小编语
1825年，英国伦敦泰晤士河下方首条盾构隧道建成，1869年起向圆形盾构发展；而在日本，首次应用盾构法是在1936年的国铁关门隧道，此后开发了土压平衡盾构、梁-弹簧模型法等盾构技术。
时至今日，日本和欧洲有了不同发展体系：日本以软弱地层为主、欧洲则以自立性地层为主，因此在盾构机/TBM的机能、性能、管片接头以及设计方法等方面的侧重点都有所不同。
那么就让我们来看看日本和欧洲的盾构设计和施工技术究竟有哪些差异吧！本期，先来带大家了解一下两者在设计中的区别！
泰晤士河隧道使用的盾构
日本国铁关门隧道
小编曾分上下两篇为您介绍过日本与欧美在泥水盾构体系的发展与设计差异，还记得吗？点击下方链接立即回顾！这一期，小编就来带您看看衬砌方面的差异！
衬砌设计技术
设计模型
日本经过1960年代的惯用计算法和修正惯用计算法，目前在道路、铁路等大断面隧道内主要采用梁-弹簧模型法。该计算方式是由村上（Murakami）和小泉（Koizumi）等人在1978年提出的接头评估方法，可以评估接头弯曲刚度降低和错缝拼装下拼装效果与衬砌的结构特性，适用于管片开口部位等复杂结构。
欧洲目前大多采用的设计模型是1975年左右提出的Muir Wood模型和以此为基础的Einstein&Schwaltz模型，以及1980年左右提出的H.Duddeck模型。另外，在一些地层急变带和连接段也有采用FEM、BDM等设计方法。
另外，在日本基本应用太沙基松动土压力，在砂质土层内采用水土分算、在粘性土层内采用水土合算。而欧洲主要采用全覆土荷载，虽然也有一些应用太沙基松动土压力的案例，但基本没有水土合算的方式。
安全性评估方法
日本在较长一段时间内都采用许用应力设计法。而随着2006年由日本土木学会编著的《隧道标准规范【盾构篇】及解说》将极限状态设计法写入其中，并在2016年修订版中进一步扩充其内容，可以预见日本今后会逐步转为采用极限状态设计法。
而在欧洲，目前普遍采用的结构构件安全性能的核查方法则是极限状态设计法。
此外，日本是根据弯矩和剪力来检验管片块间接头、环间接头的安全性能。而欧洲是把接头视为临时构件，通过管片主体的承载应力来检验安全性能。这是由于日本是把衬砌作为梁构件进行设计，相对而言欧洲的设计思想是拼装混凝土砌块，通过拱效应形成隧道衬砌。
衬砌结构
管片种类
日本的盾构隧道以钢筋混凝土管片和钢管片为主。在荷载较大部位以及邻近并行隧道处，过去主要采用铸铁管片，近年来则改为使用复合管片。
欧洲的盾构隧道大多采用钢筋混凝土管片，在开口部位有采用钢管片的案例，但目前尚未有复合管片的应用案例。
在新加坡地铁盾构隧道等一些工程中，应用了钢纤维增强混凝土管片（SFRC管片）。但相对于日本是以掺入钢纤维起到减少分布筋的作用，这些盾构工程是基于完全省去分布筋和主筋的设计思路。
管片形状
日本大多采用组合使用标准环和楔形环（单侧或双侧楔形）的方式。管片分块中，K型管片通常相对于A型管片、B型管片更小，但也有等分的情况。近年来的大断面隧道中，考虑到拼装时便于操作人员目测，一般减小K型管片尺寸，使其仅需设置1个环间接头。A型管片、B型管片的尺寸则是基于工厂生产能力和运输要求而决定，通常1块最大重量约10t、弧长约4m以内。
欧洲则普遍采用两侧都具有楔形的通用型楔形管片。这种管片虽然在对应转弯和轴线修正等方面具有拼装精度不高的问题，但随着掘进管理技术的发展，现在已经能够攻克这类难题。另外由于欧洲道路运输限制小，因此主要基于隧道外径进行管片分块，而分块数量与日本没有较大差异。
目前，日本管片宽度最大是2.0m，欧洲则最大达到2.5m。
接头结构
日本的中～大断面隧道大多采用具有快速接头的管片，块间接头为滑动式、环间接头为插销式。这类管片具有拼装速度快、内弧面光滑平整等优点，并且接头构件连接部位的余量相对于斜螺栓等更小，有利于提高管环拼装精度。
欧洲的管片块间接头和环间接头基本都采用斜螺栓。但最近也开始普及使用定位销（dowel pin）作为环间接头、定位棒（guiding rod）作为块间接头的连接方式。斜螺栓或导杆的连接部位余量大、拼装精度较差，一般通过配套的橡胶垫圈应对张开量和错台量较大的问题。
日本由于盾构法的迅速发展，相应开发了各种接头。而在欧洲，业主一般不认可施工方对主体结构的设计进行变更，因此接头结构开发较为缓慢，但最近也有企业开发了滑动紧固式的管片接头。
Optimas公司滑动紧固式管片接头
接头止水构造
接头止水是确保隧道长期耐久性能的重要因素，止水方式大致可分成遇水膨胀密封条和密封垫圈2种：
日本大多采用遇水膨胀密封条，这种密封条相对密封槽突出量小、斥力小，更便于管片拼装作业。而欧洲广泛使用的密封垫圈是通过基材的斥力抵抗水压力，因此拼装时相对密封槽的突出量大。受此启发，日本在大江户线的一段盾构施工中开发应用了尺寸较小、不影响管片拼装的密封垫圈。
欧洲在近年来开发了密封垫圈和遇水膨胀密封条一体化的复合型密封装置。日本的遇水膨胀密封条是考虑到控制密封条膨胀方向、发挥膨胀压力效果，开发了结合使用非膨胀性橡胶的复合型密封条。
Cordes公司开发的复合型密封垫圈
日本他喜龙希爱公司的复合型密封条
海底隧道衬砌类型
日本的公路隧道、铁路隧道大多采用单层衬砌，这是由于二次衬砌的功能可以通过一次衬砌满足。但对于海底隧道，目前尚未有省去二次衬砌的案例。
而欧洲的英法海峡隧道、欧亚隧道、荷兰Westerschelde隧道等海底隧道都已普遍使用单层衬砌。
本文内容由隧道网综合整理
编辑：Jin
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