第十章盾讲义构衬砌结构
盾构施工技术 6 盾构衬砌
断面形式
箱型 平板型 六角形
岩土锚固及支挡工程
岩土锚固及支挡工程
3）按材料分 ①钢筋混凝土管片 成本低，使用最多，耐久性好
岩土锚固及支挡工程
②钢管片 优点：重量轻、强度高、加工容易、运输安装方便， 缺点：耐腐蚀性差、成本高、金属耗量大。
具有更大的承受不均匀荷载和变形能力，常用于隧道通过 高层建筑或桥梁等局部荷载处。
（4）管片标准高。生产过程中对材料和环境要求高，混凝 土管片成品标准要求宽度（1000～2000mm）上的误差小于0.5mm。
（5）需要组合拼装，组合拼装精度要求高；
岩土锚固及支挡工程
（6）组合拼装后整体具有良好的防水性能。 （7）能模拟空间曲线。
岩土锚固及支挡工程
（8）三维承载，受力复杂。
岩土锚固及支挡工程
为1～2m，圆弧形，且手孔位置深；
岩土锚固及支挡工程
（2）管片的使用年限长，作为盾构隧道的永久结构，设计年 限基本上都是100年；使用环境差，基本都在地下水位以下。
岩土锚固及支挡工程
（3）管片配筋特殊。管片配筋为弧形框架，连接点特殊，保 护层厚度保证比较难，蒸养膨胀系数不同；
专用焊接胎具
岩土锚固及支挡工程
岩土锚固及支挡工程
封顶块：径向插入，轴向插入，封顶块不一定拼装在隧道的 顶部，也常常出现在隧道的腰部，底部等位置。
岩土锚固及支挡工程
2.分块 分块不宜过多，这样拼状时间长，材料用量也大； 也不宜过少，这样管片体量过大，不利于运输和拼状。
岩土锚固及支挡工程
管片分割数
标准块 封顶块
n x21
岩土锚固及支挡工程
管片宽度主要取决于掘进机和隧道直径。 与盾构机的千斤顶行程匹配； 需与管片拼状机的能力匹配；
隧道施工衬砌结构
围岩地质条件，但是若作为永久衬砌，一般考虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩良好、 完整、稳定的地段中采用。
• 复合式衬砌 — 是一种较为合理的结构形式，适用于多种围岩地质条
件， 有其广阔的发展前途。
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 隧道衬砌的建筑材料及要求
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
• 由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，
使车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动 了一个距离（d内2）。
加宽值的计算
- 单线曲线隧道加宽值的计算
• 车辆中间部分向曲线内侧的偏移d内1
d内1=
车辆通过曲线时的横断面图
式中 l — 车辆转向架中心距，取18m； R — 曲线半径（m）
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
基本建筑限界
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
最大级超限货物装载限界
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
隧限-1A和隧限-1B
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
隧限-2A和隧限-2B
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
单线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓
隧道构造设计
d内1=
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
• 车辆两端向曲线外侧的偏移d外
d外=
式中 L— 标准车辆长度，我国为26m。
d外=
• 外轨超高使车体向曲线内侧倾移d内2
d内2=
式中 H—— 隧道限界控制点自轨面起的高度 E —— 曲线外轨超高值，其最大值不超过15㎝，且
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
拱形隧道概述和衬砌结构
Mp 12qR12sin2 BC段：
M 1 1 M 22.290.65R 2cos
M p1 2qR2sin0.652
力法典型方程各系数的求解
则：
1 1=0 4 1 5 8 0M E I 21R 1d4 1 7 5 8 8 1 0 .8 8 0 5 M E I2 1R 2d=3 E .I5
其中：
a 78.85o M a pM p 7 8 .8 5 o 2 8 1 .1 k N m
ห้องสมุดไป่ตู้
1 2 X X 1 11 2 1 1 X X 2 212 22 12 P P u aa 0 f a0
X X 1 1 ( (1 2 1 1 u 1 1 ) fX 2 1 ) ( 1 2 X 2 (2 2 2 fu 2 1 ) f( u 1 1 p f 2 a p )f 2 0 1 ) ( 2 p fa p u a p ) 0
