盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計(jì)指南(第二章)

1、盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計(jì)指南(第二章(國(guó)際隧道協(xié)會(huì)第二工作組第二章盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計(jì)方法1總則1.1應(yīng)用范圍本指南為i鋼筋混凝土管片襯砌和ii在非常軟弱的地層(如沖積或洪積層中修建的盾構(gòu)隧道的二次襯砌的設(shè)計(jì)提供了總要求。本指南亦可用于隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM在土層或軟巖中開挖的巖石隧道的管片襯砌。軟弱圍巖的物理性質(zhì)如下:N50E=2.5N125 MN/m2q u=N/800.6 MN/ m2公式1.1.1式中,N:標(biāo)貫試驗(yàn)得出的N值;E:土的彈性模量E; B-B斷面A-A斷面圖-2 管片襯砌盾殼內(nèi)完成的管片襯砌系統(tǒng):所有管片都有盾殼內(nèi)拼裝、襯砌在盾殼內(nèi)完成的管片襯砌系統(tǒng)。擴(kuò)大型管片襯砌系統(tǒng):除封頂管片外,其他

2、所有管片都在盾殼內(nèi)拼裝,而封頂管片在緊接盾殼之后插入,完成襯砌施作的管片襯砌系統(tǒng)。厚度:隧道橫截面上襯砌的厚度。寬度:寬片的縱向長(zhǎng)度。接縫:襯砌中不連續(xù)的部分及管片之間的接觸面。接縫的類型:A普通型接縫a.具有連接件a直型鋼螺栓b曲型鋼螺栓c可重復(fù)使用的傾斜型鋼螺栓d塑料或鋼制連接件b.無連接件c.具有導(dǎo)向桿B雌雄型接縫C鉸接型接縫a.凸凹面鉸接型接縫b.雙凸面鉸接型接縫c.具有中心調(diào)節(jié)元件(鋼桿件的接型接縫d.無中心調(diào)節(jié)元件的鉸接型接縫D銷式接縫環(huán)形接縫:環(huán)與環(huán)之間的接縫。徑向接縫:管片之間的縱向接縫。接縫螺栓:連接管片的鋼螺栓。在實(shí)際設(shè)計(jì)和施工中,應(yīng)選取適當(dāng)?shù)囊r砌構(gòu)成、管片形狀、接縫和防水

3、細(xì)節(jié)、公差等,以便高效、可靠、迅速地拼裝管片。選取上述內(nèi)容,應(yīng)考慮下列因素:l管片拼裝方法、細(xì)節(jié)及拼裝設(shè)備;l隧道的功能要求,包括壽命和防水要求;l圍巖和地下水狀況,包括地震狀況;l隧道當(dāng)?shù)氐氖┕ち?xí)慣。1.4符號(hào)本指南中有下列符號(hào)(見圖-3:t:厚度;A:面積;E:彈性模量;I:面積慣性矩;EI:抗撓剛度;M:力矩;N:軸向力;S:剪切力;:通過接縫處毗鄰管片傳遞的力矩的增加量與M(1+的比值。M通過管片傳遞,(1-M 通過接縫傳遞;D:襯砌直徑;D C:矩心直徑;R O、R C、R i:分別為襯砌的外半徑、矩心半徑和內(nèi)半徑;、W、C:分別為土的重量、土的水下容重、水的容重和混凝土的容重;H:

4、埋深;WH w:襯砌拱頂處地下水壓力;P0:附加荷載;W:襯砌縱向每米重量;P g:靜止荷載;P el:襯砌拱頂處垂直土壓;P wl:運(yùn)用于彈性公式法的襯砌拱頂處垂直水壓(見5.2節(jié);q el:襯砌拱頂處水平土壓;q wl:運(yùn)用于彈性公式法的襯砌拱頂處水平水壓(見5.2節(jié);P e2:襯砌底部垂直土壓;P w2:運(yùn)用于彈性公式法的襯砌底部的垂直水壓(見5.2節(jié);Q e2:襯砌底部水平土壓;Q w2:運(yùn)用于彈性公式法的襯砌底部水平水壓(見5.2節(jié);P w:水壓;F w:浮力;:側(cè)向土壓系數(shù);k:地基反作用系數(shù);:襯砌位移;P k:地基反作用力C:土的粘聚力;:土的內(nèi)摩擦角;fck:混凝土額定強(qiáng)度(

