(二)分块
单线地下铁道衬砌一般可分成6～8块，双线地下铁 道衬砌可分为 8～ 10块；小断面隧道可分为 4～ 6块。 管片的最大弧、弦长一般较少超过 4m ，管片越薄 其长度应越短。
5.衬砌的形式和构造
5.4 装配式钢筋混凝土管片
(三)封顶管片形式
趋向于采用小封顶形式。 封顶块的拼装形式有两种，一为径向楔入，另一为 纵向插入。
5.衬砌的形式和构造
5.2 衬砌结构的选型 （ 1 ）依据隧道的使用目的，围岩条件以及施工方 法，合理选择衬砌的强度、结构形式和种类等。 （ 2）根据隧道的车辆限界、建筑限界以及使用要 求选择合适的盾构隧道横断面，最常用的为圆型与 矩型。 （ 3）在饱和含水软土地层中修建地下隧道，较常 用的结构型式是选用圆形结构。 （ 4）根据荷载大小以及防渗漏要求确定是否需要 二次衬砌。
(三) 按形成方式分类 2.挤压混凝土衬砌 在盾尾刚浇捣而未硬化的混凝土处在高压作用下， 作为盾尾推进的后座，盾尾在推进的过程中，不产 生建筑空隙，空隙由注入的混凝土直接填充。 特点：自动化程度高；理想的受力、防水要求；钢 纤维混凝土能提高薄形衬砌的抗裂性能。
5.衬砌的形式和构造
5.3 衬砌的分类
用于较小直径的隧道，单块管片重量较重，对盾构 千斤顶顶力具有较大的抵抗能力，正常运营时对隧 道通风阻力较小。
5.衬砌的形式和构造
5.3 衬砌的分类 （一）按材料及形式分类 2.铸铁管片 饱和含水不稳定地层中修建隧道时较多采用。
管片较轻，耐蚀性好，机械加工后管片精度高，能 有效地防渗抗漏。 金属消耗量大，机械加工量也大，价格昂贵。 易脆性破坏的特性，不宜用作承受冲击荷重的隧道。
4.2 地层变位的模式 1.地表纵向沉降 刘建航（1991）在Peck法的基础上，总结了上海地 铁隧道纵向沉降分布的一般规律。
y yf V y yi S y l 1 i 2 i i
z
地表面
O
Vl 2 y y i y y f 2 i i i
ΔL
弹性密封垫
环向螺栓
端肋
弯螺栓联结形式
直螺栓联结形式
斜直螺栓联结形式
5.衬砌的形式和构造
5.5 管片接头构造
(二)接头结构形式
（2）铰接头 多铰环的环向接头，几乎不产生弯曲，轴向力占主 导，在地基条件良好的英国和俄罗斯广泛应用。 地下水位以下，对防水有要求。 （3）销插入接头 可做环向和纵向接头使用。
4.盾构法施工引起的地层变位
4.2 地层变位的模式 1.地表横向沉降 Peck（1969）通过对大量地表沉陷数据及工程资料 分析后，首先提出地表沉降槽正态分布的概念，并 认为施工引起的地面沉降是在不排水条件下发生的， 所以沉降槽的体积应等于地层损失的体积。此法假 定地层损失在隧道长度上均匀分布，地面沉降的横 i 1.732i 向分布似正态分布函数。
5.衬砌的形式和构造
5.3 衬砌的分类 (二)按结构型式分类 1.管片 适用于不稳定地层内各种直径的隧道内的。
纵向接缝间通过螺栓予以连接，螺栓可承受较大的 正、负弯矩；环向接缝上设置纵向螺检，具有抵抗 隧道纵向变形的能力。 管片拼装进度大为降低。
5.衬砌的形式和构造
5.3 衬砌的分类 (二)按结构型式分类 2.砌块 一般适用于含水量较少的稳定地层内。 衬砌结构在通过变形后 (变形量必须予以限制 )地层 介质对衬砌环的约束使圆环得以稳定。 砌块由于在接缝上不设置螺栓，施工拼装进度就可 加快。
3.盾构机(Shield Machine)
3.1 盾构机基本构造
面板式
辐条式
3.盾构机(Shield Machine)
3.2 盾构机类型 （ 1 ）按断面形式分： 圆形、椭圆形、马蹄形、
矩形、双圆搭接形、三圆搭接形。
圆形 椭圆
马蹄形
矩形
3.盾构机(Shield Machine)
3.2 盾构机类型 （ 1 ）按断面形式分： 圆形、椭圆形、马蹄形、
5.衬砌的形式和构造
5.3 衬砌的分类 （一）按材料及形式分类 1. 钢筋混凝土管片 （1）箱形管片
一般用于较大直径的隧道。单块管片重量较轻，管 片本身强度不如平板形管片，特别在盾构顶力作用 下易开裂。
5.衬砌的形式和构造
5.3 衬砌的分类 （一）按材料及形式分类 1. 钢筋混凝土管片 （2）平板形管片
榫槽式接头
4.盾构法施工引起的地层变位
4.1 地层变位的影响因素 1.地层损失 地层损失是指盾构施工过程中实际开挖土体体积与 竣工隧道体积之差。 （1）开挖面的土体移动。 （2）土体挤入盾尾间隙。 （ 3）盾构推进过程中推进方向的改变、盾尾纠偏、 曲线推进、仰头推进或叩头推进，实际开挖断面不 是圆形而是椭圆形，从而引起地层损失。 （ 4）盾构外壳移动与地层间的摩擦与剪切作用， 引起地层损失。 （ 5）在水土压力作用下，隧道衬砌产生变形而引 起少量的地层损失。
缺点是刚度小、耐锈蚀性差，需进行机械加工以满 足防水要求。 成本昂贵，金属消耗量大。
5.衬砌的形式和构造
5.3 衬砌的分类 （一）按材料及形式分类 4.复合管片 外壳采用钢板制成，在钢壳内浇注钢筋混凝土，组 成一复合结构，其重量比钢筋混凝土管片轻，刚度 比钢管片大，金属消耗量比钢管片小。 缺点是钢板耐蚀性差，加工复杂冗繁。
4.盾构法施工引起的地层变位
4.1 地层变位的影响因素 2.受扰动土体的再固结 盾构隧道周围土体受到盾构施工扰动后，便在盾构 隧道周围形成超孔隙水压力区。当盾构离开该处地 层后，由于土体表面的应力释放，隧道周围的孔隙 水压力便下降。在孔隙水压下降过程中，孔隙水排 出，引起地层移动和地面沉降。地层因孔隙水压力 变化而产生的地面沉降，称之为主固结沉降。土体 受到扰动后，土体骨架还发生持续很长时间的压缩 变形。在此土体蠕变过程中产生的地面沉降称为次 固结沉降。
3.3 常用盾构机类型及其施工原理
土压平衡原理：盾构推进时前端刀盘旋转掘削土体，掘 削下来的土体涌入土舱。当掘削土体充满土舱时，由于 盾构的推进作用，致使掘削土体即对掘削面加压。当该 加压压力与掘削地层的土压+水压相等，随后若能维持 螺旋输送机的排土量与刀盘的掘土量相等，把这种稳定 的出土状态称为掘削面土压平衡状态。
盾构法隧道
同济大学 2018年4月10日
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盾构法隧道（Shield Tunnel）
1. 概述
地铁隧道已成为解决城市交通拥挤最有效手段之一 。 我国经济发达的中心城市相继开展地铁建设。 盾构工法已成为城市地下隧道的主要修建方法之一 。
2.盾构法主要施工工序
出发竖井 中间竖井 接收竖井
盾构机
2.盾构法主要施工工序
铸铁管片的适用场所
竖 井 地表面
河 流
铁 路
道路桥
民 宅
竖 井
河 流 被密封的隧道
主要使用DC管片的部位
１．重荷载部位：河流的横断面、民房下面、软弱地层 ２．急曲线部位 ３．车站及特殊部位（３连盾构、ＤＯＴ、矩形盾构等）
5.衬砌的形式和构造
5.3 衬砌的分类 （一）按材料及形式分类 3.钢管片 优点是重量轻、强度高。
x2 S x max exp 2i 2
max
i
Vl 2 i Vs 2.5i

