【教學(xué)課件】地鐵區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、第三節(jié) 地鐵區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、地鐵區(qū)間隧道選型的原則和特點(diǎn)二、 地鐵區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)形式三、地鐵區(qū)間隧道的截面設(shè)計(jì)與構(gòu)造四、地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的荷載內(nèi)力計(jì)算方法五、地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第1頁(yè)，共68頁(yè)。一地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)選型的原則和特點(diǎn)原則區(qū)間隧道即連接兩個(gè)車站之間的隧道；區(qū)間隧道的走向和埋深，受到工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、地面和地下環(huán)境影響，施工方法等因素制約，直接關(guān)系到造價(jià)的高低和施工的難易；第2頁(yè)，共68頁(yè)。地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)包括：行車隧道、渡線、折返線、地下存車線、聯(lián)絡(luò)線以及其它附屬建筑物；地鐵區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)與構(gòu)造主要取決于隧道的用途、沿線地形、地物、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、施工方法、環(huán)境要

2、求、維修管理、工期要求以及投資高低等因素。第3頁(yè)，共68頁(yè)。礦山法隧道的特點(diǎn)大多埋置于第四系的疏散或含水地層中，在施工過(guò)程中通常需要采取一定的輔助措施，地下水是威脅隧道安全的主要因素；除穩(wěn)定巖石地層中的區(qū)間隧道外，大多屬于淺埋隧道；環(huán)境保護(hù)要求高，必須嚴(yán)格控制隧道開(kāi)挖引起的地面沉降和爆破振動(dòng)對(duì)地面建筑及居民生活的影響；考慮地鐵結(jié)構(gòu)的耐久性要求，錨噴支護(hù)不宜作為永久襯砌結(jié)構(gòu)；監(jiān)測(cè)控制是施工中不可缺少的環(huán)節(jié)。第4頁(yè)，共68頁(yè)。新奧法施工的地鐵區(qū)間隧道的選擇：第四系的疏散地層中修建的地鐵區(qū)間隧道，當(dāng)不具備明挖條件或采用明挖法很不經(jīng)濟(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行新奧法和盾構(gòu)法的比選；在無(wú)水的第四紀(jì)地層中，盾構(gòu)法和新奧法

3、各有所長(zhǎng)。前者雖然造價(jià)一般較高，但施工安全、進(jìn)度快，后者不需要大型施工機(jī)械，對(duì)隧道斷面、地質(zhì)條件、線形、施工長(zhǎng)度等適應(yīng)性強(qiáng)。第5頁(yè)，共68頁(yè)。二地鐵區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)形式明挖法修建的地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)形式1)整體式襯砌結(jié)構(gòu)分單跨雙跨等形式，整體性好，防水性能高，施工工序多，速度慢。2)裝配式襯砌結(jié)構(gòu)接頭構(gòu)造，整體性差，慎用。3)區(qū)間喇叭口隧道島式車站兩側(cè)行車道與正線區(qū)間隧道間設(shè)過(guò)渡段第6頁(yè)，共68頁(yè)。4)渡線隧道、折返線隧道單渡線交叉渡線5)聯(lián)絡(luò)通道及其他附屬結(jié)構(gòu)聯(lián)絡(luò)通道，安全消防維護(hù)等；排水站。礦山法修建的地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)形式1)襯砌結(jié)構(gòu)要求須能與圍巖大面積牢固接觸，保證襯砌與圍巖作為一個(gè)整體進(jìn)行

4、工作；允許圍巖能產(chǎn)生有限制的變形，能在圍巖中形成卸載拱；第7頁(yè)，共68頁(yè)。隧道襯砌以封閉式為佳，盡可能接近圓形，一般都設(shè)置仰拱，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力和整體穩(wěn)定性；隧道襯砌應(yīng)能分期施工，又能隨時(shí)加強(qiáng)，可根據(jù)施工量測(cè)信息，調(diào)整襯砌強(qiáng)度、剛度和施做時(shí)機(jī)，以及仰拱閉和和后期支護(hù)的施工時(shí)間，以主動(dòng)“控制”圍巖變形。第8頁(yè)，共68頁(yè)。2)隧道襯砌結(jié)構(gòu)類型與選擇a.拱形結(jié)構(gòu)，基本斷面形式為單拱雙拱和多跨連拱，見(jiàn)圖4-9；b.前者多用于區(qū)間隧道或聯(lián)絡(luò)通道后者用于停車線折返線或喇叭口岔線上；c.結(jié)合具體條件選擇單層襯砌或雙層襯砌。圖4-9 礦山法修建的襯砌結(jié)構(gòu)形式第9頁(yè)，共68頁(yè)。襯砌的基本結(jié)構(gòu)類型復(fù)合式襯

