盾構襯砌結構盾構構造和分類，盾構推進及襯砌拼裝;圓形襯砌構造、內力計算與管片結構設計，了解盾構隧道的功能和適用環境。圓形襯砌結構設計方法和構造要求。1概述盾構（shield）是一種鋼制的活動防護裝置或活動支撐，是通過軟弱含水層，特別是河底、海底，以及城市居民區修建隧道的一種機械。頭部可以安全地開挖地層,尾部可以裝配預制管片或砌塊，迅速地拼裝成隧道永久襯砌。盾構推進主要依靠盾構內部設置的千斤頂。適用條件在松軟含水地層中修建隧道、水底隧道及地下鐵道時采用各種不同形式的盾構施工最有意義，特別是該施工方法屬地表以下暗挖施工，不受地面交通、河道、航運、潮汐、季節等條件的影響，盾構隧道的歷史用盾構法修建隧道開始于1818年，法國工程師布魯諾爾；1825年在英國泰晤士河下首次用矩形盾構建造隧道；近代，日本盾構法得到了迅速發展，用途越來越廣，并研制了大量新型盾構；我國于1957年北京下水道工程中首次出現2.6m小盾構；上海市延安東路過江道路隧道使用11.0m直徑的大盾構；隧道剖面圖1-進風道；2-進風口；3-排風口；4-排風道；5-路面（下拉桿）6-天棚（上拉桿）；7-吊桿；8-照明燈；9-滅火器；10-消防栓；11-電纜；12-排水管；13-給水管；14-縱向螺栓；15-環向螺栓按形狀分類大致有圓形（又稱半盾構）、矩形、馬蹄形等幾種。圓形因其抵抗水土壓力較理想，襯砌拼裝簡便，構件可以互換，較為通用，數量最多。圓形盾構中，敞胸盾構和閉胸盾構兩大類。2盾構構造和分類

2.1盾構的基本構造1-1(切口環)；2-2(支承環)；3-3(縱剖面)通常由盾構殼體、推進系統、拼裝系統、出土系統等四大部分組成。1）盾構殼體盾構殼體由切口環、支承環、盾尾與豎直隔板、水平隔板組成，并由外殼鋼板連成整體。切口環：開挖；上下寬度可以等值、也可以不等值，甚至是活動的。容納各種專門的挖土設備。支承環：承受荷重的核心部分，剛性較好的圓環結構。水平隔板和豎直隔板：增加盾構剛度，水平承受拉力，豎直承受壓力。盾尾：掩護工人在其內部安裝襯砌。2）推進系統由盾構千斤頂和液壓設備組成，上下左右活塞桿伸出長度不同達到糾偏目的。盾構千斤頂一般是沿支承環圓周均勻分布的；3）拼裝系統襯砌拼裝器又稱舉重臂，是拼裝系統的主要設備，以油壓系統為動力，一般舉重臂均安裝在支承環上。舉重臂能作旋轉、徑向運動，還能沿隧道中軸線作往復運動。完成這些運動的精度應該保證待裝配的管片上的螺栓孔能和已裝配好的螺栓孔對齊，以便螺栓固定。4）出土系統出土方式一般有三種：（1）有軌運輸：皮帶運輸機－礦車－洞口－垂直起吊至地面。（2）無軌運輸：自卸卡車（3）管道運輸：混合泥漿，壓力輸出，出土連續化2.2盾構分類及其適用范圍表6-1。1）人工開掘式、半機械式敞胸盾構全部敞開，隨時觀察地層變化情況，并配備簡便的液壓、風動挖掘，機具、人工挖掘，當開挖面難以保持穩定時可以采用氣壓等人工措施及正面支撐、支撐千斤頂等隨挖隨撐。2擠壓式閉胸盾構在塑性粘土及淤泥中采用,盾構正面用胸板密閉起來。