地下建筑结构ppt课件—第六章盾构法装配式圆形衬砌结构.pptx

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1、建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院上海地铁建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院大连路隧道大连路隧道1-进风道；2-进风口；3-排风口；4-排风道；5-路面（下拉杆）6-天棚（上拉杆）；7-吊杆；8-照明灯；9-灭火器；10-消防栓；11-电缆；12-排水管；13-给水管；14-纵向螺栓；15-环向螺栓建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院本章的主要内容本章的主要内容本章介绍盾构构造和分类，盾构推进及衬砌拼装本章介绍盾构构造和分类，盾构推进及衬砌拼装本章介绍盾构构造和分类，盾构推进及衬砌拼装本章介绍盾构构造和分类

2、，盾构推进及衬砌拼装;圆形衬砌构造、内力计算与管片结构设计，要求了解盾构圆形衬砌构造、内力计算与管片结构设计，要求了解盾构圆形衬砌构造、内力计算与管片结构设计，要求了解盾构圆形衬砌构造、内力计算与管片结构设计，要求了解盾构隧道的功能和适用环境。隧道的功能和适用环境。隧道的功能和适用环境。隧道的功能和适用环境。掌握圆形衬砌结构设计方法和构造要求。掌握圆形衬砌结构设计方法和构造要求。掌握圆形衬砌结构设计方法和构造要求。掌握圆形衬砌结构设计方法和构造要求。建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院第六章第六章 盾构衬砌结构盾构衬砌结构 概述概述概述概述第一节第一节第一节第一节 衬砌型式和构造衬

3、砌型式和构造衬砌型式和构造衬砌型式和构造第二节第二节第二节第二节 衬砌圆环内力计算衬砌圆环内力计算衬砌圆环内力计算衬砌圆环内力计算第三节第三节第三节第三节 衬砌断面选择衬砌断面选择衬砌断面选择衬砌断面选择第四节第四节第四节第四节 隧道防水及其综合处理隧道防水及其综合处理隧道防水及其综合处理隧道防水及其综合处理建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院概述概述概念、特点和适用条件概念、特点和适用条件适用条件适用条件发展历程发展历程盾构机的组成盾构机的组成盾构的施工流程盾构的施工流程分类分类qupup建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院概念概念意译名称。隧道掘进机。意译名称。隧道

4、掘进机。具有保护条件及隧道施工功能的钢结构体具有保护条件及隧道施工功能的钢结构体盾构（盾构（盾构（盾构（shieldshield）是一种）是一种）是一种）是一种钢制的钢制的钢制的钢制的活动活动活动活动防护装置或活动支撑防护装置或活动支撑防护装置或活动支撑防护装置或活动支撑，是通，是通，是通，是通过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市居民区修建隧过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市居民区修建隧过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市居民区修建隧过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市居民区修建隧道的道的道的道的一种机械。一种机械。一种机械。一种机械。头部头部头部头部可以安全地开挖地层可以安

5、全地开挖地层可以安全地开挖地层可以安全地开挖地层 ,尾部尾部尾部尾部可以装配预制管片或砌块，迅可以装配预制管片或砌块，迅可以装配预制管片或砌块，迅可以装配预制管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌。速地拼装成隧道永久衬砌。速地拼装成隧道永久衬砌。速地拼装成隧道永久衬砌。盾构推进盾构推进盾构推进盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。主要依靠盾构内部设置的千斤顶。主要依靠盾构内部设置的千斤顶。主要依靠盾构内部设置的千斤顶。建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院q优点良好的隐蔽性、噪声震动引起的公害小施工费用不受埋置深度大而影响机械化程度高劳动强度低适宜在不同颗粒条件下的土层施工多车道的隧道

6、可分期施工、分期运营，减少一次性投资q缺点工程规模小时，工程造价高、隧道半径小时，盾构转向困难盾构一次掘进的长度有限（国内长江隧道1400m，国外2500m）不能完全防止盾构施工区域内的地表变形特点特点建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院适用条件适用条件在在在在松软含水地层中松软含水地层中松软含水地层中松软含水地层中修建隧道、水底隧道及地下铁道时采用修建隧道、水底隧道及地下铁道时采用修建隧道、水底隧道及地下铁道时采用修建隧道、水底隧道及地下铁道时采用各种不同形式的盾构施工最有意义，特别是该施工方法属各种不同形式的盾构施工最有意义，特别是该施工方法属各种不同形式的盾构施工最有意义，特

7、别是该施工方法属各种不同形式的盾构施工最有意义，特别是该施工方法属地表以下地表以下地表以下地表以下暗挖施工，不受地面暗挖施工，不受地面暗挖施工，不受地面暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、交通、河道、航运、潮汐、交通、河道、航运、潮汐、交通、河道、航运、潮汐、季节等季节等季节等季节等条件条件条件条件的影响，的影响，的影响，的影响，qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院盾构隧道的发展历程用盾构法修建隧道用盾构法修建隧道用盾构法修建隧道用盾构法修建隧道开始于开始于开始于开始于18181818年年年年 ，法国工程师布鲁诺尔；，法国工程师布鲁诺尔；，法国工程师布鲁诺尔

