地下建筑結構(中國地質大學孫金山)5

1、5 5 盾構法（TBMTBM法）隧道管片式襯砌結構盾構是在鋼殼體保護下掘進隧道的一種設備。按掘進方式分為人工、半機械和機械化形式；按切削面上的擋土方式，分為開放型和封閉型；按向開挖面施加壓力的方式，分為氣壓、泥水加壓、削土加壓和加泥方式。目前機械化盾構發(fā)展較快，應用較多，它由刀盤、刀具旋轉切割地層，采用螺旋輸送機或泥水管道運送碴土，在殼體內拼裝預制管片，依靠液壓千斤頂推進，形成掘進隧道的機電一體化高科技設備。盾構法盾構法18061806年年, ,工程師工程師 Brunel Brunel 針對松散飽和軟針對松散飽和軟土層發(fā)明了最早的土層發(fā)明了最早的網(wǎng)格式盾構網(wǎng)格式盾構并提出專利。并提出專利。18

2、181818年年, Brunel, Brunel從蛆蟲腐蛀船底成洞得到從蛆蟲腐蛀船底成洞得到啟發(fā)，提出了啟發(fā)，提出了全封閉螺旋式全封閉螺旋式盾構工法盾構工法( (土土壓平衡盾構的原型壓平衡盾構的原型) )。181825251841843 3年，年， BrunelBrunel設計的設計的方形鑄鐵方形鑄鐵框盾構框盾構貫通了泰晤士河的第一條隧道。貫通了泰晤士河的第一條隧道。18691869年年, Burlow, Burlow和和GreatGreat負責建造泰晤士負責建造泰晤士河的第二條隧道，河的第二條隧道， GreatGreat采用新開發(fā)的采用新開發(fā)的圓圓形盾構、扇形鑄鐵管片形盾構、扇形鑄鐵管片。1

3、881886 6年年, Great, Great在南倫敦鐵路隧道施工中在南倫敦鐵路隧道施工中使用了使用了盾構和壓氣組合工法盾構和壓氣組合工法，為現(xiàn)在的盾，為現(xiàn)在的盾構工法奠定了基礎。構工法奠定了基礎。3盾構工法盾構工法巖石隧道掘進機（TBM）施工技術 圖11 Robbins敞開式全斷面巖石掘進圖12 海瑞克雙護盾全斷面巖石掘進機n主要組成位于尾部。動力系統(tǒng)：提供動力。用于操作控制和導向；激光裝置。位于中部，控制室操作及導向系統(tǒng)：操作上，用于出渣除塵；除塵裝置。也位于刀盤出渣除塵系統(tǒng)：鏟渣斗部，用于切削；及其上的滾刀。位于前切削系統(tǒng)：旋轉的刀盤,管片施工本章主要內容本章主要內容襯砌型式和構造襯砌

4、型式和構造襯砌圓環(huán)內力計算襯砌圓環(huán)內力計算襯砌斷面設計襯砌斷面設計隧道防水及其綜合處理隧道防水及其綜合處理盾構新型管片襯砌形式盾構新型管片襯砌形式 5.1 5.1 襯砌型式和構造襯砌型式和構造5.1.1 5.1.1 襯砌斷面的型式與選型襯砌斷面的型式與選型p襯砌結構襯砌結構在施工階段在施工階段保護開挖面以防止土體變形、坍保護開挖面以防止土體變形、坍塌及泥水滲入，并承受盾構推進時千斤頂頂力及其它塌及泥水滲入，并承受盾構推進時千斤頂頂力及其它施工荷載；施工荷載；p在隧道在隧道竣工后竣工后作為作為永久性支撐結構永久性支撐結構，并防止泥水滲入，并防止泥水滲入，同時支承襯砌周圍的水、土壓力以及使用階段某

5、些特同時支承襯砌周圍的水、土壓力以及使用階段某些特殊需要的荷載，以滿足結構的預期使用要求。殊需要的荷載，以滿足結構的預期使用要求。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，法，合理選擇襯砌的強度、結構、形式和種合理選擇襯砌的強度、結構、形式和種類等。類等。p盾構隧道橫斷面一般有圓形、矩形、半圓型、盾構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，最常用的為馬蹄形、橢圓形等多種型式，最常用的為圓圓型型。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，由于頂壓和側壓較為接近，較有利的結構型式是選用和側壓較為接近，較有利的

