地下空间工程教学课件ppt作者刘勇第十一讲.ppt

城市地下工程第十一讲地下空间结构与构造刘刘 勇勇 教授教授石家庄铁道大学石家庄铁道大学 土木工程学院土木工程学院上上上上节节回回回回顾顾 地下街一1、定义 ☆☆2、类型☆☆3、功能 4、建筑设计☆☆本本本本节节主要内容主要内容主要内容主要内容 地下空间结构分类一分类方式结构形式及选择二1、明挖法修建的隧道衬砌结构 ☆☆2、矿山法修建的隧道衬砌结构 ☆☆3、盾构法修建的隧道衬砌结构 ☆☆4、特殊地段隧道衬砌结构　　 ☆☆3．盾构法修建的隧道衬砌结构 盾构法修建的隧道衬砌有盾构法修建的隧道衬砌有预制装配式衬砌预制装配式衬砌、、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⑴⑴预制装配式衬砌预制装配式衬砌 预制装配式衬砌是用工厂预制的构件预制装配式衬砌是用工厂预制的构件( (称为管片称为管片) )，在盾构尾部拼装而成的在盾构尾部拼装而成的 武武汉地地铁管片外径管片外径为6.0m，，环宽1.5m，，厚度厚度为300mm衬砌砌环纵、、环缝均采用弯螺栓均采用弯螺栓连接 管片模具管片模具未脱模的管片未脱模的管片三三环拼装拼装试验台台模具清理模具清理 管片生产过程管片生产过程混凝土浇筑混凝土浇筑 管片从模具内吊出管片从模具内吊出 抗压检测抗压检测 拼装试验拼装试验 管片存放管片存放 养护池内养护养护池内养护 •钢管片：钢管片：焊接性好，便于加工和维修，重量轻，焊接性好，便于加工和维修，重量轻，便于施工；其缺点是刚度小、易变形，抗锈性便于施工；其缺点是刚度小、易变形，抗锈性差，价格较贵。

差，价格较贵•铸铁管片：铸铁管片：强度高，防水和防锈蚀性能好，易强度高，防水和防锈蚀性能好，易加工，刚度大；其缺点是价格较贵加工，刚度大；其缺点是价格较贵 按管片按材料可分为按管片按材料可分为: : •钢筋混凝土管片：钢筋混凝土管片：耐久性和耐压性都比较好，耐久性和耐压性都比较好，刚度大刚度大 ，防水性能有保证；其缺点是重量大，，防水性能有保证；其缺点是重量大，抗拉强度较低，在脱模、运输、拼装过程中，抗拉强度较低，在脱模、运输、拼装过程中，容易将其角部碰坏容易将其角部碰坏按管片螺栓手孔成型大小可分为按管片螺栓手孔成型大小可分为: : •箱形管片：箱形管片：因手孔较大而呈肋板形结构接头因手孔较大而呈肋板形结构接头螺栓的穿入和拧紧比较方便螺栓的穿入和拧紧比较方便，，节省了材料，单节省了材料，单块管片重量减轻，便于运输和拼装但因截面块管片重量减轻，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削弱较多，在盾构千斤顶推力作用下容易开裂•平板型管片：平板型管片：因螺栓手孔较小或无手孔而呈曲因螺栓手孔较小或无手孔而呈曲板型结构的管片截面削弱较少或无削弱，故板型结构的管片。

截面削弱较少或无削弱，故对千斤顶推力具有较大的抵抗力，对通风的阻对千斤顶推力具有较大的抵抗力，对通风的阻力也较小力也较小 •箱形管片的纵向接缝箱形管片的纵向接缝( (径向接缝径向接缝) )和横向接缝和横向接缝( (环环向接缝向接缝) )一般都是平面状的一般都是平面状的•平板形管片的接缝除了可采用平面状外，也有平板形管片的接缝除了可采用平面状外，也有采用榫槽式接缝的采用榫槽式接缝的 内贴防水钢板 衬砌环内管片之间以及各衬砌环之间的连衬砌环内管片之间以及各衬砌环之间的连接方式，可分为：接方式，可分为：•柔性连接：柔性连接：允许相邻管片间产生微小的转动和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，以改善衬砌的受力状态变形，以改善衬砌的受力状态•刚性连接：刚性连接：通过增加连接螺栓的排数，力图在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构造上使接缝处的刚度与管片本身相同 目前较为通用的是柔性连接，常用的有以下目前较为通用的是柔性连接，常用的有以下几种形式：几种形式： •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。

