管幕预筑结构设计规范(T-CSRME 015—2021).pdf

书 书 书犐 犆犛 犘 团体标准犜犆犛犚犕犈 管幕预筑结构设计规范犇 犲 狊 犻 犵 狀狊 狆 犲 犮 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀犳 狅 狉狆 犻 狆 犲 狉 狅 狅 犳狆 狉 犲 犮 狅 狀 狊 狋 狉 狌 犮 狋 犻 狅 狀狊 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犲 狊 发布 实施中国岩石力学与工程学会 发布书 书 书团 体 标 准管幕预筑结构设计规范 犜犆犛犚犕犈 主编单位：中国铁建股份有限公司中铁十四局集团有限公司石家庄铁道大学批准单位：中国岩石力学与工程学会中国标准出版社北京前言本标准按照中国岩石力学与工程学会团体标准编制管理办法和工程建设标准编写规定等相关要求，参考国内相关标准，并在广泛征求意见的基础上编制而成。本标准共分 章，主要技术内容包括：总则；术语和符号；基本规定；工程勘察与调查；建筑材料；荷载；结构设计；辅助设计；监测；设计成果。本标准由中国岩石力学与工程学会负责归口管理，中铁十四局集团有限公司负责条文内容的解释。在采用过程中，如发现问题请及时反馈，以便修订时完善。反馈意见请联系中铁十四局集团有限公司（地址：山东济南历下区奥体西路 号铁建大厦座，邮政编码：，电话：，邮箱：）。主 编 单 位：中国铁建股份有限公司中铁十四局集团有限公司石家庄铁道大学参 编 单 位：中铁第一勘察设计院集团有限公司中铁第四勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁十一局集团有限公司中铁十六局集团有限公司中铁十八局集团有限公司中铁二十局集团有限公司主要起草人：雷升祥李占先刘勇韩石丁正全邹春华王焕薛峰张艳青韩智铭樊浩博许和平肖明清王可用邓朝辉韩仲慧李腾黄双林张志勇梅灿王妍冀国栋吴圣智刘永奎仲文强王伟伟夏明锬赵静波李永刚王洪坤王春芳朱勇主要审查人：李术才宋胜武郭熙灵黄理兴陈志龙李国良朱合华朱丹薛强徐速超朱翔华李利平陈树林李秀领谢雄耀高睿李源潮陈健肖铭钊唐传政朱杰兵林作忠熊晓晖油新华吴应明引言管幕预筑结构一体化建造方法凝聚了国家重点研发计划“城市地下大空间安全施工关键技术”项目研究成果，总结了典型工程设计、施工及监测工作中的实践经验，为城市敏感区、对沉降控制有特殊要求的浅埋地下大空间工程，提供了一种可供选择的安全建造方式，推动了浅埋暗挖施工技术的进步和革新。管幕预筑结构一体化建造方法是在拟建地下工程设计的轮廓位置顶进大直径钢管群，通过切割相邻钢管并焊接连接钢板和切口支撑形成管幕，作为临时支撑体系，在管幕内浇筑钢筋混凝土形成封闭的一体化管幕预筑结构，在管幕预筑结构的保护下开挖土体形成地下大空间。即超前施作管幕一体化封闭结构，然后开挖土体，有效降低施工风险。本标准的发布机构提请注意，声明符合本标准时，可能涉及到“管幕钢管连接结构”（）、“一种封闭的预支护隧道结构”（）、“一种管幕结构法施工地层变位和结构受力变形监测系统”（）和“管幕结构”（）等相关专利的使用。本标准的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场。该专利权人已经向本标准的发布机构保证，他愿意任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下，就专利授权许可进行谈判。该专利权人的声明已在本标准的发布机构备案。相关信息可以通过以下方式获得：专利权人：中国铁建股份有限公司、中铁第四勘察设计院集团有限公司、中铁十四局集团有限公司。专利权人地址：北京市海淀区复兴路 号铁建大厦、湖北省武汉市武昌杨园和平大道 号、山东济南历下区奥体西路 铁建大厦座。请注意除了上述专利外，本标准的某些内容仍可能涉及专利。本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任。目次总则（）术语和符号（）术语（）符号（）基本规定（）工程勘察与调查（）一般规定（）工程勘察（）建（构）筑物调查（）建筑材料（）一般规定（）钢管及钢板（）混凝土（）钢筋（）防水材料（）注浆材料（）荷载（）一般规定（）荷载分类及组合（）永久荷载（）可变荷载（）偶然荷载（）结构设计（）一般规定（）横纵断面设计（）承载能力极限状态计算（）正常使用极限状态计算（）构造及连接设计（）施工过程结构计算（）防水、防火及耐久性设计（）辅助设计（）一般规定（）工作井设计（）管棚帷幕设计（）减阻设计（）管间土加固设计（）监测（）一般规定（）地表沉降监测（）管幕预筑结构监测（）监测预警（）设计成果（）本标准用词说明（）引用标准名录（）附：条文说明（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（），（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）：（）总则 为规范管幕预筑结构设计，做到安全可靠、经济适用、节能环保、技术先进，制定本标准。