6、結構型式是選用圓形結構圓形結構。盾構機的分類 之二2、按照斷面形狀進行分類 A、單圓 B、雙圓 C、三圓 D、矩形 E、球形5.1.2 5.1.2 襯砌的分類及其比較襯砌的分類及其比較( (一一) )按材料及形式分類按材料及形式分類 1 1鋼筋混凝土管片鋼筋混凝土管片 1) 1)箱形管片箱形管片一般用于較大直徑的隧一般用于較大直徑的隧道。單塊管片重量較輕，管片本身道。單塊管片重量較輕，管片本身強度不如平板形管片，特別在盾構強度不如平板形管片，特別在盾構頂力作用下易開裂。頂力作用下易開裂。 2)2)平板形管片平板形管片用于較小直徑的隧道，用于較小直徑的隧道，單塊管片重量較重，對盾構千斤頂單塊管片

7、重量較重，對盾構千斤頂頂力具有較大的抵抗能力，正常運頂力具有較大的抵抗能力，正常運營時對隧道通風阻力較小。營時對隧道通風阻力較小。2 2鑄鐵管片鑄鐵管片p國外在國外在飽和含水不穩(wěn)定地層中飽和含水不穩(wěn)定地層中修建修建隧道時較多采用鑄鐵管片。隧道時較多采用鑄鐵管片。p管片較輕，管片較輕，耐蝕性好，機械加工后耐蝕性好，機械加工后管片精度高管片精度高，能有效地防滲抗漏。，能有效地防滲抗漏。p缺點是金屬消耗量大，機械加工量缺點是金屬消耗量大，機械加工量也大，也大，價格昂貴。價格昂貴。p由于鑄鐵管片具有由于鑄鐵管片具有脆性破壞脆性破壞的特性，的特性，不宜用作承受沖擊荷重的隧道襯砌不宜用作承受沖擊荷重的隧道

8、襯砌結構。結構。3 3鋼管片鋼管片p優(yōu)點是重量輕、強度高。優(yōu)點是重量輕、強度高。p缺點是剛度小缺點是剛度小，耐銹蝕性差，耐銹蝕性差，需進行機械加工以滿足防水要需進行機械加工以滿足防水要求。求。成本昂貴成本昂貴，金屬消耗量大，金屬消耗量大，國外在使用鋼管片的同時，再國外在使用鋼管片的同時，再在其內澆注混凝土或鋼筋混凝在其內澆注混凝土或鋼筋混凝土內襯。土內襯。 4 4復合管片復合管片p外殼采用鋼板制成，外殼采用鋼板制成，在鋼殼內在鋼殼內澆注鋼筋混凝土澆注鋼筋混凝土，組成一復合，組成一復合結構，其重量比鋼筋混凝土管結構，其重量比鋼筋混凝土管片輕，剛度比鋼管片大，金屬片輕，剛度比鋼管片大，金屬消耗量比

9、鋼管片小。消耗量比鋼管片小。p缺點是鋼板耐蝕性差，加工復缺點是鋼板耐蝕性差，加工復雜冗繁。雜冗繁。( (二二) ) 按形成方式分類按形成方式分類p分為分為裝配式襯砌和擠壓混凝土襯砌裝配式襯砌和擠壓混凝土襯砌。p裝配式襯砌裝配式襯砌p圓環(huán)是由分塊的預制管片在盾尾拼裝圓環(huán)是由分塊的預制管片在盾尾拼裝而成的，按照管片所在位置及拼裝順而成的，按照管片所在位置及拼裝順序不同可將管片劃分為序不同可將管片劃分為標準塊、鄰接標準塊、鄰接塊和封頂塊。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裝配式襯砌的特點在于：裝配式襯砌的特點在于：1.1.安裝后能

10、立即承受荷載；安裝后能立即承受荷載；2.2.管片生產(chǎn)工廠化，質量易于保證，管片安管片生產(chǎn)工廠化，質量易于保證，管片安裝機械化，方便快捷；裝機械化，方便快捷；3.3.其接縫處防水需要采取特別有效的措施。其接縫處防水需要采取特別有效的措施。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的后座，盾尾在推進的過程中，盾尾推進的后座，盾尾在推進的過程中，不產(chǎn)不產(chǎn)生建筑空隙，生建筑空隙，空隙由注入的混凝土填充?？障队勺⑷氲幕炷撂畛?。p擠壓混凝土襯砌擠壓混凝土襯砌施工方法特點：施工方

