盾构隧道管片内力计算及配筋优化分析

Journal of Engineering Geology工程地质学报10〇4-9665/2〇l7/25 ( 3 ) - 0879-〇7DOI：10.13544/ki.jeg.2017.03.037叠落盾构隧道受力分析及管片配筋(中交铁道设计研究总院有限公司北京100097)摘要在现代城市轨道交通建设中，上下叠落地铁盾构隧道越来越多,这类叠落盾构隧道相互影响，塌落拱多次叠加，传统 解析法计算隧道围岩压力存在困难，目前缺乏相应的叠落隧道围岩应力计算方法。

为了研究叠落盾构隧道受力分析及管片 配筋，以北京地铁6号线南锣鼓巷站一东四站叠落盾构隧道为工程实例，根据弹塑性理论模拟隧道开挖过程计算塌落拱多次 叠加，结合强度折减法计算叠落隧道塑性区，然后根据塑性区计算塌落拱高度和围岩压力；根据厚壁圆筒理论,计算盾构施工 和列车运营对下方隧道附加应力；根据以上分析,计算叠落隧道的下方盾构隧道管片内力并配筋。

关键词叠落隧道塌落拱强度折减法附加应力中图分类号:TU354 文献标识码：ASTRESS ANALYSIS AND SEGMENT REINFORCEMENT OF OVERLAPPING SHIELD TUNNELSSONG Chenghui(C C C C R a ilw a y C onsultants Group Co.,L td., B eijing100097)Abstract In the construction of modern urban rail transit, more and more overlapping subway shield tunnels are used. The overlapping shield tunnels are interacted with each other. The collapse arch of overlapping tunnels is multiple superposed during digging. The traditional analytical method is difficult to calculate the pressure of tunnel surrounding rock. At present, there is no effective way to calculate the stress of overlapping tunnel surrounding rock. In order to study the stress and the segments reinforcement of overlapping shield tunnels, this paper takes the overlapping shield tunnels in Nanluoguxiang station to Dongsi station of Beijing Metro Line 6 as an example. The arch collapse multiple superposed is calculated by simulation of tunnels excavation process using the elastic-plastic theory. The plastic zone area of the tunnels is calculated using the strength reduction method. Then the collapse arch height and surrounding rock pressure are calculated from the plastic zone area. According to the theory of thick wall cylinder, the additional stress of the lower tunnel by shell in construction and by train in running is calculated. From above analysis, the internal force of overlapping shield tunnels is calculated and the segments reinforcement of lower shield tunnel segment is designed.Key words Overlapping shield tunnels, The collapse arch, Strength reduction method, Additional stress*收稿日期：2016-12-21;收到修改稿日期：2017-04-07.基金项目：国家自然科学基金项目（41272352)资助.作者简介：宋成辉（1970-)，男，博士，高级工程师，从事轨道交通结构设计.E m a il: 729887000@q q.c o m880JoumaZ # G eoZogy 工程地质学报 2017〇引言目前国内城市轨道交通建设迅速发展，后来地 铁设计中为了避开周边建筑影响，或者由于换乘功 能需要，地铁线路不得已采用上下叠落。

地铁盾构管片结构受力设计要点分析近年来，随着城市化进程的加快，我国开始了大规模的城市地铁隧道建設，盾构法是一种在地面下暗挖隧道的施工方法，由于其施工速度快，适应性强，且不会对周边的其他基础设施造成影响，在城市地铁隧道建设中的应用越来越广泛。

盾构隧道施工技术最显著的特点是只需采用盾构管片就能实现任何线形对到的施工，另外，盾构管片作为隧道的外层屏障，直接承担着抵抗土层、地下水压力和其他特殊荷载的重任，所以盾构管片结构是否合理、质量是否优良与地铁隧道的整体安全有着密切关系。

一、软土层地区地铁盾构管片结构的受力分析修正惯用计算法是一种比较适用于地铁盾构管片结构计算的方法，该法考虑了接头效应、螺栓孔的存在和拼装方式，并引入了抗弯刚度有效率η（η≤1，通常取值为0.6-0.8），计算时取圆环抗弯刚度为η×EI，一般以接头刚度的降低来代表圆环抗弯刚度的下降。

