地铁与轻轨设计第4.3节地铁区间隧道的结构设计

第三节地地铁区间隧道道的结构设计计一、地铁区间间隧道选型的的原则和特点点二、地铁区区间隧道的结结构形式三、地铁区间间隧道的截面面设计与构造造四、地铁区间间隧道结构的的荷载内力计计算方法五、地铁区间间隧道结构设设计一﹑地铁区间隧道道结构选型的的原则和特点点⒈原则⑴区间隧道即连连接两个车站站之间的隧道道；⑵区间隧道的走走向和埋深，，受到工程地地质和水文地地质条件、地地面和地下环环境影响，施施工方法等因因素制约，直直接关系到造造价的高低和和施工的难易易；⑶地铁区间隧道道结构包括：：行车隧道、、渡线、折返返线、地下存存车线、联络络线以及其它它附属建筑物物；⑷地铁区间隧道道衬砌结构与与构造主要取取决于隧道的的用途、沿线线地形、地物物、水文地质质、工程地质质、施工方法法、环境要求求、维修管理理、工期要求求以及投资高高低等因素。。⒉矿山法隧道道的特点⑴大多埋置于第第四系的疏散散或含水地层层中，在施工工过程中通常常需要采取一一定的辅助措措施，地下水水是威胁隧道道安全的主要要因素；⑵除稳定岩石地地层中的区间间隧道外，大大多属于浅埋埋隧道；⑶环境保护要求求高，必须严严格控制隧道道开挖引起的的地面沉降和和爆破振动对对地面建筑及及居民生活的的影响；⑷考虑地铁结构构的耐久性要要求，锚喷支支护不宜作为为永久衬砌结结构；⑸监测控制是施施工中不可缺缺少的环节。。⒊新奥法施工工的地铁区间间隧道的选择择：⑴第四系的疏散散地层中修建建的地铁区间间隧道，当不不具备明挖条条件或采用明明挖法很不经经济时，应进进行新奥法和和盾构法的比比选；⑵在无无水水的的第第四四纪纪地地层层中中，，盾盾构构法法和和新新奥奥法法各各有有所所长长。。前前者者虽虽然然造造价价一一般般较较高高，，但但施施工工安安全全、、进进度度快快，，后后者者不不需需要要大大型型施施工工机机械械，，对对隧隧道道断断面面、、地地质质条条件件、、线线形形、、施施工工长长度度等等适适应应性性强强。。二﹑地铁铁区区间间隧隧道道的的结结构构形形式式⒈明明挖挖法法修修建建的的地地铁铁区区间间隧隧道道结结构构形形式式1)整体体式式衬衬砌砌结结构构分单单跨跨﹑双跨跨等等形形式式，，整整体体性性好好，，防防水水性性能能高高，，施施工工工工序序多多，，速速度度慢慢。。2)装配配式式衬衬砌砌结结构构接头头构构造造，，整整体体性性差差，，慎慎用用。。3)区间间喇喇叭叭口口隧隧道道岛式式车车站站两两侧侧行行车车道道与与正正线线区区间间隧隧道道间间设设过过渡渡段段4)渡线线隧隧道道、、折折返返线线隧隧道道单渡渡线线﹑交叉叉渡渡线线5)联络络通通道道及及其其他他附附属属结结构构联络络通通道道，，安安全全﹑消防防﹑维护护等等；；排排水水站站。。⒉矿山山法法修修建建的的地地铁铁区区间间隧隧道道结结构构形形式式1)衬砌砌结结构构要要求求⑴须能能与与围围岩岩大大面面积积牢牢固固接接触触，，保保证证衬衬砌砌与与围围岩岩作作为为一一个个整整体体进进行行工工作作；；⑵允许许围围岩岩能能产产生生有有限限制制的的变变形形，，能能在在围围岩岩中中形形成成卸卸载载拱拱；；⑶隧道道衬衬砌砌以以封封闭闭式式为为佳佳，，尽尽可可能能接接近近圆圆形形，，一一般般都都设设置置仰仰拱拱，，以以增增强强结结构构抵抵抗抗变变形形的的能能力力和和整整体体稳稳定定性性；；⑷隧道道衬衬砌砌应应能能分分期期施施工工，，又又能能随随时时加加强强，，可可根根据据施施工工量量测测信信息息，，调调整整衬衬砌砌强强度度、、刚刚度度和和施施做做时时机机，，以以及及仰仰拱拱闭闭和和和和后后期期支支护护的的施施工工时时间间，，以以主主动动““控控制制””围围岩岩变变形形。。