三、管片分类 1）断面形式
断面形式
箱型 平板型 六角形
岩土锚固及支挡工程
岩土锚固及支挡工程
3）按材料分 ①钢筋混凝土管片 成本低，使用最多，耐久性好
岩土锚固及支挡工程
②钢管片 优点：重量轻、强度高、加工容易、运输安装方便， 缺点：耐腐蚀性差、成本高、金属耗量大。
具有更大的承受不均匀荷载和变形能力，常用于隧道通过 高层建筑或桥梁等局部荷载处。
（4）管片标准高。生产过程中对材料和环境要求高，混凝 土管片成品标准要求宽度（1000～2000mm）上的误差小于0.5mm。
（5）需要组合拼装，组合拼装精度要求高；
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（6）组合拼装后整体具有良好的防水性能。 （7）能模拟空间曲线。
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（8）三维承载，受力复杂。
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为1～2m，圆弧形，且手孔位置深；
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（2）管片的使用年限长，作为盾构隧道的永久结构，设计年 限基本上都是100年；使用环境差，基本都在地下水位以下。
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（3）管片配筋特殊。管片配筋为弧形框架，连接点特殊，保 护层厚度保证比较难，蒸养膨胀系数不同；
专用焊接胎具
岩土锚固及支挡工程
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封顶块：径向插入，轴向插入，封顶块不一定拼装在隧道的 顶部，也常常出现在隧道的腰部，底部等位置。
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2.分块 分块不宜过多，这样拼状时间长，材料用量也大； 也不宜过少，这样管片体量过大，不利于运输和拼状。
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管片分割数
标准块 封顶块
n x21
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管片宽度主要取决于掘进机和隧道直径。 与盾构机的千斤顶行程匹配； 需与管片拼状机的能力匹配；
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水平运输系统和垂直运输系统应匹配 管片宽度大，一次出渣量大，为提高掘进效率，必须尽快
把渣土运输出去，以利于发挥效率。
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4.管片厚度 一般按照（4％～6％）D（隧道外径）确定管片的厚度
K0H tan
(1 e B1
)
则：
h0

B1
(1

c
B1
） (1

e

K0
H ta B1
n
K0 tan
)
2B1 P0
h0
H
V
B1
R0


42
1（ ）
24 2
岩土锚固及支挡工程
对于埋深很大的深埋硐室来说，地表面的荷载P0对隧道顶部 竖向压力已不产生影响。
v

B1 c K0 tan
边岩土体自身具有刚度，会对衬砌产生相反的作用力，即地基反
30~50 10~30 0~10
30~50 10~30 0~10
5~10 0~5
0
相对埋深 N=H/B1 30＜N 15＜N≤30
N≤15
25≤N 8≤N＜25 4≤N＜8
4≤N＜8 2≤N＜4 N＜2
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2）水压力
一般按静水压力计算
3）土体抗力
荷载作用下，衬砌结构的一部分会发生向岩土体的变形，周
的。承受来自地层的水土压力、施工中盾构推力及各种设备荷载。 二次衬砌：进一步加强一次衬砌的荷载承受能力，改善隧道的
防水、防腐、抗震性能。同时，还有装饰作用。
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1）一次衬砌
拼装式管片 挤压混凝土
岩土锚固及支挡工程
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二、管片特点 （1）混凝土管片结构比较特殊；厚度通常为0.3～0.5m，宽度
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图中

水平土体抗力
qr K
管环单位长度结构自重反力
W
Pg 2Rc
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1）土压力 （1）垂直土压力
计算时采用总覆土压力还是松动土压力，应根据隧道埋深及 地层条件决定。
对于浅埋隧道，不能获得土的成拱效应，采用总覆土压力 粘性土：水土合算，砂性土：水土分算。也可以渗透系数 10-4~10-3cm/s分界 水位以上用天然重度，以下浮重度。
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深埋隧道，砂质土或硬黏土易于成拱，采用松动土压力
2B1 P0
h0
H
V
B1
R
0

42
1（ ）
24 2
岩土锚固及支挡工程
松动土压力(太沙基公式）分析
取一微元体土条研究
2B1
P0 2B1 v 2B1dz 2B1( v d v ) 2(c h tan)dz
固结粘性土 坚硬、硬塑性粘性土
可塑性粘性土
可塑性粘性土 软塑性粘性土 流塑性粘性土
侧向土压力系数λ
0.35~0.45 0.45~0.55 0.50~0.60 0.35~0.45 0.45~0.55 0.50~0.65 0.55~0.65 0.65~0.75 0.70~0.85
地基抗力系 数k（kN/m）
(1
K tan z
Ae B1
)
A P0K tan 1 B1 c
则：
v

B1 c K tan
[1
( P0K tan B1 c
Kz tan
1)e B1
]
v

B1 c K tan
Kz tan
(1 e B1
)
Kz tan
P0e B1
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Q(x)
岩土锚固及支挡工程
d v
dz

K
tan
B1
v


c B1
微分方程的一般解
v

B1 c K tan
(1
K tan z
Ae B1 )
A为常数
代入边界条件 z 0, v p0
A P0K tan 1 B1 c
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v

B1 c K tan
软木垫。
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7.管片防水 管片接触面设沟槽，沟槽粘贴三元乙丙橡胶或遇水膨胀橡胶止
水，角部贴未硫化丁基橡胶。
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二、管片设计
1.考虑因素 设计目的：确定隧道衬砌安全的基础上，找出合理、经济的
衬砌结构 1）构造安全 保证能够承受开工到竣工后长期使用阶段各种荷载 2）降低成本 占总造价30~50%，合理设计有利于降低成本 3）制作及施工容易
岩土锚固及支挡工程
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荷载组合：
根据施工及使用阶段荷载的变化，选择荷载效应最大、工作
状态最不利的组合。
n
Sd
i Sik
i 1
式中：
Sd—荷载组合；
γi—分项系数；
Sid—荷载标准值。
岩土锚固及支挡工程
岩土锚固及支挡工程
盾构隧道主要荷载设计状况
岩土锚固及支挡工程
q1
z
V
c h tan
dz
h
V d V
变形可得：
dz

d
v

(c


h tan
B1
)dz
R0


42
岩土锚固及支挡工程
dz

d
v

(c


h tan
B1
)dz
又
h K v
z
dz
dz

d
v

(c

K v tan)dz
B1
2B1 P0
V
V d V
c h tan
h
R0


42
岩土锚固及支挡工程
dz

d
v

(c

K v tan)dz
B1
由上式变化得一阶线性微分方程 z
dz
d v
dz

K
tan
B1
v



c B1
2B1 P0
V
V d V
c h tan
h
R0


42
岩土锚固及支挡工程
d v
(1
K0H tan
Ae B1
)
K0H tan
P0e B1
h0
H
B1

R0
cot
1（
24


2
）
V
B1
1（ ）
R0
24 2

42
岩土锚固及支挡工程
v

B1 c K0 tan
K0H tan
(1 e B1
)
K0H tan
P0e B1
v

h0

B1 c K0 tan
dz

K
tan
B1
v



c B1
一阶线性微分方程标准形式
dy P(x) y Q(x) dx
解的形式：
y Ce P(x)dx e P(x)dx
Q(

x)e

P(
x)dx
dx
令： 得到：
P(z) K tan
B1
Q(z) c
B1
d v
dz

P(z) v
水平向土体抗力
P1 q1
g
qr
45°
45°
qr
A
45°
45° A
q2 q1
q1 q2 P1
Pg 结构自重反力
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