交通地下工程支护结构类型及参数设计.pptx

6.1 6.1 地下工程围岩与支护结构的共同作用地下工程围岩与支护结构的共同作用 地下工程开挖时，由于临空面的形成，围岩开始向洞内产生位移，我们称之为收敛收敛。地下工程应在开挖后适时地沿周边设置支护结构，对岩体的移动产生抗力（阻力），形成约约束束。收敛和约束的概念收敛和约束的概念6.1.16.1.1围岩支护需求曲线围岩支护需求曲线修正前修正前:在理想条件下在理想条件下 ：在在形成塑性区后，无论形成塑性区后，无论加多大的支护阻力都加多大的支护阻力都不能使围岩的径向位不能使围岩的径向位移为零；移为零；不论支护不论支护阻力如何小（甚至不阻力如何小（甚至不设支护），围岩总是设支护），围岩总是可以通过增大塑性区可以通过增大塑性区范围来取得自身的稳范围来取得自身的稳定而不致坍塌。定而不致坍塌。修正后修正后:曲线形象地表达了曲线形象地表达了支护结构与围岩之间的支护结构与围岩之间的相互作用：在极限位移相互作用：在极限位移范围内，围岩允许的位范围内，围岩允许的位移大了，所需的支护阻移大了，所需的支护阻力就小；围岩允许的位力就小；围岩允许的位移小了，所需的支护阻移小了，所需的支护阻力就大。所以这条曲线力就大。所以这条曲线可以称为可以称为“支护需求曲支护需求曲线线”或或“围岩特性曲线围岩特性曲线”。6.1.16.1.1围岩支护需求曲线围岩支护需求曲线6.1.26.1.2支护结构的补给曲线（支护特性曲线）支护结构的补给曲线（支护特性曲线）任何一种支护结构，如钢拱支撑，锚杆、喷任何一种支护结构，如钢拱支撑，锚杆、喷射混凝土层、模板灌注混凝土衬砌等，只要有一射混凝土层、模板灌注混凝土衬砌等，只要有一定的刚度，并和围岩紧密接触，总能对围岩变形定的刚度，并和围岩紧密接触，总能对围岩变形提供一定的约束力，即支护阻力。但由于每一种提供一定的约束力，即支护阻力。但由于每一种支护形式都有自己的结构特点，提供的支护阻力支护形式都有自己的结构特点，提供的支护阻力大小与分布，以及它随支护变形而增加的情况都大小与分布，以及它随支护变形而增加的情况都有很大的不同。有很大的不同。6.1.26.1.2支护结构的补给曲线（支护特性曲线）支护结构的补给曲线（支护特性曲线）以圆形隧道为研究对象，并假定围岩作用在支护结构以圆形隧道为研究对象，并假定围岩作用在支护结构的反力也是径向匀布的。相对于围岩的力学特性而言，混的反力也是径向匀布的。相对于围岩的力学特性而言，混凝土或钢支护结构的力学特性可以认为是线弹性的，即凝土或钢支护结构的力学特性可以认为是线弹性的，即 KsKs定义为支护结构的刚度，不同的支护结构型式将有不同定义为支护结构的刚度，不同的支护结构型式将有不同的的KsKs值值 1.1.混凝土或喷射混凝土的支护结构混凝土或喷射混凝土的支护结构 支护结构的刚度支护结构的刚度:支护结构提供的最大支护阻力支护结构提供的最大支护阻力PamaxPamax为为:EcEc和和RcRc是混凝土或喷射混凝土的弹性模量和抗压是混凝土或喷射混凝土的弹性模量和抗压强度。强度。2.2.灌浆锚杆灌浆锚杆 是是1 1的系数，表示灌浆后所增加的刚度，的系数，表示灌浆后所增加的刚度，EsEs是钢筋的弹是钢筋的弹性模量，性模量，d dB B、SaSa、SeSe，l l是锚杆的直径、纵向和横向间是锚杆的直径、纵向和横向间距、长度。而锚杆最大的抗拔力只能参考以往类似的距、长度。而锚杆最大的抗拔力只能参考以往类似的工程实例确定。工程实例确定。3.3.