隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概要及計(jì)算方法

隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概要及計(jì)算方法主講人馮冀蒙博士

荷載結(jié)構(gòu)模式計(jì)算方法地層結(jié)構(gòu)模式計(jì)算方法復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單層襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

TBM管片襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)襯砌結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)概要主要內(nèi)容第一節(jié)荷載結(jié)構(gòu)模式計(jì)算方法——圍巖壓力1、圍巖壓力的基本概念：廣義地講，我們將圍巖二次應(yīng)力狀態(tài)的全部作用稱(chēng)為圍巖壓力。對(duì)于無(wú)支護(hù)的毛洞：使圍巖承載圈受力變形的,洞室開(kāi)挖后的二次應(yīng)力狀態(tài)就可稱(chēng)為圍巖壓力；當(dāng)然，對(duì)于有支護(hù)結(jié)構(gòu)的洞室，自然把作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用或荷載稱(chēng)為圍巖壓力。圍巖壓力按其作用方向，可分為垂直壓力、水平側(cè)向壓力和底部壓力

。一、圍巖壓力

2、圍巖壓力的種類(lèi)

目前，根據(jù)形成圍巖壓力的成因不同，將圍巖壓力分為四類(lèi)，即形變壓力、松動(dòng)壓力、沖擊壓力和膨脹壓力。

一、圍巖壓力

應(yīng)力集中→形成塑性區(qū)→發(fā)生向坑道內(nèi)位移→塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大→坑道圍巖松弛、崩塌、破壞等幾個(gè)過(guò)程定義:變形巖體引起的擠壓力或支護(hù)抑制變形引起的擠壓力形變壓力

彈性變形壓力塑性變形壓力流變壓力影響因素：原始應(yīng)力、巖體力學(xué)性質(zhì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度和支護(hù)時(shí)間。

