地下结构工程第六章盾构衬砌结构

1、，地下结构工程，第06章，6盾构衬砌结构，本章介绍了盾构结构和分类，盾构推进和衬砌装配。圆形衬砌结构、内力计算和分段结构设计需要对盾构隧道的功能和应用环境的理解。掌握圆形内衬结构设计方法和施工要求。6.1概述，盾牌是钢作用保护装置或活动支撑，是通过软弱的含水层，尤其是下层和海底、城市住宅区建造隧道的机器。头部可以安全地挖掘地层，尾部可以装配预制管道或砌块，迅速装配成隧道永久衬砌。屏蔽推进主要取决于屏蔽内部设置的插孔。在适当的条件下，在柔软的含水地层上建造隧道、水下隧道和地铁，建设各种形式的盾构，特别是地面交通、河流、航运、潮汐、季节等条件下，地下挖掘工程，盾构隧道的历史，用盾构法施工隧道，法国

2、工程师布鲁诺；1825年，在英国泰晤士河下，第一个用矩形盾牌建造了隧道。近代，日本盾法发展迅速，用途越来越广，开发了大量新盾。在我国，1957年北京下水道项目首次出现了2.6米小型盾牌。上海延安东路横贯公路隧道使用直径11.0米的大盾牌。隧道轮廓，1-入口风管；2-进气口；3-排气口；4-排气通道；5包装(底部拉杆)6-天花板(顶部拉杆)；7-拥挤；8-照明灯；9-灭火器；10-消防栓；11-电缆，12-排水管；13-供水管道；14-纵向螺栓；15环方向螺栓、按形状分类、大致圆形(也称为半盾)、矩形和马蹄形。圆是抵抗水和土压力的理想选择，易于装配衬里，组件可以互换，比较普遍，数量最多。圆形屏蔽

3、、开放式胸屏蔽和封闭式胸盾两大类别。6.2屏蔽结构和分类6.2.1屏蔽基本结构，1-1(切环)；2-2(支撑环)；一般由盾壳、推进系统、装配系统、挖掘系统等四部分组成的3-3(纵剖面)。1)由切割环、支撑环、屏蔽尾和垂直分区、水平分区和壳体钢板组成的屏蔽罩。切割环：开挖；上下宽度可以相等，也可以不相等，甚至是活动的。接受各种专门的挖掘设备。支承环：承载核心部分，刚性好的环结构。水平隔板和垂直隔板：提高屏蔽刚度，获得水平张力，受到垂直压力。盾尾：罩工作人员在内部安装衬里。2)由屏蔽插孔和液压设备组成的推进系统，上下左右活塞杆扩展长度不同，用于补偿目的。屏蔽千斤顶通常沿支撑环的圆周均匀分布。3)装

4、配系统，也称为举重臂，内衬装配机是装配系统的主要设备，以液压系统为动力，一般举重臂安装在支承环上。举重不仅可以旋转、径向运动，还可以沿着隧道内的轴进行往返运动。此类运动的精度必须使要装配的曲面片上的螺栓孔与装配的螺栓孔对齐，以便螺栓固定。4)挖掘系统，挖掘方法一般有以下三种：(1)铁路运输：带式输送机矿区垂直升降地面。(2)无轨运输：自卸车(3)管道运输：混合泥浆、压力输出、挖掘连续、6.2.2盾构分类和适用范围，表6-1。1)人工挖掘式、半机械式开放式胸盾都是打开的，可以随时观察地层的变化，在方便的液压式、风力挖掘、机器、人工挖掘、开挖面无法保持稳定的情况下，通过气压等人工措施和正面支撑、支

5、撑千斤顶等推力来支持。2挤压型闭合胸部盾牌，用于塑料粘土和淤泥，屏蔽正面用胸板密封。呼兰隧道、林肯隧道、泵送隧道均采用半以上挤压及完全挤压推进的封闭胸部盾工程。衬层结构中椭圆率经常发生的现象，首先衬层的水平直径减小，垂直直径增大，接着屏蔽层远离，垂直直径减小，水平直径增大。主要是隧道上方的土壤结构被破坏和隆起，形成卸载拱，水平压力保持初始值。3)机械闭合胸部屏蔽，(1)局部压力屏蔽，(2)泥水压力屏蔽，(3)土压力平衡屏蔽，表6-1，6.2.3盾构几何尺寸选择和盾构插孔推力计算，主要为屏蔽外径D和屏蔽长度L，屏蔽敏感度L/D .最小建筑间隙值xxL1支撑环长度；L2切口环长度；L3前屋檐长度。

