盾构机的威力，在钻凿领域里无人匹敌。出品
网易新闻学院作者
常松，清华大学材料加工工程系博士每天早上挤在沙丁鱼罐头的地铁车厢，对于大都市的上班族来说绝对不会陌生。地铁，已经成为了城市通勤最不不可或缺的交通方式，中国城市地铁里程的排行榜每年都在刷新着里程数量和客流量。2016年各大城市地铁通车里程潜伏在地下城市的“穿山甲”对于这些地铁里程井喷增长的城市，几十米深的地下，一定都“潜伏”着城市的“穿山甲”——地铁盾构机。近年来，随着地铁施工各种新闻的报道，人们对于盾构机并不陌生，这个“脑袋”长得像一个剃须刀的大家伙，经常在各种地铁建设的新闻中出镜。然而，我们常看到是只是它的“牙齿”，而这个形似“蚯蚓”的巨型吃土机全身长啥样，人们一般很难见到。20世纪60年代修建北京地铁，中国研制网格式压缩混凝土盾构机成功地进行了试验盾构机国产化从“起跑”到“弯道超车”其实在20年前，盾构机这种装备在中国还是稀罕物。在90年代，这种巨大、精密而复杂的工业产品一向是中国制造业的软肋。国内生产所有盾构机的关键总成和零部件都只能依赖进口，地铁建设狂潮目前正席卷中国大陆，盾构机形成千亿市场，而作为关键施工设备的盾构机可能因关键零部件的问题使国产盾构机受制于人。天津地铁施工选用的盾构机为突破被动局面，国家把盾构机的关键技术研制列入了“863计划”。发展至今，中国已能生产具有自主知识产权的盾构装备，盾构机国产化实现了从“起跑”到“弯道超车”。“穿山甲”如何在地下存活？在北京王府井商业街，人流熙熙攘攘，地面上许多重点历史风貌及古建筑安然无恙，而潜伏地下近20米的深处，一条近百米长的“穿山甲”在悄然前进，这个“穿山甲”就是担负北京地地铁8号线施工的地铁盾构机。其实，在“穿山甲”被“激活”之前，它的头、身、尾会被拆成三大块。想象一下，在某个深夜，一台起重能力500吨的吊车和一台250吨吊车“悄悄”来到长安街，合力吊装盾构机身，形成“庞然大物”的场景。当然，不同城市使用的地铁盾构机尺寸大不相同，体重300到500吨不等。这种安装一般是将隧洞某段的一端开挖竖井或基坑，然后将地铁盾构机吊入安装，地铁盾构机从竖井或基坑的墙壁开孔处开始掘进并沿设计洞线推进直至到达洞线中的另一竖井或隧洞的端点。如果钻入盾构井机身内，你就可以看到：这是各种电器设备、动力设备连接在一起形成了一个长长的机械长廊。盾构机这样“挖隧道”！那么“穿山甲”是如何工作的？它又是如何慢慢前进的？如何抵抗土层的巨大压力？地下水渗透它吃得消吗？盾构机前体结构1.土体，2.刀盘，3.土仓，4.压力墙，5.油缸，6.螺旋机，7.拼装机，8.衬砌1、挖掘、排土、衬砌“一条龙”作业正如上面所言，盾构机的基本工作原理，就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线，边向前推进边对土壤进行挖掘。这个圆柱体组件的壳体（护盾）对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还要承受地下水压，将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业，在护盾的掩护下进行。面板式刀盘一般来说，在盾构机前面有一个圆形刀盘，上面安装着16-18组共一百余枚合金钢刀头。工作时，在千斤顶的推力下，刀盘旋转前进，以此掘开土层，在推力的作用下，刀盘切削土体，通过调节螺旋机的转速、控制土舱的排土量，达到土舱与开挖面的土压力动态平衡。残土被横向旋转的传送机转移到传送带上，再通过电瓶车运送到竖井下，通过吊车运出井外。2、边挖边补，为隧道壁安装“金刚罩”在“吃土”前进的同时，“穿山甲”护盾尾部有一台管片机，进行管片安装，相当于给隧道壁装上“金刚罩”。管片是依照隧道壁大小预制的钢筋混凝土片，每一环有6-8片，大小不一，都有自己的编号和固定的位置，每一片都经过严格的抗压和抗水试验，能完全适应地下巨大的土压。在拼装管片过程中，通过十分精密的刀盘系统和定位系统仔细“对缝”，将偏差控制在2毫米以内，然后通过特殊材料密封，确保隧道不渗水。管片安装机为确保盾构机安全快速掘进，一般实行多工序交叉作业，大大缩短了工序循环时间，甚至可以精确到秒。