盾构法隧道衬砌结构设计(设计)

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。

盾构隧道衬砌设计指南隧道是连接城市交通的重要通道，而盾构隧道作为一种现代化的隧道施工方法，由于其施工速度快、安全性高等优点，被广泛应用于城市地下交通建设中。

在盾构隧道施工中，衬砌是保证隧道结构稳定和安全运行的关键环节。

本文将介绍盾构隧道衬砌设计的一些指南和要点。

1. 衬砌类型选择盾构隧道衬砌一般可分为刚性衬砌和柔性衬砌两种类型。

刚性衬砌一般采用混凝土或钢筋混凝土，在结构上能够承受地表和地下水压力，保证隧道的稳定性。

柔性衬砌一般采用钢板或聚合物材料，能够适应地质变形，减少地下水渗漏和隧道变形。

2. 衬砌材料选择在选择衬砌材料时，需要考虑材料的抗压强度、耐久性、防水性和耐腐蚀性等因素。

常用的衬砌材料有钢筋混凝土、纤维增强混凝土、预应力混凝土等。

根据具体的隧道条件和设计要求，选择合适的材料。

3. 衬砌厚度设计衬砌的厚度设计需要考虑地质条件、地下水位、荷载等因素。

一般情况下，盾构隧道衬砌的厚度应满足地下水位以上2米的要求，以保证隧道的防水性能。

另外，衬砌的厚度还需要考虑隧道的荷载情况，以确保隧道的结构安全。

4. 衬砌结构设计盾构隧道衬砌的结构设计需要考虑隧道的荷载、地质条件等因素。

一般情况下，衬砌结构包括挡土墙、拱顶、侧墙和底板等部分。

挡土墙用于承受地表土压力，拱顶用于承受地下水和荷载，侧墙用于承受地下水和地表土压力，底板用于承受地下水和荷载。

5. 衬砌施工工艺盾构隧道衬砌的施工工艺包括模板搭设、混凝土浇筑、养护等环节。

在模板搭设过程中，需要考虑模板的稳定性和适应性。

在混凝土浇筑过程中，需要控制混凝土的配合比和浇筑质量，确保衬砌的强度和密实度。

在养护过程中，需要控制养护条件，使衬砌能够充分硬化和强化。

6. 衬砌质量控制盾构隧道衬砌质量的控制是保证隧道安全运行的关键。

在施工过程中，需要进行质量检测和监控，包括混凝土强度检测、衬砌厚度检测、衬砌表面平整度检测等。

同时，还需要进行质量记录和质量追溯，保证衬砌质量符合设计要求。

盾构隧道课程设计引言盾构隧道是一项复杂的工程技术，用于建设地下交通隧道等大型基础设施。

本文将对盾构隧道的课程设计进行全面的探讨，包括设计原则、流程、关键技术等方面。

设计原则盾构隧道的设计需要考虑以下原则：1.安全性：隧道必须达到一定的安全标准，包括结构安全、地质灾害防治等。

2.经济性：设计需要在保证安全的前提下，尽可能节约成本，提高投资回报率。

3.可行性：设计方案必须符合实际施工条件，考虑现有技术和资源供应等因素。

4.环保性：隧道的设计应尽量降低对环境的影响，包括噪音、振动、污染等。

设计流程盾构隧道的设计流程通常包括以下几个阶段：前期调研1.项目背景：了解项目的背景、目标和需求，包括交通状况、城市规划等。

2.地质勘探：进行地质勘探，获取地质和地下水情况等必要数据。

3.隧道路线选择：根据勘探结果和其他条件，选择最佳的隧道路线。

初步设计1.结构设计：根据选定的路线，进行隧道的结构设计，确定隧道的断面形状、尺寸等。

2.施工工艺设计：制定隧道的施工工艺和方案，包括盾构机的选择和使用等。

详细设计1.参数计算：对隧道的结构、地质等参数进行计算和分析，确定设计的合理性和稳定性。

2.材料选择：选择适合的材料用于隧道的建设，包括隧道衬砌、防水材料等。

3.设备选择：对于盾构隧道来说，盾构机是关键设备之一，需要选择适合的盾构机型号和配置。

4.施工图纸：制定详细的施工图纸，包括隧道的剖面、开挖工程、支护结构等。

监理与验收1.施工监理：监督隧道的施工过程，确保施工按照设计要求进行。

2.竣工验收：对隧道的结构、安全等进行验收，判断是否符合设计要求。

关键技术盾构隧道设计过程中需要掌握以下关键技术：1.地质勘探技术：通过地质勘探获取地下地质数据，包括地层厚度、岩土类型、地下水位等。

2.隧道结构设计技术：根据勘探数据和工程要求，确定隧道的结构形式、断面和支护方案等。