本标准适用于地下空间的管幕预筑结构设计。管幕预筑结构设计除应符合本标准外，尚应符合国家、行业有关标准的规定。术语和符号 术语 管幕预筑结构狆 犻 狆 犲 狉 狅 狅 犳狆 狉 犲 犮 狅 狀 狊 狋 狉 狌 犮 狋 犻 狅 狀狊 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犲沿拟建地下工程设定的轮廓位置顶进钢管群，然后在钢管内切割、焊接，将钢管环向连通后绑扎钢筋、浇筑混凝土，形成的一体化结构。单次切割长度狅 狀 犲犮 狌 狋犾 犲 狀 犵 狋 犺沿钢管纵向一次切割尺寸。连接钢板犮 狅 狀 狀 犲 犮 狋 犻 狀 犵狊 狋 犲 犲 犾狆 犾 犪 狋 犲管幕结构相邻钢管切割后，通过焊接形成封闭空间结构的钢板。切口支撑犮 狌 狋狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋通过焊接钢管支撑切口处连接钢板的构件。钢板混凝土结构狊 狋 犲 犲 犾狆 犾 犪 狋 犲犮 狅 狀 犮 狉 犲 狋 犲狊 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犲由两侧钢板加内部钢筋混凝土形成的协同受力体系。连接件犮 狅 狀 狀 犲 犮 狋 狅 狉设置于两层圆弧钢板间的连接构件。工作井狑狅 狉 犽 犻 狀 犵狊 犺 犪 犳 狋用于顶管机组装、拆卸、调运钢管和材料、出土等的竖井，包括始发井、接收井等。始发井狊 狋 犪 狉 狋 犻 狀 犵狊 犺 犪 犳 狋用于顶管机组装、调运钢管和材料，并进行顶进作业和出土的工作井。接收井犪 狉 狉 犻 狏 犻 狀 犵狊 犺 犪 犳 狋用于接收、拆卸顶管机的工作井。符号 作用和作用效应犻 管幕上部犻层地层重度；管顶土的摩擦角；犆 结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值；犉 钢管顶力设计值；犉 犻 管幕上部竖向地层压力标准值；犕 截面上的弯矩设计值；犖 与弯矩设计值犕对应的轴向压力设计值；犙犻 地面堆载或车载传递至管道顶压力的较大标准值；犚 结构构件抗力的设计值；犛 荷载组合的效应设计值；犮 土的黏聚力。应力、抗力和材料性能 钢管管壁的最大组合折算应力；钢板的应力；钢管管壁的纵向应力；钢管管壁横截面最大环向应力；钢管管材的泊松比；犈 钢板的弹性模量；犈 混凝土的弹性模量；犈 钢管管侧原状土的变形模量；犈 钢筋的弹性模量；犞 单位宽度钢板混凝土构件的平面外抗剪承载力设计值；犳 钢板的抗拉强度设计值；犳 钢板的抗压强度设计值；犳 钢板的屈服强度标准值；犳 混凝土的轴心抗压强度标准值；犳 混凝土的轴心抗拉强度标准值；犳 混凝土的轴心抗压强度设计值；犳 混凝土的轴心抗拉强度设计值；犳 钢筋的抗拉强度设计值；犳 钢筋的抗压强度设计值。几何参数犜 钢管的计算温差；界限受压区高度；犃 单位宽度构件受拉区钢板的等效截面积；犃 单位宽度构件受压区钢板的等效截面积；犃 钢管的最小有效传力面积；犃 单位宽度钢板混凝土构件中单侧钢板的截面积；犃 受拉区纵向钢筋的截面面积；犃 受压区纵向钢筋的截面面积；犃 单位宽度钢板混凝土构件的截面面积；犃 切口支撑的截面面积；犃 箍筋的截面面积；犃 连接件的截面面积；犅 管幕预筑结构的外轮廓宽度；犅 工作井的内净宽度；犅 单根顶管管顶上部地层压力传递至管顶处的影响宽度；犇 钢管的计算直径；犇 钢管的外径；犎 工作井底板面的最小深度；犎 管幕预筑结构顶面外层至原状地面的埋置深度；犔 工作井的最小内净长度；犚 钢管顶进施工变形形成的曲率半径；犠 管幕预筑结构上方及地面沉降监控的量测范围；犪 纵向受拉钢筋和受拉钢板的合力点至截面受拉边缘的距离；犪 纵向受压钢筋和受压钢板的合力点至截面受压边缘的距离；犪 受拉区钢筋合力作用点至受压边缘的距离；犪 受压区钢筋合力点至受压边缘的距离；犫 截面宽度；犱 连接件的直径；犲 轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离；犲 轴向压力对截面重心的偏心距；犲 附加偏心距；犲犻 初始偏心距；钢管顶进的允许偏差；犺 最小截面高度；犺 截面有效高度；犺 管底操作空间；犺犻 上部犻层地层的厚度；犻 地面沉降曲线的沉降槽宽度；犽 后座和顶铁的厚度及安装富余量；犾 顶管机下井时的最小长度；犾 下井管节长度；犾 千斤顶的长度；犾 留在井内的管道最小长度；狉 钢管的计算半径；狊 钢管顶进出现偏差的最小间距；狊 相邻连接钢板中心间距；狊 连接件的纵向间距；狊 箍筋的环向间距；狊 箍筋的纵向间距；狋 管壁的计算厚度；狋 受压钢板的厚度；狋 受压钢板的等效厚度；狋 混凝土的截面厚度；狓 混凝土等效受压区高度。