5、砌a.由初期支護(hù)防水層隔離和二次襯砌組成（圖4-10）。外層為初期支護(hù)，噴錨支護(hù)；b.內(nèi)層為二次支護(hù)，模筑混凝土；c.一般用于土質(zhì)隧道或車站折返線等大跨度隧道。圖4-10 復(fù)合式襯砌構(gòu)造第10頁(yè)，共68頁(yè)。常用的錨桿型式有：全長(zhǎng)粘結(jié)式端頭錨固型和摩擦型等；噴射混凝土則有素混凝土和鋼纖維混凝土；鋼支撐常用型鋼或舊鋼軌，一般埋入噴射混凝土內(nèi)；二次襯砌主要是安全儲(chǔ)備以及承受靜水壓力等；初期支護(hù)與二次襯砌間設(shè)防水隔離層。第11頁(yè)，共68頁(yè)。其它方案在干燥無(wú)水的堅(jiān)硬圍巖中，區(qū)間隧道襯砌亦可采用單層的噴錨支護(hù)；當(dāng)巖層的整體性好、基本無(wú)地下水，防水要求不高，可采用單層整體現(xiàn)澆混凝土襯砌或裝配式襯砌，不做初期

6、支護(hù)和防水隔離層；為適應(yīng)不同的圍巖條件，整體式襯砌可做成等截面直墻式和等截面或變截面曲墻式，前者適用于堅(jiān)硬圍巖(級(jí)以上)，后者適用于軟弱圍巖；一般要求在襯砌做好后向襯砌背后注漿，充填空隙，改善襯砌受力狀態(tài)，減少圍巖變形。同時(shí)襯砌混凝土本身需要有較高的自防水性能。第12頁(yè)，共68頁(yè)。盾構(gòu)法修建的地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)形式1)襯砌結(jié)構(gòu)要求能在較短時(shí)間內(nèi)砌筑完畢，且能立刻承受圍巖壓力和盾構(gòu)千斤頂推力；2)盾構(gòu)隧道的類型與選擇a.預(yù)制裝配式襯砌(圖4-11)b.預(yù)制裝配式襯砌與模注鋼筋混凝土相結(jié)合的雙層襯砌(圖4-12)c.擠壓混凝土(ECL工法)整體式襯砌第13頁(yè)，共68頁(yè)。圖4-11 單層裝配式襯砌圓環(huán)

7、的構(gòu)造圖第14頁(yè)，共68頁(yè)。圖4-12雙層襯砌圓環(huán)構(gòu)造圖第15頁(yè)，共68頁(yè)。裝配式襯砌預(yù)制裝配式襯砌是用工廠預(yù)制的構(gòu)件(稱為管片)，在盾構(gòu)尾部拼裝而成；管片種類按材料可分為鋼筋混凝土、鋼、鑄鐵以及由幾種材料組合而成的復(fù)合管片；鋼和鑄鐵管片價(jià)格較貴，一般都采用鋼筋混凝土管片。第16頁(yè)，共68頁(yè)。按管片螺栓手孔成型大小，可將管片分為箱形和平板形兩類。a.箱形管片（圖4-13）是指因手孔較大而呈肋板形結(jié)構(gòu)。方便拼裝，便于運(yùn)輸和拼裝，易開(kāi)裂。只有金屬管片才采用箱形結(jié)構(gòu)。 圖4-13 箱形管片第17頁(yè)，共68頁(yè)。b.平板形管片（圖4-14）是指因螺栓手孔較小或無(wú)手孔而呈曲板形結(jié)構(gòu)的管片。對(duì)盾構(gòu)千斤頂推力