厚蘭隧道、林肯隧道和打浦路隧道都采用過半擠壓及全擠壓推進的閉胸盾構施工.襯砌結構常發生橢圓率的現象，先襯砌水平直徑縮小，豎向直徑增大，繼之，盾構離遠時，豎向直徑減小，水平直徑增大。主要是隧道上方土壤結構破壞、隆起，形成一個卸載拱，而水平壓力仍然保持著初始數值之故。3）機械式閉胸盾構（1）局部氣壓盾構（2）泥水加壓式盾構(3)土壓平衡式盾構表6-1挖掘方式構造類型盾構名稱開挖面穩定措施適用地層附注人工開挖（手掘式）敞胸普通盾構臨時擋板、支撐千斤頂地質穩定或松軟均可輔以氣壓、人工井點降水及其它地層加固措施棚式盾構將開挖面分成幾層，利用砂的安息角和棚的磨擦砂性土網格式盾構利用土和鋼制網狀硌柵的磨擦粘土淤泥閉胸半擠壓盾構胸板局部開孔依賴盾構千斤頂推力土砂自然流入軟可塑的粘性土全擠壓盾構胸板無孔、不進土淤泥半機械式敞胸反鏟式盾構手掘式盾構裝上反鏟挖土機土質堅硬穩定開挖面能自立輔助措施旋轉式盾構同上，裝上軟巖掘進機軟巖機械式敞胸旋轉刀盤式盾構單刀盤加面板多刀盤加面板軟巖輔助措施閉胸局中氣壓盾構面板和隔板間加氣壓多水松軟地層不再另設輔助措施泥水加壓盾構面板和隔板間加壓力泥水含水地層、沖積層、洪積層輔助措施土壓平衡盾構（加水式、加泥式）面板和隔板間充滿土砂容積產生的壓力與開挖面處的地層壓力保持平衡淤泥、淤泥混砂輔助措施2.3盾構幾何尺寸的選定及盾構千斤頂推力計算主要指盾構外徑D和盾構長度L、盾構靈敏度L/D。最小建筑空隙值xx=mα=mD=d+2(x+δ)δ=0.02+0.01（D-4）2）盾構長度LL=L0+L1+L2+L3L0—盾尾長度；L1—支承環長度；L2—切口環長度；L3—前檐長度。3）盾構靈敏度L/D經驗數值:小型盾構D=2~3m，L/D=1.5中型盾構D=3~6m,L/D=1.00大型盾構D=6~9m,L/D=0.75特大型盾構D＞12m,L/D=0.45~0.754）盾明構千艦斤頂慕推力籌計算阻力節包括：盾構外拋表面與級四周地續層的摩江阻力；盾尾內色殼與襯承砌結構爛之間的坊摩阻力日；盾構切濱口部分壓刃口切名入土層庭的阻力婦；盾構汗切口分環切庫入土郊層時勁的正飲面阻象力；開挖面屠正面支磚撐阻力被；以及盾碑構自重里引起的嘗阻力，愉糾偏時槳的阻力頌，局部階氣壓或似泥水壓高力，阻對力板阻功力等。日本蔑盾構命總推藍力經匠驗公宰式表6-芳2盾構小總推及力隧道名稱直徑D(m)長度L(m)靈敏度L/D重量W(t)盾構千斤頂（只數）(104N)盾殼厚度(mm)附注荷蘭Vehicular9.175.730.6340030600070美國林肯隧道9.634.710.4930428644063=12.7美Brooklyn-battery9.634.710.4931528644063=12.7美Queen-Midtown9.655.700.59285600比Antwerpen9.505.500.57627532640070Rotherhite9.355.490.586406700原蘇聯莫斯科地鐵9.504.730.5340363500中國上海打浦路隧道10.20630.65400408000中國上海延安東路隧道11.267.800.694804488003盾構推彈進及襯廉砌拼裝3.1盾構推英進已建確隧道庭所采蕉用過先的大捏直徑貸盾構肥，大芹部分象都屬蕉于手掘被式敞溜胸盾洞構或口閉胸匠擠壓煤盾構，或肌者是狂兩者麻兼有郵的盾爛構。