修正惯用计算法荷载包括竖直方向的荷载（垂直水压力、上覆土压荷载等）和水平方向的荷载（水平土压力、水平水压力以及均变三角形荷载等）。

在地铁盾构管片结构设计中，一般通过修正惯用计算法计算出的内力进行配筋设计，该法模型图1。

（注：PP表示地基水平抗力，PJ表示注浆压力）图1 修正惯用计算法模型接头处内力和管片内力计算公式：Nf=N （1）Ng=N （2）式中，——弯矩调整系数，取0.3-0.5；M、N——分配前的均质圆环计算弯矩和轴力；Mf、Nf——分配后接头弯矩和轴力；Mg、Ng——分配后管片本体弯矩和轴力。

地铁盾构管片计算荷载包括永久荷载、可变荷载、偶然荷载和组合荷载，其中管片结构自重、土压力和水压力、侧向地层压力以及地基垂直抗力等属于永久荷载，地面超载和灌浆压力则属于可变荷载，一般按照20kPa、0.1MPa均布荷载计算地面超载和灌浆压力。

偶然荷载指的是地震力和人防荷载，一般按6度设防计算地震力，按六级人防计算人防荷载，但实践表明，地震力、人防荷载和注浆压力不起控制作用，采用修正惯用计算法对软土层地区地铁盾构管片结构内力进行分析时不考虑偶然荷载。

文章编号:1004—5716(2002)05—94—03中图分类号:U455143　文献标识码:B 盾构隧道管片衬砌的内力分析肖龙鸽,薛文博(中铁隧道集团三处有限公司,广东乐昌512250)摘　要:结合上海市大连路越江隧道的工程特点,采用结构力学解析方法及多种计算模型进行了越江隧道盾构管片衬砌的内力计算,通过对衬砌内力的分析,为目前城市地铁区间盾构隧道管片衬砌内力计算探索出了一条计算模式。

关键词:盾构隧道;管片;衬砌;内力分析1　工程概况上海市大连路越江隧道横穿黄浦江,根据隧道所穿越土层的工程地质、水文地质条件而采用盾构法施工,衬砌采用单层装配式钢筋混凝土衬砌,衬砌外径为 11.040m,衬砌厚度δ= 55cm。

根据地质资料,浦东段沿线地基土按其岩性、时代、成因及物理力学性质差异从上至下可划分为10层,其工程地质特性如下:(1)人工填土层:以杂填土为主,部分素填土。

(2)褐黄～灰黄色粉质粘土:可塑～软塑状,中～高压缩性。

(3)灰色淤泥质粉质粘土:流塑,高压缩性。

(3—a)灰色粉质粘土:很湿～湿,中压缩性。

(4)灰色淤泥质粘土:流塑,高压缩性。

(5—1)灰色粘土:软塑状,高压缩性。

(5—2)灰色粉质粘土:可塑,中压缩性。

(6)暗绿～草黄色粘土:可塑～硬塑状,中压缩性。

(7-1)草黄色砂质粉土:湿,中密,中压缩性。

(7-2)草黄色粉细砂:湿,密实,中压缩性。

2　管片衬砌的内力分析2.1　概述地下结构设计和进行力学计算的模型和方法较多,目前主要采用荷载结构法设计模型和荷载结构法进行计算。

荷载结构法认为地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载,以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形,荷载结构法又可区分为两类:局部变形理论计算法和共同变形理论计算法。

图1为圆形衬砌常用计算方法的计算简图,其中,图1(a)表示周边承受主动荷载的自由变形圆环,对于松软地层可按自由变形圆环计算内力,图1(b)所示的圆环在侧向作用有弹性抗力,在坚硬地层中圆形衬砌结构内力计算必须考虑弹性抗力的作用。