“无论多黑，它都不会迷路”在黝黑的地下，完全没有任何参照物可以判断方向，巨大的“穿山甲”是如何辨别方向？又如何转弯呢？其实，“穿山甲”依靠两个系统，确保万无一失、厘毫不差。一是人工掌控系统，主要是隧道施工的传统测量定位系统，用全站仪、棱镜、水平尺、塔尺等工具，完成初测和复核等工作。盾构机导向系统面板另一系统——自动定位隧道导向系统，也是最核心的系统，类似“智能机器人”，由中心计算机、隧道掘进软件、激光经纬仪等组成，保证掘进方向误差不超过±30毫米。电脑系统自动化程度越来越高：内部的全球GPS定位系统，时刻把运行的数据传到操作室，并随机存储，对具体的方位精确到毫米；所有被监控对象的资料均可由隧道掘进软件分类组合，以图表、数据的形式显示出来，然后按照电脑指令进行操作。无论多黑，它都不会迷路。地下潜行如何保证地面安全？重达300多吨的巨无霸“穿山甲”，在近20米深的地下挖掘，如何克服自身的重量做到不下沉的呢？对地面建筑会有影响吗？盾构机推进速度、刀盘扭矩、总推力的曲线图“穿山甲”由稳定开挖面、挖掘及排土、衬砌包括壁后灌浆三大要素组成。“稳定开挖面”的含义，就是使盾构机的推力与前方土层的压力达到平衡，否则就会造成地面隆起或塌陷。另外，施工中还要采用特殊的工艺，让土层中的水不会渗出管片、流入隧道。土压平衡盾构机结构剖面至于施工过程产生的噪音，大可不必担心，它基本不会对地面产生影响。另外，在地表和其他临近建筑物上，会数百个监测点监控沉降情况，为地下安全再加了一层保护网。专业的检测机构每天出一份检测报告，有任何风吹草动，就会从监控数据上反映出来，专家组就会组织分析，并指导现场，做到随时反映，随时采取措施。中铁装备盾构机监视中国工程师玩出盾构机新花样1、地下平移，玩起“华容道”盾构机一般是“走直线”，地下平移是一项极难完成的任务。但在的施工中，入地300吨的大家伙就在地下轻松地玩起了“华容道”。据了解，地铁8号线三期分南北两段，预计2017年底以后陆续开通。2016年6月20日，北京地铁8号线三期五福堂站工地内，地下19米的位置，一台直径6.14米的盾构机开动马力，拉开了地铁8号线三期左线掘进施工的序幕。然而，这台盾构机在左线掘进之前，由于施工条件限制，曾花了45天玩了一次“华容道”，在地下平移了26米。一台直径6.14米的盾构机开动马力，刀盘转动，沿着隧道预留孔向北缓缓移动在4月底，由北向南的右线隧洞已经完成了贯通，之后盾构机将从左线开始向北逆向挖掘。按照常理，盾构机完成右线施工到尽头的时候，应当开挖一个工作井，将盾构机先吊出，运至左线的始发点再继续工作。然而由于南大红门路交通繁忙，地下电缆复杂，无法开挖工作井。所以，北京市政路桥市政集团四处就创造了“盾构机平移工法”。五福堂站施工人员在地下开挖一个直径10米左右的暗道，连接26米开外的左线接收井。重达300多吨的盾构机被推出右线隧洞之后，首先将它拆分成两部分，上半身先向北再向东平移，为下半身腾出空间，下半身向北再向西平移至接收井，上半身再向西进入接收井。45天的平移，避免了破路施工、也不影响交通，社会效益显著。2、“金蝉脱壳”，首创洞内解体在以往的地铁施工中，盾构机一般是从始发井向前掘进，到达接收井接收完成，之后在接收井正常解体，分体吊出。然而在北京北工大西门的地铁14号线13标段工地，由于原定的南八里庄车站取消，没有了接收井，就无法将盾构机吊出，所以，工程师们采取了盾构洞内脱壳抽芯拆解的方法，将一向“不走回头路”的地铁盾构机以“金蝉脱壳”的方式吊出，实现了盾构在同一井口进出，这也是北京实施的全国首例地铁盾构洞内解体。据悉，此标段使用的是未进行洞内拆解专项设计的盾构机，所以施工难度较大，拆解过程更加复杂，花费的时间也稍微长些，但和传统方法相比，洞内解体相对更经济可行，也可以把对周边人们生活的影响降至最低。3、12 岁的“老爷机” 再造成新曾经，有这样一台盾构机，是一台已经服役12年之久的“老爷机”，累计掘进达4.4公里，且最近5年长期室外露天存放，设备部件老化较为严重、性能指标严重降低，部分系统的配置已经明显偏低。盾构机造价成本就高，如果能对其进行局部更新，则会节约大量的成本。