8、具有較大的抗力，鋼筋混凝土管片多采用平板形結(jié)構(gòu)。圖4-14 平板形管片第18頁(yè)，共68頁(yè)。箱形管片的縱向接縫（徑向接縫）和橫向接縫（環(huán)向接縫）一般都是平面狀的；平板形管片的接縫除可采用平面狀外，為提高裝配式襯砌縱向剛度和拼裝精度，也有采用樣槽式接縫的；襯砌環(huán)內(nèi)管片間以及各襯砌環(huán)間的連接方式，可分為柔性連接和剛性連接；第19頁(yè)，共68頁(yè)。實(shí)踐證明剛性連接不僅拼裝麻煩、造價(jià)高，而且會(huì)在襯砌環(huán)中產(chǎn)生較大的次應(yīng)力，帶來(lái)不良后果。因此，目前較為通用的是柔性連接，常用的有以下幾種形式：a.單排螺栓連接按螺栓形狀又可分為彎螺栓連接、直螺栓連接和斜螺栓連接三種；b.銷釘連接銷釘連接可用于縱向接縫，亦可用于橫向

9、接縫；c.無(wú)連接件在穩(wěn)定的不透水地層中，圓形襯砌的徑向接縫也可不用任何連接件連接。第20頁(yè)，共68頁(yè)。雙層襯砌為防止隧道滲水和襯砌腐蝕，修正隧道施工誤差，減少噪聲和振動(dòng)以及作為內(nèi)部裝飾，可以在裝配式襯砌內(nèi)部再做一層整體式混凝土或鋼筋混凝土內(nèi)村；根據(jù)需要還可在裝配式襯砌與內(nèi)層間敷設(shè)防水隔離層；國(guó)內(nèi)外在合地下水豐富和含有腐蝕性地下水的軟土地層內(nèi)的隧道，大都選用雙層襯砌，即在隧道襯砌的內(nèi)側(cè)再附加厚250300mm的現(xiàn)澆鋼筋混凝土內(nèi)襯。第21頁(yè)，共68頁(yè)。擠壓混凝土整體式襯砌擠壓混凝土襯砌（Extrude Concrete Lining，簡(jiǎn)稱ECL）是隨著盾構(gòu)向前掘進(jìn)，用一套襯砌施工設(shè)備在盾尾同步灌注

10、的混凝土或鋼筋混凝土整體式襯砌，因其灌注后即承受盾構(gòu)千斤頂推力的擠壓作用，故有此名稱；擠壓混凝土襯砌可以是素混凝土的或鋼筋混凝土的，但應(yīng)用最多的是鋼纖維混凝土的；新澆注的混凝土在活動(dòng)的端模板和可伸縮的弧形模板作用下，同時(shí)承受盾構(gòu)千斤頂和四周圍巖的作用，處于三向受力狀態(tài)。第22頁(yè)，共68頁(yè)。盾構(gòu)法施工時(shí)特殊地段的襯砌曲線段的襯砌楔形襯砌環(huán)，保證隧道的前進(jìn)方向區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道和中間泵站襯砌聯(lián)絡(luò)通道可設(shè)在線路最低點(diǎn)，并和排水泵合并建造；隧道內(nèi)側(cè)需留出寬約250400cm的洞門；一般情況下都是礦山法施工。渡線和折返線襯砌結(jié)構(gòu)明挖法施工，襯砌同明挖法施工的襯砌第23頁(yè)，共68頁(yè)。特殊地段隧道襯砌結(jié)構(gòu)沉管法隧

11、道1)施工要點(diǎn)2)橫斷面有圓形和矩形，H水45m時(shí)圓形；H水35m矩形3)沉管結(jié)構(gòu)混凝土等級(jí)為C30C50，抗剪4)每節(jié)沉管的長(zhǎng)度一般為60140m，多數(shù)為100m，最長(zhǎng)達(dá)268m5)水中混凝土連接和水壓壓接兩種方式6)管段沉放和連接后應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行灌砂或以其他方法進(jìn)行處理。第24頁(yè)，共68頁(yè)。頂進(jìn)法施工的區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)1)穿越地面鐵路地下管網(wǎng)群交叉路口等情況時(shí)常采用頂進(jìn)法施工；2)分為頂入法中繼間法和頂拉法三種；3)結(jié)構(gòu)形式一般為箱形框架結(jié)構(gòu)；4)使用階段和施工階段的強(qiáng)度驗(yàn)算。第25頁(yè)，共68頁(yè)。三地鐵區(qū)間隧道的截面設(shè)計(jì)與構(gòu)造明挖法修建的地鐵區(qū)間隧道內(nèi)部?jī)艨粘叽绲拇_定根據(jù)建筑接近限界曲線半徑超高

