2020秋第5章隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計原理1.0ppt課件

1、隧道工程主講教師:曹志軍第五章第五章 隧道構(gòu)造設(shè)計根本原理隧道構(gòu)造設(shè)計根本原理隧道構(gòu)造計算的義務(wù)，就是采用數(shù)學力學的方法，隧道構(gòu)造計算的義務(wù)，就是采用數(shù)學力學的方法，計算分析在隧道修筑的整個過程中包括開工運計算分析在隧道修筑的整個過程中包括開工運營隧道圍巖及襯砌的強度、剛度及穩(wěn)定性，為營隧道圍巖及襯砌的強度、剛度及穩(wěn)定性，為隧道的設(shè)計及施工提供詳細設(shè)計參數(shù)。隧道的設(shè)計及施工提供詳細設(shè)計參數(shù)。 第五章第五章 隧道構(gòu)造設(shè)計根本原理隧道構(gòu)造設(shè)計根本原理5.1隧道設(shè)計計算實際的開展 5.3構(gòu)造力學方法5.4巖膂力學方法5.5信息反響方法及閱歷方法5.6隧道支護的構(gòu)造類型及設(shè)計5.2圍巖壓力5.1隧道設(shè)

2、計計算實際的開展 一、隧道設(shè)計實際的開展二、隧道支護構(gòu)造計算實際的開展三、計算模型一、隧道設(shè)計實際的開展1支護系統(tǒng)的組成和類型的開展支護系統(tǒng)的組成和類型的開展 2支護系統(tǒng)的設(shè)計計算實際的開展支護系統(tǒng)的設(shè)計計算實際的開展3支護系統(tǒng)承載才干及平安度評定的完善支護系統(tǒng)承載才干及平安度評定的完善4支護系統(tǒng)設(shè)計手段的開展支護系統(tǒng)設(shè)計手段的開展5支護系統(tǒng)的設(shè)計計算模型支護系統(tǒng)的設(shè)計計算模型1支護系統(tǒng)的組成和類型的開展支護系統(tǒng)的組成和類型的開展 2支護系統(tǒng)的設(shè)計計算實際的開展支護系統(tǒng)的設(shè)計計算實際的開展3支護系統(tǒng)承載才干及平安度評定的完善支護系統(tǒng)承載才干及平安度評定的完善4支護系統(tǒng)設(shè)計手段的開展支護系統(tǒng)設(shè)計

3、手段的開展5支護系統(tǒng)的設(shè)計計算模型支護系統(tǒng)的設(shè)計計算模型二、隧道支護構(gòu)造計算實際的開展1.剛性構(gòu)造階段剛性構(gòu)造階段2.彈性構(gòu)造階段彈性構(gòu)造階段3.延續(xù)介質(zhì)階段延續(xù)介質(zhì)階段1.剛性構(gòu)造階段剛性構(gòu)造階段19世紀的地下建筑物大都是以磚石資料砌筑的拱形圬工構(gòu)造。世紀的地下建筑物大都是以磚石資料砌筑的拱形圬工構(gòu)造。 最先出現(xiàn)的計算實際是將地下構(gòu)造視為剛性構(gòu)造的壓力線實際。最先出現(xiàn)的計算實際是將地下構(gòu)造視為剛性構(gòu)造的壓力線實際。 壓力線實際以為，地下構(gòu)造是由一些剛性塊組成的拱形構(gòu)造，所受壓力線實際以為，地下構(gòu)造是由一些剛性塊組成的拱形構(gòu)造，所受的自動荷載是地層壓力，當?shù)叵聵?gòu)造處于極限平衡形狀時，它是由的自

4、動荷載是地層壓力，當?shù)叵聵?gòu)造處于極限平衡形狀時，它是由絕對剛體組成的三鉸拱靜定體系，鉸的位置分別假設(shè)在墻底和拱頂，絕對剛體組成的三鉸拱靜定體系，鉸的位置分別假設(shè)在墻底和拱頂，其內(nèi)力可按靜力學原理進展計算。其內(nèi)力可按靜力學原理進展計算。這種計算實際以為，作用在支護構(gòu)造上的壓力是其上覆巖層的重力，這種計算實際以為，作用在支護構(gòu)造上的壓力是其上覆巖層的重力，沒有思索圍巖本身的承載才干。沒有思索圍巖本身的承載才干。壓力線假設(shè)的計算方法缺乏實際根據(jù)，普通情況偏于保守，所設(shè)計壓力線假設(shè)的計算方法缺乏實際根據(jù)，普通情況偏于保守，所設(shè)計的襯砌厚度將偏大很多。的襯砌厚度將偏大很多。1.剛性構(gòu)造階段剛性構(gòu)造階段2

5、.彈性構(gòu)造階段彈性構(gòu)造階段19世紀后期，混凝土和鋼筋混凝土資料陸續(xù)出現(xiàn)，并用于建造地下世紀后期，混凝土和鋼筋混凝土資料陸續(xù)出現(xiàn)，并用于建造地下工程，使地下構(gòu)造具有較好的整體性。從這時起，地下構(gòu)造開場按彈工程，使地下構(gòu)造具有較好的整體性。從這時起，地下構(gòu)造開場按彈性延續(xù)拱形框架用超靜定構(gòu)造力學方法計算構(gòu)造內(nèi)力。性延續(xù)拱形框架用超靜定構(gòu)造力學方法計算構(gòu)造內(nèi)力。 作用在構(gòu)造上的荷載是自動的地層壓力，并思索了地層對構(gòu)造產(chǎn)作用在構(gòu)造上的荷載是自動的地層壓力，并思索了地層對構(gòu)造產(chǎn)生的彈性反力的約束作用。生的彈性反力的約束作用。 這類計算實際以為，當?shù)叵聵?gòu)造埋置深度較大時，作用在構(gòu)造上這類計算實際以為，當?shù)?/p>

6、下構(gòu)造埋置深度較大時，作用在構(gòu)造上的壓力不是上覆巖層的重力而只是圍巖坍落體積內(nèi)松動巖體的重的壓力不是上覆巖層的重力而只是圍巖坍落體積內(nèi)松動巖體的重力力松動壓力。松動壓力。但當時并沒有認識到這種塌落并不是構(gòu)成圍巖壓力的獨一來源，但當時并沒有認識到這種塌落并不是構(gòu)成圍巖壓力的獨一來源，也不是一切的情況都會發(fā)生塌落，更沒有認識到經(jīng)過穩(wěn)定圍巖，也不是一切的情況都會發(fā)生塌落，更沒有認識到經(jīng)過穩(wěn)定圍巖，可以發(fā)揚圍巖的本身承載才干?？梢园l(fā)揚圍巖的本身承載才干。 對于圍巖本身承載才干的認識有又分為兩個階段：對于圍巖本身承載才干的認識有又分為兩個階段：1假定彈性反力階段假定彈性反力階段2彈性地基梁階段彈性地基梁

7、階段 20世紀初期，假定彈性反力的分布世紀初期，假定彈性反力的分布圖形位置線為三角形或梯形圖形位置線為三角形或梯形1934年，按構(gòu)造的變形曲線假定地年，按構(gòu)造的變形曲線假定地層彈性反力的分布圖形為月牙形層彈性反力的分布圖形為月牙形 部分變形彈性地基梁實際部分變形彈性地基梁實際 共同變形彈性地基梁實際共同變形彈性地基梁實際 3.延續(xù)介質(zhì)階段延續(xù)介質(zhì)階段20世紀中期以來，延續(xù)介質(zhì)力學實際世紀中期以來，延續(xù)介質(zhì)力學實際 這種計算方法以巖膂力學原理為根底，以為坑道開挖后向洞室內(nèi)變形這種計算方法以巖膂力學原理為根底，以為坑道開挖后向洞室內(nèi)變形而釋放的圍巖壓力將由支護構(gòu)造與圍巖組成的地下構(gòu)造體系共同接受。

