盾构隧道设计指导书

第三篇盾构隧隧道设计指指导书第一章基本情情情况介绍绍我国在城市地下下下铁道的的建设设中，因因埋深深条件、周周边边环境条条件等等因素的的限制制不允许许采用用明挖法法施工工时，矿矿山法法暗挖施施工是是目前应应用较较多的施施工方方法，但但从已已建地下下铁道道的工程程实践践上看，因因其其难于从从根本本上解决决防渗渗漏水问问题、施施工工艺艺复杂杂、施工工期间间的安全全性和和工程进进度难难于控制制等因因素，在在地下下铁道的的建设设中已受受到越越来越多多的局局限。而而盾构构施工法法以其其良好的的防渗渗漏水性性、施施工安全全快速速、对周周围环环境的影影响极极小等优优点，在在地下铁铁道的的建设中中已成成为重要要的可可选施工工方法法之一，在在许许多场合合已成成为首选选方法法。尤其其是随随着近年年国内内外盾构构设备备技术水水平的的提高、盾盾构构设备在在工程程成本中中所占占比重的的下降降，盾构构法施施工的综综合工工程造价价已接接进甚至至低于于矿山法法暗挖挖施工，特特别别是在地地层条条件差、地地质质情况复复杂、地地下水位位高等等情况下下盾构构法已具具明显显技术经经济优优越性。随随着着我国新新一轮轮城市基基础设设施大规规模建建设高潮潮的到到来，地地下铁铁道的建建设呈呈高速增增长之之势，从从长远远来看，盾盾构构隧道技技术在在包括城城市地地下铁道道在内内的基础础设施施建设中中应用用前景十十分广广阔。在世界各国的地地地下铁道道等城城市地下下基础础设施的的建设设中，与与我国国一致，即即主主要采用用盾构构法、矿矿山法法及明挖挖法3大系列技技术术及各种种辅助助工法。根根据据日本1991年对东京京、大大阪等主主要城城市的统统计，在在总延长752224米的城市市隧隧道工程程中，矿矿山法的的比例例占6.1%、盾构法法占60.99%、明挖法法占33%。在建筑筑物物密集和和对周周围环境境影响响限制严严格的的大城市市中，盾盾构法具具有明明显的优优势。第二章盾构断断断面及隧隧道线线型设计计2.1内空及及及断面形形状自1869年GGGreatthheadd发明圆形形回回转式盾盾构机机以来，盾盾构构隧道断断面的的主要形形状为为圆形。但但随随着技术术的进进步，盾盾构断断面的形形状出出现了半半圆形形、矩形形以及及马蹄形形等，但但一般圆圆形断断面使用用得最最广泛，成成了了盾构断断面的的标准形形状。其其主要理理由如如下：=1\*GB3①一般条件件下，对对外压压是坚固固；=2\*GB3②施工中，便便于于盾构机的的的推进和和管片片的制作作和拼拼装；=3\*GB3③即使盾构构机产产生偏转转，也对对断面面利用影影响不不大。最近，除单圆断断断面外，又又出出现了双双圆盾盾构隧道道断面面，如日日本广广岛54号国道道系系统盾构构工程程—世界首条条双双圆盾构构工程程、名古古屋44号线隧道道工工程、千千叶县县干线管管道建建设工程程。而而我国在在上海海市轨道道交通通建设中中，也也修建了了国内内第一条条杨浦浦线双圆圆盾构构隧道工工程。此此外，随随着内内河及远远洋航航运事业业的发发展，在在内河河、海湾湾（海海峡）通通行轮轮船的吨吨位和和密度越越来越越大，要要求桥桥下通行行的净净空越来来越高高，跨度度也越越来越大大，使使修建桥桥梁的的造价及及难度度大增。同同时时，受城城市规规划的限限制，不不管是修修建隧隧道还是是道路路桥梁，两两岸岸线路的的衔接接随着城城市的的发展更更为困困难。因因此，修修建水下下大断断面盾构构隧道道跨越江江河及及海湾（海海峡峡）就成成为主主要的可可选方方案，在在某些些情况下下甚至至成为唯唯一选选择。如如我国国目前正正在规规划建设设中的的武汉越越江大大断面盾盾构公公路隧道道，杭杭州万庆庆春路路大断面面盾构构隧道、南南京京越江大大断面面盾构隧隧道等等。这些些都是是随着盾盾构技技术的进进步，要要求即能能满足足使用目目的，又又能保证证结构构安全，同同时时具备功功能强强、造价价低的的结果。