1 2 = 2 1 = 0 4 1 5 8 0M E 1 M I2R 1 d4 1 7 5 8 8 1 0 .8 8 0 5 M E 1 M I2R 2 d= 2 E .I 8
2 2=0 4 1 5 8 0M E I22R 1 d4 1 7 5 8 8 1 0 .8 8 0 5 M E I22R 2d=3 E .I 8
2
cosa
bha
由局部变形理论：
2
2
K
cosa
Kbha
可得：
u2
2
cosa
cos2a
Kbha
2 0
外荷载作用下拱座位移计算
在外荷载作用下，基本结构中拱脚a点处产生弯矩Map和轴向力 Nap，则拱脚截面的转角和水平位移为：
ap Map1
盾构法隧道衬砌结构设计PPT文档108页
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力则殆。——孔子
盾构施工技术培训讲义ppt(66张)
1.1 盾构及其工作原理
盾构施工技术
SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE
概念：是一种用于软土隧道暗挖施工、具有金属外壳、 壳内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体开挖、 土渣排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一 次成型的工作机械。
盾构是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构集机、 电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、 输送土渣、拼装隧道衬砌、量测导向纠偏等功能。
和铣削头式） 3 机械式（全断面开挖）
OF盾构——自稳性强的围岩，各种非黏性和黏性地层在地下 水位以下地层或渗漏地层掘进时，必须用井点降水降低地 下水位。
盾构施工技术培训讲义(PPT66页)
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盾构施工技术
SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE
盾构施工技术培训讲义(PPT66页)
目前最大的泥水盾构
盾构施工技术培训讲义(PPT66页)
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盾构施工技术
SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE
目前最大的泥水盾构
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日本泥水盾构
土压平衡盾构
盾构施工技术
SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE
统 可调整泥浆物性，并将其送到开挖面，保持开挖面稳
定的泥水循环系统 综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水处理设备运转
状况的综合管理系统 泥水分离处理系统 壁后同步注浆系统
盾构施工技术培训讲义(PPT66页)
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盾构施工技术
隧道衬砌结构知识、原理和衬砌计算及设计公式
隧道衬砌结构知识、原理和衬砌计算及设
计公式
简介
隧道衬砌结构是用于支撑和保护隧道壁面的一种结构。
衬砌的设计和计算是确保隧道的安全和稳定性的重要步骤。
衬砌结构类型
隧道衬砌结构通常包括以下几种类型：
1. 塑料管衬砌：使用塑料管来加固和保护隧道壁面。
2. 预制混凝土片衬砌：使用预制混凝土片来支撑和保护隧道壁面。
3. 钢筋混凝土衬砌：使用钢筋混凝土结构来加固和保护隧道壁面。
衬砌计算及设计公式
在进行隧道衬砌的计算和设计时，需要考虑以下因素：
1. 隧道直径：隧道的直径是确定衬砌结构尺寸和类型的关键因素。
2. 地层情况：地层的稳定性和承载能力将影响衬砌的安全性和设计方法。
3. 水压情况：如果隧道处于水下或水土压力较大的地区，需要考虑水压对衬砌的影响。
根据以上因素，可以使用以下公式进行衬砌计算和设计：
1. 隧道衬砌尺寸计算公式：根据隧道直径和地层参数计算衬砌的合适尺寸。
2. 衬砌材料选择公式：根据地层情况和环境条件选择合适的衬砌材料。
3. 衬砌厚度计算公式：根据地层情况和水压情况计算衬砌的合适厚度。
结论
隧道衬砌结构的知识、原理和衬砌计算及设计公式对于确保隧道的安全和稳定性至关重要。
根据隧道的直径、地层情况和水压情况等因素，可以选择合适的衬砌结构类型，并使用相应的公式进行计算和设计。
盾构管片衬砌结构设计计算
《地下铁道》7.5 盾构管片衬砌结构设计计算隧道与地下工程系7.5 盾构管片衬砌结构设计计算1.设计原则盾构法隧道宜采用荷载结构模型和地层结构模型进行结构计算，前者用于常规设计，后者用于特殊设计。
◆管片设计时可将其视为单独承受弯矩、轴力及剪力的线性梁来处理。
◆按相对于横断面方向的设计来决定管片的断面，根据地震及地基沉降的影响等来研究隧道纵断面结构的合理性。
1.设计原则◆荷载模式：浅埋与深埋、水土合算和分算。