8、而釋放的圍巖壓力將由支護構(gòu)造與圍巖組成的地下構(gòu)造體系共同接受。一方面圍巖本身由于支護構(gòu)造提供了一定的支護阻力，從而引起它的一方面圍巖本身由于支護構(gòu)造提供了一定的支護阻力，從而引起它的應(yīng)力調(diào)整到達新的平衡，另一方面，由于支護構(gòu)造阻止圍巖變形，它應(yīng)力調(diào)整到達新的平衡，另一方面，由于支護構(gòu)造阻止圍巖變形，它必然要遭到圍巖給予的反作用力而發(fā)生變形。這種反作用力和圍巖的必然要遭到圍巖給予的反作用力而發(fā)生變形。這種反作用力和圍巖的松動壓力極不一樣，它是支護構(gòu)造與圍巖共同變形過程中對支護構(gòu)造松動壓力極不一樣，它是支護構(gòu)造與圍巖共同變形過程中對支護構(gòu)造施加的壓力，稱為形變壓力。施加的壓力，稱為形變壓力。這種計

9、算方法的重要特征是把支護構(gòu)造與巖體作為一個一致的力學體這種計算方法的重要特征是把支護構(gòu)造與巖體作為一個一致的力學體系來思索。兩者之間的相互作用那么與巖體的初始應(yīng)力形狀、巖體的系來思索。兩者之間的相互作用那么與巖體的初始應(yīng)力形狀、巖體的特性、支護構(gòu)造的特性、支護構(gòu)造與圍巖的接觸條件以及參與任務(wù)的特性、支護構(gòu)造的特性、支護構(gòu)造與圍巖的接觸條件以及參與任務(wù)的時間等一系列要素有關(guān)，其中也包括施工技術(shù)的影響。時間等一系列要素有關(guān)，其中也包括施工技術(shù)的影響。 錨桿與放射混凝土一類新型支護的出現(xiàn)和與此相應(yīng)的一整套新奧地利錨桿與放射混凝土一類新型支護的出現(xiàn)和與此相應(yīng)的一整套新奧地利隧道設(shè)計施工方法的興起，終于

10、構(gòu)成了以巖膂力學原理為根底的、思隧道設(shè)計施工方法的興起，終于構(gòu)成了以巖膂力學原理為根底的、思索支護與圍巖共同作用的地下工程現(xiàn)代支護實際。索支護與圍巖共同作用的地下工程現(xiàn)代支護實際。 到到20世紀世紀80年代又將現(xiàn)場監(jiān)控量測與實際分析結(jié)合起來，開展成為年代又將現(xiàn)場監(jiān)控量測與實際分析結(jié)合起來，開展成為一種順應(yīng)地下工程特點和當前施工技術(shù)程度的新設(shè)計方法一種順應(yīng)地下工程特點和當前施工技術(shù)程度的新設(shè)計方法現(xiàn)場現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)計方法也稱信息化設(shè)計方法。監(jiān)控設(shè)計方法也稱信息化設(shè)計方法。 目前，工程中主要運用的工程類比設(shè)計法，也正向著定量化、準確目前，工程中主要運用的工程類比設(shè)計法，也正向著定量化、準確化和科學化方

11、向開展?；涂茖W化方向開展。 在地下工程支護構(gòu)造設(shè)計中運用可靠性實際、推行概率極限形狀設(shè)計在地下工程支護構(gòu)造設(shè)計中運用可靠性實際、推行概率極限形狀設(shè)計研討方面也獲得了重要進展。研討方面也獲得了重要進展。 隨機有限元包括攝動法、紐曼法、最大熵法和呼應(yīng)面法等、隨機有限元包括攝動法、紐曼法、最大熵法和呼應(yīng)面法等、Monte-Carlo模擬、隨機塊體實際和隨機邊境元法等一系列新的地模擬、隨機塊體實際和隨機邊境元法等一系列新的地下工程支護構(gòu)造實際分析方法近年來都有了較大的開展。下工程支護構(gòu)造實際分析方法近年來都有了較大的開展。 三、計算模型一計算模型種類三隧道工程的兩大實際比較二常用計算模型一計算模型種

12、類理想的隧道工程的數(shù)學力學模型應(yīng)能反映這些要素：理想的隧道工程的數(shù)學力學模型應(yīng)能反映這些要素： 與實踐任務(wù)形狀一致，能反映圍巖的實踐形狀以及與支護構(gòu)造的接與實踐任務(wù)形狀一致，能反映圍巖的實踐形狀以及與支護構(gòu)造的接觸形狀。觸形狀。荷載假定應(yīng)與在建筑洞室過程各作業(yè)階段中荷載發(fā)生的情況一荷載假定應(yīng)與在建筑洞室過程各作業(yè)階段中荷載發(fā)生的情況一致。致。資料性質(zhì)和數(shù)學表達要等價。資料性質(zhì)和數(shù)學表達要等價。算出的應(yīng)力形狀要與經(jīng)過長時間運用的構(gòu)造所發(fā)生的應(yīng)力變化和算出的應(yīng)力形狀要與經(jīng)過長時間運用的構(gòu)造所發(fā)生的應(yīng)力變化和破壞景象一致。破壞景象一致。 國際隧道協(xié)會歸納的四種設(shè)計模型：國際隧道協(xié)會歸納的四種設(shè)計模型

13、： 以參照過去隧道工程實際閱歷進展工程類比為主的閱歷設(shè)計法；以參照過去隧道工程實際閱歷進展工程類比為主的閱歷設(shè)計法； 以現(xiàn)場量測和實驗室實驗為主的適用設(shè)計方法，例如以洞周位量以現(xiàn)場量測和實驗室實驗為主的適用設(shè)計方法，例如以洞周位量測值為根據(jù)的收斂約束法；測值為根據(jù)的收斂約束法； 作用與反作用模型，即荷載作用與反作用模型，即荷載構(gòu)造模型，例如彈性地基圓環(huán)計算和構(gòu)造模型，例如彈性地基圓環(huán)計算和彈性地基框架計算等計算法；構(gòu)造力學模型彈性地基框架計算等計算法；構(gòu)造力學模型 延續(xù)介質(zhì)模型，包括解析法和數(shù)值法。數(shù)值計算法目前主要是延續(xù)介質(zhì)模型，包括解析法和數(shù)值法。數(shù)值計算法目前主要是有限單元法。巖膂力學模

14、型有限單元法。巖膂力學模型 地下構(gòu)造設(shè)計計算方法地下構(gòu)造設(shè)計計算方法構(gòu)造力學方法構(gòu)造力學方法巖膂力學方法巖膂力學方法信息反響方法信息反響方法閱歷方法閱歷方法二常用計算模型圖5-23 隧道計算模型1、構(gòu)造力學模型、構(gòu)造力學模型 2、巖膂力學模型、巖膂力學模型 1、構(gòu)造力學模型、構(gòu)造力學模型松弛動荷載實際松弛動荷載實際 主要適用于圍巖因過分變形而發(fā)生松弛和崩塌，支護構(gòu)造自動承主要適用于圍巖因過分變形而發(fā)生松弛和崩塌，支護構(gòu)造自動承當圍巖當圍巖“松動壓力的情況。松動壓力的情況。 它將支護構(gòu)造和圍巖分開來思索，支護構(gòu)造是承載主體，圍巖作為荷它將支護構(gòu)造和圍巖分開來思索，支護構(gòu)造是承載主體，圍巖作為荷載