2)隧道道衬衬砌砌结结构构类类型型与与选选择择a.拱形形结结构构，，基基本本断断面面形形式式为为单单拱拱双双拱拱和和多多跨跨连连拱拱，，见见图图4-9；b.前者者多多用用于于区区间间隧隧道道或或联联络络通通道道后后者者用用于于停停车车线线折折返返线线或或喇喇叭叭口口岔岔线线上上；；c.结合合具具体体条条件件选选择择单单层层衬衬砌砌或或双双层层衬衬砌砌。。图4-9矿山山法法修修建建的的衬衬砌砌结结构构形形式式⑴衬衬砌砌的的基基本本结结构构类类型型———复合合式式衬衬砌砌a.由初初期期支支护护﹑防水水层层隔隔离离和和二二次次衬衬砌砌组组成成（（图图4-10）。。外外层层为为初初期期支支护护，，喷喷锚锚支支护护；；b.内层层为为二二次次支支护护，，模模筑筑混混凝凝土土；；c.一般般用用于于土土质质隧隧道道或或车车站站折折返返线线等等大大跨跨度度隧隧道道。。图4-10复合式衬衬砌构造造①常用的的锚杆型型式有：：全长粘粘结式﹑端头锚固固型和摩摩擦型等等；②喷射混混凝土则则有素混混凝土和和钢纤维维混凝土土；③钢支撑撑常用型型钢或旧旧钢轨，，一般埋埋入喷射射混凝土土内；④二次衬衬砌主要要是安全全储备以以及承受受静水压压力等；；⑤初期支支护与二二次衬砌砌间设防防水隔离离层。⑵其它方案案①在干燥燥无水的的坚硬围围岩中，，区间隧隧道衬砌砌亦可采采用单层层的喷锚锚支护；；②当岩层层的整体体性好、、基本无无地下水水，防水水要求不不高，可可采用单单层整体体现浇混混凝土衬衬砌或装装配式衬衬砌，不不做初期期支护和和防水隔隔离层；；③为适应应不同的的围岩条条件，整整体式衬衬砌可做做成等截截面直墙墙式和等等截面或或变截面面曲墙式式，前者者适用于于坚硬围围岩(Ⅲ级以上)，后者适适用于软软弱围岩岩；④一般要要求在衬衬砌做好好后向衬衬砌背后后注浆，，充填空空隙，改改善衬砌砌受力状状态，减减少围岩岩变形。。同时衬衬砌混凝凝土本身身需要有有较高的的自防水水性能。。⒊盾构法法修建的的地铁区区间隧道道结构形形式1)衬砌结构构要求能在较短短时间内内砌筑完完毕，且且能立刻刻承受围围岩压力力和盾构构千斤顶顶推力；；2)盾构隧道道的类型型与选择择a.预制装配配式衬砌砌(图4-11)b.预制装配配式衬砌砌与模注注钢筋混混凝土相相结合的的双层衬衬砌(图4-12)c.挤压混凝凝土(ECL工法)整体式衬衬砌图4-11单层装配配式衬砌砌圆环的的构造图图图4-12双层衬砌砌圆环构构造图⑴装配式式衬砌①预制装装配式衬衬砌是用用工厂预预制的构构件(称为管片片)，在盾构构尾部拼拼装而成成；②管片种种类按材材料可分分为钢筋筋混凝土土、钢、、铸铁以以及由几几种材料料组合而而成的复复合管片片；③钢和铸铸铁管片片价格较较贵，一一般都采采用钢筋筋混凝土土管片。。