◆结构模型：(1) 均质(等刚度)圆环模型在饱和含水软土地层中，主要由于工程上的防水要求，对由装配式衬砌组成的衬砌圆环，其接缝必须具有一定的刚度，以减小接缝变形量。
由于相邻环间接错缝拼装，并设置一定数量的纵向螺栓或在环缝上设有凹凸榫槽，使纵缝刚度有了一定的提高。
因此，圆环可近似地认为是一均质等刚度圆环。
1.设计原则◆结构模型：(2) 多铰圆环结构模型该原理在于圆环多铰衬砌环在主和被动土压作用下产生变形，圆环由一不稳定结构逐渐转变成稳定结构，圆环变形过程中，铰不发生突变。
计算假定：1)适用于圆形结构。
2)衬砌环在转动时，管片或砌块视作刚体处理。
3)衬砌环外围土抗力按均匀分布，土抗力的计算满足对砌环稳定性的要求， 土抗力作用方向全部朝向圆心。
4)计算中不计及圆环与土壤介质间的摩擦力。
5)土抗力和变形间关系按温克尔公式计算。
1.设计原则◆结构模型：在不稳定地层中，多铰圆环结构(铰的数量大于3个)处于结构不稳定状态，当圆环外围土层给圆环结构提供了附加约束，使得随着多铰圆环的变形而提供了相应的地层抗力，于是多铰圆环就处于稳定状态。
在稳定地层中，衬砌环按多铰圆环计算是十分经济合理的。
对圆环变形量要有一定的限制，并对施工要求提出必要的技术措施。
2.管片内力计算(1)均质圆环模型◆按普通圆形结构计算，不同的是因为衬砌圆环是由数块管片拼装而成的，它的刚度不如整体浇筑的圆环，应予以折减。
◆钢筋混凝土管片为0.7，复合管片为0.8，铸铁管片的刚度折减率可取为0.9。
2016年一级建造师市政实务经典讲义(盾构篇)
盾构篇盾构法特点：1、盾构法的始发端和接收端各建一个工作竖井；2、盾构机在始发段工作井内安装就位；3、依靠盾构千斤顶推力（最开始时作用在工作井后壁上、后来作用在以拼装好的衬砌环上）；4、沿设计轴线推进，推进同时不断出土和安装衬砌管片；5、及时向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置；6、进入接收工作井并被拆除，或穿越工作井继续推进。
盾构法优点【多选】：1、除工作井施工外，均在地下进行，即不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和振动影响；2、盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工作循环进行，施工宜于管理，施工人员较少；3、隧道施工费用不受覆土量大小的影响，适宜于建造覆土较深的隧道；4、施工不受风雨等气候条件的影响；5、当隧道穿过河底或其他建筑物时，不影响施工；6、与明挖法比，主要能使盾构的开挖面稳定，则隧道越深、地基越差、土中影响施工的埋设物等越多，经济上、施工速度上就越有利。
盾构发的缺点【多选】：1、当隧道曲线半径过小时，施工较为困难；2、在陆地建筑隧道时，如隧道覆土太浅，则盾构法施工困难很大，而在水下时，覆土太浅则盾构法施工不够安全；3、使用全气压对劳动保护要求高、施工条件差；4、盾构法隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止，特别在饱和含水松软的土层，要采取严密的技术措施才能把沉陷控制在很小的限度内；5、在饱和的含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水的技术要求较高。
在松软含水地层、地面构筑物不允许拆迁，施工条件困难地段，采用盾构法施工隧道能显示其优越性：振动小、噪声低、施工速度快、安全可靠，对沿线居民生活、地下和地面构建筑物影响小。
盾构法衬砌有预制装配式衬砌、预制装配式衬砌【在外】和模筑钢筋混凝土整体式衬砌【在内】相结合的双层衬砌以及挤压混凝土整体式衬砌三类。
管片分：钢管片、铸铁管片、钢筋混凝土管片【一般用】。
按管片螺栓手孔大小，分箱型【大】和平板型【小】。
衬砌环内管片之间以及各衬砌环之间的连接方式，按力学分柔性连接和刚性连接。
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临时挡板、支撑千斤顶
将开挖面分成几层，利用砂的安息角和棚 的磨擦
地质稳定或松软均 可
砂性土
辅以气压、人工 井点降水及其它 地层加固措施
利用土和钢制网状硌栅的磨擦
粘土淤泥
胸板局部开孔依赖盾构千斤顶推力土砂自 然流入
软可塑的粘性土
胸板无孔、不进土
淤泥
手掘式盾构装上反铲挖土机 同上，装上软岩掘进机
盾构；
隧道剖面图
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
按形状分类
大致有圆形（又称半盾构）、矩形、马蹄形等 几种。
圆形因其抵抗水土压力较理想，衬砌拼装简便， 构件可以互换，较为通用，数量最多。
盾构千斤顶一般是沿支承环圆周均匀分 布的 ；
3）拼装系统
衬砌拼装器又称举重臂，是拼装系统的 主要设备，以油压系统为动力，一般举 重臂均安装在支承环上。
举重臂能作旋转、径向运动，还能沿隧 道中轴线作往复运动。
完成这些运动的精度应该保证待装配的 管片上的螺栓孔能和已装配好的螺栓孔 对齐，以便螺栓固定。
2挤压式闭胸盾构
在塑性粘土及淤泥中采用,盾构正面用胸板密闭起 来。
厚兰隧道、林肯隧道和打浦路隧道都采用过半挤 压及全挤压推进的闭胸盾构施工.
