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第5章 管片的形状和尺寸第46条 管片的形状和尺寸管片的形状和尺寸，应考虑使用目的，便于施工和经济等条件来确定。 【解释】决定管片形状、尺寸的主要因素和决定这些因素的一般方法如下： （1）管片环的外径 （2）管片高度（厚度） （3）管片宽度 （4）管片环的分割 （1）管片环的外径：管片环的外径尺寸，如第9条所述，应根据隧道净空和衬砌厚度（管片高度、二次衬砌厚度等）确定。 管片环的外径尺寸，是隧道设计的最基本因素，在土木学会。在盾构标准管片（1990年版）中，将外径的规格化作为标准化的基准。 （2）管片高度：管片高度与隧道断面大小的比，主要决定于围岩条件、埋深等，主要是决定于荷载条件，但有时隧道的使用目的和管片施工条件也起支配作用。 根据施工经验，管片高度一般为管片环外径的4左右，但对于大断面隧道，尤其是中字形管片，约为5.5左右。 （3）管片宽度：为了便于运搬和组装以及在隧道曲线段上的施工，并根据盾尾长度等条件，希望管片宽度小些好。但是，从降低每延长米隧道管片的制造成本，减少易成为漏水等弱点的接头的个数和螺栓孔、提高施工速度等方面考虑，则又希望此宽度大些好。管片宽度，应根据施工实践并考虑隧道的断面、经济性、施工性等条件决定。 根据日本迄今为止的经验，管片宽度，视隧道断面大小，一般在300mm1500mm的范围内，采用钢管片时，为750mm1200 mm，采用混凝上管片时，为900mm1200mm。 （4）管片环的分割：管片环的组成，一般由几块a型管片和2块b型管片和一块最后组装的k型管片构成。其中k型管片有从隧道内侧插入的（径向插入型）和从隧道轴向插入的（轴向插入型）也有两者并用的（第22条，图23）。 从隧道内侧插入的k型管片的长度比a，b型管片应该小一些（参照第47条）。依过去的经验及实践，铁路隧道一般分为611块，其中分为68块的较多。上下水道和电力通信等隧道，一般均分成57块。在“盾构标准管片”中规定，管片的形状尺寸可按解释表214、215标准化。解释表214钢管片的形状尺寸（单位：mm）管片外径宽度高度管片分割数1800200075075100621502550900100010012562750335090010001001251506355040509001000125150175743004800900100015017575100570090010001752002257600090010002002257（63006900）90010002502757（72508300）90010003003253508 注：（）表示参考标准管片解释表215混凝土平板形管片的形状尺寸（单位：mm）管片外径宽度高度分割数1800200090010001001255215033509001000100（200）125150（225）5355048009001000125（225）150175（250）200（275）65100600090010001752002252502753006（63006900）90010002502753007（72508300）90010002753003253508 注：（）内表示参考标准管片铸铁管片的形状尺寸以钢管片为准。 第47条 接头角度及插入角度k型管片的接头角度及插入角度应考虑断面力的传递、组装的作业性、施工条件及管片的制造性决定。【解释】径向插入型管片的接头角度（r），依下式计算（解释图29）。r=k/2+是插入管片所需富裕的角度，一般采用25度。但是，在不妨碍作业的条件下，小一些好。在盾构标准管片中规定约为3度左右。解释图29径向插入型管片 如果加大接头角度，则在接头处易产生滑动，从而难以保证传递管片中的轴力和剪力。为此，应尽力减小k型管片的中心角。尤其在小直径隧道中，由于采用的接头角度都比较大，故需严加注意。轴向插入型管片，一般不要接头角度，但考虑包括盾构长度在内的施工条件及管片接头的干扰，有时也需要设定接头角度（）。管片的插入角度应根据施工条件决定，一般多取1724度。管片的中心角和管片高度大的场合，插入角会过大或盾构长度变长，轴向插入型管片，也要设置一定的接头角度。解释图210轴向插入型管片第48条 楔形环 楔形环应考虑隧道的平面形状、周边围岩的状况、压浆等辅助工法、接头的刚性、管片的制造性、施工富裕等决定其数量、宽楔入量。解释楔形环分为曲线用和修正蛇行用的2种。在缓和曲线用的楔形环中，其楔入量应与蛇行用的楔形环配合好，不要使设计的楔形环的种类太多。 