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”。

盾构管片内力计算1.盾构管片的基本介绍盾构是一种无顶进封闭式施工的地下连续墙体构筑方法。

它利用盾构机的推进力和土封结构的支护作用，实现地下隧道或管道的直接开挖和同步支护。

在盾构工程中，管片是构成地下连续墙体的基本单元，管片的结构设计和内力计算是盾构工程的重要环节。

2.盾构管片内力的分类-弯矩：在盾构管片中，由于土压力和地下水压力的作用，管片会受到弯曲力的作用。

弯矩的大小和方向会影响管片的变形和破坏。

-剪力：盾构管片在施工过程中会受到土压力和地下水压力的横向挤压力，产生剪力。

剪力的作用会导致管片产生横向位移和剪切破坏。

-轴力：盾构管片受到推进力的作用，产生轴向压力。

轴力的大小和方向也会直接影响管片的稳定性。

3.盾构管片内力计算的原理-应力平衡原理：根据盾构管片的自重和外力的作用，可以通过应力平衡方程计算出管片各个部分的内力分布。

应力平衡方程可以分为弯矩平衡、剪力平衡和轴力平衡方程。

-形状相关性原理：盾构管片是一个曲面结构，其变形与内力密切相关。

可以通过管片的几何形状以及变形原理，将管片内力计算问题转化为形状相关性问题。

4.盾构管片内力计算的方法-解析方法：解析方法是通过建立盾构管片力学模型，根据管片的几何形状和边界条件，应用材料力学原理，推导出一些基本方程和解答方法，如弯曲理论、剪切理论和轴力理论等。

这些方法适用于简单几何形状和载荷条件的情况，可以得到较为精确的结果。

-数值模拟方法：数值模拟方法是通过数值计算的方式求解盾构管片内力的数值近似解。

常用的数值模拟方法有有限元法、边界元法和离散元法等。

这些方法适用于复杂几何形状和载荷条件的情况，可以较为全面地描述管片内力分布。

5.盾构管片内力计算的注意事项在进行盾构管片内力计算时，需要注意以下几点。

-边界条件的确定：边界条件是影响盾构管片内力计算的关键因素之一，需要根据具体的工程情况进行准确的确定。

-材料性质的选择：盾构管片的材料性质对内力计算结果有着重要影响，需要根据实际情况选取合适的材料力学参数。

盾构隧道管片衬砌内力计算方法比较
盾构隧道是现代城市化进程中最常见的地下隧道形式，随着城市的不断发展，越来越多的城市需要建设地下交通隧道。

盾构隧道的管片衬砌内力计算是盾构隧道建设过程中的重要环节。

本文将从几个方面来比较目前常用的盾构隧道管片衬砌内力计算方法。

第一、有限元法
有限元法是目前使用最广泛、应用最为成熟的计算方法之一，它通过离散化相应区域，建立微分方程，利用有限元分析软件来计算应力和应变分布，从而得到管片衬砌的内力。

这种方法的优点是计算结果精确可靠，具有较高的可重复性和可调节性，适合计算各种复杂条件下管片衬砌的内力。

第二、解析法
解析法是一种经典的数学分析方法，通过对管片衬砌的简化模型建立数学解析模型，从而得到内力的解析解。

这种方法的优点是计算速度快，计算结果精度高，适用于简单条件下的管片衬砌内力计算。

缺点是只适用于简单的几何形状，无法应用于复杂的情况。

第三、实验法
实验法是通过对管片衬砌进行特定实验，测量相应的数据，利用数学模型来计算管片衬砌的内力。

这种方法的优点是可以考虑到复杂条件下的多种因素，得到较为真实的内力值，缺点是实验成本较高、操作复杂，而且实验过程有一定的风险。

综上所述，以上三种计算方法各自有其优缺点，应针对不同情况进行选用，最终得到的结果需要结合实际情况进行分析和比较。

在实践中，工程师们应采用不同的计算方法来计算管片衬砌内力，最终得到最为精确、可靠的结果，从而保障盾构隧道建设的安全与可靠。

盾构隧道管片内力计算及配筋优化分析摘要：以北京某在建工程地铁盾构隧道衬砌管片为研究对象，采用修正惯用法（公式法、地基弹簧法）、三维梁〜弹簧法分别对衬砌管片在不同地层条件下的受力进行分析（匀质软地层、匀质硕地层、中软下硬地层、中硕下软地层），提出了各种算法和地层条件下，衬砌管片内力的分布和变化规律，经对比分析，结合盾构管片环结构的实际受力环境和特点，得出了指导和优化衬砌管片结构配筋设计的相关结论和建议，提升了结构的安全性和经济性。