12、道床施工誤差等因素確定隧道結(jié)構(gòu)斷面厚度尺寸的擬定根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或模擬法，進(jìn)行試算，先假定截面尺寸，然后進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)行調(diào)整。第26頁(yè)，共68頁(yè)。礦山法修建的地鐵區(qū)間隧道區(qū)間隧道襯砌橫斷面形狀用礦山法修建的區(qū)間隧道的界面尺寸應(yīng)符合建筑限界要求，還要考慮施工測(cè)量誤差以及結(jié)構(gòu)固有的變形量，可按工程模擬法確定，無(wú)資料時(shí)按表4-6所示；級(jí)圍巖變形量很小，設(shè)計(jì)時(shí)不考慮；曲線段時(shí)內(nèi)輪廓需加寬。圍巖類別單線隧道雙線隧道355757710特殊設(shè)計(jì)特殊設(shè)計(jì) 預(yù)留變形量(cm) 表46第27頁(yè)，共68頁(yè)。理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出：a.當(dāng)區(qū)間隧道襯砌主要承受豎向荷載和不大的水平荷載時(shí)，襯砌拱部軸線采用單心圓弧線或三心圓弧線，墻

13、部可采用直線；b.當(dāng)襯砌承受豎向荷載的同時(shí)，還承受較大的水平荷載，結(jié)構(gòu)軸線用多段圓弧連接而成。第28頁(yè)，共68頁(yè)。襯砌截面尺寸擬定包括初期支護(hù)的各設(shè)計(jì)參數(shù)以及二次襯砌的各設(shè)計(jì)參數(shù)。；初期支護(hù)采用工程模擬法擬定，可參照表4-7；一般的二次襯砌采用C20素混凝土，2030cm即可；將圍巖較差地段的襯砌向圍巖較好地段延伸510m；初期支護(hù)與二次襯砌的結(jié)構(gòu)縫應(yīng)設(shè)在一起。第29頁(yè)，共68頁(yè)。圍巖類別單線雙線噴射混凝土厚度510cm設(shè)置錨桿，長(zhǎng)度2.0m，間距11.2m ，必要時(shí)局部設(shè)置鋼筋網(wǎng)噴射混凝土厚度1015cm設(shè)置錨桿，長(zhǎng)度2 .5m，間距11.2m ，必要時(shí)配置鋼筋網(wǎng)噴射混凝土厚度1015cm設(shè)

14、置錨桿，長(zhǎng)度2.02 .5m，間距1m，必要時(shí)配置鋼筋網(wǎng)噴射混凝土厚度15cm設(shè)置錨桿，長(zhǎng)度2 .53.0m，間距1m，設(shè)置鋼筋網(wǎng)噴射混凝土厚度15cm設(shè)置錨桿，長(zhǎng)度2 .5m，間距0 . 81m，配置鋼筋網(wǎng)，應(yīng)施作仰拱噴射混凝土厚度20cm設(shè)置錨桿，長(zhǎng)度33 .5m，間距0 . 81m，配置鋼筋網(wǎng)，必要時(shí)設(shè)置鋼支撐，仰拱噴射混凝土厚度20cm設(shè)置錨桿，長(zhǎng)度3.0m，間距0 . 6 0 . 8 m，配置鋼筋網(wǎng)，必要時(shí)設(shè)置鋼支撐，應(yīng)施作仰拱通過(guò)實(shí)驗(yàn)或計(jì)算確定 復(fù)合襯砌初期支護(hù)的參數(shù)設(shè)計(jì) 表4-7第30頁(yè)，共68頁(yè)。盾構(gòu)法修建的地鐵區(qū)間隧道橫截面內(nèi)輪廓尺寸根據(jù)建筑限界（圖4-15）施工誤差道床類型

