盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算方法

盾構(gòu)構(gòu)隧隧道道管片片結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)及及計(jì)計(jì)算算方方法法內(nèi)容容管片片類類型型管片片尺尺寸寸設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)作用用荷荷載載計(jì)算算模模型型結(jié)構(gòu)構(gòu)驗(yàn)驗(yàn)算算管片片堆堆放放及及吊吊裝裝管片片類類型型分類標(biāo)準(zhǔn)管片材料管片形狀管片類型（1）鋼管片（2）鋼筋混凝土管片（1）矩形管片（2）楔形管片（3）梯形管片（4）六邊形管片（5）箱形管片梯形形管管片片矩形形管管片片楔形形管管片片六邊邊形形管管片片箱形形管管片片管片片尺尺寸寸設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)管片片環(huán)環(huán)的的外外徑徑取決決于于隧隧道道隧隧道道凈凈空空和和襯襯砌砌厚厚度度（（管管片片厚厚度度與與二二次次襯襯砌砌厚厚度度））考慮慮施施工工誤誤差差與與后后期期變變形形等等管片片的的厚厚度度主要要由由荷荷載載條條件件決決定定，，兼兼顧顧隧隧道道施施工工條條件件和和使使用用目目的的同一一條條隧隧道道一一般般采采用用統(tǒng)統(tǒng)一一厚厚度度，，通通過過調(diào)調(diào)整整配配筋筋來(lái)來(lái)滿滿足足受受力力要要求求管片片的的寬寬度度從降降低低工工程程成成本本，，減減少少接接頭頭，，提提高高防防水水性性能能，，加加快快施施工工速速度度方方面面考考慮慮，，管管片片寬寬度度大大些些好好為便便于于運(yùn)運(yùn)輸輸、、組組裝裝以以及及在在隧隧道道曲曲線線上上的的施施工工，，管管片片寬寬度度小小一一些些好好根據(jù)據(jù)隧隧道道斷斷面面，，結(jié)結(jié)合合施施工工機(jī)機(jī)械械情情況況和和實(shí)實(shí)際際工工程程經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，，選選擇擇在在經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)、、施施工工方方面面均均較較合合理理的的寬寬度度中至至大大直直徑徑隧隧道道管管片片寬寬度度一一般般為為1000~2000mm，隧隧道道直直徑徑大大則則采采用用的的管管片片寬寬管片片的的分分塊塊滿足足管管片片運(yùn)運(yùn)輸輸、、吊吊裝裝和和拼拼裝裝的的要要求求考慮慮封封頂頂塊塊的的拼拼裝裝方方式式和和連連接接螺螺栓栓的的布布置置與與形形式式據(jù)以以往往經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，，管管片片環(huán)環(huán)一一般般由由5~11塊管管片片組組成成，，小小直直徑徑隧隧道道管管片片數(shù)數(shù)少少作用用荷荷載載特殊殊說(shuō)說(shuō)明明：：1.上覆覆荷荷載載&地面面活活載載：：隧隧道道埋埋深深越越大大，，地地表表荷荷載載對(duì)對(duì)之之影影響響越越小小，，如如塌塌落落拱拱高高度度小小于于隧隧道道埋埋深深，，可可以以不不考考慮慮上上覆覆荷荷載載2.溫度度變變化化的的影影響響：：隧隧道道內(nèi)內(nèi)一一年年內(nèi)內(nèi)溫溫差差變變化化較較小小，，通通常常不不考考慮慮由由于于溫溫度度變變化化所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的荷荷載載3.盾構(gòu)構(gòu)施施工工荷荷載載：：盾構(gòu)構(gòu)推推進(jìn)進(jìn)油油缸缸的的推推力力作用用在在管管片片上上的的裝裝配配荷荷載載壁后后注注漿漿壓壓力力計(jì)算算模模型型1.平均均等等剛剛度度圓圓環(huán)環(huán)2.多鉸鉸圓圓環(huán)環(huán)3.梁–彈簧簧模模型型4.有限限元元法法考慮慮接接縫縫的的存存在在，，截截面面剛剛度度按按如如下下公公式式（（MuirWood）折折減減：：EIe=E*[Ij+I*(4/n)^2]其中中Ij為縱縱向向接接縫縫截截面面慣慣性性矩矩，，I為管管片片截截面面慣慣性性矩矩，，n為接接縫縫數(shù)數(shù)量量計(jì)算算模模型型將縱縱向向接接頭頭作作為為鉸鉸接接結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)來(lái)來(lái)計(jì)計(jì)算算1.平均均等等剛剛度度圓圓環(huán)環(huán)2.