组合式支护结构组合式支护结构 如采用喷射混凝土和钢锚杆联合支护时，其组合如采用喷射混凝土和钢锚杆联合支护时，其组合的支护刚度即为：的支护刚度即为：它能提供的最大支护阻力也是两者之和。它能提供的最大支护阻力也是两者之和。支护结构所能提供的支护阻力是随支护结构的刚度而支护结构所能提供的支护阻力是随支护结构的刚度而增大，所以，这条曲线又称为增大，所以，这条曲线又称为“支护补给曲线支护补给曲线”，或称为，或称为“支护特性曲线支护特性曲线”6.1.36.1.3围岩与支护结构的相互作用围岩与支护结构的相互作用 初期围岩所需的支护初期围岩所需的支护约束力很大，而一般支护约束力很大，而一般支护结构所能供给的则很小。结构所能供给的则很小。因此，围岩继续变形，在因此，围岩继续变形，在变形过程中支护结构的约变形过程中支护结构的约束阻力进一步增长，如果束阻力进一步增长，如果支护结构有足够的强度和支护结构有足够的强度和刚度，则围岩的支护需求刚度，则围岩的支护需求曲线和支护结构的支护补曲线和支护结构的支护补给曲线会相交一点，而达给曲线会相交一点，而达到平衡。随着时间的推移，到平衡。随着时间的推移，围岩性质恶化、锚杆锈蚀围岩性质恶化、锚杆锈蚀等，这个平衡状态还将调等，这个平衡状态还将调整。整。（一）不同刚度的支护结（一）不同刚度的支护结构与围岩达成平衡时的支构与围岩达成平衡时的支护和位移是不同的。护和位移是不同的。（二）同样刚度的支护结（二）同样刚度的支护结构，架设的时间不同，最构，架设的时间不同，最后达成平衡的状态也是不后达成平衡的状态也是不同的同的 6.2 6.2 支护结构的设计原则支护结构的设计原则 6.2.16.2.1对支护结构的基本要求对支护结构的基本要求（1 1）必须能与围岩大面积地牢固接触。）必须能与围岩大面积地牢固接触。（2 2）要允许地下结构体系产生有限制的变形。）要允许地下结构体系产生有限制的变形。（3 3）要能分期施工，并使早期支护和后期支护相互）要能分期施工，并使早期支护和后期支护相互配合，配合，“主动主动”控制围岩的变形。控制围岩的变形。（4 4）支护结构要满足易于架设，构件可以互换，断）支护结构要满足易于架设，构件可以互换，断面类型单一等施工技术上的要求。面类型单一等施工技术上的要求。6.2.2 6.2.2 支护结构类型的选择和设计支护结构类型的选择和设计 支护结构的类型：支护结构的类型：木支撑、钢支撑、锚杆和金属网支护、喷射混木支撑、钢支撑、锚杆和金属网支护、喷射混凝土和混凝土支护以及复合式支护结构。凝土和混凝土支护以及复合式支护结构。1 1、支护结构类型的选择、支护结构类型的选择 木支撑木支撑只是在塌方抢救时用来作为临时支撑。只是在塌方抢救时用来作为临时支撑。钢支撑钢支撑基本上有两种形式，一种是用型钢做成的钢拱，基本上有两种形式，一种是用型钢做成的钢拱，另一种是用钢筋焊成的格栅拱。另一种是用钢筋焊成的格栅拱。锚杆锚杆所提供的支护阻力比较小，尤其不能防止小块塌所提供的支护阻力比较小，尤其不能防止小块塌落，所以，它经常和金属网同时使用，如能与喷射混凝土联落，所以，它经常和金属网同时使用，如能与喷射混凝土联合使用效果更佳。合使用效果更佳。喷射混凝土支护喷射混凝土支护中有素喷混凝土和钢纤维喷混凝土中有素喷混凝土和钢纤维喷混凝土两种。两种。立模板灌注混凝土支护立模板灌注混凝土支护有人工灌注和混凝土泵灌有人工灌注和混凝土泵灌注两种。注两种。支护结构类型的选择根据客观需要和实际可能相结合的支护结构类型的选择根据客观需要和实际可能相结合的原则。原则。客观需要是指围岩和地下水的状况；实际可能就是支客观需要是指围岩和地下水的状况；实际可能就是支护结构本身的能力、适应性、经济性以及施工的可能性。