定義:開(kāi)挖陰而松計(jì)動(dòng)或傾塌落波的巖上體，曉以重帽力形吃式直旱接作編用在屯支護(hù)胡上的部壓力松動(dòng)猛壓力自然荒平衡網(wǎng)拱：洞室恥的開(kāi)轎挖，誓若不自進(jìn)行盜任何乓支護(hù)貝，周蒜圍巖畏體會(huì)雀經(jīng)過(guò)蒙應(yīng)力族重分赴布→螞變形換→開(kāi)封裂→飾松動(dòng)煎→逐醬漸塌蓬落的得過(guò)程超，在驗(yàn)坑道捕的上須方形標(biāo)成近朝似拱饒形的孩空間撒后停獎(jiǎng)止塌論落。定義:由于嫩圍巖級(jí)膨脹瞎崩解襖而引濃起的既壓力膨脹飽壓力下面谷講述形變偉壓力和松動(dòng)能壓力的計(jì)算定義:又稱(chēng)巖爆，它礦是在命積聚腳了大栗量的羨彈性鍬變形梁能的勇圍巖辭，開(kāi)澇挖突毫然釋慈放出浸來(lái)時(shí)餐所產(chǎn)艦生的藏壓力沖擊誰(shuí)壓力形變壓力輛的計(jì)樓算作用繪在支替護(hù)上芝的形和變壓瞞力，鑰在工燭程中旗采用暢的主艙要是塑性張變形馳壓力塑性捕變形違壓力視的計(jì)機(jī)算形變壓力間的計(jì)矮算最小睜圍巖擊（形螞變）征壓力閉的計(jì)貴算一般鍬情況活要求升：只有碌知道才能沸確定臉最佳愁支護(hù)福結(jié)構(gòu)尤或最失佳支抽護(hù)時(shí)購(gòu)間；最小懷圍巖鞭壓力你和圍支巖允裂許位扶移是缺等價(jià)瞎的。目前對(duì)于壁兩者森都沒(méi)衛(wèi)有較縣好的薦計(jì)算女方法懂；對(duì)于的情跟況，劃我們鋼提出釘一種準(zhǔn)估算寫(xiě)方法凝。形變壓力器的計(jì)筆算最小怨圍巖烤（形她變）央壓力棉的計(jì)利算分析注過(guò)程實(shí)際券作用升在支下護(hù)上界的壓鼠力應(yīng)室該是延重力搖和形盯變壓挖力的嗽疊加漲，故（按都三角勞形面劣積計(jì)忙）松動(dòng)壓力以的計(jì)隙算深埋隧道復(fù)松動(dòng)腰壓力菌計(jì)算①統(tǒng)計(jì)帽法——我國(guó)《鐵路武隧道脅設(shè)計(jì)毛規(guī)范》推薦京方法②州普氏誤理論③呀太沙全基理吉論松動(dòng)壓力因的計(jì)醬算深埋隧道脫松動(dòng)醋壓力棄計(jì)算①統(tǒng)計(jì)冒法——我國(guó)《鐵路覺(jué)隧道已設(shè)計(jì)攏規(guī)范》推薦防方法松動(dòng)壓力制的計(jì)桃算深埋隧道昨松動(dòng)者壓力啊計(jì)算①統(tǒng)計(jì)御法——我國(guó)《鐵路框隧道目設(shè)計(jì)耐規(guī)范》推薦會(huì)方法松動(dòng)壓力曲的計(jì)滅算深埋隧道蜜松動(dòng)戚壓力乒計(jì)算②普氏汽理論松動(dòng)壓力育的計(jì)牌算深埋隧道壩松動(dòng)獅壓力朝計(jì)算②普氏兩理論堅(jiān)硬裝巖體坑中，英坑道聲側(cè)壁菜穩(wěn)定橫，天妹然拱扮跨度剩就是造隧道樂(lè)寬度松散熊和破甲碎巖澡體中惜，坑騎道側(cè)武壁受超擾動(dòng)狗而滑渾移，鋒天然作拱跨婚度也陽(yáng)相應(yīng)星加大b=件bt(bt為隧沈道的汪凈寬個(gè)度的玩一半)松動(dòng)壓力禾的計(jì)吊算深埋隧道糊松動(dòng)密壓力屢計(jì)算②普氏鞠理論天然模拱高稅度的拖計(jì)算幕：圍巖獎(jiǎng)豎向畢的勻椒布松負(fù)動(dòng)壓金力，寨則為凍：圍巖雄水平墳的勻叔布松利動(dòng)壓依力按仿朗肯際公式偏計(jì)算籃：松動(dòng)壓力區(qū)的計(jì)鄰算深埋隧道費(fèi)松動(dòng)亞壓力餡計(jì)算③太沙逆基理?yè)煺撊?1，則與夠普氏光理論約的公贈(zèng)式一刮致松動(dòng)壓力爺?shù)挠?jì)避算淺埋隧道松動(dòng)反壓力朝計(jì)算先來(lái)煙說(shuō)說(shuō)魄深、安淺埋或的判雙別由埋坐深經(jīng)定驗(yàn)判孫定：由埋共深與猾天然犬拱高擱度關(guān)忽系確腳定：松動(dòng)壓力查的計(jì)躲算淺埋隧道松動(dòng)晌壓力蔬計(jì)算①考慮省兩側(cè)綢巖體竹挾持篇作用講時(shí)的警計(jì)算靠方法滑動(dòng)織巖體估的重計(jì)力=滑面胃上的告阻力+支護(hù)尖反作虧用力傭（圍攔巖松得動(dòng)壓懸力）圍巖芒松動(dòng)標(biāo)壓力=滑動(dòng)謎巖體啊重力-滑面續(xù)上的鑼阻力松動(dòng)壓力拋的計(jì)場(chǎng)算淺埋隧道松動(dòng)壇壓力遭計(jì)算①考慮盞兩側(cè)旗巖體醫(yī)挾持調(diào)作用駁時(shí)的悶計(jì)算念方法松動(dòng)壓力撒的計(jì)邀算淺埋隧道松動(dòng)裙壓力勒計(jì)算①考慮丙兩側(cè)燒巖體之挾持兔作用缺時(shí)的淺計(jì)算綁方法松動(dòng)壓力考的計(jì)果算淺埋隧道松動(dòng)扒壓力庫(kù)計(jì)算②全自居重型襯的計(jì)辜算方鎮(zhèn)法松動(dòng)壓力寶的計(jì)壞算有地幅下水拆時(shí)土讓壓力眾的計(jì)算①豎向婦壓力群：②側(cè)向禁壓力么：對(duì)于沙砂性樹(shù)土可鹽采用恥水壓動(dòng)力與概土壓僻力分剛開(kāi)計(jì)枯算式中飄的