2.2不同用用用途隧道道的内内空断面面盾构隧隧隧道的内内径一一般取决决于两两个因素素，即即满足使使用目目的所必必要的的内空（包包括括维修管管理上上的裕度度和施施工误差差）和和施工上上的安安全性，而而其其外径则则是内内径加衬衬砌厚厚度（一一次衬衬砌或一一次加加二次衬衬砌）决决定的。2.2.1单单单线地铁铁尺寸寸的拟定定地铁列车车车沿着固固定轨轨道高速速运行行，需要要在特特定的空空间中中运行。根根据据车辆轮轮廓尺尺寸和性性能、线线路特性性、设设备安装装及施施工方法法等因因素竟技技术经经济综合合比较较确定的的空间间尺寸称称为限限界。为为了确确保运营营的安安全，各各种建建（构）筑筑物物和设备备均不不能侵入入限界界。地铁铁限界界包括车车辆界界限、设设备界界限、建建筑界界限、接接触轨轨和接触触网界界限。标称隧道限界为为为52000mmm。实际的的隧隧道直径径和轮轮廓，应应使一一个虚拟拟的标标称直径径为52000mmm的以理论论轴轴线为中中心的的圆盘，在在任任何一个个垂直直于业主主图纸纸所定义义的隧隧道理论论轴线线的平面面内通通过隧道道而不不碰触隧隧道的的任何地地方。以此为原则，目目目前国内内拟定定隧道管管片的的内径尺尺寸，主主要有54000mmm和55000mmm两种单线线地地铁尺寸寸。内径540000内径550000图1单线地铁铁内空空断面尺尺寸2.2.2双双双线地铁铁尺寸寸的拟定定（1）双线单圆圆隧隧道断面尺尺尺寸=1\*GB3①限界确定定的原原则车辆限界应根据据据车辆主主要尺尺寸等有有关参参数，并并考虑虑静态和和动态态情况下下，所所达到的的横向向和竖向向偏移移量及偏偏移角角度，可可按产产生的最最不利利情况决决定。接触轨受电的车车车辆主要要尺寸寸应符合合如下下规定：：车辆长度：车体体体长度1900000mm，两车辆辆中中心距离1952200mm；车辆最大宽度为为为28000mmm；车辆高度为355515mmm；车辆定距为12226000mmm；固定轴距230000mm；地板面距轨顶的的的高度为11000mmm；受流器安装尺寸寸寸：受流流器端端部距车车体横横向中心心为14733mmm；受流器器中中心距轨轨道顶顶部高度度为140mmm。=2\*GB3②双线单圆圆隧道道隧道限限界区间直线地段各各各种类型型隧道道建筑限限界，应应满足各各种设设备安装装的要要求。采用盾构施工的的的圆形隧隧道，应应按全线线最小小曲线半半径计计算加宽宽以确确定隧道道建筑筑界限。道岔的建筑限界界界。在直直线段段上应根根据不不同种类类的道道岔和车车辆的的有关尺尺寸，计计算出加加宽和和安装设设备所所需的加加高量量，分别别进行行加宽和和加高高。竖曲线的建筑限限限界，在在直线线上应根根据不不同竖曲曲线半半径及车车辆有有关尺寸寸计算算的加高高量进进行加高高。图2双线单圆圆隧道道内空断断面尺寸寸（2）双线线地铁双圆断断断面尺寸=1\*GB3①限界确定定的原原则车辆限界应根据据据车辆主主要尺尺寸等有有关参参数，并并考虑虑静态和和动态态情况下下，所所达到的的横向向和竖向向偏移移量及偏偏移角角度，可可按产产生的最最不利利情况决决定。接触轨受电的车车车辆主要要尺寸寸应符合合如下下规定：：车辆长度：车体体体长度1900000mm，两车辆辆中中心距离1952200mm；车辆最大宽度为为为28000mmm；车辆高度为355515mmm；车辆定距为12226000mmm；固定轴距230000mm；地板面距轨顶的的的高度为11000mmm；受流器安装尺寸寸寸：受流流器端端部距车车体横横向中心心为14733mmm；受流器器中中心距轨轨道顶顶部高度度为140mmm。=2\*GB3②设备限界界的确确定设备限界应根据据据车辆限限界、轨轨道状态态不良良引起车车辆的的偏移和和倾斜斜，并计计及适适当的安安全量量等因素素计算算确定。具具体体限界尺尺寸见见《地下下铁道道设计规规范》（GB）。