④按管片片螺栓手手孔成型型大小，，可将管管片分为为箱形和和平板形形两类。。a.箱形管片片（图4-13）是指因因手孔较较大而呈呈肋板形形结构。。方便拼拼装，便便于运输输和拼装装，易开开裂。只只有金属属管片才才采用箱箱形结构构。图4-13箱形管片片b.平板形管管片（图图4-14）是指因因螺栓手手孔较小小或无手手孔而呈呈曲板形形结构的的管片。。对盾构构千斤顶顶推力具具有较大大的抗力力，钢筋筋混凝土土管片多多采用平平板形结结构。图4-14平板形管管片⑤箱形管管片的纵纵向接缝缝（径向向接缝））和横向向接缝（（环向接接缝）一一般都是是平面状状的；⑥平板形形管片的的接缝除除可采用用平面状状外，为为提高装装配式衬衬砌纵向向刚度和和拼装精精度，也也有采用用样槽式式接缝的的；⑦衬砌环环内管片片间以及及各衬砌砌环间的的连接方方式，可可分为柔柔性连接接和刚性性连接；；⑧实践证明刚刚性连接不不仅拼装麻麻烦、造价价高，而且且会在衬砌砌环中产生生较大的次次应力，带带来不良后后果。因此，目前前较为通用用的是柔性性连接，常常用的有以以下几种形形式：a.单排螺栓连连接按螺螺栓形状又又可分为弯弯螺栓连接接、直螺栓栓连接和斜斜螺栓连接接三种；b.销钉连接销销钉连接接可用于纵纵向接缝，，亦可用于于横向接缝缝；c.无连接件在在稳定的的不透水地地层中，圆圆形衬砌的的径向接缝缝也可不用用任何连接接件连接。。⑵双层衬砌砌①为防止隧隧道渗水和和衬砌腐蚀蚀，修正隧隧道施工误误差，减少少噪声和振振动以及作作为内部装装饰，可以以在装配式式衬砌内部部再做一层层整体式混混凝土或钢钢筋混凝土土内村；②根据需要要还可在装装配式衬砌砌与内层间间敷设防水水隔离层；；③国内外在在合地下水水丰富和含含有腐蚀性性地下水的的软土地层层内的隧道道，大都选选用双层衬衬砌，即在在隧道衬砌砌的内侧再再附加厚250～300mm的现浇钢筋筋混凝土内内衬。⑶挤压混凝凝土整体式式衬砌①挤压混凝凝土衬砌（（ExtrudeConcreteLining，简称ECL）是随着盾盾构向前掘掘进，用一一套衬砌施施工设备在在盾尾同步步灌注的混混凝土或钢钢筋混凝土土整体式衬衬砌，因其其灌注后即即承受盾构构千斤顶推推力的挤压压作用，故故有此名称称；②挤压混凝凝土衬砌可可以是素混混凝土的或或钢筋混凝凝土的，但但应用最多多的是钢纤纤维混凝土土的；③新浇注的的混凝土在在活动的端端模板和可可伸缩的弧弧形模板作作用下，同同时承受盾盾构千斤顶顶和四周围围岩的作用用，处于三三向受力状状态。⒊盾构法施施工时特殊殊地段的衬衬砌⑴曲线段的的衬砌楔形衬砌环环，保证隧隧道的前进进方向⑵区间联络络通道和中中间泵站衬衬砌①联络通道道可设在线线路最低点点，并和排排水泵合并并建造；②隧道内侧侧需留出宽宽约250～400cm的洞门；③一般情况况下都是矿矿山法施工工。⑶渡线和折折返线衬砌砌结构明挖法施工工，衬砌同同明挖法施施工的衬砌砌⒋特殊地段段隧道衬砌砌结构⑴沉管法隧隧道1)施工要点2)横断面有圆圆形和矩形形，H水＞45m时圆形；H水＜35m矩形3)沉管结构混混凝土等级级为C30～C50，抗剪4)每节沉管的的长度一般般为60～140m，多数为100m，最长达268m5)水中混凝土土连接和水水压压接两两种方式6)管段沉放和和连接后应应对基础进进行灌砂或或以其他方方法进行处处理。