盾构法隧道衬砌结构设计(设计)PPT推荐.ppt
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4.14.1盾构法盾构法概述概述2010-05-282022/11/104.1.14.1.14.1.14.1.1盾构法衬砌设计流程盾构法衬砌设计流程盾构法衬砌设计流程盾构法衬砌设计流程盾构法隧道衬砌设计通常按照以下步骤进行:
盾构法隧道衬砌设计通常按照以下步骤进行:
(11)遵守相关规划、规范或标准)遵守相关规划、规范或标准(22)确定隧道的内部尺寸)确定隧道的内部尺寸设计的隧道内径应该由设计的隧道内径应该由隧道功能隧道功能所需要的地所需要的地下空间决定。
下空间决定。
地铁隧道地铁隧道公路隧道;
公路隧道;
给、排水管道计算流量;
普通管道普通管道2010-05-282022/11/10(33)荷载类型的确定)荷载类型的确定作用在衬砌上的荷载包括土压力、水压力、静荷作用在衬砌上的荷载包括土压力、水压力、静荷载、超载及盾构千斤顶的推力等载、超载及盾构千斤顶的推力等(44)衬砌条件的确定)衬砌条件的确定设计者应该确定衬砌的条件,如衬砌的尺寸(厚设计者应该确定衬砌的条件,如衬砌的尺寸(厚度)、材料的强度,加固的方法等。
度)、材料的强度,加固的方法等。
(55)计算内力)计算内力设计者应该通过使用合适的计算模型及设计方法设计者应该通过使用合适的计算模型及设计方法来计算弯矩、轴力、剪力等内力。
来计算弯矩、轴力、剪力等内力。
4.1.14.1.1盾构法衬砌设计流程盾构法衬砌设计流程2010-05-282022/11/102010-05-282022/11/10(88)设计的批准)设计的批准设计者认为所设计的衬砌结构安全、经济且适设计者认为所设计的衬砌结构安全、经济且适用后,工程项目负责人就应该批准设计文件。
用后,工程项目负责人就应该批准设计文件。
(66)安全性校核)安全性校核设计者应该对照计算出的内力来校核衬砌的安设计者应该对照计算出的内力来校核衬砌的安全性。
全性。
(77)评估)评估如果设计的初衬砌不满足设计荷载要求或设计如果设计的初衬砌不满足设计荷载要求或设计衬砌安全但不经济,设计者应该改变衬砌的条件并衬砌安全但不经济,设计者应该改变衬砌的条件并且重新设计。
且重新设计。
4.1.14.1.1盾构法衬砌设计流程盾构法衬砌设计流程2010-05-282022/11/10图图4-14-1盾构隧道衬砌设计的流程图盾构隧道衬砌设计的流程图2010-05-282022/11/10盾构隧道结构设计程序包括的主要内容如下:
盾构隧道结构设计程序包括的主要内容如下:
第一步:
确定几何参数第一步:
确定几何参数基准线、开挖直径、衬砌直径、衬砌厚度、圆环基准线、开挖直径、衬砌直径、衬砌厚度、圆环的平均宽度、管片系统、接缝连接。
的平均宽度、管片系统、接缝连接。
第二步:
确定岩土参数第二步:
确定岩土参数特定处土的重力、内聚力、内摩擦角、弹性模量、特定处土的重力、内聚力、内摩擦角、弹性模量、变形模量、变形模量、KK00值。
值。
第三步:
选择危险断面第三步:
选择危险断面如超载、地面荷载、地下水及邻近建筑物影响的地如超载、地面荷载、地下水及邻近建筑物影响的地方。
方。
4.1.24.1.2盾构法隧道结构设计程序包括的主要内容盾构法隧道结构设计程序包括的主要内容2010-05-282022/11/10第四步:
确定第四步:
确定TBMTBM机的机械参数机的机械参数总总推推力力、推推力力装装置置的的数数量量、垫垫片片数数量量、垫垫片片形形状、注浆压力、安装所需空间。
状、注浆压力、安装所需空间。
第五步:
确定材料的属性第五步:
确定材料的属性混混凝凝土土标标号号及及抗抗压压强强度度、弹弹性性模模量量;