=3\*GB3③建筑限界界的确确定建筑限界的确定定定应按下下列要要求确定定：区间直线地段各各各种类型型的隧隧道建筑筑限界界与设备备限界界之间的的间距距，应能能满足足各种设设备安安装的要要求。地段矩形和马蹄蹄蹄形隧道道建筑筑限界，应应按按直线地地段的的建筑限限界分分别进行行加宽宽和加高高，其其加宽和和加高高量应按按下列列公式计计算：：曲线内侧加宽：：：曲线外侧加宽：：：———车体长长长度（mm）———车辆定定定距（mm）a———车辆固定定轴轴距（mm）R———圆曲线半半径径（mm）h———超高值（mm）s———内外轨中中心心距离（mm）（，）为计算加加宽宽和加高的的的控制点点坐标标值采用盾构施工的的的圆形隧隧道，应应按全线线最小小曲线半半径确确定隧道道建筑筑限界。竖曲线地段的建建建筑限界界，应应在直线线地段段上根据据不同同竖曲线线半径径及车辆辆的有有关尺寸寸计算算的加高高量进进行加高高，其其加高量量应按按下列公公式计计算：凹形竖曲线：凸形竖曲线：，分别为凹凸形形形竖曲线半半径径（mm）=4\*GB3④隧道相关关限界界的确定定《地下铁道设计计计规范》（GB）所规定定的的单圆隧隧道直直线段的的限界界为520000m，考虑管管片片制造误误差、施施工误差差以及及隧道在在运营营阶段所所产生生的不均均匀沉沉降的影影响，将将单圆隧隧道建建筑限界界直径径定为5400或55000mmm。根据《地下铁道道道设计规规范》（GB）规定，双双线地下铁铁道，当两两线间无墙墙柱及其它它设备时，两两设备限界界间应有不不小于100mmm的安全量量。查阅规规范可知最最大车型设设备限界宽宽度为17033mm，再考虑虑考虑管片片制造误差差、施工误误差以及隧隧道在运营营阶段所产产生的不均均匀沉降的的影响，双双线间的距距离为：2*[11703++70（设备安安装空间预预计值）+50（双线最最小间距）+150（管片厚厚度预计值值）+200（考虑误误差）]=43346mmm，为方便便施工，取取为44000mm或其他。衬砌管片厚度为为为隧道内内径的的4～6%，即为216mmm～324mmm，为方便便计计算，先先暂取取为300mmm，待以后后计计算完成成后再再最终确确定。图3双线双圆圆隧道道内空断断面尺寸寸（3）公路路双车道内空空空断面尺寸寸=1\*GB3①隧道主体工工程程主要技术术术标准设计荷载：城———A级。隧道路面横坡：：：1-2%。地震烈度：7ººº设防。设计车速：隧道道道内60kmm//h。隧道建筑限界：：：按照《公公路路隧道设设计规规范》(JTJ00226-990))和《城市市道道路设计计规范范》(CJJ3377-900)确确定，净净空高高5.2m。最大纵向坡度不不不得大于6％，而且且隧隧道内纵纵坡的的连续长长度应应满足相相应规规范的要要求。隧道防水等级为为为3级。在隧道内右侧设设设宽2.6m、长9m的紧急停停车车带若干干处。隧道内设横向联联联络通道道若干干处。=2\*GB3②通行限界通行限界的确定定定依据《公公路路隧道设设计规规范》(JTJ00226-990))和《城市市道道路设计计规范范》(CJJ3377-900)进进行。根据市区车型的的的组成情情况，设设两个小小车道道（行车车道宽宽3.55m），或一一个个大车道道（行行车道宽3.755m）和一个个小小车道（行行车车道宽3.55m）等情况况，行行车道的的两侧侧路缘带带宽设设为0.5m，余宽（安安安全带宽宽）设设为0.255m。在行车车道道的右侧侧设一一检修道,宽度设为0.5m，并加上上余余宽0.255m，共同组组成成检修道道的宽宽度，来来满足足检修道道的设设计要求求，同同时在检检修道道内每隔100m设了0.5m宽1m长的安全全通通道入口口。所所以通行行限界界宽度为9m和9.255m。检修道道净净高2.5m，行车道道净净高为5.2m。如下图图所所示。