i為各奇層圍沖巖的牲重度琴，地下富水位倍以上勉的土萍體采可用天乘然重床度

額

及對(duì)荷應(yīng)的摟側(cè)壓忙力系壤數(shù);水位膊以下木的土錫體采痰用有邁效重趙度

響

缸

及對(duì)夠應(yīng)的雄側(cè)壓修力系殊數(shù)

計(jì)算沙土壓色力。對(duì)于左砂性浴土可封采用鉗水壓殼力與帖土壓塔力合政算松動(dòng)壓力俘的計(jì)臨算有地恐下水命時(shí)土誦壓力殼的計(jì)算③地基洪反力個(gè)：一般股位于耀地下翻水位中中的漆結(jié)構(gòu)襖要做刷成閉宮合的廉，因援此，在要承決受地趨基反袋力。地層杯反力原沿襯耐砌寬寶度呈妙豎向街均勻摘分布脹，其猴數(shù)值表與各蓮種豎健向壓轎力的乳總和煎相平姿衡。包括合結(jié)構(gòu)趟自重灘、上做部圍昨巖壓文力（幟土壓軍力及嫁水壓山力）磁及附氏加的佳路面侵荷載軋等。第二褲節(jié)荷載鄙結(jié)構(gòu)畏模式黑計(jì)算追方法——結(jié)構(gòu)否力學(xué)班計(jì)算錦方法一、偶荷載賞結(jié)構(gòu)硬模型鴿計(jì)算膛原理它將來(lái)支護(hù)旱結(jié)構(gòu)倘和圍冠巖分?jǐn)篱_(kāi)來(lái)勒考慮:（1）支護(hù)攪結(jié)構(gòu)稍是承劃載主悔體，循圍巖廟作為育荷載稅的來(lái)初源和乓支護(hù)費(fèi)結(jié)構(gòu)惠的彈挑性支稱(chēng)承（2）隧逮道支績(jī)護(hù)與辮圍巖址的相輛互作創(chuàng)用是兼通過(guò)彈性棕支承對(duì)支屬護(hù)結(jié)賤構(gòu)施它加約懷束來(lái)桑體現(xiàn)宿的（3）圍治巖的凈承載撥能力拉則在偽確定貿(mào)圍巖焦壓力趣和彈疤性支魂承的厚約束丹能力艦時(shí)間接術(shù)地考慮二、薦常用較的計(jì)身算模桐型和規(guī)計(jì)算此方法主動(dòng)員荷載饑模型假定躍彈性喚反力賭模型計(jì)算納彈性廟反力塔模型常用祥計(jì)算土模型主動(dòng)脂荷載士模型適用收于圍巖攤與支有護(hù)結(jié)束構(gòu)“剛度壇比”較小，兆或飽曲和含保水或塔用于兇初步憲設(shè)計(jì)二、愿常用獻(xiàn)的計(jì)鐮算模拌型和儲(chǔ)計(jì)算護(hù)方法主動(dòng)芹荷載放模型假定困彈性悶反力須模型計(jì)算鈔彈性皮反力孝模型常用蓮計(jì)算膜模型假定介彈性靠反力掘模型幾乎首能適少用于所有湖圍巖擋類(lèi)型，只跌不過(guò)受抗力錘的大山小和喬范圍值不同舒而已二、呼常用應(yīng)的計(jì)背算模民型和網(wǎng)計(jì)算累方法主動(dòng)殘荷載姿模型假定養(yǎng)彈性脫反力探模型計(jì)算控彈性修反力引模型常用搏計(jì)算獻(xiàn)模型計(jì)算杰彈性接反力錦模型如彈搶性地飄基上攻的閉屆合框順架、舉彈性據(jù)支承巧法等1矩形城框架漿結(jié)構(gòu)2裝配算式襯油砌（壺圓形閘結(jié)構(gòu)橫）3拱形亮結(jié)構(gòu)重點(diǎn)動(dòng)講述!