟發(fā)，提出了全封閉螺旋式盾構(gòu)工法(土土壓平衡盾構(gòu)的原型壓平衡盾構(gòu)的原型)。 18251843年，年， Brunel設(shè)計(jì)的方形鑄鐵框設(shè)計(jì)的方形鑄鐵框盾構(gòu)貫通了泰晤士河的第一條隧道。盾構(gòu)貫通了泰晤士河的第一條隧道。 1869年年, Burlow和和Great負(fù)責(zé)建造泰晤士河負(fù)責(zé)建造泰晤士河

2、的第二條隧道，的第二條隧道， Great采用新開(kāi)發(fā)的圓形采用新開(kāi)發(fā)的圓形盾構(gòu)、扇形鑄鐵管片。盾構(gòu)、扇形鑄鐵管片。 1886年年, Great在南倫敦鐵路隧道施工中使在南倫敦鐵路隧道施工中使用了盾構(gòu)和壓氣組合工法，為現(xiàn)在的盾構(gòu)用了盾構(gòu)和壓氣組合工法，為現(xiàn)在的盾構(gòu)工法奠定了基礎(chǔ)。工法奠定了基礎(chǔ)。盾構(gòu)工法盾構(gòu)工法本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 襯砌型式和構(gòu)造襯砌型式和構(gòu)造 襯砌圓環(huán)內(nèi)力計(jì)算襯砌圓環(huán)內(nèi)力計(jì)算 襯砌斷面設(shè)計(jì)襯砌斷面設(shè)計(jì) 隧道防水及其綜合處理隧道防水及其綜合處理 盾構(gòu)新型管片襯砌形式盾構(gòu)新型管片襯砌形式 10.1 襯砌型式和構(gòu)造襯砌型式和構(gòu)造10.1.1 襯砌斷面的型式與選型襯砌斷面的型式與選型

3、襯砌結(jié)構(gòu)在施工階段保護(hù)開(kāi)挖面以防止土體變形、襯砌結(jié)構(gòu)在施工階段保護(hù)開(kāi)挖面以防止土體變形、坍塌及泥水滲入，并承受盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)千斤頂頂力坍塌及泥水滲入，并承受盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)千斤頂頂力及其它施工荷載；及其它施工荷載；在隧道竣工后作為永久性支撐結(jié)構(gòu)，并防止泥水滲在隧道竣工后作為永久性支撐結(jié)構(gòu)，并防止泥水滲入，同時(shí)支承襯砌周?chē)乃?、土壓力以及使用階入，同時(shí)支承襯砌周?chē)乃?、土壓力以及使用階段某些特殊需要的荷載，以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的預(yù)期使用段某些特殊需要的荷載，以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的預(yù)期使用要求。要求。p 依據(jù)隧道的使用目的、地層條件以及施工方依據(jù)隧道的使用目的、地層條件以及施工方法，合理選擇襯砌的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、形式和種法，合理選

4、擇襯砌的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、形式和種類(lèi)等。類(lèi)等。p 盾構(gòu)隧道橫斷面一般有圓形、矩形、半圓型、盾構(gòu)隧道橫斷面一般有圓形、矩形、半圓型、馬蹄形、橢圓形等多種型式，最常用的為圓馬蹄形、橢圓形等多種型式，最常用的為圓型與矩型。型與矩型。p 在飽和含水軟土地層中修建隧道，由于頂壓在飽和含水軟土地層中修建隧道，由于頂壓和側(cè)壓較為接近，較有利的結(jié)構(gòu)型式是選用和側(cè)壓較為接近，較有利的結(jié)構(gòu)型式是選用圓形結(jié)構(gòu)。圓形結(jié)構(gòu)。（一）內(nèi)部使用限界的確定（一）內(nèi)部使用限界的確定隧道內(nèi)輪廓的凈尺寸應(yīng)根據(jù)建筑限界或工隧道內(nèi)輪廓的凈尺寸應(yīng)根據(jù)建筑限界或工藝要求并考慮曲線(xiàn)影響及盾構(gòu)施工偏差和藝要求并考慮曲線(xiàn)影響及盾構(gòu)施工偏差和不均勻沉降來(lái)

5、決定。不均勻沉降來(lái)決定。1. 車(chē)輛限界車(chē)輛限界車(chē)輛限界是指在平、直線(xiàn)路上運(yùn)行中的車(chē)車(chē)輛限界是指在平、直線(xiàn)路上運(yùn)行中的車(chē)輛達(dá)到的最大運(yùn)動(dòng)包跡線(xiàn)。輛達(dá)到的最大運(yùn)動(dòng)包跡線(xiàn)。在確定車(chē)輛限界的各個(gè)控制點(diǎn)時(shí)，除考慮在確定車(chē)輛限界的各個(gè)控制點(diǎn)時(shí)，除考慮車(chē)輛外輪廓橫斷面的尺寸外，還需考慮到車(chē)輛外輪廓橫斷面的尺寸外，還需考慮到制造上的公差，車(chē)輪和鋼軌之間及在支承制造上的公差，車(chē)輪和鋼軌之間及在支承中的機(jī)械間隙、車(chē)體橫向擺動(dòng)和在彈簧上中的機(jī)械間隙、車(chē)體橫向擺動(dòng)和在彈簧上顫動(dòng)傾斜等。顫動(dòng)傾斜等。2. 建筑限界建筑限界建筑限界是決定隧道內(nèi)輪廓尺寸的依據(jù)，建筑限界是決定隧道內(nèi)輪廓尺寸的依據(jù)，是在車(chē)輛限界以外一個(gè)形狀類(lèi)似

6、的輪廓。是在車(chē)輛限界以外一個(gè)形狀類(lèi)似的輪廓。任何固定的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管線(xiàn)等都不得侵任何固定的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管線(xiàn)等都不得侵入這個(gè)限界以?xún)?nèi)。入這個(gè)限界以?xún)?nèi)。建筑限界由車(chē)輛限界外增加適量安全間隙建筑限界由車(chē)輛限界外增加適量安全間隙來(lái)求得，其值一般為來(lái)求得，其值一般為150200mm。（二）圓型隧道斷面的優(yōu)點(diǎn)（二）圓型隧道斷面的優(yōu)點(diǎn)1. 可等同地承受各方向外部壓力。飽和含水軟土地層中頂壓、側(cè)壓較可等同地承受各方向外部壓力。飽和含水軟土地層中頂壓、側(cè)壓較為接近，更顯示出圓形隧道斷面的優(yōu)越性；為接近，更顯示出圓形隧道斷面的優(yōu)越性；2. 施工中易于盾構(gòu)推進(jìn)；施工中易于盾構(gòu)推進(jìn)；3. 便于管片的制作、拼裝；便于管

7、片的制作、拼裝；4. 盾構(gòu)即使發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)斷面的利用也毫無(wú)妨礙。盾構(gòu)即使發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)斷面的利用也毫無(wú)妨礙。5. 用于圓形隧道的拼裝式管片襯砌一般由若干塊組成，分塊的數(shù)量由用于圓形隧道的拼裝式管片襯砌一般由若干塊組成，分塊的數(shù)量由隧道直徑、受力要求、運(yùn)輸和拼裝能力等因素確定。隧道直徑、受力要求、運(yùn)輸和拼裝能力等因素確定。p 管片類(lèi)型分為標(biāo)準(zhǔn)塊、鄰接塊和封頂管片類(lèi)型分為標(biāo)準(zhǔn)塊、鄰接塊和封頂塊三類(lèi)。塊三類(lèi)。p 管片寬度一般為管片寬度一般為300mm2000mm，厚度為隧道外徑的厚度為隧道外徑的5%6%，塊與塊、，塊與塊、環(huán)與環(huán)之間用螺栓連接。環(huán)與環(huán)之間用螺栓連接。（三）單雙層襯砌的選用（三）單雙層襯