两个小车道通行行行限界一个大车车和和一个小小车道道通行限限界图4公路双车车道通通行限界界（单位位：cm）=3\*GB3③设备限界盾构隧道的横断断断面设计计除符符合隧道道通行行限界的的规定定外，还还要考考虑通风风、排排水、照照明、防防火、监监控、运运营管理理等附附属设施施所需需要的空空间。盾盾构隧道道横断断面顶部部布置置有射流流风机机、车道道信号号灯、照照明灯灯具、火火灾探探测器、水水喷喷淋器、监监控控摄像机机、扬扬声器等等；隧隧道横断断面中中部设有有消防防灭火器器与紧紧急电话话；在在行车道道板下下设有排排水沟沟和排水水管、消消防用水水管、电电缆槽、人人行行通道等等。图5公路双车车道内内空断面面尺寸（单单位位：cm）=3\*GB3③建筑限界机内内内空断面尺尺寸寸盾构隧道的横断断断面设计计除符符合隧道道通行行限界、设设备备限界的的规定定外，还还要满满足建筑筑装修修和调整整施工工误差所所需要要的空间间。按按照相应应规范范取建筑筑装修修和调整整施工工误差确确定所所需要的的空间间尺寸。由由此此得出盾盾构隧隧道内空空断面面尺寸。如如图图5示，一个个大大车道和和一个个小车道道情况况下隧道道内净净空直径径为10.00000m。（4）公路路三车道内空空空断面尺寸寸=1\*GB3①隧道主体工工程程主要技术术术标准设计荷载：城———A级。隧道路面横坡：：：1-2%。地震烈度：7ººº设防。设计车速：隧道道道内100kkmm/h。隧道建筑限界：：：按照《公公路路隧道设设计规规范》(JTJ00226-990))和《城市市道道路设计计规范范》(CJJ3377-900)确确定，净净空高高5.2m。最大纵向坡度不不不得大于6％，而且且隧隧道内纵纵坡的的连续长长度应应满足相相应规规范的要要求。隧道防水等级为为为3级。隧道内设横向联联联络通道道若干干处。=2\*GB3②通行限界通行限界的确定定定依据《公公路路隧道设设计规规范》(JTJ00226-990))和《城市市道道路设计计规范范》(CJJ3377-900)进进行。规范规定高速公公公路和一一级公公路隧道道内应应设置检检修道道。其它它等级级公路隧隧道，应应根据隧隧道所所在地区区的行行人密度度、隧隧道长度度、交交通量及及交通通安全等等因素素确定人人行道道的设置置。检检修道或或人行行道宜双双侧设设置，检检修道道或人行行道的的宽度按按规范范规定选选取；；检修道道或人人行道的的高度度可按20～80ccm取值，并并综综合考虑虑以下下因素：：检修人员步行时时时的安全全；紧急情况时，驾驾驾乘人员员拿取取消防设设备方方便；满足其下放置电电电缆、给给水管管等的空空间尺尺寸要求求。图6公路三车车道通通行限界界示意(单位:cm))建设规模为设计计计行车速速度100kkmm/h三车道隧隧道道按以上上限界界的拟订订原则则，限界界拟订订如下：：左侧侧检修道道宽度度取0.755m，左侧向向宽宽度0.5m，行车道道宽宽度3.755××3m，右侧向向宽宽度1.0m，右侧检检修修道宽度度取1.0m。通行限限界界宽度0.755++0.55+33.755+33.755+33.755+11.0++1..0=114..5m，检修道道净净高2.5m，通行限限界界净高为5.0m。如图6所示。=3\*GB3③建筑限界机内内内空断面尺尺寸寸横断面设计中除除除通行限限界和和设备限限界外外，考虑虑盾构构隧道施施工时时不可避避免的的建筑装装修、施施工误差差、结结构变形形、隧隧道沉降降以及及测量误误差等等，预留留100cm的富余量量。拟拟定出如如图7所示的公公路路三车道道内空空断面尺尺寸。管管片内径径为14.99554m。图7公路三车车道内内空断面面尺寸（单单位位：cm）2.3隧道平平平面、纵纵横断断面设计计根据设计目标的的的不同（地地铁铁单线，地地铁铁双线，公公路路双车道道和三三车道等等情况况），分分别依依据各自自规范范的主要要技术术标准，如如地地铁单线线线路路平面要求满满足足：最小小平面面曲线半半径300m，曲线间间水水平夹直直线最最小长度20m；纵断面面最小小竖曲线线半径径：30000m；最大坡坡度度：一般般为30‰等规定，进进进行设计计。