8、；，法国工程师布鲁诺尔；18251825年在英国泰晤士河下年在英国泰晤士河下年在英国泰晤士河下年在英国泰晤士河下首次用矩形盾构首次用矩形盾构首次用矩形盾构首次用矩形盾构建造隧道建造隧道建造隧道建造隧道 ；近代，近代，近代，近代，日本盾构法日本盾构法日本盾构法日本盾构法得到了迅速发展，用途越来越广，并研制了大量新型得到了迅速发展，用途越来越广，并研制了大量新型得到了迅速发展，用途越来越广，并研制了大量新型得到了迅速发展，用途越来越广，并研制了大量新型盾构；盾构；盾构；盾构；我国于我国于我国于我国于19571957年年年年北京下水道工程中北京下水道工程中北京下水道工程中北京下水道工程中首次首次首次

9、首次出现出现出现出现2.6m2.6m小盾构小盾构小盾构小盾构 ；上海市上海市上海市上海市长江长江长江长江隧道隧道隧道隧道使用使用使用使用15.43m15.43m直径的世界最大盾构；直径的世界最大盾构；直径的世界最大盾构；直径的世界最大盾构；qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院盾构机组成盾构掘进机一般由盾构壳、推进千斤顶、正面支撑机构、盾构掘进机一般由盾构壳、推进千斤顶、正面支撑机构、盾构掘进机一般由盾构壳、推进千斤顶、正面支撑机构、盾构掘进机一般由盾构壳、推进千斤顶、正面支撑机构、挖土及运输组、衬砌拼装机构、液压系统、注浆系统和盾挖土及运输组、衬砌拼装机构、液压系

10、统、注浆系统和盾挖土及运输组、衬砌拼装机构、液压系统、注浆系统和盾挖土及运输组、衬砌拼装机构、液压系统、注浆系统和盾尾装置组成。尾装置组成。尾装置组成。尾装置组成。盾构机的盾壳是钢板焊接成壳体，在盾壳掩护下，进行土盾构机的盾壳是钢板焊接成壳体，在盾壳掩护下，进行土盾构机的盾壳是钢板焊接成壳体，在盾壳掩护下，进行土盾构机的盾壳是钢板焊接成壳体，在盾壳掩护下，进行土体开挖、衬砌拼装等隧道施工的工序。盾壳可分为切口环、体开挖、衬砌拼装等隧道施工的工序。盾壳可分为切口环、体开挖、衬砌拼装等隧道施工的工序。盾壳可分为切口环、体开挖、衬砌拼装等隧道施工的工序。盾壳可分为切口环、支承环和盾尾三部分。支承环和

11、盾尾三部分。支承环和盾尾三部分。支承环和盾尾三部分。建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院a.a.切口部分。它位于盾构的最前端，施工时切入地层，掩护切口部分。它位于盾构的最前端，施工时切入地层，掩护开挖作业。切口环前端设有刃口，以减少切入土时对地层的开挖作业。切口环前端设有刃口，以减少切入土时对地层的扰动。切口环的长度主要取决于支撑、开挖方法的挖土机具扰动。切口环的长度主要取决于支撑、开挖方法的挖土机具和操作人员回旋余地的大小。和操作人员回旋余地的大小。b.b.支承环部分。支承环紧接于切口环后，位于盾构的中部，支承环部分。支承环紧接于切口环后，位于盾构的中部，是一个刚性较好的圆形结构

12、。地层土压力、所有千斤顶的顶是一个刚性较好的圆形结构。地层土压力、所有千斤顶的顶力以及切口、盾尾、衬砌拼装时传来的施工荷载均由支承环力以及切口、盾尾、衬砌拼装时传来的施工荷载均由支承环承担。支承环的外沿布置盾构推进千斤顶。拼装机用于拼装承担。支承环的外沿布置盾构推进千斤顶。拼装机用于拼装管片衬砌，主要设备有举重臂、真圆保护器等。管片衬砌，主要设备有举重臂、真圆保护器等。c.c.盾尾部分。盾尾一般由盾构的外壳钢板延长构成，主要用盾尾部分。盾尾一般由盾构的外壳钢板延长构成，主要用于掩护隧道衬砌安装工作。盾尾后端设有密封装置，以防止于掩护隧道衬砌安装工作。盾尾后端设有密封装置，以防止水、土及注浆材料

13、从盾尾与衬砌之间进入盾构內。水、土及注浆材料从盾尾与衬砌之间进入盾构內。d.d.盾壳外径与衬砌外径间的建筑空隙，在满足盾构纠偏要求盾壳外径与衬砌外径间的建筑空隙，在满足盾构纠偏要求的前提下应尽量减少。的前提下应尽量减少。qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院盾构的施工流程1 1 盾构的组装及拆卸盾构的组装及拆卸 2 2 盾构基座盾构基座 3 3 盾构进出洞盾构进出洞 4 4 盾构的开挖盾构的开挖5 5 隧道衬砌与拼装隧道衬砌与拼装 6 6 衬砌壁后压浆衬砌壁后压浆 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院3 盾构进出洞在始发井內，盾构按设计高程及方向推出预留

