盾构隧道设计与分析课件

盾构隧道设计与分析盾构隧道设计与分析1盾构隧道设计与分析1、盾构隧道衬砌内力分析方法（1）有限元法二维平面分析三维空间分析（2）荷载－结构法惯用法梁－弹簧模型梁－接头模型修正惯用法盾构隧道设计与分析1、盾构隧道衬砌内力分析方法（1）有限元法2三维盾构隧道建模示意图三维盾构隧道建模示意图3二维盾构隧道建模示意图二维盾构隧道建模示意图4惯用法与修正惯用法概念图惯用法与修正惯用法概念图5惯用计算法中的弯矩分配图惯用计算法中的弯矩分配图6梁弹簧模型梁接头模型梁弹簧模型梁接头模型7剪切弹簧径向接头错缝拼装环间加强作用的考虑剪切弹簧径向接头错缝拼装环间加强作用的考虑82、程序中的名词解释管片：圆弧形结构物，用来拼装成隧道外轮廓，本软件指预制的混凝土管片。

衬砌：由管片通过螺栓连接而成，一环衬砌由几块管片构成。环向螺栓：为了构成衬砌环，连接管片用的螺栓，本软件以管片接头形式模拟螺栓的作用。纵向螺栓：衬砌环之间相互连接的螺栓，在本软件计算模型示意图中，以表示。管片分布自重：容重乘以管片厚度。2、程序中的名词解释管片：圆弧形结构物，用来拼装成隧道外轮廓9管片接头：在隧道横断面上连接管片形成衬砌环的部分，在本软件计算模型示意图中，以表示。管片材料：在本程序中，按平面应变问题取1米进行计算截面的转动惯量，面积；弹性模量可以从混凝土设计规范上查得。管片宽度：在隧道纵向量测的管片尺寸，同时也是衬砌宽度。管片厚度：在隧道纵向量测的管片尺寸，同时也是衬砌宽度。管片接头：在隧道横断面上连接管片形成衬砌环的部管片材料：在本103、荷载假定与计算（1）荷载分类3、荷载假定与计算（1）荷载分类11主荷载

1、垂直和水平土压力

2、水压力

3、自重

4、上覆荷载

5、地基抗力

附加荷载6、内部荷载

7、施工荷载

8、地震的影响

特殊荷载

9、平行配置隧道的影响

10、邻近施工的影响

11、其他

日本盾构隧道规范的分类方法主荷载1、垂直和水平土压力2、水压力3、自重4、上覆12日本盾构隧道规范的分类方法日本盾构隧道规范的分类方法13（2）水土压力计算土柱理论（H<2D）压力拱理论（太沙基，普氏）（H>=2D）（2）水土压力计算土柱理论（H<2D）压力拱理论（太沙基，普14水压力计算整体坐标系施加局部坐标系施加水压力计算整体坐标系施加局部坐标系施加15（3）自重修正惯用法对自重反力的假设

梁弹簧模型对自重反力的假设

（3）自重修正惯用法对自重反力的假设梁弹簧模型对自重反力的16（4）、地基抗力与地层弹簧系数惯用计算法中的地层抗力假设PmaxPmaxΦ

（4）、地基抗力与地层弹簧系数惯用计算法中的地层抗力假设Pm17地层弹簧法地层弹簧法18多层地层参数的均一化多层地层参数的均一化19不同地层采用相应地层弹簧系数

不同地层采用相应地层弹簧系数20局部地层弹簧模式 全周地层弹簧模式

局部地层弹簧与全周地层弹簧局部地层弹簧模式 全周地层弹簧模式21（5）、注浆荷载单孔注浆压力分布模式（5）、注浆荷载单孔注浆压力分布模式22整环注浆压力分布模式整环注浆压力分布模式23（6）、地震荷载拟静法（6）、地震荷载拟静法24（7）、荷载分布模式假设X向矩形分布y向梯形分布X，y向梯形分布X，y抛物线形分布X，y方向为矩形分布（7）、荷载分布模式假设X向矩形分布y向梯形分布X，y向梯形254、结构模拟（1）管片直梁模型曲梁模型4、结构模拟（1）管片直梁模型曲梁模型26（2）接缝管片间接缝梁弹簧接头元接头元线性模式（2）接缝管片间接缝梁弹簧接头元接头元线性模式27双线性模式非线性模式双线性模式非线性模式28管片环间接缝