⑵顶进法施施工的区间间隧道结构构1)穿越地面铁铁路﹑地下管网群群﹑交叉路口等等情况时常常采用顶进进法施工；；2)分为顶入法法﹑中继间法和和顶拉法三三种；3)结构形式一一般为箱形形框架结构构；4)使用阶段和和施工阶段段的强度验验算。三﹑地铁区间隧隧道的截面面设计与构构造⒈明挖法修修建的地铁铁区间隧道道⑴内部净空空尺寸的确确定根据建筑接接近限界曲曲线半径超超高道床施施工误差等等因素确定定⑵隧道结构断断面厚度尺寸寸的拟定根据设计经验验或模拟法，，进行试算，，先假定截面面尺寸，然后后进行计算，，进行调整。。⒉矿山法修建建的地铁区间间隧道⑴区间隧道衬衬砌横断面形形状①用矿山法修修建的区间隧隧道的界面尺尺寸应符合建建筑限界要求求，还要考虑虑施工﹑测量误差以及及结构固有的的变形量，可可按工程模拟拟法确定，无无资料时按表表4-6所示；②Ⅱ﹑Ⅲ级围岩变形量量很小，设计计时不考虑；；曲线段时内内轮廓需加宽宽。围岩类别单线隧道双线隧道Ⅳ3~55~7Ⅴ5~77~10Ⅵ特殊设计特殊设计预留变形量(cm)表4－6③理论和实践践经验得出：：a.当区间隧道衬衬砌主要承受受竖向荷载和和不大的水平平荷载时，衬衬砌拱部轴线线采用单心圆圆弧线或三心心圆弧线，墙墙部可采用直直线；b.当衬砌承受竖竖向荷载的同同时，还承受受较大的水平平荷载，结构构轴线用多段段圆弧连接而而成。⑵衬砌截面尺尺寸拟定①包括初期支支护的各设计计参数以及二二次衬砌的各各设计参数。。；②初期支护采采用工程模拟拟法拟定，可可参照表4-7；③一般的二次次衬砌采用C20素混凝土，20～30cm即可；④将围岩较差差地段的衬砌砌向围岩较好好地段延伸5～10m；⑤初期支护与与二次衬砌的的结构缝应设设在一起。围岩类别单线双线Ⅱ喷射混凝土厚度5~10cm设置锚杆，长度2.0m，间距1~1.2m，必要时局部设置钢筋网喷射混凝土厚度10~15cm设置锚杆，长度2.5m，间距1~1.2m，必要时配置钢筋网Ⅲ喷射混凝土厚度10~15cm设置锚杆，长度2.0~2.5m，间距1m，必要时配置钢筋网喷射混凝土厚度15cm设置锚杆，长度2.5~3.0m，间距1m，设置钢筋网Ⅳ喷射混凝土厚度15cm设置锚杆，长度2.5m，间距0.8~1m，配置钢筋网，应施作仰拱喷射混凝土厚度20cm设置锚杆，长度3~3.5m，间距0.8~1m，配置钢筋网，必要时设置钢支撑，仰拱Ⅴ喷射混凝土厚度20cm设置锚杆，长度3.0m，间距0.6~0.8m，配置钢筋网，必要时设置钢支撑，应施作仰拱通过实验或计算确定复合衬砌初期期支护的参数数设计表表4-7⒊盾构法修建的的地铁区间隧隧道⑴横截面内轮轮廓尺寸根据建筑限界界（图4-15）﹑施工误差﹑道床类型﹑预留变形量等等条件，还要要考虑最小曲曲线半径问题题⑵管片厚度一般为(0.05～0.06)D,上海为350mm,广州为300mm⑶管片宽度1000～1500mm⑷管片类型与结结构依据材料或形形状或其他方方面分类⑸管片接缝类类型与结构有螺栓连接﹑无螺栓连接图4-15区间直线地段段圆形隧道限限界(尺寸单位：mm)⑹衬砌环的分块块①若干标准管片片(A),两块相邻管片片(B)﹑一块封顶管片片(K）,见图4－16；②若干A型管片,一块B型管片﹑一块K型管片；③封顶块的拼装装方式有径向向楔入和纵向向插入两种；；④衬砌环的拼装装方式有通缝缝和错缝两种种。