11、法特點：1.1. 自動化程度高，施工速度快；自動化程度高，施工速度快；2.2. 整體式襯砌結構可以達到理想的受力、防水整體式襯砌結構可以達到理想的受力、防水要求，建成的隧道有滿意的使用效果；要求，建成的隧道有滿意的使用效果；3.3. 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；4.4. 在滲透性較大的砂礫層中要達到防水要求尚在滲透性較大的砂礫層中要達到防水要求尚有困難。有困難。擠壓混凝土襯砌擠壓混凝土襯砌( (四四) )按構造型式分類按構造型式分類p可分為可分為單層及雙層襯砌單層及雙層襯砌兩種型式。兩種型式。p修建在修建在飽和含水軟土地層內飽和含水軟土地

12、層內的隧道，由于接縫防水問題，多選擇雙層的隧道，由于接縫防水問題，多選擇雙層襯砌結構，外層是裝配式襯砌結構，內層是混凝土或鋼筋混凝土層。襯砌結構，外層是裝配式襯砌結構，內層是混凝土或鋼筋混凝土層。p雙層襯砌問題：雙層襯砌問題：開挖斷面增大，增加了出土量；開挖斷面增大，增加了出土量；施工工序復雜，延長了施工期限，導致了隧道建設成本的增加。施工工序復雜，延長了施工期限，導致了隧道建設成本的增加。解決單層襯砌的防水技術和使用效果，以逐步取代雙層襯砌結構。解決單層襯砌的防水技術和使用效果，以逐步取代雙層襯砌結構。p外層襯砌視外層襯砌視作一施工臨時支撐結構作一施工臨時支撐結構，簡化了外層襯砌的要求。，簡

13、化了外層襯砌的要求。p在內層現(xiàn)澆襯砌施工前，對外層襯砌進行清理、堵漏和必要的結構構在內層現(xiàn)澆襯砌施工前，對外層襯砌進行清理、堵漏和必要的結構構造處理，然后再澆搗內襯層，并使內層襯砌與外層村砌連成一起視作造處理，然后再澆搗內襯層，并使內層襯砌與外層村砌連成一起視作一整體結構一整體結構( (或近似整體結構或近似整體結構) )以共同抵抗外荷載。以共同抵抗外荷載。5.1.3 5.1.3 裝配式鋼筋混凝土管片裝配式鋼筋混凝土管片環(huán)寬分塊封頂塊形式拼裝方式成型鋼筋籠堆放合籠后鋼模尺寸檢查鋼筋籠吊裝入模表面壓實管片入養(yǎng)護池養(yǎng)護三環(huán)試拼裝及接縫測量管片堆場堆放管片的防水防水材料優(yōu)質止水橡膠條( (一一) )環(huán)

14、寬環(huán)寬p根據(jù)國內外實踐經(jīng)驗，無論是鋼筋混凝土管片或根據(jù)國內外實踐經(jīng)驗，無論是鋼筋混凝土管片或金屬管片，環(huán)寬一般在金屬管片，環(huán)寬一般在3003002000mm2000mm之間。之間。環(huán)寬過小環(huán)寬過小會導致接縫數(shù)量的增加，加大隧道防水會導致接縫數(shù)量的增加，加大隧道防水的難度；的難度；環(huán)寬過大環(huán)寬過大雖對防水有利，但也會使盾尾長度增長雖對防水有利，但也會使盾尾長度增長而影響盾構的靈活性；單塊管片重量也增大。而影響盾構的靈活性；單塊管片重量也增大。( (二二) )分塊分塊p單線單線地下鐵道襯砌分為地下鐵道襯砌分為6 68 8塊塊，雙線雙線分為分為8 81010塊塊。小斷面隧道可分為小斷面隧道可分為4

15、46 6塊。塊。p少數(shù)采用少數(shù)采用4 4等份管片，把管片接縫設置在內力較小等份管片，把管片接縫設置在內力較小處，使襯砌環(huán)具有較好的剛度和強度，接縫構造處，使襯砌環(huán)具有較好的剛度和強度，接縫構造也可相應得到簡化。管片的最大弧、弦長一般較也可相應得到簡化。管片的最大弧、弦長一般較少超過少超過4 m4 m，管片越薄其長度應越短管片越薄其長度應越短。p管片類型管片類型分為標準塊、鄰接塊和封頂塊三類。分為標準塊、鄰接塊和封頂塊三類。p管片寬度管片寬度一般為一般為300mm2000mm，厚度為隧道外徑的，厚度為隧道外徑的5%6%，塊，塊與塊、環(huán)與環(huán)之間用螺栓連接。與塊、環(huán)與環(huán)之間用螺栓連接。 (三三)封頂