修正蛇行用的楔形环的数量应根据缓和曲线和小曲线区间的比例，有无s曲线和盾构操纵的的稳定性及周边围岩状况等，其数量是不同的。通常，蛇行修正用的楔形环的数量的大致标准为整个隧道管片环数的35%。蛇行修正用和缓和曲线用的楔形环的最大宽度，在钢管片中，或等于标准宽度或比其略小。采用铸铁管片或混凝土中字形管片时，多取标准宽度加上楔入量一半的和作为楔形环的宽度。对于平板形管片，应比过去使用的楔形环最大宽度略窄一些，但最近有把楔形环的宽度改为等于标准宽度再加楔形量的一半的例子。缓和曲线以外的曲线用的楔形环的最大宽度，在钢管片中，根据曲线程度，采用250mm，在混凝土管片中，由于制造上的限制，多采用750mm。楔入量除应根据管片宽度、管片环外径、曲线半径及区间使用的楔形环所占的比例、管片的制造性外，还应根据盾尾空隙量而定。实践中采用的楔入量、楔入角大致如解释图211所示。大致在解释表216的范围之内。解释图211楔入量、楔入角的实绩解释表216 楔入量、楔入角管片外径dodo4m4mdo6m6mdo8m8mdo10m10mdo楔入量（mm）15753080309040904070楔入角201152070155015351025超过10m的大直径及特殊形状的管片，应与有关方协商，决定楔入量或楔入角。 在盾构标准管片中规定，应根据管片环的外径、管片的宽度，决定楔人量。 在曲线区间的楔形环与普通管片环的组合，根据施工实际，采用2：1的情况最多。其次是3：1、1：1、4：1、3：2。但是采用2：1以上的比例时，最好不采取管片接头连续配置的方法。在曲线半径比较大的铁路隧道和公路隧道中，楔形环的比例在1：1以下的情况居多。 第6章 管片的结构计算 第49条 结构计算的基本原则 （1）隧道的结构计算，应根据相应于施工中各阶段和竣工后状态的荷载进行。 （2）隧道横断面的设计荷载，应根据设计对象的隧道各区间中最不利条件确定。（3）混凝土管片在计算静不定力或弹性变形时，一般不考虑钢筋，按混凝土全断面为有效断面进行计算。【解释】 （1）管片设计除应考虑隧道完成后长期作用在其上的荷载之外，还必须考虑下述各项： 管片组装后立即开始，到回填压注材料硬化为止这一期间内，衬砌环的稳定性、断面力和变形； 千斤顶推力作用下管片的断面力及变形： 回填压注压力作用下管片的断面力和变形； 小曲线地段的状态； 地质条件急剧变化的状态； 隧道与竖井连接部分； 将来预计荷载变动的影响、近接施工的影响等。 视施工中各阶段和竣工后状态应该考虑的荷载组合，应根据隧道所处的实际状态，按第28条所规定的主荷载、副荷载及临时荷载中进行选择。（2）设定荷载所必须的埋深及围岩条件等，均沿着隧道的纵轴方向而变化，但依此条件设计衬砌时，从施工性和经济性的观点出发，是不能令人满意的。但是，在荷载条件变化激烈的地段，一般多从经济观点出发将隧道分成几个区间，而每一区间内，采用同样的设计条件进行衬砌的设计。（3）计算不静定力或弹性变形用的断面二次矩，可忽视钢筋，误差是不大的。因此为计算简化，可以忽视钢筋，按混凝土全断面进行计算。第50条断面力的计算管片的断面力，应考虑其构造特点进行计算。 【解释】 取隧道横断面的图心半径作为结构计算用的管片环的半径。断面力，当然随着管片环的模式而异，也随荷载的设定，特别是地层抗力的确定方法参照第33条）的不同而异，因此，在设计时，有必要需明确这些原则。构成盾构隧道的管片环，通常是由几个管片用螺栓等组装而成，因此，管片的主断面和具有相同刚性的刚性均匀的环来比，是易于变形的。这是因为，管片接头的刚性（特别是抗弯刚性）比管片主断面刚性低的原因所造成的。如何评价这种接头刚性的降低，在计算管片环的断面力时是很重要的。其次，具有这种接头的环，如前所述，变形很大，根据周边围岩的状况，在日本，目前多采用轴向螺栓接合，并采用交错配置的方法增加接合效果的方法。此时，如何评价交错配置的效果，在设计上也是重要的。管片环的结构模式，根据管片接头的力学处理方法的不同，有以下几种。 把管片环视为抗弯刚度相同的园环的方法；（a）不考虑管片接头弯曲刚性降低，把管片环视为与管片主断面同样弯曲刚性ei的，弯曲刚性均匀的环的方法（b）接头的弯曲刚性的降低用整个环的刚性降低来评价，取管片环的刚性为ei的弯曲刚性均匀的环的方法。考虑交错配置的接头部分弯矩的分配，可按根据具有ei均匀刚性环计算的断面力，把弯矩用（：弯矩增加率 ）加以增减，主断面的设计弯矩采用（1+）m，管片接头设计弯矩采用（1-）m的方法。