技術先擺進的泥水旋盾構什或土孤壓平蠻衡盾劃構很少凱采用綱。本節將隱主要介換紹在松墳軟含水屈地層中采用晨手掘秤式敞非胸盾很構施款工，輔童以氣珍壓，名人工莫井點禁降水帥及其口它地籮層加夠固措豪施，扮盾構健開挖烘掘進凳時的蟲幾種驢施工榨方法估。1）人工掌井點降架水加攪手工掘救式敞胸雨盾構施糊工人工舊井點罪降水網，鈴經濟遠，適時用于境漏氣或量大拳的砂囑性土攤。地下諷水位非降低峽、疏第干地娘層，增加拍土體狹強度腸，以保堪證開尸挖面價穩定裕，盾袍構在秋地下犧水位冠以上扇通過竄，施曾工場瓣地較干燥。一般都佳采用噴射餅井點，深度呢曾用到27著m，使忌埋深鹽為25漁m的隧企道能恥順利劑開挖史。具體宇過程扯：（1）先云借助醉盾構疊千斤洋頂使盾替構推薦進，將切皆口環部飛分切入壟地層，壟然后在切口留環保亡護下悶進行艘土體載開挖貌與運己輸，這盟樣對燥周圍鐘地層腰擾動軍較小甩。（2）分層蛙開挖，歉施工工罩具為普債通手工忍工具或吊手持式執風動工乎具。（3）每亮環管司片可六分數仿次開談挖和加推進乳，盾傳構糾診偏時孕可以換利用換超挖鞭解決帆。（4）可借籌助支撐歉千斤頂籍加撐板架對開挖公面進行衡臨時支賞撐；（5）當蠻用網戲格式合盾構雀時顆，防默止盾叉構后山退。2）氣告壓加梨手掘貨式敞施胸盾編構施脾工盾構施赴工在含偶水松軟攻不穩定掀地層中紙采用氣壓裙來疏環干和永支護作開挖鐘面，以笑防止售涌水洽、開傷挖面稅崩坍蹲，增傷強地溉層強覺度，眉是一睛種極逝古老賴，且鞭行之輪有效芒的施臂工方膜法。（1）氣壓拜大小及解耗氣量軍的確定理論叉上，每10慎m水頭馬必須桌用0.1懲Mpa的氣念壓力拉來平著衡。實際上，僅汁為理梅論壓出力的50%誼~60敬%，空氣艇量僅為相理論空搜氣量的10%患~50源%。。中小型園盾構，意壓力等猛于離盾構毫上端約D/龍2處的地奮下水壓巷力;大直追徑盾膝為2/3涌D處的突地下臘水壓在力;頂部均附超壓，野需有足揉夠的覆駕蓋層施工時梨為了防周止空氣誼泄出，饅盾構頂譽部必須備有足夠汗厚的覆丙蓋層t即t值過辱大則昂直接篩影響母到隧臣道埋攏置深槐度奏，過選小則堵覆蓋漂不足抗，往棉往容繡易發魯生噴漸發事怠故。國外旱隧道劣規范規定怖；水攪底隧唱道的最小覆脈蓋層必須唇大于窩盾構輕直徑禾（日撫本）帳或等釣于盾構直煌徑，覆倚蓋層寬度應大珠于或柱等于盾構直筆徑的6倍。采用具經驗晨公式竄計算要耗氣耍量：—土質系杏數，當貼壓力大敵于0.豬1M財Pa時，密粘性教土=3.扁65；砂性甜土=7.林30。（2）氣孕壓盾傘構施派工氣壓篇盾構爽施工仔中閘墻鑄和氣未閘作用是疑將作業區與常壓作儉業區隔開惜。閘墻蔽必須掘有足忌夠的強度與氣密性.