盾构隧道混凝土管片受力分析

盾构隧道管片设计方法随着城市化进程的加快以及城市交通需求不断增加，盾构隧道作为一种高效、安全的地下交通建设方式，越来越受到人们的关注和重视。

盾构隧道的管片设计是盾构隧道施工中非常重要的一环，直接关系到隧道的质量和使用寿命。

下面将介绍盾构隧道管片设计的方法。

1.正确选择材料：在盾构隧道管片的设计中，首先需要正确选择材料。

一般而言，盾构隧道管片的主要材料有混凝土、钢筋和预应力钢筋等。

要选择合适的混凝土强度等级和钢筋型号，以满足设计要求。

2.优化管片结构：在盾构隧道管片的设计中，要根据隧道的特点和施工要求，优化管片的结构。

可以通过在管片的底部增加横隔板和撑筋来提高管片的整体强度和稳定性，同时减小管片的变形。

3.合理布置钢筋：管片的钢筋布置是盾构隧道管片设计中的关键步骤。

合理的钢筋布置可以提高管片的抗弯承载力和抗剪承载力，增加其整体稳定性。

在设计中需要考虑弯剪效应，确定合适的钢筋配筋率。

4.考虑盾构机施工因素：在盾构隧道管片的设计过程中，还需要考虑盾构机施工因素。

盾构机的旋转、推进和撑靠等施工措施会受到管片的约束，因此需要在管片设计中合理设置槽口和固定装置，以便实现盾构机的正常施工。

5.进行力学分析：盾构隧道管片的设计还需要进行力学分析。

通过有限元分析等方法，可以计算管片在施工和使用过程中的受力情况，进一步优化管片的结构和布置方式。

6.进行可靠性分析：除了力学分析外，盾构隧道管片的设计中还需要进行可靠性分析。

通过对管片进行静力、疲劳和耐久性等方面的分析，可以评估管片的安全可靠性，并提出相应的改进方案。

7.进行模拟试验：为了验证设计方案的合理性和可行性，盾构隧道管片的设计还需要进行模拟试验。

通过模拟试验可以获取管片在加载过程中的力学性能数据，进一步改进设计方案。

总结：盾构隧道管片设计是盾构隧道施工中非常关键的一环。

通过正确选择材料、优化管片结构、合理布置钢筋、考虑盾构机施工因素、进行力学分析、进行可靠性分析以及进行模拟试验等方法，可以设计出高质量、安全可靠的盾构隧道管片。

盾构施工中常见问题分析及防治措施盾构施工过程中，管片上浮、管片错台、管片渗水三类问题是严重影响成型管片的质量与美观。

本文结合施工过程中，对管片错台、管片上浮、管片渗水产生原因加以分析，并提出相应防治措施，以提高盾构隧道的使用效果和延长隧道使用寿命。

一、管片上浮管片上浮是指管片脱离盾尾后,在受到集中应力后产生向上运动的现象。

《规范》规定盾构掘进中线平面位置和高程允许偏差为±50mm。

管片拼装偏差控制为±50mm。

隧道建成后，中线允许偏差为高程和平面为±100mm，且衬砌结构不得侵入建筑限界。

由此推算管片上浮允许值与盾构姿态、管片姿态密切相关，因此均应限制在±30mm以内才能保证不侵限，并使管片外侧得到均匀的注浆回填。

1、上浮的原因及分析结合在合肥轨道交通一号线望湖城至葛大店盾构区间的施工经验，可从以下四个方面来分析管片上浮的原因。

（1）同步注浆不饱满，从而存在上浮空间盾构区间圆形隧道（管片）外径6.0m，内径5.4m，管片厚度300mm，管片宽度1.5m，分块数为6块（管片由一块封顶块、两块邻接块、三块标准块构成）。

盾构机与管片之间存在着150㎜的建筑空隙，如果同步注浆不饱满，使管片外侧与土层之间的间隙没有及时有效地充填，就必然出现管片上浮的空间。

1其次，在同步注浆不饱满时，地层土软硬不同，产生的管片上浮情况也不同。

一般情况下，软地层不容易上浮，而硬地层却有空间导致管片上浮。

这是因为在掘进过程中，对于软地层，上部松软地层土的自稳性差，会因为自重、存在空隙而有相对的下沉，从而使因注浆不饱满造成的管片和土层之间的剩余空隙基本消失。

硬地层由于自稳能力强，完整性好，能很好的控制自身沉降。

使管片有足够的上浮空间和时间，且地层越硬，管片上浮的情况越严重。

（2）过量超挖盾构机在掘进过程中的隧道轴线与理论轴线有一定的差值，在掘进过程中时时在调整盾构机的姿态，盾构机走的线形是“蛇形”。

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。

盾构隧道混凝土管片预制工艺及质量控制近几年，随着经济的发展，我国道路工程建设越来越多。

就道路交通建设实际来看，因为部分区域的道路建设受到地形因素的影响，所以需要采取一些特殊的措施进行地形的克服和建设成本的控制，隧道便是其中比较有效的一种工程手段。

从具体的利用来看，隧道的存在克服了山地地形的限制，有效的提升了道路交通的时效性，所以其意义显著。

就目前的隧道施工来看，有一种全机械化的隧道施工方法叫做盾构法，这种施工方法的机械化利用比较高，所以隧道开挖的效率性较好，在目前的隧道施工中应用比较广泛。

从盾构法隧道施工来看，利用此种方法进行的隧道施工需要利用混凝土管片充当衬砌来促进隧道的成型，所以预制混凝土管理是一项重要的任务。

标签：盾构隧道;混凝土管片;预制工艺;质量控制采用盾构法施工建成的地铁区间成型隧道，其衬砌是由预制钢筋混凝土管片构件（以下简称管片）拼装而成。

管片不仅要承载隧道外侧的土压、水压，直接支撑地层，保持规定的隧道净空，防止渗漏，同时还要在盾构施工过程中承受施工荷载，这对管片的尺寸精度、外观、结构性能和耐久性提出了很高的要求，因此管片的生产工艺选择和质量控制就显得尤为重要。

