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8.4 盾构段隧道结构
8.4.1 盾构段隧道结构型式应符合下列规定:
1 盾构段隧道宜采用装配式圆形衬砌结构,接头宜有一定的刚度;
2 衬砌结构可采用单层衬砌、双层衬砌或局部设内衬的型式,在满足工程使用、结构受力、防水和耐久性等要求的前提下,宜优先选用单层装配式钢筋混凝土衬砌;
3 在人行横通道或废水泵房等特殊区段,可采用钢管片、铸铁管片或钢与钢筋混凝土的复合管片;
4 衬砌环根据使用要求,一般分为进洞环、出洞环、标准环、变形缝环等类型,其形式有直线环、楔形环两种;当采用通用衬砌时均为楔形环;
5 衬砌环宽度应根据隧道最小曲线半径、隧道直径、管片制作、运输、管片拼装工艺以及盾构推进千斤顶行程等因素综合确定,衬砌环宽度宜大于等于1500mm;
6 衬砌厚度应根据隧道直径、埋深、工程地质及水文地质条件、施工阶段及正常使用阶段的荷载情况等确定,宜取0.040D ~0.045D;
7 衬砌环应按受力要求、施工方法、管片制作和运输、盾构设备等因素进行分块,一般分为8块~12块。
8.4.2 衬砌结构计算应符合下列规定:
1 正常使用极限状态验算应符合下列要求:
1)钢筋混凝土结构构件按荷载效应标准组合或准永久组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度应符合表8.4.2-1的规定。当计入地震荷载或其他偶然荷载时,可不验算结构的裂缝宽度。
注: 当保护层的实际厚度>30mm时,裂缝宽度验算时的保护层厚度可取30mm。
2) 盾构法隧道衬砌结构应按荷载效应标准组合或准永久组合并应考虑长期作用的影响进行变形计算,其直径和接缝计算变形应符合表8.4.2-2的规定。
注:D为隧道外径;
2 隧道结构应根据不同埋设深度、水压力大小、超载大小以及地质条件等选取最不利位置进行有代表性的横断面内力计算;
3 空间受力作用明显的区段,宜按空间结构进行分析;
4 横断面内力计算应符合下列要求:
1)圆隧道结构横断面内力计算的计算模型应根据地层情况、衬砌构造特点、荷载特点及施工工艺等确定,宜考虑衬砌与地层共同作用及装配式衬砌接头的影响;
2)采用通缝拼装的衬砌结构可取单环按弹性匀质圆环或弹性铰圆环(图8.4.2-1)考虑,采用弹性匀质圆环模型时应对衬砌环整体刚度进行适当降低。自由变形的弹性匀质圆环内力计算可参照附录B进行;
1 盾构段隧道宜采用装配式圆形衬砌结构,接头宜有一定的刚度;
2 衬砌结构可采用单层衬砌、双层衬砌或局部设内衬的型式,在满足工程使用、结构受力、防水和耐久性等要求的前提下,宜优先选用单层装配式钢筋混凝土衬砌;
3 在人行横通道或废水泵房等特殊区段,可采用钢管片、铸铁管片或钢与钢筋混凝土的复合管片;
4 衬砌环根据使用要求,一般分为进洞环、出洞环、标准环、变形缝环等类型,其形式有直线环、楔形环两种;当采用通用衬砌时均为楔形环;
5 衬砌环宽度应根据隧道最小曲线半径、隧道直径、管片制作、运输、管片拼装工艺以及盾构推进千斤顶行程等因素综合确定,衬砌环宽度宜大于等于1500mm;
6 衬砌厚度应根据隧道直径、埋深、工程地质及水文地质条件、施工阶段及正常使用阶段的荷载情况等确定,宜取0.040D ~0.045D;
7 衬砌环应按受力要求、施工方法、管片制作和运输、盾构设备等因素进行分块,一般分为8块~12块。
8.4.2 衬砌结构计算应符合下列规定:
1 正常使用极限状态验算应符合下列要求:
1)钢筋混凝土结构构件按荷载效应标准组合或准永久组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度应符合表8.4.2-1的规定。当计入地震荷载或其他偶然荷载时,可不验算结构的裂缝宽度。

2) 盾构法隧道衬砌结构应按荷载效应标准组合或准永久组合并应考虑长期作用的影响进行变形计算,其直径和接缝计算变形应符合表8.4.2-2的规定。

2 隧道结构应根据不同埋设深度、水压力大小、超载大小以及地质条件等选取最不利位置进行有代表性的横断面内力计算;
3 空间受力作用明显的区段,宜按空间结构进行分析;
4 横断面内力计算应符合下列要求:
1)圆隧道结构横断面内力计算的计算模型应根据地层情况、衬砌构造特点、荷载特点及施工工艺等确定,宜考虑衬砌与地层共同作用及装配式衬砌接头的影响;
2)采用通缝拼装的衬砌结构可取单环按弹性匀质圆环或弹性铰圆环(图8.4.2-1)考虑,采用弹性匀质圆环模型时应对衬砌环整体刚度进行适当降低。自由变形的弹性匀质圆环内力计算可参照附录B进行;

3)弹性铰圆环承受的荷载与弹性匀质圆环相同,衬砌结构接头处所承受的弯矩M按下列公式确定:

4)采用错缝拼装的衬砌结构宜按考虑环间弯矩、轴力的纵向传递模型(可按附录E计算)或梁~弹簧模型(图8.4.2-2)进行计算。弹簧的刚度可由试验或经验确定。环缝接头可采用抗剪切弹簧模拟。

5)管片结构与地层间的相互作用可采用三角形抗力或地基弹簧进行模拟。
5 纵断面内力计算应符合下列要求:
1) 当覆土荷载沿隧道纵向有较大变化时、隧道上方局部有地面建(构)筑物等较大荷载时、地基或基础有显著差异、地震作用时,应对隧道进行纵向结构强度及变形分析计算;
2)衬砌结构纵断面内力计算可采用梁-弹簧模型、等效刚度模型、三维壳体模型。
3)在进行纵断面内力计算时,应对管片纵向抗拉、抗弯和抗剪刚度进行折减。
4)沿隧道纵向衬砌结构与地层间的相互作用可依据弹性地基梁理论采用地层弹簧模拟,弹簧刚度依据地层参数取值。
6 管片间接头计算应符合下列规定:
1) 管片间接头计算内容应包括接头刚度计算、接缝张开量(变形)计算及连接件强度验算等内容;
2)钢筋混凝土管片的环向螺栓应按照现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010)矩形截面偏心受压构件的承载能力极限状态计算。钢管片的环向螺栓,采用以管片边缘为回转中心的模型计算螺栓应力;
3) 钢筋混凝土管片应验算纵向螺栓的抗拉强度。小半径曲线隧道应对纵向接头螺栓的弯曲应力进行验算;
4) 应对接头螺栓连接处混凝土环肋、端肋结构进行抗剪和抗冲切承载力的计算;
5) 承受盾构千斤顶顶力的管片环面应进行局部受压承载能力验算;
6) 钢管片应对纵向接头钢板抗压强度、抗剪强度、局部稳定性进行验算。
8.4.3 盾构段隧道的构造要求应符合下列规定:
1 管片块与块、衬砌环与环间宜采用螺栓连接;管片间的连接件机械性能等级应满足构造和结构受力要求,表面应进行防腐蚀处理;
2 楔形环环面楔形量由隧道的直径、衬砌环宽度和隧道的曲线半径确定,可以选用双面楔或单面楔,环面斜率不宜大于1:300;
3 管片拼装宜采用错缝方式;
4 隧道上覆土厚度沿纵向有较大变化、直接承受建构筑物等较大局部荷载或下卧层土物理力学性质有显著差异时,隧道衬砌环间宜采取合适的抗剪措施;
5 衬砌环封顶块拼装方式宜采用全纵向插入、半纵向插入,插入长度和插入角度应与盾构设计、施工相配合,综合考虑拼装设备、千斤顶顶进行程、实践经验等因素选用;
6 管片应根据连接方式、起吊方式、拼装方式、注浆要求,以及结构受力等因素合理确定螺栓手孔、定位孔、起吊孔、注浆孔的位置与尺寸。
7 管片接缝构造应满足受力、拼装定位、防水的要求,接缝尺寸和角度应有利于减少局部应力集中以及管片制造、运输、拼装过程中的碰撞破损,并应符合下列规定:
1 ) 管片边缘应做倒角;
2)相邻管片外边缘不得相互接触,各面在适当范围内作微量的退缩。
8 每块管片上应根据盾构机起吊拼装方式设置起吊或拼装定位装置。
9 管片主筋及分布筋最大间距不宜大于200mm,管片内外层钢筋之间应设置箍筋,箍筋直径不宜小于8mm,间距不宜大于250mm。
10 管片手孔、螺栓孔、预留孔洞、预埋件等部位,应根据局部应力的大小设置加强钢筋。
11 隧道纵向变形缝设置应符合下列要求:
1) 隧道与工作井采用刚性连接时,应在工作井外侧加密设置2~3条变形缝;
2)在人行横通道位置前后应设置变形缝;
3)沿隧道纵向上部荷载变化较大或下卧地层突变处宜设置变形缝。
12 施工阶段隧道进出洞段10环内,衬砌环间宜采用拉紧措施。
8.4.4 装配式钢筋混凝土管片制作应满足下列精度要求:
1 单块管片制作的允许偏差:宽度±0.4mm;厚度±1.0mm;弧、弦长±1.0mm; 纵、环向螺栓孔孔径及孔位±0.5mm;混凝土接触面的平整度:±0.5mm,每延米平整度±0.2mm。
2 整环拼装检验的允许偏差:相邻环的环面间隙小于1.0mm、纵缝相邻块间隙为小于1.5mm、对应的环向螺栓孔不同轴度小于1.0mm、衬砌环外半径