图4-16管片分块方法法⑺螺栓和注浆浆孔的配置①分为纵向连连接螺栓和环环向连接螺栓栓两种；②螺栓直径一般般为16～36mm.螺栓孔直径须须大于螺栓4～8mm；③注浆孔直径为为50～100mm。⑻隧道防水①基本原则是是以防治为主主堵漏为辅多多道防线因地地制宜综合治治理；②允许渗漏量量每昼夜部大大于0.1L/m2；③管片采用C50，抗渗等级部部低于S6。⑼其他构造四、地铁区间间隧道结构的的

荷载内力力计算方法与地铁车站结结构的荷载内内力计算方法法一致。五﹑地铁区间隧道道的结构设计计⒈地铁区间隧道道结构设计方方法由于施工方法法不同，地铁铁区间隧道的的断面形式、、结构支护衬衬砌类型、结结构计算方法法和适用范围围各异。表4-8列出了国内外外隧道结构设设计模型，表表4-9列出了隧道施施工和设计方方法分类。国家盾构开挖的软土隧道锚喷、钢拱支护的软土隧道中硬石质深埋隧道明挖施工的框架结构澳大利亚弹性介质中全支承圆环(全周弹簧模型)；MuirWood法、Curtis法或假定隧道变形法初期支护；Proctor-white法；二次支护；弹性介质中全支承圆环；MuirWood法、Curtis法或假定隧道变形法初期支护：Proctor-white法；二次支护；弹性介质中全支承圆环；MuirWood法、Curtis法或假定隧道变形法箱形框架弯矩分配奥地利弹性地基圆环弹性地基圆环；FEM；收敛约束法经验方法弹性地基框架德国覆盖<2D，顶部无支承的弹性地基圆环(部分弹簧模型)；覆盖<3D，全支承的弹性地基圆环(全周弹簧模型)；FEM覆盖<2D，顶部无支承的弹性地基圆环；覆盖<3D，全支承的弹性地基圆环；FEM全支承的弹性地基圆环；FEM；连续介质或收敛－约束法弹性地基框架(底压力颁布简化)国内外隧道结结构设计模型型表表4-8国家盾构开挖的软土隧道锚喷、钢拱支护的软土隧道中硬石质深埋隧道明挖施工的框架结构中国弹性地基圆环；经验法初期支护：FEM；收敛约束法；二次支护：弹性地基圆环初期支护：经验法永久支护：作用－反作用模型；大型洞室：FEM箱形框架弯矩分配瑞士作用－反作用模型FEM；经验法；收敛－约束法矫形框架弯矩分配英国弹性地基圆环；MuirWood法收敛－约束法；经验法FEM；经验法；收敛－约束法弹性地基连续框架美国弹性地基模型弹性地基圆环；Proctor-white法；FEM；锚杆法；经验法续上表国家盾构开挖的软土隧道锚喷、钢拱支护的软土隧道中硬石质深埋隧道明挖施工的框架结构瑞典通常为经验法，有时用作用－反作用模型、连续介质模型、收敛－约束法比利时Schulze-Duddek法刚架法国随意性地基圆环；FEMFEM；作用－反作用模型；经验法连续介质模型；收敛－约束法；经验法日本局部支承圆环；梁－弹簧模型局部支承的弹性地基圆环；经验法加量测；FEM弹性地基框架；FEM；特征曲线法弹性地基框架；FEM续上表序号施工方法断面形式衬砌支护形式结构设计计算方法1明挖法矩形和直墙拱形现浇钢筋混凝土、预制钢筋混凝土砌块软弱土层中弹性连续矩形、拱形框架，结构力学