所以，在2016年6月，中国工程师经过对主轴承、主驱动减速机、主推进油缸等关键部件进行拆解检测，通过对刀盘、中心回转体等一些关键部件的再制造，以及对注浆、泡沫等系统的升级改造，这台盾构机各项性能均达到或超出原出厂时的标准，比重新采购一台同样型号的机器要节约1000多万。这台机器也在今年3月底正式下线，投入使用。中建二号再制造盾构下线仪式而且，据介绍这还并不是第一台“重生”的盾构机，早在2015年下线的第一台再制造盾构已经成功完成北京地铁16号线的生产任务，目前还在新的工地掘进。附：了不起的中国制造与局部气候共同制作《北京地下深深深深深处，有只超级巨兽正在挖挖挖挖挖……》作为世界上认知度最高的标签，中国制造（Made in China）正寻求战略升级。「了不起的中国制造」专栏，力邀行业权威、资深玩家，呈现他们眼中的中国创新之路。投稿请联系newsresearch_ntes@163.com，稿件一经刊用，将提供千字800元的稿酬。——————————欢迎关注《了不起的中国制造》官方微博欢迎关注《了不起的中国制造》网易号编辑
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1、精选优质文档-倾情为你奉上第四章隧道衬砌荷载计算4.1围岩压力4.1.1围岩压力的概念 地下硐室不同于地面建筑，位于岩体介质中，因此应当把围岩视为支护结构的共同承载部分，也就是说，应由支护结构（无论是临时的或永久的）和围岩共同组成静力承载体系。围岩的静力作用是十分重要的，如果没有这种作用，硐室的施工将是十分困难或者是不可能的。实际上在岩体中开挖硐室，出现围岩二次应力，同时硐室相应的产生变形和位移。不同的地质条件和工程条件下，硐室围可能出现两种情况：硐室的变形属于弹性变形，在无支护情况下仍然能够维持稳定；硐室的变形属于非弹性变形，由于围岩继续变形导致其破坏，甚至出现大量的塌落，这时就需要支护结构2、来约束围岩变形的继续扩展，因而支护结构受到围岩变形时产生的压力。围岩二次应力全部作用称为围岩压力。围岩二次应力的作用在无支护硐室中出现在硐室周围的部分区域内；在有支护结构（临时的或永久性支护）的硐室中表现为围岩和支护结构的相互作用。目前一般工程认为的围岩压力是指由二次应力使围岩产生变形或破坏所引起的作用在衬砌上的压力，这种概念实际上是属于狭义的围岩压力。4.1.2围岩压力的形成 关于围岩压力的形成机理以及随时间发生、发展的过程可用奥地利腊布塞维奇教授的剪切滑移破坏理论来说明。若围岩没有受到其他硐室的影响，且开挖爆破过程中没有受到破坏，则硐室周围的围岩压力随着时间的发展可以分为三个阶段，只讨论在3、岩体内最大压应力为垂直方向的情况。在第一阶段，由于岩体的变形，在硐室的周围边界上产生一般的挤压。同时，在两侧岩石内形成楔形岩块，在两个楔形岩块有向硐室内部滑移的趋势，从而侧向产生压力，这种楔形岩块是由于两侧岩石剪切破坏而形成的。在第二阶段，在侧向楔形块体发生某种变形以后，硐室的跨度似乎增大。因此，在岩体内形成了一个垂直椭圆形的高压力区，在椭圆曲线与硐室周界线间的岩体发生了松动。 在第三个阶段，硐顶和硐底的松动岩体开始变形，并向硐内移动，硐顶松动岩石在重力作用下有掉落的趋势，围岩压力逐渐增加。4.1.3围岩压力的分类 围岩压力可分为四种：松动压力、塑形变形压力、冲击压力和膨胀压力。4.1.4围岩4、压力的确定方法 隧道开挖前，地层中各点的应力保持着相对的平衡，地层处于相对静止状态，称为原始应力状态。它是由上覆地层自重、地壳运动的残余应力及地下水活动等因素决定的。 为了研究方便，仅考虑由上覆地层自重所形成的原始应力，并取深度H处得一个单元体来做应力分析。该单元体受到三对大小相同、方向相反的压力作用，因此该单元体处于力的平衡状态和变形运动的相对静止状态。在上覆地层自重作用下，竖直压力为 式中 上覆地层的平均重度； H从地面到单元体所处的深度（m）。由于单元体的侧向变形受到周围地层的限制，便产生了侧向压力，按下式计算 式中 侧压力系数。根据侧向应变为零的条件，并把地层假定为各向同性的弹性体，可5、以推导出计算公式，即 式中 地层岩石的泊松比。 