15、的來源和支護構(gòu)造的彈性支承。在這類模型中隧道支護構(gòu)造與圍巖載的來源和支護構(gòu)造的彈性支承。在這類模型中隧道支護構(gòu)造與圍巖的相互作用是經(jīng)過彈性支承對支護構(gòu)造施加約束來表達的，而圍巖的的相互作用是經(jīng)過彈性支承對支護構(gòu)造施加約束來表達的，而圍巖的承載才干那么在確定圍巖壓力和彈性支承的約束才干時間接地思索。承載才干那么在確定圍巖壓力和彈性支承的約束才干時間接地思索。圍巖的承載才干越高，它給予支護構(gòu)造的壓力越小，彈性支承約束支圍巖的承載才干越高，它給予支護構(gòu)造的壓力越小，彈性支承約束支護構(gòu)造變形的抗力越大，相對來說，支護構(gòu)造所起的作用就變小了。護構(gòu)造變形的抗力越大，相對來說，支護構(gòu)造所起的作用就變小了。

16、關(guān)鍵問題關(guān)鍵問題 如何確定作用在支護構(gòu)造上的自動荷載，其中最主要的如何確定作用在支護構(gòu)造上的自動荷載，其中最主要的是圍巖所產(chǎn)生的松動壓力、以及彈性支承給支護構(gòu)造的是圍巖所產(chǎn)生的松動壓力、以及彈性支承給支護構(gòu)造的彈性抗力彈性抗力 荷載荷載構(gòu)造模型、作用構(gòu)造模型、作用反作用模型反作用模型2、巖膂力學模型、巖膂力學模型 現(xiàn)代圍巖共同承載實際現(xiàn)代圍巖共同承載實際 它是將支護構(gòu)造與圍巖視為一體，作為共同承載的隧道構(gòu)造體系。它是將支護構(gòu)造與圍巖視為一體，作為共同承載的隧道構(gòu)造體系。在這個模型中圍巖是直接的承載單元，支護構(gòu)造只是用來約束和在這個模型中圍巖是直接的承載單元，支護構(gòu)造只是用來約束和限制圍巖的變形

17、，限制圍巖的變形， 在圍巖在圍巖構(gòu)造模型中可以思索各種幾何外形，圍巖和支護資料的構(gòu)造模型中可以思索各種幾何外形，圍巖和支護資料的非線性特性，開挖面空間效應(yīng)所構(gòu)成的三維形狀，以及地質(zhì)中不非線性特性，開挖面空間效應(yīng)所構(gòu)成的三維形狀，以及地質(zhì)中不延續(xù)面等等。延續(xù)面等等。 可以用解析法求解，或用收斂可以用解析法求解，或用收斂約束法圖解，但絕大部分問題，因數(shù)約束法圖解，但絕大部分問題，因數(shù)學上的困難必需依賴數(shù)值方法，尤其是有限單元法。學上的困難必需依賴數(shù)值方法，尤其是有限單元法。 關(guān)鍵問題關(guān)鍵問題 如何確定圍巖的初始應(yīng)力場，以及表示資料非線性如何確定圍巖的初始應(yīng)力場，以及表示資料非線性特性的各種參數(shù)及其

18、變化情況。特性的各種參數(shù)及其變化情況。 圍巖圍巖構(gòu)造模型、復(fù)合整體模型、構(gòu)造模型、復(fù)合整體模型、收斂收斂約束模型約束模型三隧道工程的兩大實際比較松弛荷載實際松弛荷載實際 圍巖承載實際圍巖承載實際 中心內(nèi)容：穩(wěn)定的巖體有自穩(wěn)才干，不中心內(nèi)容：穩(wěn)定的巖體有自穩(wěn)才干，不產(chǎn)生荷載；不穩(wěn)定的巖體那么能夠產(chǎn)生產(chǎn)生荷載；不穩(wěn)定的巖體那么能夠產(chǎn)生坍塌，需求用支護構(gòu)造予以支承。這樣，坍塌，需求用支護構(gòu)造予以支承。這樣，作用在支護構(gòu)造上的荷載就是圍巖在一作用在支護構(gòu)造上的荷載就是圍巖在一定范圍內(nèi)由于松弛并能夠塌落的巖體重定范圍內(nèi)由于松弛并能夠塌落的巖體重力。力。 代表人物：太沙基代表人物：太沙基K.Terzagh

19、i和普氏和普氏 以傳統(tǒng)礦山法為根底以傳統(tǒng)礦山法為根底 中心內(nèi)容：圍巖穩(wěn)定顯然是巖體本身有中心內(nèi)容：圍巖穩(wěn)定顯然是巖體本身有承載自穩(wěn)才干；不穩(wěn)定圍巖喪失穩(wěn)定是承載自穩(wěn)才干；不穩(wěn)定圍巖喪失穩(wěn)定是有一個過程的，假設(shè)在這個過程中提供有一個過程的，假設(shè)在這個過程中提供必要的協(xié)助或限制，那么圍巖依然可以必要的協(xié)助或限制，那么圍巖依然可以進入穩(wěn)定形狀。進入穩(wěn)定形狀。 代表人物：臘布希維茲、米勒代表人物：臘布希維茲、米勒菲切爾、菲切爾、芬納芬納塔羅勃和卡斯特奈塔羅勃和卡斯特奈以新奧法為根底以新奧法為根底 5.2 圍巖壓力一圍巖壓力二圍巖壓力分類圍巖壓力是指引起地下開挖空間周圍巖體和支護變形圍巖壓力是指引起地下

20、開挖空間周圍巖體和支護變形或破壞的作用力。它包括由地應(yīng)力引起的圍巖應(yīng)力以或破壞的作用力。它包括由地應(yīng)力引起的圍巖應(yīng)力以及圍巖變形受阻而作用在支護構(gòu)造上的作用力。及圍巖變形受阻而作用在支護構(gòu)造上的作用力。1.松動壓力松動壓力2.形變壓力形變壓力3.膨脹壓力膨脹壓力4.沖擊壓力沖擊壓力廣義？廣義？狹義？狹義？松動壓力常經(jīng)過以下三種情況發(fā)生：松動壓力常經(jīng)過以下三種情況發(fā)生： 1在整體穩(wěn)定的巖體中，能夠在整體穩(wěn)定的巖體中，能夠出現(xiàn)個別松動掉塊的巖石；出現(xiàn)個別松動掉塊的巖石； 2在松散脆弱的巖體中，坑道在松散脆弱的巖體中，坑道頂部和兩側(cè)邊幫冒落；頂部和兩側(cè)邊幫冒落； 3在節(jié)理發(fā)育的裂隙巖體中，在節(jié)理發(fā)育

21、的裂隙巖體中，圍巖某些部位沿脆弱面發(fā)生剪切破圍巖某些部位沿脆弱面發(fā)生剪切破壞或拉壞等部分塌落壞或拉壞等部分塌落1.松動壓力松動壓力由于開挖而松動或坍塌的巖體以重力方式直接作用在支護由于開挖而松動或坍塌的巖體以重力方式直接作用在支護構(gòu)造上的壓力稱為松動壓力。構(gòu)造上的壓力稱為松動壓力。采用松散介質(zhì)極限平衡實際，或塊體極限平衡實際計算分析。采用松散介質(zhì)極限平衡實際，或塊體極限平衡實際計算分析。 沖擊壓力是在圍巖中積累了大量的彈性變形能以后，由沖擊壓力是在圍巖中積累了大量的彈性變形能以后，由于隧道的開挖，圍巖的約束被解除，能量忽然釋放所產(chǎn)于隧道的開挖，圍巖的約束被解除，能量忽然釋放所產(chǎn)生的壓力。生的壓

