第Ⅰ篇 容许应力设计法 1
1序论 1
1.1前言 1
1.2设计的基本原则与适用范围 2
1.3相关规范与标准 4
1.4衬砌结构的选定 5
1.4.1一次衬砌的功能与种类 5
1.4.2二次衬砌的功能与种类 6
1.4.3管片的选定 10
1.5结构计算的基本内容 11
1.6名称与记号 11
1.6.1名称 11
1.6.2记号 15
1.7设计文件 16
1.7.1设计计算书 16
1.7.2设计图 16
2荷载 17
2.1土压力与水压力的考虑方法 17
2.1.1土压力 17
2.1.2水压力 21
2.1.3隧道抗浮验算 22
2.2衬砌自重 22
2.3地面超载的影响 23
2.3.1评价地面超载影响的实例 23
2.3.2基于弹性理论的地中应力计算法 23
2.4地层抗力 24
2.4.1惯用计算法对地层抗力的考虑方法 24
2.4.2地层弹簧模型对地层抗力的考虑方法 24
2.5施工荷载 25
2.5.1千斤顶推力 25
2.5.2壁后注浆压力 26
2.5.3其他施工荷载 26
2.6地震的影响 26
2.6.1隧道及隧道周围地层稳定性的验算 27
2.6.2地震影响的验算顺序与模型 27
2.7其他应该考虑的荷载 29
2.7.1邻近施工的影响 29
2.7.2地层沉降的影响 30
2.7.3平行设置隧道的影响 30
2.7.4内部荷载 31
2.7.5其他荷载 32
3材料与容许应力 33
3.1材料的种类与规格 33
3.2材料的机械性能与形状尺寸 33
3.3材料的弹性模量与泊松比 36
3.4容许应力 36
3.5容许应力的提高 40
4管片形状与接头结构 41
4.1管片外径与隧道内径 41
4.2管片高度（厚度） 44
4.3管片宽度 45
4.4管片环的分块与K型管片 46
4.4.1管片环的分块 46
4.4.2 K型管片的种类 46
4.5接头结构 47
5横断方向上的结构计算 50
5.1概论 50
5.2断面各量的确定 52
5.2.1面板的有效宽度 52
5.2.2主断面构件的断面性能 53
5.2.3设计轴线 55
5.3惯用计算法及修正惯用计算法 56
5.3.1计算方法的基本考虑方式 56
5.3.2设计用断面内力 58
5.4梁-弹簧模型计算法 60
5.4.1计算方法的基础 61
5.4.2设计用断面内力 63
5.4.3各规范中的梁-弹簧模型计算法 64
6纵断方向上的结构计算 66
6.1概述 66
6.2结构分析模型 66
6.2.1纵断方向的梁-弹簧模型 67
6.2.2纵断方向上的等效刚度梁模型 68
6.2.3地层等的模型化 70
6.2.4纵断方向上的解析模型实例 70
7构件设计 73
7.1基本事项 73
7.2钢铁管片 73
7.2.1主断面设计 73
7.2.2管片接头设计 74
7.2.3环间接头设计 77
7.2.4对千斤顶推力的设计 78
7.2.5面板设计 79
7.3混凝土管片 81
7.3.1主断面设计 81
7.3.2管片接头设计 84
7.3.3环间接头设计 87
7.3.4对千斤顶推力的验算 88
8管片耐久性 89
8.1关于耐久性的基本考虑方法 89
8.2防水性能 90
8.2.1漏水及其影响 90
8.2.2防水措施概要 90
8.2.3接头处的防水 92
8.3裂缝验算 93
8.4防腐蚀与防锈 94
8.4.1钢铁管片与合成管片 94
8.4.2混凝土管片 95
第Ⅱ篇 极限状态设计法 97
1序论 97
1.1前言 97
1.2对应于设计目的的极限状态 97
1.3设计使用年限 99
1.4荷载效应与结构抗力的计算 100
1.5安全系数与修正系数 100
1.6符号 101
2安全系数 102
2.1材料分项系数 102
2.2构件分项系数 103
2.3荷载分项系数 104
2.4结构计算分项系数 105
2.5结构物重要性系数 106
2.6抗震设计中安全系数的处理 106
2.7修正系数 107
3荷载 108
3.1设计荷载的种类与标准值的计算 108
3.2设计荷载的组合 109
4材料的设计值 111
4.1材料强度 111
4.2应力-应变曲线 114
4.3弹性模量 114
4.4其他材料的设计值 114
5荷载效应的计算 116
5.1计算的基本原则 116
5.2荷载效应的计算方法 116
5.2.1结构计算模型 116
5.2.2管片主断面模型 117
5.2.3管片接头模型 119
5.2.4环间接头模型 123
5.2.5实际设计中对非线性特性的简易处理 123
6结构抗力的计算与校核 124
6.1对承载力极限状态的验算 124
6.1.1承载力极限状态验算的一般事项 124
6.1.2混凝土管片的验算 126
6.1.3钢铁管片的验算 131
6.2对使用极限状态的验算 138
6.2.1使用极限状态验算的一般事项 138
6.2.2混凝土管片的验算 140
6.2.3钢铁管片的验算 141
6.2.4裂缝宽度验算 144
6.2.5管片环变形的验算 145
6.2.6接头变形的验算 146
第Ⅲ篇 设计细则 148
1主断面与接头的配置 148
1.1钢铁管片 148
1.2混凝土管片 148
2纵肋 151
3密封槽与接缝沟 152
3.1密封槽 152
3.2接缝沟 152
4注浆孔与起吊环 154
4.1注浆孔 154
4.2起吊环 155
5接头角度与插入角度 156