與結(jié)別構(gòu)形籠式相聞適應(yīng)錦的計(jì)袖算方盼法二、衛(wèi)常用沾的計(jì)魚(yú)算模饞型和旦計(jì)算徹方法—拱形越結(jié)構(gòu)與結(jié)認(rèn)構(gòu)形逗式相進(jìn)適應(yīng)攝的計(jì)睛算方驚法二、累常用瓦的計(jì)修算模墨型和祖計(jì)算委方法半拱楚結(jié)構(gòu)明：不道考慮勁彈性靜反力曲墻努式襯廈砌：流假定龍彈性底反力直墻高式襯剩砌：受假定柔彈性斑反力+彈性師地基難梁計(jì)算呈模型：①輪荷載-結(jié)構(gòu)飼模型②只困有豎禿向荷蹦載的掠作用抖，無(wú)渠側(cè)向振荷載勸的作凡用半拱崇形結(jié)養(yǎng)構(gòu)計(jì)密算適用鼻條件：①釀地質(zhì)兔條件孝好，案不需唇修邊賺墻的趙山嶺京隧道敘；輸②大香型落門(mén)地拱塘結(jié)構(gòu),如飛壩機(jī)庫(kù)序；半拱春形結(jié)序構(gòu)的躬適用已條件失及計(jì)財(cái)算模鞋型用結(jié)惱構(gòu)軸礙線(xiàn)代辭替原阿襯砌德的橫臥斷面,縱向乘長(zhǎng)度糟取1m；拱腳液彈性恰固定因在圍仆巖上探，相羽當(dāng)于應(yīng)彈性邪固定冷的無(wú)朱鉸拱;因拱喚腳截格面的用剪力憶很小寫(xiě)，而除與圍繁巖間畜摩擦炭較大釋?zhuān)抒U徑向腿位移勁為0，用萬(wàn)徑向新剛性毛連桿甜表示;半拱兄形結(jié)槍構(gòu)計(jì)寧算計(jì)算榜圖式國(guó)、基價(jià)本結(jié)客構(gòu)及爹典型番方程敞的建延立半拱嘉形結(jié)孔構(gòu)計(jì)遠(yuǎn)算由于宋半拱齊圈的性拱矢證和跨座度的滴比值腎不大姜，在嬌豎向牽荷載倆的作乏用下歸，結(jié)圾構(gòu)為紙自由純變形余，無(wú)和彈性俊抗力(脫離配區(qū));因此暈，半逼拱形出結(jié)構(gòu)豎為拱貢腳彈單性固喬定的材無(wú)鉸豪拱（哈考慮德底部鵲地基則變形即），暫為三登次超例靜定錘結(jié)構(gòu)臥。計(jì)算稱(chēng)圖式充、基亭本結(jié)顆構(gòu)及恒典型宰方程乞的建閘立半拱竭形結(jié)索構(gòu)計(jì)扒算典型破方程核的建奇立正對(duì)率稱(chēng)的匹結(jié)構(gòu)吼，作陡用有比正對(duì)癥稱(chēng)的伍荷載澤，利至用對(duì)燭稱(chēng)性單，從課拱頂蓮切開(kāi)猴，取仍基本她結(jié)構(gòu)烏如右映圖半拱孔形結(jié)潔構(gòu)計(jì)倚算計(jì)算食關(guān)鍵漆：拱頂嚇單位姿位移膜和荷雅載位攝移的榆計(jì)算羊；拱腳爆位移乳的計(jì)怠算。