mm、内半径
mm。
8.4.5 双线隧道间人行横通道的设计应符合下列要求:
1 人行横通道一般采用马蹄型、矩型或圆型断面结构形式。
2 人行横通道的实施,宜先对通道部位地层采用冻结法或其他方法加固,再用矿山法修建现浇钢筋砼结构;亦可采用顶管工法施工。
3 人行横通道与主隧道间宜采用刚性连接,临近主隧道处设置变形缝。
4 人行横通道施工时,应先根据开口衬砌环变形稳定计算,在隧道内安装可靠的内支撑。
5 与人行横通道相接的隧道位置应采用刚度较大的钢衬砌环或者钢-混凝土混合衬砌环。
8.4.6 隧道内部结构设计应符合以下要求:
1 一般采用架空路面板结构;
2 路面结构的主要受力构件应满足设计使用年限100年的要求;
3 路面结构应满足施工阶段及使用阶段结构承载能力及正常使用的要求;
4 路面结构可采用现浇、预制件拼装或部分预制件部分现浇相结合的方法施工,但均需将道路荷载可靠传递至管片结构;
5 排烟道板一般采用预制结构,吊挂射流风机、安装排烟风阀等特殊区段可采用现浇混凝土结构;
6 排烟道必须具有良好的密封性能,允许漏风量应满足通风排烟设计的要求。
8.4.7 隧道施工质量控制应符合下列要求:
1 隧道施工轴线与设计轴线允许偏差≤100mm。其中包括施工误差、测量误差、结构变形及线路轴线拟合误差等;
2 隧道贯通后,衬砌环直径允差≤5‰D、衬砌环、纵缝张开量≤4mm、相邻衬砌环间高差≤6mm、衬砌环、纵向螺栓穿过率为100%。
5 纵断面内力计算应符合下列要求:
1) 当覆土荷载沿隧道纵向有较大变化时、隧道上方局部有地面建(构)筑物等较大荷载时、地基或基础有显著差异、地震作用时,应对隧道进行纵向结构强度及变形分析计算;
2)衬砌结构纵断面内力计算可采用梁-弹簧模型、等效刚度模型、三维壳体模型。
3)在进行纵断面内力计算时,应对管片纵向抗拉、抗弯和抗剪刚度进行折减。
4)沿隧道纵向衬砌结构与地层间的相互作用可依据弹性地基梁理论采用地层弹簧模拟,弹簧刚度依据地层参数取值。
6 管片间接头计算应符合下列规定:
1) 管片间接头计算内容应包括接头刚度计算、接缝张开量(变形)计算及连接件强度验算等内容;
2)钢筋混凝土管片的环向螺栓应按照现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010)矩形截面偏心受压构件的承载能力极限状态计算。钢管片的环向螺栓,采用以管片边缘为回转中心的模型计算螺栓应力;
3) 钢筋混凝土管片应验算纵向螺栓的抗拉强度。小半径曲线隧道应对纵向接头螺栓的弯曲应力进行验算;
4) 应对接头螺栓连接处混凝土环肋、端肋结构进行抗剪和抗冲切承载力的计算;
5) 承受盾构千斤顶顶力的管片环面应进行局部受压承载能力验算;
6) 钢管片应对纵向接头钢板抗压强度、抗剪强度、局部稳定性进行验算。
8.4.3 盾构段隧道的构造要求应符合下列规定:
1 管片块与块、衬砌环与环间宜采用螺栓连接;管片间的连接件机械性能等级应满足构造和结构受力要求,表面应进行防腐蚀处理;
2 楔形环环面楔形量由隧道的直径、衬砌环宽度和隧道的曲线半径确定,可以选用双面楔或单面楔,环面斜率不宜大于1:300;
3 管片拼装宜采用错缝方式;
4 隧道上覆土厚度沿纵向有较大变化、直接承受建构筑物等较大局部荷载或下卧层土物理力学性质有显著差异时,隧道衬砌环间宜采取合适的抗剪措施;
5 衬砌环封顶块拼装方式宜采用全纵向插入、半纵向插入,插入长度和插入角度应与盾构设计、施工相配合,综合考虑拼装设备、千斤顶顶进行程、实践经验等因素选用;
6 管片应根据连接方式、起吊方式、拼装方式、注浆要求,以及结构受力等因素合理确定螺栓手孔、定位孔、起吊孔、注浆孔的位置与尺寸。
7 管片接缝构造应满足受力、拼装定位、防水的要求,接缝尺寸和角度应有利于减少局部应力集中以及管片制造、运输、拼装过程中的碰撞破损,并应符合下列规定:
1 ) 管片边缘应做倒角;
2)相邻管片外边缘不得相互接触,各面在适当范围内作微量的退缩。
8 每块管片上应根据盾构机起吊拼装方式设置起吊或拼装定位装置。
9 管片主筋及分布筋最大间距不宜大于200mm,管片内外层钢筋之间应设置箍筋,箍筋直径不宜小于8mm,间距不宜大于250mm。