多鉸鉸圓圓環(huán)環(huán)3.梁–彈簧簧模模型型4.有限限元元法法計(jì)算算模模型型將縱縱向向接接縫縫考考慮慮為為旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)及及剪剪切切彈彈簧簧，，旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)及及剪剪切切剛剛度度宜宜根根據(jù)據(jù)實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)確確定定；；如如將將剪剪切切彈彈簧簧常常數(shù)數(shù)設(shè)設(shè)為為零零，，當(dāng)當(dāng)旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彈彈簧簧常常數(shù)數(shù)為為零零時(shí)時(shí)，，則則與與多多鉸鉸圓圓環(huán)環(huán)計(jì)計(jì)算算法法相相同同，，當(dāng)當(dāng)它它被被設(shè)設(shè)為為無(wú)無(wú)限限大大時(shí)時(shí)，，則則與與平平均均等等剛剛度度圓圓環(huán)環(huán)法法相相同同。。1.平均均等等剛剛度度圓圓環(huán)環(huán)2.多鉸鉸圓圓環(huán)環(huán)3.梁–彈簧簧模模型型4.有限限元元法法計(jì)算算模模型型1.平均均等等剛剛度度圓圓環(huán)環(huán)2.多鉸鉸圓圓環(huán)環(huán)3.梁–彈簧簧模模型型4.有限限元元法法結(jié)構(gòu)構(gòu)驗(yàn)驗(yàn)算算通過過以以上上計(jì)計(jì)算算模模型型運(yùn)運(yùn)算算，，可可以以得得到到管管片片在在各各工工況況下下各各截截面面的的內(nèi)內(nèi)力力，，包包括括彎彎矩矩M、軸軸力力N和剪剪力力Q。需需要要開開展展的的（（但但不不限限于于））的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)驗(yàn)驗(yàn)算算包包括括1）管管片片主主截截面面承承載載能能力力極極限限狀狀態(tài)態(tài)計(jì)計(jì)算算，，關(guān)關(guān)鍵鍵的的斷斷面面包包括括正正彎彎矩矩最最大大的的截截面面、、負(fù)負(fù)彎彎矩矩最最大大的的截截面面、、軸軸力力最最大大的的截截面面和和剪剪力力最最大大的的截截面面2）管管片片在在正正常常使使用用狀狀態(tài)態(tài)下下的的鋼鋼筋筋混混凝凝土土裂裂縫縫寬寬度度驗(yàn)驗(yàn)算算3）縱縱向向和和環(huán)環(huán)向向接接縫縫承承載載能能力力驗(yàn)驗(yàn)算算4）接接縫縫連連接接螺螺栓栓強(qiáng)強(qiáng)度度驗(yàn)驗(yàn)算算5）推推進(jìn)進(jìn)油油缸缸推推力力的的安安全全性性驗(yàn)驗(yàn)算算6）管管片片吊吊裝裝與與堆堆放放設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)驗(yàn)驗(yàn)算算管片片主主截截面面承承載載能能力力極極限限狀狀態(tài)態(tài)驗(yàn)驗(yàn)算算依據(jù)據(jù)規(guī)規(guī)范范BS8110-3:1985DesignChart進(jìn)行行管管片片配配筋筋考慮慮彎彎矩矩和和軸軸力力所所設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的截截面面有有足足夠夠的的抗抗剪剪強(qiáng)強(qiáng)度度，，可可以以不不作作抗抗剪剪驗(yàn)驗(yàn)算算結(jié)構(gòu)構(gòu)驗(yàn)驗(yàn)算算正常常使使用用狀狀態(tài)態(tài)管管片片的的裂裂縫縫寬寬度度驗(yàn)驗(yàn)算算采用用規(guī)規(guī)范范BS8110-2:1985Section3.4中公公式式12計(jì)算算裂縫縫寬寬度度不不超超過過規(guī)規(guī)范范BS8110-2:1985Clause3.2.4規(guī)定定值值（（一一般般為為0.3mm)公式式12公式式13結(jié)構(gòu)構(gòu)驗(yàn)驗(yàn)算算結(jié)構(gòu)構(gòu)驗(yàn)驗(yàn)算算縱向向接接縫縫承承載載力力驗(yàn)驗(yàn)算算混凝凝土土承承載載力力(BearingCapacity)要考考慮慮最最大大軸軸力力和和最最大大彎彎矩矩兩兩種種情情況況A.國(guó)內(nèi)內(nèi)按按《混凝凝土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)規(guī)范范》（GB50010-2002)要求求設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)B.