地下工程第三篇第三章

1、第二篇第二篇 盾構(gòu)法修建的地下工程盾構(gòu)法修建的地下工程第一章第一章 概述概述第二章第二章 盾構(gòu)法隧道施工盾構(gòu)法隧道施工第三章第三章 盾構(gòu)法隧道設(shè)計盾構(gòu)法隧道設(shè)計第四章第四章 盾構(gòu)法在不同地下工程中的應(yīng)用盾構(gòu)法在不同地下工程中的應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 盾構(gòu)幾何尺寸的選定盾構(gòu)幾何尺寸的選定主要指盾構(gòu)外徑主要指盾構(gòu)外徑D和盾構(gòu)長度和盾構(gòu)長度L、盾構(gòu)靈敏度、盾構(gòu)靈敏度L/D。 最小建筑空隙值最小建筑空隙值x ：x=m=mD=d+2(x+ )=0.02+0.01（D-4）dl盾構(gòu)長度LL=L0+L1+L2+L3L0盾尾長度；L1支承環(huán)長度；L2切口環(huán)長度；L3前檐長度。 盾構(gòu)靈敏度L/D 經(jīng)驗數(shù)值 :小型盾構(gòu)

2、D=23m，L/D=1.5中型盾構(gòu)D=36m, L/D=1.00大型盾構(gòu)D=69m, L/D=0.75特大型盾構(gòu)D12m, L/D=0.450.75第二節(jié) 盾構(gòu)千斤頂推力計算阻力包括：盾構(gòu)外表面與四周地層的摩阻力；盾尾內(nèi)殼與襯砌結(jié)構(gòu)之間的摩阻力；盾構(gòu)切口部分刃口切入土層的阻力；盾構(gòu)切口環(huán)切入土層時的正面阻力；開挖面正面支撐阻力；以及盾構(gòu)自重引起的阻力，糾偏時的阻力，局部氣壓或泥水壓力，阻力板阻力等。 日本盾構(gòu)總推力經(jīng)驗公式2(70100)()4PDN第三節(jié) 裝配式圓形襯砌設(shè)計“管片”是建成隧道后的永久性支撐結(jié)構(gòu)，應(yīng)滿足強度要求、使用要求；施工階段須裝配簡便、容易替換、承受盾構(gòu)千斤頂頂力及其它施

3、工荷載。 國內(nèi)外常用的環(huán)寬是7501000m；曲線段推進時設(shè)有楔形管片，按隧道曲率半徑計算； 管片厚度一般為250600mm。 環(huán)寬與厚度分塊 大斷面隧道可分成6810塊，小斷面可分為46塊。 管片的最大弧長一般不超過4 m，管片愈薄其長度應(yīng)越短。 拼裝型式一般有通縫、錯縫拼裝兩種?？v縫環(huán)環(huán)對齊的稱通縫，適用于需要拆除管片修建旁側(cè)通道或結(jié)構(gòu)需要比較柔的情況下，以便于進行結(jié)構(gòu)處理。 縱縫互相錯開，對稱錯縫，其優(yōu)點在于能加強圓環(huán)接縫剛度，使圓形結(jié)構(gòu)可近似地按均質(zhì)圓環(huán)等剛度考慮，因此使用較普遍的，缺點是錯縫拼裝容易使管片頂碎。環(huán)、縱向螺栓環(huán)向螺栓根據(jù)接縫內(nèi)力情況可設(shè)置成單排或雙排。雙排：外排螺栓抵抗

4、負彎矩，內(nèi)排螺栓抵抗正彎矩?？v向螺栓目的是使隧道襯砌結(jié)構(gòu)具有抵抗隧道縱向變形的能力 ，一塊管片設(shè)34個螺栓。螺栓材料一般采用高強度合金鋼，直螺栓 。第四節(jié) 襯砌內(nèi)力計算與管片結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 設(shè)計原則設(shè)計原則 隧道襯砌費用占40%50%，安全可靠、經(jīng)濟合理 。1.滿足結(jié)構(gòu)的強度和剛度 ：土層壓力、水壓力以及特殊荷載，按梁式模型計算埋在土中圓環(huán)的內(nèi)力和位移，以及管片（如鋼筋混凝土管片）的裂縫寬度限制等。 覆土最深、頂壓與側(cè)壓相差最大處：按施工階段和使用階段荷載最不利組合情況下計算，同時按使用階段與特殊荷載階段組合情況下的管片強度驗算 。 覆土最淺處：斷面僅進行使用階段和特殊荷載階段組合情況下的管片