14、孔洞，进入在始发井內，盾构按设计高程及方向推出预留孔洞，进入正常土层的过程称为正常土层的过程称为盾构出洞盾构出洞。反之，盾构在地层中完成某一区间的隧道施工后，进入盾反之，盾构在地层中完成某一区间的隧道施工后，进入盾构接受井的过程称为构接受井的过程称为盾构进洞盾构进洞。盾构井出工作井涉及洞门预留块的制作、四周土体、封门盾构井出工作井涉及洞门预留块的制作、四周土体、封门凿除、盾构后座支撑下顶进、施工参数的调整。一般出洞凿除、盾构后座支撑下顶进、施工参数的调整。一般出洞察力察力50m50m后，盾构法隧道施工才进入正常。后，盾构法隧道施工才进入正常。a.a.封门形式封门形式 b.b.洞周土体加固洞周土

15、体加固 c.c.盾构出洞盾构出洞d.d.盾构后座盾构后座e.e.盾构进洞盾构进洞 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院盾构进出洞建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院a.封门形式 预留封门在盾构出洞前必须抵挡洞外土体側向压力和水压预留封门在盾构出洞前必须抵挡洞外土体側向压力和水压力，保证封门不断裂倒塌，同时不产生大量地下水渗漏，力，保证封门不断裂倒塌，同时不产生大量地下水渗漏，即保持井內施工场地干燥，又保证洞周围土体不出现大的即保持井內施工场地干燥，又保证洞周围土体不出现大的沉降变形。沉降变形。盾构工作井封门主要有：盾构工作井封门主要有：现浇钢筋混凝土封门现浇钢筋混凝土封

16、门钢门封门钢门封门装配式楔体封门装配式楔体封门qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院b.洞周土体加固 通过通过通过通过注浆、深层粉喷桩或水泥搅拌桩井点降水疏干土体、注浆、深层粉喷桩或水泥搅拌桩井点降水疏干土体、注浆、深层粉喷桩或水泥搅拌桩井点降水疏干土体、注浆、深层粉喷桩或水泥搅拌桩井点降水疏干土体、冻接法冻接法冻接法冻接法等，可使洞周围土体具有自立性、防水性（渗透系等，可使洞周围土体具有自立性、防水性（渗透系等，可使洞周围土体具有自立性、防水性（渗透系等，可使洞周围土体具有自立性、防水性（渗透系数数数数K10K10-9-9m/sm/s）和一定的强度。）和一定的强度

17、。）和一定的强度。）和一定的强度。加固土体厚度和尺寸要通过力学分析定。加固土体厚度和尺寸要通过力学分析定。加固土体厚度和尺寸要通过力学分析定。加固土体厚度和尺寸要通过力学分析定。建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院洞周土体加固简图qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院c.盾构出洞盾构出洞拼装井布置拼装井布置qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院d.盾构后座在盾构与井壁之间需要传力设施，就是盾构后座。通常采用隧道衬砌管片在盾构与井壁之间需要传力设施，就是盾构后座。通常采用隧道衬砌管片在盾构与井壁之间需要传力设施，就是盾构后座。通

18、常采用隧道衬砌管片拼装或专用顶块与顶撑做后座。使用管片做后座，要设计专用人行洞门，拼装或专用顶块与顶撑做后座。使用管片做后座，要设计专用人行洞门，拼装或专用顶块与顶撑做后座。使用管片做后座，要设计专用人行洞门，在井內要留出垂直运输的开口，不能拼成整环。后座衬砌与后座井壁之间在井內要留出垂直运输的开口，不能拼成整环。后座衬砌与后座井壁之间在井內要留出垂直运输的开口，不能拼成整环。后座衬砌与后座井壁之间的空隙，一般采用浇注低标号混凝土来填平，使盾构推力均匀地传给后座的空隙，一般采用浇注低标号混凝土来填平，使盾构推力均匀地传给后座的空隙，一般采用浇注低标号混凝土来填平，使盾构推力均匀地传给后座壁，而

19、将来拆除后座也方便。当盾构向前掘进达到一定距离，盾构顶力可壁，而将来拆除后座也方便。当盾构向前掘进达到一定距离，盾构顶力可壁，而将来拆除后座也方便。当盾构向前掘进达到一定距离，盾构顶力可由隧道衬砌与地层间的摩擦力承担时，后座即可拆除。由隧道衬砌与地层间的摩擦力承担时，后座即可拆除。由隧道衬砌与地层间的摩擦力承担时，后座即可拆除。qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院e.盾构进洞盾构进洞时需防止地下水和盾构进洞时需防止地下水和流砂等涌入接收井。当进洞流砂等涌入接收井。当进洞区的土体为砂性土或有可能区的土体为砂性土或有可能产生流砂的地层时，应按盾产生流砂的地层时，应按盾

