盾构隧道管片衬砌结构——荷载结构模型共56页文档

盾构管片衬砌结构设计计算《地下铁道》7.5 盾构管片衬砌结构设计计算隧道与地下工程系7.5 盾构管片衬砌结构设计计算1.设计原则盾构法隧道宜采用荷载结构模型和地层结构模型进行结构计算，前者用于常规设计，后者用于特殊设计。

◆管片设计时可将其视为单独承受弯矩、轴力及剪力的线性梁来处理。

◆按相对于横断面方向的设计来决定管片的断面，根据地震及地基沉降的影响等来研究隧道纵断面结构的合理性。

1.设计原则◆荷载模式：浅埋与深埋、水土合算和分算。

◆结构模型：(1) 均质(等刚度)圆环模型在饱和含水软土地层中，主要由于工程上的防水要求，对由装配式衬砌组成的衬砌圆环，其接缝必须具有一定的刚度，以减小接缝变形量。

由于相邻环间接错缝拼装，并设置一定数量的纵向螺栓或在环缝上设有凹凸榫槽，使纵缝刚度有了一定的提高。

因此，圆环可近似地认为是一均质等刚度圆环。

1.设计原则◆结构模型：(2) 多铰圆环结构模型该原理在于圆环多铰衬砌环在主和被动土压作用下产生变形，圆环由一不稳定结构逐渐转变成稳定结构，圆环变形过程中，铰不发生突变。

计算假定：1)适用于圆形结构。

2)衬砌环在转动时，管片或砌块视作刚体处理。

3)衬砌环外围土抗力按均匀分布，土抗力的计算满足对砌环稳定性的要求，土抗力作用方向全部朝向圆心。

4)计算中不计及圆环与土壤介质间的摩擦力。

5)土抗力和变形间关系按温克尔公式计算。

1.设计原则◆结构模型：在不稳定地层中，多铰圆环结构(铰的数量大于3个)处于结构不稳定状态，当圆环外围土层给圆环结构提供了附加约束，使得随着多铰圆环的变形而提供了相应的地层抗力，于是多铰圆环就处于稳定状态。

在稳定地层中，衬砌环按多铰圆环计算是十分经济合理的。

对圆环变形量要有一定的限制，并对施工要求提出必要的技术措施。

2.管片内力计算(1)均质圆环模型◆按普通圆形结构计算，不同的是因为衬砌圆环是由数块管片拼装而成的，它的刚度不如整体浇筑的圆环，应予以折减。

◆钢筋混凝土管片为0.7，复合管片为0.8，铸铁管片的刚度折减率可取为0.9。

2021年3月第9章盾构隧道衬砌结构1.基本概念1.1隧道衬砌隧道衬砌，英文为Tunnel Lining 。

盾构隧道的衬砌一般为预制管片，预制管片英文为Segment 。

1.2衬砌结构分类（1）按施工方法分类衬砌分为：预制管片、二次浇筑衬砌即拼装管片的内部，做了现浇的二次衬砌、压注混凝土衬砌（ECL 工法）。

是否需要内部做二次衬砌，取决于隧道的用途及结构计算，例如南水北调工程穿越黄河的盾构隧洞及珠江三角洲水资源配置工程盾构隧洞，就做了内部二衬。

（2）按材料分类，管片可分为：钢筋混凝土管片（RC ）（如图9.1所示）、铸铁管片、钢管片、钢纤维混凝土管片、合成材料。

图9.1盾构管片试拼装（佛山地铁）（错缝拼装，5+1块）1.3管片外形与尺寸管片外形可分为四边形的，六角蜂窝形的。

四边形的，例如：深圳地铁快线长隧道，例如11号线、14号线等。

管片外径6700mm ，内径6000mm ，厚度350mm ，宽度1.5m ，纵向螺栓16个，管片分度22.5°，采用左右转弯环+标准环的形式。

管片统一采用1+2+3形式（即：1块封顶块（F ），2块邻接块（L1）、（L2）、3块标准块（B1）、（B2）、（B3））。

止水条采用三元乙丙橡胶及遇水膨胀橡胶条，如图9.2所示。

K 块图9.2用于深圳地铁的Փ6700盾构管片（14号线，2020年）日本的一个六角形管片的案例，并采用插销式接头的案例：隧道直径为Ф6600mm，单线隧道衬砌主要采用6等分的RC平板型管片，环宽1600mm，厚320mm，管片连结采用新研制的FAKT插销式接头。