1）拱雷頂單盾位位臣移和探荷載掀位移較的計(jì)驢算：根據(jù)仿結(jié)構(gòu)笑力學(xué)添中位差移計(jì)境算方愚法，沫可求股的某秋一點(diǎn)我在單霧位力滾作用拼下，油沿k方向渠的位孟移（奔忽略跳剪力赴作用偉）為限：1）拱杯頂單斗位位傅移和敗荷載暑位移頑的計(jì)僵算：將X1（彎充矩）五，X2（軸猶力）稼，X3（剪件力，消取零波）以菌及外兔荷載樂(lè)作用留下結(jié)罩構(gòu)各煌截面監(jiān)內(nèi)力挽代入任可得獄：1）拱胡頂單恥位位飾移和臘荷載臉位移斗的計(jì)炎算：?jiǎn)挝槐疚灰品浜秃筛廨d位嚇移的洋計(jì)算它分兩尿種情惕況：（1）當(dāng)妻半拱姨為一屑段規(guī)樂(lè)則圓簡(jiǎn)弧時(shí)惠，可藥直接熊積分懶計(jì)算牙；（2）當(dāng)缸半拱篩為多黑段圓忽弧時(shí)夸，將俘圓弧晨襯砌材分塊其，采巷用辛誼普生螺求和磁公式穴；典型臺(tái)方程半拱醒形結(jié)眼構(gòu)計(jì)房誠(chéng)算2）拱遭腳位乏移的侮計(jì)算斜：基本辜思路肅：求出膊拱腳先支承宇面在逮單位積力（算力矩進(jìn)、豎菜直力堵、水葛平力怕）作六用下蹲位移夜（轉(zhuǎn)女角、本水平存位移嶼）；求出賢贅余接力及忌外荷命載作樂(lè)用下榮的拱蒙腳反系力；由拱僑腳反蜘力與編各單媽位力溉位移發(fā)計(jì)算勾拱腳例位移2）拱逮腳位當(dāng)移的禿計(jì)算驢：（a）單管位力拋?zhàn)饔媒拢澳_伙支承品面的黃位移喉計(jì)算2）拱葬腳位為移的登計(jì)算摩：2）拱折腳位姜移的峽計(jì)算就：2）拱罪腳位頓移的授計(jì)算悠：2）拱好腳位蔽移的償計(jì)算?。海╞）拱儲(chǔ)腳支皇承反睡力的憲計(jì)算2）拱兇腳位前移的鍋計(jì)算俱：（c）拱倍腳位富移計(jì)央算3）襯乞砌截斤面內(nèi)瞧力的秧計(jì)算架：3）襯秩砌截之面內(nèi)吐力的刻計(jì)算雕：曲墻落拱形壇結(jié)構(gòu)透計(jì)算①計(jì)算匯圖示雜的建疏立用結(jié)構(gòu)發(fā)的軸勉線(xiàn)代替嘗原襯反砌斷估面;在計(jì)豆算中虧將拱住圈和規(guī)邊墻符作為部一個(gè)顧整體欣，把走它看傻成是庸一個(gè)支承視在彈載性圍遷巖上型的高每拱結(jié)舊構(gòu)；因底部摩擦以力很蕩大，無(wú)水植平位隊(duì)移；襯砌殖在以脹豎向尸壓力鍵為主塘的主桐動(dòng)荷孤載作們用下喪，拱她圈的頂部發(fā)生蔑向坑優(yōu)道內(nèi)映的變姐形不艷受?chē)鷷?huì)巖的些約束滿(mǎn)，形成僚“脫臟離區(qū)祖”。襯丸砌結(jié)居構(gòu)的側(cè)面部分蝴則壓劫向圍勻巖，形成鼻“彈馳性反蠅力區(qū)臂”，引騙起相懸應(yīng)的簽彈性雜反力銀。計(jì)算識(shí)原理曲墻醫(yī)拱形守結(jié)構(gòu)閣計(jì)算計(jì)算仆原理彈性尋反力研按蘇燥聯(lián)布屢加耶蠢娃法姻假定分布灰圖形羊?yàn)樵仑懷佬尉戏植伎睿竹{布圖饒形用3個(gè)特抬征點(diǎn)窮控制上零蒙點(diǎn)b（即脫鋼離區(qū)軟的邊駐界）炸與對(duì)燙稱(chēng)軸映線(xiàn)間跪的夾屠角一停般采毛用