隧道开挖后，围岩原来保持的平衡状态受到破坏，由相对静止状态变成显著运动状态，由于围岩在应力以及应变方面开始了一个新的变化运动，出现了围岩应力的重分布和围岩开挖空间的变形，力图达到新的平衡。变形的大小性质及大小是不同的。在竖硬且完整的岩石中，围岩岩体本身强度足以承受隧道周边应力，这时围岩是自承的，不需要支撑或衬砌提供外加平衡力。在松软的或裂隙围岩中，由于围岩体破碎，再加上在开挖时受到爆破振动，因而在隧道周边一定范围内岩体遭到严重破坏，同时，围岩体本身强度低，不足以抵抗围岩的周边应力，因此这一部分岩体在隧道开挖后开始产生向内的变形运动，并逐渐出现松动6、和坍塌，松动或坍塌的岩体对支护结构施加压力，此压力即为围岩压力。1、 围岩压力的确定方法围岩压力的确定目前常用有下列三种方法：（1）直接测量法 它是一种切合实际的方法，也是研究发展的方向，但由于受量测设备和技术水平的制约，目前还不能普遍采用。（2）经验法或工程类比法 它是根据大量以前工程的实际资料的统计和总结，按不同围岩分级提出围岩压力的经验数值，作为后建隧道工程确定围岩压力的根据的方法。该法目前使用较多的方法。（3）理论估算法 它是在实践的基础上从理论上研究围岩压力的方法。由于地质条件的不确定性，影响围岩压力的因素又非常多，这些因素本身及它们之间的组合也带有一定的偶然性，企图建立一种完善的和7、合适各种实际情况的通用围岩压力理论及计算方法是困难的，因此，现有的围岩压力理论都不十分切合实际情况。 目前我国隧道工程设计计算中，一般都是以某种简化的假设为前提，考虑几个主要因素的影响，通过经验公式计算或受力分析，使其结果相对地接近实际围岩压力的情况。2、 围岩的成拱作用 我国现行隧道设计规范用数理统计的方法给出计算各级围岩坍塌高度的经验公式 式中 S围岩级别 B隧道宽度 iB每增减1m时围岩压力的增减率，以B=5m的围岩垂 直均布压力为准，当B5m时，取i=0.1。坍落拱的形成充分说明了围岩的自承能力。根据这一点，人们认为，只要支护结构能把塌落拱范围内可能坍落的全部岩体支撑住，围岩不会继续坍8、落，就能保证隧道的安全使用。现行设计方法中取塌落拱范围内的全部岩石的重量作为支护结构的主动荷载就是从这一点出发的。4.1.2深埋隧道围岩压力计算1、松动压力的计算 V级及VI级围岩产生的围岩压力一般为松动压力，IV级围岩当岩体结构面胶结不好时，也可能产生松动压力。松动压力包括垂直压力及水平压力，为了计算简便，一般按均布压力计算。垂直压力的计算公式如下 水平压力可按表4-1确定：表4-1 围岩水平匀布压力围岩级别I、IIIIIIVVVI水平匀布压力0（0.15-0.3）q(0.3-0.5)q(0.5-1.0)q计算深埋隧道围岩压力时，必须同时具备两个条件，即：（1），其中为隧道开挖高度，为隧道开9、挖宽度；（2）不产生显著偏压力及膨胀力的一般隧道。2、形变压力的计算 IV级以下围岩一般呈塑性和流变性，隧道开挖后变形的发展往往会持续较久的时间，喷射混凝土层将在同围岩共同变形的过程中对围岩提供支护抗力，使围岩变形得到控制，从而使围岩保持稳定。与此同时，喷层将受到来自围岩的挤压力，这种挤压力由围岩变形引起，常称作“形变压力”。围岩与支护间形变压力的传递是一个随时间的推进而逐渐发展的过程。这类现象称为时间效应。公路隧道设计规范规定，形变压力可采用有限元法计算。有限元分析中，形变压力常在计算过程中同时确定，而作为开挖效应的模拟，直接施加的荷载是在开挖边界上施加的释放荷载。释放荷载可由已知初始地应力10、或与前一步开挖相应的应力场确定。先求得预计开挖边界上的各结点的应力，并假定各结点间应力呈线性分布，然后反转开挖边界上各结点应力的方向，据以求得释放荷载。4.1.3浅埋隧道围岩压力计算1、浅埋和深埋隧道的确定 浅埋和深埋隧道的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判定。荷载等效高度值的计算公式如下 式中 在矿山法施工的条件下，IVVI级围岩取；IIII级围岩取。当隧道埋深时，为深埋隧道，反之，则为浅埋隧道。