6楔形环 157
6.1楔形环的种类 157
6.2楔形环的使用量 157
6.3楔形环的楔形量 157
7钢筋的一般要求 159
7.1钢筋的保护层厚度与间距 159
7.2钢筋的加工，接头与固定 159
7.3受力钢筋 160
7.4分布钢筋，架立钢筋及其他钢筋 160
8其他 161
8.1焊接 161
8.2排气 162
第Ⅳ篇 设计计算实例 164
1序论 164
1.1关于设计计算实例 164
1.2关于设计计算实例的注意事项 164
2依据容许应力设计法的设计计算实例 167
2.1钢管片实例 167
2.2铸铁管片实例 173
2.3混凝土管片实例 180
3依据极限状态设计法的设计计算实例 187
3.1钢管片实例 187
3.1.1设计条件 187
3.1.2使用极限状态的验算 189
3.1.3承载力极限状态的验算 196
3.1.4设计结果 203
3.1.5设计图的制作 203
3.2铸铁管片实例 204
3.2.1设计条件 204
3.2.2使用极限状态的验算 206
3.2.3承载力极限状态的验算 212
3.2.4设计结果 220
3.2.5设计图的制作 220
3.3混凝土管片实例 221
3.3.1设计条件 221
3.3.2使用极限状态的验算 224
3.3.3承载力极限状态的验算 233
3.3.4设计结果 239
3.3.5设计图的制作 240
第Ⅴ篇 参考资料 241
1特殊管片 241
1.1具有特殊形状的管片 241
1.2具有特殊功能的管片 245
1.3对应各种施工条件的管片 249
2接头的种类与分类 253
3土压力与水压力的计算实例 256
3.1土压力与水压力的计算流程 256
3.2土压力与水压力计算方法实例 257
4太沙基松弛土压力计算公式 259
5由路面交通荷载引起的地面超载计算实例 261
6大深度地下隧道的地面超载计算实例 263
7铁路结构物中的地层抗力系数计算实例 265
8由管片自重变形引起的地层抗力系数计算实例 266
9施工荷载验算方法实例 269
9.1施工荷载验算的现状 269
9.2考虑隧道纵向上曲线施工时千斤顶推力与千斤顶组合方式影响的实例 269
9.3管片加宽等引起的喇叭状拼装验算方法实例 270
9.4壁后注浆压力验算实例 270
9.5管片拼装器操作荷载实例 271
9.6混凝土管片密封材料压缩反力验算方法实例 272
10开口部设计法概要（《下水道临时设计手册》） 274
10.1开口部带来的影响 274
10.2开口部设计中应考虑的荷载 274
11高强度钢材的容许应力（草案） 277
11.1《隧道设计规范》中对局部屈曲容许应力的说明 277
11.2高强度钢材的容许应力（草案） 278
12管片接头的转动弹簧系数 280
12.1概要 280
12.2根据实验的计算方法 280
12.3理论和解析计算方法 282
12.3.1村上-小泉方法 283
12.3.2《铁路设计规范》中的方法 290
12.3.3 Leonhardt公式 292
13环间接头的剪切弹簧系数 294
13.1概要 294
13.2《铁路设计规范》中的计算方法 294
14接头弹簧系数的设定实例 295
14.1《内水压指南》中的参考实例 295
14.2《东京高速公路设计要领》中的参考实例 295
15盾构隧道纵断方向上的转动弹簧系数（理论计算方法） 299
15.1依据志波等提案的计算方法 299
15.2依据西野提案的计算方法 300
15.3理论计算方法的注意点 300
16盾构隧道纵断方向上等效抗弯刚度的推导 302
16.1纵断方向上等效抗弯刚度的推导 302
16.1.1变形协调条件 302
16.1.2力的平衡条件 302
16.1.3对变形协调条件及力的平衡条件的说明 302
16.1.4等效抗弯刚度的推导 304
16.1.5中和轴计算公式的推导 304
16.2盾构隧道纵断方向的应力与接头拉力计算公式的推导 305
17楔形环楔形量的计算方法 307
18极限状态设计法的参考资料 309
18.1铸铁管片的材料特性及局部屈曲 309
18.2钢铁管片承载力极限状态的验算 313
18.3使用极限状态的验算 317
19密封材料 319
19.1密封材料的历史 319
19.2密封材料的种类 319
19.3防水机理 320
19.4密封材料，密封槽与防水性能 321
19.5密封材料的设计方法 322
19.5.1密封材料的初始验算项目 322
19.5.2密封材料的设计条件 324
19.5.3密封材料的形状，尺寸的计算 324
19.6密封材料耐久性的验算实例 325
19.6.1原材料自身的耐久性 325
19.6.2防水性能的耐久性 326
19.7密封材料的设计实例 327
19.7.1设计条件 327
19.7.2密封槽及密封材料的尺寸选定 327
19.7.3针对防水密封材料的设计 328
19.7.4管片拼装时密封材料的设计 329
19.7.5密封槽与密封材料尺寸（例）的决定 329
20防腐蚀与防锈，螺栓孔充填，接缝工程及螺栓密封 330
20.1钢管片的涂装方法实例 330
20.2接头构件的防腐蚀处理实例 330
20.3注浆孔及起吊金属器具的防腐蚀对策实例 331
20.4螺栓孔充填方法实例 332
20.5接缝施工 333
20.6螺栓密封 334
参考文献 336