8、砌的選用p 隧道襯砌是直接支承地層，保持規(guī)隧道襯砌是直接支承地層，保持規(guī)定的隧道凈空，防止?jié)B漏，同時(shí)又定的隧道凈空，防止?jié)B漏，同時(shí)又能承受施工荷載的結(jié)構(gòu)。能承受施工荷載的結(jié)構(gòu)。p 由管片拼裝的一次襯砌和必要時(shí)在由管片拼裝的一次襯砌和必要時(shí)在其內(nèi)面灌注混凝土的二次襯砌所組其內(nèi)面灌注混凝土的二次襯砌所組成。成。p 一次襯砌為承重結(jié)構(gòu)的主體，二次一次襯砌為承重結(jié)構(gòu)的主體，二次襯砌主要是為了一次襯砌的補(bǔ)強(qiáng)和襯砌主要是為了一次襯砌的補(bǔ)強(qiáng)和防止漏水與浸蝕而修筑的。防止漏水與浸蝕而修筑的。p 由于防水或截水材料質(zhì)量的提高，由于防水或截水材料質(zhì)量的提高，可以考慮省略二次襯砌，采用單層可以考慮省略二次襯砌，采用

9、單層的一次襯砌，既承重又防水。的一次襯砌，既承重又防水。p 對(duì)于有壓的輸水隧道，為了承受較對(duì)于有壓的輸水隧道，為了承受較大的內(nèi)水壓力，需做二次襯砌。大的內(nèi)水壓力，需做二次襯砌。10.1.2 襯砌的分類(lèi)及其比較襯砌的分類(lèi)及其比較( (一一) )按材料及形式分類(lèi)按材料及形式分類(lèi) 1 1鋼筋混凝土管片鋼筋混凝土管片 1) 1)箱形管片一般用于較大直徑的箱形管片一般用于較大直徑的隧道。單塊管片重量較輕，管隧道。單塊管片重量較輕，管片本身強(qiáng)度不如平板形管片，片本身強(qiáng)度不如平板形管片，特別在盾構(gòu)頂力作用下易開(kāi)裂。特別在盾構(gòu)頂力作用下易開(kāi)裂。 2) 2)平板形管片用于較小直徑的隧平板形管片用于較小直徑的隧道

10、，單塊管片重量較重，對(duì)盾道，單塊管片重量較重，對(duì)盾構(gòu)千斤頂頂力具有較大的抵抗構(gòu)千斤頂頂力具有較大的抵抗能力，正常運(yùn)營(yíng)時(shí)對(duì)隧道通風(fēng)能力，正常運(yùn)營(yíng)時(shí)對(duì)隧道通風(fēng)阻力較小。阻力較小。2鑄鐵管片鑄鐵管片國(guó)外在飽和含水不穩(wěn)定地層中修建隧國(guó)外在飽和含水不穩(wěn)定地層中修建隧道時(shí)較多采用鑄鐵管片。道時(shí)較多采用鑄鐵管片。管片較輕，耐蝕性好，機(jī)械加工后管管片較輕，耐蝕性好，機(jī)械加工后管片精度高，能有效地防滲抗漏。片精度高，能有效地防滲抗漏。缺點(diǎn)是金屬消耗量大，機(jī)械加工量也缺點(diǎn)是金屬消耗量大，機(jī)械加工量也大，價(jià)格昂貴。大，價(jià)格昂貴。由于鑄鐵管片具有脆性破壞的特性，由于鑄鐵管片具有脆性破壞的特性，不宜用作承受沖擊荷重的隧

11、道襯砌不宜用作承受沖擊荷重的隧道襯砌結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。3鋼管片鋼管片優(yōu)點(diǎn)是重量輕、強(qiáng)度高。優(yōu)點(diǎn)是重量輕、強(qiáng)度高。缺點(diǎn)是剛度小，耐銹蝕性差，需進(jìn)缺點(diǎn)是剛度小，耐銹蝕性差，需進(jìn)行機(jī)械加工以滿(mǎn)足防水要求。成行機(jī)械加工以滿(mǎn)足防水要求。成本昂貴，金屬消耗量大，國(guó)外在本昂貴，金屬消耗量大，國(guó)外在使用鋼管片的同時(shí)，再在其內(nèi)澆使用鋼管片的同時(shí)，再在其內(nèi)澆注混凝土或鋼筋混凝土內(nèi)襯。注混凝土或鋼筋混凝土內(nèi)襯。 4復(fù)合管片復(fù)合管片外殼采用鋼板制成，在鋼殼內(nèi)澆注外殼采用鋼板制成，在鋼殼內(nèi)澆注鋼筋混凝土，組成一復(fù)合結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土，組成一復(fù)合結(jié)構(gòu)，其重量比鋼筋混凝土管片輕，剛其重量比鋼筋混凝土管片輕，剛度比鋼管片大，金屬消耗

12、量比鋼度比鋼管片大，金屬消耗量比鋼管片小。管片小。缺點(diǎn)是鋼板耐蝕性差，加工復(fù)雜冗缺點(diǎn)是鋼板耐蝕性差，加工復(fù)雜冗繁。繁。(二二)按結(jié)構(gòu)型式分類(lèi)按結(jié)構(gòu)型式分類(lèi)p 根據(jù)不同的使用要求分成箱形管片、平板形管片等幾種結(jié)構(gòu)型式。根據(jù)不同的使用要求分成箱形管片、平板形管片等幾種結(jié)構(gòu)型式。p 鋼筋混凝土管片四側(cè)都設(shè)螺栓與相鄰管片連接。平板形管片在特定條鋼筋混凝土管片四側(cè)都設(shè)螺栓與相鄰管片連接。平板形管片在特定條件下可不設(shè)螺栓，稱(chēng)為砌塊，砌塊四側(cè)設(shè)有不同幾何形狀的接縫槽口，件下可不設(shè)螺栓，稱(chēng)為砌塊，砌塊四側(cè)設(shè)有不同幾何形狀的接縫槽口，以便砌塊間和環(huán)間相互銜接起來(lái)。以便砌塊間和環(huán)間相互銜接起來(lái)。p 1. 管片管片

13、p 適用于不穩(wěn)定地層內(nèi)各種直徑的隧道，接縫間通過(guò)螺栓予以連接。由適用于不穩(wěn)定地層內(nèi)各種直徑的隧道，接縫間通過(guò)螺栓予以連接。由錯(cuò)縫拼裝的可視為一勻質(zhì)剛度圓環(huán)，接縫由于設(shè)置了一排或二排的螺錯(cuò)縫拼裝的可視為一勻質(zhì)剛度圓環(huán)，接縫由于設(shè)置了一排或二排的螺栓可承受較大的正、負(fù)彎矩。栓可承受較大的正、負(fù)彎矩。p 環(huán)縫上設(shè)置縱向螺栓，具有抵抗隧道縱向變形的能力。管片拼裝進(jìn)度環(huán)縫上設(shè)置縱向螺栓，具有抵抗隧道縱向變形的能力。管片拼裝進(jìn)度大為降低，增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度，也相應(yīng)地增高了施工和襯砌費(fèi)用。大為降低，增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度，也相應(yīng)地增高了施工和襯砌費(fèi)用。2砌塊砌塊 一般適用于含水量較少的穩(wěn)定地層內(nèi)。一般適用于含水量較