5、混凝土特性抗壓強(qiáng)度;f Y:鋼材屈服強(qiáng)度;E s:鋼材彈性模量。 圖-3 本指南中使用的符號(hào)舉例2荷載2.1荷載的種類在襯砌設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮下列荷載:通常必須考慮下列荷載:(1圍巖壓力;(2水壓;(3靜止荷載;(4附加荷載;(5地基反作用力;必要的話,應(yīng)考慮下列荷載:(6來自內(nèi)部的荷載;(7施工期間的荷載;(8地震的影響;特殊荷載:(9毗鄰隧道的影響;(10沉降的影響;(11其他荷載。2.2圍巖壓力圖-4所示為隧道及其周圍圍巖的斷面圖。應(yīng)根據(jù)適當(dāng)分析來確定圍巖壓力。例如,圍巖壓力應(yīng)徑向作用于襯砌或分為垂直圍巖壓力和水平圍巖壓力。對(duì)圍巖壓力分為垂直圍巖壓力和水平圍巖壓力這一情況,隧道拱頂處垂直圍巖壓

6、力應(yīng)為均布荷載,且如果設(shè)計(jì)的隧道為淺埋隧道時(shí)總是與埋深壓力相等。如果設(shè)計(jì)的隧道為深埋隧道,可以根據(jù)Terzaghi 公式(見公式2.2.1、Protodiaconov 公式或其他公式采用減少土壓。水平圍巖壓力應(yīng)為從拱頂至底板作用于襯砌矩心的均勻變化荷載。水平圍巖壓力的大小確定為垂直土壓乘以側(cè)向土壓系數(shù)(見圖-6(1,其值可以確定為均布荷載或五角模型均勻變化荷載。設(shè)計(jì)計(jì)算中擬采用的側(cè)向土壓系數(shù)的值應(yīng)介于靜止側(cè)向土壓系數(shù)值與活動(dòng)側(cè)向土壓系數(shù)值之間。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)松弛和施工狀況確定側(cè)向土壓系數(shù)的值。關(guān)于土壓計(jì)算中所采用的土的容重,地下水位以上的土應(yīng)采用潮濕容重,地下水位以下的土應(yīng)采用水下容重。j j

7、 i i el H H P P +=0 (公式2.2.1式中,0P =附加荷載;i =處于地下水位以上的i 號(hào)地層土的容重;i H =處于地下水位以上的i 號(hào)地層的厚度;j =處于地下水位以下的j 號(hào)地層土的容重;j H =處于地下水位以下的j 號(hào)地層的厚度;+=j H Hi H/tan(exp(1/110110B H k B C B h =/tan(exp tan(1000B H K P K + B 1=R o cot(/8+/4P el =h o (如果隧道處于地下水位以上P el =h o (如果h o H w 太沙基公式(公式2.2.1式中,h 0=由土的容重劃分的減少土壓;K O =

8、側(cè)向土壓與垂直土壓的比值=1圖-4 隧道與周圍圍巖斷面圖2.3水壓通常情況下,作用于襯砌的水壓應(yīng)為靜水壓力(見圖-8。作用于襯砌的合成水壓是浮力。如果拱頂處合成垂直土壓和靜止荷載比浮力大,其差值以垂直土壓的形式作用于襯砌底部(地基反作用力。如果浮力大于拱頂處的合成垂直土壓和靜止荷載,隧道將會(huì)漂浮起來。 圖-5 用太沙基公式計(jì)算的減少土壓 圖-6 (1 作用于襯砌的圍巖壓力(1 圖中,q el =(P el +t/2(隧道處于地下水位以上;q el =(P el +t/2(隧道處于地下水位以下;(222t R p q o el e +=(隧道處于地下水位以上;(222t Rp q oele +=