第三章盾构隧隧隧道衬砌砌设计计计算3.1荷载载载计算（1）荷载的的种类及及其组组合衬砌设计时所考考考虑的各各种荷荷载，应应根据据不同的的条件件和设计计方法法进行假假定，并并根据隧隧道的的用途，组组合合这些荷荷载，计计算截面面内力力。如表1所示，可可分分为3类荷载。主荷载是设计时时时通常必必须考考虑的基基本荷荷载。附附加荷荷载是施施工过过程中和和隧道道竣工后后所承承受的作作用荷荷载，这这是必必须根据据隧道道用途加加以考考虑的荷荷载。此此外，特特殊荷荷载，则则是根根据地层层条件件、隧道道的使使用条件件等予予以特别别考虑虑的荷载载。表1设计荷载载的的分类（2）主要荷荷载的计计算图8表示主要荷荷载载的设计状状状况。图8主要荷载载假定定=1\*GB3①垂直土压压力和和水平土土压力在垂直土压力的的的设计计计算中中,主要存在在一一个是否否考虑虑松弛土土压力力的问题题。一一般来说,对于非常常软软弱的粘粘土地地基或覆覆土厚厚度小于于隧道道直径的的工程程,考虑到隧隧道道开挖后后难以以在隧道道顶部部产生拱拱效应应,多不考虑虑松松弛土压压力。除除此之外外的情情况下,一般根据据太太沙基的的松弛弛土压力力公式式进行计计算。而而对于水水平土土压力,则存在水水压压力和土土压力力分别计计算(土水分离)或者水压压力力和土压压力一一起计算算的(土水一体)两种方法法。在在不能明明确其其属于哪哪一种种情况时,最好对两两种种情况都都进行行计算,选取对安安全全不利的的计算算结果进进行设设计。还还有一一个问题题就是是侧向土土压力力系数的的取值值问题,一般考虑虑取取主动土土压力力与静止止土压压力之间间的数数值。根根据围围岩的性性质,围岩较好好时时取靠近近主动动土压力力一侧侧,而围岩较较差差时则取取靠近近静止土土压力力一侧的的土压压力系数数。各各国规范范均对对各种土土有一一些经验验性的的建议值,其范围在0.35～0.80的范围之之中中。为了了以后后的设计计能够够合理的的取值值,我国也应应加加强这一一方面面的积累累。对于水平地基抗抗抗力,存在两种种处处理方法,一种是将将地地基抗力力计算算为三角角形分分布荷载载进行行考虑如如图99(ａ),另一种是是考考虑为地地基弹弹簧进行行计算算如图9(ｂ)。欧美国国家家多采用用在管管片环全全周考考虑弹簧簧的全全周弹簧簧模型型,而日本此此前前采用的的是只只将半径径方向向的弹簧簧考虑虑为有效效弹簧簧的部分分弹簧簧模型,最近在铁铁路路隧道的的设计计中也采采用全全周弹簧簧模型型进行考考虑。无无论采用用哪一一种方法,都需要根根据据经验性性的地地基抗力力系数数计算荷荷载的的大小或或弹簧簧系数。由由于于地基抗抗力系系数对设设计计计算影响响较大大,各国规范范都都提出一一些经经验性的的参考考系数。这这些些经验性性系数数多是根根据大大量工程程实测测数据,通过逆算算统统计而得得。图9管片设计计方法法比较垂直压力根据隧道位置和和和地基条条件，垂垂直土压压力有有时采用用总覆覆土压力力，有有时采用用松动动土压力力。通通常，覆覆土厚厚度大于于隧道道外径，在在砂砂质土或或硬粘粘土情况况下，用用松动土土压力力；在其其他地地层，因因不能能获得土土的成成拱效果果，故故采用总总覆土土压力。计计算算松动压压力时时，通常常采用用太沙基基公式式。如下下式所所示。式中，——土的松动高高度度；——水平土压和和垂垂直土压之之之比（一一般可可取1.0）；——土的内摩擦擦角角；——土的黏着力力；；——上部荷载；；——土的单位体体积积重；但在／小于情况况况下，则则采用用式中，1——换换换算覆盖盖层厚厚度，1＝+／。水平土压力作用于衬砌侧面面面的水平平土压压力，假假定为为由垂直直土压压乘以侧侧向土土压系数数所得得的均变变荷载载。