2、埋深小于或等于等效荷载高度时的围岩压力计算当隧道埋深小于或等于等效荷载高度时，荷载视为均布垂直压力，按下式计算 式中 垂直均布压力（）； 隧道上覆围岩重度（）； 隧道埋11、深（），指坑顶至地面的距离。 侧向压力按均布考虑时其值为 式中 垂直均布压力（）； 隧道高度（）； 围岩计算摩擦角（），其值见表4-2。表4-2 各级围岩的物理力学指标标准值围岩等级重度弹性抗力系数k/(MPa/m)变形模量E/GPa泊松比内摩擦角粘聚力C/MPa计算摩擦角I26281800280033602.178II25271200180020330.20.2550601.52.17078III232550012006200.250.339500.71.56070IV20232005001.360.30.3527390.20.75060V1720100200120.350.4520270.12、050.24050V 5200.23040注：1.本表数值不包括黄土地层。 2.选用计算摩擦角时，不再计内摩擦角和粘聚力。3、埋深大于等效荷载高度时的围岩压力计算当隧道埋深大于等效荷载高度而小于等于分界深度时，为了便于计算，假定围岩中形成的破裂面是一条与水平成角的斜直线。EFHG岩土体下沉，带动两侧三棱土体FDB和ECA下沉，整个岩土体ABDC下沉时，又要受到未扰动岩土体的阻力；斜直线AC和BD是假定的破裂面，分析时考虑粘聚力C，并采用计算摩擦角；另一滑动面FH或EG则并非破裂面，因此，滑面阻力要小于破裂面的阻力，若该滑面的摩擦角为，则值应小于值。值可按表4-3采用。13、表4-3 各级围岩的值围岩级别I、II、IIIIVVVI值0.9（0.70.9）（0.50.7）（0.30.5）图4-1浅埋隧道围岩压力计算根据图4-1，设隧道上覆岩土体EFHG的重力为，两侧三棱岩体FDB或ECA的重力为，未扰动岩土体对滑动土体的阻力为，当EFHG下沉，两侧受到阻力或，则作用于HG面上的垂直压力总值为三棱体自重为 式中 坑道底部到地面的距离（）； 破裂面与水平面的夹角（）。据正弦定理式中 侧压力系数，按下式计算由上述式子可求得作用在HG面上的总垂直压力由于GC、HD与EG、EF相比往往较小，而且衬砌与岩土体之间的摩擦角也不同，前面分析时均按计，当中间土块下滑时，由FH及EG面14、传递，考虑压力稍大些对设计的结构也偏于安全，因此，摩阻力不计隧道部分而只计洞顶部分，即在计算中用H代替h，这样上式可改写为由于，故 式中 隧道宽度（）。换算为作用在支护结构上的均布荷载（图4-2），即 式中 作用在支护结构上的均布荷载（）；图4-2 浅埋隧道支护结构上的均布荷载作用在支护结构两侧的水平侧压力为，侧压力视为均布压力时 。4.2荷载确定4.2.1参数的选择根据设计资料选取参数：围岩类别为III类，容重，围岩的弹性抗力系数，衬砌材弹性模量，容重。4.2.2围岩竖向均布压力式中：围岩级别，此处； 围岩容重，此处； 跨度影响系数，毛洞跨度，其中为一侧平均超挖量，时，此处。所以，有：4.215、.3围岩水平均布压力：根据资料，侧压力系数取0.15，则水平均布压力：4.3衬砌几何要素4.3.1衬砌几何尺寸内轮廓线几何尺寸内轮廓线半径，；内径、所画圆曲线的终点截面与竖直截面的夹角，；拱顶截面厚度；墙底截面高度。外轮廓线半径，；拱轴线半径，；拱轴线各段圆弧中心角，。4.3.2半拱轴线长度及分段轴长分段轴线长度：半拱轴线长度：将半拱轴线等分为8段，每段轴长为：4.3.3各分块接缝（截面）中心几何要素（1）与竖直夹角角度闭合差（2）接缝中心点坐标计算4.4计算位移4.4.1.单位位移用辛普生近似计算，按计算列表进行。单位位移的计算表见附表4-1。