15、預(yù)留變形量等條件，還要考慮最小曲線半徑問(wèn)題管片厚度一般為(0.050.06)D,上海為350mm,廣州為300mm管片寬度10001500mm管片類型與結(jié)構(gòu)依據(jù)材料或形狀或其他方面分類管片接縫類型與結(jié)構(gòu)有螺栓連接無(wú)螺栓連接第31頁(yè)，共68頁(yè)。圖4-15區(qū)間直線地段圓形隧道限界(尺寸單位：mm)第32頁(yè)，共68頁(yè)。襯砌環(huán)的分塊若干標(biāo)準(zhǔn)管片(A),兩塊相鄰管片(B) 一塊封頂管片(K）,見(jiàn)圖416；若干A型管片,一塊B型管片一塊K型管片；封頂塊的拼裝方式有徑向楔入和縱向插入兩種；襯砌環(huán)的拼裝方式有通縫和錯(cuò)縫兩種。圖4-16管片分塊方法第33頁(yè)，共68頁(yè)。螺栓和注漿孔的配置分為縱向連接螺栓和環(huán)向連接

16、螺栓兩種；螺栓直徑一般為1636mm.螺栓孔直徑須大于螺栓48mm；注漿孔直徑為50100mm。隧道防水基本原則是以防治為主堵漏為輔多道防線因地制宜綜合治理；允許滲漏量每晝夜部大于0.1L/m2；管片采用C50，抗?jié)B等級(jí)部低于S6。其他構(gòu)造第34頁(yè)，共68頁(yè)。四、地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的荷載內(nèi)力計(jì)算方法與地鐵車站結(jié)構(gòu)的荷載內(nèi)力計(jì)算方法一致。第35頁(yè)，共68頁(yè)。五地鐵區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法由于施工方法不同，地鐵區(qū)間隧道的斷面形式、結(jié)構(gòu)支護(hù)襯砌類型、結(jié)構(gòu)計(jì)算方法和適用范圍各異。表4-8列出了國(guó)內(nèi)外隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，表4-9列出了隧道施工和設(shè)計(jì)方法分類。第36頁(yè)，共68頁(yè)。國(guó)家盾構(gòu)開(kāi)挖

17、的軟土隧道錨噴、鋼拱支護(hù)的軟土隧道中硬石質(zhì)深埋隧道明挖施工的框架結(jié)構(gòu)澳大利亞彈性介質(zhì)中全支承圓環(huán)(全周彈簧模型)；Muir Wood法、Curtis法或假定隧道變形法初期支護(hù)；Proctor-white法；二次支護(hù)；彈性介質(zhì)中全支承圓環(huán)；Muir Wood法、Curtis法或假定隧道變形法初期支護(hù)：Proctor-white法；二次支護(hù)；彈性介質(zhì)中全支承圓環(huán)；Muir Wood法、Curtis法或假定隧道變形法箱形框架彎矩分配奧地利彈性地基圓環(huán)彈性地基圓環(huán)；FEM；收斂約束法經(jīng)驗(yàn)方法彈性地基框架德國(guó)覆蓋2D，頂部無(wú)支承的彈性地基圓環(huán)(部分彈簧模型)；覆蓋3D，全支承的彈性地基圓環(huán)(全周彈簧模型

18、)；FEM覆蓋2D，頂部無(wú)支承的彈性地基圓環(huán)；覆蓋3D，全支承的彈性地基圓環(huán)；FEM全支承的彈性地基圓環(huán)；FEM；連續(xù)介質(zhì)或收斂約束法彈性地基框架(底壓力頒布簡(jiǎn)化) 國(guó)內(nèi)外隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型 表4-8第37頁(yè)，共68頁(yè)。國(guó)家盾構(gòu)開(kāi)挖的軟土隧道錨噴、鋼拱支護(hù)的軟土隧道中硬石質(zhì)深埋隧道明挖施工的框架結(jié)構(gòu)中國(guó)彈性地基圓環(huán)；經(jīng)驗(yàn)法初期支護(hù)：FEM；收斂約束法；二次支護(hù)：彈性地基圓環(huán)初期支護(hù)：經(jīng)驗(yàn)法永久支護(hù)：作用反作用模型；大型洞室：FEM箱形框架彎矩分配瑞士作用反作用模型FEM；經(jīng)驗(yàn)法；收斂約束法矯形框架彎矩分配英國(guó)彈性地基圓環(huán)；Muir Wood法收斂約束法；經(jīng)驗(yàn)法FEM；經(jīng)驗(yàn)法；收斂約束法彈性地基連