20、构进洞的要求对地层进行改构进洞的要求对地层进行改良。良。建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院盾构进洞盾构进洞接收井布置接收井布置qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院4 盾构的开挖盾构开挖方法可分为：敞开式、机械切削式、网格式和挤盾构开挖方法可分为：敞开式、机械切削式、网格式和挤压式等。为了减少盾构施工对地层的扰动，可先借助千斤压式等。为了减少盾构施工对地层的扰动，可先借助千斤顶驱动盾构使其切口贯入土层，然后在切口內进行土体开顶驱动盾构使其切口贯入土层，然后在切口內进行土体开挖与运输。挖与运输。网格式开挖网格式开挖挤土式挤土式敞开式敞开式机械切削式机械切

21、削式qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院6.衬砌壁后压浆 在盾尾和衬砌之间建筑空隙及时压浆充填，可以防止地表在盾尾和衬砌之间建筑空隙及时压浆充填，可以防止地表在盾尾和衬砌之间建筑空隙及时压浆充填，可以防止地表在盾尾和衬砌之间建筑空隙及时压浆充填，可以防止地表沉降，可以改善隧道衬砌的受力状态，增强衬砌的防水能沉降，可以改善隧道衬砌的受力状态，增强衬砌的防水能沉降，可以改善隧道衬砌的受力状态，增强衬砌的防水能沉降，可以改善隧道衬砌的受力状态，增强衬砌的防水能力。压浆有三种方法：力。压浆有三种方法：力。压浆有三种方法：力。压浆有三种方法：a.a.一次压注（同步注浆）一次

22、压注（同步注浆）一次压注（同步注浆）一次压注（同步注浆）随着盾尾的空隙的出现，立即压注水泥砂浆，并保持一定压力。随着盾尾的空隙的出现，立即压注水泥砂浆，并保持一定压力。随着盾尾的空隙的出现，立即压注水泥砂浆，并保持一定压力。随着盾尾的空隙的出现，立即压注水泥砂浆，并保持一定压力。b.b.二次压注：二次压注：二次压注：二次压注：盾构推进一环后，立即用风动压注机通过管片的压注孔，向衬砌盾构推进一环后，立即用风动压注机通过管片的压注孔，向衬砌盾构推进一环后，立即用风动压注机通过管片的压注孔，向衬砌盾构推进一环后，立即用风动压注机通过管片的压注孔，向衬砌壁后的建筑空隙注入豆粒砂，以防止地层的塌方。继续

23、推进壁后的建筑空隙注入豆粒砂，以防止地层的塌方。继续推进壁后的建筑空隙注入豆粒砂，以防止地层的塌方。继续推进壁后的建筑空隙注入豆粒砂，以防止地层的塌方。继续推进5858环后，再用压浆泵将水泥类浆体灌入砂间空隙，使之固结。环后，再用压浆泵将水泥类浆体灌入砂间空隙，使之固结。环后，再用压浆泵将水泥类浆体灌入砂间空隙，使之固结。环后，再用压浆泵将水泥类浆体灌入砂间空隙，使之固结。c.c.三次压注：三次压注：三次压注：三次压注：同步压浆填充盾尾的空隙，管片脱出盾尾时过程中快速压浆。同步压浆填充盾尾的空隙，管片脱出盾尾时过程中快速压浆。同步压浆填充盾尾的空隙，管片脱出盾尾时过程中快速压浆。同步压浆填充盾

24、尾的空隙，管片脱出盾尾时过程中快速压浆。根据施工经验，压浆数量同注入压力及要求控制的地表沉降有关。根据施工经验，压浆数量同注入压力及要求控制的地表沉降有关。根据施工经验，压浆数量同注入压力及要求控制的地表沉降有关。根据施工经验，压浆数量同注入压力及要求控制的地表沉降有关。一般为计算建筑空隙体积的一般为计算建筑空隙体积的一般为计算建筑空隙体积的一般为计算建筑空隙体积的100%180%.100%180%.压浆要对称于衬砌进行，压浆要对称于衬砌进行，压浆要对称于衬砌进行，压浆要对称于衬砌进行，尽量避免单点超压注浆，以减少衬砌环的不均匀施工荷载。注浆尽量避免单点超压注浆，以减少衬砌环的不均匀施工荷载。

25、注浆尽量避免单点超压注浆，以减少衬砌环的不均匀施工荷载。注浆尽量避免单点超压注浆，以减少衬砌环的不均匀施工荷载。注浆压力一般为压力一般为压力一般为压力一般为0.51.0Mpa.0.51.0Mpa.qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院盾构的分类盾构的分类 按按按按断面形状断面形状断面形状断面形状分为：圆形、拱形、矩形、马蹄形分为：圆形、拱形、矩形、马蹄形分为：圆形、拱形、矩形、马蹄形分为：圆形、拱形、矩形、马蹄形圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好，衬砌拼装简便，圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好，衬砌拼装简便，圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好，衬砌拼装