单位位移值计算如下：计算精度校核为：闭合差截面积16、分系数1/30001000.010429600961117.14290.29480.95561.54750.23320.010429622.38725.2207145.99514233.60000.55340.83282.95870.91030.010429687.388879.5500350.32762348.00000.74310.66914.14471.93400.0104296185.6640359.0742826.40224462.40000.88620.46335.03883.22040.0104296309.1584995.61371709.93052576.80000.973617、0.22845.58494.68890.0104296450.13442110.63523106.90404691.20001.0000-0.02095.74866.24690.0104296599.70243746.28095041.685727105.60000.9632-0.26895.51987.79680.0104296748.49285835.84877428.83434890.00001.00000.00004.91279.24100.0104296887.13608198.023810068.295818643290.06421333.247228678.37524.4.2载位18、移主动荷载在基本结构中引起的位移（1）每一楔块上的作用力竖向力： 式中：衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度，由cad图中量得：，（校核）水平压力：式中：衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度，由cad图中量得：，（校核）自重力：式中：接缝的衬砌截面厚度。作用在各楔块上的力均列入附表4-2,各集中力均通过相应图形的形心。（2）外荷载在基本结构中产生的内力楔块上各集中力对下一接缝的力臂由cad图中量得，分别记为、。内力按下式计算弯矩： 轴力： 式中：、相邻两接缝中心点的坐标增值，按下式计算：专心-专注-专业 载位移计算表 附表4-2 截面 集中力 力臂000000000000000001249.719、9421.9805.6460.73690.76730.3611-184.073-16.865-2.039001.54750.233200-202.9772227.40721.98016.3560.59960.68730.5621-136.353-15.107-9.194271.7745.6461.41120.6771-383.527-3.823-750.9813190.04221.98024.6050.43090.56930.6996-81.889-12.513-17.214521.16122.0021.18601.0237-618.097-22.523-1503.2174143.27921.20、98030.9220.24340.41730.7848-34.874-9.172-24.268733.18346.6070.89411.2864-655.539-59.955-2287.025587.50221.98035.2940.04060.23910.8207-3.553-5.255-28.966898.44277.5290.54611.4685-490.639-113.851-2929.289626.24021.98037.451-0.16480.04590.80504.324-1.009-30.1481007.924112.8230.16371.5580-164.997-175.7721、8-3296.8977021.98037.2540-0.15020.738703.301-27.5201056.144150.274-0.22881.5499241.646-232.910-3312.3808021.98034.7140-0.33690.626007.405-21.7311078.124187.528-0.60711.4442654.529-270.828-2943.005 载位移计算表 附表4-3截面0010000010.29480.9556271.7745.64680.5.74.20.55340.8329521.16122.002288.18.270.30.74310.6622、91733.18346.607544.31.513.40.88620.4633898.44277.529796.35.760.50.97360.22841007.924112.823981.25.955.61.0000-0.02091056.144150.2741056.144-3.1059.70.9632-0.26891078.124187.5281038.