下零約點(diǎn)a取在段墻底甲，因崗該處欠無(wú)水膝平位赤移；最大故彈性忘反力駁點(diǎn)h可假營(yíng)定在隔襯砌臺(tái)最大族跨度么處。曲墻遇拱形賽結(jié)構(gòu)罰計(jì)算計(jì)算東原理最大仙彈性臉?lè)戳ρ挈c(diǎn)以槐下圍巖纏彈性肢反力撤對(duì)于君襯砌瞞的變庫(kù)形還蝴會(huì)在圍巖徹與襯舍砌間滑產(chǎn)生消相應(yīng)婦的摩光擦力分布勝規(guī)律最大愈彈性湯反力鳥(niǎo)點(diǎn)以旋上曲墻吊拱形者結(jié)構(gòu)得計(jì)算計(jì)算處原理彈性廣地基怪上的伐高拱荷載：圍巖欺壓力彈性閥反力基底鋪位移（約束買(mǎi)）襯砌光與圍捆巖的霞摩擦宣力曲墻鋤拱形顆結(jié)構(gòu)箭計(jì)算計(jì)算復(fù)思路在結(jié)浪構(gòu)與腦荷載悔均為雕對(duì)稱(chēng)仙的條晨件下巡壽，可棗以從搞拱頂?shù)羟虚_(kāi)叔，以賣(mài)一對(duì)喘懸臂秘曲梁茫作為零基本簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)適，切載開(kāi)處失贅余扇力為X1、X2，剪羨力X3＝0。在主困動(dòng)荷喝載和彼彈性狐反力鑄作用必下，織根據(jù)噴拱頂飾相對(duì)難轉(zhuǎn)角際及相該對(duì)水廣平位龍移為似零的阻條件屢，可蝦以得圓到2個(gè)典鏟型方咱程式足；X1X2基本結(jié)構(gòu)利用h點(diǎn)變悟形協(xié)牢調(diào)條苦件來(lái)對(duì)增加1個(gè)方純程式住。根據(jù)晶疊加藥原理打，h點(diǎn)的其最終期位移爹即為:而h點(diǎn)的做位移事與該號(hào)點(diǎn)的曲彈性女反力婚存在鑰下述鎖關(guān)系辱：由以聽(tīng)上可伸以推洽導(dǎo)出浴：因此匙，綜擺上兩日點(diǎn)可辟得：X1X2基本結(jié)構(gòu)計(jì)算連關(guān)鍵退：拱頂燃單位鈔位移儉和荷使載位煙移的扭計(jì)算錢(qián)；墻腳夾位移巾的計(jì)巴算；最大旦跨度謝處荷插載位弦移的逗計(jì)算曲墻羅拱形圖結(jié)構(gòu)原計(jì)算1.求主萌動(dòng)荷樂(lè)載作往用下馳的襯掌砌內(nèi)范力曲墻捷拱形該結(jié)構(gòu)全計(jì)算1.求主清動(dòng)荷犯載作酬用下旁的襯阻砌內(nèi)