22、力。2形變壓力形變壓力形變壓力是由于圍巖變形遭到與之密貼的支護如錨噴支護形變壓力是由于圍巖變形遭到與之密貼的支護如錨噴支護等的抑制，而使圍巖與支護構(gòu)造共同變形過程中，圍巖對等的抑制，而使圍巖與支護構(gòu)造共同變形過程中，圍巖對支護構(gòu)造施加的接觸壓力。采用塑性實際計算。支護構(gòu)造施加的接觸壓力。采用塑性實際計算。 3膨脹壓力膨脹壓力當巖體具有吸水膨脹崩解的特征時，由于圍巖吸水而膨脹當巖體具有吸水膨脹崩解的特征時，由于圍巖吸水而膨脹崩解所引起的壓力稱為膨脹壓力。可以采用彈塑性實際配崩解所引起的壓力稱為膨脹壓力?？梢圆捎脧椝苄詫嶋H配合流變性實際進展分析。合流變性實際進展分析。 4沖擊壓力沖擊壓力工程要素工

23、程要素地質(zhì)要素地質(zhì)要素初始應(yīng)力形狀初始應(yīng)力形狀巖石力學性質(zhì)巖石力學性質(zhì)巖體構(gòu)造面巖體構(gòu)造面施工方法施工方法坑道外形坑道外形支護設(shè)置時間支護設(shè)置時間支護剛度支護剛度隧道模筑襯砌所受的圍巖壓力，是襯砌為了阻止巖塊松隧道模筑襯砌所受的圍巖壓力，是襯砌為了阻止巖塊松弛或巖塊挪動下塌等構(gòu)成的荷載。弛或巖塊挪動下塌等構(gòu)成的荷載。 1變形階段變形階段a2松動階段松動階段b3塌落階段塌落階段c4成拱階段成拱階段d“成拱作用成拱作用 坑道開挖后圍巖由形變到坍塌成拱的整個變形過程：坑道開挖后圍巖由形變到坍塌成拱的整個變形過程：3施工要素施工要素圍巖地質(zhì)條件、支護構(gòu)造架設(shè)時間、剛度以及它與圍巖圍巖地質(zhì)條件、支護構(gòu)造

24、架設(shè)時間、剛度以及它與圍巖的接觸形狀等要素外，還有以下諸要素：的接觸形狀等要素外，還有以下諸要素：1隧道的外形和尺寸隧道的外形和尺寸2隧道的埋深隧道的埋深隧道拱圈越平坦，跨度越大，那么自然拱越高，圍巖隧道拱圈越平坦，跨度越大，那么自然拱越高，圍巖的松動壓力也越大。的松動壓力也越大。只需當隧道埋深超越某一臨界值時，才有能夠構(gòu)成自然只需當隧道埋深超越某一臨界值時，才有能夠構(gòu)成自然拱，習慣上，將這種隧道稱為深埋隧道，否那么稱為淺拱，習慣上，將這種隧道稱為深埋隧道，否那么稱為淺埋隧道。埋隧道。 自然拱范圍影響要素自然拱范圍影響要素一深埋隧道圍巖松動壓力確實定方法二淺埋隧道圍巖松動壓力確實定方法三圍巖壓

25、力計算實例四偏壓隧道圍巖壓力確實定五明挖淺埋隧道圍巖壓力確實定確定圍巖松動壓力的方法確定圍巖松動壓力的方法閱歷法或工程類比法閱歷法或工程類比法現(xiàn)場實地量測；現(xiàn)場實地量測； 按實際公式計算確定；按實際公式計算確定； 六大跨隧道與小凈距隧道圍巖壓力討論一深埋隧道圍巖松動壓力確實定方法*1、我國、我國引薦方法引薦方法深埋隧道松動壓力僅是隧道周邊某一破壞范圍自然拱深埋隧道松動壓力僅是隧道周邊某一破壞范圍自然拱內(nèi)巖體的分量，而與隧道埋置深度無關(guān)。內(nèi)巖體的分量，而與隧道埋置深度無關(guān)。 2、普氏實際、普氏實際3、泰沙基實際、泰沙基實際1、我國、我國引薦方法引薦方法單線鐵路隧道按概率極限形狀設(shè)計時單線鐵路隧道

26、按概率極限形狀設(shè)計時sq79. 141. 0hq單線、雙線及多線鐵路隧道按破壞階段設(shè)計時單線、雙線及多線鐵路隧道按破壞階段設(shè)計時及公路隧道及公路隧道1Sq245. 0hq垂直壓力垂直壓力q程度分布松動壓力程度分布松動壓力e式中式中hq等效荷載高度值；等效荷載高度值； s圍巖級別，如圍巖級別，如級圍巖級圍巖s=3； 圍巖的容重；圍巖的容重； 寬度影響系數(shù)，寬度影響系數(shù)， B坑道寬度，以坑道寬度，以m計，計， i每添加每添加lm時，圍巖壓力的增減率以時，圍巖壓力的增減率以B= 5m為基為基準，當準，當B5m時取時取i=0.2, B 5m時，取時，取i=0 1。H/B1.7(H為坑道的高度；為坑道的

27、高度；深埋隧道；深埋隧道；不產(chǎn)生顯著的偏壓力及膨脹壓力的普通圍巖；不產(chǎn)生顯著的偏壓力及膨脹壓力的普通圍巖；采用鉆爆法施工的隧道采用鉆爆法施工的隧道 公式適用條件公式適用條件)5B( i1sq79. 141. 0hq1Sq245. 0hqsq79. 141. 0h1Sq245. 0h垂直松動壓力的分布圖垂直松動壓力的分布圖用等效荷載，即非均布壓力的總和應(yīng)與均布壓力的總和相等用等效荷載，即非均布壓力的總和應(yīng)與均布壓力的總和相等的方法來確定各荷載圖形的高度值。的方法來確定各荷載圖形的高度值。 2、普氏實際、普氏實際“鞏固性系數(shù)鞏固性系數(shù)f又稱側(cè)摩擦系數(shù)又稱側(cè)摩擦系數(shù)巖體的抗剪強度巖體的抗剪強度cta

28、nf 又有又有0tg/ ) ctg(/f所以所以 式中式中、0巖體的內(nèi)摩擦角和似摩擦角；巖體的內(nèi)摩擦角和似摩擦角； 、巖體的抗剪強度和剪切破壞時的正應(yīng)力；巖體的抗剪強度和剪切破壞時的正應(yīng)力； c巖體的粘結(jié)力巖體的粘結(jié)力 普氏基于普氏基于“自然拱概念的計算實際：自然拱概念的計算實際： f /bhtk式中式中hk自然拱高度；自然拱高度； bt自然拱的半跨度。自然拱的半跨度。在具有一定粘結(jié)力的松散介質(zhì)中開挖坑道后，其上方會構(gòu)在具有一定粘結(jié)力的松散介質(zhì)中開挖坑道后，其上方會構(gòu)成一個拋物線形的自然拱，作用在支護構(gòu)造上的圍巖壓力成一個拋物線形的自然拱，作用在支護構(gòu)造上的圍巖壓力就是自然拱內(nèi)松散巖體的分量。

29、而自然拱的外形和尺寸就是自然拱內(nèi)松散巖體的分量。而自然拱的外形和尺寸即它的高度和跨度均與巖體的鞏固性系數(shù)即它的高度和跨度均與巖體的鞏固性系數(shù)f有關(guān)。有關(guān)。)2/45(tgHbb0tt式中式中b坑道的凈跨之半；坑道的凈跨之半； Ht坑道的凈高；坑道的凈高； 巖體的摩擦角。巖體的摩擦角。 鞏固的巖體中鞏固的巖體中松散和破碎巖體中松散和破碎巖體中khq)245(tg)H21q(e02t圍巖垂直均布松動壓力圍巖垂直均布松動壓力圍巖程度均布松動壓力圍巖程度均布松動壓力例題：例題： 如下圖公路隧道，圍巖如下圖公路隧道，圍巖f=1.5，硬，硬粘土，粘土，k=60,=22kN/m3。試用。試用普氏實際確定圍巖