计算系数 受压区混凝土压应力影响系数；材料的线膨胀系数；受压区混凝土应力图形影响系数；结构重要性系数；顶力分项系数；应力折减系数；原状土内摩擦系数；单侧钢板含钢率；钢管稳定系数；可变作用组合系数；犆犼 顶管竖向地层压力系数；犓 原状土的主动土压力系数；犽 钢管管道结构自重作用下管壁截面的最大弯矩系数；犽 竖向土压力作用下管壁截面的最大弯矩系数；犽 管内水重作用下管壁截面的最大弯矩系数。基本规定 管幕预筑结构设计应结合所处的工程地质和水文地质条件、风险源的种类、风险的性质及接近程度等具体情况，采取相应的技术措施，对工程自身风险和环境风险进行控制。管幕预筑结构设计计算应采用符合实际的力学模型，分别按照施工阶段和使用阶段最不利的荷载组合，对结构进行承载能力极限状态及正常使用极限状态验算。结构防水设计应遵循“以防为主、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则。应根据管幕预筑结构的重要性和工程类别，按照建筑工程抗震设防分类标准 和建筑结构抗震设计规范 划分抗震设防类别，确定结构的抗震等级。防火设计应按照建筑设计防火规范 ，并结合地下结构实际情况综合确定。管幕预筑结构与其他结构型式组合设计时，应分别符合各自结构型式的相关规范规定，且相邻结构间应连接可靠。在砂土或饱和黏性土地层，下穿或邻近建（构）筑物区段施工的管幕预筑结构，应根据具体情况进行管棚帷幕设计和管间土加固设计。工程勘察与调查 一般规定 工程勘察应结合场地、周边环境及工程特点制定勘察方案，查明工程地质与水文地质条件。工程调查的对象应包括邻近建（构）筑物以及路基、桥梁、管线等，调查时应收集详细的竣工资料。工程勘察应提出地质参数和工程措施建议，工程调查应对建（构）筑物的影响范围、影响强度及影响时间进行评估。工程勘察 工程勘察应符合岩土工程勘察规范 的相关规定。工程勘察应重点查明高灵敏度软地层、松散砂地层、高塑性黏性地层、含承压水砂层、软硬不均地层、含漂石或卵石等地层分布和物质组成特征，分析评价其对施工的影响。场地附近存在孤石、地下障碍物、有害气体等，对工程设计方案和施工有重大影响时，应进行专项勘察并提出地质评价和处理建议。勘探孔宜在结构两侧交叉布置，水位线下大直径勘探孔宜布置在结构外侧 处。顶进始发段、接收段工程勘察应符合下列规定：连续取土孔不应少于个；结构覆土厚度小于 时，至少布设一个勘探孔；覆土厚度大于 时，应在结构两侧各布设一个勘探孔；结构跨度大于的应增设勘探孔。对设防烈度等于或大于度的场地，应评价其地震液化的可能性。建（构）筑物调查 地上建（构）筑物调查内容应包括建筑类型、高度、结构型式、基础型式、基础埋深（标高）、使用年限和维护情况。地下建（构）筑物调查应包括空间形态、边界范围、结构型式、基础类型、使用现状及运营病害情况。路基工程调查应包括铁路（含轨道交通）或道路等级、结构材料及尺寸、支挡结构型式及地基与基础型式。桥梁工程调查应包括桥梁类型、结构布置及尺寸、基础型式及设计参数、运营维修记录，并应对桥梁结构情况进行评估。管线调查应包括分布特征（平面位置、走向、埋深或高程）、规格、材质、使用现状等。建（构）筑物及管线探查过程中应做好记录，并编制建（构）筑物及管线分布图。建筑材料 一般规定 建筑材料应根据结构受力条件、使用要求和所处环境等选用，并应满足可靠性、耐久性和经济性要求。管幕预筑结构常用建筑材料，可在下列型号标号中选择采用：钢管及钢板：、；混凝土：、；钢筋：、。钢管及钢板 钢管及钢板强度指标应按表 的规定确定。表 钢管及钢板强度指标钢管钢材牌号壁厚强度设计值抗拉、抗压和抗弯 抗剪 端面承压（刨平顶紧）屈服强度 抗拉强度 ，混凝土 混凝土强度等级、原材料配比、防水抗渗等级应满足下列规定：一般环境条件下的混凝土强度等级不应低于，宜采用微膨胀自密实混凝土浇筑，并应符合自密实混凝土应用技术规程 的规定；混凝土的原材料和配比、最低强度等级、最大水胶比和单方混凝土的胶凝材料用量应符合混凝土结构耐久性设计标准 的规定，同时应满足抗裂、抗渗、抗冻和抗侵蚀的需要；防水混凝土抗渗等级应符合地下工程防水技术规范 的规定。