14、少的穩(wěn)定地層內(nèi)。由于隧道襯砌的分塊要求，使由砌塊拼成的圓環(huán)由于隧道襯砌的分塊要求，使由砌塊拼成的圓環(huán)(超過(guò)三塊超過(guò)三塊以上以上)成為一個(gè)不穩(wěn)定的多鉸圓形結(jié)構(gòu)。成為一個(gè)不穩(wěn)定的多鉸圓形結(jié)構(gòu)。襯砌結(jié)構(gòu)在通過(guò)變形后襯砌結(jié)構(gòu)在通過(guò)變形后(變形量必須予以限制變形量必須予以限制)地層介質(zhì)對(duì)襯地層介質(zhì)對(duì)襯砌環(huán)的約束使圓環(huán)得以穩(wěn)定。砌塊間以及相鄰環(huán)間接縫防砌環(huán)的約束使圓環(huán)得以穩(wěn)定。砌塊間以及相鄰環(huán)間接縫防水、防泥必須得到滿(mǎn)意的解決，否則會(huì)引起圓環(huán)變形量的水、防泥必須得到滿(mǎn)意的解決，否則會(huì)引起圓環(huán)變形量的急劇增加而導(dǎo)致圓環(huán)喪失穩(wěn)定，形成工程事故。急劇增加而導(dǎo)致圓環(huán)喪失穩(wěn)定，形成工程事故。砌塊由于在接縫上不設(shè)置螺

15、栓，施工拼裝進(jìn)度可加快，隧道砌塊由于在接縫上不設(shè)置螺栓，施工拼裝進(jìn)度可加快，隧道的施工和襯砌費(fèi)用也隨之而降低。的施工和襯砌費(fèi)用也隨之而降低。(三三) 按形成方式分類(lèi)按形成方式分類(lèi)p 分為裝配式襯砌和擠壓混凝土襯砌。分為裝配式襯砌和擠壓混凝土襯砌。p 裝配式襯砌圓環(huán)是由分塊的預(yù)制管片裝配式襯砌圓環(huán)是由分塊的預(yù)制管片在盾尾拼裝而成的，按照管片所在位在盾尾拼裝而成的，按照管片所在位置及拼裝順序不同可將管片劃分為標(biāo)置及拼裝順序不同可將管片劃分為標(biāo)準(zhǔn)塊、鄰接塊和封頂塊。準(zhǔn)塊、鄰接塊和封頂塊。p 有鑄鐵、鋼、混凝土、鋼筋混凝土管有鑄鐵、鋼、混凝土、鋼筋混凝土管片和砌塊之分片和砌塊之分p 裝配式襯砌的特點(diǎn)在

16、于：裝配式襯砌的特點(diǎn)在于：p 1.安裝后能立即承受荷載；安裝后能立即承受荷載；p 2.管片生產(chǎn)工廠化，質(zhì)量易于保證，管片生產(chǎn)工廠化，質(zhì)量易于保證，管片安裝機(jī)械化，方便快捷；管片安裝機(jī)械化，方便快捷；p 3.其接縫處防水需要采取特別有效的其接縫處防水需要采取特別有效的措施。措施。p 盾尾后現(xiàn)澆混凝土的擠壓式襯砌工藝，即高壓盾尾后現(xiàn)澆混凝土的擠壓式襯砌工藝，即高壓作用下的盾尾處剛澆搗而未硬化的混凝土作為作用下的盾尾處剛澆搗而未硬化的混凝土作為盾尾推進(jìn)的后座，盾尾在推進(jìn)的過(guò)程中，不產(chǎn)盾尾推進(jìn)的后座，盾尾在推進(jìn)的過(guò)程中，不產(chǎn)生建筑空隙，空隙由注入的混凝土填充。生建筑空隙，空隙由注入的混凝土填充。p 擠

17、壓混凝土襯砌施工方法特點(diǎn)：擠壓混凝土襯砌施工方法特點(diǎn)：p 1. 自動(dòng)化程度高，施工速度快；自動(dòng)化程度高，施工速度快；p 2. 整體式襯砌結(jié)構(gòu)可以達(dá)到理想的受力、防水整體式襯砌結(jié)構(gòu)可以達(dá)到理想的受力、防水要求，建成的隧道有滿(mǎn)意的使用效果；要求，建成的隧道有滿(mǎn)意的使用效果；p 3. 采用鋼纖維混凝土能提高薄形襯砌的抗裂性采用鋼纖維混凝土能提高薄形襯砌的抗裂性能；能；p 4. 在滲透性較大的砂礫層中要達(dá)到防水要求尚在滲透性較大的砂礫層中要達(dá)到防水要求尚有困難。有困難。(四四)按構(gòu)造型式分類(lèi)按構(gòu)造型式分類(lèi)p 可分為單層及雙層襯砌兩種型式?？煞譃閱螌蛹半p層襯砌兩種型式。p 修建在飽和含水軟土地層內(nèi)的隧道

18、，由于接縫防水問(wèn)題，多選擇雙層修建在飽和含水軟土地層內(nèi)的隧道，由于接縫防水問(wèn)題，多選擇雙層襯砌結(jié)構(gòu)，外層是裝配式襯砌結(jié)構(gòu)，內(nèi)層是混凝土或鋼筋混凝土層。襯砌結(jié)構(gòu)，外層是裝配式襯砌結(jié)構(gòu)，內(nèi)層是混凝土或鋼筋混凝土層。p 雙層襯砌問(wèn)題：雙層襯砌問(wèn)題：p 開(kāi)挖斷面增大，增加了出土量；開(kāi)挖斷面增大，增加了出土量；p 施工工序復(fù)雜，延長(zhǎng)了施工期限，導(dǎo)致了隧道建設(shè)成本的增加。施工工序復(fù)雜，延長(zhǎng)了施工期限，導(dǎo)致了隧道建設(shè)成本的增加。p 解決單層襯砌的防水技術(shù)和使用效果，以逐步取代雙層襯砌結(jié)構(gòu)。解決單層襯砌的防水技術(shù)和使用效果，以逐步取代雙層襯砌結(jié)構(gòu)。p 外層襯砌視作一施工臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了外層襯砌的要求。外層

19、襯砌視作一施工臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了外層襯砌的要求。p 在內(nèi)層現(xiàn)澆襯砌施工前，對(duì)外層襯砌進(jìn)行清理、堵漏和必要的結(jié)構(gòu)構(gòu)在內(nèi)層現(xiàn)澆襯砌施工前，對(duì)外層襯砌進(jìn)行清理、堵漏和必要的結(jié)構(gòu)構(gòu)造處理，然后再澆搗內(nèi)襯層，并使內(nèi)層襯砌與外層村砌連成一起視作造處理，然后再澆搗內(nèi)襯層，并使內(nèi)層襯砌與外層村砌連成一起視作一整體結(jié)構(gòu)一整體結(jié)構(gòu)(或近似整體結(jié)構(gòu)或近似整體結(jié)構(gòu))以共同抵抗外荷載。以共同抵抗外荷載。10.1.3 裝配式鋼筋混凝土管片裝配式鋼筋混凝土管片 環(huán)寬環(huán)寬 分塊分塊 封頂塊形式封頂塊形式 拼裝方式拼裝方式p根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，無(wú)論是鋼筋混凝土管片或根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，無(wú)論是鋼筋混凝土管片或金屬管片，環(huán)寬一般