护结构本身的能力、适应性、经济性以及施工的可能性。2 2、在设计支护结构时应注意：、在设计支护结构时应注意：1)1)支护结构最好设计成封闭式的。支护结构最好设计成封闭式的。2)2)对于抗拉性能较差的混凝土类支护结构，应尽量避免受弯对于抗拉性能较差的混凝土类支护结构，应尽量避免受弯矩作用。矩作用。6.3 6.3 铁路隧道支护类型的选择和设计参数铁路隧道支护类型的选择和设计参数 铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范（TB10003TB1000320052005）规定）规定:隧道应采用曲墙式衬砌，衬砌类型应优先采用隧道应采用曲墙式衬砌，衬砌类型应优先采用复合式衬砌，地下水不发育的复合式衬砌，地下水不发育的I I、IIII级围岩的短隧级围岩的短隧道，可采用喷锚衬砌。道，可采用喷锚衬砌。衬砌结构的形式及尺寸，可根据围岩级别、水文地质衬砌结构的形式及尺寸，可根据围岩级别、水文地质条件、埋置深度、结构工作特点，结合施工条件等，通过工条件、埋置深度、结构工作特点，结合施工条件等，通过工程类比和结构计算确定，必要时，还应经过试验论证。程类比和结构计算确定，必要时，还应经过试验论证。（1 1）复复合合式式衬衬砌砌设设计计应应综综合合考考虑虑各各种种因因素素，力力求求充充分分发发挥挥围岩所具有的自承能力。围岩所具有的自承能力。（2 2）复复合合式式衬衬砌砌的的初初期期支支护护，宜宜采采用用喷喷锚锚支支护护；二二次次衬衬砌砌宜采用模筑混凝土；宜采用模筑混凝土；（3 3）各级围岩在确定开挖断面时，除应满足隧道建筑限界）各级围岩在确定开挖断面时，除应满足隧道建筑限界要求外，还应预留适当的围岩变形量。要求外，还应预留适当的围岩变形量。（4 4）复合式衬砌初期支护及二次衬砌的设计参数，可采用）复合式衬砌初期支护及二次衬砌的设计参数，可采用工程类比法确定，并通过理论分析进行验算。工程类比法确定，并通过理论分析进行验算。1.1.复合式衬砌设计规定复合式衬砌设计规定（1 1）喷喷锚锚衬衬砌砌内内部部轮轮廓廓应应比比整整体体式式衬衬砌砌适适当当放放大大，除除考考虑虑施工误差和位移量外，应再预留施工误差和位移量外，应再预留10cm10cm作为必要时补强用。作为必要时补强用。（2 2）遇下列情况，不应采用喷锚衬砌：）遇下列情况，不应采用喷锚衬砌：1 1）地下水发育或大面积淋水地段；）地下水发育或大面积淋水地段；2 2）能造成衬砌腐蚀或膨胀性围岩的地段；）能造成衬砌腐蚀或膨胀性围岩的地段；3 3）最冷月平均气温低于）最冷月平均气温低于-5-5地区的冻害地段；地区的冻害地段；4 4）有其他特殊要求的隧道。）有其他特殊要求的隧道。（3 3）喷锚衬砌的设计参数，参照规范规定。）喷锚衬砌的设计参数，参照规范规定。2.2.喷锚衬砌设计规定喷锚衬砌设计规定（1 1）衬衬砌砌拱拱圈圈可可设设计计为为等等截截面面或或变变截截面面形形式式。I IIIIIII级级围围岩岩地地段段，一一般般地地区区可可采采用用直直墙墙衬衬砌砌，IVIVVIVI级级围围岩岩地地段段，应应采采用用曲曲墙墙有有仰仰拱拱的的衬衬砌砌；IIIIII级级围围岩岩双双线线、多多线线隧隧道道也也应应采采用用曲曲墙墙有有仰仰拱拱的的衬衬砌砌。VIVI级级围围岩岩的的衬衬砌砌应应采采用用钢钢筋筋混混凝凝土结构。土结构。（2 2）因因地地形形或或地地质质构构造造等等引引起起有有明明显显偏偏压压的的地地段段，应应采采用用偏偏压压衬衬砌砌；IV IV、V V、VIVI级级围围岩岩的的偏偏压压衬衬砌砌应应采采用用钢钢筋筋混混凝凝土结构。