19、續(xù)框架美國(guó)彈性地基模型彈性地基圓環(huán)；Proctor-white法；FEM；錨桿法；經(jīng)驗(yàn)法續(xù)上表第38頁(yè)，共68頁(yè)。國(guó)家盾構(gòu)開(kāi)挖的軟土隧道錨噴、鋼拱支護(hù)的軟土隧道中硬石質(zhì)深埋隧道明挖施工的框架結(jié)構(gòu)瑞典通常為經(jīng)驗(yàn)法，有時(shí)用作用反作用模型、連續(xù)介質(zhì)模型、收斂約束法比利時(shí)Schulze-Duddek法剛架法國(guó)隨意性地基圓環(huán)；FEMFEM；作用反作用模型；經(jīng)驗(yàn)法連續(xù)介質(zhì)模型；收斂約束法；經(jīng)驗(yàn)法日本局部支承圓環(huán)；梁彈簧模型局部支承的彈性地基圓環(huán)；經(jīng)驗(yàn)法加量測(cè)；FEM彈性地基框架；FEM；特征曲線法彈性地基框架；FEM續(xù)上表第39頁(yè)，共68頁(yè)。序號(hào)施工方法斷面形式襯砌支護(hù)形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法1明挖法矩形和直

20、墻拱形現(xiàn)澆鋼筋混凝土、預(yù)制鋼筋混凝土砌塊軟弱土層中彈性連續(xù)矩形、拱形框架，結(jié)構(gòu)力學(xué)方法或假定抗力結(jié)構(gòu)力學(xué)方法2礦山法(鉆爆法、鑿巖機(jī)掘進(jìn)法)拱形、直墻拱形和圓形鋼拱架、噴射混凝土錨桿支護(hù)、現(xiàn)澆鋼筋混凝土復(fù)合襯砌、預(yù)制鋼筋混凝土砌塊局部變形理論的彈性地基梁方法、反分析法、新奧法、數(shù)值分析方法3盾構(gòu)法圓形鋼、鑄鐵、鋼筋混凝土(或鋼纖維)管片地層襯砌位移協(xié)調(diào)彈塑性解析解，數(shù)值分析法、彈性無(wú)鉸自由變形圓環(huán)、彈性多鉸局部抗力約束圓環(huán) 隧道施工、設(shè)計(jì)方法分類 表4-9第40頁(yè)，共68頁(yè)。序號(hào)施工方法斷面形式襯砌支護(hù)形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法4頂管法圓形或矩形鋼筋混凝土預(yù)制管段同35沉管法矩形預(yù)制鋼筋混凝土箱段同

21、16配合上述施工方法的輔助工法：注漿加固；降低水位；凍結(jié)法；管棚法圓形、直墻拱形、矩形鋼拱架臨時(shí)支護(hù)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土的襯砌支護(hù)同2續(xù)上表第41頁(yè)，共68頁(yè)。區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)構(gòu)與地層共同作用的處理方法主動(dòng)荷載模型除了在結(jié)構(gòu)底部受地層約束外，其他部分在主動(dòng)荷載作用下可自由變形。適用于結(jié)構(gòu)與地層“剛度比”較大的情形。主動(dòng)荷載加地層彈性約束的模型地層不僅對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)施加主動(dòng)荷載，還對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)施加被動(dòng)彈性抗力，適用于各類地層。地層實(shí)測(cè)荷載模型實(shí)測(cè)荷載是結(jié)構(gòu)與地層共同作用的綜合反應(yīng)。第42頁(yè)，共68頁(yè)。明挖箱形襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算明挖箱型襯砌結(jié)構(gòu)施工一般分順作法和逆作法兩種。采用順作法時(shí)，側(cè)向不能提供必要