9、(隧道處于地下水位以下。 式中,q e =(q el +q e2/2圖-6(2 作用于襯砌的圍巖壓力(22.4靜止荷載靜止荷載為作用于隧道橫截面矩心的垂直荷載。靜止荷載按公式2.4.1計(jì)算:P g =W/(2R c P g =c t(如果截面為矩形(公式2.4.12.5附加荷載附加荷載增加了作用于襯砌的土壓。下列荷載作為附加荷載作用于襯砌:l 公路交通車輛荷載;l 鐵路交通車輛荷載;l建筑物重量。2.6地基反作用力計(jì)算襯砌的分力時(shí),我們必須確定地基反作用力的作用范圍、大小和方向。地基反作用力分為以下兩類:i與圍巖位移無關(guān)的反作用力,如P e2(見圖-9;ii取決于圍巖位移的反作用力。認(rèn)為上述第

10、ii 類地基反作用力與圍巖位移成比例,且其比例因數(shù)定義為地基反作用力系數(shù)。此比例因數(shù)的值取決于圍巖韌度和襯砌尺寸(襯砌半徑。地基反作用力是地基反作用力系數(shù)和襯砌位移的產(chǎn)物,由圍巖韌度和管片襯砌的剛度決定。管片襯砌的剛度取決于管片剛度及接縫的數(shù)目和類型?；A(chǔ)剛性框架模型可以把地基反作用力評(píng)定為彈力(見圖-6、圖-10和圖-16。如果用FEM 來計(jì)算分力,那么模擬圍巖的簡(jiǎn)易應(yīng)變要素評(píng)定為地基反作用彈力。2.7來自內(nèi)部的荷載應(yīng)對(duì)懸掛在隧道頂板上的設(shè)施造成的荷載或內(nèi)部水壓造成的荷載進(jìn)行調(diào)查。2.8施工期間的荷載施工期間下列荷載作用于襯砌:l盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏?。生產(chǎn)管片時(shí),應(yīng)對(duì)管片承受盾構(gòu)千斤頂推力的強(qiáng)度

11、進(jìn)行測(cè)試。對(duì)盾構(gòu)千斤頂推力對(duì)管片的影響進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)人員應(yīng)檢驗(yàn)可靠偏心造成的剪切力和彎力,包括管片拼裝處于公差極限的情況。l管片運(yùn)輸和裝卸其間的荷載。l回填灌漿壓力。l管片拼裝機(jī)作業(yè)造成的荷載。l其他荷載,如后配套拖車的靜止荷載、管片整圓器千斤頂壓力、刀盤扭矩。 P e2=P el+P wl+P g-P w2圖-7 彈性公式法的荷載狀況 P w由公式2.3.1求出。2rP e2+r2w=2rP el+2rpgP wl=w H w(隧道拱頂處水壓P e2=P el+pg-rw/2P w=P wl+w R c(1-cos公式2.3.1圖-8 靜水壓力圖-9 與圍巖位移無關(guān)的地基反作用力(P e2

12、圖-10 地基反作用模型2.9地震的影響采用靜態(tài)分析(如地震變形法、地震系數(shù)法或動(dòng)態(tài)分析來進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。通常采用地震變形法來調(diào)查地震對(duì)隧道的影響。詳細(xì)情況應(yīng)在本指南之外單獨(dú)介紹。2.10其他荷載必要的話,還應(yīng)對(duì)毗鄰隧道的影響和/或不均衡沉降的影響進(jìn)行調(diào)查。3材料本指南是針對(duì)以鋼筋混凝土管片為一次襯砌材料和現(xiàn)澆混凝土為二次襯砌材料這一情況而編寫的。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS、德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN和美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACZ標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了這些材料的檢驗(yàn)方法。可能不需要現(xiàn)澆混凝土內(nèi)層襯砌。如果外層管片襯砌的設(shè)計(jì)和施工可以滿足終生隧道襯砌要求,當(dāng)然允許只施作一層襯砌。3.1彈性模量作為參考,表-1給出了混凝土和鋼

13、材的彈性模量。表-1 混凝土和鋼材的彈性模量額定強(qiáng)度f ck(MN/m218 24 30 40 50 60混凝土彈性模量Ec(104 MN/m2 2.2 2.5 2.8 3.1 3.1 3.5鋼材彈性模量E s=210,000(MN/m23.2應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖-11和圖-12所示分別為混凝土和鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。 圖-11 混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖-12 鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線4安全系數(shù)安全系數(shù)應(yīng)依據(jù)圍巖荷載情況,并應(yīng)根據(jù)每項(xiàng)工程的結(jié)構(gòu)要求和規(guī)范(如混凝土構(gòu)造物設(shè)計(jì)與施工國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來確定安全系數(shù)。施工程序和施工情況應(yīng)與安全系數(shù)相關(guān)。有關(guān)施工程序和施工情況在設(shè)計(jì)計(jì)算中的應(yīng)用,請(qǐng)參考后文5.3節(jié)