16、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，趨向于采用考慮到施工方便以及受力的需要，趨向于采用小封頂形式小封頂形式。p封頂塊的拼裝形式有兩種：封頂塊的拼裝形式有兩種：徑向楔入和縱向插入徑向楔入和縱向插入。后者封。后者封頂塊頂塊受力情況較好受力情況較好，在受荷后，封項塊不易向內滑移，但缺，在受荷后，封項塊不易向內滑移，但缺點是需加長盾構千斤頂行程。點是需加長盾構千斤頂行程。( (四四) )拼裝方式拼裝方式p圓環(huán)的拼裝方式：圓環(huán)的拼裝方式：通縫、錯縫通縫、錯縫所有襯砌環(huán)的縱縫環(huán)環(huán)對齊的稱為所有襯砌環(huán)的縱縫環(huán)環(huán)對齊的稱為通縫通縫；而環(huán)間縱縫相互；而環(huán)間縱縫相互錯開，猶如磚砌體一樣的稱為錯開，

17、猶如磚砌體一樣的稱為錯縫錯縫。通縫拼裝時為十字型式，在通縫拼裝時為十字型式，在接縫防水接縫防水上丁字縫比十字縫較上丁字縫比十字縫較易處理。易處理。圓環(huán)襯砌圓環(huán)襯砌采用采用錯縫錯縫拼裝較普遍，其優(yōu)點在于能加強圓環(huán)接拼裝較普遍，其優(yōu)點在于能加強圓環(huán)接縫剛度，約束接縫變形，圓環(huán)近似地可按勻質剛度考慮?？p剛度，約束接縫變形，圓環(huán)近似地可按勻質剛度考慮。當管片制作精度不夠好時，采用錯縫拼裝形式容易管片在當管片制作精度不夠好時，采用錯縫拼裝形式容易管片在盾構推進過程中頂碎；另外在錯縫拼裝條件下，盾構推進過程中頂碎；另外在錯縫拼裝條件下，環(huán)、縱縫環(huán)、縱縫相交處呈丁字型式；相交處呈丁字型式；通縫通縫 1. 1

18、.甲型：環(huán)向短直螺栓、縱向為頭尾相甲型：環(huán)向短直螺栓、縱向為頭尾相 接的長螺栓接的長螺栓 2. 2.乙型：環(huán)向單頭螺栓、縱向為彎螺栓乙型：環(huán)向單頭螺栓、縱向為彎螺栓 3. 3.丙型：環(huán)向、縱向為短直螺栓丙型：環(huán)向、縱向為短直螺栓錯縫：錯縫： A-B-A, A-B-CA-B-A, A-B-C51管片間接頭縱向連接螺栓錯逢拼裝形式5.1.4 5.1.4 管片接縫（頭）構造管片接縫（頭）構造p管片間的接縫（頭）（下稱接頭）有兩類：沿縱向（接頭管片間的接縫（頭）（下稱接頭）有兩類：沿縱向（接頭面平行于縱軸）的稱面平行于縱軸）的稱縱向接頭縱向接頭，沿環(huán)向（接頭面垂直于縱，沿環(huán)向（接頭面垂直于縱軸）的稱軸

19、）的稱環(huán)向接頭環(huán)向接頭。從其力學特性可分為從其力學特性可分為柔性和剛性接頭柔性和剛性接頭 ；前者要求相鄰管前者要求相鄰管片間允許產(chǎn)生微小的轉動與壓縮，后者則是通過增加螺栓片間允許產(chǎn)生微小的轉動與壓縮，后者則是通過增加螺栓數(shù)量等手段，力圖在構造上使接頭剛度與構件本身相同。數(shù)量等手段，力圖在構造上使接頭剛度與構件本身相同。基本的接頭結構有基本的接頭結構有螺栓接頭、鉸接頭、銷插入式接頭、楔螺栓接頭、鉸接頭、銷插入式接頭、楔形接頭、榫接頭形接頭、榫接頭等等。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 梢暗銷接頭縱徑向銷接頭54滑動式銷釘管片滑動式銷釘（C型金屬構件）滑動式銷釘（T型金屬構件