20、在金屬管片，環(huán)寬一般在3002000mm之間。之間。p環(huán)寬過(guò)小會(huì)導(dǎo)致接縫數(shù)量的增加，加大隧道防水環(huán)寬過(guò)小會(huì)導(dǎo)致接縫數(shù)量的增加，加大隧道防水的難度；的難度；p環(huán)寬過(guò)大雖對(duì)防水有利，但也會(huì)使盾尾長(zhǎng)度增長(zhǎng)環(huán)寬過(guò)大雖對(duì)防水有利，但也會(huì)使盾尾長(zhǎng)度增長(zhǎng)而影響盾構(gòu)的靈敏度；單塊管片重量也增大。而影響盾構(gòu)的靈敏度；單塊管片重量也增大。(一一)環(huán)寬環(huán)寬(二二)分塊分塊p 單線(xiàn)地下鐵道襯砌分為單線(xiàn)地下鐵道襯砌分為68塊，雙線(xiàn)分為塊，雙線(xiàn)分為810塊。小斷面隧道可分塊。小斷面隧道可分為為46塊。塊。p 少數(shù)采用少數(shù)采用4等份管片，把管片接縫設(shè)置在內(nèi)力較小處，使襯砌環(huán)具有等份管片，把管片接縫設(shè)置在內(nèi)力較小處，使襯砌環(huán)

21、具有較好的剛度和強(qiáng)度，接縫構(gòu)造也可相應(yīng)得到簡(jiǎn)化。管片的最大弧、弦較好的剛度和強(qiáng)度，接縫構(gòu)造也可相應(yīng)得到簡(jiǎn)化。管片的最大弧、弦長(zhǎng)一般較少超過(guò)長(zhǎng)一般較少超過(guò)4 m，管片越薄其長(zhǎng)度應(yīng)越短。，管片越薄其長(zhǎng)度應(yīng)越短。p p (三三)封頂管片形式封頂管片形式p 考慮到施工方便以及受力的需要，趨向于采用小封頂形式?？紤]到施工方便以及受力的需要，趨向于采用小封頂形式。p 封頂塊的拼裝形式有兩種：徑向楔入和縱向插入。后者封頂塊受力情封頂塊的拼裝形式有兩種：徑向楔入和縱向插入。后者封頂塊受力情況較好，在受荷后，封項(xiàng)塊不易向內(nèi)滑移，但缺點(diǎn)是需加長(zhǎng)盾構(gòu)千斤況較好，在受荷后，封項(xiàng)塊不易向內(nèi)滑移，但缺點(diǎn)是需加長(zhǎng)盾構(gòu)千斤頂

22、行程。頂行程。(四四)拼裝方式拼裝方式p 圓環(huán)的拼裝方式：通縫、錯(cuò)縫圓環(huán)的拼裝方式：通縫、錯(cuò)縫p 所有襯砌環(huán)的縱縫環(huán)環(huán)對(duì)齊的稱(chēng)為通縫；而環(huán)間縱縫相互所有襯砌環(huán)的縱縫環(huán)環(huán)對(duì)齊的稱(chēng)為通縫；而環(huán)間縱縫相互錯(cuò)開(kāi)，猶如磚砌體一樣的稱(chēng)為錯(cuò)縫。錯(cuò)開(kāi)，猶如磚砌體一樣的稱(chēng)為錯(cuò)縫。p 通縫拼裝時(shí)為十字型式，在接縫防水上丁字縫比十字縫較通縫拼裝時(shí)為十字型式，在接縫防水上丁字縫比十字縫較易處理。易處理。p 圓環(huán)襯砌采用錯(cuò)縫拼裝較普遍，其優(yōu)點(diǎn)在于能加強(qiáng)圓環(huán)接圓環(huán)襯砌采用錯(cuò)縫拼裝較普遍，其優(yōu)點(diǎn)在于能加強(qiáng)圓環(huán)接縫剛度，約束接縫變形，圓環(huán)近似地可按勻質(zhì)剛度考慮?？p剛度，約束接縫變形，圓環(huán)近似地可按勻質(zhì)剛度考慮。p 當(dāng)管片制作

23、精度不夠好時(shí)，采用錯(cuò)縫拼裝形式容易管片在當(dāng)管片制作精度不夠好時(shí)，采用錯(cuò)縫拼裝形式容易管片在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中頂碎；另外在錯(cuò)縫拼裝條件下，環(huán)、縱縫盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中頂碎；另外在錯(cuò)縫拼裝條件下，環(huán)、縱縫相交處呈丁字型式；相交處呈丁字型式；21 通縫通縫 1.甲型：環(huán)向短直螺栓、縱向?yàn)轭^尾相甲型：環(huán)向短直螺栓、縱向?yàn)轭^尾相 接的長(zhǎng)螺栓接的長(zhǎng)螺栓 2.乙型：環(huán)向單頭螺栓、縱向?yàn)閺澛菟ㄒ倚停涵h(huán)向單頭螺栓、縱向?yàn)閺澛菟?3.丙型：環(huán)向、縱向?yàn)槎讨甭菟ū停涵h(huán)向、縱向?yàn)槎讨甭菟?錯(cuò)縫：錯(cuò)縫： A-B-A, A-B-C管片間接頭縱向連接螺栓錯(cuò)逢拼裝形式10.1.4 管片接縫（頭）構(gòu)造管片接縫（頭）構(gòu)造p 管片間的接縫

24、（頭）（下稱(chēng)接頭）有兩類(lèi)：沿縱向（接頭管片間的接縫（頭）（下稱(chēng)接頭）有兩類(lèi)：沿縱向（接頭面平行于縱軸）的稱(chēng)縱向接頭，沿環(huán)向（接頭面垂直于縱面平行于縱軸）的稱(chēng)縱向接頭，沿環(huán)向（接頭面垂直于縱軸）的稱(chēng)環(huán)向接頭。軸）的稱(chēng)環(huán)向接頭。p 從其力學(xué)特性可分為柔性和剛性接頭從其力學(xué)特性可分為柔性和剛性接頭 ；前者要求相鄰管；前者要求相鄰管片間允許產(chǎn)生微小的轉(zhuǎn)動(dòng)與壓縮，后者則是通過(guò)增加螺栓片間允許產(chǎn)生微小的轉(zhuǎn)動(dòng)與壓縮，后者則是通過(guò)增加螺栓數(shù)量等手段，力圖在構(gòu)造上使接頭剛度與構(gòu)件本身相同。數(shù)量等手段，力圖在構(gòu)造上使接頭剛度與構(gòu)件本身相同。p 基本的接頭結(jié)構(gòu)有螺栓接頭、鉸接頭、銷(xiāo)插入式接頭、楔基本的接頭結(jié)構(gòu)有螺栓

