【文章內(nèi)容簡介】 筋砼管片強度等級 C50， 抗?jié)B等級不得小于 。襯砌環(huán)縫外弧側(cè)設(shè)水膨脹型止水片預(yù) 25 留槽，內(nèi)弧側(cè)設(shè)嵌縫槽。襯砌縱縫外側(cè)同樣設(shè)水膨脹型止水片槽，內(nèi)側(cè)設(shè)嵌縫槽。 襯砌拼裝方式 錯縫安裝施工方便，可在整體上控制安裝精度，而且在軟弱地層條件下有助于降低襯砌橢圓變型，增強襯砌的整體受力，因此襯砌環(huán)采用錯縫拼裝方式。本投標(biāo)設(shè)計建議施工拼裝采用三種方案。第一方案為， 以兩環(huán)為一組，第一環(huán)左偏 ，第二環(huán)右偏 ； 第二方案為，以兩環(huán)為一組，第一環(huán)左偏 ，第二環(huán)右偏 方案；第三方案為，以三環(huán)為一組，第一環(huán)左偏 450，第二環(huán)不偏轉(zhuǎn)，第三環(huán)右偏 450。經(jīng)過精確的計算校核，結(jié)果表明，第一方案的管片襯砌圓環(huán)受力合理，且變形能得到控制，故本投標(biāo)設(shè)計推薦優(yōu)先采用第一方案。 襯砌管片制作要求 鋼筋混凝土管片需要在高精度鋼模內(nèi)制造成型 , 采用防水混凝土制作管片，管片混凝土強度等級 C50，抗?jié)B等級大于 ?；炷翍?yīng)選擇經(jīng)過抗?jié)B試驗的合 適的配合比，限制水泥用量。水灰比不大于 ， 并摻入不含氯化物的防水外加劑。管片在制作、吊運、堆放時應(yīng)采取保護措施，防止管片碰撞損傷。 管片水泥標(biāo)號采用 525 號。 襯砌成型精度： 26 單塊檢驗允差 寬度：177。 ；弧長177。 ；管片外徑： 20+?mm ；內(nèi)半徑：177。 ；螺栓孔直徑與孔位：177。 。整環(huán)拼裝檢驗 相鄰環(huán)環(huán)面間隙不得大于 ，相鄰管片 間間隙不得大于 2 20+?mm ；對應(yīng)環(huán)向螺栓孔不同軸度小于 。襯砌表面應(yīng)密實、光潔、平整，邊棱完整無缺損。鋼筋骨架須焊接 成型，焊接強度與較小直徑等強。鋼筋落料長度以實際放樣尺寸為準(zhǔn)。每塊管片的內(nèi)弧面必須清晰地標(biāo)注不會被磨損的管片號。如 （ SF），（ SL1），（ SL2），等等。管片內(nèi)外弧面混凝土凈保護層厚度須控制在 40mm 范圍。襯砌拼裝前，應(yīng)予以嚴(yán)格檢查。止水密封片溝槽兩側(cè)及平面 轉(zhuǎn)角處不得有剝落、缺損。大缺角應(yīng)用 SC1 混凝土粘接劑修補。溝槽兩側(cè)、底面的坑點應(yīng)用107 膠結(jié)劑加水泥膩子填實，抹平。檢查合格后芳可使用。 襯砌制作應(yīng)符合《混凝土工程施工及驗收規(guī)范》及《地下鐵道工程施工與驗收規(guī)范》中的相應(yīng)規(guī)定。 特 殊管片 除標(biāo)準(zhǔn)環(huán)和楔形管片襯砌環(huán)（ SRR 和 SLR）外，尚有站端接頭環(huán)（ SR0 和 SR1）、變形縫處環(huán)（ SBR） 第三節(jié) 隧道襯砌計算 隧道襯砌的計算模式說明 27 計算模式 管片結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及變形計算采用荷載――結(jié)構(gòu)模式。目前國內(nèi)對盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)的截面內(nèi)力計算，多以經(jīng)驗性為主的簡化計算法為主。為保證計算準(zhǔn)確可靠，本投標(biāo)設(shè)計計算中，首先用簡化的計算法（將管片襯砌結(jié)構(gòu)簡化為勻質(zhì)圓環(huán)）進行參數(shù)的初步確定。