氣閘是畝鋼板鉚筑接或焊嘴接而成文的圓筒吼形結構目，分人行閘和外閘兩部分論。人行鐵閘的管理朵是氣壓撞施工的沿重要環腿節，要斥嚴格遵良守氣壓除作業的蒜工作時索間及進蠢出氣閘信的變壓辛時間，嗚以防減壓窗病。3）泥雜水加顧壓盾此構施口工用泥冰水加屈壓盾標構代等替上細述氣咬壓盾何構施妖工，惜克服游了氣黨壓施將工的仰弊病照。地面歷沉降蓋，減遼壓病錫，覆土深棋時，氣壓仁太高無扯法施工洞，覆土淺時，漏停氣等于。泥水加洲壓盾構染是將壓怒力為微的泥臨水，熊（式中H取2m）,壓入盾嘩構前部波密封艙管內，使暑其壓力照始終高舅于地下蘋水壓力顯，這窗樣就保僻持了開奏挖面穩餓定的基宗本條件辰。3.2襯砌封拼裝隧道襯顧砌是在盾構剛尾部奶殼保沒護下的空紛間內婦進行尸拼裝已。組成：鑄鐵回、鋼雹、鋼圾筋混趣凝土囑或鋼掉與鋼眉筋混牽凝土潑的復編合材漲料等慶制成督的管倍片或攜砌塊恥。結構牲受力屈及使借用要浙求決金定盾構及宇襯砌結抽構形式并決桌定其有拼裝經方法鹽。拼裝方搞法重臂拼溪裝或拱情托架拼章裝；通縫拼裝碎（管難片的過縱縫惰環對極齊）稱或錯縫拼裝訊；螺栓沿聯結的管器片或無螺栓磨聯結的砌塊甘等。按其程秒序可分弊為“先紀縱后深環”和“先環臥后縱”。采用舉牢重臂拼忘裝管片播的原則摘應是自商下而上者，左右扣交叉，洪最后封滔頂成環杜。4裝配式餅圓形襯輔砌構造“管她片”離是建役成隧忠道后恭的永久性吸支撐結構，走應滿足強度黨要求喚、使舞用要攪求；施工階桌段須裝叮配簡便維、容易替鼓換、承受盾構千盆斤頂頂迎力及其狂它施工荷木載。箱形管瓶片平板形縱管片帶肋薪管片舊的材問料長蔑期以倉來多縮慧為鑄共鐵（崖見圖6-故6c）和寫鋼。環寬與鄙厚度國內況外常仰用的差環寬蹤蝶是75鋤0~楊10蝕00戲m；曲線段尤推進時綁設有楔狀形管片續，按隧恒道曲率構半徑計左算；管片來厚度舊一般盤為250馳~60題0mm。分塊大斷面含隧道可誦分成6~勇8~日10塊，小關斷面可葡分為4~6塊。管片的恩最大弧簡長一般己不超過4m，管片充愈薄其輸長度應脈越短。拼裝石型式一般有屯通縫、蝕錯縫拼需裝兩種趕。縱縫精環環塔對齊保的稱通縫，適用嚼于需要提拆除管辛片修建滲旁側通飽道或結客構需要脆比較柔害的情況暢下，以棚便于進夾行結構晉處理。縱縫孝互相府錯開中，對程稱錯縫，其唇優點破在于亦能加推強圓辟環接擺縫剛棕度，偶使圓教形結持構可近似摧地按均檔質圓環秤等剛度第考慮，因缸此使交用較普吼遍的，缺袍點是錯愚縫拼裝筑容易使活管片頂內碎。環、最縱向搏螺栓環向螺栓懲根據侮接縫重內力殿情況緣瑞可設愚置成環單排銜或雙霞排。雙排軋：外槽排螺鳳栓抵錄抗負祖彎矩船，內由排螺愚栓抵于抗正蹦彎矩傻。縱向螺摩栓目的首是使隧擇道襯砌來結構具揪有抵抗市隧道給縱向觸變形乓的能萄力，一厚塊管法片設3~伶4個螺郊栓。螺栓調材料緊一般宰采用披高強博度合都金鋼習，直閣螺栓沈。本講要蠟點掌握氣拳壓大小紐奉及耗氣殃量的計島算；了解圓巡壽形襯砌紛構造;5內力計元算與管帥片結構積設計5.1設計司原則隧道搭襯砌燭費用晌占40%刑~50死%，安全捎可靠、藏經濟合謝理。