26、简便，圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好，衬砌拼装简便，可采用通用构件，易于更换，因而应用较为广泛可采用通用构件，易于更换，因而应用较为广泛可采用通用构件，易于更换，因而应用较为广泛可采用通用构件，易于更换，因而应用较为广泛按盾构前部构造分为：敞胸式和闭胸式；按盾构前部构造分为：敞胸式和闭胸式；按盾构前部构造分为：敞胸式和闭胸式；按盾构前部构造分为：敞胸式和闭胸式；敞胸式包括手掘式、半机械式、机械式盾构机敞胸式包括手掘式、半机械式、机械式盾构机敞胸式包括手掘式、半机械式、机械式盾构机敞胸式包括手掘式、半机械式、机械式盾构机闭胸式是为扩大地质适应能力、提高掘进效率而发展为泥水工闭胸式是为扩大

27、地质适应能力、提高掘进效率而发展为泥水工闭胸式是为扩大地质适应能力、提高掘进效率而发展为泥水工闭胸式是为扩大地质适应能力、提高掘进效率而发展为泥水工和土压压式盾构机和土压压式盾构机和土压压式盾构机和土压压式盾构机建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院不同类型盾构的适用条件挖掘挖掘挖掘挖掘方式方式方式方式构造构造构造构造类型类型类型类型盾构名称盾构名称盾构名称盾构名称开挖面稳定措施开挖面稳定措施开挖面稳定措施开挖面稳定措施适用地层适用地层适用地层适用地层附注附注附注附注人工开人工开人工开人工

28、开挖（手挖（手挖（手挖（手掘式）掘式）掘式）掘式）敞胸敞胸敞胸敞胸普通盾构普通盾构普通盾构普通盾构临时挡板、支撑千斤顶临时挡板、支撑千斤顶临时挡板、支撑千斤顶临时挡板、支撑千斤顶地质稳定或松软地质稳定或松软地质稳定或松软地质稳定或松软均可均可均可均可辅以气压、人辅以气压、人辅以气压、人辅以气压、人工井点降水及工井点降水及工井点降水及工井点降水及其它地层加固其它地层加固其它地层加固其它地层加固措施措施措施措施棚式盾构棚式盾构棚式盾构棚式盾构将开挖面分成几层，利用砂的安息将开挖面分成几层，利用砂的安息将开挖面分成几层，利用砂的安息将开挖面分成几层，利用砂的安息角和棚的磨擦角和棚的磨擦角和棚的磨擦角

29、和棚的磨擦砂性土砂性土砂性土砂性土网格式盾构网格式盾构网格式盾构网格式盾构利用土和钢制网状硌栅的磨擦利用土和钢制网状硌栅的磨擦利用土和钢制网状硌栅的磨擦利用土和钢制网状硌栅的磨擦粘土淤泥粘土淤泥粘土淤泥粘土淤泥闭胸闭胸闭胸闭胸半挤压盾构半挤压盾构半挤压盾构半挤压盾构胸板局部开孔依赖盾构千斤顶推力胸板局部开孔依赖盾构千斤顶推力胸板局部开孔依赖盾构千斤顶推力胸板局部开孔依赖盾构千斤顶推力土砂自然流入土砂自然流入土砂自然流入土砂自然流入软可塑的粘性土软可塑的粘性土软可塑的粘性土软可塑的粘性土全挤压盾构全挤压盾构全挤压盾构全挤压盾构胸板无孔、不进土胸板无孔、不进土胸板无孔、不进土胸板无孔、不进土淤泥淤

30、泥淤泥淤泥半机械半机械半机械半机械式式式式敞胸敞胸敞胸敞胸反铲式盾构反铲式盾构反铲式盾构反铲式盾构手掘式盾构装上反铲挖土机手掘式盾构装上反铲挖土机手掘式盾构装上反铲挖土机手掘式盾构装上反铲挖土机土质坚硬稳定开土质坚硬稳定开土质坚硬稳定开土质坚硬稳定开挖面能自立挖面能自立挖面能自立挖面能自立辅助措施辅助措施辅助措施辅助措施旋转式盾构旋转式盾构旋转式盾构旋转式盾构同上，装上软岩掘进机同上，装上软岩掘进机同上，装上软岩掘进机同上，装上软岩掘进机软岩软岩软岩软岩机械式机械式机械式机械式敞胸敞胸敞胸敞胸旋转刀盘式盾构旋转刀盘式盾构旋转刀盘式盾构旋转刀盘式盾构单刀盘加面板多刀盘加面板单刀盘加面板多刀盘加面

31、板单刀盘加面板多刀盘加面板单刀盘加面板多刀盘加面板软岩软岩软岩软岩辅助措施辅助措施辅助措施辅助措施闭胸闭胸闭胸闭胸局中气压盾构局中气压盾构局中气压盾构局中气压盾构面板和隔板间加气压面板和隔板间加气压面板和隔板间加气压面板和隔板间加气压多水松软地层多水松软地层多水松软地层多水松软地层不再另设辅助不再另设辅助不再另设辅助不再另设辅助措施措施措施措施泥水加压盾构泥水加压盾构泥水加压盾构泥水加压盾构面板和隔板间加压力泥水面板和隔板间加压力泥水面板和隔板间加压力泥水面板和隔板间加压力泥水含水地层、冲积含水地层、冲积含水地层、冲积含水地层、冲积层、洪积层层、洪积层层、洪积层层、洪积层辅助措施辅助措施辅助措