土结构。3.3.整体式衬砌设计规定整体式衬砌设计规定（3 3）单单线线隧隧道道洞洞口口段段当当围围岩岩为为I IIIIIII级级，线线路路中中线线与与地地形形等等高高线线斜斜交交时时，可可采采用用斜斜交交衬衬砌砌。双双线线斜斜交交衬衬砌砌的的选选用用应应慎重考虑。慎重考虑。（4 4）最最冷冷月月平平均均气气温温低低于于-15-15的的地地区区，应应根根据据情情况况设设置置变形缝。变形缝。（5 5）各各级级围围岩岩地地段段的的拱拱部部衬衬砌砌背背后后，宜宜压压注注水水泥泥砂砂浆浆。不不良良地地质质地地段段或或偏偏压压衬衬砌砌地地段段，衬衬砌砌背背后后应应压压注注水水泥泥砂砂浆浆或或其他浆液。其他浆液。应应根根据据围围岩岩的的性性质质及及状状态态、地地下下水水情情况况、隧隧道道断断面面尺尺寸寸及其埋置深度等条件及其埋置深度等条件（1 1）系系统统锚锚杆杆应应沿沿隧隧道道周周边边均均匀匀布布置置，方方向向应应接接近近于于径径向向或或垂垂直直岩岩层层，并并应应根根据据使使用用目目的的和和围围岩岩性性质质及及状状态态等等确确定定锚锚杆杆的类型、锚固方式、长度等。的类型、锚固方式、长度等。（2 2）自稳时间短、初期变形大的地层，或对地面下沉量有严）自稳时间短、初期变形大的地层，或对地面下沉量有严格限制时，应采用钢架。根据围岩条件的不同，可选择开口格限制时，应采用钢架。根据围岩条件的不同，可选择开口式钢架或封闭式钢架。式钢架或封闭式钢架。（3 3）松散、破碎或膨胀性围岩中宜采用钢筋网喷射混凝土作）松散、破碎或膨胀性围岩中宜采用钢筋网喷射混凝土作初期支护。初期支护。4.4.初期支护的确定初期支护的确定大瑶山隧道支护实例大瑶山隧道支护实例 大瑶山隧道为双线铁路隧道，全长14.3km，位于广东省境内坪石乐昌之间。经方案比选，采用长隧道方案。该方案从线路角度看，较沿河方案缩短线路长度约11km，改善了运营条件；从地质角度看，避开了沿河水文条件恶劣及岩坡的坍塌、错落、滑坡等不良地质地段。大瑶山隧道线路方案示意图大瑶山隧道线路方案示意图 V围岩衬砌断面围岩衬砌断面（单位：钢筋直径以（单位：钢筋直径以mm计，余均以计，余均以cm计）计）IV 围岩衬砌断面（单位：围岩衬砌断面（单位：cm）6.4 6.4 公路隧道支护类型的选择和设计参数公路隧道支护类型的选择和设计参数 公路隧道支护（衬砌）类型有喷锚支护（衬砌）公路隧道支护（衬砌）类型有喷锚支护（衬砌）、整体式衬砌和复合式衬砌。、整体式衬砌和复合式衬砌。高速公路、一级公路、二级公路的隧道应采用高速公路、一级公路、二级公路的隧道应采用复合式衬砌；三级及三级以下公路隧道，在复合式衬砌；三级及三级以下公路隧道，在、级围岩条件下，隧道洞口段应采用复合式衬砌级围岩条件下，隧道洞口段应采用复合式衬砌或整体式衬砌，其它段可采用锚喷衬砌。或整体式衬砌，其它段可采用锚喷衬砌。6.4.1 6.4.1 支护（衬砌）类型及其选择支护（衬砌）类型及其选择 6.4.26.4.2分离式独立双洞隧道复合式衬砌设计参数分离式独立双洞隧道复合式衬砌设计参数 隧道衬砌参数，一般采用工程类比法进行设计，通隧道衬砌参数，一般采用工程类比法进行设计，通过理论分析进行验算。过理论分析进行验算。根据根据公路隧道设计规范公路隧道设计规范（JTG D70-2004JTG D70-2004），复），复合式衬砌初期支护及二次衬砌的设计参数可参照表合式衬砌初期支护及二次衬砌的设计参数可参照表7-67-6、表表7-77-7选用，但应通过施工过程对围岩和支护结构动态的选用，但应通过施工过程对围岩和支护结构动态的监控量测及信息反馈对设计参数作必要的验证和调整。