关键词：盾构隧道；管片配筋；修正惯用法；三维梁〜弹簧法；1前言在城市轨道交通工程中，单层装配式混凝土管片是盾构隧道常用的衬砌结构型式，衬砌管片设计是盾构隧道结构设计的核心内容，与工程的安全性、经济性和耐久性密切相关。

常用的盾构管片内力计算方法有惯用法、修正惯用法、多较环法及梁■弹簧模型法[1-3],这些计算方法主要以二维分析为主，大致地模拟了盾构管片的受力状态，并选取讣算结果最大包络进行配筋。

这些算法简便、易于实现，但却未能充分精细地揭示管片的实际内力状态，因此管片配筋针对性较弱，影响工程的经济性。

本次硏究以北京某在建工程地铁盾构隧道衬砌管片为研究对象，考虑地层条件和衬砌构造的三维空间特征，充分考虑管片环内接头所引起的刚度下降以及错缝拼装导致的环间传力效应，分别釆用修正惯用法（公式法、地基弹簧法）、三维梁〜弹簧法对衬砌管片在不同地层条件下的受力进行分析（匀质软地层、匀质硕地层、中软下硬地层、中硕下软地层），通过对分析结论的整理、归纳，总结了各种算法的适用性和不同地质条件下衬砌管片内力的分布和变化规律，以期指导和优化衬砌管片结构设计，提升结构的安全性和经济性。

2工程概况盾构隧道埋深10・5m〜30m,穿越地层分为全断面卵石（匀质硬地层）、全断面粉土、粉质粘土交互（匀质软地层）、仰拱卵石、中部粉土（中软下硬地层）以及中部卵石、下部粉质粘土（中硬下软地层）等四种典型的地层结构（详见图1） O盾构隧道衬砌采用外径6.0m.幅宽1.2m、厚0.3 m的单层装配式钢筋混凝土管片，衬砌环山6块管片组成（详见图2）,错缝拼装，标准封顶块位置偏离正上方±22.5。

地铁盾构隧道管片配筋型式探讨提纲：一、地铁盾构隧道管片配筋的作用二、地铁盾构隧道管片配筋的种类三、地铁盾构隧道管片配筋设计的原则四、地铁盾构隧道管片配筋的施工关键五、地铁盾构隧道管片配筋的最新技术一、地铁盾构隧道管片配筋的作用：地铁盾构隧道管片是地铁隧道建设中不可缺少的组成部分，管片配筋的作用主要是增强管片的承载能力和耐久性。

另外，它还起到加强管片应力均衡性和保证运行安全的作用。

二、地铁盾构隧道管片配筋的种类：一般根据不同的隧道环境和特性，管片配筋分为普通配筋、超限配筋、限位配筋、补强配筋等几种形式。

在平面形式上又分为环向配筋、纵向配筋和斜向配筋三种形式。

三、地铁盾构隧道管片配筋设计的原则：管片配筋设计必须符合地铁工程规章制度和国家标准，选取适宜的配筋形式、采用合理的截面尺寸、考虑应力分布均衡性和控制施工缝的开裂等原则。

四、地铁盾构隧道管片配筋的施工关键：要确保施工过程处处保证设计要求，关键点包括骨架基底铺垫、配筋布置检查、扰动管片定位、长度控制精度、咬口、厚度控制精度、支座设置、混凝土浇注等诸多方面。

五、地铁盾构隧道管片配筋的最新技术：近年来，随着弯曲砌块和变截面隧道技术的发展，管片配筋方面也有所创新。

采用不同的高强度钢材、可编程施工机器人、3D打印技术和基于人工智能的配筋设计等技术成为了发展趋势。

五个相关案例：1、成都地铁7号线石板岩隧道 - 采用超限配筋和钢筋纤维混凝土技术，提高了隧道的承载力和耐久性；2、广州地铁21号线站台隧道 - 采用三方质控配筋系统，保证了合理的配筋设计和施工质量，确保了隧道的一次合格率；3、上海轨交11号线龙东大道站段 - 采用精准的配筋坐标测量和精密的正在辅助校正系统，确保了管片配筋的设计精度和施工精度；4、北京地铁15号线北段隧道 - 采用了基于数字孪生技术的智能配筋系统，提高了管片配筋的效率和精度，且保证了施工的可追溯性和安全性；5、武汉地铁6号线江汉路-竹叶山站段 - 采用基于物联网技术的配筋在线监测系统，可以及时获取隧道安全运营情况和疲劳裂纹变化情况，及时预警隐患。

