盾构管片衬砌结构设计计算

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。盾构管片衬砌结构设计 盾构管片衬砌结构计算盾构管片衬砌结构设计 盾构管片衬砌结构计算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：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。盾构管片衬砌结构设计 盾构管片衬砌结构计算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。盾构管片衬砌结构设计 盾构管片衬砌结构计算盾构管片衬砌结构设计 盾构管片衬砌结构计算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。盾构管片衬砌结构设计 盾构管片衬砌结构计算2.管片内力计算(1)多铰圆环模型将接头视为铰连接，其抗弯刚度为0。这类模型比较适合于无螺栓连接的由砌块组成的衬砌环。在使用曲梁或直梁单元模拟管片的同时，也具体考虑接头位置和接头刚度的一种计算模型

。盾构管片衬砌结构设计 盾构管片衬砌结构计算3.管片配筋计算由圆环计算出的内力，判断出最不利截面(偏心最大处一般为最不利)，然后用这一截面上的内力按极限状态法进行矩形截面对称双筋结构配筋。由于管片基本上都是错缝拼装，各种管片的位置是不固定的，因而所有管片的配筋都应该按最不利截面的内力进行，即各管片的配筋相同。3.管片配筋计算1

2

00侧向配筋图3001

6

*

150横向钢筋图300标准块钢筋1:

25平面钢筋图212

8盾构管片衬砌结构设计盾构管片衬砌结构计算4.螺栓接头的计算视螺栓为钢筋，按矩形截面单筋偏心受压构件设计螺栓的直径和个数，仍然应取最不利截面的内力计算。T允

Ag

R拉TN①螺栓强度条件设T允为螺栓的设计允许拉力，T为螺栓实际承受的拉力，

Ag为螺栓钢筋的设计抗拉强度，

R拉为螺栓钢筋截面积，则有：oheb盾构管片衬砌结构设计盾构管片衬砌结构计算4.螺螺栓接接头的的计算①螺栓强强度条条件取管片片内缘缘合力力矩为为0的的静力力平衡衡条件件，(7-6)式中：：e——轴力偏偏心距距；b——螺栓至至管片片轴线线的距距离。0即Μ0有：TN(h2e)h2b由T允T，得gAT2N(h2e)R(h2b)R拉拉盾构管管片衬衬砌结结构设设计盾构管管片衬衬砌结结构计计算TNoheb3.螺栓接接头的的计算②接缝张张开量量条件钢筋的的配置置应满满足接接缝张张开量条件件，否否则张开量量过大大，会会导致橡胶止止水带带松弛弛、不不密实实而失失效。设δ为为接缝缝张开开量，，由相相似比比，有有：(7-7)LhTLhh1AgEh1在实际际管片片组合合结构构中，，应有δδ≤3mm，如不满满足，，则应应加大大螺栓栓截面面积，重新检检验。盾构管管片衬衬砌结结构设设计盾构管管片衬衬砌结结构计计算δhh3ΔL图7-25管片接接缝张张开量量计算算图式5.千斤顶顶顶力力作用用的安安全度度验算这属于于施工工荷载载的范范畴，，当使使用平板形形管片片时，管管片能能满足足千斤顶顶力力的要要求，，一般不不必验验算。但箱形管管片需需验算算管片片的局局部应应力。可假假定箱箱形管管片的的每一一根肋(两空腔腔之间间为肋肋)作用一一只千千斤顶顶，检检算管管片在在千斤斤顶压压力作作用下下是否满足强强度要要求。顶推力力按千千斤顶顶实际际标定定推力力取值值(如无资资料时时，单只千千斤顶顶的推力可取取1000kN～～2000kN)盾构管管片衬衬砌结结构设设计盾构管管片衬衬砌结结构计计算6.抗浮验验算在地下下水的的作用用下，，盾构构需考考虑抗抗浮，，否则则在推推进时时由于于浮力力的作用，，盾构会会发生生“上上飘””。验算能能否抗抗浮的的方法法是：：取1m环环段隧隧道衬衬砌结结构，，视其其为封封闭体体，则浮力力：即：浮浮力