地铁设计规范(GB50157-2003)第10.5.3规定：衬砌环间采用错缝拼装时，可按惯用法考虑由于纵向接头存在引起的匀质圆环刚度降低及环间接通过剪力传递所引起的断面与接头内力的重分配；或以二环为一个计算单元、块与块间设接头的回转弹簧、两环之间设径向剪切弹簧及切向弹簧的计算模式进行计算。管片环间接缝地铁设计规范(GB5029管片纵向螺栓剪切单元管片间接头管片纵向螺栓剪切单元管片间接头30（3）结构离散化（3）结构离散化31（4）管片拼装方式单圆和双圆盾构隧道都有通缝和错缝两种拼装模式。其中单圆错缝有A-B-A,A-B-C两种方式。而双圆错缝只有A-B-A一种方式。（4）管片拼装方式单圆和双圆盾构隧道都有通缝和错缝两32盾构隧道设计与分析算例演示1、工程概况

盾构衬砌环，内径10.040m,外径11.000m,衬砌宽度1.0m,受到垂直压力p=226.3KN/m，顶部水平侧压力q1=90.5KN/m，底部水平侧压力q2=162.5KN/m，自重g=12.0KN/m，管片截面的计算参数如下：弹性模量E=3.5×107KPa，转动惯量I=9.216×10-3m4，面积A=0.48m2，地层反力系数为K=1.5×104KN/m3。盾构隧道设计与分析算例演示1、工程概况盾构衬砌环，内332、隧道施工全过程受力分析2、隧道施工全过程受力分析34盾构隧道设计与分析课件35盾构隧道设计与分析课件36盾构隧道设计与分析课件37盾构隧道设计与分析课件38盾构隧道设计与分析课件39盾构隧道设计与分析课件40盾构隧道设计与分析课件41盾构隧道设计与分析课件42盾构隧道设计与分析课件43盾构隧道设计与分析课件44盾构隧道设计与分析课件45盾构隧道设计与分析课件46盾构隧道设计与分析课件47建筑之家荣誉整理Thanksforyourconcerns建筑之家荣誉整理Thanksforyourconcer48盾构隧道设计与分析盾构隧道设计与分析49盾构隧道设计与分析1、盾构隧道衬砌内力分析方法（1）有限元法二维平面分析三维空间分析（2）荷载－结构法惯用法梁－弹簧模型梁－接头模型修正惯用法盾构隧道设计与分析1、盾构隧道衬砌内力分析方法（1）有限元法50三维盾构隧道建模示意图三维盾构隧道建模示意图51二维盾构隧道建模示意图二维盾构隧道建模示意图52惯用法与修正惯用法概念图惯用法与修正惯用法概念图53惯用计算法中的弯矩分配图惯用计算法中的弯矩分配图54梁弹簧模型梁接头模型梁弹簧模型梁接头模型55剪切弹簧径向接头错缝拼装环间加强作用的考虑剪切弹簧径向接头错缝拼装环间加强作用的考虑562、程序中的名词解释管片：圆弧形结构物，用来拼装成隧道外轮廓，本软件指预制的混凝土管片。

衬砌：由管片通过螺栓连接而成，一环衬砌由几块管片构成。环向螺栓：为了构成衬砌环，连接管片用的螺栓，本软件以管片接头形式模拟螺栓的作用。纵向螺栓：衬砌环之间相互连接的螺栓，在本软件计算模型示意图中，以表示。管片分布自重：容重乘以管片厚度。2、程序中的名词解释管片：圆弧形结构物，用来拼装成隧道外轮廓57管片接头：在隧道横断面上连接管片形成衬砌环的部分，在本软件计算模型示意图中，以表示。管片材料：在本程序中，按平面应变问题取1米进行计算截面的转动惯量，面积；弹性模量可以从混凝土设计规范上查得。管片宽度：在隧道纵向量测的管片尺寸，同时也是衬砌宽度。管片厚度：在隧道纵向量测的管片尺寸，同时也是衬砌宽度。管片接头：在隧道横断面上连接管片形成衬砌环的部管片材料：在本583、荷载假定与计算（1）荷载分类3、荷载假定与计算（1）荷载分类59主荷载