钢钢筋筋类类型型及及抗抗拉拉强强度度;
垫垫圈圈类类型型、宽宽度度及及弹弹性性性性能能;
裂裂缝缝允许宽度。
允许宽度。
4.1.24.1.2盾构法隧道结构设计程序包括的主要内容盾构法隧道结构设计程序包括的主要内容2010-05-282022/11/10第六步:
设计荷载第六步:
设计荷载(11)土压力)土压力分析作用于衬砌管片上的荷载影响及土压力分析作用于衬砌管片上的荷载影响及土压力(图图4-24-2图图4-6)4-6)2010-05-282022/11/102010-05-282022/11/10
(2)千斤顶的推力荷载分析由于推进器垫板压在不同类型管片上荷载的影响(图4-7)2010-05-282022/11/10(3)拖车和其它服务设备的荷载主要包括单轮承载(图4-8)2010-05-282022/11/10(4)附属注浆荷:
载扩展的注浆压力(图4-9)2010-05-282022/11/10(5)静荷载、存储及装配荷载弯矩的影响(图4-10)2010-05-282022/11/102010-05-282022/11/10
(1)分析模型使用的公式必须符合国家标准与所选设计荷载叠加的原则
(2)数值模型使用符合国家标准的有限元程序来完成弹塑性状态下的应力及应变分析,并进行详细结构状态的仿真(图4-12)。
第七步:
设计模型第七步:
设计模型三维条件须通过二维条件的抽象计算来仿真,如太沙基假设。
三维条件须通过二维条件的抽象计算来仿真,如太沙基假设。
2010-05-282022/11/10第八步:
计算结果剪力、弯矩和挠度一般以表格的形式来展现,以此确定设计荷载及接下来管片的加固。
2010-05-282022/11/104.1.34.1.34.1.34.1.3设计常用名词及图示符号设计常用名词及图示符号设计常用名词及图示符号设计常用名词及图示符号管片:
管片:
盾构隧道最初盾构隧道最初衬砌的弧形构件,衬砌的弧形构件,也适用于预制混也适用于预制混凝土管片。
凝土管片。
2010-05-282022/11/10常用管片形状常用管片形状2010-05-282022/11/102010-05-282022/11/102010-05-282022/11/102010-05-282022/11/102010-05-282022/11/10管片衬砌管片衬砌:
隧道衬砌由管片组成,每一环的衬砌由数个:
隧道衬砌由管片组成,每一环的衬砌由数个管片组成。
盾构中完成的管片衬砌:
在管片衬砌系统中管片组成。
在管片衬砌系统中所有的管片在盾构内组装,且衬砌在盾构内完成。
所有的管片在盾构内组装,且衬砌在盾构内完成。
2010-05-282022/11/102010-05-282022/11/10扩大管片衬砌扩大管片衬砌:
在管片衬砌系统中,除去关键的管片:
在管片衬砌系统中,除去关键的管片外,其余管片均在盾构中安装,在盾构正后面,当外,其余管片均在盾构中安装,在盾构正后面,当关键的管片被插入时,衬砌随即也完成。
关键的管片被插入时,衬砌随即也完成。
厚度:
隧道横截面上衬砌的厚度。
宽度:
管片沿隧道轴线方向上长度。
2010-05-282022/11/10封顶管片形式封顶管片形式小小封封顶顶块块,拼拼装装形形式式有有两两种种:
径径向向楔楔入入、纵向插入。
纵向插入。
2010-05-282022/11/10连接缝:
衬砌的间断处及管片之间的接触面。
2010-05-282022/11/10连接缝的类型:
连接缝的类型:
2010-05-282022/11/102010-05-282022/11/102010-05-282022/11/10计算中使用的符号范例2010-05-282022/11/104.24.2盾构衬砌结构设计方法盾构衬砌结构设计方法软土的物理特征规定如下:
