地铁盾构法施工管片衬砌结构设计

地铁与轻轨结课论文学院：力建与建筑工程学院班级：土木09—9班姓名：梁智学号:02090417地铁盾构法施工管片衬砌构造设计大纲：地道衬砌是承受地道四周的水、土等荷载，以保证地道构造净空和安全的地下构造.衬砌分为一次衬砌和二次衬砌。一次衬砌最常用的是管片拼装式衬砌.采纳拼装式衬砌时，一次衬砌到地道轴向（纵向）必然长度（平时为1000mm～2000mm）的一段环状物称为管环；管环沿周向切割成n块弧状板块,该弧状板块既称为管片.管片的拼装设计、管环的分块设计等的合理性对地道的承载能力、牢固性等性质起到至关重要的作用。重点字：盾构地道管片分块通缝拼装和错缝拼装1、设计思路管片设计是从地道横断面和纵断面方向两个方面进行。平时，管片的断面取决于横断面方向的设计，而地震、地基沉降带来的影响等，一般依据需要在纵断面方向的设计中进行研究。2、设计需要考虑的要素管片从地道施工开始到施工达成后的很长时间内，都要担负着支撑各种荷载和保证地道安全的使命。管片衬砌的设计目的就是确认覆盖整个地道的衬砌的安全性,同时找出最合理最经济的衬砌构造.但地道构造应力因为施工条件、地质条件、环境条件等要素的不同样,复杂多样、并且作用荷重也是一个不确立要素，所以正确掌握这些现象是特别困难的。所以在设计衬砌时，第一应付各种条件做充分勘探，尔后再从经验和理论两个方面去设定去设定荷重及选择计算方法。管片设计时需要考虑的要素以下：2。1保证地道构造的安全一定保证能够承受从动工到完工后的长久使用阶段作用于地道上的各种荷载（静、动荷载)作用。2。2降低成本就盾构地道而言，管片制作成本平时占盾构法地道总造价的30％-50％，合理的设计管片就是降低盾构地道造价的重点环节。2。3制作及施工简单管片设计时，还应试虑管片制造（制作工艺、保养方法）、管片拼装成管环，直至串接成一次衬砌施工的方便性，并考虑对其余施工工序的影响小等要素.3、管片设计原则3.1界线条件确立按施工工艺及工程水文地质特色确立设计荷载及界线条件，从构造和非结构双方面做出吻合技术标准的设计.3。2构造形式的选择依据地道的用途、土质条件及施工方法等要素选择管片的种类、构造、形式及强度.中小直径的上下水地道，电力电信地道多采纳钢筋混凝土管片和钢管片;对铁路、公路等大直径地道而言，已选择钢筋混凝土管片为主，有时也会使用铁铸管片和钢管片。无论什么地层都应先对钢筋混凝土箱型和平板型管片的适应性进行论证。当存在特别荷载作用时也可考虑铁铸管片和钢管片的适用性。在计算管环的断面应力时，应依据管片的种类、接头方式、接头的地址组合产生的接头效应等要素确实的评论衬砌构造特色。计算管环断面应力时,是把管环看作拥有均质刚度的环仍是看做多铰支环，或是看做拥有转动弹簧和剪切弹簧环来考虑，应依据地道的用途、地质土层、衬砌构造特色决定。3。3按同意应力法设计计算管片设计须在充分知足与用途相对应的构造安全性的基础上，进而在采纳合格资料、合理施工方法的前提下,按同意应力法进行设计计算。技术经济性比较全面考虑工程造价、使用年限、长久维修花费及运营中的经济效益，对设计做经济技术性比选.4、主体构造设计4。1管片的外径盾构发地道中因为一次衬砌是采纳管片拼装而成，所以习惯把地道的外径称为管片的外径，管片的外径取决于地道净空和衬砌厚度（管片厚度、二次衬砌厚度等）。对于地铁区间单线地道，管片的外径一般为6.0米左右。4.2管片的厚度与幅宽管片的厚度是指盾构地道一次衬砌的厚度。对于箱型管片，则为管片的主梁高。管片幅宽是指一环管片在地道纵向的宽度.管片的厚度与地道断面大小的比，取决于土质条件、覆盖层的厚度等，最主要的是取决于荷载条件。一般状况下。管片厚度为管片外径的4％左右，但对于大直径的地道,特别是箱型管片，约为5.5%左右。管片的幅宽应依据地道的断面，结合实质施工经验，选择在经济性、施工性方面较合理的尺寸。从便于搬运、组装以及出于对地道曲线段上施工时盾尾长度的考虑，管片幅宽是小一些为好。