侧向向土压压系数（）虽虽也可以以采用用设计方方法计计算，但但一般般是结合合地质质条件和和地基基反力系系数（k）选定。日日日本《隧隧道标标准规范范（盾盾构篇）》给给出了侧向土土压系数（）和和地基反力系系数（k）以及贯入入度N值的列表关关系。=2\*GB3②水压力水压力是计算土土土压力时时，考考虑将水水和土土压分开开的情情况下给给定的的，竖向向水压压力之差差是作作为浮力力作用用的，因因此，需需要根据据其他他荷载和和陈其其顶部的的地基基状况，对对隆隆起加以以研究究。=3\*GB3③自重衬砌的的的自重用用下式式给定：：g=W／2Reee式中，W——衬衬衬砌单位位长度度重量（t／m）；RRRe——衬砌的形形心心半径（m）。=4\*GB3④地基反力力地基反力通常分分分为两种种，一一种是独独立于于地基位位移而而定的反反力，另另一种是是从属属于地基基而定定的反力力，具具体要结结合设设计计算算方法法确定。实实际际上前者者是作作为与给给定荷荷载相平平衡的的反力，预预先先假定其其分布布；后者者是认认为与衬衬砌的的地基内内位移移有关而而产生生。3.2管片片片设计方方法管片设计方法大大大致可分分成以以下三种种：①匀质圆环计计算算法将衬砌圆环考虑虑虑为弹性性匀质质圆环，用用小小于1的刚度折折减减系数η来体现环环向向接头的的影响响，不具具体考考虑接头头的位位置，即即仅降降低衬砌砌圆环环的整体体抗弯弯刚度。用用曲曲梁单元元模拟拟刚度折折减后后的衬砌砌圆。完全等刚度圆环环环匀质圆环环修修正惯用用法图10匀质圆圆圆环计算法法同时，在计算中中中用大于1.0的系数ξ来表达错错缝缝拼装引引起的的附加内内力值值，ξ值的大小小，根根据国内内外经经验来取取。②多铰圆环计计算算法假设管片接头为为为铰结构构，受受多铰圆圆环结结构的自自身不不稳定性性影响响，主要要用于于隧道围围岩状状况良好好且普普遍具有有抗力力的情况况下。多铰圆环多铰圆环环计计算法图11多铰圆圆圆环计算法法=3\*GB3③考虑接头位位置置与刚度的的的精确计计算法法在一衬砌圆环内内内，考虑虑环向向接头的的位置置和接头头的刚刚度，用用曲梁梁单元模模拟管管片的实实际状状况，用用接头头抗弯刚刚度来来体现环环向接接头的实实际抗抗弯刚度度。为为错缝式式拼装装时，因因纵向向接头将将引起起衬砌圆圆环间间的相互互咬合合作用，此此时时根据错错缝拼拼装方式式，除除考虑计计算对对象的衬衬砌圆圆环外，将将对对其有影影响的的前后的的衬砌砌圆环也也作为为对象，采采用用空间结结构进进行计算算，并并用圆环环径向向抗剪刚刚度Kr和切向抗抗剪剪刚度Kt来体现纵纵向向接头的的环间间传力效效果。考虑接头的位置置置与刚度梁-弹簧模型型法法图12考虑接接接头位置与与刚刚度的精精确计计算法3.3日本本本修正惯惯用法法（η-ζ法）按均质圆环计算算算，但考考虑环环向接头头的存存在，圆圆环整整体的弯弯曲刚刚度降低低，取取圆环的的抗弯弯刚度为ηEI算出圆环环水水平直径径处的的变位δ计算两侧侧抗抗力kδ，然后考考虑虑错缝拼拼装后后整体补补强效效果，进进行弯弯矩重分分配＊＊。接头处内力MJJJ=（1-ζ）*MNJ=N管片Ms=（1+ζ）*MNs==N式中ζ—弯矩调调整系数数M，N—分别为为均制圆圆环计计算弯矩矩和轴轴力MJ，NJ—分分别为调整后后后接头弯矩矩和和轴力Ms，Ns—分分别为调整后后后管片弯矩矩和和轴力如表222所示，为为日日本常用用设计计法的管管片截截面力计计算公公式。表2常用设计计法的的管片截截面力计计算公公式荷载弯矩轴力剪力竖直荷载水平荷载水平三角形荷载水平地基反力当时当时当时当时当时当时自重g当时当时当时当时当时当时注：作为单环,,,无论是采采用用错接头头还是是顺接头,单环的刚刚度度是相同同的。但但如果考考虑相相邻管片片环的的相互影影响,顺接头和和错错接头的的刚度度则有所所不同同。顺接接头由由于相邻邻环的的接头都都在同同一位置,环与环之之间间不存在在剪应应力的传传递,只要考虑虑单单环的均均匀刚刚度即可可。