混凝土强度标准值应按表 的规定确定。表 混凝土强度标准值单位为兆帕强度种类混凝土强度等级 轴心抗压犳 轴心抗拉犳 注：混凝土垂直浇筑，且一次浇筑层高度大于 时，表中强度值应乘以系数。注：计算现浇钢筋混凝土轴心受压构件时，如截面中的边长或直径小于，则表中强度值应乘以系数；当构件质量（如混凝土成形、截面和轴线尺寸等）确有保证时，则不受此限制。混凝土强度设计值应按表 的规定确定。表 混凝土强度设计值单位为兆帕强度种类混凝土强度等级 轴心抗压犳 轴心抗拉犳 混凝土弹性模量应采按表 的规定确定，泊松比可采用。表 混凝土弹性模量单位为兆帕混凝土强度等级 弹性模量犈 钢筋 钢筋的选用应满足下列规定：受力钢筋采用 、钢筋；箍筋采用 、钢筋；按、级抗震等级设计的结构构件，其纵向受力普通钢筋应符合下列规定：）钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于 ；）钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于 ；）钢筋最大拉力下的总伸长率实测值不应小于。钢筋的强度设计值、弹性模量和伸长率应按表 的规定确定。表 钢筋强度设计值、弹性模量、伸长率钢筋牌号 抗拉强度设计值犳 抗压强度设计值犳 弹性模量犈 最大拉力下的总伸长率 防水材料 钢管（钢板）外涂耐侵蚀防水涂层应符合工业建筑防腐蚀设计标准 的相关规定。结构自防水管幕预筑结构应采用防水混凝土浇筑。防水混凝土可通过调整配合比，或掺加外加剂、掺合料等措施配制，其抗渗等级应按表 的规定确定。表 防水混凝土设计抗渗等级管幕预筑结构埋置深度犎设计抗渗等级犎 犎 犎 犎 注：、相应表示混凝土抗渗试验试件能抵抗 、及 的静水压力而不渗水。防水混凝土采用的材料应按表 的规定确定，配合比应通过试验确定。表 防水混凝土原材料技术要求材料名称技术要求水泥在受侵蚀性介质作用时，应按介质的性质选用相应的水泥；在受冻融作用时，应优先选用普通硅酸盐水泥，不宜用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥砂、石除应符合普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准 的相关规定外，不得使用碱活性的粗、细骨料，石子最大粒径不宜大于，且连续级配，含泥量不得大于，泥块含量不得大于 ；砂宜采用中砂，含泥量不得大于，泥块含量不得大于水拌制混凝土所用的水，应符合混凝土用水标准 的规定外加剂可根据工程需要掺入减水剂、膨胀剂、防水剂、密实剂、引气剂、复合型外加剂等外加剂，其品种和掺量应经试验确定。所有外加剂应符合国家或行业标准一等品及以上的质量要求掺合料可掺入一定数量的粉煤灰、磨细矿渣粉、硅粉等。粉煤灰的级别不应低于二级，掺量不宜大于；硅粉掺量不应大于；其他掺合料的掺量应经过试验确定总碱量各类材料的总碱量（当量）不得大于；氯离子含量不应超过胶凝材料总量的 氯离子含量混凝土中氯离子含量应符合混凝土结构设计规范 的相应规定 橡胶止水带的物理力学性质按表 的规定确定。表 橡胶止水带的主要物理性能指标序号项目接缝指标硬度（邵尔，度）拉伸强度 扯断伸长率 压缩永久变形 撕裂强度（）脆性温度 制品型（）遇水膨胀橡胶的物理力学参数应按表 的规定确定。表 制品型（犘犣）遇水膨胀橡胶胶料主要物理力学参数序号项目指标 硬度（邵尔，度）拉伸强度 扯断伸长率 体积膨胀倍率 低温弯折（）无裂纹注：硬度为推荐项目。注：成品切片测试应达表中标准的。注：接头部位的拉伸强度指标不得低于表中标准性能的。腻子型（）遇水膨胀橡胶物理力学参数应按表 的规定确定。表 腻子型（犘犖）遇水膨胀橡胶胶料主要物理力学参数序号项目指标 体积膨胀倍率 高温流淌性（）无流淌无流淌无流淌低温试验（）无流淌无流淌无流淌 注浆材料 管幕预筑结构地层加固注浆材料应采用流动性和稳定性好的绿色环保材料。根据地质条件、施工条件和使用目的，注浆材料可采用水泥浆液、超细水泥浆液、水泥水玻璃浆液、水溶性聚氨酯浆液、丙烯酸盐浆液及其他新型注浆材料。管幕预筑结构管内充填注浆材料宜采用水泥砂浆、纯水泥浆或早强早凝水泥砂浆。荷载 一般规定 计算管幕预筑结构荷载应符合建筑结构荷载规范 等的有关规定。结构的荷载组合应根据结构承载能力极限状态和正常使用极限状态分别取最不利组合进行设计。荷载分类及组合 管幕预筑结构上的荷载类型应按表 的规定确定。