其次采用精確計算法計算出截面內(nèi)力（考慮各類接頭位置與剛度、錯縫時的環(huán)間相互咬合效 應(yīng)，及隧道與周圍土體的實際相互作用關(guān)系）。然后對兩者方法的計算結(jié)果進行比較。結(jié)果表明，簡化計算法因不能明示接頭位置，難于反映管片襯砌結(jié)構(gòu)的實際受力狀況（如考慮為勻質(zhì)圓環(huán)時，不能反映圓環(huán)偏轉(zhuǎn)某一角度后的截面內(nèi)力及變形變化、不能計算錯縫時的縱向接頭的剪力等），計算結(jié)果受人為影響的因素較大。故本投標(biāo)設(shè)計計算中，采用能考慮接頭位置與剛度的精確計算法計算出截面內(nèi)力，并以此進行各種檢算。 盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)的兩種力學(xué)計算模式的具體情況如下 : ①勻質(zhì)圓環(huán)計算法 將襯砌圓環(huán)考慮為彈性勻質(zhì)圓環(huán)，用小于 1 的剛度折減系數(shù)η 來體現(xiàn)環(huán)向接頭的影響，不具體考慮接頭的位置，即僅降低襯砌圓環(huán)的整體抗彎剛度。用曲梁單元模擬剛度折減后的襯砌圓，在本次計算中，η取 ， ， 三種參數(shù)環(huán)。 28 同時，在計算中用大小 的系數(shù)ξ來表達(dá)錯縫拼裝引起的附加內(nèi)力值，根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，在本次計算中，ξ取為 120%～ 130% 作對比計算分析。 ②考慮接頭位置與剛度的精確計算法 在一襯砌圓環(huán)內(nèi)，具體考慮環(huán)向接頭的位置和接頭的剛度，用曲梁單元模擬管片的實際狀況，用接頭抗彎剛度 Kθ 來體現(xiàn)環(huán)向 接頭的實際抗彎剛度。為錯縫式拼裝時，因縱向接頭將引 起襯砌圓環(huán)間的相互咬合作用，此時根據(jù)錯縫拼裝方式，除考慮計算對象的襯砌圓環(huán)外，將對其有影響的前后的襯砌圓環(huán)也作為對象，采用空間結(jié)構(gòu)進行計算，并用圓環(huán)徑向抗剪剛度 Kr 和切向抗剪剛度 Kt 來體現(xiàn)縱向接頭的環(huán)間傳力效果。 在本計算中，根據(jù)采用的彎螺栓接頭的受力情況，參照國內(nèi)外有關(guān)試驗研究結(jié)果 (見 : ① Design of Segment， Japan Society of Civil Engineering， 。② 圓形隧道裝配式襯砌接頭剛度模型研究，巖土工程學(xué)報， ， )，全部環(huán)向接頭 的抗彎剛度 Kθ ， 在隧道內(nèi)側(cè)受拉時取為 5179。 104kN?m／ rad ，隧道外側(cè)受拉時取為 3179。 104kN?m／ rad。 另外，在本計算中，縱向接頭的徑向抗剪剛度 Kr 和切向抗剪剛度 Kt 均取為無窮大，即認(rèn)為各環(huán)管片在縱向接頭處不產(chǎn)生錯動。 29 a. 勻質(zhì)圓環(huán) b. 考慮接頭的位置與剛度管片襯砌圓環(huán)計算的兩種力學(xué)模式 襯砌圓環(huán)與周圍土體的相互作用 襯砌圓環(huán)與周圍土體的相互作用通過設(shè)置在襯砌全環(huán)只能受壓的徑向彈簧單元和切向彈簧單元來體現(xiàn)，這些單元受拉時將自動脫離，彈簧單元的剛度由襯砌周圍土體的地基 抗力系數(shù)決定。 荷載模式 30 管片的荷載模式在確定作用在隧道上方的土層壓力方面，國內(nèi)外視地層情況，主要采用卸拱理論 (太沙基公式為主體 )和按全部地層壓力計算土層壓力的方法，但均帶有較大近似性。