30、壓力值。普氏實際確定圍巖壓力值。 0dh2b-dhtg22b)d(2b0vvvv3、泰沙基實際、泰沙基實際將巖體視為散粒體，坑道開挖后，其將巖體視為散粒體，坑道開挖后，其上方的巖體因坑道的變形而下沉，并上方的巖體因坑道的變形而下沉，并產(chǎn)生如下圖的錯動面產(chǎn)生如下圖的錯動面OAB 。假定作用在任何程度面上的豎向壓應(yīng)假定作用在任何程度面上的豎向壓應(yīng)力力v是勻布的，相應(yīng)的程度力：是勻布的，相應(yīng)的程度力：h=v為側(cè)壓力系數(shù)為側(cè)壓力系數(shù)在地面深度為在地面深度為h處取出一厚度為處取出一厚度為dh的程度條帶單元體，思索其平衡條的程度條帶單元體，思索其平衡條件件V=0，得出，得出展開后，得展開后，得0dhbtg

31、d0vv)e1 (tgbbhtg0v0bhtg0e0vtgb0vtgbfbv解上述微分方程，并引進邊境條件當解上述微分方程，并引進邊境條件當h=0，v=0，得，得洞頂巖層中恣意點的垂直壓力為洞頂巖層中恣意點的垂直壓力為隨著坑道埋深隨著坑道埋深h的加大，的加大，趨于一個固定值，趨于一個固定值，且且泰沙基根據(jù)實驗結(jié)果，得出泰沙基根據(jù)實驗結(jié)果，得出=11.5，取，取=1，那么，那么如以如以tg0f代入，得代入，得側(cè)向均布壓力按朗金公式計算：側(cè)向均布壓力按朗金公式計算：)245(tg)H21(e02tv二淺埋隧道圍巖松動壓力確實定方法1、深、淺埋隧道的斷定原那么、深、淺埋隧道的斷定原那么2、淺埋隧道圍

32、巖松動壓力確實定方法、淺埋隧道圍巖松動壓力確實定方法1、深、淺埋隧道的斷定原那么、深、淺埋隧道的斷定原那么qp2.5)h2(H 式中，式中，Hp深淺埋隧道分界的深度；深淺埋隧道分界的深度； hq等效荷載高度值。等效荷載高度值。 當隧道覆蓋層厚度當隧道覆蓋層厚度hHp時為深埋，時為深埋，hHp時為淺埋時為淺埋 sq79. 141. 0h1Sq245. 0h其系數(shù)在松軟的圍巖中取高限，而在較鞏固圍巖中取低限，其系數(shù)在松軟的圍巖中取高限，而在較鞏固圍巖中取低限，如礦山法施工條件下，如礦山法施工條件下，、級圍巖取級圍巖取2， 、圍巖取圍巖取2.5。對于某些情況，那么應(yīng)作詳細分析后確定。對于某些情況，那

33、么應(yīng)作詳細分析后確定。 2、淺埋隧道圍巖松動壓力確實定方法、淺埋隧道圍巖松動壓力確實定方法當隧道埋深不大時，不能構(gòu)當隧道埋深不大時，不能構(gòu)成成“自然拱。采用松散介自然拱。采用松散介質(zhì)極限平衡實際進展分析。質(zhì)極限平衡實際進展分析?；瑒訋r體分量滑面上的阻力支護構(gòu)造的反作用力滑動巖體分量滑面上的阻力支護構(gòu)造的反作用力支護構(gòu)造的反作用力支護構(gòu)造的反作用力=圍巖松動壓力圍巖松動壓力那么那么 圍巖松動壓力滑動巖體分量一滑面上的阻力圍巖松動壓力滑動巖體分量一滑面上的阻力隧道埋深隧道埋深h小于或等于等效荷載高度小于或等于等效荷載高度hqhhq忽略滑面上的摩擦阻力，那么圍巖垂直勻布壓力：忽略滑面上的摩擦阻力，那

34、么圍巖垂直勻布壓力：hq圍巖容重；圍巖容重；h隧道埋置深度隧道埋置深度圍巖程度均布壓力圍巖程度均布壓力e按朗金公式計算按朗金公式計算)245(tg)H21q(e02t隧道埋深隧道埋深h大于等效荷載高度大于等效荷載高度hq即即hhq 1 1巖體中所構(gòu)成的破裂面是一個與程度面成巖體中所構(gòu)成的破裂面是一個與程度面成角的斜角的斜直面；如圖直面；如圖5-2-65-2-6中的中的AC, BDAC, BD 2 2當洞頂上覆蓋巖體當洞頂上覆蓋巖體FEGHFEGH下沉時遭到兩側(cè)巖體的挾下沉時遭到兩側(cè)巖體的挾持，該當強調(diào)它反過來又帶動了兩側(cè)三棱巖體持，該當強調(diào)它反過來又帶動了兩側(cè)三棱巖體ACEACE和和BDFBD

35、F的下滑，而當整個下滑巖體的下滑，而當整個下滑巖體ABDHGCABDHGC下滑時，又受阻下滑時，又受阻于未擾動巖體。于未擾動巖體。 3)3)斜直面斜直面AC,BDAC,BD是一個假定破裂滑面，該滑面的抗剪強是一個假定破裂滑面，該滑面的抗剪強度決議于滑面的摩擦角度決議于滑面的摩擦角及粘結(jié)力及粘結(jié)力c c，為簡化計算采用，為簡化計算采用巖體的似摩擦角巖體的似摩擦角00。 2sin211TWQtgtgtgtgtgtg00020) 1(cosh21T21)tghB(hQhKBtgh1hBQq）求作用在隧道支護構(gòu)造上的圍巖松動壓力值，其步驟如下：求作用在隧道支護構(gòu)造上的圍巖松動壓力值，其步驟如下：式中，

36、式中，W1W1為知的為知的EFHGEFHG的土體重，的土體重，T1sin2T1sin2為為EFHGEFHG土體下土體下滑時受兩側(cè)土體挾制的摩擦力滑時受兩側(cè)土體挾制的摩擦力a.a.求兩側(cè)三棱體對洞頂土體的挾制力求兩側(cè)三棱體對洞頂土體的挾制力T1T1b.b.求破裂面求破裂面BDBD的傾角的傾角c.c.求圍巖總的垂直壓力求圍巖總的垂直壓力Q Q d求圍巖垂直均布松動壓力q )(1 000tgtgtgtgtgtgtgtg側(cè)壓力系數(shù)側(cè)壓力系數(shù)0ddhe 1He 2)(2121eee式中式中KK壓力縮減系數(shù)，其值為壓力縮減系數(shù)，其值為 tgBh1KBB隧道開挖寬度；隧道開挖寬度；hh洞頂巖體覆蓋層厚度洞頂

37、巖體覆蓋層厚度 e e求圍巖程度均布松動壓力求圍巖程度均布松動壓力程度壓力按梯形分布程度壓力按梯形分布假設(shè)為均布假設(shè)為均布時時 淺埋隧道圍巖壓力的其他公式淺埋隧道圍巖壓力的其他公式比爾鮑曼公式：教材比爾鮑曼公式：教材P96-97泰沙基公式：教材泰沙基公式：教材P925-2-8)e1 (tgbbhtg0v0)2K1 (acK2ah1 h2111v)245(tgH2Ba0t1)245(tgtgK021)245(tgtgK02Ht為隧道高度，h為隧道頂?shù)母餐谅裆?，B為隧道凈跨三圍巖壓力計算實例hq=0.41X1.79S0.41X1.794421m,如埋深如埋深h= 20m如下圖單線鐵路隧道，處在如下