32、施辅助措施土压平衡盾构（加土压平衡盾构（加土压平衡盾构（加土压平衡盾构（加水式、加泥式）水式、加泥式）水式、加泥式）水式、加泥式）面板和隔板间充满土砂容积产生的面板和隔板间充满土砂容积产生的面板和隔板间充满土砂容积产生的面板和隔板间充满土砂容积产生的压力与开挖面处的地层压力保持平压力与开挖面处的地层压力保持平压力与开挖面处的地层压力保持平压力与开挖面处的地层压力保持平衡衡衡衡淤泥、淤泥混砂淤泥、淤泥混砂淤泥、淤泥混砂淤泥、淤泥混砂辅助措施辅助措施辅助措施辅助措施qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院第一节第一节 衬砌型式和构造衬砌型式和构造衬砌结构作用衬砌结构作用外

33、层衬砌的分类及其比较外层衬砌的分类及其比较按材料和形式分类按材料和形式分类按结构类型分类按结构类型分类装配式钢筋混凝土管片装配式钢筋混凝土管片建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院q在在施工阶段施工阶段中，作为施工临时支撑用，并承受盾构中，作为施工临时支撑用，并承受盾构千斤顶顶力千斤顶顶力以及其以及其它它施工荷重施工荷重。衬砌结构的作用衬砌结构的作用建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院衬砌结构的作用衬砌结构的作用q竣工后，作为隧道竣工后，作为隧道永久性支撑永久性支撑结构，支承衬砌结构周结构，支承衬砌结构周围的围的水、土压力水、土压力以及使用阶段某些以及使用阶段某些特殊需要

34、的荷重特殊需要的荷重。q防止防止泥、水渗入泥、水渗入，满足隧道结构的预期使用要求。，满足隧道结构的预期使用要求。q在外层装配式衬砌结构内现浇混凝土或钢筋混凝土内在外层装配式衬砌结构内现浇混凝土或钢筋混凝土内衬，这对于隧道防水、防锈蚀，修正隧道施工误差以衬，这对于隧道防水、防锈蚀，修正隧道施工误差以及用作隧道内部装饰具有发挥进一步作用。如果在二及用作隧道内部装饰具有发挥进一步作用。如果在二层衬砌间的连接结构措施得到满足，则层衬砌间的连接结构措施得到满足，则二层衬砌二层衬砌可视可视作整体性结构以共同抵抗外荷载。作整体性结构以共同抵抗外荷载。qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑

35、工程学院q钢筋混凝土管片钢筋混凝土管片q箱形管片箱形管片q平板形管平板形管q铸铁管片铸铁管片q钢管片钢管片 q复合管片复合管片 外层衬砌的分类外层衬砌的分类按材料分类按材料分类qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院标准环和楔形环建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院管片各部位名称qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院q按结构型式分类按结构型式分类 q管片管片q砌块砌块 q按构造型式分类按构造型式分类q单层衬砌单层衬砌 q双层衬砌双层衬砌 外层衬砌的分类外层衬砌的分类按结构型式分类按结构型式分类建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院

36、建筑工程学院qbackback双层衬砌双层衬砌建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院q环宽环宽一般在一般在30030012001200mmmm之间，常用的是之间，常用的是750750900900mm mm q分块分块 衬砌圆环的分块主要考虑在管片制作、运输、安装等方面衬砌圆环的分块主要考虑在管片制作、运输、安装等方面的实践经验而定。的实践经验而定。q封顶管片形式封顶管片形式 封顶块的拼装形式有两种：径向楔入、纵向插入。封顶块的拼装形式有两种：径向楔入、纵向插入。q装配式钢筋混凝土管片构造装配式钢筋混凝土管片构造建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院封顶管片形式封顶管片形式建

37、筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院（四）隧道衬砌与拼装 管片拼装方法可分为管片拼装方法可分为通缝拼装和错缝拼装通缝拼装和错缝拼装。通缝拼装，管片的纵缝环环对齐，拼装较为方便，易定位，衬砌通缝拼装，管片的纵缝环环对齐，拼装较为方便，易定位，衬砌环施工应力小，但环面不平整的误差容易积累。环施工应力小，但环面不平整的误差容易积累。错缝拼装，衬砌圆环的纵缝在相邻圆环环间错开错缝拼装，衬砌圆环的纵缝在相邻圆环环间错开1/21/31/21/3管片。管管片。管片的环纵缝是榫形连接，以利拼装。错缝拼装的隧道比通缝拼装片的环纵缝是榫形连接，以利拼装。错缝拼装的隧道比通缝拼装的隧道整体性强，但由于环面

38、不平整，会引起较大的施工应力，的隧道整体性强，但由于环面不平整，会引起较大的施工应力，防水材料也会因压密不够而渗漏水。防水材料也会因压密不够而渗漏水。建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院管片拼装的“先纵后环”和“先环后纵”先环后纵法：先环后纵法：先环后纵法：先环后纵法：拼装前将拼装前将拼装前将拼装前将所有的盾构千斤顶缩回所有的盾构千斤顶缩回所有的盾构千斤顶缩回所有的盾构千斤顶缩回，管片先拼装成圆环，然后用千，管片先拼装成圆环，然后用千，管片先拼装成圆环，然后用千，管片先拼装成圆环，然后用千斤顶使拼好的圆环纵向靠陇。先环后纵法拼装的环面较为平整，斤顶使拼好的圆环纵向靠陇。先环后纵法拼