地铁盾构隧道管片配筋型式探讨
地铁盾构隧道是一种常见的建筑结构，对于隧道中的管片配筋非常重要。

管片配筋的目的是增强管片的承载能力，以便在地铁行驶过程中保持隧道的稳定性。

在配筋的过程中，选取合适的钢筋和合理的配筋方式，可以有效地提高隧道的承载能力。

以下是一些常见的管片配筋型式：
1. 扁钢梁型配筋：这种型式采用扁钢梁作为钢筋，将其固定在管片上，然后将混凝土灌入管片中。

这种配筋方式适用于一些直径较小、曲率较小的隧道。

2. 缠绕式配筋：这种配筋方式是将钢筋进行缠绕，以增强整个管片的承载能力。

在缠绕过程中，需要注意间距、角度等因素，以确保钢筋的力学性能满足设计要求。

3. 伸入式配筋：这种配筋方式是将钢筋通过管片伸入到隧道内部，将其与其他管片或地面固定。

这种方式适用于直径较大、曲率较大的隧道，可以保证管片的强度和稳定性。

以上是一些常见的地铁盾构隧道管片配筋型式，根据不同的隧道设计，选择合适的配筋方式可以提高隧道的承载能力和稳定性。

地铁盾构隧道结构设计参数分析发表时间：2020-12-03T12:04:25.323Z 来源：《城镇建设》2020年第24期作者：肖志灿[导读] 随着经济和各行各业的快速发展，地铁出行已然成为人们日常生活中非常便捷的一种交通方式，随着地铁交通的应用范围越来越广，肖志灿中铁第六勘察设计院集团有限公司隧道设计分公司，福建省厦门市，361000摘要：随着经济和各行各业的快速发展，地铁出行已然成为人们日常生活中非常便捷的一种交通方式，随着地铁交通的应用范围越来越广，地铁隧道工程的数量也在逐年攀升，由于地铁工程项目的施工难度较大，且危险性较高，需要用到盾构机等大型施工设备，盾构法是地铁隧道工程中应用非常广泛的一种施工方法，其不仅可以显著提升地铁隧道的掘进效率，提高施工作业安全性，同时还可以有效地减少地铁施工作业对周围环境、居民生活、公共设施所产生的负面影响，因此该施工方法也受到了从事地铁工程建设施工企业的广泛认可。

关键词：地铁工程；结构设计；管片选型；参数分析引言我国的交通方式主要以公路为主，公路交通带动了经济发展，同时我国城市人口不断增加，导致交通压力增加。

城市地铁隧道地下空间工程的建设，在保障不影响交通运行及对环境的危害较小的条件下，地铁建设项目在我国大中型城市相继展开，盾构隧道具备安全性好、成本低等多重优势，是现阶段地铁隧道项目中极为主流的技术形式。

但现阶段盾构隧道设计依然未形成规范，普遍采取的是工程类比法等，与地铁项目所提出的运营要求存在一定的差距，且是否具备充足的安全储备也是现阶段人们重点关注的话题。

在此背景下，本文针对已经投入运营的隧道工程展开对比分析，对相关问题做出总结，以期给盾构隧道设计工作提供一些指导。

1 盾构法盾构法是指在地表以下的沉积地层中采用盾构机掘进的一种机械施工方法。

盾构机根据地质条件的特点来选型，在含水量丰富的沉积地层，盾构机选为泥水加压式，由盾构机仓内泥水的压力来稳定开挖面；在不含水的黏土沉积地层，盾构机选为土压平衡式，由盾构机刀盘切削的土体充满土仓来稳定开挖面。