H
max
0.61 δ
反弯点
δ
max
最大曲率点
2 tan 45 2

z

kz
D
Vs Vl R 2
0.22 δ
max
4.盾构法施工引起的地层变位
泥水平衡原理：把水、粘土及添加剂混合制成的泥水， 经输送管道压入泥水舱，待泥水充满整个泥水舱后，盾 构机的推进系统工作，则推进力经舱内泥水传递到掘削 面 的土体上，刀盘掘削下来的土砂进入泥水舱，经搅 拌后含掘削土砂的高浓度泥水，经泥浆泵送到地表的泥 水分离系统。
3.盾构机(Shield Machine)
(四)按构造型式分类 分为单层及双层衬砌两种型式。 饱和含水软土地层内的隧道，外层是装配式衬砌结 构，内层是内衬混凝土或钢筋混凝土层。 双层衬砌存在的问题：开挖断面增大；施工工序复 杂；逐步为单层衬砌所代替。
5.衬砌的形式和构造
5.4 装配式钢筋混凝土管片
(一)环宽 无论是钢筋混凝土管片或金属管片，环宽一般在 300～2000mm之间，常用的是750～900mm。 环宽不易过大或过小。

y
δ
max
x
盾构掘进方向
5.衬砌的形式和构造
5.1 衬砌结构的作用 （ 1 ）在施工阶段中，作为施工临时支撑用，并承 受盾构千斤顶项力以及其它施工荷重。 （2）竣工后作为隧道永久性支撑结构。 （3）防止泥、水渗入。 （ 4）内衬具有防水、防钢筋腐蚀、修正施工误差 和内部装饰等作用。
敞开式
土压式
网格挤压式 泥水式
3.盾构机(Shield Machine)
3.3 常用盾构机类型及其施工原理 （ 4）按掘削面加压稳定方式分：气压式、泥水式、 土压式，其中以泥水平衡和土压平衡两种最为常用。
气压式
土压式
泥水式
3.盾构机(Shield Machine)
3.3 常用盾构机类型及其施工原理
5.衬砌的形式和构造
5.4 装配式钢筋混凝土管片
(四)拼装形式
有通缝、错缝两种。
通缝拼装方式
错缝拼装方式
5.衬砌的形式和构造
5.5 管片接头构造
(一)接头类型
纵向接头、环向接头。 从其力学特性可分为柔性接头和刚性接头。
(二)接头结构形式
（1）螺栓接头 环向螺栓根据接缝内力设置单排或双排，每排 2~3 个螺栓；纵向螺栓按管片分块结构受力要求配置。
径向插入销