39、装的环面较为平整，斤顶使拼好的圆环纵向靠陇。先环后纵法拼装的环面较为平整，斤顶使拼好的圆环纵向靠陇。先环后纵法拼装的环面较为平整，纵缝拼装质量好，但对易产生后退现象的盾构不宜采用。纵缝拼装质量好，但对易产生后退现象的盾构不宜采用。纵缝拼装质量好，但对易产生后退现象的盾构不宜采用。纵缝拼装质量好，但对易产生后退现象的盾构不宜采用。先纵后环法：先纵后环法：先纵后环法：先纵后环法：就能防止盾构的后退，既拼装某一管片时，就就能防止盾构的后退，既拼装某一管片时，就就能防止盾构的后退，既拼装某一管片时，就就能防止盾构的后退，既拼装某一管片时，就只缩回该管片的千只缩回该管片的千只缩回该管片的千只缩回该管片的

40、千斤顶，其它千斤顶则对称地支撑或升压斤顶，其它千斤顶则对称地支撑或升压斤顶，其它千斤顶则对称地支撑或升压斤顶，其它千斤顶则对称地支撑或升压。逐块轮流缩回与伸出部。逐块轮流缩回与伸出部。逐块轮流缩回与伸出部。逐块轮流缩回与伸出部分千斤顶，直至拼装成环。在整个拼装过程中，要控制盾构位置分千斤顶，直至拼装成环。在整个拼装过程中，要控制盾构位置分千斤顶，直至拼装成环。在整个拼装过程中，要控制盾构位置分千斤顶，直至拼装成环。在整个拼装过程中，要控制盾构位置不变。管片拼装常用举重臂进行。按不变。管片拼装常用举重臂进行。按不变。管片拼装常用举重臂进行。按不变。管片拼装常用举重臂进行。按“自上而下，左右交叉，

41、最自上而下，左右交叉，最自上而下，左右交叉，最自上而下，左右交叉，最后封顶成环后封顶成环后封顶成环后封顶成环”。建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院（五）环、纵向螺栓（五）环、纵向螺栓环向螺栓环向螺栓根据根据衬砌接缝内力情况设置成单排或双排衬砌接缝内力情况设置成单排或双排纵向螺栓纵向螺栓按管片按管片分块（拼装形式）结构受力分块（拼装形式）结构受力等要求设置等要求设置建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院q钢筋笼生产钢筋笼生产q管片浇捣管片浇捣q蒸汽养护蒸汽养护q管片水中养护及抗渗试验管片水中养护及抗渗试验q管片精度测试及其保证体系管片精度测试及其保证体系q管片拼装及预应力

42、管片拼装及预应力管片试拼装、螺栓预应力管片试拼装、螺栓预应力qbackback（六）衬砌结构（管片）的生产（六）衬砌结构（管片）的生产（采用工厂化流水作业）（采用工厂化流水作业）建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院q 隧道衬砌结构基本使用要求隧道衬砌结构基本使用要求q一、一、钢筋混凝土管片的设计要求和方法钢筋混凝土管片的设计要求和方法q二、二、结构计算方法的选择结构计算方法的选择q三、三、荷载的确定荷载的确定q四、四、衬砌内力计算衬砌内力计算第二节第二节 衬砌圆环内力计算衬砌圆环内力计算建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院隧道衬砌结构基本使用要求隧道衬砌结构基本使用要求

43、q满足结构强度、刚度的要求，以承受诸如水、土压力满足结构强度、刚度的要求，以承受诸如水、土压力以及一些特殊使用要求的外荷载。以及一些特殊使用要求的外荷载。q提供一个能满足使用要求的工作环境，保持隧道内部提供一个能满足使用要求的工作环境，保持隧道内部的干燥和洁净。的干燥和洁净。qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院q按照强度、变形、裂缝限制等需要分别进行验算。按照强度、变形、裂缝限制等需要分别进行验算。q确定衬砌结构的几个工作阶段确定衬砌结构的几个工作阶段施工荷载阶段，基本使施工荷载阶段，基本使用荷载阶段和特殊荷载阶段，提出各个工作阶段的荷载和用荷载阶段和特殊荷载阶段

44、，提出各个工作阶段的荷载和安全质量指标要求（衬砌裂缝宽度，接缝变形和直径变形安全质量指标要求（衬砌裂缝宽度，接缝变形和直径变形的允许量，隧道抗渗防漏指标，结构安全度，衬砌内表面的允许量，隧道抗渗防漏指标，结构安全度，衬砌内表面平整度要求等）进行各个工作阶段和组合工作阶段的结构平整度要求等）进行各个工作阶段和组合工作阶段的结构验算。验算。钢筋混凝土管片的设计要求和方法钢筋混凝土管片的设计要求和方法建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院q把衬砌环看作一按把衬砌环看作一按自由变形的匀质（等刚度）圆环自由变形的匀质（等刚度）圆环计算，计算，而接缝上的刚度不足采用衬砌环的错缝拼装予以弥补。而接