表 管幕预筑结构荷载分类序号 荷载分类荷载名称永久荷载结构自重结构附加恒载地层压力混凝土收缩和徐变荷载水压力及浮力 可变荷载通过管幕预筑结构的车辆荷载及制动力与管幕预筑结构立交的车辆荷载及其产生的冲击力与管幕预筑结构立交的渡槽流水压力温度变化的荷载冻胀力人群及设备荷载施工注浆压力 表 （续）序号 荷载分类荷载名称 可变荷载 施工荷载 偶然荷载地震与爆破等荷载人防荷载 管幕预筑结构设计，荷载代表值选用应符合下列规定：对永久荷载应选用标准值作为代表值；对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；对偶然荷载应按结构使用的特点确定其代表值。结构承载能力极限状态，应按荷载基本组合或偶然组合计算荷载组合的效应设计值，并应按式（）进行设计：犛犚（）式中：结构重要性系数：在持久设计状态和短暂设计状态下，对安全等级为一级的结构构件不应小于，对安全等级为二级的结构构件不应小于，对安全等级为三级的结构构件不应小于；在偶然设计状态下应取；犛 荷载组合的效应设计值；犚 结构构件抗力的设计值，应按相关结构设计规定确定。荷载基本组合的效应设计值犛，应从永久荷载控制的效应设计值和由可变荷载控制的效应设计值中取最不利值确定。荷载偶然组合的效应设计值犛，应分别考虑承载能力极限状态和偶然事件发生后受损结构整体稳固性验算的效应设计值。正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合，并应按式（）进行设计：犛犆（）式中：犆 结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度或应力等的限值，应按各有关结构设计规范的规定采用。永久荷载 结构自重荷载标准值可按结构设计尺寸及材料重度标准值计算确定。结构附加恒载标准值可按管幕预筑结构上部和破坏棱体范围的设施及建筑物压力计算确定。竖向地层压力标准值宜根据所处工程地质、水文地质条件和覆土厚度，并结合土体卸载拱荷载的影响计算确定。当管顶覆土厚度小于或等于倍管外径或覆土均为淤泥土时，管幕预筑结构竖向地层压力可参考式（）计算：犉 狀犻犻犺犻（）式中：犉 管幕上部竖向地层压力标准值，；犻 管幕上部犻层地层重度，地下水位以下应取有效重度；犺犻 管幕上部犻层地层厚度，。当管顶覆土厚度大于倍管外径时，管幕预筑结构竖向地层压力标准值可参考式（）计算：犉 犆犼犻犅犮（）（）犅犇 （）（）犆犼犓犎犅（）犓（）式中：犉 管幕预筑结构竖向地层压力标准值，；犆犼 顶管竖向地层压力系数；犅 单根顶管管顶上部地层压力传递至管顶处的影响宽度，；犇 钢管的外径，；管顶土的摩擦角，此处的角为管顶和管周围的原状土摩擦角；犮 土的黏聚力，宜取地质报告中的建议值；犎 管幕预筑结构顶面外层至原状地面埋置深度，；犓 原状地层的主动土压力系数和内摩擦系数的乘积，一般黏性土可取 ，饱和黏土可取 ，砂和砾石可取 。当结构位于地下水位以下时，尚应计入地下水荷载在结构上的压力。作用在管幕预筑结构的侧向土压力，标准值可按下列条件分别计算：施工阶段侧向土压力标准值可按主动土压力计算，使用阶段按静止土压力计算；当结构处于地下水位以下时，砂性土地层的侧向土压力应采用水土分算；黏性土地层的侧向土压力，在施工阶段应采用水土合算，使用阶段应采用水土分算；水土合算时土的重度取饱和重度，水土分算时取有效重度。管幕预筑结构应考虑混凝土收缩的影响，可假定用降低温度的方法计算；计算混凝土收缩应力时，可根据实际资料考虑混凝土徐变的影响。作用在管幕预筑结构上的水压力，应根据施工阶段和长期使用过程中地下水位的变化，以及不同的地层条件，分别按下列规定计算：水压力可按静水压力计算，水的重度取；应根据设防水位以及施工阶段和使用阶段可能发生的地下水最高水位和最低水位两种情况，计算水压力和浮力对结构的作用。可变荷载 铁路列车活载及其制动力、冲击力等标准值，应按铁路桥涵设计规范 的规定计算确定；公路汽车活载及相关活载标准值，应按公路桥涵设计通用规范 的规定计算确定。渡槽流水荷载的标准值，应按铁路桥涵设计规范 的规定计算确定。管幕预筑结构各部构件受温度变化影响应根据所处地区的气温条件、运营环境及施工条件确定。在最冷月平均气温低于 地区和受冻害影响的管幕预筑结构应考虑冻胀力，冻胀力标准值可根据当地的气候条件、冬季地层含水率等资料通过计算确定。人群均布荷载的标准值应采用 ，并应计及消防荷载的作用。设备荷载应根据设备安装、检修和正常使用的实际情况（包括动力效应）确定，可按标准值 进行设计，重型设备尚应依据设备的实际重量、动力影响、安装运输途径等确定其荷载大小与范围。施工注浆压力荷载的标准值应取稳定状态注浆最大压力值。施工荷载应根据施工阶段、施工方法和施工条件确定。偶然荷载 地震荷载应按照地下结构抗震设计标准 的规定计算确定。爆炸、撞击、火灾等荷载应按照建筑结构荷载规范 的规定计算确定。