部分段采用环宽1250mm、厚250mm的蜂窝形RC管片。

如图9.3、图9.4所示。

图9.3日本的六角蜂窝状管片示意图图9.4在盾构隧道中待拼装的六角形管片（傅德明2012）中国在引水隧道中也用过六角形管片（山西万家寨引水工程）。

1.4管环类型：为了满足盾构隧道在曲线上偏转及蛇行纠偏的需要，应设计楔形衬砌环。

第五章程序的界面处理ｆ３）提供了易学易用的应用程序集成开发环境；（４）结构化的程序设计语言；（５）支持多种数据库系统的访问；（６）支持动态数据交换、动态链接库和对象的链接与嵌入技术（７）完备的Ｈｅｌｐ联机帮助功能。

５．２程序的界面处理隧道管片衬砌内力计算程序界面处理的思路是：通过界面将数据输入，并写入到ＦＯＲＴＲＡＮ程序中的数据文件，以便运行执行文件时调入；之后激活ＭＳ．ＤＯＳ窗口，进入到编译连接得到的执行文件所在的子目录下，运行执行文件；在计算程序中将盾构隧道衬砌各截面的内力及位移写入到输出文件：在后处理时将输出文件的数据读入并绘成内力图形。

卜ＩＡｌ介绍盾构隧道管片衬砌内力计算程序的界衄。

首先，点击由ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ形成的执行文件，弹出图５－１所示的窗口。

图５－１欢迎窗口点击“继续”按纽，弹出图５－２所示的窗口。

如选择均质圆环计算方法，将出现５—３所示窗口，提示均质圆环计算方法的数据文件路径及数据文件名。

第五章程序的界面处理图５－２选择计算方法窗口图５－３均质圆环数据文件路径及文件名窗口在“数据文件路径”下输入计算程序的数据文件所处的路径。

在“数据文件名”下输入数据文件名。

这一步是确保程序执行过程中的输入输出正常进行。

然后，点击“确定”按纽，弹出图５—４所示的“均质圆环数据输入窗口”。

图５－４均质圆环数据输入窗口在图５—４中，可以输入程序执行过程中所需要的数据。

前三个按钮分别为“管片尺寸及地层参数”、“配筋参数”、“千斤顶参数”的数据输入按钮。

第四个按钮为“数据文件写入”按钮。

单击“管片尺寸及地层参数”按钮，弹出“管片尺寸及地层参数卡”，如图５．５所示。

其上有“覆土厚度”、“地下水位”、“管片外径“、管片宽度”、管片厚度“、土容重”、“混凝土容重”、“土的粘接力”、“土的内摩擦角”、“地面附加压力”、“地基反力系数”、“侧向土压系数”、“刚度调整系数”、“弯矩增一３９—第五章程序的界面处理图５－５管片尺寸及地层参数窗口大系数”、“混凝土的弹模”、“钢筋的弹模”、“内力计算角度增量”、“钢筋允许拉应力”、“钢筋允许压应力”、“混凝土允许压应力”。

盾构衬砌管片的设计模型与荷载分布的研究3 De sign model for shield lining segments and distribution of load朱合华　崔茂玉　杨金松(同济大学地下建筑与工程系,上海,200092)文　摘　本文围绕盾构衬砌管片的设计模型与压力荷载分布问题,首先概述了一种新的设计模型———梁-接头不连续模型,在此基础上,利用管片内力的现场实测值(如轴向力和弯矩),来反演确定作用在衬砌结构上的压力荷载的分布模式与大小,同时,运用反演分析技术对局部和全周地层弹簧作用模型进行了比较。

关键词　盾构衬砌管片,设计模型,荷载,反演分析中图法分类号　T U94作者简介　朱合华,男1962年生,工学博士,现为同济大学教授、博士生导师。

主要从事隧道及地下结构设计理论研究和岩土力学数值分析工作。

Zhu Hehua Cui Maoyu Yang Jinsong(Department of Geotechnical Engineering,Tongji University,Shanghai,200092)Abstract　A new design model for shield lining segments,beam-discontinuous joint model,is described in this paper.And based on the new model,the distribution mode and value of the loading pressure on the lining segments are back analyzed using the measured data of segment pieces such as axial force and bending moment etc.In addition,a partial-peripheral ground spring model is compared with a whole peripheral one in the backward analysis.K ey words　shield lining segment,design model,loading pressure,backward analysis1　前 言Ξ众所周知,在盾构隧道衬砌结构中管片接头(以下称管片接头)和管片环间接头(以下称环间接头)对衬砌结构的内力和变形,尤其是接头部分的内力和变形起着极其重要的影响作用。