38、圖單線鐵路隧道，處在IV級圍巖中級圍巖中.那么那么圍巖容重查得圍巖容重查得21.5kN/m3,計算時取縱向單位寬度的一環(huán)。計算時取縱向單位寬度的一環(huán)。B=7.4m, Ht=8.8m。 q=215X421=905kN/m,程度壓力程度壓力e=0.150.3q=13.527.15kN/m檢算檢算h20m22.5hq，屬深埋條件，正確。，屬深埋條件，正確。查得查得 425. 0tg,428. 1tg23,5500508. 3425. 0428. 1) 1428. 1 (428. 1428. 1) 1(200020tgtgtgtgtgtg116. 0)(1 000tgtgtgtgtgtgtgtgm/8

39、4kN.162Btgh1 (hq）m/95kN.191he)m/kN(90.41)Hh(t2e假設(shè)假設(shè)h=8m ，h2hq應(yīng)為淺埋。應(yīng)為淺埋。按淺埋公式計算：按淺埋公式計算：例例2：某公路隧道經(jīng)過：某公路隧道經(jīng)過級圍巖，開挖尺寸如下圖，埋深級圍巖，開挖尺寸如下圖，埋深7.6m。礦山法施工，圍巖天然容重。礦山法施工，圍巖天然容重=22kN/m3，試確定圍，試確定圍巖壓力值。巖壓力值。解：坑道高度與跨度之比為：解：坑道高度與跨度之比為： Ht/Bt=7.6/9.9=0.771.71Sq245. 0hq由于由于 5m9m. 9Bt故故i=0.1 那么那么 49. 1)59 . 9(1 . 01所以所

40、以 118kPa49. 122245. 0q1S垂直均布圍巖壓力垂直均布圍巖壓力 程度均布圍巖壓力程度均布圍巖壓力 4kPa.357 .17118)3 . 015. 0(q)3 . 015. 0(e四偏壓隧道圍巖壓力確實定普通所指偏壓隧道系接受顯著偏壓荷載不對稱壓力的隧道。普通所指偏壓隧道系接受顯著偏壓荷載不對稱壓力的隧道。 1.由地形引起偏壓的計算方法由地形引起偏壓的計算方法 2.由地質(zhì)構(gòu)造引起偏壓的檢算由地質(zhì)構(gòu)造引起偏壓的檢算1.由地形引起偏壓的計算方法由地形引起偏壓的計算方法 當隧道外側(cè)拱肩至地外表的垂直間隔當隧道外側(cè)拱肩至地外表的垂直間隔(t)小于表小于表4-5所列數(shù)所列數(shù)值時，根據(jù)閱

41、歷及檢算結(jié)果分析闡明圍巖不能自立，普值時，根據(jù)閱歷及檢算結(jié)果分析闡明圍巖不能自立，普通按偏壓隧道圍巖壓力公式計算。通按偏壓隧道圍巖壓力公式計算。 推導(dǎo)：推導(dǎo)： 內(nèi)側(cè)：內(nèi)側(cè)： cosH21T2tgtgtgtgtgtgtgkkk)(1tgtg1內(nèi)側(cè)產(chǎn)生最大推力的破裂角內(nèi)側(cè)產(chǎn)生最大推力的破裂角 tgtg)tgtg)(1tg(tgtgkkk2kk圍巖計算摩擦角圍巖計算摩擦角圍巖容重圍巖容重kN/m3；地面傾斜坡度角地面傾斜坡度角；土柱兩側(cè)摩擦角土柱兩側(cè)摩擦角。 外側(cè)：外側(cè)： cosH21T2tgtgtgtgtgtgtgkkk)(1tgtg1外側(cè)產(chǎn)生最大推力的破裂角外側(cè)產(chǎn)生最大推力的破裂角 tgtg)t

42、gtg)(1tg(tgtgkkk2k隧道頂部的總垂直壓力隧道頂部的總垂直壓力Q )TT(WQvv1tgh21TsinT2vtgh21sinTT2v)hh(B21W1那么那么 tg)hh(21)hh(B21Q22按梯形分布計算時按梯形分布計算時 內(nèi)側(cè)：內(nèi)側(cè)： he1內(nèi)He2內(nèi)外側(cè)：外側(cè)： he1外 He2外為簡化計算，也可按矩形分布計算。為簡化計算，也可按矩形分布計算。作用于襯砌上的程度側(cè)壓力作用于襯砌上的程度側(cè)壓力2.由地質(zhì)構(gòu)造引起偏壓的檢算由地質(zhì)構(gòu)造引起偏壓的檢算(1)必需查明圍巖能夠產(chǎn)生偏壓的被割裂或松動的范圍大小。必需查明圍巖能夠產(chǎn)生偏壓的被割裂或松動的范圍大小。 (2)盡量獲得控制弱面

43、的強度計算目的，如盡量獲得控制弱面的強度計算目的，如c、值等。值等。 (3)當為塊體運動時，可近似的按巖塊剛體平衡的方法計算。 偏壓力偏壓力 TFQpF巖塊下滑力巖塊下滑力(kN)，F(xiàn)Wsin； T摩阻力摩阻力kN； T=Ntan=Wcostan W巖塊自重巖塊自重kN； tan摩阻系數(shù)。摩阻系數(shù)。 )tancossin(WQP時，巖塊才滑動時，巖塊才滑動 五明挖淺埋隧道圍巖壓力確實定主要思索隧道明洞洞頂?shù)幕靥钆c沖擊荷載。主要思索隧道明洞洞頂?shù)幕靥钆c沖擊荷載。 1.拱圈回填土石垂直壓力拱圈回填土石垂直壓力2.拱圈回填土石側(cè)壓力拱圈回填土石側(cè)壓力3.邊墻回填土石側(cè)壓力邊墻回填土石側(cè)壓力1.拱圈回

44、填土石垂直壓力拱圈回填土石垂直壓力i1ihq式中：式中：qi明洞構(gòu)造上恣意點明洞構(gòu)造上恣意點i的回填土石垂直壓力值的回填土石垂直壓力值KN/m2； 1拱背回填土石容重拱背回填土石容重KN/m3； hi明洞構(gòu)造上恣意點明洞構(gòu)造上恣意點i的土柱體高度的土柱體高度m；2.拱圈回填土石側(cè)壓力拱圈回填土石側(cè)壓力i1ihe式中：式中：ei恣意點恣意點i的側(cè)壓力值的側(cè)壓力值KN/m2； 1、hi符號意義同前；符號意義同前； 側(cè)壓力系數(shù)，按以下兩種情況計算；側(cè)壓力系數(shù)，按以下兩種情況計算；(1) 按無限土體計算。按無限土體計算。122122coscoscoscoscoscoscos(2) 按有限土體計算。按有

45、限土體計算。nmmnsin)n1 (cos)n(n1式中：式中：涉及填土面坡度角涉及填土面坡度角；1拱背回填土石計算摩擦角拱背回填土石計算摩擦角；側(cè)壓力作用方向與程度線的夾角側(cè)壓力作用方向與程度線的夾角；n開挖邊坡坡率；開挖邊坡坡率；m回填土石面坡率；回填土石面坡率；回填土石與開挖邊坡面間的摩擦系數(shù)。回填土石與開挖邊坡面間的摩擦系數(shù)。3.邊墻回填土石側(cè)壓力邊墻回填土石側(cè)壓力i2ihe式中：式中： ei恣意點恣意點i的側(cè)壓力值的側(cè)壓力值KN/m2；2墻背回填土石容重墻背回填土石容重KN/m3 hi邊墻計算點換算高度邊墻計算點換算高度m， ；121iihhhhi墻頂至計算位置的高度墻頂至計算位置的