方法或假定抗力结构力学方法2矿山法(钻爆法、凿岩机掘进法)拱形、直墙拱形和圆形钢拱架、喷射混凝土锚杆支护、现浇钢筋混凝土复合衬砌、预制钢筋混凝土砌块局部变形理论的弹性地基梁方法、反分析法、新奥法、数值分析方法3盾构法圆形钢、铸铁、钢筋混凝土(或钢纤维)管片地层衬砌位移协调弹塑性解析解，数值分析法、弹性无铰自由变形圆环、弹性多铰局部抗力约束圆环隧道施工、设设计方法分类类表表4-9序号施工方法断面形式衬砌支护形式结构设计计算方法4顶管法圆形或矩形钢筋混凝土预制管段同35沉管法矩形预制钢筋混凝土箱段同16配合上述施工方法的辅助工法：①注浆加固；②降低水位；③冻结法；④管棚法圆形、直墙拱形、矩形钢拱架临时支护，现浇钢筋混凝土的衬砌支护同2续上表⒉区间隧道衬衬砌结构设计计计算⑴结构与地层层共同作用的的处理方法①主动荷载模型型除了在结构底底部受地层约约束外，其他他部分在主动动荷载作用下下可自由变形形。适用于结结构与地层““刚度比”较较大的情形。。②主动荷载加地地层弹性约束束的模型地层不仅对衬衬砌结构施加加主动荷载，，还对衬砌结结构施加被动动弹性抗力，，适用于各类类地层。③地层实测荷载载模型实测荷载是结结构与地层共共同作用的综综合反应。⑵明挖箱形衬衬砌结构计算算①明挖箱型衬砌砌结构施工一一般分顺作法法和逆作法两两种。采用顺顺作法时，侧侧向不能提供供必要的弹性性抗力；②箱形结构基底底反力，可采采用两种方法法计算：假设设结构是刚性性体，则基底底反力可以按按静力平衡条条件求得；假假设结构为Winkler地基上的箱形形结构，则根根据地基变形形计算基底每每一点反力；；③弹性地基上的的箱形结构一一般按照平面面变形问题考考虑。当长跨跨比接近1时，按空间结结构考虑；⑶矿山法隧道道衬砌结构设设计计算①结构设计原原则a.锚喷技技术，，施工工方法法，支支护形形式，，动态态监测测，优优化设设计和和施工工；b.埋置深深度的的确定定；c.保护既既有建建筑物物；d.初期支支护承承重，，二次次衬砌砌承受受水压压力；；e.径向外外方100mm作富裕裕量，，考虑虑净空空。②设计计方法法a.经验设设计方方法：：工程程模拟拟法b.力学分分析方方法：：荷载载－结结构法法地层层－结结构法法c.视条件件的不不同选选择不不同的的方法法③隧道道衬砌砌结构构计算算a.脱离区区，弹弹性抗抗力，，局部部变形形理论论，弹弹性地地基梁梁图式式和弹弹性支支承连连杆图图式b.塑性数数值解解法，，结合合工程程模拟拟和监监控量量测④明洞洞计算算计算构构件截截面强强度，，安全全系数数值，，弹性性抗力力⑤洞门门计算算a.视作挡挡土墙墙，极极限状状态法法计算算强度度，验验算倾倾覆和和滑动动稳定定性b.计算参参数取取现场场试验验资料料，较较少时时参照照规范范c.一定的的构造造要求求⑷盾构构法隧隧道结结构设设计计计算①设计计原则则a.安全可可靠经经济合合理施施工方方便b.选用与与特点点相近近的规规范和和设计计方法法c.结构净净空尺尺寸的的要求求d..减少对对环境境的影影响e.极限状状态设设计法法，分分项系系数f.按最不不利组组合进进行结结构验验算g.防水防防腐蚀蚀等要要求②盾构构隧道道设计计方法法表4-10列出了了国外外盾构构法隧隧道的的各种种设计计方法法。