故國外也有取最小土壓力不小于 2D（當(dāng)計算土壓力小于此值時）的經(jīng)驗法。考慮到本次標(biāo)段的最大和最小埋深分別在 14m 左右和 9m 左右，地層以粘性土層為主體，無單獨從隧道底部貫通至地表的砂性土地層，故偏于安全地將上覆土體自重完全作用在隧道上進行計算分析，即計算中豎向地層壓力按全部地層壓力計算。而側(cè)壓力當(dāng)隧道處于 粘性土中時按水土和算考慮，在砂性土地層時按水土分算考慮。除土水壓力外，實際的計算荷載按施工和使用階段可能出現(xiàn)的其它最不利荷載組合進行結(jié)構(gòu)強度、變形計算，同時對混凝土裂縫寬度進行驗算。 設(shè)計計算條件 管片特征 31 隧道外半徑 R1＝ 隧道中心半徑 R2＝ 隧道內(nèi)半徑 R3＝ 管片寬度 B＝ 管片厚度 h＝ 分塊數(shù)目＝ 6 塊 管片配筋為：外側(cè) 6φ 12+6φ 10, 內(nèi)側(cè) 10φ 12，均為Ⅱ級鋼 筋。 封頂塊管片圓心角為 22. 5176。，其余 5 塊管片圓心角均為 176。管片襯砌環(huán)在縱向按錯縫式拼裝，縱向接頭為 16 處，按 22. 5176。等角度布置，管片襯砌環(huán)布置參見下 53。在本次計算中 選兩環(huán)為一組，左偏 176。，右偏 176。的錯縫拼裝方案為主 體進行各項檢算。在具體的計算過程中，取出三環(huán)管片進行空間 計算，檢算對象為中間一環(huán)。 32 的特征等條件，參照地質(zhì)報告，選取可能出現(xiàn)最不利受力情況的四個典型斷面進行計算，四個計算點的主要土質(zhì)特征條件匯總于下表。 計算點土質(zhì)特征條件 計算點 計算點一 計算點二 計算點三 計算點四 位置 右線 CK5 ＋665 右線 CK5 ＋900 左線 CK6＋ 223 右線 CK7 ＋086 33 地層特征 從上至下分別為素填土( 粘土 )、砂礫、粘土、礫質(zhì)粘性土。隧道位于礫質(zhì)粘性土層中。常時穩(wěn)定水位 。 從上至下分別為素填土( 粘土 )、中砂、砂礫、礫質(zhì)粘性土。隧道位于砂礫層中。常時穩(wěn)定水位 。 從上至下分別為素填土(粉質(zhì)粘土 )、中砂、粉質(zhì)粘土、礫質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖、強風(fēng)化花崗巖、隧道 1/3 位于礫質(zhì)粘性土層、 1/3 位于全風(fēng)化花崗巖層、 1/3 位于強風(fēng)化花崗巖層中。常時穩(wěn)定水位 4m。 從上至下分別為素填土(粉質(zhì)粘土 )、粉質(zhì)粘土、礫質(zhì)粘性土。隧道位于礫質(zhì)粘性土層中。常時穩(wěn)定水位 。 隧道埋深 (m) 13 9 計算地下水位埋深(m) 1 1 1 1 土容重 (kN/m) 按地質(zhì)報告各層推薦值計算 按地質(zhì)報告各層推薦值計算 按地質(zhì)報告各層推薦值計算 按地質(zhì)報告各層推薦值計算 34 地面超載 (kN/m2) 20 20 20 20 礫質(zhì)粘性土 18 標(biāo)貫垂擊數(shù)※ 17 20 全風(fēng)化花崗巖 30 22 強風(fēng)化花崗巖 50 礫質(zhì)粘性 土 側(cè)壓系數(shù)※ 全風(fēng)化花崗巖 強風(fēng)化花崗巖 地基抗力系數(shù)※ (kN/m3) ※※ 35000 15000 礫質(zhì)粘性土 35000 全風(fēng)化花崗巖 70000 強風(fēng)化花崗巖 90000 50000 礫質(zhì)粘性土 24 凝聚力 (kPa) ※ 24 全風(fēng)化花崗巖 23 32 強風(fēng)化花崗巖 29 礫質(zhì)粘性土 27 內(nèi)摩擦角 (O) ※ 27 全風(fēng)化花崗巖 23 30 35 強風(fēng)化花崗巖 水土分 /合算 合算 分算 合算 合算 為隧道所處地層之值，地基抗力系數(shù)偏于安全地沒有計及管片周圍注漿引起的地層抗力系數(shù)增大的影響。 