25、接頭、鉸接頭、銷(xiāo)插入式接頭、楔形接頭、榫接頭等等。形接頭、榫接頭等等。彎螺栓端肋直螺栓環(huán)向螺栓彈性密封墊L斜直螺栓暗梢暗銷(xiāo)接頭縱徑向銷(xiāo)接頭24滑動(dòng)式銷(xiāo)釘管片滑動(dòng)式銷(xiāo)釘（C型金屬構(gòu)件）滑動(dòng)式銷(xiāo)釘（T型金屬構(gòu)件）快速接頭滑動(dòng)式銷(xiāo)釘管片安裝后隧道傳統(tǒng)的螺栓或銷(xiāo)釘管片常規(guī)的螺栓或銷(xiāo)釘管片安裝成型后隧道內(nèi)側(cè)完全光滑型內(nèi)側(cè)完全光滑型 單向接觸組裝的管片的構(gòu)造（滑動(dòng)式銷(xiāo)釘管片）單向接觸組裝的管片的構(gòu)造（滑動(dòng)式銷(xiāo)釘管片）10.1.5 其它構(gòu)造其它構(gòu)造（一）縱肋（一）縱肋對(duì)鋼管片和鋼筋混凝土箱型管片，縱肋配置必須保證千斤頂推力均勻傳對(duì)鋼管片和鋼筋混凝土箱型管片，縱肋配置必須保證千斤頂推力均勻傳遞。遞。鋼制管片上

26、，縱肋必須考慮等間隔配置，其數(shù)量至少要按鋼制管片上，縱肋必須考慮等間隔配置，其數(shù)量至少要按2條縱肋支承條縱肋支承1塊壓力墊的比例配置，否則不可能均勻傳遞千斤頂推力。塊壓力墊的比例配置，否則不可能均勻傳遞千斤頂推力。對(duì)箱型管片，縱肋的配置方法應(yīng)和鋼制管片的一樣，其數(shù)量一般和盾構(gòu)對(duì)箱型管片，縱肋的配置方法應(yīng)和鋼制管片的一樣，其數(shù)量一般和盾構(gòu)千斤頂數(shù)量相同。千斤頂數(shù)量相同。（二）注漿孔（二）注漿孔為均勻注漿，通常每個(gè)管片上設(shè)置一個(gè)或一個(gè)以上注漿孔。由于注漿孔為均勻注漿，通常每個(gè)管片上設(shè)置一個(gè)或一個(gè)以上注漿孔。由于注漿孔數(shù)量的增加會(huì)增加可能的滲漏水通道，且目前廣泛采用盾尾同步壁數(shù)量的增加會(huì)增加可能的滲

27、漏水通道，且目前廣泛采用盾尾同步壁后注漿方式，管片上的注漿孔往往用作二次注漿。因而，國(guó)內(nèi)采用后注漿方式，管片上的注漿孔往往用作二次注漿。因而，國(guó)內(nèi)采用較多的是每個(gè)管片上僅設(shè)置一個(gè)注漿孔。較多的是每個(gè)管片上僅設(shè)置一個(gè)注漿孔。注漿孔直徑須依據(jù)使用的注漿材料確定，一般采用內(nèi)徑注漿孔直徑須依據(jù)使用的注漿材料確定，一般采用內(nèi)徑50mm左右。左右。（三）起吊環(huán)（三）起吊環(huán)必須考慮設(shè)置起吊環(huán)?；炷疗桨逍凸芷颓蚰T鐵管片大多將壁后注必須考慮設(shè)置起吊環(huán)?；炷疗桨逍凸芷颓蚰T鐵管片大多將壁后注漿孔同時(shí)兼作起吊環(huán)使用，而鋼管片則需另設(shè)置起吊配件。漿孔同時(shí)兼作起吊環(huán)使用，而鋼管片則需另設(shè)置起吊配件。10.2

28、襯砌圓環(huán)內(nèi)力計(jì)算襯砌圓環(huán)內(nèi)力計(jì)算p隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足兩個(gè)基本要求：隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足兩個(gè)基本要求：p滿(mǎn)足施工及使用階段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的要求，承滿(mǎn)足施工及使用階段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的要求，承受諸如水、土壓力及一些特殊使用要求的外荷載；受諸如水、土壓力及一些特殊使用要求的外荷載；p滿(mǎn)足使用功能要求的環(huán)境條件，保持隧道內(nèi)部的滿(mǎn)足使用功能要求的環(huán)境條件，保持隧道內(nèi)部的干燥和潔凈，特別是在飽和含水軟土地層中采用干燥和潔凈，特別是在飽和含水軟土地層中采用裝配式鋼筋混凝土管片結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)襯砌防水的措施。裝配式鋼筋混凝土管片結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)襯砌防水的措施。10.2.1 鋼筋混凝土管片的設(shè)計(jì)要求和方法鋼筋混凝土管片

29、的設(shè)計(jì)要求和方法p 按照強(qiáng)度、變形、裂縫限制等需要分別驗(yàn)算。按照強(qiáng)度、變形、裂縫限制等需要分別驗(yàn)算。p 確定襯砌結(jié)構(gòu)的幾個(gè)工作階段確定襯砌結(jié)構(gòu)的幾個(gè)工作階段施工荷載階段，施工荷載階段，基本使用荷載階段和特殊荷載階段，提出各個(gè)工基本使用荷載階段和特殊荷載階段，提出各個(gè)工作階段的荷載和安全質(zhì)量指標(biāo)要求作階段的荷載和安全質(zhì)量指標(biāo)要求(襯砌裂縫寬度，襯砌裂縫寬度，接縫變形和直徑變形的允許量，隧道抗?jié)B防漏指接縫變形和直徑變形的允許量，隧道抗?jié)B防漏指標(biāo)，結(jié)構(gòu)安全度，襯砌內(nèi)表面平整度要求等標(biāo)，結(jié)構(gòu)安全度，襯砌內(nèi)表面平整度要求等)，進(jìn)，進(jìn)行各個(gè)工作階段和組合工作階段的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。行各個(gè)工作階段和組合工作階段的結(jié)

30、構(gòu)驗(yàn)算。10.2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的選擇結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的選擇p 荷載荷載結(jié)構(gòu)法和地層結(jié)構(gòu)法和地層結(jié)構(gòu)法：下面著重介紹荷載結(jié)構(gòu)法：下面著重介紹荷載結(jié)構(gòu)法。結(jié)構(gòu)法。p 荷載荷載結(jié)構(gòu)法：三要素（荷載模式，結(jié)構(gòu)模型，結(jié)構(gòu)與地層結(jié)構(gòu)法：三要素（荷載模式，結(jié)構(gòu)模型，結(jié)構(gòu)與地層共同作用）共同作用）p 荷載模式：淺埋與深埋、水土合算和分算荷載模式：淺埋與深埋、水土合算和分算p 結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型:(1) 飽和含水地層中，常采用勻質(zhì)飽和含水地層中，常采用勻質(zhì)(等剛度等剛度)圓環(huán)計(jì)圓環(huán)計(jì)算方法。算方法。(2) 在不穩(wěn)定地層中，多鉸圓環(huán)結(jié)構(gòu)在不穩(wěn)定地層中，多鉸圓環(huán)結(jié)構(gòu)(鉸的數(shù)量大于鉸的數(shù)量大于8個(gè)個(gè))處于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定狀態(tài)

31、。處于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定狀態(tài)。(3) 在穩(wěn)定地層中，襯砌環(huán)按多在穩(wěn)定地層中，襯砌環(huán)按多鉸圓環(huán)計(jì)算是十分經(jīng)濟(jì)合理的。對(duì)圓環(huán)變形量要有一定的限鉸圓環(huán)計(jì)算是十分經(jīng)濟(jì)合理的。對(duì)圓環(huán)變形量要有一定的限制，并對(duì)施工要求提出必要的技術(shù)措施。制，并對(duì)施工要求提出必要的技術(shù)措施。p 結(jié)構(gòu)與地層共同作用：全周模式和局部模式結(jié)構(gòu)與地層共同作用：全周模式和局部模式土壓力土壓力土壓力水壓力地基反力水壓力水壓力土壓力水壓力地基反力超載10.2.3 荷載的確定荷載的確定10.2.3 荷載的確定荷載的確定荷載分類(lèi)荷載分類(lèi) 表表 10-2a基本荷載1. 地層壓力2. 水壓力3. 自重4. 上覆荷載的影響5. 地基抗力附加荷載1. 內(nèi)部