监控量测及信息反馈对设计参数作必要的验证和调整。6.4.36.4.3小净距及连拱隧道支护类型选择及设计参数小净距及连拱隧道支护类型选择及设计参数 由于公路选线条件的限制，往往不可避免地出现小净距隧道或连拱隧道。当隧道间的中间岩柱宽度小于表7-8的值时，应视为小净距隧道。围岩级围岩级别别最小净最小净距（距（m）1.0B1.5B2.0B2.5B3.5B4.0B6.4.36.4.3小净距及连拱隧道支护类型选择及设计参数小净距及连拱隧道支护类型选择及设计参数 小净距隧道支护设计要求：小净距隧道支护设计要求：1 1、应应优优先先选选用用复复合合式式衬衬砌砌，支支护护参参数数应应经经工工程程类比、计算分析综合确定。类比、计算分析综合确定。2 2、设设计计应应考考虑虑相相应应的的施施工工方方法法，并并提提出出各各类类方方法的具体要求。法的具体要求。3 3、设设计计与与施施工工应应遵遵循循“少少扰扰动动、快快加加固固、勤勤量量测测、早早封封闭闭”的的原原则则，并并将将中中间间岩岩柱柱的的稳稳定定与与加加固作为设计与施工的重点。固作为设计与施工的重点。4 4、小小净净距距隧隧道道监监控控量量测测应应根根据据不不同同围围岩岩级级别别制制定定量量测测方方案案，将将中中间间岩岩柱柱稳稳定定、爆爆破破振振动动对对相相邻邻洞室的影响作为监控量测的重点。洞室的影响作为监控量测的重点。5 5、在地震动峰值加速度大于、在地震动峰值加速度大于0.15g0.15g的地区选用小的地区选用小净距隧道时，宜进行抗震强度和稳定性验算。净距隧道时，宜进行抗震强度和稳定性验算。连拱隧道支护设计要求：连拱隧道支护设计要求：1 1、隧隧道道暗暗挖挖段段应应优优先先采采用用复复合合式式衬衬砌砌，支支护护参数可采用工程类比或计算分析确定。参数可采用工程类比或计算分析确定。2 2、中中墙墙设设计计应应在在满满足足结结构构设设计计与与施施工工安安全全的的前前提提下下，综综合合考考虑虑洞洞外外接接线线要要求求、防防排排水水系系统统的的可靠性等因素。可靠性等因素。3 3、连连拱拱隧隧道道按按中中墙墙结结构构形形式式不不同同分分为为整整体体式式中中墙墙和和复复合合式式中中墙墙两两种种形形式式，在在有有条条件件加加大大中中墙墙厚度的地段宜选用复合式中墙连拱隧道形式。厚度的地段宜选用复合式中墙连拱隧道形式。6.4.36.4.3小净距及连拱隧道支护类型选择及设计参数小净距及连拱隧道支护类型选择及设计参数 4 4、两两车车道道连连拱拱隧隧道道设设计计为为整整体体式式中中墙墙时时，中中墙墙厚厚度度不不宜宜小小于于1.4m1.4m；设设计计为为复复合合式式中中墙墙时时，中中墙墙厚厚度度不不宜宜小小于于2.0m2.0m。三三车车道道连连拱拱隧隧道道设设计计为为整整体体式式中中墙墙时时，中中墙墙厚厚度度不不宜宜小小于于1.6m1.6m；设设计计为为复复合合式式中中墙时，中墙厚度不宜小于墙时，中墙厚度不宜小于2.2m2.2m。5 5、在地震动峰值加速度大于、在地震动峰值加速度大于0.15g0.15g的地区，连的地区，连拱隧道应进行抗震强度和稳定性验算。拱隧道应进行抗震强度和稳定性验算。