当管幕预筑结构作为人防工程时，人防荷载标准值应按照人民防空工程设计规范 的规定计算确定。结构设计 一般规定 管幕预筑结构设计应包括下列内容：横纵断面设计；结构的极限状态设计；结构构件的构造、连接设计；施工过程结构计算；防水、防火及耐久性设计。结构持久状况、短暂状况及偶然状况均应进行承载能力极限状态设计。持久状况尚应进行正常使用极限状态设计；短暂状况可根据需要进行正常使用极限状态设计；偶然状况可不进行正常使用极限状态设计。结构及构件的计算和验算应符合下列规定：承载力及稳定性：所有结构构件均应进行承载力（包括曲屈失稳）计算；处于抗震设防区的结构，应根据现行国家相关标准的要求进行结构构件抗震的承载力验算；变形：对使用阶段需控制变形值的结构构件，应进行变形验算。横纵断面设计 结构横断面应满足建筑限界要求，建筑限界要求应满足附属设施及装修的需要，内轮廓顶部宜采用连接圆顺的拱形。结构横断面型式应根据结构受力、地质条件和沉降控制要求确定，管幕预筑结构宜采用闭合型式。当在松散地层中且对沉降控制要求严格时，宜采用全环封闭管幕，底部地层应满足地基承 载力要求。结构覆土厚度宜大于管幕钢管外径的 倍，且不宜小于。结构纵坡应满足不同使用类型相应规范要求，同时满足排水要求。承载能力极限状态计算 管幕预筑结构设计应按照连接钢板处的截面高度进行承载力计算。正截面承载力应按下列基本假定进行计算：平截面假定；不考虑混凝土的抗拉强度；受压边缘混凝土极限压应变 ；钢筋、钢板的应力等于钢筋、钢板应变与其弹性模量的乘积，其绝对值不应大于其相应的强度设计值；纵向受拉钢筋和钢板的极限拉应变取 。当钢板满足耐久性要求时，正截面受弯承载力计算可考虑钢板的作用。若钢板或钢筋配置不对称，管幕预筑结构单位宽度受弯构件的受弯承载力应符合下列规定（图 ）：犪）截面受力分析犫）截面尺寸图 管幕预筑结构受弯构件正截面受弯承载力计算犕犳犫 狓犺狓（）犳 犃（犺犪）犳 犃 （犺 狋）（）犳犫 狓犳 犃 犳 犃 犳犃犳犃（）混凝土等效受压区高度应符合下列规定：狓犺（）狓犪（）犳犳 犈狋 犺（）式中：受压区混凝土压应力影响系数，取为；受压区混凝土应力图形影响系数，取为；犳 钢板的抗拉强度设计值，；犳 钢板的抗压强度设计值，；犃 单位宽度构件受拉区钢板等效截面积，采用等效钢板厚度狋计算；犃 单位宽度构件受压区钢板等效截面积，采用等效钢板厚度狋计算；犃 受拉区纵向钢筋的截面面积，；犃 受压区纵向钢筋的截面面积，；犫 截面宽度，取 ；犪 纵向受拉钢筋和受拉钢板的合力点至截面受拉边缘的距离，；犪 纵向受压钢筋和受压钢板的合力点至截面受压边缘的距离，；犺 最小截面高度，；犺 截面有效高度，计算为犺犺犪；狓 混凝土等效受压区高度，；相对界限受压区高度，；犪 受拉区钢筋合力作用点至受压边缘的距离，；犪 受压区钢筋合力作用点至受压边缘的距离，。狋 受压钢板的等效厚度，按式（）计算；狋 狋 （）狋 受压钢板的厚度。若钢板及钢筋均为对称布置，管幕预筑结构单位宽度受弯构件的抗弯承载力设计值可按式（）计算：犕（犃 犳犃犳）犣（）式中：犕 截面上的弯矩设计值；犳 钢板的抗拉强度设计值，；犳 钢筋的抗拉强度设计值，；犣 受拉钢板及钢筋合力点与受压钢板及钢筋合力点之间的距离，；犃 单位宽度构件受拉区纵向钢筋的截面面积，。当钢板满足耐久性要求时，正截面偏心受压承载力计算可考虑钢板的作用，管幕预筑结构偏心受压构件正截面承载力应符合下列规定（图 ）：犪）截面受力分析犫）截面尺寸标引序号说明：截面中心轴。图 管幕预筑结构偏压构件正截面受压承载力计算犖犳犫 狓犳 犃 犳 犃 犃犃（）犖犲犳犫 狓犺狓（）犳犃犺犪（）犳犃 犺 狋（）（）犲犲犻犺犪（）犲犻犲犲（）犲犕犖（）狋槡 狋 （）受拉钢筋应力和钢板应力按下列情况计算：）当狓犺时，取犳、犳；）当大于时，犳狓犺（）（）犳狓犺（）（）式中：犖 与弯矩设计值犕对应的轴向压力设计值，；犲犻 初始偏心距，；犲 轴向压力对截面重心的偏心距，；犲 附加偏心距，；犲 轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离，；相对界线受压区高度，按式（）计算。当钢板无法满足耐久性要求时，依据钢筋混凝土规范的相关规定进行截面设计，可按式（）计算：犳 犈（）单位宽度钢板混凝土受弯构件斜截面的抗剪承载力应符合下列规定：犞犞犞（）犞 犳犾 狋（）犞犃 犳犫 狋狊 狊 犳犾 狋（）式中：犞 单位宽度钢板混凝土构件的平面外抗剪承载力设计值，；犾 单位宽度，取为 ；狋 混凝土的截面厚度，；犃 箍筋的截面面积，；狊 和狊 连接件沿墙体平面内正交方向的间距，。