第八章 盾构法隧道结构
三、荷载的确定 (二)施工阶段
4.衬砌环刚出盾尾的初期. 衬砌顶部土压即迅速作用到衬砌上,而侧压却因某种原
因未能及时作用,这时衬砌可能处于比基本使用阶段更受荷载; • 工厂生产,质量易保证,安装方便; • 接缝防水需采取措施。
三 衬砌的分类
4 按形成方式分类 挤压式混凝土衬砌: 自动化程度高,施工速度快; 整体式衬砌结构,满足受力和防水要求; 适用于多种地层,但对渗透性的的砂砾层中要达到防
水要求困难。
管片拼装及预应力
管片试拼装、螺栓预应力
6 衬砌结构(管片)的生产(采用工厂化流水作业)
钢筋笼生产
管片浇捣 蒸汽养护 管片水中养护及抗渗试验 管片精度测试及其保证体系
管片拼装及预应力
管片试拼装、螺栓预应力
6 衬砌结构(管片)的生产(采用工厂化流水作业)
钢筋笼生产
管片浇捣 蒸汽养护 管片水中养护及抗渗试验 管片精度测试及其保证体系
P [ ] / K F
D2 P (700 ~ 1000) 4
三、荷载的确定 (二)施工阶段
3.衬砌背后压注 过高的注浆压力常引起圆环变形和出现局部的集中应力
,封顶楔形块管片也会向内滑移,必须对注浆压力进行一
定的控制。
最大注浆压力
平均注浆压力
注浆孔
注浆孔
管片拼装及预应力
管片试拼装、螺栓预应力
6 衬砌结构(管片)的生产(采用工厂化流水作业)
钢筋笼生产
管片浇捣 蒸汽养护 管片水中养护及抗渗试验 管片精度测试及其保证体系
管片拼装及预应力
管片试拼装、螺栓预应力
6 衬砌结构(管片)的生产(采用工厂化流水作业)
钢筋笼生产
管片浇捣 蒸汽养护 管片水中养护及抗渗试验 管片精度测试及其保证体系
第二节 衬砌的形式和构造 一 、衬砌作用:承重、防水
在施工阶段中,作为施工临时支撑用,并承受盾构千斤顶 顶力以及其它施工荷重。 竣工后,作为隧道永久性支撑结构,支承衬砌结构周围的 水、土压力以及使用阶段某些特殊需要的荷重。 防止泥、水渗入,满足隧道结构的预期使用要求。
二、盾构隧道的断面形状
箱形管片
平板形管片
三、衬砌的分类
1 按材料及形式分类
2)铸铁管片:常用球墨铸铁
耐蚀性、延性和防水性能好,质量轻、强度高,易于制 成薄壁结构,搬运方便,精度高,外形准确,安装速度 快,缺点是耗费金属,机械加工量大,造价高,不宜承 受冲击荷载。
3)钢管片:型钢或钢板
强度高,延性好,质量轻,但是其刚度较小,耐蚀性差 ,造价高。
( kN / m )
2
8.水压 : 按静水压考虑 9.拱底反力
2 p R q g 0.2146 RH RH ( kN / m ) 2
载荷确定的几个问题
1)竖向土压 软粘土情况下,按隧道顶部全部土压考虑。具有较大 的抗剪强度的地层内隧道埋深超过隧道衬砌的外径 “松动高度”理论 泰沙基公式
4)复合管片:外壳钢板,内浇混凝土
质量较轻,刚度较大,但钢板耐蚀性差,加工复杂。
三 衬砌的分类
2 按结构型式分类
管片:接缝通过螺栓连接。
增强衬砌整体性,承载能力高,适用于不稳定地层中各种直 径隧道,工作量大,增加施工费用和材料费用。
砌块:拼装,之间无连接,地层约束使圆环稳定
适用于含水量少的稳定地层中,施工速度加快,降低施工费 用和衬砌费用。接缝间的防水和防泥解决不好,会使圆环丧
1. 隧道断面形式的选择,根据隧道的使 用要求、施工技术的可能、地层的特性、 隧道受力等因素确定。
二、盾构隧道的断面形状
2. 内部使用限界的确定
隧道内部轮廓的净尺寸应根据建筑限界或工艺要 求并考虑曲线影响、盾构施工偏差、隧道不均匀沉 降决定。
1.车辆限界 指在平、直线路上运行的车辆,可能达到的最大运动 包迹线,就是车辆运行中横断面的极限位置。
2.竖向土压
( kN / m )
2
q
i 1
n
i
hi
( kN / m )
2
三、荷载的确定 (一)基本使用阶段
(衬砌环宽按1m考虑)
3.拱背土压
G 2(1
4
2 2 ) RH 0.43 RH
( kN / m 2 )
4.地面超载 当隧道埋深较浅时必须考虑地面荷载的影响 ,一般取20kN/m2
地铁区间隧道
排水污水隧道
引水隧道
公用管线隧道
二 盾构法隧道的设计内容
第1阶段:隧道方案设计,包括选线,平面设计、 纵断面设计、横断面设计、埋置深度、隧道断面形 状与尺寸; 第2阶段:衬砌结构与构造设计,管片的分类、 厚度。分块、接头形式、管片孔洞、螺孔等; 第3阶段:管片内力计算及断面设计
2
侧压的计算在含水砂土层中,采用水土分离原则计算 而在含水粘土层中则采用水、土不分离的原则。
3)地层侧向弹性抗力
文克列尔局部变形理论