3.盾构机技术：盾构机是盾构隧道施工的关键设备，设计需要对盾构机进行选择和配置。

盾构法隧道管片式衬砌结构盾构法隧道管片式衬砌结构是目前在城市地下管道建设中最常见的一种衬砌结构方式。

它以钢管和混凝土管片为衬砌构件，通过地下盾构机械的推进运行，在地下将空洞逐渐变成完整的管道。

下面将详细介绍盾构法隧道管片式衬砌结构。

盾构法隧道管片式衬砌结构由几个主要部分组成：盾构机械、加固千斤顶、进口锁扣和管片。

盾构机械是推进盾构的核心设备，通常由控制室、切土头、推进腔、环片衬砌机、螺旋输送机和尾部推进装置等部分组成。

加固千斤顶用于支撑周围土体，保证施工现场的稳定性。

进口锁扣是一种连接管片的装置，通过进口锁扣可以将各个管片连接在一起形成一个完整的管道。

管片是构成衬砌结构的最主要组成部分，一般由预制的沟槽混凝土组成，具有一定的强度和刚度。

首先，盾构机械进入施工现场，通过切土头将地下土壤切割成碎土，然后通过推进腔将碎土推出机械。

同时，加固千斤顶支撑周围土体，保持施工现场的稳定。

接下来，盾构机械在推进的同时，衬砌机将管片放置在推进腔后部，通过液压机构将管片推送到前部，与前一节管片连接。

随着盾构机械的推进，衬砌机不断放置新的管片，衬砌结构不断延伸。

在衬砌结构施工过程中，需要保证衬砌的质量和密实度。

一般采用现场加压灌浆的方法进行，即在管片周围的空隙中注入水泥浆料，通过固化形成一个坚固的衬砌结构。

这种方法可以提高管片和土体之间的粘结力，增加整个结构的稳定性。

1.施工快速：盾构机械可以同时进行切土、推进和衬砌，施工速度快，能够适应快节奏的城市建设需求。

2.施工质量好：通过现场加压灌浆和管片连接技术，可以保证衬砌的质量和稳定性。

3.对环境的影响小：盾构法施工可以实现无开挖施工，对地表影响小，在城市建设中更加适用。

4.适用范围广：盾构法适用于各种地质条件的隧道施工，可以施工直径较大的隧道，适用范围广泛。

盾构法隧道管片式衬砌结构在城市地下管道建设中具有重要的应用价值。

随着城市化进程的加快，盾构法的应用将会越来越广泛。

地下隧道衬砌盾构法隧道应用最多的是圆形断面，其衬砌结构有单层结构和双层结构。

单层结构多用装配式管片构筑，如图6.21（a）所示；双层结构是在管片衬砌（一次衬砌）内再整体套砌一层混凝土（二次衬砌），如图 6.21（b）所示。

盾构法隧道一般无需设置二次衬砌，只有当隧道功能有特殊要求时方采用双层结构，如穿越松软含水层时为防水防蚀、增加衬砌强度和刚度等。

图6.21 盾构隧道衬砌结构一般来说，一次衬砌是将称称作管片的预制件用螺栓等连接物拼装而成，二次衬砌是在一次衬砌的内侧现浇混凝土构成。

采用拼装式衬砌时，一次衬砌到隧道轴向（纵向）一定长度（通常1.0～2.0 m）的一段环状物称为管环；把管环沿周向分割成若干块弧形状板块，该弧状板块即称为管片。

为了提高盾构隧道的施工速度，管片事先在工厂采用设计的材料预制而成构件，构筑隧道时运至现场拼装为管环进而串接成一次衬砌。

一、管片的类型管片作为盾构开挖后的一次衬砌，它支撑作用于隧道上的土压和水压，防止隧道土体坍塌、变形及渗漏水，是隧道永久性结构物并且要承受盾构机推进时的推力以及其他荷载。

管片按位置不同有标准管片（A型管片，平面形状为矩形）、邻接管片（B型管片，平面形状为半梯形）和封顶管片（C型管片，有的称为K型管片，平面形状为梯形）三种。

直线段采用标准环管片，曲线施工和纠偏时将使用楔形环（分左转弯环和右转弯环）管片；按其形状分为板形管片和箱形管片，如图6.22所示；按制作材料分有球墨铸铁管片、钢管片、复合管片和钢筋混凝土管片等。

箱形管片是由主肋和接头板或纵向肋构成的凹形管片的总称。

平板形管片指具有实心断面的弧板状管片，一般由钢筋混凝土制作。

球墨铸铁管片强度高、质量轻、搬运安装方便、防水性能好，但加工设备要求高、造价大，不宜承受冲击荷载，已较少采用。

钢管片用型钢或钢板焊接加工而成，其强度高、延性好、运输安装方便，但易变形、易锈蚀、造价高，采用的也不多，仅在如平行隧道的联络通道口部的临时衬砌等特殊场合使用。