22、的彈性抗力；箱形結(jié)構(gòu)基底反力，可采用兩種方法計(jì)算：假設(shè)結(jié)構(gòu)是剛性體，則基底反力可以按靜力平衡條件求得；假設(shè)結(jié)構(gòu)為Winkler地基上的箱形結(jié)構(gòu)，則根據(jù)地基變形計(jì)算基底每一點(diǎn)反力；彈性地基上的箱形結(jié)構(gòu)一般按照平面變形問(wèn)題考慮。當(dāng)長(zhǎng)跨比接近1時(shí)，按空間結(jié)構(gòu)考慮；第43頁(yè)，共68頁(yè)。礦山法隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則a.錨噴技術(shù)，施工方法，支護(hù)形式，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工；b.埋置深度的確定；c.保護(hù)既有建筑物；d.初期支護(hù)承重，二次襯砌承受水壓力；e.徑向外方100mm作富裕量，考慮凈空。設(shè)計(jì)方法a.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：工程模擬法b.力學(xué)分析方法：荷載結(jié)構(gòu)法地層結(jié)構(gòu)法c.視條件的不同選擇不同的方法

23、第44頁(yè)，共68頁(yè)。隧道襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算a.脫離區(qū)，彈性抗力，局部變形理論，彈性地基梁圖式和彈性支承連桿圖式b.塑性數(shù)值解法，結(jié)合工程模擬和監(jiān)控量測(cè)明洞計(jì)算計(jì)算構(gòu)件截面強(qiáng)度，安全系數(shù)值，彈性抗力洞門計(jì)算a.視作擋土墻，極限狀態(tài)法計(jì)算強(qiáng)度，驗(yàn)算傾覆和滑動(dòng)穩(wěn)定性b.計(jì)算參數(shù)取現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)資料，較少時(shí)參照規(guī)范c.一定的構(gòu)造要求第45頁(yè)，共68頁(yè)。盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)原則a.安全可靠經(jīng)濟(jì)合理施工方便b.選用與特點(diǎn)相近的規(guī)范和設(shè)計(jì)方法c.結(jié)構(gòu)凈空尺寸的要求d.減少對(duì)環(huán)境的影響e.極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，分項(xiàng)系數(shù)f.按最不利組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算g.防水防腐蝕等要求盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)方法表4-10列出了國(guó)外盾構(gòu)法隧道的各種設(shè)計(jì)

24、方法。第46頁(yè)，共68頁(yè)。國(guó)家計(jì)算模型計(jì)算土壓力、水壓力地基反力系數(shù)澳大利亞全周彈簧模型v全覆土荷載Hv + 靜水壓力由平板荷載試驗(yàn)或量測(cè)結(jié)果的逆分析得到，切線方向或地層完全結(jié)合或把摩擦力作為上限結(jié)合日本梁彈簧模型v全覆土荷載Hv(砂質(zhì)土按水土分解，粘性土按水土合算考慮)根據(jù)土的工程性質(zhì)確定k值大小比利時(shí)Schulze-Duddeck模型，由FEM校核Schulze-Duddeck法確定無(wú) 國(guó)外盾構(gòu)法隧道設(shè)計(jì)比較表 表4-10第47頁(yè)，共68頁(yè)。國(guó)家計(jì)算模型計(jì)算土壓力、水壓力地基反力系數(shù)德國(guó)覆土深2D，部分地層彈簧模型；覆土深2D，全周地層彈簧模型v全覆土荷載Hv (=0.5)k=Ev/R,E

25、s為地層模量，R為隧道半徑部分地層彈簧模型：Schulze-Duddeck法，不考慮切線方向的荷載v全覆土荷載Hv (=0.5)無(wú)法國(guó)全周地層彈簧模型或FEMv全覆土荷載(覆土深D)Terzaghi公式(覆土深D) Hv西班牙考慮地層與結(jié)構(gòu)相互作用的Buqera法忽視粘結(jié)力的Terzaghi公式1.0只考慮半徑方向續(xù)上表第48頁(yè)，共68頁(yè)。國(guó)家計(jì)算模型計(jì)算土壓力、水壓力地基反力系數(shù)英國(guó)全周地層彈簧模型；Muir Wood法根據(jù)類似條件下的量測(cè)結(jié)果初期垂直荷載及初期水平荷載，初期荷載是全土荷載由三軸試驗(yàn)或應(yīng)力計(jì)測(cè)得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系得出，不考慮摩擦力美國(guó)彈性地基圓環(huán)v全覆土荷載Hv +水壓0.40.

