地下建筑结构课件—第六章盾构法装配式圆形衬砌结构

（三）按多铰圆环计算圆环内力（1）日本山本稔法基本假定：适用于圆形结构衬砌环在转动时，管片或砌块视作刚体处理。衬砌环外围土抗力按均变形式分布，土抗力的计算要满足衬砌环稳定性的要求，土抗力作用方向全部朝向圆心。计算中不计及圆环与土壤介质间的摩擦力，这对于满足结构稳定性是偏于安全的。土抗力和变位间关系按文克列尔公式计算。四、衬砌内力计算 （三）按多铰圆环计算圆环内力（1）日本山本稔法计算方法结构按静定结构分析衬砌各个截面处地层抗力四、衬砌内力计算 解1-2杆日本山本稔法 解2-3杆日本山本稔法 解3-4杆日本山本稔法 计算注意点衬砌圆环各个截面上的值与侧向或底部的作用荷载叠加后的数值要求有一定的控制，不能超越一容许值。圆环除强度计算外，还得计算其变形及稳定要求。圆环破坏条件以非约束铰为中心的三个铰（i-1）、（i）、（i+1）的座标系统排列在一直线上，由结构丧失稳定。（三）按多铰圆环计算圆环内力 （2）苏联的多铰圆环内力计算苏联的这种多铰圆环设计计算方法与日本山本方法最大的差异在于苏联方法认为衬砌与地层之间不产生相对的位移，而山本法则认为衬砌环与地层间能完全自由滑移，而忽视了地层土抗力的切线部分。（三）按多铰圆环计算圆环内力 （2）苏联的多铰圆环内力计算内力计算结果比较（三）按多铰圆环计算圆环内力 衬砌结构在各个工作阶段内力计算完成后，就可分别或组合几个工作阶段的内力情况进行断面选择。断面选择在各个不同工作阶段具有不同内容和要求，在基本使用荷载阶段，需进行抗裂或裂缝限制，强度和变形等验算，而在组合基本荷载阶段和特殊荷载阶段的衬砌内力时，一般仅进行强度的检验，变形和裂缝开展可不予以考虑。五、衬砌断面选择 抗裂计算偏压构件断面上的内力分别为弯矩M、轴向力N。混凝土抗拉极限应变值（一）抗裂及裂缝限制的计算受拉钢筋的应变值混凝土最大压应变受压钢筋的应变值 求出裂缝出现前的中和轴的位置（一）抗裂及裂缝限制的计算对偏心距e0 隧道衬砌结构的强度计算往往是先假定衬砌的混凝土横断面尺寸：宽度及厚度，根据使用上的要求，给定混凝土标号（一般装配式构件的标号大都选用在400号以上）和钢筋种类（目前国内用得较多的是16Mn）要求选择钢筋面积。当构件承受瞬时荷载时，建筑材料的强度指标可按特殊规定适当提高。强度计算和配筋选择可按一般钢筋混凝土偏压构件计算。（二）、衬砌断面强度计算 首先判断偏压截面的偏心距（二）、衬砌断面强度计算属于大偏心受压属于小偏心受压先假定中和轴计算出的为负值时，说明混凝土受压区强度已够，按构造需要配设钢筋 混凝土受压区高度x已不等于0.55h，必须重行计算（二）、衬砌断面强度计算在计算出中和轴x后，再代入下式 时，应按受压钢筋为矩心的力矩平衡公式计算，并假定混凝土应力和受压钢筋应力作用点重合（二）、衬砌断面强度计算为偏于安全计，计算公式中常不采用而采用 时，属于小偏心受压。（二）、衬砌断面强度计算时，受压筋配得较多，而破坏可能发生在一侧 衬砌圆环的水平直径变形计算（三）、衬砌圆环的直径变形计算 各种荷载条件下的圆环水平直径变形系数(三)、衬砌圆环的直径变形计算编号荷重形式水平直径处（半径方向）图示1铅直分布荷重2水平均布荷重3等边分布荷重04等腰Δ分布荷重5自重 （一）接缝张开的验算管片拼装之际由于受到螺栓预应力的作用，在接缝上产生预压应力(四)、纵向接缝计算当接缝受到外荷后的应力状态 （一）接缝张开的验算最终接缝应力(四)、纵向接缝计算接缝变形量裂缝不张开无拉应力拉应力小于涂料的粘结力伸长量小于涂料的弹性变形量 （二）纵向接缝强度计算接缝强度计算时，近似地把螺栓看作受拉钢筋按钢筋混凝土截面进行。一般先假定螺栓直径、数量和位置，然后对接缝强度的安全度进行验算。