盾构法隧道结构
装配式钢筋混凝土管片
环宽
• 一般在300~2000mm之间,常用的是750~900mm。 • 环宽过小导致接缝数量的增加进而加大隧道防水的困
难。 • 环宽过大会使盾尾长度增长而影响盾构的灵敏度。
隧道外径与管片环宽锥度的经验值
隧道外径(m)
D外<3
3<D外<6
D外>6
锥度(mm)
15~30
20~40
30~50
厚度
• 直径为6.0m以下的隧道,管片厚度约为250~350mm • 直径为6.0m以上的隧道,管片厚度约为350~600mm。
装配式钢筋混凝土管片
分块
单线地下铁道衬砌一 般分成6~8块,双线的 分为8~10块,小断面 分为4~6块。
拼装形式
• 圆环的拼装形式:通缝、错缝。 • 错缝拼装,加强圆环接缝刚度,约束接缝变形。
1
e
xp
h B0
tan
q exp
h B0
tan
B1 RH [cos( / 4 / 2) sin( / 4 / 2) tan( / 4 / 2) tan( / 4 / 2)]
4 地面超载
一般取 20kN / m2
• 由车辆限界外增加适量安全间隙来求得,一般为 150~200mm。
圆形隧道断面的优点与组成
• 受力性能合理 • 易于盾构推进 • 便于管片的制作、拼装
衬砌的类型
按材料及形式分类 a. 装配式钢筋混凝土管片
• 箱型管片——用于较大直径的隧道。
• 平板形管片——用于较小直径的隧道
b. 铸铁管片
• 弯螺栓能较少的影响管片的纵向承受能力,但其对抵抗圆环 横向内力的结构效能差,且加工麻烦。
铰接头
作为多铰环的环向接头,一般为转向接头结构。几乎不产生弯曲, 轴向压力占主导地位,在良好地基条件下是一种合理的结构。
销插入型接头接头
也可做环向接头来使用,但主要作为纵向接头使用。 在结构上的作用是加强了构件的链接,防止接头两边相对错动, 承担接头上的剪力。
5 侧向均匀主动土压
p1
q
tan45
2
2c
tan45
2
6 侧向三角形主动土压
p2
2 RH
tan 2 45
2
7 侧向土壤抗力
pk k y(kN / m2 )
y
2q
24
p1
EI
p2 qRH4
管片接头类型
• 管片间的接头分两类:纵向接头、环向接头
• 从力学性质看可分为:柔性接头、刚性接头
螺栓接头
利用螺栓将接头板紧固起来,将管片环组装起来的抗拉连接结构。
弯螺栓连接形式
直螺栓连接形式
• 直螺栓受力性能好、效果显著、加工简单、但扩大了螺栓手 孔尺寸,影响了管片承受盾构千斤顶顶力的承载能力。
第6章 盾构法隧道结构
衬砌形式和构造 衬砌圆环内力计算 盾构法隧道衬砌的结构设计 隧道防水及其综合处理 算例
盾 构 机
矩 形 盾 构 机
盾 构 进 洞
盾构衬砌
6.1 衬砌形式和构造
衬砌断面形式和构造
盾构隧道横断面一般由圆形、矩形、半圆形、马蹄形等,衬 砌最常用的断面形式为圆形与矩形。
8 拱底反力压
水土分算时不用 考虑
PR
q g
0.2146RH
2
RH
w
9 水压力 (1)水土分算
①按静水压力计算
pw1 Dw w pw2 RH (1 cos)
荷载计算
• 荷载的类型 • 荷载的计本惯用修正法修正
荷载的类型
• 基本荷载是设计时必 须考虑的荷载。
• 附加荷载是施工中或 竣工后作用的荷载, 根据隧道的使用目的, 施工条件以及周围环 境进行考虑的荷载。
• 特殊荷载是根据围岩 条件、隧道的使用条 件所必须特殊考虑的 荷载。
2 拱背土压
G
2
1
4
RH2
0.43RH2
3 竖向土压
• 软粘土中按h计算较为合适。
n
q i hi i 1
• 在砂土等抗剪强度较 大的地层内,且隧道埋 深超过隧道衬砌的外径 时,按“松动高度”理 论进行进算。
p
B0 c /
tan
B0
内部使用限界的确定
a. 车辆限界
• 车辆限界是指在平、直线路上运行中的车辆,可能达到的 最大运动包迹线。
• 确定车辆限界的各个控制点,要考虑车辆外轮廓横断面的 尺寸以及制造上的公差,车轮和钢轨之间及在支承中的机 械间隙、车体横向摆动和在弹簧上颤动倾斜等。
b. 建筑限界
• 建筑限界是决定隧道内轮廓尺寸的依据,是在车辆限界以 外一个形状类似的轮廓。
国外在饱和含水不稳定地层中修建隧道时多采用铸铁管片。 不宜用做承受冲击荷载的隧道衬砌结构。
c. 钢管片
重量轻,强度高,但刚度小,耐锈蚀性差,需进行机械 加工以满足防水要求,金属消耗量大,成本昂贵。
d. 复合管片
外壳采用钢板制成,在钢壳内浇筑钢筋混凝土。重量轻; 刚度大,金属消耗量小;耐蚀性差,加工复杂。
楔形接头
环向和纵向接头都可使用的结构,利用楔作用将管片拉合紧固的 接头。
榫接头
主要作为纵向接头使用的结构。接头部分设有凹凸,通过凹凸部 位的啮合作用进行的力传递。
分配带 传送带
开挖面端 .塑料预埋栓
接头螺栓孔
榫接部
.榫接部
分配带
接头螺栓 隧道口端
轴向接头面
塑料预埋栓
接头螺栓 周向接头面
6.2 衬砌圆环内力计算
0.045kRH4
一般取 0.25 ~ 0.8
土的种类
固结密实黏性土 极坚实砂质土
密实砂质土 硬黏性土
地层基床系数值
k(kN/m³)
土的种类
30000~50000 10000~30000
中等黏性土 松散砂质土 软弱黏性土 非常软黏性土
k(kN/m³)
5000~10000 0~10000 0~5000 0
基本荷载 附加荷载 特殊荷载
荷载分类
1. 地层压力 2. 水压力 3. 自重 4. 上覆荷载的影响 5. 地基抗力
1. 内部荷载 2. 施工荷载 3. 地震的影响
1. 平行配置隧道的影响 2. 接近施工的影响 3. 其他
基本使用阶段
荷载简图
1 自重
g h
一般采用: h 25kN / m3