但是,从降低管片制造成本,减少易出现漏水等缺点的接头部数目、提升施工速度等方面考虑,则幅宽大一些为好。依据目前经验，是地道断面大小而异，幅宽一般在300~1500mm范围以内。采纳钢管片晌，多为750~1200mm；采纳混凝土管片晌，多为900～1200mm。4.3管片的分块盾构地道的衬砌有多块预制管片在盾尾内拼装而成，管片环的分块主要由管片制作、运输、安装等方面的实践经验确立,但应知足受力要求.从过去的经验及实质运用状况来看。地铁地道分块为6~8块很多。上下水道、电力通讯等地道一般分为5~7块。管片A型管片、两块B型管片和一块封顶的K型管片组成，以下列图所示。K型管片有从地道内侧插入的（半径方向插入型），也有从地道轴方向插入的（轴方向插入型)。4.4管片的接头角与插入角因为K型管片插入方式分两种，沿半径方向插入的角度称为接头角（r），沿轴方向插入的角度称为插入角（1）.K型管片的接头角和插入角度一定界面内力传达、组装作业施工条件和管片生产条件确立。若是是半径方向插入型管片，对于此中的K型管片的接头角(r)以下式计算r=k/2+w，上式中的w是为便于K型管片的插入所需要的丰饶角度，一般采纳20～50,但在不阻挡操作的前提下,小一些为好。若是是轴向插入型管片,此中K型管片一般不需要接头角度（r）.但是,考虑到包含盾构机长度在内的施工条件和管片接头与管片环之间的搅乱,仍是需要设定管片的插入角度（1）.管片的插入角度多取决于施工条件，但是取170～240的居多.4.5管片的楔形量盾构在曲线段施工和蛇形修正时，需要使用一种幅宽不等的管片环,称为楔形管片环.当其宽度特别小呈窄板状时称为楔形垫板环。楔形管片环中最大宽度与最小宽度称为楔形量.平时，蛇形修正用楔形管片环数目大概是直线区间所需管片环数目3％~5％。若是是能够将蛇形修正楔形管片环作为缓曲线用楔形管片环使用，并且能够使用的缓曲线线区间比较长时，楔形管片环的数目应为直线区间和这些缓曲线区间所需环数之和的3%~5％.楔形量出了依据管片种类、管片宽度、管片环外径、曲线区间楔形管片环使用比率、管片制作的方便性确立外，还应依据盾尾操作缝隙而定。总结过去的使用经验，绝大多数混凝土管片环的楔形量在75mm以内。对于口径大于10m的或特别形状的地道，楔形量确实定还需进一步计算校核。4.6管片的拼装盾构地道的拼装方式有两种,通缝拼装和错缝拼装。通缝拼装时，管片衬砌构造的整体刚度较小,致使变形较大、内力较小.而采纳错缝拼装时，管片衬砌结构的整体刚度较大，致使变形较小、内力较大.同时错缝拼装时，要求纵向螺栓的部署能够进行必然角度的错缝拼装，所以，对于管片的分块设计要求比通缝拼装条件下要高。错缝拼装的偏转角度依据纵向螺栓的部署而定，能够两环一组错缝拼装,也能够三环一组错缝拼装，平时将K型管片放在地道拱顶900范围以内。一般状况下，一条线上需要三种管片环来模拟直线和曲线线形，但是为了减少管片模具，降低工程造价,并且方便管片的生产、运输和吊装等,所以提出了管片通用环的观点，将直线段上的管片环直接设计成楔形环，用两楔形环一组错缝拼装来模拟直线线形。此中基本拼装方式是：第一环K型管片在左边水平地址（指的是K型管片的中心地址）；第二环K型管片在右边水平地址(相当于第二环在第一环的基础上又转1800）。同时还能够够模拟曲线线形和用于蛇形修正。5、小结在通缝和错缝式拼装的状况下，管片内力整体散布规律大概同样，但受错缝式拼装影响，纵向和环向接头互相作用所产生的附带内力使得同样地质和埋深条件下的错缝式拼装管片环最大弯矩值较通缝式拼装约大20%,而相应轴力却较通缝式拼装约小10%，由此说明错缝式拼装所引起的管片附带内力较为显然，这虽然对管片环的整体承载较为不利，却提升了却构的整体性，使得错缝式拼装管片环最大位移值较通缝式拼装约小20%。对我国现行地铁区间盾构地道地质和埋深条件而言,即便管片构造出现了细小裂缝，衬砌构造还能够承受较大荷载,进而使得实质工程中盾构地道出现坍塌的可能性极小，所以在相关设计中应将管片环的最大变形量作为构造设计控制标准。参照文件1］关宝