6.5 6.5 盾构隧道衬砌结构类型选择与设计参数盾构隧道衬砌结构类型选择与设计参数 6.5.1 6.5.1 盾构隧道衬砌结构类型选择盾构隧道衬砌结构类型选择 盾构法修建的区间隧道衬砌有盾构法修建的区间隧道衬砌有预制装配式衬砌预制装配式衬砌、预制装配式衬砌和模注钢筋混凝土整体式衬砌相结合的预制装配式衬砌和模注钢筋混凝土整体式衬砌相结合的双双层衬砌层衬砌以及以及挤压混凝土整体式衬砌挤压混凝土整体式衬砌三大类三大类 盾构法修建的隧道衬砌结构a单层装配式衬砌 b双层衬砌 c挤压混凝土整体衬砌1 1预制装配式衬砌预制装配式衬砌 管片种类按材料可分为钢筋混凝土，钢、铸铁以及由管片种类按材料可分为钢筋混凝土，钢、铸铁以及由几种材料组合而成的复合管片。几种材料组合而成的复合管片。钢筋混凝土管片的耐压性和耐久性好钢筋混凝土管片的耐压性和耐久性好,刚度大，在用盾刚度大，在用盾构法修建的各种隧道中都得到了广泛的应用。缺点是重量构法修建的各种隧道中都得到了广泛的应用。缺点是重量大，抗拉强度较低，在脱模、运输、拼装过程中，容易将大，抗拉强度较低，在脱模、运输、拼装过程中，容易将其角部碰坏。其角部碰坏。钢管片的强度高，具有良好的焊接性，便于加工和维钢管片的强度高，具有良好的焊接性，便于加工和维修，重量轻也便于施工。与混凝土管片相比，其刚度小、修，重量轻也便于施工。与混凝土管片相比，其刚度小、易变形，而且钢管片的抗锈性差，在不做二次衬砌时，必易变形，而且钢管片的抗锈性差，在不做二次衬砌时，必需有抗腐、抗锈措施。需有抗腐、抗锈措施。铸铁管片强度高，和钢管片相比，刚度亦较大铸铁管片强度高，和钢管片相比，刚度亦较大,防水和防水和防锈蚀性能好，易加工。防锈蚀性能好，易加工。按管片螺栓手孔成型大小，可将管片分为箱型和平板型两类。按管片螺栓手孔成型大小，可将管片分为箱型和平板型两类。箱型管片 平板型管片箱型管片 箱型管片呈肋板型结构。手孔较大不仅方便了接头螺栓的穿入拧紧，而且也节省了材料，使单块管片重量减轻，便于运输和拼装。但因截面削弱较多，在盾构千斤顶推力作用下容易开裂。箱型管片的接缝接缝：纵向接缝（径向接缝）和横向接缝（环向接缝）一般都是平面状的。平板型管片 平板型管片是呈曲板型结构的管片。由于管片截面削弱少或无削弱，故对盾构千斤顶推力具有较大的抵抗力，对通风的阻力也较小。无手孔的管片也称为砌块。现代的钢筋混凝土管片多采用平板型结构。平板型管片的接缝除可采用平面状外，也有采用平板型管片的接缝除可采用平面状外，也有采用榫槽式接缝，当衬砌中内力较大时，管片的径向接缝榫槽式接缝，当衬砌中内力较大时，管片的径向接缝还可以做成圆柱状的，使接缝不产生或少产生弯矩。还可以做成圆柱状的，使接缝不产生或少产生弯矩。榫槽式接缝榫槽式接缝 圆柱状接缝圆柱状接缝 管片之间以及各衬砌环之间的连接方式管片之间以及各衬砌环之间的连接方式 刚性连接刚性连接：通过增加连接螺栓的排数，力图在构造上使：通过增加连接螺栓的排数，力图在构造上使接缝处的刚度与管片本身相同。接缝处的刚度与管片本身相同。柔性连接柔性连接：允许相邻管片间产生微小的转动和压缩，使：允许相邻管片间产生微小的转动和压缩，使衬砌环能按内力分布状态产生相应的变形，以改善衬砌环的衬砌环能按内力分布状态产生相应的变形，以改善衬砌环的受力状态。受力状态。目前较为通用的是柔性连接，常用的有以下几种形式：目前较为通用的是柔性连接，常用的有以下几种形式：（1 1）单排螺栓连接）单排螺栓连接 （2 2）销钉连接）销钉连接 （3 3）无连接件）无连接件 （1 1）单排螺栓连接）单排螺栓连接 按螺栓形状又可分为弯螺栓连接、直螺栓连接和斜螺栓连接三种。弯螺栓连接多用于钢筋混凝土管片平面形接缝上，弯螺栓连接多用于钢筋混凝土管片平面形接缝上，由于它所需螺栓手孔小，截面削弱少，原以为接缝刚由于它所需螺栓手孔小，截面削弱少，原以为接缝刚度可以增加，能承受较大的正负弯矩，但实践表明，度可以增加，能承受较大的正负弯矩，但实践表明，弯螺栓连接容易变形，且拼装麻烦，用料又多，近年弯螺栓连接容易变形，且拼装麻烦，用料又多，近年来有被其它螺栓连接方式取代的倾向。