46、高度m； h1填土坡面至墻頂?shù)拇怪备叨忍钔疗旅嬷翂數(shù)拇怪备叨萴； 側(cè)壓力系數(shù)，按以下三種情況計算；側(cè)壓力系數(shù)，按以下三種情況計算；(2)填土坡面向下傾斜填土坡面向下傾斜）（0200tantan1tantan 式中：式中： 2墻背回填土石計算摩擦角墻背回填土石計算摩擦角； )tan(arctan21c2cc2c0tan/tan)tan1 (1)tan/tan1)(tan1 (tantan(3)填土坡面程度時填土坡面程度時)24(tan2222222cos)(sinsin1 cos(1)填土坡面向上傾斜填土坡面向上傾斜六大跨隧道與小凈距隧道圍巖壓力討論1大跨隧道大跨隧道 2. 小凈距隧道小凈距隧

47、道 1大跨隧道大跨隧道 (1)開挖后的應(yīng)力重分布變得不利。開挖后的應(yīng)力重分布變得不利。(2)隧道底腳處的應(yīng)力集中過大，要求較大的地基承載力。隧道底腳處的應(yīng)力集中過大，要求較大的地基承載力。 (3)隧道拱頂不穩(wěn)定，計算多采用普氏實際與塊體極限平衡實際。隧道拱頂不穩(wěn)定，計算多采用普氏實際與塊體極限平衡實際。 (4) 估計大跨隧道會有較大的松弛壓力。估計大跨隧道會有較大的松弛壓力。我國與日本已把大斷面公路隧道的建筑技術(shù)列為艱苦我國與日本已把大斷面公路隧道的建筑技術(shù)列為艱苦研討課題予以實施：研討課題予以實施： (1)扁平、大斷面隧道的力學問題。扁平、大斷面隧道的力學問題。(2)隧道斷面構(gòu)造的研討。隧道

48、斷面構(gòu)造的研討。(3)施工方法的研討。施工方法的研討。(4)施工技術(shù)的研討。施工技術(shù)的研討。2.小凈距隧道小凈距隧道 (1)小凈距雙線隧道的圍巖受力分析與相鄰隧道最小間距確實定小凈距雙線隧道的圍巖受力分析與相鄰隧道最小間距確實定 雙洞小凈距隧道因洞間凈距小于一倍洞跨，必然導(dǎo)致施工擾雙洞小凈距隧道因洞間凈距小于一倍洞跨，必然導(dǎo)致施工擾動影響的相互疊加，尤其是后開挖隧道的施工和支護方法及動影響的相互疊加，尤其是后開挖隧道的施工和支護方法及其對先行隧道構(gòu)造的影響。其對先行隧道構(gòu)造的影響。 為防止出現(xiàn)破壞與失穩(wěn)，對隧道圍巖采用預(yù)加固方法，特為防止出現(xiàn)破壞與失穩(wěn)，對隧道圍巖采用預(yù)加固方法，特別加固兩隧道

49、中間巖體，以添加程度方向?qū)r體的側(cè)向約別加固兩隧道中間巖體，以添加程度方向?qū)r體的側(cè)向約束。束。 其次是控制對兩隧道中間所夾巖層的爆破破壞深度，特別是其次是控制對兩隧道中間所夾巖層的爆破破壞深度，特別是對其邊墻部位的破壞深度，盡能夠的減少其松弛范圍；控制對其邊墻部位的破壞深度，盡能夠的減少其松弛范圍；控制隧道邊墻爆破時質(zhì)點的震動速度，使之不破壞已有支護。隧道邊墻爆破時質(zhì)點的震動速度，使之不破壞已有支護。 建議小凈距隧道從兩端相向施工防止同時同向推進，建議小凈距隧道從兩端相向施工防止同時同向推進，并且開挖面間距至少應(yīng)在一倍洞徑以上。并且開挖面間距至少應(yīng)在一倍洞徑以上。 (2)國內(nèi)外相關(guān)實例及研討

50、現(xiàn)狀分析與評價國內(nèi)外相關(guān)實例及研討現(xiàn)狀分析與評價 交通部曾經(jīng)把小凈距隧道列為西部交通科研課題。交通部曾經(jīng)把小凈距隧道列為西部交通科研課題。 直接量測法直接量測法間接量測法間接量測法主要采用壓力盒主要采用壓力盒 機械作用式機械作用式 電測式電測式 液壓式液壓式 電阻式電阻式電容式電容式電壓式電壓式鋼弦式鋼弦式 圍巖壓力的實測普通都要與圍巖的物理力學性質(zhì)的實驗、圍巖壓力的實測普通都要與圍巖的物理力學性質(zhì)的實驗、圍巖的變形量測、圍巖的初始力量測等相配合。圍巖的變形量測、圍巖的初始力量測等相配合。 此外，還量測圍巖的變形情況量測中常采用量測錨桿，或此外，還量測圍巖的變形情況量測中常采用量測錨桿，或量測

51、坑道斷面開挖后的收斂，及圍巖深部的應(yīng)力情況采量測坑道斷面開挖后的收斂，及圍巖深部的應(yīng)力情況采用量測圍巖深部應(yīng)力的應(yīng)力計。用量測圍巖深部應(yīng)力的應(yīng)力計。支柱測力計：機械式、電測式及液壓式支柱測力計：機械式、電測式及液壓式埋設(shè)量測元件：電阻應(yīng)變片、鋼筋應(yīng)變計、埋設(shè)量測元件：電阻應(yīng)變片、鋼筋應(yīng)變計、 遙測應(yīng)變計、混凝土應(yīng)變磚等遙測應(yīng)變計、混凝土應(yīng)變磚等在直接量測壓力時至今仍無法既量測切向壓力又量測得法在直接量測壓力時至今仍無法既量測切向壓力又量測得法向壓力在同一測點處；向壓力在同一測點處；測得的壓力值為圍巖與襯砌間的接觸應(yīng)力，包含了自動壓測得的壓力值為圍巖與襯砌間的接觸應(yīng)力，包含了自動壓力和彈性壓力，

52、從測得的接觸應(yīng)力中來確定圍巖壓力值往力和彈性壓力，從測得的接觸應(yīng)力中來確定圍巖壓力值往往不能辦到；往不能辦到；由支護構(gòu)造測得變形或內(nèi)力來反推圍巖壓力值，那么仍需由支護構(gòu)造測得變形或內(nèi)力來反推圍巖壓力值，那么仍需求假定壓力分布外形、分布范圍等，這也就難于到達正確求假定壓力分布外形、分布范圍等，這也就難于到達正確確定圍巖壓力問題的預(yù)期目的；確定圍巖壓力問題的預(yù)期目的；加上就量測技術(shù)本身來說，在準確度及穩(wěn)定性方面還存在加上就量測技術(shù)本身來說，在準確度及穩(wěn)定性方面還存在問題，有待于進一步改良提高；問題，有待于進一步改良提高；量測元件的設(shè)置、儀表的操作等對量測結(jié)果會產(chǎn)生影響，量測元件的設(shè)置、儀表的操作等

53、對量測結(jié)果會產(chǎn)生影響，這與操作人員的技術(shù)程度及熟練程度有很大關(guān)系。這與操作人員的技術(shù)程度及熟練程度有很大關(guān)系。因此，在圍巖壓力量測方面還有待于深化研討、改良、實因此，在圍巖壓力量測方面還有待于深化研討、改良、實際、提高。際、提高。 在實驗室，還用模型實驗的方法推算構(gòu)造上作用的壓力及在實驗室，還用模型實驗的方法推算構(gòu)造上作用的壓力及圍巖變形情況。圍巖變形情況。 5.3 構(gòu)造力學方法六、混凝土襯砌抗裂及抗壓控制分界偏心七、極限形狀設(shè)計適用設(shè)計式的闡明一、根本原理二、隧道襯砌受力變形特點三、隧道襯砌接受的荷載四、隧道襯砌構(gòu)造的計算方法五、襯砌構(gòu)造強度檢算一、根本原理將支護構(gòu)造和圍巖分開來思索，支護構(gòu)