荷載標(biāo)準(zhǔn)計算 荷載分類 荷載分類 荷載名稱 永久荷載 結(jié)構(gòu)自重 地層壓力 隧道上部地層破壞棱體范圍的設(shè)施及建筑物壓力 水壓及浮力 設(shè)備重量 地層抗力 可變荷載 基本可變荷載 地面車輛荷載 地面車輛荷載引起的側(cè)向土壓力 36 隧道內(nèi)部車輛行人等引起的荷載 其它可變荷載 施工荷載 (設(shè)備運輸、 施工機具及人員、盾構(gòu)推進、壓注漿等引起的荷載 ) 偶然荷載 地震荷載 地層壓力豎向地層壓力按全部地層壓力計算。而側(cè)壓力當(dāng)隧道處于粘 性土中時按水土和算考慮，在砂性土地層時按水土分算考慮。 地層抗力通過設(shè)置在襯砌全環(huán)只能受壓的徑向彈簧單元和切向彈簧 單元來體現(xiàn)，這些單元受拉時將自動脫離，彈簧單元的剛度由襯砌周圍土體的地基抗力系數(shù)決定。同時，偏于安全方向的考慮，未計管片周圍注漿引起的抗力增加效果。 管片結(jié)構(gòu)自重鋼筋混凝土管片重度取 25kN/m3 水壓當(dāng)在砂性土地層時水土分算時，水壓按靜水壓 力考慮。 隧道內(nèi)部荷載根據(jù)規(guī)范地鐵隧道內(nèi)的車輛荷載及沖擊力對隧道結(jié)構(gòu)影響 較小，可略去不計。 設(shè)定檢算標(biāo)準(zhǔn) 材料設(shè)計值管片鋼筋Ⅱ級鋼強度設(shè)計值 fy＝ 310MPa 管片砼 37 C50，軸心抗壓強度設(shè)計值 fc＝ 管片砼 C50，彎曲抗壓強度設(shè)計值 fcm＝ 26MPa 管片砼 C50，抗拉強度設(shè)計值 ft＝ 2MPa 管片螺栓 (45 號鋼 )抗拉壓強度設(shè)計值 fy＝ 320MPa 管片螺栓 (45 號鋼 )抗剪強度設(shè)計值 fs＝ 190Mpa 結(jié)構(gòu)變形控制值直徑變形＜ 2‰ D 環(huán)縫張開＜ 2mm 縱縫張 開＜ 3mm 砼結(jié)構(gòu)允許裂縫寬度裂縫寬度＜ 結(jié)構(gòu)抗浮安全系數(shù)施工期≥ ，使用期≥ 計算結(jié)果 管片截面內(nèi)力及變形計算 各計算點的隧道管片襯砌環(huán)的最大截面內(nèi)力及變形計算結(jié)果匯總于下表，以下附圖為結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形、地層抗力及各種接頭螺栓的剪力圖，各圖均為襯砌環(huán)每環(huán)（ ）內(nèi)實際出現(xiàn)之值。 管片襯砌環(huán)的截面內(nèi)力及變形計算結(jié)果匯總表 計算點號 最大正彎矩Mmax () 最大正彎矩對應(yīng)軸力 N(kN) 最大負(fù)彎矩 Mmin () 最大負(fù)彎 矩對 應(yīng) 軸 力N(kN) 單點最大變形量 maxδ (mm) 計算點 1 計算點 2 38 計算點 3 計算點 4 注：截面內(nèi)力為襯砌環(huán)每環(huán)（ ）內(nèi)實際出現(xiàn)之值。 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 截面強度及裂縫寬度檢算截面強度及裂縫寬度指標(biāo)檢算結(jié)果匯總表 計算點號 砼壓應(yīng)力caσ (MPa) 砼 拉 應(yīng)力caσ (MPa) 截 面 承載力 Nu (kN) 截 面 承載力 Mu () 裂縫寬度 w (mm)