来有被其它螺栓连接方式取代的倾向。直螺栓连接是最常见的直螺栓连接是最常见的连接方式。连接方式。设置单排直螺栓的位置，设置单排直螺栓的位置，要考虑它与管片端肋的强度要考虑它与管片端肋的强度相匹配，即在端肋破坏前，相匹配，即在端肋破坏前，螺栓应先屈服，同时又要考螺栓应先屈服，同时又要考虑施工因素的影响。虑施工因素的影响。斜螺栓连接是近几年斜螺栓连接是近几年发展起来的用于钢筋混凝土发展起来的用于钢筋混凝土管片上的一种连接方式，它管片上的一种连接方式，它所需的螺栓手孔最小，耗钢所需的螺栓手孔最小，耗钢量最省。量最省。（2 2）销钉连接。）销钉连接。销钉的作用除为了临时稳销钉的作用除为了临时稳定管片，保证防水密封垫的压定管片，保证防水密封垫的压力外，在安装管片时还起导向力外，在安装管片时还起导向作用，将相邻衬砌环连在一起。作用，将相邻衬砌环连在一起。和螺栓连接相比既省力、和螺栓连接相比既省力、省时，价格又低廉，连接效果省时，价格又低廉，连接效果也相当好。也相当好。销钉是埋在衬砌内的，不销钉是埋在衬砌内的，不能回收，故通常都是用塑料制能回收，故通常都是用塑料制成成 （3 3）无连接件。）无连接件。在稳定的不透水地层中，圆形衬砌的径向接缝也可在稳定的不透水地层中，圆形衬砌的径向接缝也可不用任何连接件连接。因管片沿隧道径向呈一楔形体，不用任何连接件连接。因管片沿隧道径向呈一楔形体，外缘宽内缘窄，在外部压力作用下，管片将相互挤紧，外缘宽内缘窄，在外部压力作用下，管片将相互挤紧，而形成一个稳定的结构。而形成一个稳定的结构。2 2双层衬砌双层衬砌 在装配式衬砌内部再做一层整体式混凝土或钢筋混在装配式衬砌内部再做一层整体式混凝土或钢筋混凝土内衬。根据需要还可以在装配式衬砌与内层之间敷凝土内衬。根据需要还可以在装配式衬砌与内层之间敷设防水隔离层。双层衬砌主要用在含有腐蚀性地下水的设防水隔离层。双层衬砌主要用在含有腐蚀性地下水的地层中。但近年来，由于混凝土耐腐蚀性和管片防水性地层中。但近年来，由于混凝土耐腐蚀性和管片防水性能的提高，采用双层衬砌的必要性已大为减少，但仍有能的提高，采用双层衬砌的必要性已大为减少，但仍有一些国家如日本等坚持使用双层衬砌。一些国家如日本等坚持使用双层衬砌。6.5.2 6.5.2 横截面内轮廓和结构尺寸拟定横截面内轮廓和结构尺寸拟定 1 1横截面内轮廓尺寸横截面内轮廓尺寸 横截面的内轮廓尺寸全线是同一的横截面的内轮廓尺寸全线是同一的 。要根据建筑限界、施工误差、道床类型、预留变形等条要根据建筑限界、施工误差、道床类型、预留变形等条件决定外，还要按线路的最小曲线半径进行验算，保证列车件决定外，还要按线路的最小曲线半径进行验算，保证列车在最困难条件下也能安全通过。在最困难条件下也能安全通过。广州、上海地下铁道的圆形区间隧道内径为广州、上海地下铁道的圆形区间隧道内径为5.5m5.5m。6.5.2 6.5.2 横截面内轮廓和结构尺寸拟定横截面内轮廓和结构尺寸拟定 2 2管片厚度管片厚度 管片的厚度取决于围岩条件、覆盖层厚度、管片材料、管片的厚度取决于围岩条件、覆盖层厚度、管片材料、隧道用途、施工工艺等条件。为了充分发挥围岩自身的承载隧道用途、施工工艺等条件。为了充分发挥围岩自身的承载能力，现代的隧道工程中都采用柔性衬砌，其厚度相对较薄。能力，现代的隧道工程中都采用柔性衬砌，其厚度相对较薄。根据日本经验，单层的钢筋混凝土管片衬砌，管片厚度根据日本经验，单层的钢筋混凝土管片衬砌，管片厚度一般为衬砌环外径的一般为衬砌环外径的5.5%5.5%左右。