把管片环视为多铰环的方法；把管片环视为具有回转弹簧的环，并用剪切弹簧考虑交错配置的添加效果的方法。 （a）的方法是比较简单的，根据荷载的处理方法有许多提案。其中，采用解释图21所示的惯用的荷载系的方法称为惯用设计法。（b）是（a）方法的修正，也是合理的方法。与（a）一样，采用惯用的荷载系，设=1、=0，就与（a）方法是一致的。这种采用 计算断面力的方法称为修正惯用法。 的方法，是英国和前苏联在比较良好的围岩中采用的计算方法。管片环伴随隧道的变形，产生地层反力，组装采用连续接头的配置。 的方法是日本考虑交错配置的添加效果的一种计算方法（称为梁弹簧模式）。计算管片环的断面力时，采用那一种方法，视隧道用途、围岩状况、荷载条件、管片构造要求的解析精度等各种条件而异，要进行充分的研究。解释图212说明各计算方法的特性，解释图213说明采用的荷载系。在的计算方法中，除解释图213所示的荷载外，垂直方向的地层反力也可采用地层弹簧的方法进行评价在这些计算方法中，地层弹簧可采用winkler假定进行收敛计算。解释图212管片环的构造特性 解释图213作用在管片环上的荷载下面详细地说明这些断面力的计算方法。1)惯用设计法：惯用设计法是1960年提出的，在日本得到极为广泛的应用。解释图21是惯用法采用的荷载系，垂直方向的地层反力假定为等均布荷载，水平方向的地层反力假定为在环的顶部左右各45135度分布的三角形等变荷载。决定水平方向地层反力的水平直径处的位移值，因是否考虑衬砌自重的地层反力而有所不同。可根据解释表217的公式进行计算。解释表217是根据修正惯用法计算断面力的公式，表中的值取1，就是惯用法的计算公式。2）修正惯用法：管片如交错配置能够补偿管片接头的刚性降低，但如何评价这种添加效果，还是一个问题。因此，进行了许多有关具有螺栓接头的管片环的加载试验。根据这些试验结果和解析结果，首次提出了刚性有效率的概念。管片环即使是交错组装，变形比弯曲刚性均匀的环相比大，在围岩条件差的场合，即使改变弯曲刚性的有效率，断面力的计算结果也没有很大的差异，但在围岩条件比较好的场合，因能够产生伴随变形的抵抗土压，有效率对断面力的影响变大。有效率视管片种类、管片接头的构造特性、管片交错配置的方法及构造特性等而异，特别是受到周边围岩的影响显著，因此应根据工程实践和试验结果等，根据经验决定。采用修正惯用法计算断面力时过小，围岩的地层反力则过大，环的断面力则变小，因此应十分注意。另外，管片接头在一定程度上表现出铰的作用，在这种条件下求出的弯矩并不能通过接头来传递，其一部分要通过交错组装的相邻管片传递。弯矩增加率，如解释图214所示，是传递到相临管片的弯矩m2和具有弯曲刚性ei的环的弯矩m的比值（m2/m）。此值基于的同样试验结果，月经验决定。解释图214 接头的弯矩传递弯曲刚性有效率和弯矩增加率，是相互有关的，如接近1，接近0，越小，越接近1。也就是说，接头的弯曲刚性，与主断面相同，则不会向邻接管片传递弯矩。反之，接头是绞时，邻接管片将分担100%的弯矩。这里应注意的是，即使管片接头是绞，隧道周边如果有围岩的话，值也是有限的，可采取为0。 被围岩包围的管片环，会产生比地面上进行加载试验时大的轴力，一般认为值比试验值大，而值则有小的趋势。再加上荷载设定的不确定因素，多在设计即使中，取=0、=1。在“盾构标准管片”中规定，平板形管片主要取=0、=1。作为参考可取=0.3、=0.8。采用修正惯用法及惯用法时，具体的断面力计算公式列于解释表217。 常用计算法计算衬砌环内力的计算式 解释表2173）多铰环的计算方法这是一些国家在周边围岩良好的情况下，采用的计算方法。把管片接头作为铰结构进行计算。多铰环本身是不稳定的结构，但被围岩所包围后，就成为稳定的结构。因此，评价作用在环上的荷载分布及围岩的抵抗土压是很重要的。同时，因期待隧道周边围岩产生较大范围的反力，故需注意选择适用的地层。另外，作用环上的主动土压，采用前述的惯用的荷载系。伴随环的变形和位移产生的抵抗土压，多采用winkler的假定。多铰环是也可采用按具有一个非约束铰的静定结构求解，进行变形计算，确认安全性的方法。最近，在采用具有回转弹簧的环的计算方法中，把回转弹簧的常数取0的数值解析方法。如采用此计算方法，断面力中的弯矩的相当低的，虽然设计比较经济，相反地，周边围岩的好坏对隧道安全性将起着决定性的影响。因此，要充分研究近接施工等对隧道周边围岩是否扰乱，对隧道的防水等的影响。4）梁弹簧模式的计算方法将管片主断面视为圆弧或直线梁，管片接头视为能够抵抗弯矩的回转弹簧，并用剪切弹簧环接头的弯曲刚性降低和交错配置的添加效果的计算方法。