正常使用极限状态计算 构件在各种荷载组合作用下的变形（挠度和转角），可按荷载结构模型计算。管幕预筑结构受弯构件按荷载准永久组合，并考虑荷载长期作用的影响计算最大挠度，其计算值不应大于表 规定的允许值。表 受弯构件的允许挠度构件类型允许挠度板式构件当犾时犾 当犾时犾 当犾时犾 注：犾表示受弯构件的计算跨度。构造及连接设计 钢管及连接钢板等构件应满足下列规定：钢管内径不宜小于，钢管间距不宜小于 ；考虑钢板承载能力时，管壁厚度应采用计算厚度加腐蚀量厚度，腐蚀量厚度应根据使用年限及环境条件确定，且不应小于，年腐蚀量标准可按表 的规定确定；表 钢管年腐蚀量（单面）标准腐蚀环境低于地下水位区 地下水位变化区海水淡水海水淡水高于地下水位区腐蚀量（年）钢管长度一般取，长距离管幕段可取，并根据工作井条件确定；钢管的制作及验收按照给排水管道工程施工及验收规范 、现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范 、工业金属管道工程施工及验收规范 及钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结构分级 等有关规定；连接钢板应采用与顶进钢管相同材料及厚度；管幕预筑结构钢板混凝土构件单侧钢板含钢率取值宜在。单侧钢板含钢率可按式（）计算：犃 犃（）式中：单侧钢板含钢率；犃 单位宽度钢板混凝土构件中单侧钢板截面积，；犃 单位宽度钢板混凝土构件截面积，。钢管混凝土结构的连接件应符合下列规定：在管幕圆弧段弧高处设置连接件（如图 所示）；标引序号说明：恒截面段；圆弧段；切口支撑（立柱钢管）；连接件。图 管幕预筑结构连接件示意图连接件直径宜按式（）计算：犱 犳犱犱 犳 犃 犳槡（）式中：犱 连接件直径，；犱 连接件的纵向间距，；犱 相邻连接钢板中心间距，如图 所示；犃 切口支撑横截面积，；犳 切口支撑抗拉强度设计值，。切口支撑应满足施工需要外，当两者之间的净距与连接钢板厚度的比值大于犈犳槡时，需要在两切口支撑间增设支撑。钢筋应满足以下规定：受力钢筋的连接可采用焊接或机械连接两种型式。当钢筋采用机械连接时，接头形式、试验方法、质量要求及质量验收等，应符合钢筋机械连接技术规程 ；当钢筋采用焊接连接时，接头形式、焊接工艺、试验方法、质量要求及质量验收等，应符合钢筋机械连接技术规程 ；当钢筋采用焊接连接时，接头形式、焊接工艺、试验方法、质量要求及质量验收等，应符合混 凝土结构工程施工质量验收规范 、钢筋焊接及验收规程 等国家有关规范的要求。钢筋焊接前，应根据施工条件进行试焊，合格后方可施焊；架立钢筋或分布筋直径小于 时，可采用绑扎搭接接头，搭接长度 犱，接头应错开；钢筋的锚固长度不小于 犱（犱为钢筋直径）。施工过程结构计算 管幕预筑结构主要施工过程包括钢管顶进、钢管切割、连接钢板及切口支撑焊接、绑扎钢筋和混凝土浇筑，在管幕预筑结构的保护下开挖土体，施工过程结构计算包括下列内容：钢管顶力验算；管幕结构强度计算；单次切割长度确定；切口支撑截面尺寸及间距；临时支撑截面尺寸及间距。顶进过程中钢管顶力可按式（）验算：犳（）犉 犃（）式中：犉 钢管顶力设计值，；钢管稳定系数，可取 ；当顶进长度小于 ，且穿越地层均匀时，可取 ；犃 钢管的最小有效传力面积，；顶力分项系数，可取；应力折减系数，可取。钢管强度应满足下列要求：犳（）犳（）犳（）槡（）式中：钢管管壁的横截面最大环向应力，；钢管管壁的纵向应力，；钢管管壁的最大组合折算应力，。钢管管壁横截面的最大环向应力应按式（）计算：犕犫狋（）犕犽犌，犽犉，犇犽犙犻犇（）狉犫 犈犈狉狋（）（）式中：管壁计算宽度，取 ；可变作用组合系数，可取；狋 管壁计算厚度，使用期间计算时设计厚度应扣除，施工期间可不扣除；狉 管的计算半径，；钢管自重作用分项系数，可取；，竖向水压力作用分项系数，可取 ；犈 钢管管侧原状土的变形模量，；犽、犽 分别为钢管管道结构自重和竖向土压力作用下管壁截面的最大弯矩系数，可分别取为 和 ；犇 钢管外壁直径，；犙犻 地面堆载或车载传递至管道顶压力的较大标准值，。钢管管壁的纵向应力可按式（）计算：犈犜 犈犇犚（）犚犳犔（）犳（）式中：钢管管材的泊松比，可取；钢管管材的线膨胀系数；犜 钢管的计算温差，；犇 钢管的计算直径，钢管壁中心直径；犚 钢管顶进施工变形形成的曲率半径，；犳 钢管顶进允许偏差，应符合工程验收标准，；犔 出现偏差的最小间距，视钢管直径和土质决定，一般可取。应根据地表沉降允许值和切割后钢管应力确定单次切割长度，计算地表沉降宜采用地层结构模型，计算切割后钢管应力宜采用荷载结构模型。切口支撑焊接后整体结构应力宜采用荷载结构模型计算，并据此确定切口支撑截面尺寸和间距。