(四)、纵向接缝计算计算中和轴x (四)、纵向接缝计算属于大偏心受压属于大偏心受压满足K≥1.55 纵向接缝中环向螺栓位置a（高度）的设置管片厚度大于400mm设双排螺栓，内外排螺栓孔的位置离管片内外二侧不小于100mm管片厚度小于400mm设有单排螺栓，则螺栓孔位置大致为管片厚度的1/3处。(四)、纵向接缝计算 环缝的综合伸长量(五）、环缝的近似计算管片伸长量纵向螺栓伸长量环缝的合成刚度环缝的合成抗弯强度 例1）16只纵向螺栓的抗弯强度（不按合成断面考虑），M30纵向螺栓，45钢(五）、环缝的近似计算 2）钢筋混凝土管片的纵向抗弯强度，配纵向钢筋79φ10，(五）、环缝的近似计算混凝土面积按环形横断面计算 3）钢筋混凝土管片和纵向螺栓的合成纵向抗弯强度管片宽度：90cm，螺栓长度18.5cm，(五）、环缝的近似计算弹性模量：混凝土钢断面模量：混凝土断面模量：螺栓 3）钢筋混凝土管片和纵向螺栓的合成纵向抗弯强度(五）、环缝的近似计算螺栓应变值混凝土应变值 纵向螺栓（或环缝上的凹凸椎槽）的纵向传递能力的估算(五）、环缝的近似计算环缝面上的摩阻力环缝内纵向螺栓纵向传递能力 例管片厚，弦长，环缝面积，16只M30纵向螺栓，螺栓预压应力取1000kg/cm2(五）、环缝的近似计算环缝面上的预压应力环缝面上的摩阻力两侧纵向螺栓可传递纵向弯矩4.8t-m 一隧道的外径为11.2m，内径为10.1m，覆土深度为21.2m。地下水位考虑在地面以下1m处。隧道内设置一道下拉杆，以加强抵抗特殊荷载的结构能力。隧道两侧土壤介质的内摩擦角。隧道在基本使用阶段不考虑下拉杆的结构作用；当在承受基本使用阶段荷载和特殊荷载组合阶段时，则考虑下拉杆作用(六）、算例 衬砌结构尺寸：基本使用阶段重心z(六）、算例计算半径r基本使用荷载+特殊荷载组合阶段：考虑在外层管片内部再行敷设200厚内衬钢筋混凝土层计算半径r 计算过程黑板演示阶段结果需要重新设计(六）、算例 一、衬砌的抗渗合理提出衬砌本身的抗渗指标经过抗渗试验的混凝土的合适配合比；严格控制水灰比，一般不大于0.4，另加塑化剂以增加混凝土的和易性。衬砌构件的最小混凝土厚度和钢筋保护层。管片生产工艺：振捣方式和养护条件的选择。严格的产品质量检验制度。减少管片在堆放、运输和拼装过程中的损坏率。二、管片制作精度较大的初始接隙，合适的防水密封垫管片制作精度的不够，在盾构推进过程中造成管片的顶碎和开裂，同样造成了漏水的现象。六、隧道防水及其综合处理 三、接缝防水的基本技术要求保持永久的弹性状态和具有足够的承压能力，使之适应隧道长期处于“蠕动”状态而产生的接缝张开和错动。具有令人满意的弹性期龄和工作效能。与混凝土构件具有一定的粘结力。能适应地下水的侵蚀。环缝密封垫需要有足够的承压能力和弹性复原力，能承受和均布盾构千斤顶顶力，防止管片顶碎。并在千斤顶顶力往复作用下，密封垫仍保持良好的弹性变形性能。纵缝密封垫具有比环缝密封垫相对较低的承压能力，能对管片的纵缝初始缝隙进行填平衬齐，并对局部的集中应力具有一定的缓冲和抑制作用。在环、纵缝沿隧道内侧设置嵌缝槽，在槽内填嵌密封防水材料，嵌缝材料最好在隧道变形已趋于基本稳定的情况下进行施工。六、隧道防水及其综合处理 四、二次衬砌在目前隧道接缝防水尚未能完全满足要求情况下，在地铁区间隧道内较多的是用双层衬砌。在外层装配式衬砌已趋基本稳定的情况下，进行二次内衬浇捣，在内衬混凝土浇筑前应对隧道内侧的渗漏点进行修衬堵漏，污泥以高压水部浇、清理。双层衬砌的做法不一，有在外层衬砌结构内直接浇捣两次内衬混凝土的，也有在外层衬砌的内侧面先喷注20mm厚的找平层，再铺设油毡或合成橡胶类的防水层，在防水层上浇注内衬混凝土层的。内衬混凝土一般者采用混凝土泵再加钢模台车配合分段进行，也有用喷射混凝土进行二次衬砌。五、其它隧道防水还有其它的一些附加措施可以采用，诸如隧道外围的压浆，以及地层注浆等，视不同情况予以采用。六、隧道防水及其综合处理