本節蹲重點惕介紹椅裝配睛式鋼虎筋混框凝土罩管片畝。1.滿足結卷構的強懂度和剛陷度：域土層壓令力、水測壓力以沾及特殊芹荷載，根按梁式紡模型計算缺埋在玩土中朋圓環腿的內力賠和位歪移，以從及管病片（組如鋼丙筋混撲凝土幟管片雕）的裂縫寬鄰度限制等編。覆土最惜深、頂工壓與側掠壓相差最大長處：境按施朋工階公段和萌使用綱階段摩荷載最不嬸利組頸合情況下計算，同時按使用旋階段與嘴特殊荷交載階段斥組合情秀況下的累管片強左度驗算。覆土最淺處：斷面僅進行使用階瓦段和特殊荷卷載階段組灑合情況伍下的管壘強度驗莊算。不同點2.滿足所堂提出的安全輪質量采指標要求：活裂縫開遵展寬度來，接縫揮變形和驚直徑變精形的允確許量，聽隧道抗悲滲防漏理指標，講結構安墨全度，徹襯砌內豎表面平爽整度要珠求，滿足冊使用要求的灶工作環真境，保只持隧道截內部的測干燥和燥潔凈。5.媽2內力計愛算法飽和皇含水腹地層厭中改，因夕內擦遞角φ值很小止，主動策與被動綠土壓力品幾乎是誘相等，結構滿變形育不能線產生夢很大娃抗力。假定：結構可港以自由丸變形，不受弟地層約暖束，認援為圓環其只是處霉在外部服荷載及嚇與之平根衡的底鑰部地層芝反力作腔用下工添作.剛度框折減采用錯縫拼采裝和通縫奇拼裝，接縫盒處的剛牧度遠遠引小于斷頑面部分口的剛度貌，與整體違式等瓣剛度偶圓形峰襯砌差異兆更大蔑。日本畏資料達，接基頭剛突度折趴減速諷系數η，對鑄筍鐵管片η=催0.渣9~闊1.棗0；鋼筋示混凝土括管片η=汽0.緩5~鞭0.競7。總體解上，完在飽釘和含嶺水地各層中籮按整體式戲自由變趣形勻質盟圓環的計疼算方畫法誤羞差可居以接寺受。特殊情劣況下：當土層哀較好，侍襯砌變替形后能熊提供相邊應的地剃層抗力腸，則可按有巴彈性絲式抗力失的整唯體式馬勻質祝圓環進行棍內力辜計算頑。常用的接有日本科的和蘇諒聯的假善定抗力參法等。多鉸圓造環方法將接縫臭看作為翠一個“浪鉸”，享整個圓剛環變成掌一個多妙鉸圓環敵。基于廈：連接殖方法你由剛性連接瓶向柔性奴連接過刻渡。雖屬賞不穩遮定結獸構，澡但因侵有外腐圍土鍬層提集供的附加璃約束和多潤鉸圓動環的黨變形享而提臣供了厲相應慣的地層抗險力，促使柱多鉸圓錦環仍處序于穩定橡狀態。多鉸光圓環亞計算男圖式5.通3荷載蹤蝶計算基本降荷載談（基普本使盼用階兵段）鐵、臨北時荷揉載（凍施工噸階段賄）和群特殊逮荷載敏。1）基本師荷載：（1）土助層壓嘴力：垂直土嚴壓力、以水平土筋壓力、（2）水壓送力：（3）襯砌哥自重豎向延土壓拱背緣瑞土壓(1探04N/m氣)地面殖超載q3=1(掀104N/婦m)（日本資城料）（當隧健道埋深丈較淺時肌）拱背密土壓水平散荷重：即地臣層側向態主動土殲壓，由正均勻土佛壓p1和三唇角形囑土壓p2組成:水壓力:頂部檔垂直映向下灶水壓賄力底部垂念直向上撐壓力側向水蠻平水壓肉力水壓力吧的疊加襯砌自綠重(104N/耳m)勻布底盯部豎向止力平均后畝的拱被艱壓力抵消皆后的盛平均顛水壓畫力平均盲后的糟豎向攜土壓灶力平均寸后的蘇自重忘壓力2）施工較階段臨祥時荷載(1)自重引蟲起的臨詠時荷載臨時鄰荷載污隨盾籌構推飽進所板產生稀，一昌般來捐自千斤升頂頂憂力和壁后餃注漿馬壓力。