施工过程中应设置临时支撑，钢管切割后钢管应力宜采用荷载结构模型计算，并据此确定临时支撑截面尺寸和间距。防水、防火及耐久性设计 管幕预筑结构防水应采用外包钢板、混凝土结构自防水和施工缝防水等措施。当处于侵蚀性介质地层时，应采取钢管（钢板）外涂耐侵蚀防水涂层的措施。当处于严重腐蚀地层时，可同时采取钢管（钢板）外涂耐侵蚀防水涂层和耐侵蚀混凝土措施。管幕预筑结构根据工程性质及工程地质、水文地质情况进行防水设计，内容应包括：防水标准和设防要求；防水混凝土抗渗等级；钢板焊接质量及防水型式的选择；工程细部构造的防水措施及选用的材料。外包钢板防水应满足以下规定：外包钢板应采取可靠的防腐处理措施；焊缝应平顺，并应满足防水基面的技术要求；钢筋混凝土施工前，外包钢板内侧焊缝应进行防水处理，防水处理宜采用涂料防水。钢板与柔性防水层搭接时，应设钢板加强层进行过渡。沿其边缘补焊 宽钢板后，在钢板另一侧粘结柔性防水材料，搭接长度不小于 。混凝土结构自防水应满足以下规定：结构防水应充分利用混凝土衬砌结构自防水能力。在冻害地段或最冷月平均气温低于 的地区，防水混凝土的抗渗等级应适当提高。处于侵蚀性介质中防水混凝土，其耐侵蚀系数不应小于；防水混凝土结构裂缝宽度不得大于，并不得贯通。施工缝应至少设置一道止水带。止水带宜选择具有合理构造形式、良好弹性或遇水膨胀性、耐久性、耐水性的橡胶类材料。防火设计应符合建筑设计防火规范 和相关行业防火规范的规定。内侧钢板应采取防火隔热措施，内装修材料除嵌缝材料外，应采用不燃材料。结构耐久性设计应符合混凝土结构耐久性设计规范 和钢结构设计标准 的相关规定。腐蚀性介质中的钢板混凝土结构耐久性设计应符合工业建筑防腐蚀设计标准 的相关规定。钢板表面原始锈蚀等级和除锈等级应符合涂覆涂料前钢材表面处理 的相关规定。钢板焊接部位的焊缝两侧宜留出暂不涂装的区域，宽度为焊缝两侧各，焊缝及焊缝两侧也可涂装不影响焊接质量的防腐涂料，焊接完毕后，对焊缝热影响区重新进行表面清理和涂装。辅助设计 一般规定 辅助设计包含工作井设计、管棚帷幕设计、减阻设计、管间土加固设计等内容。结构下穿浅覆土或邻近建（构）筑物等特殊区段，应根据具体情况采取长距锁扣连续管棚帷幕、管间土加固措施。辅助设计参数应根据现场或室内试验确定。工作井设计 工作井设计宜符合给水排水工程顶管技术规程 的相关规定。工作井的最小内净长度应按下列两种方法计算结果取较大值：当按顶管机长度确定时，工作井的最小内净长度可按式（）计算：犔犾犾犽（）式中：犔 工作井的最小内净长度，；犾 顶管机下井时最小长度，如采用刃口顶管机应包括接管长度，；犾 千斤顶的长度，一般可取；犽 后座和顶铁的厚度及安装富余量，可取。当按下井管节长度确定时，工作井的最小内净长度可按式（）计算：犔犾犾犾犽（）式中：犾 下井管节长度，一般可取，长距离顶管时可取 ；犾 留在井内的管道最小长度，可取。工作井内净宽度可按式（）计算：犅犇（）（）式中：犅 工作井的内净宽度，；犇 管幕预筑结构外轮廓宽度，。工作井底板面深度可按式（）计算：犎犎犇犺（）式中：犎 工作井底板面的最小深度，；犺 管底操作空间，可取 。始发工作井的结构布置应具备足够的后座反力：当利用反力墙为千斤顶提供支撑时，应充分利用土体抗力；当土体抗力及墙后土体变形不能满足顶管机始发及墙体变形要求时，应采取相应措施。工作井结构应满足顶管机施工过载要求。工作井洞门处应设置满足顶管机始发和接收要求的洞口密封装置，并对洞门前方倍顶管机长度及结构四周各范围内土体进行加固。工作井预留洞门直径应满足顶管机始发和接收的要求。管幕预筑结构施工完成后应施作后浇环梁与工作井连接。管棚帷幕设计 在松散地层下穿既有建（构）筑物区段，管幕顶进施工沉降控制困难时，可采用管棚帷幕加固地层，其设计宜符合下列规定：管棚帷幕的布置应根据加固范围确定；钢管可采用节长、直径 的热轧无缝钢管，管间宜设置连接锁扣；钢管管壁四周应设 注浆孔，间距 ，宜采用梅花形布置，尾部应预留的无孔 止浆段；管棚帷幕起点宜设置套拱，套拱应结合工作井设计，并设置导向管，管棚帷幕与管幕钢管轴线平行；注浆完成后，管内宜充填 水泥砂浆。管棚帷幕可采用一次施工或从两端工作井相向施工，宜采用干法成孔，跟管顶进，后退式分段注浆。减阻设计 减阻泥浆应采用具有触变性的悬浮液（如膨润土浆液或膨润土浆液聚合物等）作为润滑材料，性能指标宜满足表 中的规定。表 减阻泥浆性能指标项目指标比重 粘度漏斗粘度计计量时间 失水量 稳定性 无离析水值 注浆量宜按照管道与其周围地层之间环状间隙体积的 倍 倍估算。注浆流量和注浆压力等参数应根据顶进阻力和地面变形情况调整。管间土加固设计 钢管间砂性土、饱和黏土等富水地层应进行加固。注浆加固设计