26、5無(wú)v全覆土荷載Hv +水壓由室內(nèi)實(shí)驗(yàn)求出，不考慮摩擦力續(xù)上表第49頁(yè)，共68頁(yè)。 荷載 作用在盾構(gòu)隧道上的設(shè)計(jì)荷載如圖4-17。 圖4-17作用在盾構(gòu)隧道上的設(shè)計(jì)荷載第50頁(yè)，共68頁(yè)。式中：W襯砌縱向每延米重力； Pc1 垂直作用的地層壓力 ； qc1qc2 水平地層壓力； pw1 垂直作用的水壓力；qw1qw2 水平作用水壓力； t 襯砌厚度； Rc 隧道橫斷面中心線半徑。地面超載P0一般取10kN/m2;結(jié)構(gòu)自重作用在隧道橫斷面形心上的豎向荷載為(4-5)(4-6)第51頁(yè)，共68頁(yè)。a.水位以上取天然容重，以下取水下濕容重；b.隧道拱頂上的豎向土壓按均布荷載考慮，且等于覆土層的壓力；

27、c.若隧道覆土層厚度不小于2D(D為襯砌外徑），則按太沙基公式計(jì)算折減后的豎向土壓力。折減后的覆土層厚度h0按下式計(jì)算。第52頁(yè)，共68頁(yè)。式中：c土體粘聚力； 土體內(nèi)摩擦角； 土體重度； R0 襯砌圓環(huán)外半徑； K0 側(cè)向土壓力與豎向圖壓力的比值，取K01。(4-7)(4-8)第53頁(yè)，共68頁(yè)。a.水平土壓力為作用在襯砌形心線上自拱頂至隧道底部的均勻性變化荷載，其值定義為豎向土壓力與側(cè)向土壓力系數(shù)乘積；b.粘性土層的側(cè)向地層壓力通常按水土合算考慮；c.側(cè)向土壓力系數(shù)0.650.75；砂性土層中可按水土分算考慮，側(cè)向土壓力系數(shù)按主動(dòng)土壓力系數(shù)計(jì)算；d.表4-11給出土體側(cè)壓力系數(shù)及地基反力系

28、數(shù)。第54頁(yè)，共68頁(yè)。土體種類k(MN/m3)N極密類的砂非常堅(jiān)硬的粘性土0.350.453050N 30密實(shí)砂性土硬粘性土中硬粘性土0.450.55103015 N 308 N 255104 N 8松砂性土軟粘性土非常軟粘性土0.500.600.550.650.650.75010050N 152 N 4N 2 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)慣入實(shí)驗(yàn)N值而定的和k值 表4-11第55頁(yè)，共68頁(yè)。(4-9)(4-10)(4-11)(4-12)第56頁(yè)，共68頁(yè)。(4-13)(4-14)(4-15)(4-16)第57頁(yè)，共68頁(yè)。(4-17)(4-18)(4-19)(4-20)第58頁(yè)，共68頁(yè)。 土體的側(cè)向壓力系數(shù)也可根據(jù)土體的物理力學(xué)指標(biāo)計(jì)算得到。(4-21)第59頁(yè)，共68頁(yè)。水壓力一般情況下簡(jiǎn)化為靜止水壓力作用在襯砌上。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，拱頂和拱底處近似按均布豎向水壓力處理，其值取為該處的靜水壓力。側(cè)向水壓力為由拱頂至拱底線性變化的水平荷載，如圖4-17。作用在襯砌上的水壓力的合力是一種向上的浮力，若拱頂處的豎向土壓力和自重的合力小于浮力，隧道將育可能浮起。為此需要采取諸如施作二次襯砌以增加隧道重量或在地面堆載的措施。第60頁(yè)，共68頁(yè)。 按圖4-18的靜水壓力分布曲線，作用在圓環(huán)周邊任一點(diǎn)靜水壓力為：?jiǎn)?/p>