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关于隧道衬砌结构的设计

发布日期:2012-07-06

所谓隧道衬砌就是用来支护隧道的钢混结构,主要分为初期支护和二次衬砌,初期支护一般采用锚喷支护,二衬一般是

钢混结构。隧道衬砌分为(1)整体式模筑砼衬砌;(2)拼装式衬砌;(3)锚喷衬砌;(4)复合式衬砌;(5)明洞衬砌.  隧道

的衬砌结构,在满足强度条件、且能达到抗震要求下,十分明显的是要求管片衬砌能承受高水压头的作用。亦即是要使

管片本身能经受高水压的抗渗、抗漏外,还得要保证管片与管片之间、衬砌环与衬砌环之间的接头和接缝的密封性。 隧道衬砌结构的基本形式 衬砌结构的设计,通过在结构构造和防水抗渗两大方面的考虑,定下的基本形式所示,衬砌环外径φ1=13.9m,环宽

1.5m、厚度0.65m、内径大φ2=12.6m。衬砌环由三种类别块管片、共11块组成,A型块8块,B型块2块,再加上K型块

(最后纵向插入成环)。内部浇筑二次内部衬砌,厚度为0.3m,其作用是增加整个衬砌环的自重,以作抗浮所需,此

外尚有防灾的目的。

2.结构方面 (1)为了提高隧道衬砌环对软弱地基变形的抵抗和增强抗震性能,管片拼装按锗缝拼装,K型封顶管片按纵向插入方式

进行。 (2)管片衬砌结构计算时,不考虑内衬砌(二次衬砌)的共同作用,全部荷载皆由外层管片衬砌承受。 (3)管片衬砌结构计算方法,系采用弹性地基梁模型。对常规计算法(假定环的刚度相同)所设定的η•ξ(刚度有效系

数、弯矩增加系数)进行验证。接头弹簧系数Ko、Ks按照导入轴力而进行的足尺管片接头弯曲试验、拼接弯曲试验及

剪切试验结果取得。通过利用其他方法的足尺管片的接头性能对比试验,选定长螺栓钢筋混凝土板式管片接头结构,管

片间与环与环之间的螺栓导入轴力,分别为螺栓容许值的80%、60%。 (4)管片衬砌接头具有高度的刚性和屈服强度。不论是纵向或是环向,皆是采用长螺栓。接头(用锚碇板、加强肋及

肋板焊接方式来加强)的最佳结构方案。此种接头具有刚性强、耐久性强,并能使拼装作业自动化操作,此外,此种接

头可提高抗震性能,并能取得较高的经济指标。 (5)荷载条件的规定。管片衬砌结构要承受全部荷载,为使设计偏于安全,对衬砌周围的土水压力分别进行考虑。对

人工地基和粘性土地基是按水、土合算方式进行;对砂质地层则按水、土分界原则进行。此外在垂直荷载计算中,则考

虑整个覆盖土层厚度。 在土质特性和有限元分析中的地基反力系数、侧压力系数,按设计的实绩取值,作以下的假定: 对于人工地基K=0.35Mpa,λ=0.6; 对于天然地基K=0,λ=0.8~0.75; 在Dc地层中K=0.15~0.25Mpa,λ=0.65 对双线并列隧道的相邻影响,是通过有关粘性地基与该层地基中已有的实例(φ7.25m一-泥水平衡式盾构),施工间

距为0.5D的现场实测来取值(D为隧道直径)。 (6)考虑到隧道位于地震活动频繁的地域,隧道的抗震设计方面增设"响应变形法"来进行地震响应分析的验证,以确

认地震时隧道结构的稳定性能。作为衬砌结构的抗震设计的指导思想是以下五点: a.隧道的地基是软弱地层,但不会液化和泥浆化,故不需要对地基进行加固等特别的处理; b.隧道衬砌环和竖井的联接处应做成地震时能吸收变形能的柔性结构; C.浮岛斜坡道段前端的加固地基与原有的软弱地基间的交界附近的地段,为缓和由于地基刚度急剧变化而造成的应变

集中影响,隧道的轴向应设置成柔性结构; d.在二次衬砌的混凝土中,要设置一定数量的连续钢筋,而在外层的管片衬砌的特定接头处以阻止变形集中; e.管片衬砌所承受的截面内力,同不浇筑内衬砌的情况相比可以减少些,但为安全起见,环与环之间的接头设计,仍

按仅有管片衬砌的截面内力进行设计。

 

 

 

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