盾构隧道结构性能分析及优化盾构隧道是一种常见的地下隧道建设技术，也是解决城市交通压力和城市化持续发展的重要手段之一。

隧道的结构性能直接关系到隧道的安全可靠性和使用寿命，因此对盾构隧道的结构性能进行分析和优化至关重要。

首先，盾构隧道的结构性能分析需要考虑以下几个方面：1. 地质条件分析：地质条件对盾构隧道的结构性能有重要影响。

通过钻探和地质勘察，了解地下地质结构、地层情况、地下水位等信息，从而确定盾构隧道施工的工程特性和地质风险，为结构性能分析提供基础数据。

2. 结构材料性能分析：盾构隧道的结构材料包括钢筋混凝土和衬砌材料等。

通过对这些材料的力学性能进行测试和分析，了解其抗压、抗弯、抗拉等性能指标，以及材料的变形和破坏机理，从而评估结构材料的可靠性和耐久性。

3. 结构设计参数分析：盾构隧道的结构设计参数包括隧道尺寸、钢筋布置、衬砌厚度等。

通过对这些参数的分析，确定合理的设计方案，使得隧道结构在满足使用要求的前提下，尽可能减小工程造价和施工难度。

4. 结构力学性能分析：盾构隧道在使用过程中会受到自重、地震力、地下水压力等外力的作用，因此需要对隧道的受力情况进行分析。

通过有限元分析等方法，研究隧道在不同工况下的应力分布、变形情况等，以评估隧道的稳定性和安全性。

5. 施工工艺分析：盾构隧道的结构性能还与施工工艺密切相关。

例如，盾构隧道的盾构机施工与传统掘进方法相比，可以减少地表沉降和扰动，从而减小结构破坏的风险。

因此，通过对不同施工工艺的比较和分析，选择合适的施工方法，能有效提高盾构隧道的结构性能。

基于对盾构隧道结构性能的分析，可以进行相关优化措施的提出：1. 结构材料优化：选择高强度、抗震性能好的结构材料，提高隧道的抗压、抗弯、抗拉等性能，从而提高隧道的结构安全性。

2. 结构参数优化：通过减小隧道的断面尺寸、精确控制结构各部分的布置和厚度，降低材料使用量和工程造价，同时提高结构的稳定性和耐久性。

3. 改善施工工艺：通过技术创新，改良盾构机的设计与施工方法，减小隧道环片的变形和结构损伤，提高施工效率和隧道质量。

盾构隧道管片的内力计算和参数影响分析
刘凤华
【期刊名称】《都市快轨交通》
【年(卷),期】2008(021)002
【摘要】国内目前尚无统一的盾构隧道设计规范,管片计算模型的选择和参数的取值仍存在一定的随意性.结合西安市快速轨道交通2号线的管片设计,对不同方法的计算结果进行了比较,并分析两种方法中关键参数的取值对计算结果的影响.结果表明,修正惯用法的计算弯矩大于梁-弹簧模型的弯矩,但后者与最大弯矩相对应的轴力较小.弯曲刚度折减系数η越大,计算弯矩越小,影响范围在10%左右.接头转动刚度Kθ的取值对弯矩的影响很大,螺栓刚度的取值以不使轴力产生过大的跳跃为宜.【总页数】4页(P32-35)
【作者】刘凤华
【作者单位】北京城建设计研究总院,北京,100037
【正文语种】中文
【中图分类】U2
【相关文献】
1.盾构隧道管片衬砌结构的内力计算 [J], 张义长;简小辉
2.盾构隧道管片内力参数化计算Abaqus二次开发 [J], 李怡;宫汝环;唐伟樵;齐轩;王永桓
3.上下重叠盾构隧道管片内力数值计算分析 [J], 石山
4.纵向力对盾构隧道管片结构内力分配机制的影响分析
——以苏通GIL电力管廊隧道工程为例 [J], 曹淞宇;封坤;刘迅;肖明清;李策;孙文昊5.纵向力对盾构隧道管片结构内力分配机制的影响分析——以苏通GIL电力管廊隧道工程为例 [J], 曹淞宇;封坤;刘迅;肖明清;李策;孙文昊
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《地下建筑结构课程设计》----软土地区地铁盾构隧道一、设计资料如图1所示，为一软土地区地铁盾构隧道的横断面，衬砌外径为6200mm，厚度为350mm，混凝土强度为C55，环向螺栓为5.8级。