20、）快速接頭滑動式銷釘管片安裝后隧道傳統(tǒng)的螺栓或銷釘管片常規(guī)的螺栓或銷釘管片安裝成型后隧道內側完全光滑型內側完全光滑型 單向接觸組裝的管片的構造（滑動式銷釘管片單向接觸組裝的管片的構造（滑動式銷釘管片）5.1.5 5.1.5 其它構造其它構造（一）縱肋（一）縱肋對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對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。勻傳遞。鋼制管片上，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 2條縱肋支條縱肋支承承1 1塊壓力墊塊壓力墊的比例配置，否則不可能均勻傳遞千斤頂推力。的比例配置，否則不

21、可能均勻傳遞千斤頂推力。對箱型管片，縱肋的配置方法應和鋼制管片的一樣，其數(shù)量一般和對箱型管片，縱肋的配置方法應和鋼制管片的一樣，其數(shù)量一般和盾構千斤頂數(shù)量相同。盾構千斤頂數(shù)量相同。（二）注漿孔（二）注漿孔為均勻注漿，通常每個管片上為均勻注漿，通常每個管片上設置一個或一個以上注漿孔設置一個或一個以上注漿孔。由于注。由于注漿孔數(shù)量的增加會增加可能的滲漏水通道，且目前廣泛采用盾尾同漿孔數(shù)量的增加會增加可能的滲漏水通道，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，國內步壁后注漿方式，管片上的注漿孔往往用作二次注漿。因而，國內采用較多的是采用較多的是每個管片上僅設置一個注漿

22、孔每個管片上僅設置一個注漿孔。注漿孔直徑須依據(jù)使用的注漿材料確定，注漿孔直徑須依據(jù)使用的注漿材料確定，一般采用內徑一般采用內徑50mm50mm左右。左右。（三）起吊環(huán)（三）起吊環(huán)必須考慮設置起吊環(huán)。必須考慮設置起吊環(huán)?；炷疗桨逍凸芷颓蚰T鐵管片混凝土平板型管片和球墨鑄鐵管片大多將壁大多將壁后注漿孔同時兼作起吊環(huán)使用，而后注漿孔同時兼作起吊環(huán)使用，而鋼管片鋼管片則需另設置起吊配件。則需另設置起吊配件。5.2 5.2 襯砌圓環(huán)內力計算襯砌圓環(huán)內力計算p隧道襯砌結構設計必須滿足隧道襯砌結構設計必須滿足兩個基本要求兩個基本要求：滿足滿足施工及使用階段施工及使用階段結構強度、剛度的要求，承結構強度、

23、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；滿足使用功能要求的滿足使用功能要求的環(huán)境條件環(huán)境條件，保持隧道內部的，保持隧道內部的干燥和潔凈，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構時對襯砌防水的措施。裝配式鋼筋混凝土管片結構時對襯砌防水的措施。5.2.1 5.2.1 鋼筋混凝土管片的設計要求和方法鋼筋混凝土管片的設計要求和方法p按照按照強度、變形、裂縫限制強度、變形、裂縫限制等需要分別驗算。等需要分別驗算。p確定襯砌結構的幾個工作階段確定襯砌結構的幾個工作階段施工荷載階段，施工荷載

24、階段，基本使用荷載階段和特殊荷載階段，基本使用荷載階段和特殊荷載階段，提出各個工提出各個工作階段的荷載和安全質量指標要求作階段的荷載和安全質量指標要求( (襯砌裂縫寬度，接襯砌裂縫寬度，接縫變形和直徑變形的允許量，隧道抗?jié)B防漏指標，結構安全度，襯砌縫變形和直徑變形的允許量，隧道抗?jié)B防漏指標，結構安全度，襯砌內表面平整度要求等內表面平整度要求等) )，進行，進行各個各個工作階段和工作階段和組合組合工作工作階段的結構驗算。階段的結構驗算。5.2.2 5.2.2 結構計算方法的選擇結構計算方法的選擇p 荷載荷載結構法和地層結構法和地層結構法：下面著重介紹荷載結構法：下面著重介紹荷載結構結構法。法。p

25、荷載荷載結構法：三要素結構法：三要素 荷載模式：荷載模式：淺埋與深埋、水土合算和分算淺埋與深埋、水土合算和分算結構模型結構模型:(1) :(1) 飽和含水地層中，常采用飽和含水地層中，常采用勻質勻質( (等剛度等剛度) )圓環(huán)圓環(huán)計算方法計算方法。(2) (2) 在不穩(wěn)定地層中，多鉸圓環(huán)結構在不穩(wěn)定地層中，多鉸圓環(huán)結構( (鉸的數(shù)量鉸的數(shù)量大于大于8 8個個) )處于結構不穩(wěn)定狀態(tài)。處于結構不穩(wěn)定狀態(tài)。(3) (3) 在穩(wěn)定地層中，在穩(wěn)定地層中，襯砌環(huán)襯砌環(huán)按多鉸圓環(huán)計算是十分經(jīng)濟合理的按多鉸圓環(huán)計算是十分經(jīng)濟合理的。結構與地層共同作用：結構與地層共同作用：全周模式和局部模式全周模式和局部模式