pk k y
压缩系数k值的确定和试验测定
三、荷载的确定 (二)施工阶段
1.管片拼装:纵向接缝拧紧螺栓,使管片局部出现较大的集 中应力,导致管片开裂和存在着局部内应力。 2.盾构推进 当盾构千斤顶施加在环缝面上,特别是千斤顶顶力存在 偏心状态情况下,极易使管片开裂和顶碎。 衬砌环的受力
6 盾构法施工的缺点
• 施工设备费用较高,工程规模小时,造价高; • 盾构一次掘进的长度有限(最长2500m); • 覆土较浅时,地表沉降较难控制 • 用于施工小曲率半径隧道时,盾构转向困难。
7 盾构法施工的适用范围
适用于各类软土地层和软岩地层的隧 道掘进,尤其适用于城市地下隧道工程。
水底公路隧道
或泥浆,对土砂和泥浆施以足够的约束力,保持工作面得稳
定。土压平衡式盾构、泥水平衡式盾构
5 盾构法施工的优点
场地作业少,隐蔽性好,因噪音、振动引起的环境影响小
隧道施工的费用和技术难度基本不受覆土深浅的影响,适宜于 建造覆土深的隧道
穿越河底或海底时,隧道施工不影响航道,也完全不受气候的 影响 穿越地面建筑群和地下管线密集区时,周围可不受施工影响 自动化程度高、劳动强度低、施工速度较快
B0 ( c / B0 ) h h p 1 exp( tg ) q exp( tg ) tg B0 B0
普氏公式
2 B0 p 3 tg
载荷确定的几个问题 2)侧向主动土压
朗金公式
p Htg ( 45 ) 2c tg ( 45 ) 2 2
附加荷载: 据使用目的、施工条件 、周围环境
特殊荷载: 据围岩、隧道条件
6. 7. 8. 9. 10. 11.
内部荷载 施工荷载 地震的影响
平行配置隧道的影响 接近施工的影响 其他
计算工况荷载组合表
荷载组 合系数 地面超载 1.4 第一组合 施工阶段 √ 第二组合 运行阶段 √ 第三组合 地震验算 √
安全质量指标要求(衬砌裂缝宽度,接缝变形和直径变形
的允许量,隧道抗渗防漏指标,结构安全度,衬砌内表面 平整度要求等)进行各个工作阶段和组合。 工作阶段的结构验算按照强度、变形、裂缝限制等需要分 别进行验算。
三、荷载的确定
日本盾构隧道规范荷载分类方法 1. 地层压力 2. 水压力 基本荷载: 3. 自重 必须考虑 4. 上覆荷载影响 5. 地基抗力
第八章
第一节 概述
盾构法隧道结构
第二节 衬砌形式和构造
第三节 衬砌内力计算 第四节 衬砌断面设计 第五节 隧道防水处理
第一节 概述
一、盾构法隧道施工简介
1 基本概念
盾构法是在盾构保护下修筑软土隧道的一类施工 方法。这类方法的特点是地层掘进、出土运输、衬砌 拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等作业都在盾构 保护下进行,并需随时排除地下水和控制地面沉降, 因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。
2 盾构法主要施工程序
1、建造盾构工作井 2、盾构掘进机安装就位 3、出洞口土体加固
4、初推段掘进施工
5、掘进机设备转换 6、盾构连续掘进施工 7、接收井洞口土体加固 8、盾构进入接收井, 并运出地面
盾构组装
盾构出发井
管片拼装
盾构出洞
4 盾构
隧道掘进机,具有保护条件及隧道施工功能的钢结构体。 盾构外壳、开挖系统、掘进系统、管片拼装系统、控制系统
结构自重 垂直土压力 水平土压力
外水压力 道路设计荷载 盾构千斤顶顶力 不均匀注浆压力 地震荷载
1.2 1.2 1.2
1.2 1.4 1.2 1.2 1.3
√ √ √
√ √ √ √
√ √ √
√ √
√ √ √
√ √
√
三、荷载的确定
三、荷载的确定 (一)基本使用阶段
(衬砌环宽按1m考虑)
1.自重
g h
失稳定。
三 衬砌的分类
3 按构造型式分类 单层衬砌:
双层衬砌:外层管片拼装,内层现浇钢筋混凝土结构。
增大开挖断面,工序复杂,延长工期,费用高;防水效果取决于 外层衬砌。
• 单双层衬砌选用
根据隧道功能、外围土层特点、隧道受力条件,如地铁区 间隧道、输水管道,饱和含水软土层采用双层衬砌。
三 衬砌的分类
2. 内部使用限界的确定
(2) 建筑限界
在车辆限界以外—个形状类似的轮廓,是决定隧道内轮廓尺寸 的依据。任何固定的结构、设备、管线等不得侵入这个限界以内。 建筑限界在车辆限界外为150一200mm。
三、衬砌的分类
1 按材料及形式分类 1)钢筋混凝土管片:
优点有一定的强度,加工制作比较容易,耐腐蚀,造价低,是最 为常用的管片;缺点较为笨重,运输、安装及施工过程中易损坏。