6、3)屏蔽敏感度L/D，经验值：小型屏蔽D=23m，L/D=1.5中型屏蔽D=36m，L/D=1.00大型屏蔽D=69m，L/D=0.75大型屏蔽尾内部壳体和内衬结构之间的摩擦阻力；盾构切口部分边缘切割土壤阻力；盾构切开环在土壤中切割时的正面阻力；开挖表面正面支撑阻力；盾牌自重引起的阻力、补偿时的阻力、局部气压或泥浆压力、电阻板阻力等。日本盾构总推力经验公式，表6-2，盾构总推力，本讲座点，盾构配置；屏蔽分类；屏蔽几何尺寸确定和推力确定。6.3盾构推进和衬砌装配，6.3.1盾构推进隧道中使用的大直径盾构，大部分属于手动开挖式开放或封闭胸部挤压盾构，或同时属于两者。先进的泥水盾构或土压平衡盾构很少

7、使用。本节主要介绍了压力、人工井点降水等地层加固措施、盾构开挖和开挖中的多种施工方法，在软水星地层中手挖的开放式胸部屏蔽工程。1)适用于人工井点降水和人工挖掘开放胸盾建设、人工井点降水、经济、泄漏量大的沙地。为了保证地下水面稳定，盾通过地下水位，建设现场比较干燥，提高地下水体强度。通常，可以使用27米深的喷射井成功挖出25米深的隧道。具体过程：(1)首先利用盾构千斤顶实现盾构推进，部分切入地层，在对周边地层干扰较小的切割环保护下进行土方开挖和运输。(2)分层挖掘，普通手动工具或手持式气动工具。(3)各环段可以进行分数挖掘和推进，在盾构修正时可以利用超波解决。(4)开挖面可使用支撑千斤顶支撑板临

8、时支撑。(5)用网做盾牌时，防止盾牌后退。(。2)用气压和手挖，打开胸部盾牌施工，盾构施工是一种非常古老、有效的施工方法，提高了地层强度，防止了软不稳定地层压力稀疏和支护开挖面、涌水、开挖面塌陷。(1)气压大小和气体消耗量的确定理论上应平衡为每10米头0.1Mpa的气压。实际上，只有理论压力的50%，空气量只有理论空气量的10P%。即可从workspace页面中移除物件。中小型屏蔽，压力等于屏蔽顶部约D/2的地下水压力。大口径盾牌是三分之二的地下水压力。顶部全部超压，需要足够的复盖层，屏蔽层顶部必须有足够厚的复盖层，以防止施工时排出空气。t，即，t值太大，直接影响隧道填埋深度，太小的话，复盖层

9、不足，经常会发生喷发事故。外国隧道规定；水下隧道的最小复盖层必须大于或等于屏蔽直径(日本)，复盖层宽度必须大于或等于屏蔽直径的6倍。使用经验公式计算气流：土质系数，压力大于0.1MPa时，粘性土=3.65；沙土=7.30。(2)气压屏蔽结构、气压屏蔽结构中闸壁和气闸的作用是将工作区与大气压工作区分开。制动壁必须具有足够的强度和机密性。气闸是用钢铆钉或焊接制成的圆柱形结构，分为浇口和外部浇口两部分。人文闸管理是气压工程的重要组成部分，必须严格遵守气压运行时间和进出气闸的变压时间，防止减压病。，3)用泥水压力盾构结构、以上压力盾构结构代替了泥水压力盾构结构，克服了气压工程的瓶颈。地面沉降，减压病，

10、土壤深时，气压太高，无法施工时，土壤浅时，泄漏等。泥水压力盾构以泥浆(h取2m)，按屏蔽前密封舱口，使压力始终高于地下水压力，从而保持开挖面稳定的基本条件。组装6.3.2衬里。隧道衬砌在盾构尾壳保护下组装空间。构件：铸铁、钢、钢筋混凝土或钢和钢筋混凝土的复合材料等制成的管座或图块。根据结构力和使用要求，确定盾构和衬砌结构的形式，确定装配方法。装配方法，重型臂装配或拱架装配；贯通装配(分段纵向缝环对齐)或无效的缝装配；螺栓连接管或无螺栓的图块。按程序可分为“第一纵向环”和“第一环后垂直”。利用逆道岩组装管道的原理应该是自下而上、左右交叉、最终杆为环。6.4装配圆形内衬结构，“座”是隧道竣工后永久

11、支撑结构，必须满足强度要求，使用要求；施工阶段必须简单、容易替换，能承受盾构千斤顶的顶力和其他施工载荷。具有箱管、平板管和肋管的材料长期用作铸铁(见图6-6c)和钢铁。环宽度和厚度，国内外常用环宽度为7501000m；曲线段由根据隧道曲率半径计算的楔形管推进。管道厚度通常为250600mm。块体、大断面隧道可分为6810个，小断面可分为46个。细管的最大弧长通常不超过4m，并且切割越薄，长度必须越短。有两种装配类型，一般是贯通接缝，错误的接缝装配。纵向拧紧环对齐的公称贯通接缝适合于在需要更平滑的结构来修复侧通道或结构的情况下便于结构处理。纵缝相互交错对称地错缝的优点是加强环形的接缝刚度，圆形结