国家计算模型计算土压力、水压力地基反力系数澳大利亚全周弹簧模型σv＝全覆土荷载σH＝λσv+静水压力由平板荷载试验或量测结果的逆分析得到，切线方向或地层完全结合或把摩擦力作为上限结合日本梁—弹簧模型σv＝全覆土荷载σH＝λσv(砂质土按水土分解，粘性土按水土合算考虑)根据土的工程性质确定k值大小比利时Schulze-Duddeck模型，由FEM校核Schulze-Duddeck法确定无国外盾盾构法法隧道道设计计比较较表表表4-10国家计算模型计算土压力、水压力地基反力系数德国覆土深≤2D，部分地层弹簧模型；覆土深≥2D，全周地层弹簧模型σv＝全覆土荷载σH＝λσv(λ=0.5)k=Ev/R,Es为地层模量，R为隧道半径部分地层弹簧模型：Schulze-Duddeck法，不考虑切线方向的荷载σv＝全覆土荷载σH＝λσv(λ=0.5)无法国全周地层弹簧模型或FEMσv＝全覆土荷载(覆土深≤D)Terzaghi公式(覆土深≥D)σH＝λσv西班牙考虑地层与结构相互作用的Buqera法忽视粘结力的Terzaghi公式λ＝1.0只考虑半径方向续上表表国家计算模型计算土压力、水压力地基反力系数英国全周地层弹簧模型；MuirWood法根据类似条件下的量测结果初期垂直荷载及初期水平荷载，初期荷载是全土荷载由三轴试验或应力计测得的应力应变关系得出，不考虑摩擦力美国弹性地基圆环σv＝全覆土荷载σH＝λσv+水压λ＝0.4～0.5无σv＝全覆土荷载σH＝λσv+水压由室内实验求出，不考虑摩擦力续上表表③荷载载作用在在盾构构隧道道上的的设计计荷载载如图图4-17。图4-17作用在在盾构构隧道道上的的设计计荷载载式中：：W———衬砌纵纵向每每延米米重力力；Pc1——垂直作作用的的地层层压力力；；qc1﹑qc2——水平地地层压压力；；pw1——垂直作作用的的水压压力；；qw1﹑qw2——水平作作用水水压力力；t———衬砌厚厚度；；Rc——隧道横横断面面中心心线半半径。。地面超超载P0一般取取10kN/m2;结构自自重作作用在在隧道道横断断面形形心上上的竖竖向荷荷载为为(4-5)(4-6)a.水位以以上取取天然然容重重，以以下取取水下下湿容容重；；b.隧道拱拱顶上上的竖竖向土土压按按均布布荷载载考虑虑，且且等于于覆土土层的的压力力；c.若隧道道覆土土层厚厚度不不小于于2D(D为衬砌砌外径径），，则按按太沙沙基公公式计计算折折减后后的竖竖向土土压力力。折折减后后的覆覆土层层厚度度h0按下式式计算算。式中：：c———土体粘粘聚力力；φ——土体内内摩擦擦角；；γ——土体重重度；；R0——衬砌圆圆环外外半径径；K0——侧向土土压力力与竖竖向图图压力力的比比值，，取K0＝1。(4-7)(4-8)a.水平土土压力力为作作用在在衬砌砌形心心线上上自拱拱顶至至隧道道底部部的均均匀性性变化化荷载载，其其值定定义为为竖向向土压压力与与侧向向土压压力系系数乘乘积；；b.粘性土土层的的侧向向地层层压力力通常常按水水土合合算考考虑；；c.侧向土土压力力系数数λ≈0.65～0.75；砂性性土层层中可可按水水土分分算考考虑，，侧向向土压压力系系数按按主动动土压压力系系数计计算；；d.表4-11给出土土体侧侧压力力系数数及地地基反反力系系数。。