32、荷載2. 施工荷載3. 地震的影響特殊荷載1. 平行配置隧道的影響2. 接近施工的影響3. 其他 計(jì)算工況 荷載種類(lèi)荷載組合系數(shù)第一組合施 工 階 段第二組合運(yùn) 行 階 段第三組合地 震 驗(yàn) 算地面超載1.4結(jié)構(gòu)自重1.2地層垂直土壓力1.2地層水平土壓力1.2外水壓力1.2道路設(shè)計(jì)荷載1.4盾構(gòu)千斤頂頂力1.2不均勻注漿壓力1.2地震荷載1.3表表 10-2b計(jì)算工況荷載組合表計(jì)算工況荷載組合表(一一)基本使用階段基本使用階段(環(huán)寬按環(huán)寬按1m考慮考慮)p 深埋地層豎向土壓：泰沙基公式以及蘇聯(lián)的普羅托季雅柯諾夫公式。p 側(cè)向主動(dòng)土壓側(cè)向主動(dòng)土壓p 側(cè)向主動(dòng)士壓大都按朗金公式側(cè)向主動(dòng)士壓大都按

33、朗金公式 計(jì)算。計(jì)算。p 但側(cè)壓常受地層、施工方法和襯砌結(jié)構(gòu)剛度的影響，有時(shí)但側(cè)壓常受地層、施工方法和襯砌結(jié)構(gòu)剛度的影響，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)很大的差異。例如在采用擠壓盾構(gòu)法施工時(shí)，剛開(kāi)會(huì)出現(xiàn)很大的差異。例如在采用擠壓盾構(gòu)法施工時(shí)，剛開(kāi)始時(shí)側(cè)壓很大、頂壓小于側(cè)壓，隧道出現(xiàn)始時(shí)側(cè)壓很大、頂壓小于側(cè)壓，隧道出現(xiàn)“豎鴨蛋豎鴨蛋”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。p 含水砂土層采用水土分算原則，含水粘土層中則采用水土含水砂土層采用水土分算原則，含水粘土層中則采用水土合算原則。合算原則。p 確定側(cè)壓系數(shù)時(shí)必須謹(jǐn)慎對(duì)待，日本隧道襯砌設(shè)計(jì)常對(duì)側(cè)確定側(cè)壓系數(shù)時(shí)必須謹(jǐn)慎對(duì)待，日本隧道襯砌設(shè)計(jì)常對(duì)側(cè)壓系數(shù)選擇范圍大致在壓系數(shù)選擇范圍大致在0.3

34、0.8之間，也有不超過(guò)之間，也有不超過(guò)0.7的做的做法。法。(二二)施工階段施工階段1管片拼裝：鋼筋混凝土管片拼裝成環(huán)時(shí)，對(duì)縱向接縫擰緊螺栓，由于管片制作精度不高，環(huán)面接觸不平，往往在擰緊螺栓時(shí)，使管片局部出現(xiàn)較大的集中應(yīng)力，導(dǎo)致管片開(kāi)裂和存在著局部?jī)?nèi)應(yīng)力。2盾構(gòu)推進(jìn)：由于制作和拼裝的誤差管片的環(huán)縫面往往是參差不平的。當(dāng)盾構(gòu)千斤頂施加在環(huán)縫面上，特別是千斤頂頂力存在偏心狀態(tài)情況下，極易使管片開(kāi)裂和頂碎。3襯砌背后壓注：襯砌背后的建筑空隙內(nèi)注以水泥漿或水泥砂漿等材料。軟土地層注漿材料不是均勻分布在襯砌四周，而僅是局部聚集在注漿孔的一定范圍內(nèi)，過(guò)高的注漿壓力常引起圓環(huán)變形和出現(xiàn)局部的集中應(yīng)力，封頂

35、楔形塊管片也會(huì)向內(nèi)滑移。 4襯砌環(huán)剛出盾尾：襯砌頂部土壓即迅速作用到襯砌上，而側(cè)壓卻因某種原因未能及時(shí)作用，這時(shí)襯砌可能處于比基本使用階段更為不利的工作條件。 不利工作條件的因素很多，難以事先估計(jì)襯砌結(jié)構(gòu)在施工階段引起的。目前一般的處理方法是除實(shí)地觀測(cè)和提出相應(yīng)改進(jìn)措施外，還常采用一個(gè)籠統(tǒng)的附加安全系數(shù)，以保證襯砌結(jié)構(gòu)的一定安全度。(三三)特殊荷載階段特殊荷載階段 p 根據(jù)使用需要還得進(jìn)行特殊荷載階段的驗(yàn)算；根據(jù)使用需要還得進(jìn)行特殊荷載階段的驗(yàn)算；p 屬于瞬時(shí)性的荷載，且荷載作用時(shí)間又短，但往往是控制屬于瞬時(shí)性的荷載，且荷載作用時(shí)間又短，但往往是控制襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。p

36、可妥善合理選擇結(jié)構(gòu)的附加安全系數(shù)和適當(dāng)提高建筑材料可妥善合理選擇結(jié)構(gòu)的附加安全系數(shù)和適當(dāng)提高建筑材料的物理力學(xué)性能指標(biāo)。的物理力學(xué)性能指標(biāo)。荷載荷載結(jié)構(gòu)法結(jié)構(gòu)法 自由變形與側(cè)向彈性抗力均質(zhì)模型自由變形與側(cè)向彈性抗力均質(zhì)模型 日本修正的慣用法日本修正的慣用法: 等效剛度模型等效剛度模型 多鉸圓環(huán)結(jié)構(gòu)模型多鉸圓環(huán)結(jié)構(gòu)模型 直直(曲曲)梁梁接頭連續(xù)模型（梁接頭連續(xù)模型（梁彈簧模型）彈簧模型）襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算模型：襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算模型：10.2.4 襯砌內(nèi)力計(jì)算襯砌內(nèi)力計(jì)算（1）自由變形均質(zhì)模型）自由變形均質(zhì)模型在飽和含水軟土地層中，主要由于工程上在飽和含水軟土地層中，主要由于工程上的防水要求對(duì)由裝配式襯砌組

37、成的襯砌的防水要求對(duì)由裝配式襯砌組成的襯砌圓環(huán)，其接縫必須具有一定的剛度，以圓環(huán)，其接縫必須具有一定的剛度，以減小接縫變形量。減小接縫變形量。由于相鄰環(huán)間接錯(cuò)縫拼裝，并設(shè)置一定數(shù)由于相鄰環(huán)間接錯(cuò)縫拼裝，并設(shè)置一定數(shù)量的縱向螺栓或在環(huán)縫上設(shè)有凹凸榫槽，量的縱向螺栓或在環(huán)縫上設(shè)有凹凸榫槽，使縱縫剛度有了一定的提高。因此，圓使縱縫剛度有了一定的提高。因此，圓環(huán)可近似地認(rèn)為一均質(zhì)剛度圓環(huán)。環(huán)可近似地認(rèn)為一均質(zhì)剛度圓環(huán)。由于荷載的對(duì)稱(chēng)性，故整個(gè)圓環(huán)為二次超由于荷載的對(duì)稱(chēng)性，故整個(gè)圓環(huán)為二次超靜定結(jié)構(gòu)。按結(jié)構(gòu)力學(xué)力法原理，可解靜定結(jié)構(gòu)。按結(jié)構(gòu)力學(xué)力法原理，可解出各千截面上的出各千截面上的M、N值。值。(一