接、直螺栓连接和斜螺栓连接三种a)直螺栓联结端肋(b)弯螺栓联结(c)斜螺栓联结•销钉连接：销钉连接：用销钉连接的管用销钉连接的管片形状简单，截面无削弱，片形状简单，截面无削弱，建成的隧道内壁光滑平整建成的隧道内壁光滑平整和螺栓连接相比既省力、省和螺栓连接相比既省力、省时，价格又低廉，连接效果时，价格又低廉，连接效果也相当好销钉是埋在衬砌也相当好销钉是埋在衬砌内的，不能回收，故通常都内的，不能回收，故通常都是用塑料制成是用塑料制成•无连接件无连接件：：在稳定的不透水地层中，圆形衬砌的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，外缘宽内缘窄，在外部压力道径向呈一楔形体，外缘宽内缘窄，在外部压力作用下，管片将相互挤紧，而形成一个稳定的结作用下，管片将相互挤紧，而形成一个稳定的结构(2)(2)双层衬砌双层衬砌 为防止隧道渗水和衬砌为防止隧道渗水和衬砌腐蚀，修正隧道施工误腐蚀，修正隧道施工误差，减少噪音和振动以差，减少噪音和振动以及作为内部装饰，可以及作为内部装饰，可以在装配式衬砌内部再做在装配式衬砌内部再做一层整体式混凝土或钢一层整体式混凝土或钢筋混凝土内衬。

筋混凝土内衬3)(3)挤压混凝土整体式衬砌挤压混凝土整体式衬砌 挤压混凝土衬砌挤压混凝土衬砌(Extrude Concrete Lining，，简简称称ECL)就是随着盾构向前推进，用一套衬砌施就是随着盾构向前推进，用一套衬砌施工设备在盾尾同步灌注的混凝土或钢筋混凝土工设备在盾尾同步灌注的混凝土或钢筋混凝土整体式衬砌整体式衬砌  衬砌一次成型，内表面光滑，衬砌背后无空隙，衬砌一次成型，内表面光滑，衬砌背后无空隙，无需注浆，对控制地层移动特别有效但因需要无需注浆，对控制地层移动特别有效但因需要较多的施工设备，而且混凝土制备、配送、钢筋较多的施工设备，而且混凝土制备、配送、钢筋骨架等工艺较为复杂，在渗漏性较大的土层中要骨架等工艺较为复杂，在渗漏性较大的土层中要达到防水要求尚有困难达到防水要求尚有困难4)(4)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 ① ①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。

方向逐渐转折 R标准环楔形环Δ/2Δ/2②②区间联络通道和中间区间联络通道和中间泵站衬砌泵站衬砌③③渡线和折返线衬砌结渡线和折返线衬砌结构构图4-1-18 区间联络通道和泵站（mm）12800~153006400~7650入孔联络通道区间隧道排水管φ150泵站6400~7650区间隧道4 4．特殊地段隧道衬砌结构．特殊地段隧道衬砌结构 ⑴⑴沉埋结构沉埋结构 沉埋结构横断面有圆形和矩形两大类，断面形沉埋结构横断面有圆形和矩形两大类，断面形状要从空间的充分利用和结构受力合理两方面状要从空间的充分利用和结构受力合理两方面综合考虑综合考虑  每节沉管的长度依据所在水域的地形、地质、航每节沉管的长度依据所在水域的地形、地质、航运、航道、施工方法等方面的要求确定，一般为运、航道、施工方法等方面的要求确定，一般为60~140m，多数在，多数在100m左右，最长的已达到左右，最长的已达到268m 断面尺寸根据使用要求、与其它交通结构合建要求、断面尺寸根据使用要求、与其它交通结构合建要求、埋深、地质条件、施工方法等确定埋深、地质条件、施工方法等确定。