5、強度驗算。2.滿足所提出的安全質(zhì)量指標(biāo)要求：裂縫開展寬度，接縫變形和直徑變形的允許量，隧道抗?jié)B防漏指標(biāo)，結(jié)構(gòu)安全度，襯砌內(nèi)表面平整度要求 ，滿足使用要求的工作環(huán)境，保持隧道內(nèi)部的干燥和潔凈。 4.2 內(nèi)力計算法1不考慮彈性反力飽和含水地層中 ，因內(nèi)擦角值很小，主動與被動土壓力幾乎是相等，結(jié)構(gòu)變形不能產(chǎn)生很大抗力 。假定：結(jié)構(gòu)可以自由變形，不受地層約束，認為圓環(huán)只是處在外部荷載及與之平衡的底部地層反力作用下工作.不考慮彈性反力的計算方法，也稱為自由變形圓環(huán)計算方法。（1 1）圍巖壓力作用下自由變形圓環(huán)的計算）圍巖壓力作用下自由變形圓環(huán)的計算 采用彈性中心法。采用彈性中心法。 由于結(jié)構(gòu)和荷載對稱，

6、拱頂剪力為由于結(jié)構(gòu)和荷載對稱，拱頂剪力為0 0，整個圓環(huán)為二次超靜定結(jié)構(gòu)。，整個圓環(huán)為二次超靜定結(jié)構(gòu)。 根據(jù)彈性中心處的相對角變和相對水平位移等于零的條件，列出力法典根據(jù)彈性中心處的相對角變和相對水平位移等于零的條件，列出力法典型方程：型方程：（2 2）裝配階段自重作用下自由變形圓環(huán)的計算）裝配階段自重作用下自由變形圓環(huán)的計算 4.2 內(nèi)力計算法2假定彈性反力的計算方法假定彈性反力的計算方法 （1 1）日本慣用方法）日本慣用方法 假定彈性反力為三角形分布。假定彈性反力為三角形分布。（2 2）布加耶娃法）布加耶娃法 假定圓環(huán)受到豎向荷載后，其頂部變形是朝襯砌內(nèi)的，不產(chǎn)假定圓環(huán)受到豎向荷載后，其頂

7、部變形是朝襯砌內(nèi)的，不產(chǎn)生彈性抗力，形成頂拱生彈性抗力，形成頂拱9090范圍的脫離區(qū)。其余部分產(chǎn)生朝向范圍的脫離區(qū)。其余部分產(chǎn)生朝向地層的變形，因此產(chǎn)生了彈性反力。彈性反力分布圖形呈一新地層的變形，因此產(chǎn)生了彈性反力。彈性反力分布圖形呈一新月形。假定水平直徑處的變形為月形。假定水平直徑處的變形為ya，底部變形為，底部變形為yb。4.3 內(nèi)力計算法3多鉸圓環(huán)法將管片接縫看作為一個“鉸”，整個圓環(huán)變成一個多鉸圓環(huán)。基于：連接方法由剛性連接向柔性連接過渡。雖屬不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，但因有外圍土層提供的附加約束和多鉸圓環(huán)的變形而提供了相應(yīng)的地層抗力，促使多鉸圓環(huán)仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。 適用于裝配式襯砌結(jié)構(gòu)，構(gòu)造接縫螺

8、栓可作為鉸處理。適用于裝配式襯砌結(jié)構(gòu)，構(gòu)造接縫螺栓可作為鉸處理。 （1 1）日本山本稔（）日本山本稔（rn ）法）法假定：1）適用于圓形結(jié)構(gòu)；2）管片作剛體處理；3）彈性反力按均布形式分布，方向指向圓心；4）不計圓環(huán)與地層之間的摩擦；5）地層彈性反力和變形間的關(guān)系按溫克爾假定計算。 （2 2）前蘇聯(lián)多鉸圓環(huán)）前蘇聯(lián)多鉸圓環(huán) 假定襯砌與地層之間不產(chǎn)假定襯砌與地層之間不產(chǎn)生相對位移，彈性反力分布形生相對位移，彈性反力分布形式不同于日本法。式不同于日本法。4.4 內(nèi)力計算法4有限單元法盾 構(gòu) 隧 道 所 處 地 層 參 數(shù) 平 均 化l 襯砌自重工況位移、破壞區(qū)分布圖 自重作用下，襯砌的最大變形為3