38、)自由變形與側(cè)向彈性抗力均質(zhì)模型計(jì)算法（2）側(cè)向彈性抗力均質(zhì)模型）側(cè)向彈性抗力均質(zhì)模型國(guó)際隧協(xié)推薦兩種估算方法，即 - 法法和旋轉(zhuǎn)彈簧（半鉸）K-（ 法）。（1） - 法圓環(huán)抗彎剛度為EJ（為抗彎剛性的有效率，1），計(jì)及圓環(huán)水平直徑處變位y，兩側(cè)抗力pk=ky后，考慮錯(cuò)縫拼裝管片接頭部彎矩的傳遞，結(jié)構(gòu)整體加強(qiáng)效果。接頭處 管片 式中 彎矩調(diào)整系數(shù)0.6 0.8， 0.3 0.5 。如果管片環(huán)內(nèi)沒(méi)有接頭，則=1， =0隧道縱向M=Mj+MiB/2Mi/2Mi/2MjMi/2Mi/2BB/2錯(cuò)縫拼裝彎矩傳遞及分配示意圖（二）日本修正慣用法（二）日本修正慣用法NNMMjj)1 (NNMMss)1 (

39、（2） K-x法1-5 旋轉(zhuǎn)角度 彈簧鉸模型用一個(gè)旋轉(zhuǎn)彈簧（半鉸）模擬接頭，且假定彎矩與轉(zhuǎn)角成正比KM p管片環(huán)沒(méi)有接頭，則K= ，x=0 。p若假定管片環(huán)的接頭為鉸接，則K= 0 ，x=1 (三三)多鉸圓環(huán)結(jié)構(gòu)模型計(jì)算法多鉸圓環(huán)結(jié)構(gòu)模型計(jì)算法(1)日本山本稔法該原理在于圓環(huán)多鉸襯砌環(huán)在主和被動(dòng)土壓作用下產(chǎn)生變形，圓環(huán)由一不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，圓環(huán)變形過(guò)程中，鉸不發(fā)生突變。計(jì)算假定： 1)適用于圓形結(jié)構(gòu)。 2)襯砌環(huán)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，管片或砌塊視作剛體處理。 3)襯砌環(huán)外圍土抗力按均勻分布，土抗力的計(jì)算滿(mǎn)足對(duì)砌環(huán)穩(wěn)定性的要求，土抗力作用方向全部朝向圓心。 4)計(jì)算中不計(jì)及圓環(huán)與土壤介質(zhì)間的摩擦

40、力。 5)土抗力和變形間關(guān)系按Winkler公式計(jì)算。（四）（四） 直直(曲曲)梁梁接頭連續(xù)模型計(jì)算法（梁接頭連續(xù)模型計(jì)算法（梁彈簧彈簧模型）模型） 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法：建立在線(xiàn)彈性理論基礎(chǔ)上，即接結(jié)構(gòu)力學(xué)方法：建立在線(xiàn)彈性理論基礎(chǔ)上，即接頭彈簧和管片本身均為彈性體。采用卡氏第二定頭彈簧和管片本身均為彈性體。采用卡氏第二定理，先求得柔度陣，再對(duì)之求逆，即得到剛度陣?yán)?，先求得柔度陣，再?duì)之求逆，即得到剛度陣。 日本現(xiàn)行設(shè)計(jì)法：地層彈簧作用與否按平衡迭代日本現(xiàn)行設(shè)計(jì)法：地層彈簧作用與否按平衡迭代方式進(jìn)行。對(duì)錯(cuò)縫式拼裝，將縱向連接螺栓作用方式進(jìn)行。對(duì)錯(cuò)縫式拼裝，將縱向連接螺栓作用模擬成接頭元。模擬成接頭元

41、。12N1Q1M1N22MQ2以直梁彈簧元為例，有:22211211KKKKFTTvuvuMQNMQNF222111222111,121121KAKK，100010001A，11111111111/1gbgdgdgcaK22222222222/1gbgdgdgcaK縱向螺栓剪切模型縱向螺栓剪切模型 其基本原理同上其基本原理同上vuKKsqnqsqnq2ns121管片接頭縱向接頭ns縱向螺栓剪切模型縱向螺栓剪切模型 或:KBAATyjxjyixiuuuu,AKAAKAAKAAKABKBKTTTTTsincoscossinA2/ )(12接頭材料模式及其剛度系數(shù)接頭材料模式及其剛度系數(shù)線(xiàn)性模式線(xiàn)性

42、模式正負(fù)不對(duì)稱(chēng)正負(fù)不對(duì)稱(chēng) 正負(fù)對(duì)稱(chēng)正負(fù)對(duì)稱(chēng) 正負(fù)不對(duì)稱(chēng)正負(fù)不對(duì)稱(chēng)00100uuKuuKNnnvKQs00KKM雙線(xiàn)性模式雙線(xiàn)性模式正負(fù)不對(duì)稱(chēng)正負(fù)不對(duì)稱(chēng) 正負(fù)對(duì)稱(chēng)正負(fù)對(duì)稱(chēng) 正負(fù)不對(duì)稱(chēng)正負(fù)不對(duì)稱(chēng)地層抗力模式地層抗力模式局部地層彈簧模式局部地層彈簧模式 全周地層彈簧模式全周地層彈簧模式地層彈性抗力由下式給出：地層彈性抗力由下式給出：nnnUKFsssUKF其中00nnnnnUKUKK00sssssUKUKK10.3 襯砌斷面設(shè)計(jì)襯砌斷面設(shè)計(jì)p在基本使用荷載階段，需進(jìn)行抗裂或裂縫在基本使用荷載階段，需進(jìn)行抗裂或裂縫限制，強(qiáng)度和變形等驗(yàn)算。限制，強(qiáng)度和變形等驗(yàn)算。p組合基本荷載階段和特殊荷載階段的襯砌組

43、合基本荷載階段和特殊荷載階段的襯砌內(nèi)力時(shí)，一般僅進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)，變形和裂內(nèi)力時(shí)，一般僅進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)，變形和裂縫開(kāi)展可不予以考慮。縫開(kāi)展可不予以考慮。10.3.1 抗裂及裂縫限制的計(jì)算抗裂及裂縫限制的計(jì)算(一一) 抗裂計(jì)算抗裂計(jì)算(二二) 裂縫寬度驗(yàn)算裂縫寬度驗(yàn)算10.3.2 襯砌斷面強(qiáng)度計(jì)算襯砌斷面強(qiáng)度計(jì)算p襯砌結(jié)構(gòu)根據(jù)不同工作階段的最不利內(nèi)力，分別進(jìn)襯砌結(jié)構(gòu)根據(jù)不同工作階段的最不利內(nèi)力，分別進(jìn)行正負(fù)彎矩的偏壓構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算和截面選擇。行正負(fù)彎矩的偏壓構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算和截面選擇。p接縫部位上的部分彎矩接縫部位上的部分彎矩M值可通過(guò)縱向構(gòu)造設(shè)置，值可通過(guò)縱向構(gòu)造設(shè)置，傳遞到相鄰環(huán)的截面上去傳遞到相鄰環(huán)的