14、“如何檢驗(yàn)隧道斷面的安全性”。如果隧道設(shè)計(jì)為臨時(shí)構(gòu)造物,其安全系數(shù)可以改變。5結(jié)構(gòu)計(jì)算襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算中應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際單位制。5.1設(shè)計(jì)原則應(yīng)對(duì)下列關(guān)鍵斷面進(jìn)行隧道橫截面設(shè)計(jì)計(jì)算(見圖-13:l覆蓋層最厚的斷面;l覆蓋層最淺的斷面;l地下水位最高的斷面;l地下水位最低的斷面;l附加荷載大的斷面;l具有偏心荷載的斷面;l地表不平的斷面;l目前已有毗鄰隧道或?qū)硪?guī)劃有毗鄰隧道的斷面。5.2分力計(jì)算運(yùn)用各種結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分力(M.N.S計(jì)算。5.2.1計(jì)算模型應(yīng)采用下列方法進(jìn)行分力計(jì)算(參考圖-19:l基礎(chǔ)框架模型法(見圖-14,圖-15和圖-16;l有限元法(FEM(圖-17;l彈性公式法(見圖-18和

15、表-2;l Schultz e和Duddeck模型;l Muir Wood模型。因?yàn)榛A(chǔ)框架模型法是多重靜止不確定的,因此這種方法是一種利用計(jì)算機(jī)采用矩陣法進(jìn)行分力計(jì)算的方法。這種方法可以評(píng)估下列狀況:1由于巖土狀況變化而造成的不均勻變化荷載(見圖-15(b;2偏心荷載(見圖-15(c;3靜水壓力(見2.3節(jié)“水壓”;4模擬地基反作用的彈力(見2.6節(jié)“地基反作用力”;5把接縫模擬為鉸接或旋轉(zhuǎn)彈力(半鉸接來評(píng)估接縫的影響(見5.2.2節(jié)“接縫評(píng)估”。如果承受靜止荷載造成的位移的地基反作用力不可預(yù)計(jì),那么必須單獨(dú)計(jì)算靜止荷載造成的分力,并使之與其他荷載造成的分力疊加。在這種情況下,可用彈性公式法

16、計(jì)算靜止荷載造成的分力。這種方法不僅可以采用常規(guī)方向的地基反作用力,而且還可以采用切線方向的地基反作用力。地基反作用范圍的類型如下(見圖-16:l全圓基礎(chǔ)模型;l拱頂無地基反作用的基礎(chǔ)模型;l全圓非張拉基礎(chǔ)模型。FEM的基礎(chǔ)是連續(xù)體理論,且隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展FEM已被采納。在FEM中,土的楊氏模量和泊松比必定是所需參數(shù)。在FEM設(shè)計(jì)中,管片襯砌評(píng)定為束狀元件。FEM不僅可以計(jì)算隧道襯砌的分力,而且可以計(jì)算圍巖的位移和應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài),以及隧道施工對(duì)上方和毗鄰構(gòu)造物的影響。FEM模型可以逼真地描繪襯砌和圍巖之間的相互作用,并有下列優(yōu)點(diǎn):l可以在考慮圍巖應(yīng)力初始狀態(tài)、圍巖參數(shù)(如土的容重、楊氏模量和泊

17、松比、隧道斷面形狀和尺寸以及施工方法(包括施工程序的情況下對(duì)圍巖狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。l抵抗荷載的襯砌的性能取決于襯砌結(jié)構(gòu)(管片數(shù)目、管片形狀和接縫類型、回填灌漿的特性與效率及圍巖施加的荷載。這些因素都可以評(píng)估。l松弛程度取決于圍巖狀況、施工方法(如盾構(gòu)法的類型以及回填灌漿的方法(包括盾尾間隙的大小。這些因素也都可以評(píng)估。彈性公式法是一種不用計(jì)算機(jī)計(jì)算分力的簡(jiǎn)易方法。但是,彈性公式法不能評(píng)估上述基礎(chǔ)框架模型法可以評(píng)估的15種狀況(見圖-18。彈性公式法中,水壓應(yīng)評(píng)估為垂直均勻荷載和水平均勻變化荷載的合成。水平地基反作用力應(yīng)簡(jiǎn)化為三角變化荷載(見圖-7。 模型(a模型(b承受因靜止荷載造成的位移的地基反