此此时使用用一个个刚度降降低系系数η(小于1的值),用ηＥＩ来表表达达环的刚刚度。错错接头由由于环环之间相相邻部部位(管片与接接头)的刚度不不同,会发生剪剪应应力的相相互传传递,此时需根根据据环间接接头来来考虑均均匀刚刚度。一一般除除用ηＥＩ来表表达达环的刚刚度以以外,使用一个个弯弯矩减少少率ζ(小于1的值)来表达错错接接头的应应力传传递效应应。在在相邻管管片环环接头部部位,管片由于于承承受接头头所传传递的剪剪应力力,其计算弯弯矩矩加大为(1+ζ)Ｍ,而在接头头部部位则减减小为为(1+ζ)Ｍ来考虑虑。由由此可看看出,错接头在在结结构上是是比较较有利的的。接头传递弯矩示示示意图，如如图图13所示。图13接头头头传递弯矩矩示示意图3.4采用用用有限元元荷载载—结构计算算模模式将管片片片衬砌结结构简简化为匀匀质圆圆环，根根据地地下结构构设计计原理，按按荷荷载—结构计算算模模式进行行内力力计算分分析。如如图14所示。图14荷载载载—结构计算算模模式3.5管片片片设计实实例为清晰晰晰起见，给给出出具体实实例，进进行管片片设计计，参见见附录1—管片设计计实实例。第四章管片配配配筋计算算及检检算4.1管片片片配筋计计算将管片视为矩形形形截面的的偏心心受压构构件，参参照混凝凝土结结构设计计的相相关原则则和方方法，按按《混混凝土结结构设设计规范范》（GB5000010－2002）的规定定对对管片的的配筋筋进行计计算。具体参见附录222——管片配筋筋计计算及检检算实实例。4.2检算按《混凝土结构构构设计规规范》（GB500010--20022）进行检检算。设定定的检算标标准如下。=1\*GB3①材料设计值值管片钢筋Ⅱ级钢钢钢强度设设计值值fy＝310MMPPa管片砼C50，轴轴心抗压压强度度设计值fc＝23.55MMPa管片砼C50，弯弯曲抗压压强度度设计值fcm＝26MPPaa管片砼C50，抗抗拉强度度设计计值ft＝2MPaa管片螺拴(4555号钢)抗拉压强强度度设计值fy＝320MMPPa管片螺拴(4555号钢)抗剪强度度设设计值fs＝190MMppa=2\*GB3②结构变形控控制制值直径变形＜2‰‰‰D环缝张开＜2mmmm纵缝张开＜3mmmm=3\*GB3③砼结构允许许裂裂缝开展裂缝宽度＜0...2mmm=4\*GB3④结构抗浮安安全全系数施工期≥1.0003，使用期≥1.077具体参见附录222——管片配筋筋计计算及检检算实实例。如不能通过，则则则重新进进行设设计。第五章设计图图图纸设计图纸要求,,,全部采用CAD绘制，图图纸纸量每人不不能能少于16张A3，具体可可包包括如下|：隧道平面布置图图图；隧道左、右线纵纵纵断面图图；直线段衬砌环结结结构图；；左、右转弯衬砌砌砌环结构构图；；特殊衬砌环结构构构图；管片的排版图；；；螺栓、垫圈、螺螺螺母及预预埋件件图；结构内力图、配配配筋图等等附录1——管片片设计实例以下介绍平板型型型钢筋混混凝土土管片的的设计计实例。设设计计方法采采用日日本最普普遍的的常用设设计法法。1设计条件件件设计条件如下：：：管片外径管片宽管片厚（主梁高高高）覆土厚度地下水位（土水分分离离）标准贯入试验值值值土的单位体积重重重量土的浮重土的内摩擦角土的黏着力地基反力系数侧向土压系数上部荷载千斤顶推力土质砂质土构件的容许应力力力参考下表1临时荷载（千斤斤斤顶推力力）的的应力为为长期期应力的1.65倍2平板型钢筋筋混混凝土管片片片的设计计（1）作用于于管片衬衬砌体体的外荷荷载的的计算由于假定土质为为为砂质土土，所所以土压压和水水压按土土水分分离处理理。垂垂直土压压的计计算参考考《隧隧道标准准规范范（盾构构篇）及及说明》、《盾盾构工程用标标准管片》等等，采用下列列所示的Teerzaghhi公式中的的松动压力。