54、造作將支護構(gòu)造和圍巖分開來思索，支護構(gòu)造作為承載主體，圍巖作為荷載主要來源，同時為承載主體，圍巖作為荷載主要來源，同時思索其對支護構(gòu)造的變形起約束作用，計算思索其對支護構(gòu)造的變形起約束作用，計算襯砌在荷載作用下的內(nèi)力和變形。襯砌在荷載作用下的內(nèi)力和變形。也稱為荷載也稱為荷載構(gòu)造法構(gòu)造法設(shè)計原理：設(shè)計原理：n按圍巖分級或適用公式確定圍巖壓力，圍巖對支護構(gòu)按圍巖分級或適用公式確定圍巖壓力，圍巖對支護構(gòu)造變形的約束作用是經(jīng)過彈性支承來表達的，而圍巖造變形的約束作用是經(jīng)過彈性支承來表達的，而圍巖的承載才干那么在確定圍巖壓力和彈性支承的約束才的承載才干那么在確定圍巖壓力和彈性支承的約束才干時間接地思索。

55、干時間接地思索。圍巖的承載才干越高，它給予支護構(gòu)造的壓力越小，彈性圍巖的承載才干越高，它給予支護構(gòu)造的壓力越小，彈性支承約束支護構(gòu)造變形的抗力越大，相對來說，支護構(gòu)造支承約束支護構(gòu)造變形的抗力越大，相對來說，支護構(gòu)造所起的作用就變小了。所起的作用就變小了。適用：適用：圍巖因過分變形而發(fā)生松弛和崩塌，支護構(gòu)造自動承當圍巖因過分變形而發(fā)生松弛和崩塌，支護構(gòu)造自動承當圍巖圍巖“松動壓力的情況。尤其是對模注襯砌。松動壓力的情況。尤其是對模注襯砌。關(guān)鍵問題：關(guān)鍵問題：如何確定作用在支護構(gòu)造上的自動荷載，其中最主要的是圍巖如何確定作用在支護構(gòu)造上的自動荷載，其中最主要的是圍巖所產(chǎn)生的松動壓力，以及彈性支承

56、對支護構(gòu)造的彈性抗力。所產(chǎn)生的松動壓力，以及彈性支承對支護構(gòu)造的彈性抗力。彈性地基梁彈性地基梁(含曲梁和圓環(huán)含曲梁和圓環(huán))法法 彈性延續(xù)框架彈性延續(xù)框架(含拱形含拱形)法法假定抗力法假定抗力法當脆弱地層對構(gòu)造變形的約束當脆弱地層對構(gòu)造變形的約束才干較差時才干較差時(或襯砌與地層間的或襯砌與地層間的空隙回填、灌漿不密實時空隙回填、灌漿不密實時) 部分變形實際計算法部分變形實際計算法共同變形實際計算法共同變形實際計算法 圍巖與支護構(gòu)造相互作用的處置方法：圍巖與支護構(gòu)造相互作用的處置方法：自動荷載方式自動荷載方式自動荷載加被動荷載圍巖彈性約束、彈性抗力的方式自動荷載加被動荷載圍巖彈性約束、彈性抗力的

57、方式實踐荷載方式實踐荷載方式二、隧道襯砌受力變形特點圖5-25 隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力變形特點三、隧道襯砌接受的荷載一自動荷載二被動荷載即圍巖的彈性抗力1、主要荷載、主要荷載2、附加荷載、附加荷載它是指長期及經(jīng)常作用的荷載，如圍巖松動壓力、支護構(gòu)它是指長期及經(jīng)常作用的荷載，如圍巖松動壓力、支護構(gòu)造的自重、地下水壓力及列車、汽車活載等。造的自重、地下水壓力及列車、汽車活載等。它是指偶爾的、非經(jīng)常作用的荷載，如溫差應(yīng)力、施工荷它是指偶爾的、非經(jīng)常作用的荷載，如溫差應(yīng)力、施工荷載、灌漿壓力、凍脹力及地震力等。載、灌漿壓力、凍脹力及地震力等。一自動荷載二被動荷載即圍巖的彈性抗力iiiiK所謂彈性抗力就是指由

58、于支護構(gòu)造發(fā)生向圍巖方向的所謂彈性抗力就是指由于支護構(gòu)造發(fā)生向圍巖方向的變形而引起的圍巖對支護構(gòu)造的約束反力。變形而引起的圍巖對支護構(gòu)造的約束反力。 支護構(gòu)造外表某點支護構(gòu)造外表某點i的位移即對應(yīng)的圍巖外表某點的緊縮變形的位移即對應(yīng)的圍巖外表某點的緊縮變形 在該點處圍巖和構(gòu)造相互作用的反力在該點處圍巖和構(gòu)造相互作用的反力 K圍巖的彈性反力系數(shù)圍巖的彈性反力系數(shù)四、隧道襯砌構(gòu)造的計算方法4檢算襯砌截面的承載力檢算襯砌截面的承載力 一自動荷載方式二自動荷載加被動荷載方式隧道支護構(gòu)造計算的主要內(nèi)容：隧道支護構(gòu)造計算的主要內(nèi)容：1按工程類比如法初步擬定襯砌斷面的幾何尺寸按工程類比如法初步擬定襯砌斷面的

59、幾何尺寸2確定作用在襯砌構(gòu)造上的荷載確定作用在襯砌構(gòu)造上的荷載3按構(gòu)造力學方法進展力學計算，求出截面的內(nèi)力彎矩和軸力按構(gòu)造力學方法進展力學計算，求出截面的內(nèi)力彎矩和軸力一自動荷載方式1、彈性固定的無鉸拱、彈性固定的無鉸拱2、圓形襯砌、圓形襯砌適用于這類計算方式的常有半襯砌。用先拱后墻施工時，先適用于這類計算方式的常有半襯砌。用先拱后墻施工時，先作好的拱圈在挖馬口前的任務(wù)情況也是這種半襯砌。這種拱作好的拱圈在挖馬口前的任務(wù)情況也是這種半襯砌。這種拱圈的拱腳支承在彈性圍巖上，故稱彈性固定無鉸拱。半襯砌圈的拱腳支承在彈性圍巖上，故稱彈性固定無鉸拱。半襯砌拱圈的拱矢和跨度比值普通是不大的，當豎向荷載作

60、用時，拱圈的拱矢和跨度比值普通是不大的，當豎向荷載作用時，大部分情況下，拱圈都是向坑道內(nèi)變形，不產(chǎn)生彈性抗力。大部分情況下，拱圈都是向坑道內(nèi)變形，不產(chǎn)生彈性抗力。建筑在軟土地層中的圓形襯砌，也經(jīng)常按自動荷載方式進建筑在軟土地層中的圓形襯砌，也經(jīng)常按自動荷載方式進展構(gòu)造計算。接受的荷載主要有土壓力、水壓力、構(gòu)造自展構(gòu)造計算。接受的荷載主要有土壓力、水壓力、構(gòu)造自重和與之相平衡的地基反力。重和與之相平衡的地基反力。半襯砌的計算半襯砌的計算圓形隧道襯砌的自在變形法圓形隧道襯砌的自在變形法二自動荷載加被動荷載方式n襯砌構(gòu)造在自動荷載作用產(chǎn)生的彈性抗力的大小和分布形狀取決于襯襯砌構(gòu)造在自動荷載作用產(chǎn)生的