在此方法中，如取旋转弹簧常数为零，则基本上与多铰环是一致的。，如取为无限大，则与均匀刚度的环一致，所以它是介于这两种方法之间的计算方法。在力学上。它是说明管片环承载机理的一种有效的方法。采用这种方法的荷载系，基本上是惯用的荷载系，但地层反力全部或一部分也可置换为地层弹簧。采用这些方法，在非对称荷载时，计算比较简单。梁弹簧模式的计算方法，能够任意考虑环的组合方法和接头的位置，同时也能够计算环接头产生的剪力。回转弹簧 常数和剪切弹簧常数，除根据试验求出外，一般对管片接头，也可以采用解析方法求解。最近，这种方法不仅在铁路隧道和公路隧道这样的大直径隧道中采用，在中小直径是隧道中设计条件复杂的场合，也多加以采用。如上所述，求解断面力的方法是很多的，但不管那一种方法，在能够期待地层反力的地层中，要考虑地层和隧道的相互作用进行计算。为此，应根据地层刚性和隧道刚性的大小，断面力是不同的。在进行断面力的计算时，既要根据管片主断面的弯曲刚性，也要考虑断面力的计算方法，事先求出接头的刚性，这很必要的。第51条 壳板和背板的有效宽度 背板及壳板的有效宽度根据其结构确定。解释主肋、纵肋及接头板（以下简称为主肋及加劲肋）是与壳板或背板的一部分共同承担荷载的。此时，背板的有效宽度依：板的受力状态；背板或壳板的厚度：主肋和加劲肋的尺寸；主肋及加劲肋与壳板或背板的结合方法等而变化，难以作出统一的规定，必须根据实际情况决定。1）采用钢铁管片时，主肋和加劲肋与背板或壳板牢固结合时的有效宽度be，可采用下示尺寸（参照解释图215）。（1）计算主肋的应力和衬砌环的刚性时，取1个主肋 be=25t但2be值不得大于主肋间隔距离。式中，t为壳板的有效厚度。 解释图215 壳板的有效宽度（2）计算纵向加劲肋或接头板，由于千斤顶推力产生的应力时，取1个纵向加劲肋或1个接头板的一侧 be=20t 式中，2be值不得大于加劲肋间的间隔。t为壳板的全厚。钢管片是由主肋和纵肋、接头板构成的一种格子形结构，纵肋的间隔如过大，会产生主肋局部屈服问题，因此可能出现使壳板有效宽度减小的情况，要十分注意。2）中字形管片的背板有效宽度，可如下考虑。（1）计算主肋的应力及纵肋或接头板的应力时，取背板全宽为有效宽度。（2）计算千斤顶推力引起的纵肋或接头板的应力时，取背板全宽为有效宽度。但当盾构产生过大的蛇行时，千斤顶推力作用中心与纵肋中央有偏离时，主肋会产生过大的面外弯曲应力，应加以注意。第52条 主断面的应力 管片主断面的应力应采用产生最大断面力的，直线构件进行计算。 【解释】管片主断面的应力，采用第50条的计算方法算出的断面力中，计算正或负的最大弯矩和其位置的轴力，以及最大剪力及其位置的弯矩和轴力。在修正惯用法中，考虑到作用在接头的弯矩的一部分传递到邻接的管片上，用于主断面计算的弯矩要考虑增加率。 解释图216管片的有效断面管片是一个曲梁，管片高度与其曲率半径之比，通常约为110，箱形管片的主肋，一般也是通过加劲肋补强的，所以在主断面计算时，不妨可简单地视为承受弯矩和轴力、以及剪力、弯矩和轴力的直梁进行计算。但要注意，管片厚度与曲率半径比越大，直梁和曲梁的计算结果差异越大。钢管片的主断面是由主肋和壳板构成的，对弯矩和轴力的有效断面如图216所示。决定主肋的板厚时，要考虑局部屈服的影响。同时，对剪切的有效断面只是主肋，但对弯矩及轴力的设计断面，因具有充分的承载力，对剪力的研究可以省略。混凝土管片的主断面，采用中字形管片时是由主肋和背板构成的t型断面，采用平板形管片时是矩形断面。但平板形管片，在接头处，断面缺损很大时，也可按t型断面考虑。在计算对弯矩和轴力的应力时，一般可以忽视混凝土的拉应力，线应变按随距中性轴的距离成比例的关系处理。剪应力按一些公式计算。=q/ud式中，q：最大剪应力b：矩形断面是全宽，型断面是腹部宽度d：有效高度剪应力超过容许应力时，要按下式配置求出的断面积以上的箍筋是必要的。av=qvs/sadqvq-qcqc=1/2abd式中，av：区间s的箍筋的总面积s：间隔 qv：承受的剪应力qc：混凝土承受的剪应力同时，对主筋的混凝土的附着应力是：0=q/ud式中u是主钢筋的周长的总和。第53条接头计算 管片的接头应根据环断面力的计算方式设计。解释1）管片接头：作为刚性均匀的环计算管片环的断面力时，应使管片接头具有与管片主断面同等程度的强度和刚性。因此，在惯用法中，管片接头的设计断面力，应采用管片环中的正负最大弯矩及其位置的轴力以及最大剪应力及其位置的轴力。目前所采用的接头方式来满足这一要求，实际上是困难的。