18、作用力可以用模型(a模擬,而不可用模型(b模擬。圖-14 計(jì)算分力的基礎(chǔ)框架模型 模型(a適應(yīng)模型(b適應(yīng)模型(c適應(yīng)圖-15 基礎(chǔ)框架模型的可適應(yīng)荷載模型 模型(a 模型(b 模型(c 模型(d 模型基礎(chǔ)范圍基礎(chǔ)方向基礎(chǔ)壓縮/張拉A全圓型常規(guī)方向壓縮與張拉b無拱頂型常規(guī)和切線方向壓縮與張拉c無拱頂型常規(guī)方向壓縮與張拉d取決于位移常規(guī)方向僅壓縮圖-16 基礎(chǔ)框架法計(jì)算模型的地基反作用力的范圍和方向 圖-17 FEM網(wǎng)格布局 模型(a適應(yīng)模型(b不適應(yīng)模型(c不適應(yīng)圖-18 彈性公式法計(jì)算分力的荷載模型表-2 計(jì)算分力的彈性公式荷載力矩(M(R c2軸向力(N(R c剪切力(S(R c垂直向均布

19、荷載(P=p el+p wl(1-2S2P/4S2P-SCP側(cè)向均布荷載(Q=q el+q wl(1-2C2Q/4C2Q-SCQ側(cè)向三角形變化均布荷載(Q-Q(6-3C-12C2+4C3(Q-Q/48(C+8C2-4C3(Q-Q/16(S+8SC-4SC2(Q-Q/16側(cè)向地基反作用力(k0/4(0.2346-0.3536Ck/4/2(-0.3487+0.5S2+0.2357C3k0/40.3536Ck/4/2(-0.7071C+C2+0.7071S2Ck0/40.3536Sk/4/2(SC-0.7071C2Sk靜止荷載(g0/2gCS6/5(8/3(/2gSCS22/1(6/5(8/+0/2

20、gCS6/1(/2gCSSS6/1(2+0/2gSC6/1(/2gSSCSC6/1(+起拱點(diǎn)側(cè)向位移(045.0/(24/2(44cckRhEIRgQQP+=圖-19計(jì)算分力的結(jié)構(gòu)模型(I f t i m i e ,1994年=距拱頂?shù)慕嵌萐=sinS2=sin2S3=sin3C=cosC2=cos2C3=cos3 5.2.2接縫評(píng)估無論管片襯砌是用螺栓連接還是不用螺栓連接,其接縫處的實(shí)際抗撓剛度都小于管片的抗撓剛度(從結(jié)構(gòu)上講,管片襯砌環(huán)可以模擬為多重鉸接環(huán)或剛度在十分均勻的剛性環(huán)與多重鉸接環(huán)之間的襯砌。如果管片襯砌為錯(cuò)縫,那么接縫處的力矩小于毗鄰管片的力矩。接縫的實(shí)際效應(yīng)應(yīng)在設(shè)計(jì)中評(píng)估。

21、圖-20 接縫處力矩分布圖5.3如何檢驗(yàn)隧道斷面的安全性根據(jù)分力計(jì)算結(jié)果,必須用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法或允許應(yīng)力設(shè)計(jì)法對(duì)最為關(guān)鍵的斷面進(jìn)行檢驗(yàn)。這些最為關(guān)鍵的斷面如下:l正力矩最大的斷面;l負(fù)力矩最大的斷面;l軸向力最大的斷面。襯砌承受盾構(gòu)千斤頂推力的安全性也應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)。5.3.1極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法由軸向荷載和撓曲力矩決定的各斷面的設(shè)計(jì)軸向承載能力和設(shè)計(jì)撓曲承載能力之間的關(guān)系如圖-21中的曲線所示。因此,通常情況下確認(rèn)點(diǎn)(M d,N d處于曲線(M ud,Nud的內(nèi)側(cè)(即處于原點(diǎn)側(cè)來檢驗(yàn)合成的軸向荷載和撓曲力矩的安全性,見圖-21。關(guān)于混凝土和鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,請(qǐng)參考3.2節(jié)“應(yīng)力-應(yīng)變曲線”。圖-2