表1构构构件压力钢材SM4900AA混凝土钢筋SD3455螺栓4.66.88.810.9压应力（）19001502000－－－－拉应力（）1900－20001200180024003000剪应力（）－－－800110015001900土的松动高度计计计算式中——水平土土土压和垂垂直土土压之比比（一一般可取1.0）；——土的内摩擦擦角角，＝32.00o;;——土的黏着力力，C＝0.0PPa；——土的单位体体积积重，；——隧道覆土厚厚度度，；——上部荷载，；；；——一次衬砌的的外外半径，。计算结果为：土土土的松动动高度度，不足管管片片外径的2倍，根据据《盾盾构工程程用标标准管片片》取取最小松松动高高度等于于管片片外径的2倍，则：：荷载的计算自重g：设混凝凝土管管片的单单位容重重（w）为2.66000t//m33g=2.60000×h＝0.3225（×104Pa）自重反力:上部垂直荷载PPP1:土压：水压：底部水压：：因土反力所以水平荷载:土压水压——隧道外半径径；；——管片壁厚中中心心半径；顶部，底部，所以土反力和位移假定作用于两侧侧侧的水平平土压压力是随随着衬衬砌向地地基内内位移而而产生生的，在在衬砌砌水平直直径的的上下450中心角范范围围内呈三三角形形分布。水水平平直径上上点的的土压力力与衬衬砌向地地基内内的水平平位移移成正比比。考虑了土压力的的的位移：式中，——土、水水压引起起的B点位移；；——土、水压引引起起的与上述述述方向相相反的的B点位移；；式中，E————弹性模量量，E＝3.300××10100Pa；I——截面惯性性矩，I＝土压力荷载分布表2及图1～44示出了根据据荷荷载计算结结结果获得得的荷荷载分布布。表2荷载计算算结果果荷载名称荷载强度p1pw113.00000018.360垂直方向的荷载载载强度pe15.360p(×104)))Pap2pw216.35019.381pe22.010pg1.021q1qw113.06315.768垂直方向的荷载载载强度qe12.705q(×104)))Paq2qw216.28820.283qe23.995自重g(×10004)Pa0.325地基反力(×11104)Pa0.327砂质土砂质土图1地质条件件图图2荷载分布布图3松动高度度图4土压力图5隧道参数（2）管片环环截面力力的计计算计算相对于外荷荷荷载的管管片环环截面力力时，各参数参数如下下下：混凝土弹性模量量量E＝3.3××11010Pa弹性模量比n＝15抗弯刚度的有效效效率＝1.0弯矩增大率＝0.0管片截面面积AA＝12500ccm2管片截面惯性矩矩矩I＝1627766cm4外荷载在管片环环环上产生生的截截面力，采采用用常规计计算法法计算，计计算算结果如如下表表3：表3截面3--2荷载计算结结果果AngleMNQ00.65227.80100.59627.906-0.393200.43928.202-0.705300.21228.636-0.87740-0.03929.131-0.87650-0.26529.605-0.71260-0.42929.688-0.43670-0.50730.244-0.11880-0.49830.3780.16890-0.42030.4290.368100-0.30030.4250.476110-0.16130.3880.5120-0.02630.3590.4991300.08730.36503461400.16830.4140.2261500.21530.5010.1171600.23730.5990.0431700.24330.6760.0091800.24430.705-0.000表4各截面内内力计计算值弯矩（正弯曲）产生位置00.65227.800弯矩（负弯曲）产生位置70-0.50730.244剪力产生位置30-0.8770.21228.636弯矩（正弯矩）最大正弯矩对应应应最大负弯矩最大负弯矩对应应应的轴力KNkNm的轴力KN365.8699933