软土的物理特征规定如下:
2010-05-282022/11/10设计原理设计原理:
设计原理是为检验盾构隧道衬砌的安全性。
在设计原理是为检验盾构隧道衬砌的安全性。
在隧道衬砌报告中,都应该阐述设计计算的必要性、隧道衬砌报告中,都应该阐述设计计算的必要性、设计概念的假设、设计寿命、检查永久安全性等问设计概念的假设、设计寿命、检查永久安全性等问题。
题。
2010-05-282022/11/1011、荷载的种类荷载的种类必须考虑的荷载:
必须考虑的荷载:
(11)土压力;
()土压力;
(22)水压力;
()水压力;
(33)静荷载;
()静荷载;
(44)超载;
)超载;
(55)地基反作用力(如果必须的话)。
)地基反作用力(如果必须的话)。
应该考虑的荷载:
(66)内部荷载;
()内部荷载;
(77)施工期间的荷载;
()施工期间的荷载;
(88)地震效应。
)地震效应。
特别荷载:
(99)邻近隧道的影响;
()邻近隧道的影响;
(1010)沉降的影响;
()沉降的影响;
(1111)其它荷)其它荷载。
载。
4.2.24.2.2荷载荷载2010-05-282022/11/1022、土压力、土压力土压力应该沿隧道断面径向作用于衬砌上,或者分解土压力应该沿隧道断面径向作用于衬砌上,或者分解为水平和垂直方向的土压力。
为水平和垂直方向的土压力。
隧道的断面及周围的土体情况图2010-05-282022/11/102010-05-282022/11/10(11)水平土压力)水平土压力从隧道衬砌拱部至底部,作用于从隧道衬砌拱部至底部,作用于衬砌形心衬砌形心处的水处的水平土压力。
它的大小由垂直土压力乘以土的侧压平土压力。
它的大小由垂直土压力乘以土的侧压力系数所确定力系数所确定(图图4-164-16)2010-05-282022/11/10
(2)
(2)垂直土压力垂直土压力将垂直土压力作为作用于衬砌顶部的均布荷载来考虑。
将垂直土压力作为作用于衬砌顶部的均布荷载来考虑。
2010-05-282022/11/10
(2)
(2)垂直土压力垂直土压力当覆土厚度较小,小于当覆土厚度较小,小于22倍的隧道外径时。
倍的隧道外径时。
2010-05-282022/11/10当覆土厚度当覆土厚度HH2D2D时,地基中产生时,地基中产生拱效应的可能性拱效应的可能性较大较大,可以考虑在设计计算时采用松弛土压力(图,可以考虑在设计计算时采用松弛土压力(图441919)。
)。
砂质砂质,当当H1H12D2D(DD为管片外径)时多采用松弛土为管片外径)时多采用松弛土压力;
压力;
粘性粘性,硬质粘土硬质粘土(N0N0)良好地基,)良好地基,H1H12D2D时多时多采用松弛土压力采用松弛土压力中等固结的粘土(中等固结的粘土(4N4N88)和软粘土()和软粘土(2N2N44),将隧道的全覆土重力作为土压力考虑实例比较将隧道的全覆土重力作为土压力考虑实例比较常见。
常见。
(2)
(2)垂直土压力垂直土压力2010-05-282022/11/10松松弛弛土土压压力力的的计计算算,一一般般采采用用太太沙沙基基公公式式。
垂垂直直土土压压力力的的下下限限值值虽虽然然根根据据隧隧道道使使用用目目的的的的不不同同,但但一一般般将将其其作作为为相相当当于于隧隧道道外外径径的的22倍倍的的覆覆土土厚厚度度的的土土压压力力值值。
当当地地层层为为互互层层分分布布时时,以以地地层层构构成成中中的的支支配配地地层层为为基基础础,将将地地层层假假设设为为单单一一土土层层进进行行计计算算,或或者者就就以以互互层层的的状状态态进进行松弛土压力的计算。
行松弛土压力的计算
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- 盾构 隧道 衬砌 结构设计 设计