22、1和公式5.3.1和5.3.2中,b和s分別為混凝土和鋼材的安全系數(shù)。5.3.2允許應(yīng)力設(shè)計(jì)法如果混凝土極限軸向應(yīng)力和鋼筋的應(yīng)力不大于其允許應(yīng)力,那么管片襯砌在承受設(shè)計(jì)荷載方面應(yīng)當(dāng)是安全的(見公式5.3.4和公式5.3.5。cca=f ck/F c公式5.3.3ssa=f yd/F s公式5.3.4式中,c:混凝土極限軸向應(yīng)力;ca:混凝土允許應(yīng)力;f ck:混凝土特性抗壓強(qiáng)度(額定強(qiáng)度;f c:混凝土安全系數(shù);s :鋼筋應(yīng)力;sa :鋼筋允許應(yīng)力;f yd :鋼筋屈服應(yīng)力;F s :鋼筋安全系數(shù)。圖-22所示為應(yīng)力和應(yīng)變分布狀態(tài)。 斷面應(yīng)變應(yīng)力斷面應(yīng)變應(yīng)力極限狀態(tài)cu l u =,N ud

23、=N max,M=0極限狀態(tài)t x l cu u =,0, 斷面應(yīng)變應(yīng)力斷面應(yīng)變應(yīng)力極限狀態(tài)t x x l cu u =,0,0極限狀態(tài)0,0,0=ud l cu u N x x 其中,=u 上限極限軸向應(yīng)變;l =下限極限軸向應(yīng)變;x=上限極限軸與中性軸之間的距離。 圖-21 極限狀態(tài)的過渡和M ud-N ud 曲線 圖-22 應(yīng)力和應(yīng)變分布狀態(tài)5.4接縫結(jié)構(gòu)計(jì)算在接縫處,接縫螺栓被評(píng)估為加強(qiáng)筋。應(yīng)當(dāng)用與5.3節(jié)“如何檢驗(yàn)隧道斷面的安全性”中所描述的用以檢驗(yàn)管片安全性的方法相同的方法來檢驗(yàn)接縫的安全性。由于管片拼裝之前接縫的位置還軸向承載力:ss s bud T T bdyy N /(/(+

24、=公式5.3.1在-h/2與h/2之間積分撓曲承載力:sssbud t h T t h T ybdy y M 2/(2/(/(+=公式5.3.2在-h/2與h/2之間積分其中,s s s s s s A T A T =不確定,因此對(duì)5.3節(jié)中描述的三個(gè)最為關(guān)鍵的斷面應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。如果接縫螺栓僅用于管片拼裝,且在管片拼裝之后拆下螺栓,那么接縫應(yīng)傳遞由跨越接縫的法向力限定的力矩。在襯砌管片環(huán)之間,從一個(gè)管片環(huán)傳到另一個(gè)管片環(huán)的力由幾何咬合決定,且盾構(gòu)千斤頂推力會(huì)擴(kuò)大管片的微小裂紋。這些裂紋影響管片襯砌的壽命。應(yīng)當(dāng)考慮管片混凝土抗拉強(qiáng)度的質(zhì)量控制,以防止生產(chǎn)管片時(shí)微小裂紋增多。5.5檢驗(yàn)襯砌承受盾

25、構(gòu)千斤頂推力的安全性至少應(yīng)用以下公式對(duì)襯砌承受盾構(gòu)千斤頂推力的安全性進(jìn)行檢驗(yàn):f ck /F c F s /A式中,f ck :混凝土抗壓強(qiáng)度(額定強(qiáng)度;F c :混凝土安全系數(shù);F s :盾構(gòu)千斤頂總推力;A:襯砌橫截面面積。如果由于選用舊盾構(gòu)千斤頂預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)更危險(xiǎn)的情況,那么應(yīng)對(duì)這些危險(xiǎn)情況進(jìn)行檢驗(yàn),這是因?yàn)檫x用舊盾構(gòu)千斤頂會(huì)造成彎矩。盾構(gòu)千斤頂推力會(huì)擴(kuò)大管片的微小裂紋。這些裂紋影響管片襯砌的壽命。應(yīng)當(dāng)考慮管片混凝土坑拉強(qiáng)度的質(zhì)量控制,以防止生產(chǎn)管片時(shí)微小裂紋增多。6結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)6.1管片尺寸與形狀組成一個(gè)管片環(huán)所需管片的數(shù)目越少,生產(chǎn)和拼裝管片的效率就越高。但是,應(yīng)根據(jù)管片運(yùn)輸和裝卸情況來確

