第7講輔助施工措施的力學(xué)分析

1、中南大學(xué)土木工程學(xué)院 隧道工程系第7講 隧道輔助施工措施的力學(xué)分析本講主要內(nèi)容：1、常用輔助施工措施2、管棚作用的力學(xué)分析3、鎖腳鋼管的力學(xué)分析 管棚隧道鐵路公路隧道隧道圖2.1（a）管棚應(yīng)用于下穿鐵路隧道圖2.1（b）管棚應(yīng)用于下穿公路隧道重載貨車雙層管棚建筑物雙層管棚隧道道路地鐵環(huán)線區(qū)間管棚新建車站圖2.1（c）管棚作為地表建筑物防護(hù)圖2.1（d）管棚作為地下建筑物防護(hù)變形縫變形縫管棚三車道隧道三車道隧道隧道管棚邊坡防護(hù)圖2.1（e）管棚應(yīng)用于淺埋偏壓隧道洞口圖2.1（f）管棚應(yīng)用于大斷面隧道圖2.1（h）管棚應(yīng)用軟塑地層隧道管棚圖2.1（g）管棚應(yīng)用于塌方地段處理塌方地段管棚隧道原地面線

2、地鐵大管棚小導(dǎo)管大管棚小導(dǎo)管地鐵( , )( , )p x ykx y21( , )ssPx yEr22rxy2221( , )( , )()()ssqx yd dExy 2( , )( , )( , )pP x ykx yGx yzx剪切層剪切層Pxz剪切層Pxzzx剪切層q(a)基本模型(b)集中荷載(d)均布柔性荷載(c)剛性荷載BCyhF圍 巖鋼 拱 架初 期 支 護(hù)掌子面破 裂 面xq=hqA管 棚ashqH H245o-(452)odh tg管棚RHii洞 軸線oqi=Hiei=(a)(b)tibiqitibiqncossiniibt22()()i iiint ebqq2sin2R

3、0nqqbABCxyhDasd圍巖鋼拱架砼套拱初期支護(hù)p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0ABCxyhDasd圍巖鋼拱架初期支護(hù)p(x) 45o-2掌子面破裂面y2dxdp(x)=k-Gp DCBxq(x)2ds(a)(b)q0M(x)Q(x)q(x)p(x)Q(x)+dQ(x)M(x)+dM(x)dxyx2q0p(x)=k-Gp ddx2Bds0+M(a)(b)0+Q+( )( )( )dQ xb p xq xdx0Y 0M 22( )( )022dxdxMMdMQdQ dxq xp x22( )( )(

4、 )( )dQ xdMxb p xq xdxdx( )( )dM xQ xdxM(x)Q(x)q(x)p(x)Q(x)+dQ(x)M(x)+dM(x)dxyx2q0p(x)=k-Gp ddx2Bds0+M(a)(b)0+Q+2233( )( )( )( )( )( )( )dxxdxdxM xEIdxdM xdxQ xEIdxdx 44( )( )( )dxEIb q xp xdxM(x)Q(x)q(x)p(x)Q(x)+dQ(x)M(x)+dM(x)dxyx2q0p(x)=k-Gp ddx2Bds0+M(a)(b)0+Q+22( )( )( )pdxp xkxGdx42*42( )( )(

5、)( )pdxdxEIG bkbxbq xdxdx1/2*/1PGkbbbABCxyhDasd圍巖鋼拱架砼套拱初期支護(hù)p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0404( )dxEIbqdx42*042( )( )( )pdxdxEIG bkbxbqdxdx42*42( )( )( )0pdxdxEIG bkbxdxdx0( )q xq( )0p x 0( )q xq22( )( )( )pdxp xkxGdx( )0q x 22( )( )( )pdxp xkxGdxABCxyhDasd圍巖鋼拱架砼套拱初期支護(hù)p

6、(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q044( )( )dxbq xdxEI321234( )xB xB xB xB0q4*0124q xEI432011234( )24qxxB xB xB xBEIABCxyhDasd圍巖鋼拱架砼套拱初期支護(hù)p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0*44kbEI4424421( )( )( )04pGdxdxxdxkdx 4424104pGrrk31234( )cossincossinxxxeC