26、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5.2.3 5.2.3 荷載的確定5.2.3 5.2.3 荷載的確定荷載的確定荷載分類荷載分類 表 10-2a基本荷載 地層壓力 水壓力 自重 上覆荷載的影響 地基抗力附加荷載 內部荷載 施工荷載 地震的影響特殊荷載 平行配置隧道的影響 接近施工的影響 其他 計算工況 荷載種類荷載組合系數(shù)第一組合施 工 階 段第二組合運 行 階 段第三組合地 震 驗 算地面超載1.4結構自重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道路設計荷載1.4盾構千斤頂頂力1.2不均勻注漿壓力1.2地震荷載1.3計算工況荷載組合表(

27、(一一) )基本使用階段基本使用階段( (環(huán)寬按環(huán)寬按1m1m考慮考慮) )p深埋地層豎向土壓：泰沙基公式以泰沙基公式以及蘇聯(lián)的普羅托季雅柯諾夫公式。及蘇聯(lián)的普羅托季雅柯諾夫公式。p側向主動土壓側向主動土壓側向主動士壓大都按側向主動士壓大都按朗金公式朗金公式 計算。計算。但側壓常受地層、施工方法和襯砌結構剛度的影響，有時但側壓常受地層、施工方法和襯砌結構剛度的影響，有時會出現(xiàn)很大的差異。例如在采用會出現(xiàn)很大的差異。例如在采用擠壓盾構法施工時，剛開擠壓盾構法施工時，剛開始時側壓很大、頂壓小于側壓始時側壓很大、頂壓小于側壓，隧道出現(xiàn)，隧道出現(xiàn)“豎鴨蛋豎鴨蛋”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。含水砂土層采用水土分算原則，

28、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。確定側壓系數(shù)時確定側壓系數(shù)時必須謹慎對待必須謹慎對待，日本隧道襯砌設計常對側，日本隧道襯砌設計常對側壓系數(shù)選擇范圍大致在壓系數(shù)選擇范圍大致在0.30.30.80.8之間，也有不超過之間，也有不超過0.70.7的做的做法。法。( (二二) )施工階段施工階段1管片拼裝管片拼裝：鋼筋混凝土管片拼裝成環(huán)時，對縱向接縫鋼筋混凝土管片拼裝成環(huán)時，對縱向接縫擰緊螺栓，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，使在擰緊螺栓時，使管片局部出現(xiàn)較大的集中應力管

29、片局部出現(xiàn)較大的集中應力，導致管，導致管片開裂和存在著局部內應力。片開裂和存在著局部內應力。2 2盾構推進盾構推進：由于制作和拼裝的誤差管片的由于制作和拼裝的誤差管片的環(huán)縫面往往環(huán)縫面往往是參差不平的。是參差不平的。當盾構千斤頂施加在環(huán)縫面上，特別是千當盾構千斤頂施加在環(huán)縫面上，特別是千斤頂頂力存在偏心狀態(tài)情況下，極易使管片開裂和頂碎斤頂頂力存在偏心狀態(tài)情況下，極易使管片開裂和頂碎。3襯砌背后壓注襯砌背后壓注：襯砌背后的建筑空隙內注以水泥漿或水：襯砌背后的建筑空隙內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，而僅是周，而

30、僅是局部聚集在注漿孔的一定范圍內局部聚集在注漿孔的一定范圍內，過高的注漿，過高的注漿壓力常引起圓環(huán)變形和出現(xiàn)局部的集中應力，封頂楔形塊壓力常引起圓環(huán)變形和出現(xiàn)局部的集中應力，封頂楔形塊管片也會向內滑移。管片也會向內滑移。 4 4襯砌環(huán)剛出盾尾：襯砌環(huán)剛出盾尾：襯砌頂部土壓即迅速作用到襯砌上，襯砌頂部土壓即迅速作用到襯砌上，而側壓卻因某種原因未能及時作用，這時襯砌可能處于比而側壓卻因某種原因未能及時作用，這時襯砌可能處于比基本使用階段更為不利的工作條件?；臼褂秒A段更為不利的工作條件。 p不利工作條件的因素很多，難以事先估計襯砌結構在施工不利工作條件的因素很多，難以事先估計襯砌結構在施工階段引起