因此，用交错配置的添加效果来弥补，是实际的情况。在此场合，通过接头传递的弯矩：如第50条所述，仅减少相邻管片分担的部分。从而，在修正惯用法中，接头的设计断面力，应参照弯矩增加率，对弯矩予以增加。一般说，用螺栓接头时，对钢铁管片，如解释图217所示，以管片外缘为旋转中心，求出螺栓的应力，同时在混凝土管片中，将螺栓当作受拉钢筋，按钢筋混凝土断面进行设计。对接头板，在钢管片、混凝上管片及中字形管片的条件下，根据螺栓的应力计算板的厚度。对中字形管片，还要计算接头板周围的剪应力和支压应力。解释图217 接头断面的弯曲应力的分布在多铰环中，计算管片环的断面力时，管片接头作为铰来处理，只要能传递剪力及轴力就好。但从施工便利出发，组装时，应在可能的程度上使之能够抵抗弯曲，对设计荷载来说，可把接头设计成具有铰的动态上下些工夫。在梁-弹簧的计算方法中，能够直接计算管片接头位置的断面力，并根据其中的最大弯矩、轴力及剪力的组合进行设计。此时，管片接头要满足计算采用的回转弹簧 的常数。2）环向接头：管片环为交错配置，能够承受交错效果的场合，环接头当然要具有减少弯矩并向邻接管片传递的刚性 和强度。设计环接头时，除了梁-弹簧计算方法外，不能够计算设计断面力。为此，根据惯用法和修正惯用法设计的管片环接头螺栓，应采用与管片连接螺栓同等性能的。对地震影响和地层下沉产生的隧道纵向动态及施工影响也要采取措施。接头设计也要考虑隧道的防水性和施工性等条件确定（第56条、第59条）。第54条 壳板及背板的计算 壳板及背板应按承受均布荷载的构件，根据管片的材料特性和结构特点进行设计。 【解释】采用箱形管片时，作用于隧道上的荷载是通过背板或壳板传给主肋、纵向肋、及接头板的。因此，可将背板或壳板，在结构上视为周边支承的板。依其尺寸，可将作用荷载视作均布荷载。 两条主肋的箱形管片，考虑到纵肋的间隔比管片的宽度和管片半径小，一般多采用下述几种模式计算背板的承载能力。 （1）按极限状态计算的相对两边固定支承的矩形板； （2）按极限状态计算的相对两边自由支承的矩形板； （3）按弹性状态计算的四周固定支承的矩形板。根据壳板及背板的边长比，钢管片多采用（1）或（2）的计算方法，中字形管片多采用（3）的计算方法。在（盾构标准管片）（1990年版）规定采用（1）和（2）的方法计算其钢管片的承载能力。 设计长期使用的钢管片时，需考虑壳板的腐蚀量，或采取适当的防腐蚀措施。 现列举上述（1）、 （2）、 （3）的计算公式如下。 （1）相对两边固定支承的矩形板的极限状态设计法。 p1.1 ppf f= pp= 式中 p：单位宽度的极限荷载 y：屈服点应力 t：壳板有效厚度 s：壳板跨度 es：弹性系数 i：单位宽度壳板的断面惯性矩 s：泊松比（2）相对两边为简支板的极限状态设计法。 由两端铰支板（忽略弯曲刚性）的拉力产生的应力，如在屈服点应力以下时，则p值可依下式计算。p=8ty/s3y /8es 解释图218壳板和纵肋 两端铰接拱，由于荷载增加和壳板外面的约束，将引起飞移现象。在此条件下，如 与同样考虑，则依下式计算p值。 p=8ty /s3y /8es+（a/s）2 式中，a：矢高。 （3）四边固定支承板的弹性计算法有rankine、marcus、pgeaud等方法，其中marcus的近似解法采用较多。其中经常采用marcus，法的近似解。解释图219作用在壳板上的弯矩跨中点maxmx=x/24 wx lxmaxmy=y/24 wy ly固定边平均maxmx =1/12 wx lxmaxmy =1/12 wy ly 式中：x=y=1-5/18c2/1+c4 wx =w/（1/c4）+1 wy =w/1+c （c=ly/lx1） w：作用在壳板及背板上的等分布荷载。第55条 纵肋的计算 承受千斤顶推力的纵肋，应按其仅在衬砌半径方向承受偏心的轴力的短柱进行设计解释纵肋按盾构千斤顶的推力的短柱进行设计，对于主肋也有加强作用。 千斤顶的推力由纵肋或接头板及壳板的一部分的有效断面来承担。有效断面分担的荷载与千斤顶和纵肋或接头板间的位置而变化，简单的办法是，如第58条所述，取以纵肋的数目除以盾构千斤顶推力所得的平均值（参照第35条）作为纵肋承受的推力（第34条）。千斤顶推力的作用点，一般对上述的有效断面的图心，但不仅在管片环的径向，而且在切向也会有一定的偏心，因此，后者对纵肋应力的影响，依第58条所述的纵肋设计细节来看，是比较小的。因此，为简单起见，对此影响不予计算（参照解释图220）。