-50.1088.8101100.104222.2421100.10401100.104基本结构中，主动荷载产生弯矩的校核为： 由表知闭合差（3）主动荷载位移计算过程见附表4-4。主动荷载位移计算表 附表4-4截面积分系数1/30096023、100011-202.9779622.38721.2332-19485.792-4544.08669-24029.87942-750.9819687.38881.9103-72094.176-65627.3284-.523-1503.21796185.66402.9340-.83-.281-.1144-2287.02596309.15844.2204-.4-.99-.3925-2929.28996450.13445.6889-.74-.75-.546-3296.89796599.70247.2469-.11-.04-.227-3312.38096748.49288.7968-.48-.58-.24、148-2943.00596887.136010.2410-.48-.68-.21-.74-计算精度校核：闭合差。4.4.3载位移单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移（1）各接缝处的抗力强度抗力上零点假定在接缝3，；最大抗力值假定在接缝5，；最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算：查附表4-1，算得，。最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算： 式中： 所考察截面外缘点到点的垂直距离； 墙角外缘点到点的垂直距离。由cad图中量得：，则：；。（2）各楔块上抗力集中力按下式计算：式中：楔块外缘长度，可通过量取夹角，用弧长公式求得，的方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上抗力图形的形心。（3）抗力集中力与摩25、擦力的合力按下式计算： （取0.2）则： 其作用方向与抗力集中力的夹角。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移的方向相反，其方向向上。画图时，也可取切向：径向1:5的比例求合力的方向。的作用点即为与衬砌外缘的交点。将的方向延长线，使之交于竖直轴，量取夹角，将分解为水平与竖直两个分力：以上计算列入附表4-5。弹性抗力及摩擦力计算表 附表4-5 截面300000000040.58920.29461.63360.66.50990.0.0.0.51.00000.79461.63361.80.91000.0.1.0.60.88290.941451.63361.95.31020.-0.1.-0.70.53390.726、0841.63361.109.70990.-0.1.-0.800.266951.63360.124.11000.-0.0.-0.（4）计算单位抗力及相应的摩擦力在基本结构中产生的内力弯矩：轴力：式中：力至接缝中心点的力臂，由cad图量得。计算见附表4-6及附表4-7。计算表 附表4-6 截面40.8268-0.3979-0.397952.3912-1.15090.8268-1.0733-2.224263.8854-1.87002.3912-3.10400.8268-1.2716-6.245675.2156-2.51033.8854-5.04362.3912-3.67770.8268-0.95627、8-12.188486.2982-3.03135.2156-6.77043.8854-5.97572.3912-2.76710.8268-0.3606-18.9051计算表 附表4-7 截面462.40.0.0.19180.0.44140.