管段结构构造除受力要求外，还应考虑管段浮运、管段结构构造除受力要求外，还应考虑管段浮运、沉放、波浪力、基础形式及地基性质的影响沉放、波浪力、基础形式及地基性质的影响 ⑵ ⑵顶进法施工的区间隧道结构顶进法施工的区间隧道结构二、构造要求二、构造要求 1 1．明挖法修建的隧道衬砌构造．明挖法修建的隧道衬砌构造⑴ ⑴ 截面几何尺寸的拟订截面几何尺寸的拟订 区间隧道截面几何尺寸包括区间隧道截面几何尺寸包括内部净空尺寸内部净空尺寸和和结结构断面厚度构断面厚度两部分，它是根据结构使用要求、两部分，它是根据结构使用要求、限界尺寸、施工方法及工程地质水文地质条件限界尺寸、施工方法及工程地质水文地质条件而确定的而确定的①①内部净空尺寸的确定内部净空尺寸的确定 A线路中线结构中线线路中线轨顶面CDHBA=建筑接近限界宽度建筑接近限界宽度/2 + (至侧墙间的富裕量至侧墙间的富裕量)+ aB=建筑接近限界宽度建筑接近限界宽度/2 +(至中间柱或墙间的富裕量至中间柱或墙间的富裕量)+b C=建筑接近限界宽度建筑接近限界宽度/2 +(至中间柱或墙间的富裕量至中间柱或墙间的富裕量)+a D=建筑接近限界宽度建筑接近限界宽度/2 +(至侧墙间的富裕量至侧墙间的富裕量)+b H=建筑接近限界高度建筑接近限界高度 +(至顶板下表面间的富裕量至顶板下表面间的富裕量)+h 式中式中 a——曲线内侧总加宽量；曲线内侧总加宽量； b——曲线外侧总加宽量；曲线外侧总加宽量； h——由曲线引起的超高量。

由曲线引起的超高量 ②②隧道结构断面厚度尺寸的拟订隧道结构断面厚度尺寸的拟订 根据内力分析或用类比法确定根据内力分析或用类比法确定⑵⑵ 整体式钢筋混凝土框架结构配筋要求整体式钢筋混凝土框架结构配筋要求①①最小配筋率：墙、板中受拉钢筋的最小配筋率为最小配筋率：墙、板中受拉钢筋的最小配筋率为0.15%；；受压钢筋的配筋率不少于受压钢筋的配筋率不少于0.2%②②钢筋直径钢筋直径 ：受力钢筋直径一般不宜大于：受力钢筋直径一般不宜大于32mm，，受弯构件受弯构件中不宜小于中不宜小于14mm，，受压构件中不宜小于受压构件中不宜小于16mm，，一般构一般构造钢筋直径不小于造钢筋直径不小于12mm，，箍筋直径不小于箍筋直径不小于8mm③③钢筋间距：受力钢筋间距应不大于钢筋间距：受力钢筋间距应不大于250mm，，受力钢筋的水受力钢筋的水平净距亦不得小于钢筋直径或平净距亦不得小于钢筋直径或30mm ⅣⅤⅥ2 2．矿山法修建的隧道衬砌构造．矿山法修建的隧道衬砌构造 ⑴ ⑴区间隧道衬砌横截面形状和尺寸拟订区间隧道衬砌横截面形状和尺寸拟订 用矿山法修建的区间隧道衬砌内轮廓线尺寸应符用矿山法修建的区间隧道衬砌内轮廓线尺寸应符合地下铁道建筑限界要求，还要考虑施工和测量误合地下铁道建筑限界要求，还要考虑施工和测量误差，以及结构固有的变形量。