1、垂直和水平土压力

2、水压力

3、自重

4、上覆荷载

5、地基抗力

附加荷载6、内部荷载

7、施工荷载

8、地震的影响

特殊荷载

9、平行配置隧道的影响

10、邻近施工的影响

11、其他

日本盾构隧道规范的分类方法主荷载1、垂直和水平土压力2、水压力3、自重4、上覆60日本盾构隧道规范的分类方法日本盾构隧道规范的分类方法61（2）水土压力计算土柱理论（H<2D）压力拱理论（太沙基，普氏）（H>=2D）（2）水土压力计算土柱理论（H<2D）压力拱理论（太沙基，普62水压力计算整体坐标系施加局部坐标系施加水压力计算整体坐标系施加局部坐标系施加63（3）自重修正惯用法对自重反力的假设

梁弹簧模型对自重反力的假设

（3）自重修正惯用法对自重反力的假设梁弹簧模型对自重反力的64（4）、地基抗力与地层弹簧系数惯用计算法中的地层抗力假设PmaxPmaxΦ

（4）、地基抗力与地层弹簧系数惯用计算法中的地层抗力假设Pm65地层弹簧法地层弹簧法66多层地层参数的均一化多层地层参数的均一化67不同地层采用相应地层弹簧系数

不同地层采用相应地层弹簧系数68局部地层弹簧模式 全周地层弹簧模式

局部地层弹簧与全周地层弹簧局部地层弹簧模式 全周地层弹簧模式69（5）、注浆荷载单孔注浆压力分布模式（5）、注浆荷载单孔注浆压力分布模式70整环注浆压力分布模式整环注浆压力分布模式71（6）、地震荷载拟静法（6）、地震荷载拟静法72（7）、荷载分布模式假设X向矩形分布y向梯形分布X，y向梯形分布X，y抛物线形分布X，y方向为矩形分布（7）、荷载分布模式假设X向矩形分布y向梯形分布X，y向梯形734、结构模拟（1）管片直梁模型曲梁模型4、结构模拟（1）管片直梁模型曲梁模型74（2）接缝管片间接缝梁弹簧接头元接头元线性模式（2）接缝管片间接缝梁弹簧接头元接头元线性模式75双线性模式非线性模式双线性模式非线性模式76管片环间接缝

地铁设计规范(GB50157-2003)第10.5.3规定：衬砌环间采用错缝拼装时，可按惯用法考虑由于纵向接头存在引起的匀质圆环刚度降低及环间接通过剪力传递所引起的断面与接头内力的重分配；或以二环为一个计算单元、块与块间设接头的回转弹簧、两环之间设径向剪切弹簧及切向弹簧的计算模式进行计算。管片环间接缝地铁设计规范(GB5077管片纵向螺栓剪切单元管片间接头管片纵向螺栓剪切单元管片间接头78（3）结构离散化（3）结构离散化79（4）管片拼装方式单圆和双圆盾构隧道都有通缝和错缝两种拼装模式。其中单圆错缝有A-B-A,A-B-C两种方式。而双圆错缝只有A-B-A一种方式。（4）管片拼装方式单圆和双圆盾构隧道都有通缝和错缝两80盾构隧道设计与分析算例演示1、工程概况

盾构衬砌环，内径10.040m,外径11.000m,衬砌宽度1.0m,受到垂直压力p=226.3KN/m，顶部水平侧压力q1=90.5KN/m，底部水平侧压力q2=162.5KN/m，自重g=12.0KN/m，管片截面的计算参数如下：弹性模量E=3.5×107KPa，转动惯量I=9.216×10-3m4，面积A=0.48m2，地层反力系数为K=1.5×104KN/m3。盾构隧道设计与分析算例演示1、工程概况盾构衬砌环，内812、隧道