31、的。目前一般的處理方法是除實地觀測和提出相階段引起的。目前一般的處理方法是除實地觀測和提出相應改進措施外，還常應改進措施外，還常采用一個籠統(tǒng)的附加安全系數(shù)采用一個籠統(tǒng)的附加安全系數(shù)，以保，以保證襯砌結構的一定安全度。證襯砌結構的一定安全度。( (三三) )特殊荷載階段特殊荷載階段 p根據(jù)使用需要還得進行特殊荷載階段的驗算；根據(jù)使用需要還得進行特殊荷載階段的驗算；p屬于屬于瞬時性的荷載瞬時性的荷載，且荷載作用時間又短，但往往是，且荷載作用時間又短，但往往是控制控制襯砌結構設計的關鍵。襯砌結構設計的關鍵。p可妥善合理選擇結構的附加安全系數(shù)和適當提高建筑材料可妥善合理選擇結構的附加安全系數(shù)和適當提高

32、建筑材料的物理力學性能指標。的物理力學性能指標。荷載荷載 結構法結構法 自由變形與側向彈性抗力均質模型自由變形與側向彈性抗力均質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)結構模型多鉸圓環(huán)結構模型直直( (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）襯砌結構計算模型襯砌結構計算模型：5.2.4 5.2.4 襯砌內力計算(一)自由變形與側向彈性抗力均質模型計算法自由變形與側向彈性抗力均質模型計算法（1 1）自由變形均質模型）自由變形均質模型在飽和含水軟土地層中，主要由于工程上的防水要求對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

33、減小接縫變形量。由于相鄰環(huán)間接錯縫拼裝，并設置一定數(shù)量的縱向螺栓或在環(huán)縫上設有凹凸榫槽，使縱縫剛度有了一定的提高。因此，圓環(huán)可近似地認為一均質剛度圓環(huán)。由于荷載的對稱性，故整個圓環(huán)為二次超靜定結構。按結構力學力法原理，可解出各千截面上的M、N值。（2 2）側向彈性抗力均質模型）側向彈性抗力均質模型（二）日本修正慣用法（二）日本修正慣用法國際隧協(xié)推薦兩種估算方法，即 - 法法和旋轉彈簧（半鉸）K-（ 法）。（1） - 法p圓環(huán)抗彎剛度為EJ（為抗彎剛性的有效率，1），計及圓環(huán)水平直徑處變位y，兩側抗力pk=ky后，考慮錯縫拼裝管片接頭部彎矩的傳遞，結構整體加強效果。p接頭處 p管片 式中 彎矩調

34、整系數(shù)0.6 0.8， 0.3 0.5 。如果管片環(huán)內沒有接頭，則=1， =0隧道縱向M=Mj+MiB/2Mi/2Mi/2MjMi/2Mi/2BB/2錯縫拼裝彎矩傳遞及分配示意圖NNMMjj)1 (NNMMss)1 (（2） K法1-5 旋轉角度 彈簧鉸模型用一個旋轉彈簧（半鉸）模擬接頭，且假定彎矩與轉角成正比KM p管片環(huán)沒有接頭，則K= ，0 。p若假定管片環(huán)的接頭為鉸接，則K= 0 ，1 ( (三三) )多鉸圓環(huán)結構模型計算法多鉸圓環(huán)結構模型計算法(1)日本山本稔法p該原理在于圓環(huán)多鉸襯砌環(huán)在主和被動土壓作用下產(chǎn)生變形，圓環(huán)由一不穩(wěn)定結構逐漸轉變成穩(wěn)定結構，圓環(huán)變形過程中，鉸不發(fā)生突變。

35、計算假定： 1)適用于圓形結構。 2)襯砌環(huán)在轉動時，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，土抗力的計算滿足對砌環(huán)穩(wěn)定性的要求，土抗力作用方向全部朝向圓心。 4)計算中不計及圓環(huán)與土壤介質間的摩擦力。 5)土抗力和變形間關系按Winkler公式計算。（四）（四） 直直( (曲曲) )梁梁 接頭連續(xù)模型計算法接頭連續(xù)模型計算法（梁（梁 彈簧模型）彈簧模型）2ns121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 a 全周彈簧模式b 45度水平彈簧模式5.3 5.3 襯砌斷面設計襯砌斷面設計p在基本使用荷載階段，需進行在基本使用荷載階段，需進行抗裂或裂縫抗裂或裂縫限制，

