《盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)》PPT課件

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1、10盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)21806年,工程師Brunel針對松散飽和軟土層發(fā)明了最早的網(wǎng)格式盾構(gòu)并提出專利。1818年,Brunel從蛆蟲腐蛀船底成洞得到啟發(fā)，提出了全封閉螺旋式盾構(gòu)工法(土壓平衡盾構(gòu)的原型)。1825～1843年，Brunel設(shè)計的方形鑄鐵框盾構(gòu)貫通了泰晤士河的第一條隧道。1869年,Burlow和Great負(fù)責(zé)建造泰晤士河的第二條隧道，Great采用新開發(fā)的圓形盾構(gòu)、扇形鑄鐵管片。1886年,Great在南倫敦鐵路隧道施工中使用了盾構(gòu)和壓氣組合工法，為現(xiàn)在的盾構(gòu)工法奠定了基礎(chǔ)。盾構(gòu)工法本章主要內(nèi)容襯砌型式和

2、構(gòu)造襯砌圓環(huán)內(nèi)力計算襯砌斷面設(shè)計隧道防水及其綜合處理盾構(gòu)新型管片襯砌形式10.1襯砌型式和構(gòu)造10.1.1襯砌斷面的型式與選型襯砌結(jié)構(gòu)在施工階段保護(hù)開挖面以防止土體變形、坍塌及泥水滲入，并承受盾構(gòu)推進(jìn)時千斤頂頂力及其它施工荷載；在隧道竣工后作為永久性支撐結(jié)構(gòu)，并防止泥水滲入，同時支承襯砌周圍的水、土壓力以及使用階段某些特殊需要的荷載，以滿足結(jié)構(gòu)的預(yù)期使用要求。依據(jù)隧道的使用目的、地層條件以及施工方法，合理選擇襯砌的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、形式和種類等。盾構(gòu)隧道橫斷面一般有圓形、矩形、半圓型、馬蹄形、橢圓形等多種型式，最常用的為圓型與

3、矩型。在飽和含水軟土地層中修建隧道，由于頂壓和側(cè)壓較為接近，較有利的結(jié)構(gòu)型式是選用圓形結(jié)構(gòu)。（一）內(nèi)部使用限界的確定隧道內(nèi)輪廓的凈尺寸應(yīng)根據(jù)建筑限界或工藝要求并考慮曲線影響及盾構(gòu)施工偏差和不均勻沉降來決定。1.車輛限界車輛限界是指在平、直線路上運行中的車輛達(dá)到的最大運動包跡線。在確定車輛限界的各個控制點時，除考慮車輛外輪廓橫斷面的尺寸外，還需考慮到制造上的公差，車輪和鋼軌之間及在支承中的機(jī)械間隙、車體橫向擺動和在彈簧上顫動傾斜等。2.建筑限界建筑限界是決定隧道內(nèi)輪廓尺寸的依據(jù)，是在車輛限界以外一個形狀類似的輪廓。任何固定

4、的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管線等都不得侵入這個限界以內(nèi)。建筑限界由車輛限界外增加適量安全間隙來求得，其值一般為150～200mm。（二）圓型隧道斷面的優(yōu)點可等同地承受各方向外部壓力。飽和含水軟土地層中頂壓、側(cè)壓較為接近，更顯示出圓形隧道斷面的優(yōu)越性；施工中易于盾構(gòu)推進(jìn)；便于管片的制作、拼裝；盾構(gòu)即使發(fā)生轉(zhuǎn)動，對斷面的利用也毫無妨礙。用于圓形隧道的拼裝式管片襯砌一般由若干塊組成，分塊的數(shù)量由隧道直徑、受力要求、運輸和拼裝能力等因素確定。管片類型分為標(biāo)準(zhǔn)塊、鄰接塊和封頂塊三類。管片寬度一般為300mm～2000mm，厚度為隧道外徑的5%

5、～6%，塊與塊、環(huán)與環(huán)之間用螺栓連接。（三）單雙層襯砌的選用隧道襯砌是直接支承地層，保持規(guī)定的隧道凈空，防止?jié)B漏，同時又能承受施工荷載的結(jié)構(gòu)。由管片拼裝的一次襯砌和必要時在其內(nèi)面灌注混凝土的二次襯砌所組成。一次襯砌為承重結(jié)構(gòu)的主體，二次襯砌主要是為了一次襯砌的補(bǔ)強(qiáng)和防止漏水與浸蝕而修筑的。由于防水或截水材料質(zhì)量的提高，可以考慮省略二次襯砌，采用單層的一次襯砌，既承重又防水。對于有壓的輸水隧道，為了承受較大的內(nèi)水壓力，需做二次襯砌。10.1.2襯砌的分類及其比較(一)按材料及形式分類1．鋼筋混凝土管片1)箱形管片一般用于較

6、大直徑的隧道。單塊管片重量較輕，管片本身強(qiáng)度不如平板形管片，特別在盾構(gòu)頂力作用下易開裂。2)平板形管片用于較小直徑的隧道，單塊管片重量較重，對盾構(gòu)千斤頂頂力具有較大的抵抗能力，正常運營時對隧道通風(fēng)阻力較小。2．鑄鐵管片國外在飽和含水不穩(wěn)定地層中修建隧道時較多采用鑄鐵管片。管片較輕，耐蝕性好，機(jī)械加工后管片精度高，能有效地防滲抗漏。缺點是金屬消耗量大，機(jī)械加工量也大，價格昂貴。由于鑄鐵管片具有脆性破壞的特性，不宜用作承受沖擊荷重的隧道襯砌結(jié)構(gòu)。3．鋼管片優(yōu)點是重量輕、強(qiáng)度高。缺點是剛度小，耐銹蝕性差，需進(jìn)行機(jī)械加工以滿足防

7、水要求。成本昂貴，金屬消耗量大，國外在使用鋼管片的同時，再在其內(nèi)澆注混凝土或鋼筋混凝土內(nèi)襯。4．復(fù)合管片外殼采用鋼板制成，在鋼殼內(nèi)澆注鋼筋混凝土，組成一復(fù)合結(jié)構(gòu)，其重量比鋼筋混凝土管片輕，剛度比鋼管片大，金屬消耗量比鋼管片小。缺點是鋼板耐蝕性差，加工復(fù)雜冗繁。(二)按結(jié)構(gòu)型式分類根據(jù)不同的使用要求分成箱形管片、平板形管片等幾種結(jié)構(gòu)型式。鋼筋混凝土管片四側(cè)都設(shè)螺栓與相鄰管片連接。平板形管片在特定條件下可不設(shè)螺栓，稱為砌塊，砌塊四側(cè)設(shè)有不同幾何形狀的接縫槽口，以便砌塊間和環(huán)間相互銜接起來。1.管片適用于不穩(wěn)定地層內(nèi)各種直徑的

8、隧道，接縫間通過螺栓予以連接。由錯縫拼裝的可視為一勻質(zhì)剛度圓環(huán)，接縫由于設(shè)置了一排或二排的螺栓可承受較大的正、負(fù)彎矩。環(huán)縫上設(shè)置縱向螺栓，具有抵抗隧道縱向變形的能力。管片拼裝進(jìn)度大為降低，增加工人勞動強(qiáng)度，也相應(yīng)地增高了施工和襯砌費用。2．砌塊一般適用于含水量較少的穩(wěn)定地層內(nèi)。由于隧道襯砌的分塊要求，使由砌塊拼成的圓