44、截面上去(環(huán)縫面上的縱向傳遞能力環(huán)縫面上的縱向傳遞能力必須事先估算并于事后通過(guò)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)予以檢定必須事先估算并于事后通過(guò)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)予以檢定)。p縱向傳遞能力大致為縱向傳遞能力大致為2040M，其彎矩，其彎矩M值應(yīng)值應(yīng)乘以傳遞系數(shù)乘以傳遞系數(shù)1.3，而接縫部位則乘以折減系數(shù)，而接縫部位則乘以折減系數(shù)0.7。10.3.3 襯砌圓環(huán)的直徑變形計(jì)算襯砌圓環(huán)的直徑變形計(jì)算10.3.4 縱向接縫計(jì)算縱向接縫計(jì)算(一一)接縫張開(kāi)的驗(yàn)算：接縫張開(kāi)的驗(yàn)算：管片拼裝之際由于受到螺栓預(yù)應(yīng)力的作用，在接縫管片拼裝之際由于受到螺栓預(yù)應(yīng)力的作用，在接縫上產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力上產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力WNeFNcc021gAN1 當(dāng)接縫受到外荷后

45、的應(yīng)力狀態(tài)當(dāng)接縫受到外荷后的應(yīng)力狀態(tài)(二二)縱向接縫強(qiáng)度計(jì)算縱向接縫強(qiáng)度計(jì)算都采用一種近似的計(jì)算方法，實(shí)際的接縫承載能力都采用一種近似的計(jì)算方法，實(shí)際的接縫承載能力必須通過(guò)接頭試驗(yàn)和整環(huán)試驗(yàn)求得。必須通過(guò)接頭試驗(yàn)和整環(huán)試驗(yàn)求得。一般接縫強(qiáng)度的安全系數(shù)應(yīng)大于斷面強(qiáng)度安全系數(shù)。一般接縫強(qiáng)度的安全系數(shù)應(yīng)大于斷面強(qiáng)度安全系數(shù)。10.3.5 環(huán)縫的近似計(jì)算環(huán)縫的近似計(jì)算10.4 隧道防水及其綜合處理隧道防水及其綜合處理p必須從管片生產(chǎn)工藝，襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，接縫防水必須從管片生產(chǎn)工藝，襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，接縫防水材料等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合處理，其中尤以接縫防材料等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合處理，其中尤以接縫防水材料的選擇為突出

46、的技術(shù)關(guān)鍵。水材料的選擇為突出的技術(shù)關(guān)鍵。10.4.1 襯砌的抗?jié)B襯砌的抗?jié)Bp 襯砌埋設(shè)在含水地層內(nèi)，承受著一定靜水壓力，必須具有襯砌埋設(shè)在含水地層內(nèi)，承受著一定靜水壓力，必須具有相當(dāng)?shù)目節(jié)B能力，襯砌本身的抗?jié)B能力要求：相當(dāng)?shù)目節(jié)B能力，襯砌本身的抗?jié)B能力要求：p （1）合理提出襯砌本身的抗?jié)B指標(biāo)。）合理提出襯砌本身的抗?jié)B指標(biāo)。p （2）經(jīng)過(guò)抗?jié)B試驗(yàn)的混凝土的合適配合比，嚴(yán)格控制水）經(jīng)過(guò)抗?jié)B試驗(yàn)的混凝土的合適配合比，嚴(yán)格控制水灰比，一般不大于灰比，一般不大于0.4，另加塑化劑以增加混凝土的和易性。，另加塑化劑以增加混凝土的和易性。p （3）襯砌構(gòu)件的最小混凝土厚度和鋼筋保護(hù)層。）襯砌構(gòu)件的最小混

47、凝土厚度和鋼筋保護(hù)層。p （4）管片生產(chǎn)工藝：振搗方式和養(yǎng)護(hù)條件的選擇。）管片生產(chǎn)工藝：振搗方式和養(yǎng)護(hù)條件的選擇。p （5）嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)制度。）嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)制度。p （6）減少管片在堆放、運(yùn)輸和拼裝過(guò)程中的損壞率。）減少管片在堆放、運(yùn)輸和拼裝過(guò)程中的損壞率。10.4.2 管片制作精度管片制作精度p 管片制作精度對(duì)于隧道防水效果具有很大的影響。管片制管片制作精度對(duì)于隧道防水效果具有很大的影響。管片制作精度不夠引起隧道漏水。作精度不夠引起隧道漏水。p 制作精度較差的管片，再加上拼裝誤差的累計(jì)，往往導(dǎo)數(shù)制作精度較差的管片，再加上拼裝誤差的累計(jì)，往往導(dǎo)數(shù)襯砌拼裝縫不密貼而出現(xiàn)了較大的初始接

48、隙，當(dāng)管片防水襯砌拼裝縫不密貼而出現(xiàn)了較大的初始接隙，當(dāng)管片防水密封墊的彈性變形量不能適應(yīng)初始接隙時(shí)就會(huì)漏水。密封墊的彈性變形量不能適應(yīng)初始接隙時(shí)就會(huì)漏水。p 管片制作精度的不夠，造成管片的頂碎和開(kāi)裂，造成漏水。管片制作精度的不夠，造成管片的頂碎和開(kāi)裂，造成漏水。p 必須要有一個(gè)高精度的鋼模。必須要有一個(gè)高精度的鋼模。10.4.3 接縫防水的基本技術(shù)要求接縫防水的基本技術(shù)要求 （1）保持永久的彈性狀態(tài)和具有足夠的承壓能力，使之適應(yīng)隧道長(zhǎng)期處于“蠕動(dòng)”狀態(tài)而產(chǎn)生的接縫張開(kāi)和錯(cuò)動(dòng)。 （2）具有令人滿(mǎn)意的彈性期齡和工作效能。 （3）與混凝土構(gòu)件具有一定的粘結(jié)力。 （4）能適應(yīng)地下水的侵蝕。環(huán)縫密封墊

49、需要有足夠的承壓能力和彈性復(fù)原力，能承受和均布盾構(gòu)千斤頂頂力，防止管片頂碎。并在千斤頂頂力往復(fù)作用下，密封墊仍保持良好的彈性變形性能?？v縫密封墊具有比環(huán)縫密封墊相對(duì)較低的承壓能力，能對(duì)管片的縱縫初始縫隙進(jìn)行填平補(bǔ)齊，并對(duì)局部集中應(yīng)力具有一定緩沖和抑制作用。較可靠的是在環(huán)、縱縫沿隧道內(nèi)側(cè)設(shè)置嵌縫槽，在槽內(nèi)填嵌密封防水材料。10.4.4 二次襯砌二次襯砌p 常采用雙層襯砌。常采用雙層襯砌。p 在外層裝配式襯砌已趨基本穩(wěn)定的情況下，進(jìn)行二次內(nèi)襯澆搗，在內(nèi)在外層裝配式襯砌已趨基本穩(wěn)定的情況下，進(jìn)行二次內(nèi)襯澆搗，在內(nèi)襯混凝土澆筑前應(yīng)對(duì)隧道內(nèi)側(cè)的滲漏點(diǎn)進(jìn)行修補(bǔ)堵漏，污泥以高壓水襯混凝土澆筑前應(yīng)對(duì)隧道內(nèi)側(cè)的滲漏點(diǎn)進(jìn)行修補(bǔ)堵漏，污泥以高壓水沖澆、清理。沖澆、清理。p 內(nèi)