7、x CxeCx CxABCxyhDasd圍巖鋼拱架砼套拱初期支護(hù)p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0*212342( )cossincossinxxxeCxCxeCxCx*02*1 chcosqxsdxsdkb 23|x s dx s d (1)(1)2233|x s dx s dx s dx s d ABCxyhDasd圍巖鋼拱架砼套拱初期支護(hù)p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q03|0 x3|0 x120CC、 100

8、|x(1)1010|0 xx40B30B、 12|x sx s(1)(1)12|x sx s(2)(2)12|x sx s(3)(3)12|x sx s、 ABCxyhDasd圍巖鋼拱架砼套拱初期支護(hù)p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0、 、 、 01023235363324546445556536566640001000010001321062006000BBsssBssBsCC、 、 、 01023235363324546445556536566640001000010001321062006000BB

9、sssBssBsCC3536454622552256323265cossinsincoscossin2sincos2cossin3sin3cossssssssesesessessessessess 3232664003*3004*22005*3006*3cos3sin1cosch24cosshchsin62sinsh22chsincosshsessqqsddEIkbqqsddddEIkbqqsddEIkbqqsddddEIkb 100|x(1)1010|0 xx40B30B12|x sx s(1)(1)12|x sx s(2)(2)12|x sx s(3)(3)12|x sx sABCxyhD

10、asd圍巖鋼拱架初期支護(hù)p(x) 45o-2掌子面破裂面y2dxdp(x)=k-Gp DCBxq(x)2ds(a)(b)q0(2)(2)12|x s dx s d (3)(3)12|x s dx s d 、 ABCxyhDasd圍巖鋼拱架砼套拱初期支護(hù)p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0、 、 、 1020323536373833245464748445556575815656667682675767778385868788400010000000010001321062006000000000000BBs

11、ssBssBsCCCC 0ABCxyhDasd圍巖鋼拱架砼套拱初期支護(hù)p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0、 、 、 353637384546474855cossincossinsincoscossinsincoscossinssssssssesesesesessessessesse 22225622572258323265323266672sincos2cossin2sincos2cossin3sin3cos3cos3sinssssssssessessessessesse 3232323268()2275

12、()2276()22773sin3cos3cos3sin2sincos2cossin2sincosssdsdsdsssessedsdsedsdsedsds ()22782cossindsedsds ABCxyhDasd圍巖鋼拱架砼套拱初期支護(hù)p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0、 、 、 ()323285()323286()323287()32328833sin3cos3cos3sin3sin3cos3cos3sindsdsdsdsedsdsedsdsedsdsedsds 400*3004*22005*30

13、06*1cosch24cosshchsin62sinsh22chsincosshqqsddEIkbqqsddddEIkbqqsddEIkbqqsddddEIkb ABCxyhDasd圍巖鋼拱架初期支護(hù)p(x) 45o-2掌子面破裂面y2dxdp(x)=k-Gp DCBxq(x)2ds(a)(b)q0、 ( )( )dxxdx22( )( )dxM xEIdx 3*3( )( )( )pdxdxQ xEIG bdxdx ，、 22( )( )( )pdxp xkxGdx、 ，、 ABChD圍巖鋼拱架砼套拱初期支護(hù)45o-2掌子面破裂面E2dxdp( )=k-Gp EDCBq0q( , )2q0e

14、h=q0p( )p( , )eh=q0o(a)(b)(c)asdsd、 ，、 ABChDasd圍巖鋼拱架初期支護(hù)p(x) 45o-2掌子面破裂面DCBds(a)oeh=q0p( )eh=q0q0p( )=k-Gp ddx2q0q( , )(b)(c)、 ，、 122121221212100000 xyzNNSSqqNQQqRMMMMQQ RN2SN2SN1SSN1qzxqyqnqnp22222222222242110221110221112nnvwuRuwvRuvwtwqpRRREt 2111121314222332122cossincossin1chcoscossinmnnmmammR qw

15、eCCeCCEtkRR qwwbsdbsdEtweCbCb 2111223344222212223242cossincossincossincossinmmnaanmmmmR qweCCeCCEtkRR qweCbCbeCbCbEtkR )()2(2csccssRRAAQsc )2(sssRAN ( , )( , )p x ykx y00010234231( )( )( )( )( )MPy xy F xF xF xF xEIEI1( )()cos()F xchxx21( )()sin()()cos()2F xchxxshxx3( )()sin()F xshxx41( )()sin()()cos()2F xchxxshxx0y00M0Q44kbEI、 xFEIPxFxFyxy4320101、001024300102431( )( )( )( )0( )1(