1、管片简介管片是盾构法隧道施工中的主要衬砌材料，具有重要的利用价值。

就目前国内盾构隧道的管片设计来看，其尺寸标准为：外径6000mm，内径5400mm，厚度300mm。

在目前的利用中，管片的环向一般由6块构成，其中的3块是标准块，1块是封顶块，其余的2块是相邻块。

就目前的管片应用来看，主要有四种类型，第一种是1.2m的通用环，第二种是1.5m的标准环，第三种是1.5m的左转弯环，第四种是1.5m的右转弯环。

就现阶段利用的管片来看，其端面表现是平面的形式，在迎水面的四周设置有防水胶条的沟槽。

从目前的管片设计标准来看，混凝土管片的使用寿命期限是100年。

2、管片生产工艺2.1典型管片生产工艺流程第一是设计。

设计是管片生产的第一步，也是管片质量保证最重要的一步。

隧道施工中，盾构法施工隧道的纵向受力分析一、纵向变形分析纵向变形的原因大致有两种：1、由于外部荷载不均匀或地层不均匀引起的纵向：这种情况发生在高架道路荷载纵向荷载突变，或隧道所穿越的土层物理性能变化很大，如越江隧道的江、岸结合处;隧道站间下某些区段存在软弱下卧层等。

2、由于大桥线型刚度不匹配产生的纵向变形：在地震等偶然荷载作用下，教育工作井与隧道连接处，很容易发生不均匀沉降移位甚至断裂。

二、计算模型盾构法隧道模型化数十种的方法有很多种。

例如，将管片环和管片环接缝，分别用梁单元(或壳单元)和弹簧单元来模拟建立三次方模型;将一个管片环作为一个梁单元，管片环结合面的接缝作为弹簧单元，然后各自或进行模型化，最后把模块这些单元相互连接组成骨架模型等。

这样的三次方模型和骨架模型，都是对隧道进行相当细小的模型化，然后就可以对一个一个管片环进行研究，理论上比较准确，而且是可以变化调整的。

但是，炸桥盾构隧道通常是由成千上万的管片环组成，这些模型的单元数过于庞大，不确定风险因素必然增多，所以在概念设计上用的较少。

本文采用的是实践中常用的等效连续化模型。

该模型炸桥是将管片环与接头并不一一模型社会化，而是用纵向变形特性相似模拟一些梁单元来的隧道全长或某一区段的一种模型。

在轴力、弯矩作用下梁模型的轴向与相同荷载作用下隧道的轴线变形一致，由三、纵向计算影响风险因素结构物沉降的因素比较复杂，从土力学开始发展起，显现出来过各种计算方法，丝尾无限弹性空间理论、半无限大弹性平面假说、土财务压力直线分布法、基床系数法等，地下隧道变形的计算理论公司目前多采用“基床系数法”。

以上海黄浦江某越江隧道方案为例进行计算。

隧道外径为11000mm，内径为9900mm，管片环的宽度为1200mm，混凝土(C50)的弹性模量为34500N/mm2，根据考虑横断面影响的刚度折减法，计算时对抗弯刚度(EI)作0.7的折减。

塑性弹性刚度比α取0.0005，沿环向一维有24个为M36、8.8级的螺栓，螺栓长826mm，直径36mm，弹性模量为206000N/mm2，屈服应力为640N/mm2，极限应力为800N/mm2.1、隧道上荷载发生突变的情况No.22002温竹茵等盾构法铁路桥的纵向受力分析SPSTSPECIALSTRUCTURESNo.22002从计算弯矩图中可以看出，在岸边与江中荷载突变处隧道弯矩较大，在隧道与工作相连处弯矩也比周边弯矩大。

地铁盾构隧道预制管片施工检验技术摘要：文章主要阐述了西安地铁三号线通化门～胡家庙～石家街盾构区间预制管片施工工法、管片检验、管片质量控制措施等内容，希望能够为盾构混凝土管片生产质量提高起到借鉴作用。

Abstract：This paper mainly expounds the content of Xi'an metro line three Tonghuamen～Hujiamiao～Shijiajie shield construction method，segment test，inspection and quality control measures，to hope to provide reference for the quality improvement of the production of concrete segment of shield.关键词：盾构管片；早强塑性混凝土；插入式振捣；脱模剂；钢筋骨架；养护Key words：shield segment；early strong plastic concrete；insert type vibrator；release agent；steel skeleton；maintenance 中图分类号：TV512 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）17-0235-040 引言地铁盾构隧道已被广泛采用，作为盾构隧道最主要部分的钢筋混凝土管片不仅要承载隧道外侧的土压、水压，保持隧道净空，防止渗漏，同时还要在盾构施工过程中承受施工荷载，这对管片的尺寸精度、外观、结构性能和耐久性提出了很高的要求，因此管片的施工工法、检验及质量控制就显得尤为重要。

1 工程概况西安地铁三号线通化门～胡家庙～石家街区间隧道盾构管片共计1982环，外径6米，内径5.4米，环宽1.5米，厚度0.3米；混凝土强度等级为C50，防渗等级为P10。