9、.78mm，上部與圍巖產(chǎn)生張開脫離現(xiàn)象，最大脫離間距為1.453mm。 l 襯砌自重工況應(yīng)力矢量及云圖l 襯砌自重工況彎矩、軸力、安全系數(shù)圖l 襯砌受內(nèi)水壓力工況位移、破壞區(qū)分布 內(nèi)水壓力作用下，襯砌上部最大變形為3.105mm，上部與圍巖脫離間距減小為0.286mm，底部最大變形為4.890mm。襯砌基本被拉壞。l 襯砌受內(nèi)水壓力工況應(yīng)力矢量、云圖l 襯砌受內(nèi)水壓力工況彎矩、軸力、安全系數(shù)圖l 襯砌受外水壓力工況位移、破壞區(qū)分布 在外水壓力及自重作用下，襯砌的最大變形為4.25mm，上部與圍巖產(chǎn)生張開脫離現(xiàn)象，最大脫離間距為4.62mm。在外水壓力作用下，襯砌主要受壓力作用，襯砌及附近圍巖產(chǎn)

10、生了卸荷回彈和剪切破壞，沒有拉裂區(qū)。 l 襯砌受外水壓力工況應(yīng)力矢量、云圖l 襯砌受外水壓力工況彎矩、軸力、安全系數(shù)圖l 襯砌開裂裂縫寬度計算內(nèi)水壓力作用下裂縫寬度分布圖（mm）內(nèi)水壓力的影響較其他荷載大得多，因此裂縫開展較均勻，平均寬度為0.12mm， 小于最大裂縫寬度允許值。l 襯砌結(jié)構(gòu)配筋內(nèi)水壓力作用下環(huán)向配筋率分布圖（%）斷面環(huán)向配筋率為0.95%1.04%，可以采用525225鋼筋配置。R 5 . 0 2 0 mR 5 . 5 0 0 m1 1 . 2 5 0 5 . 6 2 5 y盾構(gòu)隧道設(shè)計與分析算例盾構(gòu)隧道設(shè)計與分析算例 盾構(gòu)襯砌環(huán)，內(nèi)徑10.040m,外徑11.000m,襯砌

11、寬度1.0m,受到垂直壓力p=226.3KN/m，頂部水平側(cè)壓力q1 =90.5KN/m，底部水平側(cè)壓力q2 =162.5KN/m ，自重g=12.0KN/m，管片截面的計算參數(shù)如下：彈性模量E=3.5107KPa，轉(zhuǎn)動慣量I=9.21610-3m4 ，面積A=0.48m2 ，地層反力系數(shù)為K=1.5104KN/m3 。第五節(jié) 荷載計算（1）荷載分類日本盾構(gòu)隧道規(guī)范的分類方法土柱理論（H=2D）1010/tan0/tan011)1 (tan)/(BHKBHKvepeKBcB)22/4/cot(01 RB水壓力計算cDwHwH+cDwwwHP1)(2cwwwDHP1wP2wPwHwHcDwwwH

12、P1)(2cwwwDHPcD整體坐標(biāo)系施加局部坐標(biāo)系施加（3）自重cRWg211gg修正慣用法對自重反力的假設(shè) g梁彈簧模型對自重反力的假設(shè) 慣用計算法中的地層抗力假設(shè)4545maxpmaxpPmaxPmax 地層彈簧法約 束 彈 簧 采 用單 一 剛 度 系 數(shù)1k2k2k3kPgPg 局部地層彈簧模式 全周地層彈簧模式 局部地層彈簧與全周地層彈簧nnnUKFsssUKFsKnK0nnUK0nnUK0nsUK0nsUK（5）、注漿荷載最 大 注 漿 壓 力注 漿 孔平 均 注 漿 壓 力注 漿 孔單孔注漿壓力分布模式xy1p122p注 漿 孔整環(huán)注漿壓力分布模式（6）、地震荷載21e21F22e21F21e22e擬靜法（7）、荷載分布模式假設(shè)Px2Py3Px4Px1Py1Px3Py4Py2YXX向矩形分布y向梯形分布P y 3P y 1P y 4P y 2P x 2P x 4P