36、強度和變形限制，強度和變形等驗算。等驗算。p組合組合基本荷載階段和特殊荷載階段的襯砌基本荷載階段和特殊荷載階段的襯砌內力時，一般僅進行內力時，一般僅進行強度強度檢驗，變形和裂檢驗，變形和裂縫開展可不予以考慮?？p開展可不予以考慮。5.3.1 5.3.1 抗裂及裂縫限制的計算抗裂及裂縫限制的計算( (一一) ) 抗裂計算抗裂計算( (二二) ) 裂縫寬度驗算裂縫寬度驗算5.3.2 5.3.2 襯砌斷面強度計算襯砌斷面強度計算p襯砌結構根據(jù)不同工作階段的最不利內力，分別進行襯砌結構根據(jù)不同工作階段的最不利內力，分別進行正負彎矩的偏壓構件強度計算和截面選擇。正負彎矩的偏壓構件強度計算和截面選擇。p接縫

37、部位上的部分彎矩接縫部位上的部分彎矩M M值可通過縱向構造設置，傳值可通過縱向構造設置，傳遞到相鄰環(huán)的截面上去遞到相鄰環(huán)的截面上去( (環(huán)縫面上的縱向傳遞能力必環(huán)縫面上的縱向傳遞能力必須事先估算并于事后通過結構試驗予以檢定須事先估算并于事后通過結構試驗予以檢定) )。p縱向傳遞能力大致為縱向傳遞能力大致為20204040M M，其彎矩，其彎矩M M值應乘以值應乘以傳遞系數(shù)傳遞系數(shù)1.31.3，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)0.70.7。5.3.35.3.3接縫計算接縫計算( (一一) )接縫張開的驗算接縫張開的驗算( (二二) )螺栓驗算螺栓驗算5.4 5.4 隧道防水及其

38、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，襯砌結構設計，接縫防水必須從管片生產(chǎn)工藝，襯砌結構設計，接縫防水材料等幾個方面進行綜合處理，其中尤以材料等幾個方面進行綜合處理，其中尤以接縫防接縫防水材料的選擇水材料的選擇為突出的技術關鍵。為突出的技術關鍵。優(yōu)質止水橡膠條5.4.1 5.4.1 襯砌的抗?jié)B襯砌的抗?jié)Bp襯砌埋設在含水地層內，承受著一定靜水壓力，必須具有相當襯砌埋設在含水地層內，承受著一定靜水壓力，必須具有相當?shù)目節(jié)B能力，的抗?jié)B能力，襯砌本身的抗?jié)B能力要求：襯砌本身的抗?jié)B能力要求： （1 1）合理提出襯砌本身的）合理提出襯砌本身的抗?jié)B指標抗?jié)B指標。 （2 2）經(jīng)過抗?jié)B試驗的混凝土的

39、）經(jīng)過抗?jié)B試驗的混凝土的合適配合比合適配合比，嚴格控制水灰比，嚴格控制水灰比，一般不大于一般不大于0.40.4，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。 （3 3）襯砌構件的）襯砌構件的最小混凝土厚度和鋼筋保護層最小混凝土厚度和鋼筋保護層。 （4 4）管片生產(chǎn)工藝管片生產(chǎn)工藝：振搗方式和養(yǎng)護條件的選擇。：振搗方式和養(yǎng)護條件的選擇。 （5 5）嚴格的產(chǎn)品）嚴格的產(chǎn)品質量檢驗制度質量檢驗制度。 （6 6）減少管片在堆放、運輸和拼裝過程中的）減少管片在堆放、運輸和拼裝過程中的損壞率損壞率。5.4.2 5.4.2 管片制作精度管片制作精度p管片制作精度管片制作精度對于隧道防水效果具有很大的影響。管片制對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，制作精度較差的管片，再加上拼裝誤差的累計再加上拼裝誤差的累計，往往導數(shù)，往往導數(shù)襯砌拼裝縫不密貼而出現(xiàn)了較大的初始接隙，當管片防水襯砌拼裝縫不密貼而出現(xiàn)了較大的初始接隙，當管片防水密封墊的彈性變形量不能適應初始接隙密封墊的彈性變形量不能適應初始接隙時就會漏水。時就會漏水。p管片制作精度的不夠，管片制作精度的不夠，造成管片的頂碎和開裂造成管片的頂碎和開裂，造成漏水。，造成漏水。p必