差，以及结构固有的变形量 结构变形量可根据围岩类别和隧道宽度按工程类结构变形量可根据围岩类别和隧道宽度按工程类比法确定，当无类比资料时可按表选用比法确定，当无类比资料时可按表选用  衬砌内轮廓线形状应使结构轴线尽可能符合在衬砌内轮廓线形状应使结构轴线尽可能符合在外荷载作用下所产生的压力线外荷载作用下所产生的压力线 ⑵ ⑵衬砌截面尺寸拟订衬砌截面尺寸拟订 初期支护设计参数的确定可按以下顺序进行：初期支护设计参数的确定可按以下顺序进行： ① ①采用工程类比法初步选定尺寸采用工程类比法初步选定尺寸 ②②根根据据地地铁铁区区间间隧隧道道具具体体情情况况，，综综合合研研究究，，对对初步选定的设计参数进行修正初步选定的设计参数进行修正 ③ ③用工程类比法有困难时，则可采用解析法或用工程类比法有困难时，则可采用解析法或数值法进行内力分析和截面设计数值法进行内力分析和截面设计 ④ ④由于围岩特性复杂而多变，在隧道开挖前一由于围岩特性复杂而多变，在隧道开挖前一般很难准确搞清楚，故需要在施工中根据围岩般很难准确搞清楚，故需要在施工中根据围岩的变化情况和监测到的围岩动态信息，对初步的变化情况和监测到的围岩动态信息，对初步选定的设计参数进行修正。

选定的设计参数进行修正 关于二次衬砌的强度及厚度则应根据其所在地关于二次衬砌的强度及厚度则应根据其所在地层及在隧道结构体系中的作用而定层及在隧道结构体系中的作用而定 在确定衬砌截面尺寸时，一般要将围岩较差地在确定衬砌截面尺寸时，一般要将围岩较差地段的衬砌向围岩较好地段延伸段的衬砌向围岩较好地段延伸5~10m 3 3．盾构法修建的隧道构造．盾构法修建的隧道构造 ⑴⑴横截面内轮廓和结构尺寸拟订横截面内轮廓和结构尺寸拟订 ①①横截面内轮廓尺寸：采用盾构法修建地下铁道横截面内轮廓尺寸：采用盾构法修建地下铁道区间隧道，其横截面的内轮廓尺寸全线是同一区间隧道，其横截面的内轮廓尺寸全线是同一的，按线路的最小曲线半径进行确定的，按线路的最小曲线半径进行确定②②管片厚度：管片厚度：衬砌管片厚度应根据地层条件、隧衬砌管片厚度应根据地层条件、隧道外径道外径D的大小、埋置深度、管片材料、隧道用的大小、埋置深度、管片材料、隧道用途、施工工艺、受荷载情况以及衬砌所受的施途、施工工艺、受荷载情况以及衬砌所受的施工荷载工荷载(主要为盾构千斤顶顶力主要为盾构千斤顶顶力)等因素计算确等因素计算确定，一般取定，一般取(0.05~0.06)D。

③③管片宽度：管片宽度：控制在控制在1000~1500mm之间 ④④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衬砌环的组成，一般有两种方式一种是由若干标准管片干标准管片(A)、、两块相邻管片两块相邻管片(B)和一块封顶和一块封顶管片管片(K)组成另一种是由若干块组成另一种是由若干块A型管片、一型管片、一块块B型管片和一块型管片和一块K型管片构成型管片构成 KAAAABBAABAAKA 封顶块的拼装形式有径向楔入和纵向插入两种封顶块的拼装形式有径向楔入和纵向插入两种 衬砌环的拼装形式有衬砌环的拼装形式有错缝错缝和和通缝通缝两种两种 (a)(a)(a)(a)通缝通缝通缝通缝(b)(b)(b)(b)错缝错缝错缝错缝 通常直径通常直径D≤6m的地下铁道区间隧道，衬砌环以的地下铁道区间隧道，衬砌环以分分4~6块为宜，块为宜，D>6m时，可分为时，可分为6~8块块⑤⑤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接螺栓两种 螺栓直径一般为螺栓直径一般为16~36mm，，螺栓孔直径必须大螺栓孔直径必须大于螺栓直径于螺栓直径4~8mm。

为了均匀地向衬砌背后进行回填注浆，管片上还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料决定，通常其内径为所用的注浆材料决定，通常其内径为50~100mm左右 。