-0.576.80.0.0.39690.1.72320.-0.691.20.-0.0.25460.3.2546-0.0.7105.60.-0.-0.1357-0.4.3440-1.1.89010-0.3803-0.38034.70510-0.3803（5）单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算见附表4-8。单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算表 附表4-8 截28、面积分系数1/34-0.397996309.15844.2204-38.1984-123.-161.25-2.224296450.13445.6889-213.5232-1001.-1214.7121346-6.245696599.70247.2469-599.5776-3745.-4345.0789127-12.188496748.49288.7968-1170.0864-9122.-10293.01648-18.905196887.13610.241-1814.8896-16771.39479-18586.28441-3836.2752-30764.02881-34600.304校核为：闭29、合差。4.4.4墙底（弹性地基上的刚性梁）位移单位弯矩作用下的转角： 主动荷载作用下的转角： 单位抗力及相应摩擦力作用下的转角：4.5 解力法方程衬砌失高计算力法方程的系数为： 以上将单位抗力及相应摩擦力产生的位移乘以，即为被动荷载的载位移。求解方程为：式中： 式中： 4.6计算主动荷载和被动荷载（）分别产生的衬砌内力计算公式为： 计算过程列入附表4-9,4-10。主、被动荷载作用下衬砌弯矩计算表 附表4-9截面00779.08550779.08550-3.65810-3.65811-202.977779.085556.1071632.21560-3.65810.5620-3.09612-7530、0.981779.0855219.0148247.11930-3.65812.1937-1.46443-1503.217779.0855465.3132-258.81830-3.65814.66071.00264-2287.025779.0855774.8163-733.1232-0.3979-3.65817.76083.70485-2929.289779.08551128.1079-1022.0956-2.2242-3.658111.29955.41726-3296.897779.08551502.981-1014.8305-6.2456-3.658115.05445.15077-3312.31、38779.08551875.8812-657.4133-12.1884-3.658118.78952.94308-2943.005779.08552223.350459.4309-18.9051-3.658122.2699-0.2933主、被动荷载作用下衬砌轴力计算表 附表4-10截面00240.5963240.596302.40992.4099174.724229.914304.63702.30292.30292270.085200.3927470.47802.00722.00723513.644160.983674.62701.61251.61254760.280111.4683871.748-0.03451.11651.08205955.54654.95221010.498-0.00710.55040.543361059.285-5.02851054.2560.3227-0.05040.272371088.875-64.69631024.1791.0375-0.64800.389581100.10401100.104-0.38030-0.380347最大抗力值的求解首先求出最大抗力方向内的位移。考虑到接缝5的径向位移与水平方向有一定的偏离，因此修正后有： 计算过程列入附表4-11，位移值为：最大}