管片裂缝宽度允许值为0.2mm，接缝张开允许值为3mm。

地面超载为20KPa。

图1 隧道计算断面土层分布图二、设计要求盾构隧道衬砌的结构计算采用自由变形的弹性均质圆环法并考虑土壤介质侧向弹性抗力来计算圆环内力。

试计算衬砌内力，画出内力图，并进行管片配筋计算、隧道抗浮、管片局部抗压、裂缝、接缝张开等验算。

三、计算原则及采用规范计算原则：（1）设计服务年限100年；（2）工程结构的安全等级按一级考虑；（3）取上覆土层厚度最大的横断面计算；（4）满足施工阶段，正常运营阶段和特殊情况下强度计算要求；（5）接缝变形在接缝防水措施所能适应的范围内；（6）成型管片裂缝宽度不大于0.2mm；（7）隧道最小埋深处需满足抗浮要求；采用规范：（1）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）；（2）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）；（3）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）；（4）《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）；（5）《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308-1999）；（6）《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）；（7）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）。

《地下建筑结构课程设计》----软土地区地铁盾构隧道计算书姓名：班级：学号：指导教师：北方工业大学土木工程学院地空系2015年5月目录1 荷载计算-------------------------------------31.1 结构尺寸及地层示意图-----------------------31.2 隧道外围荷载标准值-------------------------31.2.1 自重--------------------------------31.2.2 均布竖向地层荷载----------------------41.2.3 水平地层均布荷载----------------------41.2.4 按三角形分布的水平地层压力--------------51.2.5 底部反力-----------------------------51.2.6 侧向地层抗力--------------------------51.2.7 荷载示意图----------------------------62 内力计算---------------------------------------63 标准管片配筋计算--------------------------------83.1 截面及内力确定-----------------------------83.2 环向钢筋计算--------------------------------83.3 环向弯矩平面承载力验算-----------------------114 抗浮验算-------------------------------------105 纵向接缝验算--------------------------------125.1 接缝强度计算------------------------------125.2 接缝张开验算------------------------------146 裂缝张开验算------------------------------157 环向接缝验算----------------------------168 管片局部抗压验算-----------------------------179 参考文献-------------------------------18（一）基本使用阶段的荷载计算 （1）衬砌自重：δγ=h g （4.1） 式中 g —衬砌自重，kPa ；γh —钢筋混凝土容重，取为25kN/m 3 δ—管片厚度，m 。

地铁盾构隧道管片配筋型式探讨下面是本店铺给大家带来关于地铁盾构隧道管片配筋型式的相关内容，以供参考。

目前国内地铁盾构隧道通常采用单层钢筋混凝土管片作为永久结构，由于盾构隧道绝大部分在繁华市区的建筑物、交通干道之下，沿途还穿越各种管线，钢筋混凝土管片的质量不但直接决定盾构隧道的使用寿命，而且将影响隧道上部建构筑物的正常使用。

本文以广州地铁为工程背景.通过理论分析及对目前所采用的配筋型式进行研究，结合实际使用效果，对盾构管片的合理配筋型式进行探讨，希望能对提高盾构隧道管片的质量有所参考。

1概况我国在城市地下铁道的建设中，盾构施工法以其良好的防水性能、施工安全陕速、对周围环境的影响极小等优点，在地下铁道的建设中已成为重要的可选施工方法之一，在许多场合已成为首选方法。

尤其是随着国内外盾构设备技术水平的提高、盾构设备在工程成本中所占比重的下降，盾构施工法的工程造价已接近甚至低于矿山法暗挖施工和明挖法施工。

在广州地铁已建和在建区间隧道中已经采用了较大数量的盾构法施工隧道，并已在诸多方面显示出其优越性。

在广州地铁三号线中盾构法已成为最主要的区间隧道施工方法，在长约31km 的区间隧道中有约21km采用盾构法施工。

广州地铁三号线所采用的管片型式是当前常用的平板型钢筋混凝土管片。

每环管片由6块组成，3块标准块，2块邻接块，1块封顶块，管片厚度为0.3m，外径为6.0m，内径为5.4m，每吓宽度1.5m，管片与管片之间用弯螺栓连接。

钢筋价格(含加工费)按4000元/t计算，则管片含钢量每提高1kg ／m，盾构区间工程费用将会增加约90万，日前国内已完工的盾构隧道管片含钢量为128-165kg／m不等，相差37ks／m3，采用不同的含钢呈，将会使三号线盾构区间工程投资有3339万的差别。

