盾构法隧道设计

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绘图
管片的制作
隧道的线性·必要的内空断面 ·土质条件 管片的种类 管片的分块数
主要荷载计算 附加荷载的计算
荷载及结构模型的选定 ·惯用计算方法
·修正惯用计算方法 ·梁——弹性模型计算方法 ·部分地基弹簧模型，全周地基弹簧模型
·管片主断面的假定
·对于主要荷载的主断面的单位应力的
校核
对于主要荷载及附加荷载作用下的构件的设计计算
钢筋混凝土（RC）管片
平板形
中子 形
成本低、使用最多、耐 久性好、可构建实用、
无障碍物衬砌
厚度较大、重量大、易 损伤
用于中、大口径断面。
如果考虑到接头表面的 制作精度，则止水性好
虽有一定的耐久性（抗 腐蚀性、耐热性）
复合型管片
SC结构
SRC结构
混凝土和钢板有效复合构 造，与钢筋混凝土管片相
比厚度小
抗腐蚀性差、接头构造复杂
用于中、大口径断面。 用于特殊部位。
截面变形量小，故止水性比 较好。
必须对钢板等采取防腐措施
加工场地较小、
材质均匀，成品可靠性 好
厚度受到限制、
制作精度依靠模板精度、
加工精度高、材质均匀，
养护时间长
成品可靠性好
混凝土必须有养护时间。
为了防止浇筑混凝土的变形， 必须设简易的构件。
对于千斤顶的推力强度 与刚度要求都比较小、 重量比较轻，不用担心 不易损伤、焊接性好， 破损，搬运及拼装容易。 现场维修及加固等容易。
各种类型盾构掘进的支护面板
盾构隧道断面形式
就断面型式而言，大部分盾构法隧道的断面型式为单圆形。 受城市既有地下构 筑物的限制及适应不同工程的需要，近年来出现了双圆、三圆、矩形等多种断面 型式，相应开发了双圆、三圆、矩形、球型盾构和子母盾构等。
第二节 盾构法隧道衬砌结构
盾构隧道衬砌是直接支撑地层，防止渗漏，同时又能承受施工荷载的结 构。
并设隧道的影响；临近施工的影 响；地基沉降的影响；其它荷载
的影响
设计时必须考虑的基本荷载
施工中或竣工后的荷载，根据隧道 用途、施工条件及周围环境考虑的
荷载
考虑地层条件和隧道用途特殊性的 荷载
垂直土压力
上覆土厚度小于隧道外径时，因地层无拱效应，垂直土压力为上覆土的水土重量。
对于千斤顶的推力，因 有足够的断面在抵抗， 故易于确保承载力。
在搬运、拼装及推进时 转角处等有开裂或破损
等。
对于千斤顶的推力，有足够 的承载力。
由于采用钢管包覆，可以在 搬运、拼装时不易产生缺损
或损伤。
直螺栓
直螺栓
直螺栓\直螺栓，曲螺栓、 插头、铰接接头
直螺栓
箱型
箱型
箱型\平板型
平板型
双圆盾构隧道的衬砌结构
盾构法隧道是1823年由布鲁诺尔首创于英国伦敦泰晤士河的水底隧道。经过近 二百年的发展，其施工机械和施工控制技术等越来越趋于成熟，已成为隧道建设 特别是城市隧道建设中的主要施工方法。
盾构类型
为保证围岩不发生坍塌失稳或控制施工引起的周围土体或建筑物的变形， 盾构法隧道施工过程中通过盾构机体主动控制围岩的应力释放和变形，根据 面板与前方土体的平衡形式的不同，可以分为不同平衡系统的盾构机。
用较多 容易变形、 耐腐蚀性差 用于小、中断面。 用于开口部位及小半径 曲线部位。
接合精度高，止水性好
必须对板等采取防腐措 施
球墨铸铁管片
强度好、耐久性好、制 作精度高、重量轻、可
用作特殊管片 成本较高、 焊接困难
用于中、大断面。 用于开口部位及小半径
曲线等特殊部位。 结合处加工精度高，止
水性好。
必须采取防腐措施当
·接头的计算（螺栓、接头板、锚筋等） ·纵肋的计算
注入孔
·吊具 ·接头角度 ·锥形衬环
·地震的影响·地基沉降的
影响
·邻接施工的影响·对相邻建 （构）筑物的影响
荷载计算
荷载分类 主荷载 附加荷载 来自百度文库殊荷载
主要荷载
备注
垂直和水平土压力；水压力；自 重；上覆荷载的影响；地基反力
内部荷载；施工荷载；地震影响
管片种类及特点
按截面形式分类
✓ 箱型 ✓ 中子型 ✓ 平板型
曲线地段或修正蛇行施工时用到的管片为楔形管片，楔形管片是具有锥度的管 片环，当其宽度特别小呈窄板状时称为楔形垫板环。
种类 特征
特点 存在问题
实例 止水性 耐久性 加工制作性
施工性
接头形式 断面形式
钢铁管片
混凝土类管片
钢管片
重量轻、可以任意完整 加固材料、中小盾构使
结构设计应按照隧道的横断面及纵断面方向分别进行。通常情况下，按相对于横 断面方向的设计来决定管片的断面，根据地震及地基沉降的影响等来研究隧道纵 断面结构的合理性。
设计条件的设定
荷载的计算
截面内力的计算
弯矩及轴向力的单位应力的计算 剪应力的计算
no
单位应力的校核
ok
构件的设计计算
构件详图的设计
no
对于特殊荷载的设计
第七章 盾构法隧道设计
目录
第一节 盾构法隧道的基本原理 第二节 盾构法隧道衬砌结构 第三节 盾构隧道的结构设计 第四节 联络通道结构设计 第五节 平板形钢筋混凝土管片设计实例
盾构隧道的基本原理
盾构法（Shield）隧道，是指在地表以下土层或松软岩层中采用盾构机掘进施 工的隧道，主要用于当明挖隧道施工对城市生活干扰较大或隧道埋深、地质条件 不适合于用明挖法或其他方法建造隧道的情况，具有不影响地面交通、减少对附 近居民的噪声和振动影响、施工易于管理和施工不受风雨等气候条件影响等优点。
一次衬砌
二次衬砌
预制装配式衬砌环的分块与拼装
衬砌环分块形式
衬砌环的拼装形式
✓ 错缝拼装 ✓ 通缝拼装
封顶块的拼装形式
✓ 径向插入型 ✓ 轴向插入型
管片间及环间的连接
✓ 柔性连接
相邻管片间产生微小的转动和压缩，使衬砌环能按内力分布状态产生相应的变 形，以改善衬砌环的受力状态。
✓ 刚性连接
通过增加连接螺栓的排数，力图在构造上使接缝处的刚度与管片的刚度相同。
✓ 横向双连形的MF盾构施工法 ✓ 竖向双连形的DOT施工法
第三节 盾构隧道的结构设计
一般原则
结构设计首先应确保隧道结构的安全性，即能够承受从开工到竣工后的长期使用 荷载（静、动荷载）的作用，在施工和正常使用阶段，进行结构强度的计算，对 于混凝土结构，应进行抗裂验算或裂缝宽度验算。
管片设计时可将其视为单纯承受弯矩、轴力及剪力的线性梁来处理。为了取得较 好的经济效益，在工程地质条件好、周围土层能提供一定抗力的前提下，衬砌结 构可设计得柔和一些，但圆衬砌环变形的大小对结构受力、接缝张角、接缝防水 和地表变形等均有影响，设计时需对衬砌结构的变形进行验算，作必要的控制。