在径向的偏心距的最大和最小值，由于在盾尾内组装的管片环变形的影响，往往出现在衬砌环的上部或底部较多，应加注意。千斤顶推力的径向偏心量，在设计计算上，取在主肋中心的内侧10mm处。实际上，比此值大，特别是在中小直径的盾构中，多出现30mm40mm的偏心量。千斤顶推力过大，不仅纵肋易屈服而损伤，也会造成整个环出现弯矩和轴拉应力的作用，这要加以注意。 解释图220千斤顶推力与纵肋的关系千斤顶推力与背后压浆压力同时作用时，对包括纵肋或接头板及一部分壳板在内的有效断面，除受到千斤顶推力外，还受到压注压力引起的弯矩作用，因此，要作为承受弯矩和轴压力的构件进行设计。 进行管片推力试验时，如取得技术负责人的同意，可根据试验结果定出承受千斤顶推力时的容许承载力。另外，由于防水材料的材质、硬度、形状尺寸、质量的好坏等以及管片组装时产生的接头错动、张口等使管片受到极为复杂的应力状态，在进行单体试验时，是很难掌握这些情况的，因此，最近有采用复合体进行试验的事例。第7章管片设计细目第56条 接头构造 管片的接头构造应具有必要的强度，同时考虑组装的准确性、作业性及止水性决定。【解释】管片的接头有把管片在圆周方向结合的管片接头和把隧道轴向结合的环向接头。这些接头采用的基本构造有：螺栓接头、铰接头、插入栓接头、楔接头等构造。1）螺栓接头：这是管片接头和环接头采用的最普通的接头构造，是一种用螺栓紧固接头板组装管片环的拉伸接头构造。把具有螺栓接头的管片环按均匀刚性环处理时，考虑管片的交错配置，环接头一般都采用与管片接头同样的构造。 如果螺栓孔的直径比螺栓直径大得过多，将产生较大的错位，从而成为加大施工荷载影响 （第34条）的原因之一，必须予以注意。螺栓孔径的标准，对钢管片及平板形管片那种用短螺栓连接的场合，如解释表218所示，中字形管片那种采用长螺栓连接的场合如解释表219所示。此外，即使采用长螺栓但用管作为螺栓孔时，也可以解释表218为准。解释表216钢管片和混凝土平板形管片螺栓直径（mm）（1）161820222427303336螺栓孔直径（mm）（2）1921232325252727293032333636393941注： （1）螺纹的公称直径；（2）最狭部分的孔径。 解释表217混凝土中字形管片螺栓直径（mm）（1）273033螺栓孔直径（mm）（2）323335383841注：（1）螺纹的公称直径；（2） 最狭部分的孔径。2）铰接头：在多铰系管片环的管片接头中采用的一种接头，一般采用接头，在地层良好的英国和俄罗斯采用较多，这种接头几乎不产生弯矩，而由轴压力支配，在地层良好的场合是合理的构造。在地层差而且地下水位高的日本几乎没有采用过。为防止从组装管片开始到回填浆液硬化这一段时间内的变形，在采用不影响其结构特性的接头的同时，应采取防止变形的辅助措施。同时，因这种接头构造一般不能期待紧固力，在地下水位以下的隧道，应特别考虑防水的问题。3）插入栓接头：在管片接头中采用，但主要是用于环接头的接头构造。环接头的主要功能是确保管片环交错配置的添加效果的，因此，要注意确保隧道轴向的连续性和从防水观点出发的紧固力。插入栓接头作业性好，能够自动化。栓和栓孔直径的富裕以解释表218为准。4）楔接头：用于管片接头和环接头的构造。用楔的作用紧固管片的接头，是以混凝土平板形管片为对象开发的。有无难于变形，在环接头中使用，隧道受到强制位移的场合，要十分注意。5）凹凸面接头：可作为管片接头，但主要在环接头中使用的一种构造。接头部有凹凸，根据其咬合的作用传递力。用于环接头时，环的组装精度好，但对其构造要进行充分地管理。同时，为确保隧道轴向的连续性和防水最好与具有紧固力的接头并用。接头构造选用不当，不是很难组装成充分可靠的管片环，就是降低作业效率，施工难度增大，也会成为衬砌结构上的弱点。因此，在决定接头构造的细目时，要从各个方面研究，来完全发挥接头的功能，特别是组装的精确性和作业性，更要注意。采用管片自动组装装置时，也要详细研究这些问题，选择合适的接头构造。同时，采用这里以外的接头构造时，事前要对其进行组装性能和接头强度进行检证。第57条 螺栓的配置螺栓接头的螺栓配置，要确保衬砌结构要求的强度和刚性，同时要考虑管片的制造性、组装时的施工性及止水性等决定。解释 组装管片用的螺栓分为管片接头用螺栓和环接头用螺栓两种。 在接头处，通常是将螺栓布置戍一排或两排。此时应注意，组装时不要造成螺栓紧固作业的困难外，还需考虑其配置不会损伤管片的制造性、强度、刚性及止水性。管片接头螺栓，不管管片种类如何，一般在管片高度小的场合，采用1排，高度大时，为确保强度和刚性，采用2排配置。