圓形隧葡道襯砌在到谷達基免本使別用階亮段前先，它撫保留最著裝卵配中祝由其自重作壯用所產生倚的受力壟狀態，晝它與基本騾階段所產藝生的獅內力隨之和潛，不能真超過啞容許虹值。由下向對上裝配講的襯砌宋環，拱頂截求面產生濤內力扒最大姜：?支承斜弧面帥所對盡應的用中心趣角1米寬必襯砌季自重襯砌內細徑（2）管片拼裝及盾并構推進引起著的臨跟時集辨中荷焦載拼裝成痛環時，管片制渾作精度不高久，端康面不勵平，舅擰緊定螺栓夾時往安往使妹管片救局部已產生苗較大院的應伶力，導致管記片開裂。或因拼裝管構片誤差累計，斤當盾構伶千斤頂辟施加在倍環縫面尖上，特虜別是偏心作端用時，也織會使管井片頂裂摸、頂碎揪。鑄鐵管遞片，較急薄的箭外殼扮厚度可加肋舌逐步私變到注突緣聚處，賀承受約106N的盾構甜千斤頂原頂力。改善的應方法是盆合理選以擇管片到型式，提高鋼由模制作豪精度和悄管片混遠凝土強衫度。在拼裝尸管片時擴提高拼旺裝質量腳。采用錯縫拼葬裝也是爪較好寸的辦奴法。管片綠壓漿清因局部距凝集在一個紙區域內衫所造成鋪的圓環喉變形和丸集中荷及載。荷載大小難份以確定，只枝能通言過采用附娃加安全駐系數，以傭保證叮襯砌霧結構塊的安罰全度全。3）特殊集荷載階泥段特殊貪荷載徐是一癥種瞬濕時性粱的，詞作用緞時間慶短的黑動力魂荷載筐，謀往往簽是控摟制襯伍砌結宗構設羽計的揪關鍵善，秒在某找些地輪區還角要考旺慮地助震力額作用搭。結構動械力計算業一般可籃用等靜乘載法，按腹彈性訴或彈頑塑性最工作歪階段博進行餡，結藝構內援力計算方稅法與只病承受載靜載使的結踢構相同。并可適當絡提高材石料強度既和降低難強度安傭全系數將。本講剃要點理解宜盾構撤計算梯的原扣則；掌握盾襲構的荷蓮載計算耍方法。5.4襯砌內柴力計算1）自由變減形的勻竟質圓環蜓計算彈性中知心法計架算由于肢結構撒及荷潔載對奇稱，極拱頂土剪力幼等于綱零，宜屬二次償超靜羞定結構逢。力法遵方程鋪為：推導過朽程圓環攝中任召意截怨面上捆的內啄力可艘由下搬式得撞到：設計窮時可瓦直接少利用杏這些硬公式軋，也撐可詳依見表6-失3，2）考慮土層誼產生巾側向留彈性呈抗力醬的勻饒質圓馳環計光算當外厘荷作膠用在版隧道咐襯砌齊上，附一部畫分襯于砌向逝地層溜方向墨變形諷，使機地層汪產生彈性抗醫力。彈性抗牢力的分篇布規律努很難確者定，采箱用假定滲彈性甘抗力略分布腹規律填法，如日本的燈三角形疏分布，原蘇騙聯O·明E、布費加耶剪娃的村月牙鉆形分略布（水工嬸隧洞中綠常常采剛用），呀以及二謀次、三舟次拋物縮慧線分布凝等方法引。（1）日本槐按三角脊形分布糞彈性抗峰力的方維法按溫克卸列爾跡局部碎變形理論，語假定土層側盤向彈性彩抗力PK=K·y。實際寇變形廳量圓環抗餅彎剛度接頭沙剛度黨折減宰系數斜，取0.2雨5~0爹.8。K為地惱層側挨向壓得縮系五數（2）前辛蘇聯虧布加頁耶娃清法PK=-斧Kyaco遼s2PK=Kyasin銅2+K略y