因此对管片合理配筋型式的研究具有很强的实际意义。

2计算模型的讨论管片配筋通常以管片的结构分析为基础，结合实际使用中出现的问题以配置相应的构造钢筋。

盾构隧道管片结构的理论研究及计算分析摘要：在盾构施工法中，衬砌管片的投资一般占工程投资的30~40%，是影响施工经济性和结构安全性的重要因素。

本文通过理论计算分析，从地层状况和结构尺寸两方面考虑管片设计相关参数对管片受力状况的影响规律。

关键词：盾构隧道衬砌；管片设计方法；地层参数；结构参数Abstract: in the shield construction method, the lining of the investment of engineering general segments of the investment of the 30 to 40%, is to influence the construction of economy and structure of the security of important factor. This article through the theoretical calculation and analysis, from formation conditions and structure size two aspects segment design related parameters on the stress condition the influence law of the tunnel.Keywords: shield tunnel lining; Segment design method; Formation parameters; Structure parameters中图分类号：U455文献标识码：A 文章编号：一、概述盾构法在我国起步较晚，但发展很快。

近年来，黄浦江越江隧道、合流污水工程，尤其是地铁隧道的建设，使盾构法在技术上得到飞快的发展。

盾构隧道管片设计中最大的问题在于模型本身是否能反映工程的实际情况。

盾构隧道的管片配筋设计介绍发表时间：2017-10-24T11:42:27.053Z 来源：《防护工程》2017年第15期作者：孙凤明[导读] 圆形隧道衬砌按平面问题计算,在软土地层中通缝拼装的衬砌结构，常用的计算模式是等刚度的弹性匀质圆环模型。

中国港湾工程有限责任公司北京 100027摘要：盾构隧道在国内近几年的基础设施领域快速发展，特别是地铁区间的大量建设实践极大的提高了广大设计人员的技术水平。

其中管片设计是影响盾构隧道造价的重要一环。

本文结合某地铁区间的设计实例，结合软件计算，介绍管片配筋计算的一般流程，以期待为其他工程技术人员提供参考借鉴，共同提高我国在该领域的设计水平。

关键词：盾构隧道；管片；配筋；计算,实例1 计算理论圆形隧道衬砌按平面问题计算,在软土地层中通缝拼装的衬砌结构，常用的计算模式是等刚度的弹性匀质圆环模型。

该计算结果偏于安全，估得到广泛运用。

计算中主要需要考虑的荷载包括：1)地面超载q（一般情况下按20KPa）；2)结构自重g；3)垂直和水平土压力q1、e1～e2；4)外水压力（H1～H1+2R）；5)侧向地层抗力PP；6)地层反力q2；7)施工荷载(盾构千斤顶顶力、不均匀压浆压力、相邻隧道施工影响等)；8)结构内部荷载（车辆荷载及固定设施自重等）；9)特殊荷载（地震荷载或六级人防荷载）。

结构设计时，分别就施工阶段、正常运行阶段和特殊阶段可能出现的最不利荷载组合进行结构强度、刚度和裂缝宽度验算。

但特殊荷载阶段每次仅对一种特殊荷载进行组合（无需验算裂缝宽度）。

2 计算参数2.1工程材料该工程普通衬砌环由钢筋砼管片构成，砼强度等级为C50，钢筋采用HPB300、HRB400钢。

管片环、纵向连接螺栓均采用M30螺栓，强度等级为5.8、6.8级。

2.2结构尺寸隧道内径的确定主要取决于地下铁道的限界，同时需要考虑区间线路最小曲线半径和轨道超高、施工误差、不均匀沉降等。

本项目采用B型车，圆形区间隧道建筑限界为φ5200mm，综合考虑隧道轴线的施工误差（包括测量误差）为±100mm、隧道后期不均匀沉降±50mm，则隧道的内径可定为5500mm。