土体种类λk(MN/m3)N极密类的砂非常坚硬的粘性土0.35~0.4530~50N≥30密实砂性土硬粘性土中硬粘性土0.45~0.5510~3015≤N<308≤N<255~104≤N<8松砂性土软粘性土非常软粘性土0.50~0.600.55~0.650.65~0.750~100~50N<152≤N<4N<2根据标标准惯惯入实实验N值而定定的λ和k值表表4-11(4-9)(4-10)(4-11)(4-12)(4-13)(4-14)(4-15)(4-16)(4-17)(4-18)(4-19)(4-20)土体的的侧向向压力力系数数λ也可根根据土土体的的物理理力学学指标标计算算得到到。(4-21)①水压力力一般般情况况下简简化为为静止止水压压力作作用在在衬砌砌上。。为了了简化化计算算，拱拱顶和和拱底底处近近似按按均布布竖向向水压压力处处理，，其值值取为为该处处的静静水压压力。。侧向向水压压力为为由拱拱顶至至拱底底线性性变化化的水水平荷荷载，，如图图4-17。②作用用在在衬衬砌砌上上的的水水压压力力的的合合力力是是一一种种向向上上的的浮浮力力，，若若拱拱顶顶处处的的竖竖向向土土压压力力和和自自重重的的合合力力小小于于浮浮力力，，隧隧道道将将育育可可能能浮浮起起。。为为此此需需要要采采取取诸诸如如施施作作二二次次衬衬砌砌以以增增加加隧隧道道重重量量或或在在地地面面堆堆载载的的措措施施。。按图图4-18的静静水水压压力力分分布布曲曲线线，，作作用用在在圆圆环环周周边边任任一一点点静静水水压压力力为为：：单位位长长度度上上隧隧道道管管片片受受到到向向上上浮浮力力：：(4-22)(4-23)图4-18静水水压压力力若采采用用竖竖向向均均布布荷荷载载和和水水平平均均布布线线性性变变化化荷荷载载组组合合，，则则：：(4-24)作用用在在单单位位长长度度隧隧道道管管片片上上的的竖竖向向浮浮力力，，按按竖竖向向均均布布和和侧侧边边线线性性变变化化组组合合为为：：(4-25)①地基基的的抗抗力力分分为为与与地地层层位位移移无无关关和和与与地地层层位位移移有有关关的的两两种种情情况况；；②为计计算算竖竖向向水水土土压压力力和和自自重重位位移移引引起起得得抗抗力力，，必必须须采采用用诸诸如如管管片片矫矫正正器器之之类类得得设设备备，，以以保保证证在在土土压压力力和和水水土土压压力力作作用用前前衬衬砌砌不不至至因因为为自自重重变变形形，，并并保保持持准准确确的的衬衬砌砌形形状状；；③拱顶顶竖竖向向土土压压力力和和自自重重与与隧隧道道底底竖竖向向土土压压力力平平衡衡，，由由此此确确定定隧隧道道底底的的地地基基反反力力。。这这是是一一类类抗抗力力与与地地层层无无关关的的情情况况。。衬砌砌较较柔柔﹑土层层刚刚度度较较大大情情况况下下，，对对于于盾盾构构法法施施工工的的圆圆形形隧隧道道可可以以适适当当考考虑虑一一些些由由地地层层位位移移引引起起的的地地基基抗抗力力。。抗力力图图形形假假设设呈呈以以等等腰腰三三角角形形，，其其作作用用范范围围为为隧隧道道水水平平直直径径上上下下45°°范围围之之内内。。抗力力大大小小按按弹弹性性地地基基梁梁基基床床反反力力系系数数法法计计算算：：式中