在钢管片和铸铁管片场合，管片宽度方向（隧道轴方向）的螺栓配置的自由度高，为确保强度、刚性及防水性等要均匀地紧固，来决定螺栓的配置。 在“盾构标准管片”中规定，要考虑上述条件决定螺栓的标准配置。在混凝土平板形管片中，特别要考虑接头的应力传递和配筋上的限制，楔形管片的对应等的制造性及断面缺损的平衡等，要决定管片宽度方向的螺栓的配置。在混凝土中字形管片中，一般管片高度小时配置1排，轴方向大致均匀配置3排，高度大时，一般配置2排，2根外径侧螺栓和3根内径侧螺栓，交错配置。比一般中字形管片增加主肋厚度的承重型荷载的中字形管片，其主肋也按混凝土平板形管片同样配置，以确保接头的强度和刚性。环接头螺栓，不管管片种类和管片高度如何，多采用在管片内侧距管片高度的1/41/2的位置配置1排的例子比较多。钢管片和铸铁管片的场合，在圆周方向，从防水角度看，多在各个纵肋间的中央配置。在混凝土平板形管片中，考虑刚性大、断面缺损少及回避环接头和管片接头的锚固钢筋的干扰 等，多根据经验决定圆周方向的间隔。同时在中字形管片中1个中字设2根螺栓。不管那一种管片，考虑交错配置和曲线施工，环接头螺栓的圆周方向的间隔，要等间隔配置。用铰代替螺栓时，铰的配置与螺栓接头同样。第58条 纵肋 采用箱形管片时，为了顺利地传递千斤顶的推力，必须配置纵肋。 【解释】在钢管片中，纵肋应按等间距布置，其数量至少是由2个纵肋支持1个横挡，否则，就不能达到适当传递千斤顶推力的目的。一般相互连接的两块接头板只视为一个纵肋。 纵肋的数量少，就不能象第55条所述那样正确地传递千斤顶的推力，从而会在主肋中产生意料不到的应力。 此外，为防止千斤顶推力产生主肋面外弯曲应力，纵肋要在隧道轴方向连续的配置。纵肋的形状应考虑管片的组装及二次衬砌的施工性决定。在中字形管片中，纵肋的配置，与钢管片同样考虑，但纵肋数，一般与千斤顶数相同，根据条件也有纵肋数少于千斤顶数的情况。第59条 防止漏水 管片我防止漏水， 原则上，应施作防水板和嵌缝沟等防水措施。 解释宜考虑方便施工、隧道竣工后的使用目的、围岩脱水对地表及地层产生的影响等因素，采取防止向隧道内漏水的措施，是极为重要的。隧道内漏水是造成隧道劣化、损伤耐久性的重要原因，因此，要充分加以考虑。为了防止管片接头面的漏水，应进行嵌缝、防水板等。防水板是在管片的接头面设以沟槽，在沟槽上贴附防水板的方法。嵌缝沟是在管片组装后，在接头面设沟槽，用嵌缝材料填充沟槽的方法。另外，作为防水措施有：螺栓孔、回填压浆孔（起吊环）、管片背面等为对象的。螺栓孔的防水，一般采用套管。回填压浆孔的防水有：用套管的压浆孔栓的防水和用止水环（橡胶制）压浆管外侧的防水。管片背面的防水，采用树脂在接头夹具的上面和压浆孔周边施作（地143条）。在钢管片场合，一般嵌缝沟都省略了。也有在接头面的中央设置压浆孔，当管片组装完成后，充填不定形防水材料的方法。第60条 注浆孔 管片上的注浆孔的布置应能向衬砌背后均匀地进行压浆。 解释为了能均匀地进行回填压浆，在各管片上多设置一个以上的压浆孔。压浆孔多，也是漏水量增加的原因，最近，从盾构内侧同时进行回填压浆（第142条），压浆孔有减少的趋势。压浆孔的直径，必须根据所用的压浆材料决定，但一般均采用内径为50mm左右的压浆孔。 如把压浆孔作为起吊环使用时，应根据作业性和作业的安全性决定其形状、尺寸及位置。第61条 起吊环 必须在管片上配置起吊环。 解释在混凝土平板形管片和铸铁管片中，回填压浆孔多与起吊环兼用。在混凝土中字形管片中，环接头的螺栓孔可作为起吊环使用。在钢管片中，可另外设置起吊环的夹具。不论在哪种情况下，设计时必须保证起吊环在运搬、施工荷载（参照 第34条）作用下的安全性。管片采用自动组装时，要求管片确实地固定在组装器上。为此，管片上要增设特殊的夹具。第62条 钢筋的加工、配置及锚定(1)钢筋的弯曲形状，应充分考虑能够发挥钢筋的性能、弯曲的加工性、混凝土充填性及配筋的布置等(2)管片主筋的水平搭接长度应在粗骨料最大尺寸的5/4以上，在钢筋直径以上。2排钢筋施主筋的配置，一般垂直的搭接长度在2以上，钢筋直径以上。(3)钢筋接头，原则上不要设置，不得已必须设置时，应根据根据的种类、直径、接头构造等选择适宜的方法，接头部和邻接根据的搭接长度或接头部相互搭接长度，应考虑混凝土的充填性决定。(4)钢筋的端部或充分埋置在混凝土中用钢筋和混凝土附着力锚定、或用弯钩锚定，或用机械方法锚定。(5)保护层厚度，应根据混凝土质量、钢筋直径、环境条件、制造精度等决定。解释（1）在“混凝土技术规范”中规定，从钢筋的弯曲端部一直延长的长度，应根据弯曲部能够有效的工作和易于进行弯曲作业的条件确定。