45、缝上的刚度不足采用衬砌环的错缝拼装予以弥补。q按多铰圆环按多铰圆环计算计算 q衬砌结构的设计步骤大都先按使用要求设计验算，提出衬衬砌结构的设计步骤大都先按使用要求设计验算，提出衬砌结构设计方案，进行能满足各种使用要求的结构试验，砌结构设计方案，进行能满足各种使用要求的结构试验，参照试验结果对原设计方案进行必要的修改和加强。参照试验结果对原设计方案进行必要的修改和加强。结构计算方法的选择结构计算方法的选择建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院q初步确定初步确定隧道直径、管片的宽度及厚度，圆环的分块和纵隧道直径、管片的宽度及厚度，圆环的分块和纵向螺栓的位置、数量向螺栓的位置、数量q管片的

46、细部设计管片的细部设计，包括接头形式、管片的孔洞、螺孔，环，包括接头形式、管片的孔洞、螺孔，环向螺栓的数量截面、防水条槽口，管片各部位的精度及举向螺栓的数量截面、防水条槽口，管片各部位的精度及举重臂吊点、拼装形式等重臂吊点、拼装形式等q管片的计算及断面设计管片的计算及断面设计 管片设计的几个阶段管片设计的几个阶段qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院（一）基本使用阶段（一）基本使用阶段（二）施工阶段（二）施工阶段1 1管片拼装管片拼装2 2盾构推进盾构推进（三）特殊荷载阶段（三）特殊荷载阶段三、荷载的确定三、荷载的确定建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院

47、（衬砌环宽按（衬砌环宽按1 1m m考虑）考虑）1.1.自重自重2.2.竖向土压竖向土压 3 3拱背土压拱背土压 4 4地面超载地面超载当隧道埋深较浅时必须考虑地面荷载当隧道埋深较浅时必须考虑地面荷载的影响，日本资料一般取的影响，日本资料一般取1 1t/mt/m2 2（一）基本使用阶段（一）基本使用阶段建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院5 5侧向均匀主动土压侧向均匀主动土压 6 6侧向三角形主动土压侧向三角形主动土压 7 7侧向土壤抗力侧向土壤抗力 8 8水压水压 按静水压考虑按静水压考虑 9 9拱底反力拱底反力 （一）基本使用阶段（一）基本使用阶段建筑工程学院建筑工程学院建筑工

48、程学院建筑工程学院q竖向土压竖向土压软粘土软粘土情况下情况下按隧道顶部按隧道顶部全部土压全部土压考虑考虑具有较大的抗剪强度具有较大的抗剪强度的地层内的地层内隧道埋深超过隧道衬砌的外径隧道埋深超过隧道衬砌的外径“松动高度松动高度”理论理论 泰沙基公式泰沙基公式 （一）基本使用阶段（一）基本使用阶段 载荷确定的几个问题载荷确定的几个问题普氏公式普氏公式 建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院q侧向主动土压侧向主动土压 朗金公式朗金公式 载荷确定的几个问题载荷确定的几个问题侧压的计算在含水砂土层中，采用水土分离原则计算侧压的计算在含水砂土层中，采用水土分离原则计算而在含水粘土层中则采用水、

49、土不分离的原则。而在含水粘土层中则采用水、土不分离的原则。q地层侧向弹性抗力地层侧向弹性抗力 q文克列尔局部变形理论文克列尔局部变形理论 压缩系数压缩系数k k值的确定和试验测定值的确定和试验测定 qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院1 1管片拼装管片拼装 纵向接缝拧紧螺栓，使管片局部出现较大的集中应力，导致管片纵向接缝拧紧螺栓，使管片局部出现较大的集中应力，导致管片开裂和存在着局部内应力。开裂和存在着局部内应力。2 2盾构推进盾构推进3 3衬砌背后压注衬砌背后压注4 4衬砌环刚出盾尾的初期衬砌环刚出盾尾的初期衬砌结构在施工阶段引起的不利工作条件的因素很多，难以事

50、先估计。衬砌结构在施工阶段引起的不利工作条件的因素很多，难以事先估计。目前一般的处理方法是从实地观测和提出相应改进措施外，还常采目前一般的处理方法是从实地观测和提出相应改进措施外，还常采用一个笼统的附加安全系数，以保证衬砌结构的一定安全度。用一个笼统的附加安全系数，以保证衬砌结构的一定安全度。（二）施工阶段（二）施工阶段qbackback建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院当盾构千斤顶施加在环缝面上，特别是千斤顶顶力存在偏心状当盾构千斤顶施加在环缝面上，特别是千斤顶顶力存在偏心状态情况下，极易使管片开裂和顶碎。态情况下，极易使管片开裂和顶碎。衬砌环的受力衬砌环的受力管片的管片的纵向