26、定一塊管片的弧長(zhǎng)和重量。6.2防漏措施如果隧道設(shè)計(jì)有允許泄漏水,那么可在隧道內(nèi)安設(shè)排水系統(tǒng)。如果隧道設(shè)計(jì)不允許泄漏水,那么需要采取防漏措施。隧道的防水要求應(yīng)根據(jù)竣工隧道的最終用途和功能要求確定。即使在一次襯砌之后還要施作現(xiàn)澆混凝土內(nèi)層襯砌(無論是否使用防水薄膜,一次襯砌也應(yīng)具有足夠的不透水性,從而可以允許施作內(nèi)層襯砌而不影響其質(zhì)量。這樣,必要的話應(yīng)使用密封條。對(duì)于低于地下水位、僅有一層管片襯砌的隧道,襯砌管片應(yīng)設(shè)密封墊對(duì)隧道進(jìn)行密封。如果僅采用一道密封墊,應(yīng)準(zhǔn)備預(yù)防措施,一旦發(fā)生過量漏水可以進(jìn)行管片堵縫(見圖-23。 用兩道密封墊進(jìn)行密封用一道密封墊并用堵縫進(jìn)行密封圖-23 密封墊密封和堵縫襯

27、砌管片密封方法分為密封墊密封法和油漆密封法;通常采用第一種密封方法。密封墊密封中,密封墊粘貼于管片接頭的表面。生產(chǎn)密封墊所用的材料有丁基非硫化物橡膠、變形丁基橡膠、固體橡膠、特殊合成橡膠和/或遇水膨脹材料。遇水膨脹密封墊是一種與水和天然橡膠或氨基甲酸乙酯起反應(yīng)的復(fù)合聚合物。如果隧道在地下水壓力很高的圍巖中開挖,應(yīng)當(dāng)在管片接縫處粘貼雙道密封墊。在一些工程實(shí)例中,丁基橡膠的彈性不夠強(qiáng),不能在外部水壓巨大的情況下提供足夠的密封性能。在這種情況下,密封墊可用作一次管片襯砌的密封條,并在一次襯砌后施作內(nèi)層襯砌。密封墊 堵縫填縫法施工中，在管片內(nèi)表面設(shè)置的凹槽中充填填縫材料。填縫施工中使用的主要化學(xué)物品有

28、 環(huán)氧樹脂、聚硫橡膠和脲素樹脂。填縫應(yīng)在管片螺栓重新上緊、凹槽清理干凈和涂底漆之后進(jìn)行。 如果密封墊和填縫仍不能堵住漏水，那么氨基甲酸乙酯注漿可能是有效手段。在這種情況下， 氨基甲酸乙酯通過管片上設(shè)置的孔注入；然后氨基甲酸乙酯與地下水起反應(yīng)并發(fā)生膨脹，防止地下 水入侵。 如果所選用防水方法的質(zhì)量尚未在以前的實(shí)驗(yàn)或施工中證實(shí)，那么該防水方法應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室中在 預(yù)計(jì)最高壓力（具有適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)）且在管片拼裝接縫處為最大允許超出公差的接縫幾何形狀情 況下進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)于地下水對(duì)襯砌構(gòu)件或安裝于隧道內(nèi)的構(gòu)件有侵蝕作用的斷面，應(yīng)采用全面防水 措施，包括使用防水混凝土或管片外部防水，或兩者兼用。 （例如，地下水