衬砌结构常发生椭圆率的现象，先衬砌水平直径 缩小，竖向直径增大，继之，盾构离远时，竖向 直径减小，水平直径增大。
主要是隧道上方土壤结构破坏、隆起，形成一个 卸载拱，而水平压力仍然保持着初始数值之故。
4）出土系统
出土方式一般有三种 ： （1）有轨运输：皮带运输机－矿车－洞
口－垂直起吊至地面。 （2）无轨运输：自卸卡车 （3）管道运输：混合泥浆，压力输出，
出土连续化
6.2.2 盾构分类及其适用范围
表6-1。 1）人工开掘式、半机械式敞胸盾构 全部敞开，随时观察地层变化情况，并
配备简便的液压、风动挖掘，机具、人 工挖掘，当开挖面难以保持稳定时可以 采用气压等人工措施及正面支撑、支撑 千斤顶等随挖随撑 。
圆形盾构中，敞胸盾构和闭胸盾构两大类。
6.2 盾构构造和分类
6.2.1 盾构的基本构造 通常由盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统等 四大部分组成。
1-1 (切口环)；2-2 (支承环)；3-3 (纵剖面)
1）盾构壳体
盾构壳体由切口环、支承环、盾尾与竖直隔板、 水平隔板组成，并由外壳钢板连成整体。
压或泥水压力，阻力板阻力等。
日本盾构总推力经验公式
P(70100)D2(N)
4
表6-2
隧道名称
荷兰Vehicular 美国林肯隧道 美Brooklyn-
battery
美QueenMidtown
比Antwerpen
主要指盾构外径D和盾构 长度L、盾构灵敏度L/D。
最小建筑空隙值x x=mα=m
l
D=d+2(x+δd ) δ=0.02+0.01（D-4）
2）盾构长度L
L=L0+L1+L2+L3 L0—盾尾长度； L1—支承环长度； L2—切口环长度； L3—前檐长度。
3）盾构灵敏度L/D
土质坚硬稳定开挖 面能自立
软岩
辅助措施
单刀盘加面板多刀盘加面板
软岩
辅助措施
面板和隔板间加气压
多水松软地层
不再另设辅助措 施
面板和隔板间加压力泥水
含水地层、冲积层、 洪积层
辅助措施
土压平衡盾构（加水 面板和隔板间充满土砂容积产生的压力与
式、加泥式）
开挖面处的地层压力保持平衡
淤泥、淤泥混砂
辅助措施
6.2.3 盾构几何尺寸的选定及 盾构千斤顶推力计算
经验数值 : 小型盾构D=2~3m，L/D=1.5 中型盾构D=3~6m, L/D=1.00 大型盾构D=6~9m, L/D=0.75 特大型盾构D＞12m, L/D=0.45~0.75
4）盾构千斤顶推力计算
阻力包括：
盾构外表面与四周地层的摩阻力； 盾尾内壳与衬砌结构之间的摩阻力； 盾构切口部分刃口切入土层的阻力； 盾构切口环切入土层时的正面阻力； 开挖面正面支撑阻力； 以及盾构自重引起的阻力，纠偏时的阻力，局部气
切口环 ：开挖 ；上下宽度可以等值、也可以不等 值，甚至是活动的。
容纳各种专门的挖土设备。 支承环：承受荷重的核心部分，刚性较好的圆环
结构。 水平隔板和竖直隔板：增加盾构刚度 ，水平承受
拉力，竖直承受压力。 盾尾：掩护工人在其内部安装衬砌。
2）推进系统
由盾构千斤顶和液压设备组成 ，上下左 右活塞杆伸出长度不同达到纠偏目的。
盾构隧道的历史
用盾构法修建隧道开始于1818年 ，法国工程师布鲁 诺尔；
1825年在英国泰晤士河下首次用矩形盾构建造隧道 ； 近代，日本盾构法得到了迅速发展，用途越来越广，
并研制了大量新型盾构； 我国于1957年北京下水道工程中首次出现2.6m小盾
构； 上海市延安东路过江道路隧道使用11.0 m直径的大
3）机械式闭胸盾构
（1）局部气压盾构 （2）泥水加压式盾构 (3)土压平衡式盾构
表6-1
构造类
挖掘方式
型
盾构名称
开挖面稳定措施
适用地层
附注
人工开挖 （手掘式）
敞胸
闭胸
半机械式 敞胸 敞胸
机械式Βιβλιοθήκη 闭胸普通盾构棚式盾构 网格式盾构 半挤压盾构 全挤压盾构 反铲式盾构 旋转式盾构 旋转刀盘式盾构 局中气压盾构
第十章盾构衬砌结构
精品jing
盾构衬砌结构
本章介绍盾构构造和分类，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。
6.1 概述
盾构（shield）是一种钢制的活动防护装置或 活动支撑，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道的一种机械。
头部可以安全地开挖地层 ,尾部可以装配预制 管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌。
盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。
适用条件
在松软含水地层中修建隧道、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地表以下 暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、 潮汐、季节等条件的影响，