弯曲部的半径应考虑能够充分地与混凝土结合、不损伤钢筋的材质及能够确实地工作等确定。在不得已的情况下，可以参考类似的实施例，通过试验等确认其弯曲加工性、施工性等，由技术负责人判断确定。（2）主钢筋的搭接长度取钢筋直径以上、粗骨料最大尺寸的5/4以上，是保证混凝土能够充分地充填在主钢筋的周围所需的最小尺寸。不采用平板振捣器或者与内部振捣器并用进行混凝土捣固时，要钢筋的搭接长度能够插入混凝土中。（3）管片的钢筋，有主钢筋、箍筋、配力筋、架立筋、锚固筋、加强钢筋等，一般说要确保钢筋的搭接长度是有困难的。为此，原则上应尽量不设置钢筋接头。钢筋相互的接头多采用重合接头，但在接头附近，比其他部分的钢材量多，会妨害混凝土的充填性。因此，接头部和相临钢筋的搭接或接头部的相互搭接，都要考虑混凝土的充填性。一般，要大于粗骨料的最大尺寸以上。也有把主钢筋与管片上的接头夹具直接焊接的情况，但在这种情况下应根据焊接性、应力传递性、根据的种类、接头形式等选定。主钢筋采用钢板或平钢时，可采用连接杆或连接器等，与混凝土形成一体。（4）管片中为了锚固使用的钢筋，有环接头的锚固钢筋和起吊环的锚固钢筋等。为了确实地发挥这些钢筋的强度，钢筋端部要有充分的长度，不使钢筋从混凝土中拔出。或者采用锚固器等使其确实地锚固在混凝土中。管片接头的锚固钢筋，本来应该与主筋按重合接头设计，但，为了便于锚固，都按钢筋设计，其锚固长度，根据试验结果，取钢筋直径的12倍以上。（5）要使混凝土充分包裹钢筋，是因为要确保钢筋的附着强度和钢筋的防锈等。因此，保护层厚度应由技术负责人根据混凝土的质量、钢筋直径、环境条件、构件尺寸、制造精度、结构物重要性和耐久性等决定。但工厂制造的管片，考虑到与一般的钢筋混凝土结构物比较，水灰比是比较小的，捣固是充分的，模板尺寸正确、配筋作业管理合适等情况，原则上取13mm以上。楔形管片，受到环接头面的限制，取10mm以上。一般管片主钢筋的直径和保护层厚度可参照解释表220。解释表220主钢筋直径和保护层厚度主钢筋直径配力筋直径从混凝土表面到主钢筋中心的距离（mm）保护层厚度（mm）d16以下d1035以上17以上d19d22d10d1335401621d25d1345以上20以上在没有二次衬砌的情况和严酷的腐蚀性环境条件下的情况，要采用比表列大的数值。第63条 防腐蚀防锈管片，必要时应进行防腐蚀防锈处理解释钢管片和铸铁管片直接与地下水和围岩接触时，该部分应进行防腐蚀防锈处理。防腐蚀防锈处理，一般多采用涂装的方法。防腐蚀防锈涂装可采用树脂类及沥青类材料。混凝土管片为提高其止水性和防止混凝土碳化也有在其背面涂水泥类和树脂类材料的。在海底隧道中，为提高管片的止水性和耐久性，可添加混合材料（高炉水泥、粉煤灰等）。第64条 其他的设计细目（1） 焊接焊接要采用能够确保质量的作业方法和步骤，正确地进行。（2） 排气孔采用钢管片和铸铁管片进行一次衬砌和二次衬砌灌注时，预先应在管片上设排气孔。（3） 加强板在钢管片中可用要加强管片接头的接头板，设置以提高接头刚性为目的的加强板。（4） 防止缺陷在混凝土管片中，原则上要采取防止缺陷的对策。解释（1）对焊接结构物来说，焊接部的质量是直接左右其可靠性的因素，因此焊接要采用能够确保管片尺寸、形状及强度的作业方法和作业步骤进行。作为参考解释表221和解释表222列出各种管片的焊接部的尺寸例。解释图221和解释图222分别给出焊接例。解释图221钢管片的焊接例解释图222混凝土管片的接头等夹具的焊接例解释表221 钢管片焊接部的尺寸焊接部位构件和板厚（mm）尺寸（mm）尺寸容许误差（mm）主肋 和接头板加强板接头板8910121416192266667888+：不规定-1.0主肋和纵肋吊具纵肋789126666+：不规定-1.0主肋、接头板纵肋、加强板 和壳板吊具壳板33.23.544.5333.544.5+：不规定-0.5壳板和压浆孔压浆孔3.83+不规定-0.5解释表222混凝土管片接头夹具的焊接部尺寸例焊接部位构件和板厚（mm）尺寸（mm）材质接头板和托臂托臂69121416194678910ssssssssssss托臂和锚固筋锚固筋131619225678（2）钢管片和铸铁管片作为一次衬砌时，原则上要采用二次衬砌。灌注二次衬砌时，在纵肋的下侧部分会残留有空气，使混凝土完全充填产生困难，因此，为了排除残留的空气，如解释图223所示，在钢管片的纵肋的一侧，铸铁管片纵肋的中央，设置缺口。即使设置了缺口，在环的顶部，象解释图224的