29、為鹽水或地下水具有很高 的氯化物或硫酸鹽含量，將對(duì)上述構(gòu)件具有侵蝕作用。 ） 有關(guān)管片搬運(yùn)和灌漿的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié) 用管片拼裝機(jī)拼裝管片時(shí)，應(yīng)提供一定的裝置來搬運(yùn)和舉抬管片。最近開發(fā)的真空式管片拼裝 機(jī)可以在沒有上述管片舉抬裝置的情況下搬運(yùn)管片。 如果要通過管片進(jìn)行回填灌漿，那么每塊管片應(yīng)具有一個(gè)內(nèi)徑約為 的注漿孔，以便均勻灌 漿。灌漿孔可用于所用管片拼裝設(shè)備舉抬管片。 封頂管片（型管片）接縫的角度 K-型管片分為兩類：徑向插入的 K-型管塊（Kr-型管片）和縱向插入的 K-型管塊(Kl-型管片） 。 如果 K-型管片接縫的角度太大，作用于管片的軸向力成為接縫滑動(dòng)的作用力（見圖 和圖） 。 由于 型管

30、片接縫的角度很小，因此 型管片可以預(yù)防上述軸向力的影響。 型管片（如果使用的話）的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮盾構(gòu)機(jī)管片拼裝系統(tǒng)的幾何形狀（反之亦然） 。 K-型管片 =k / 2+（兩側(cè)均為楔形的 型管片） = k + （一側(cè)為楔形的 型管片） 公式 式中， 型管片接縫角度； k 型管片圓心角； 插入 型管片的富裕角度。 圖-24 K-型管片接縫的角度 管片插入方向 管片襯砌環(huán) B-型管片 K-型管片 B-型管片 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向 類型 類型 A-A 斷面 圖-25 縱向插入的 K-型管片的接縫 600 楔形管片 楔形管片用于曲線段施工或盾構(gòu)方向控制。 楔形管片最大寬度與最小寬度的差值可用公式 計(jì)算： （）（）

31、公式 式中， 楔形管片環(huán)最大寬度與最小寬度的差值； 標(biāo)準(zhǔn)管片環(huán)的寬度； 楔形管片環(huán)的最大寬度； 曲線段標(biāo)準(zhǔn)管片環(huán)數(shù)目； 曲線段楔形管片環(huán)數(shù)目； 隧道外徑； 至隧道中心處的隧道曲線半徑。 管片生產(chǎn) 尺寸公差 生產(chǎn)的管片的尺寸誤差不應(yīng)大于公差。最大限度地減少管片誤差，以防止漏水，且有利于方便、 準(zhǔn)確地拼裝管片。 檢驗(yàn) 關(guān)于管片的質(zhì)量控制，應(yīng)進(jìn)行下列檢驗(yàn)項(xiàng)目： l l l l l l 材料檢驗(yàn)； 外觀檢驗(yàn)； 形狀、尺寸檢驗(yàn)； 對(duì)臨時(shí)拼裝起的管片環(huán)進(jìn)行臨時(shí)拼裝檢查； 性能試驗(yàn)（強(qiáng)度試驗(yàn)） ； 其他試驗(yàn)。 圖 所示為管片生產(chǎn)順序圖。 模具 模具檢查 材料接收 稱重 拌合 鋼筋綁扎 材料檢驗(yàn) 高壓養(yǎng)護(hù) 澆筑混凝土 檢查已綁扎的鋼筋 搗實(shí) 砼強(qiáng)度試驗(yàn) 蒸氣養(yǎng)護(hù) 拆去模具 對(duì)臨時(shí)拼裝的管片環(huán)進(jìn)行檢查 臨時(shí)拼裝 養(yǎng)護(hù) 外觀檢查 強(qiáng)度試驗(yàn) 形狀、尺寸檢查 裝運(yùn) 圖-26 管片生產(chǎn)順序 601 二次襯砌 概述 二次襯砌用現(xiàn)澆混凝土施作。二次襯砌分為非結(jié)構(gòu)性二次襯砌和結(jié)構(gòu)性二次襯砌。施作非結(jié)構(gòu) 性二次襯砌的目的是對(duì)管片進(jìn)行加固、預(yù)防腐蝕和振動(dòng)、改善襯砌外觀及矯正隧道線路。對(duì)于結(jié)構(gòu) 性二次襯砌，其目的是與管片襯砌一起構(gòu)成隧道的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。 厚度 非結(jié)構(gòu)性二次襯砌的厚度通常為 。結(jié)構(gòu)