12、构可以近似地考虑为均匀环等刚度，这也是比较普遍的缺点，由于错误的接缝组装，管子顶部容易破裂。环、纵向螺栓、环螺栓可以设置为单行或双行，具体取决于接缝内力。双排：外部螺栓抵抗负弯矩，内部螺栓抵抗正弯矩。纵向螺栓的目的是给隧道衬砌结构施加对隧道纵向变形的阻力，并在一个分段上放置34个螺栓。螺栓材料一般使用高强度合金钢、直螺栓。掌握本讲座的要点、压力大小和气体消耗量计算；了解圆形内衬结构。6.5内力计算和薄板结构设计，6.5.1设计原则隧道衬砌成本占40P%，安全可靠，经济实惠。本节重点介绍了装配的钢筋混凝土管片。1 .满足结构的强度和刚度：土层压力、水压和特殊载荷、按梁模型埋在环形中的内力和位移计

13、算、钢筋混凝土管道等分段的裂纹宽度限制等。最大复土厚度、顶压力和侧压力差最大的地方：根据建筑阶段和使用阶段负荷的最不利组合计算，并在使用阶段和特殊载荷阶段组合中检查段强度。最浅的盖子：断面仅在使用阶段和特殊负载阶段组合中执行管强度检查。另一点，2。符合提出的安全质量指标要求：裂缝发生宽度、接缝变形和直径变形的允许量、隧道防渗指数、结构安全、内衬内部表面平整度要求、符合使用要求的工作环境，保持隧道内部干燥干净。6.5.2内力计算方法，饱和水分形成，由于较小的内摩擦角值，主动和被动土压力几乎相同，结构变形不能产生较大的阻力。假设：结构可以自由变形，不受地层约束，环被认为在与外部载荷成比例的底部地层

14、的反作用力下工作。由于刚度减小、接缝装配错误和贯通接缝装配，接缝的刚度比截面部分的刚度小得多，与整体刚性圆衬有很大区别。日本数据，连接刚度减速系数，铸铁管道=0 . 91 . 0；钢筋混凝土管道=0.50.7。总体上，饱和含水地层中允许托毛自由变形均匀环的计算方法误差。特殊情况：如果地面横截面更好，衬层变形后可以提供相应的形成阻力，则可以用具有弹性阻力的整体均质圆环计算内力。常用的是日本或苏联的假设抵抗法等。多铰链环方法将接缝视为一个“铰链”，整个环将成为多个铰链环。基准：连接方式从刚性连接切换为弹性连接。结构不稳定，但由于周围土壤提供的额外约束和多铰链环的变形，提供了相应的形成阻力，因此多铰

15、链环是稳定的。多铰环计算模式、6.5.3载荷计算、基本载荷(基本使用阶段)、临时载荷(构造阶段)和特殊载荷。1)基本负载：(1)土压力：垂直土压力、水平土压力、(2)水压：(3)衬料自重、垂直土压力、拱背压力、(104N/m)、地面超载、(2)水压圆形隧道衬砌在达到基本使用阶段之前，将保持装配中自身重量产生的力状态，不能超过基本阶段产生的内力总和和允许值。上下装配的内衬环，螺栓截面产生最大内力：与支撑弧面相对应的中心角度，1米宽衬自重，内衬内径，(2)分段装配和盾构推进引起的临时集中载荷，用环装配时分段制作精度不高，端面不均匀，拧紧螺栓时分段部分产生大应力，导致分段裂纹的情况分段误差累积也可能

16、导致屏蔽插孔在环接缝表面(尤其是偏心性)应用时分段顶部、顶部部分的分割。铸铁管片，薄壳厚度和肋逐渐转变为突然点，能承受约106N的屏蔽千斤顶顶力。改进的方法是合理选择板材样式，提高钢模具制作精度和板材混凝土强度。组装管子时提高装配质量。用错误的接缝组装也是好方法。局部凝聚在一个区域的管灌浆引起的环变形和集中载荷。很难确定载荷大小，只能采用附加安全系数来确保内衬结构的安全度。3)特殊载荷阶段，临时载荷是瞬时、短作用时间动态载荷，往往是控制衬砌结构设计的关键，在某些地区需要考虑地震力。结构动力计算通常可以按弹性或弹塑性操作进行，结构内力的计算方法与仅承受静态载荷的结构的计算方法相同。您可以相应地提

17、高材料强度，降低强度安全系数。这个讲座的重点是理解盾构计算的原理。掌握盾牌的载荷计算方法。6.5.4内衬内力计算，1)自由变形均匀环计算弹性中心法计算结构和载荷对称导致螺栓剪切力为零，是二次静态结构。力方程式为：衍生过程、环中任意截面的内力可用，如下所示：这些公式在设计中可以直接使用，表6-3，2)交叉荷载作用于隧道衬砌，部分衬砌向形成方向变形，导致地层弹性阻力的土壤的均匀环计算。弹性阻力的分布难以确定，采用了日本的三角形分布、前苏联的OE、布加耶娃的新月分布(在水力隧道中经常使用)、二次、三次抛物线分布等假设性弹性阻力分布方法。(1)假设日本按三角形分布弹性阻力的方法，温克尔局部变形理论为土壤侧向弹性阻力PK=Ky。，使用实际变形量