盾构隧道衬砌结构设计理论与计算模型综述课程名称：岩土与隧道工程姓名：学号：任课教师：二零零七年十二月盾构隧道衬砌结构设计理论与计算模型综述摘要：文章对圆形盾构隧道的设计理论进行了简单的阐述，针对国内外现已成熟的计算模型进行比较全面的总结，指出了衬砌结构计算理论的发展趋势和研究方向。

关键词：盾构隧道衬砌结构计算模型1．衬砌结构设计理论国际隧道协会(International Tunneling Association)在1988年第三次地下空间和岩土工程国际会议上，以大纲形式提出隧道设计的指导方针。

国际隧道协会将目前采用的隧道结构设计模型分为四种，即连续体或不连续体模型，作用一反作用模型(又称弹性地基梁模型)，收敛一约束模型和工程类比法(经验方法)。

2000年，国际隧道协会第二工作组(Working Group No.2,lnternational Tunneling Association)在官方报告中把盾构隧道的分析模型分为两种:解析模型(Analytical model)与数值模型(Numerical model):解析模型是根据国家标准及所选设计荷载叠加情况利用公式进行解析模拟，而数值模型在模拟详细施工阶段的情况下，根据国家标准运用结构定律与有限元程序进行模拟，以获得弹塑性状态下的应力和应变。

根据我国地下结构设计的特点，隧道结构设计计算模型主要分为四种:荷载结构模型、地层结构模型、收敛约束模型和经验类比模型：荷载结构模型将地层对结构的作用简化为荷载(包括主动地层压力和被动地层压力)，按结构力学或有限元方法分析结构在荷载作用下的内力和变形。

这是一种在我国广泛使用的计算模型，我国地下铁道及铁路隧道设计规范中均推荐使用。

采用这种设计模型，计算方法简单、工作量小，具有明确的受力概念和清晰的安全系数评价方法，工程设计人员可以得到结构的轴力、剪力、弯矩，直接用于结构的配筋计算。

地层结构模型考虑了地层与结构的相互作用，把它们视为共同受力的统一体，利用它们之间的位移协调条件来求解衬砌与周围地层的位移和内力，进行结构截面设计和分析地层的稳定性。

盾构隧道结构计算模型简述发布时间：2021-06-24T08:22:11.008Z 来源：《防护工程》2021年6期作者：武鹏[导读] 传统的隧道于地下工程结构计算方式主要有荷载-结构模型，地层结构模型。

近些年来，随着大量盾构隧道工程的出现，对于隧道结构的计算提出了新的要求。

虽然各种计算模型已经百花齐放，但各计算模型的优缺点，适用条件，在实际工程设计中仍然存在一定的混淆，本文从荷载计算、结构模拟的角度分析不同计算模型的特点、分类、适用条件，指出了其在实际工程设计中的适用性。

武鹏中国公路工程咨询集团有限公司北京市 100089摘要：传统的隧道于地下工程结构计算方式主要有荷载-结构模型，地层结构模型。

近些年来，随着大量盾构隧道工程的出现，对于隧道结构的计算提出了新的要求。

虽然各种计算模型已经百花齐放，但各计算模型的优缺点，适用条件，在实际工程设计中仍然存在一定的混淆，本文从荷载计算、结构模拟的角度分析不同计算模型的特点、分类、适用条件，指出了其在实际工程设计中的适用性。

1、盾构隧道荷载的计算理论地下工程结构的荷载计算，目前主要分为两类：荷载-结构模型和地层-结构模型。

1.1 荷载-结构模型荷载-结构模型默认围岩是一种松散体，是荷载的来源，而结构的作用只是被动承受荷载的荷载—结构模型；而地层-结构模型则认为围岩虽然是荷载的来源，但本身具有一定的承载能力，而结构的作用是对围岩的保护与补强，两者协同作用，共同承担荷载。

荷载-结构模型的前提是围岩因为工程的开挖而发生了较大的松弛或者崩塌，其已失去了承载能力，简言之，围岩是一种松散体，为支护结构“松动”压力的来源。

隧道结构设计的关键，即为确定围岩作用在支撑结构的主动荷载，长久以来，各国工程师，科研人员根据埋深不同，提出了太沙基理论、普氏理论等计算主动荷载，这些理论具有取值简单，适用性强的特点，在工程领域取得了广泛的应用。

确定了荷载后，即可运用结构力学、弹性力学等知识求解超静定结构的内力与变形，并由此确定安全系数。