香港港按按CodeofPracticeforPrecastConcreteConstruction2003––Clause2.7.9驗(yàn)算算））和一般般錯(cuò)錯(cuò)縫縫組組裝裝管管片片環(huán)環(huán)，，鄰鄰近近管管片片會(huì)會(huì)分分擔(dān)擔(dān)接接縫縫處處部部分分內(nèi)內(nèi)力力，，所所以以建建議議在在驗(yàn)驗(yàn)算算縱縱向向管管片片接接縫縫混混凝凝土土承承載載能能力力的的時(shí)時(shí)候候要要將將最最大大軸軸力力和和彎彎矩矩進(jìn)進(jìn)行行折折減減，，折折減減系系數(shù)數(shù)可可根根據(jù)據(jù)實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)或或經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)確確定定(目前前香香港港未未考考慮慮折折減減)結(jié)構(gòu)構(gòu)驗(yàn)驗(yàn)算算縱向向接接縫縫承承載載力力驗(yàn)驗(yàn)算算2.螺栓栓錨錨固固端端混混凝凝土土強(qiáng)強(qiáng)度度驗(yàn)驗(yàn)算算按CodeofPracticeforStructuralUseofConcrete2004Clause12.11計(jì)算算所所需需鋼鋼筋筋量量結(jié)構(gòu)構(gòu)驗(yàn)驗(yàn)算算縱向向接接縫縫承承載載力力驗(yàn)驗(yàn)算算3.螺栓栓強(qiáng)強(qiáng)度度驗(yàn)驗(yàn)算算由自自重重荷荷載載(Ws=F1)產(chǎn)生生的的剪剪力力與與拉拉力力Fs1=Ws*cosαα/n<Ps=0.6*Py*AsFt1=Ws*sinα/n<Pt假定定：：緩緩沖沖墊墊上上的的所所有有壓壓力力(F2)均由由螺螺栓栓施施加加Fs2=F2*sinα/n<PsFt2=F2*cosα/n<Pt拉剪剪組組合合(CodeofPracticeforStructuralUseofSteel2005,Cl9.3.8|(Fs1+Fs2)|/Ps+|(Ft1+Ft2)|/Pt<1.4其中中Ws:管片片自自重重α:螺栓栓與與水水平平面面夾夾角角n:管片片環(huán)環(huán)向向螺螺栓栓數(shù)數(shù)量量Ps:單個(gè)個(gè)螺螺栓栓抗抗剪剪能能力力Pt:單個(gè)個(gè)螺螺栓栓抗抗拉拉能能力力F1F2結(jié)構(gòu)構(gòu)驗(yàn)驗(yàn)算算環(huán)向向接接縫縫承承載載力力驗(yàn)驗(yàn)算算混凝凝土土承承載載力力(BearingCapacity)在油油缸缸推推力力作作用用下下的的承承載載力力計(jì)計(jì)算算按按局局部部受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件進(jìn)進(jìn)行行驗(yàn)驗(yàn)算算F(油缸缸總總推推力力)*Fc(安全全系系數(shù)數(shù))/A(受壓壓面面積積)<0.4*fcu(混凝凝土土特特征征抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度)螺栓栓強(qiáng)強(qiáng)度度驗(yàn)驗(yàn)算算抗剪剪能能力力Ws(管片片自自重重)/n(管片片環(huán)環(huán)向向螺螺栓栓數(shù)數(shù)量量)<Ps(單個(gè)個(gè)螺螺栓栓抗抗剪剪能能力力)抗拉拉能能力力Ft(緩沖沖墊墊所所能能承承受受的的最最大大壓壓力力即即作作用用在在螺螺栓栓上上的的最最大大拉拉力力)/n(管片片環(huán)環(huán)向向螺螺栓栓數(shù)數(shù)量量)<Pt單個(gè)個(gè)螺螺栓栓抗抗拉拉能能力力)拉剪剪組組合合Ws/Ps+Ft/Pt<1.4結(jié)構(gòu)構(gòu)驗(yàn)驗(yàn)算算緩沖沖墊墊結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)驗(yàn)驗(yàn)算算承受受管管片片間間擠擠壓壓力力能能力力(軸力力Nmax)承受受地地下下水水壓壓能能力力(basingongasketoffsetandmax.gap)管片片堆堆放放及及吊吊裝裝一般般一一個(gè)個(gè)管管片片環(huán)環(huán)上上的的所所有有管管片片堆堆在在一一堆堆二個(gè)個(gè)墊墊塊塊的的位位置置選選擇擇應(yīng)應(yīng)保保證證由由管管片片自自重重產(chǎn)產(chǎn)生生的的正正、、反反彎彎矩矩基基本本相