10 管片手孔、螺栓孔、预留孔洞、预埋件等部位,应根据局部应力的大小设置加强钢筋。
11 隧道纵向变形缝设置应符合下列要求:
1) 隧道与工作井采用刚性连接时,应在工作井外侧加密设置2~3条变形缝;
2)在人行横通道位置前后应设置变形缝;
3)沿隧道纵向上部荷载变化较大或下卧地层突变处宜设置变形缝。
12 施工阶段隧道进出洞段10环内,衬砌环间宜采用拉紧措施。
8.4.4 装配式钢筋混凝土管片制作应满足下列精度要求:
1 单块管片制作的允许偏差:宽度±0.4mm;厚度±1.0mm;弧、弦长±1.0mm; 纵、环向螺栓孔孔径及孔位±0.5mm;混凝土接触面的平整度:±0.5mm,每延米平整度±0.2mm。
2 整环拼装检验的允许偏差:相邻环的环面间隙小于1.0mm、纵缝相邻块间隙为小于1.5mm、对应的环向螺栓孔不同轴度小于1.0mm、衬砌环外半径


8.4.5 双线隧道间人行横通道的设计应符合下列要求:
1 人行横通道一般采用马蹄型、矩型或圆型断面结构形式。
2 人行横通道的实施,宜先对通道部位地层采用冻结法或其他方法加固,再用矿山法修建现浇钢筋砼结构;亦可采用顶管工法施工。
3 人行横通道与主隧道间宜采用刚性连接,临近主隧道处设置变形缝。
4 人行横通道施工时,应先根据开口衬砌环变形稳定计算,在隧道内安装可靠的内支撑。
5 与人行横通道相接的隧道位置应采用刚度较大的钢衬砌环或者钢-混凝土混合衬砌环。
8.4.6 隧道内部结构设计应符合以下要求:
1 一般采用架空路面板结构;
2 路面结构的主要受力构件应满足设计使用年限100年的要求;
3 路面结构应满足施工阶段及使用阶段结构承载能力及正常使用的要求;
4 路面结构可采用现浇、预制件拼装或部分预制件部分现浇相结合的方法施工,但均需将道路荷载可靠传递至管片结构;
5 排烟道板一般采用预制结构,吊挂射流风机、安装排烟风阀等特殊区段可采用现浇混凝土结构;
6 排烟道必须具有良好的密封性能,允许漏风量应满足通风排烟设计的要求。
8.4.7 隧道施工质量控制应符合下列要求:
1 隧道施工轴线与设计轴线允许偏差≤100mm。其中包括施工误差、测量误差、结构变形及线路轴线拟合误差等;
2 隧道贯通后,衬砌环直径允差≤5‰D、衬砌环、纵缝张开量≤4mm、相邻衬砌环间高差≤6mm、衬砌环、纵向螺栓穿过率为100%。
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- 4.1 一般规定
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- 5.1 一般规定
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- 7.1 一般规定
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- 7.6 附属用房及设施
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- 8.1 一般规定
- 8.2 荷载分类和荷载效应组合
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- 8.4 盾构段隧道结构
- 8.5 沉管段隧道结构
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- 23.1 一般规定
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- 23.3 隧道监测要点
- 附录A 盾构段浅埋圆形隧道外部水土荷载计算
- 附录B 自由变形的弹性匀质圆环内力计算表
- 附录C 管节干舷高度与定倾高度计算
- 附录D 地层抗力系数参考表
- 附录E 错缝拼装时弯矩、轴力的纵向传递
- 附录F 双线隧道盾构始发井内净尺寸及深度
- 附录G 车辆有害气体排放量计算因子
- 附录H 隧道洞口天空面积百分比参考表
- 附录J 隧道内主体承重结构的耐火极限试验的标准升温曲线和耐火极限判定标准
- 本规范用词说明
- 引用标准名录
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