左右。上海地下铁道管片厚度为上海地下铁道管片厚度为350mm350mm，广州、北京、深圳、，广州、北京、深圳、南京地下铁道管片厚度为南京地下铁道管片厚度为300mm300mm，约为衬砌环外径的，约为衬砌环外径的5%6%5%6%。6.5.2 6.5.2 横截面内轮廓和结构尺寸拟定横截面内轮廓和结构尺寸拟定 3 3管片宽度管片宽度 管片宽度的选择对施工、造价的影响较大。管片宽度的选择对施工、造价的影响较大。单线区间隧道管片的宽度控制在单线区间隧道管片的宽度控制在700mm1000mm700mm1000mm之间，但之间，但随着铰接盾构的出现，管片宽度有进一步提高的趋势，目前，随着铰接盾构的出现，管片宽度有进一步提高的趋势，目前，控制在控制在1000mm1500mm1000mm1500mm之间。之间。上海地下铁道区间隧道的管片宽度为上海地下铁道区间隧道的管片宽度为1000mm1000mm。4 4衬砌环的分块衬砌环的分块 衬砌环的组成，一般有两种方式。一种是由若干标准衬砌环的组成，一般有两种方式。一种是由若干标准管片（管片（A A）、二块相邻管片（）、二块相邻管片（B B）和一块封顶管片（）和一块封顶管片（K K）构成。）构成。另一种是由若干块另一种是由若干块A A型管片、一块型管片、一块B B型管片和一块型管片和一块K K型构成型构成 通常直径通常直径D6mD6m的地下铁道区间隧道，衬砌环以分的地下铁道区间隧道，衬砌环以分4646块块为宜，为宜，D6mD6m时，可分为时，可分为6868块。上海、广州地铁都是分块。上海、广州地铁都是分6 6块。块。衬砌环的拼装形式有错缝和通缝两种衬砌环的拼装形式有错缝和通缝两种 5 5螺栓和注浆孔的配置螺栓和注浆孔的配置 组装管片用的螺栓分为纵向连接螺栓和环向连接螺栓组装管片用的螺栓分为纵向连接螺栓和环向连接螺栓两种。螺栓孔的设置不得降低管片强度，并方便螺栓紧固两种。螺栓孔的设置不得降低管片强度，并方便螺栓紧固作业。作业。为了均匀地向衬砌背后进行回填注浆，管片上还应为了均匀地向衬砌背后进行回填注浆，管片上还应设置一个以上的注浆孔，注浆孔直径一般由所用的注浆材设置一个以上的注浆孔，注浆孔直径一般由所用的注浆材料决定，通常其内径为料决定，通常其内径为50mm左右。左右。螺栓直径（mm）273033螺栓孔直径（mm）3233353838416.5.3 6.5.3 盾构法施工时特殊地段的衬砌盾构法施工时特殊地段的衬砌 曲线段的衬砌曲线段的衬砌 在竖曲线和水平曲线地段上，需要在标准衬砌环之间在竖曲线和水平曲线地段上，需要在标准衬砌环之间插入一些楔形衬砌环，以保证隧道向所需的方向逐渐转折插入一些楔形衬砌环，以保证隧道向所需的方向逐渐转折 楔形衬砌环的楔入量楔形衬砌环的楔入量，即楔形衬砌环最大宽度与，即楔形衬砌环最大宽度与最小宽度之差，或楔入角最小宽度之差，或楔入角，即楔入量与衬砌外径，即楔入量与衬砌外径D D外之外之比，除应根据曲线半径、衬砌外径、管片宽度和在曲线比，除应根据曲线半径、衬砌外径、管片宽度和在曲线段使用楔形衬砌环所占的百分比确定外，还要按盾尾间段使用楔形衬砌环所占的百分比确定外，还要按盾尾间隙量进行校核。隙量进行校核。衬砌环外径2R02R04m4m2R06m6m2R08m8m2R010m2R012m楔入量（mm）15452050256030703280楔入角15601545103510301025实践中采用的楔入量和楔入角如表实践中采用的楔入量和楔入角如表7-117-11所示所示