隧道工程施工案例教程 課件 第11講 信息反饋方法及經(jīng)驗(yàn)方法

第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理四、剪切滑移破壞法(一)剪切滑移體的形成如開(kāi)挖的圓形坑道，在荷載(垂直荷載大于側(cè)向荷載)作用下，在水平直徑的兩側(cè)形成壓應(yīng)力集中而產(chǎn)生剪切滑移面，隨著壓應(yīng)力的不斷增加，剪切滑移面不斷地向水平直徑的上下方且與最大主應(yīng)力軌跡線成45°-φ/2(φ為圍巖內(nèi)摩擦角)方向擴(kuò)展。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理由于圍巖受剪而松弛，產(chǎn)生應(yīng)力釋放，當(dāng)圍巖的應(yīng)力較小，剪切滑移面不再繼續(xù)擴(kuò)展時(shí)，則在坑道水平直徑兩端形成兩個(gè)剪切楔形滑移塊體。剪切楔形滑移體第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理

在無(wú)支護(hù)情況下，兩楔形滑移塊體，由于剪切而與圍巖體分離，向坑道內(nèi)移動(dòng)。D(1.5~1.8)D第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理之后，上下部分圍巖體由于楔形塊體滑移而失去支承力，產(chǎn)生撓曲破壞而坍塌，最后形成一個(gè)暫時(shí)穩(wěn)定的垂直橢圓形洞室。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理第五節(jié)信息反饋方法及經(jīng)驗(yàn)方法信息反饋法(或監(jiān)控法）：為了確保隧道工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全，必須在施工階段監(jiān)控量測(cè)由隧道開(kāi)挖引起的圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)中位移和應(yīng)力變化等信息，并根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷是否需要修改預(yù)先設(shè)計(jì)的支護(hù)結(jié)構(gòu)和施工流程。

它的特點(diǎn)是能反映隧道開(kāi)挖后圍巖的實(shí)際應(yīng)力及變形狀態(tài)，使得設(shè)計(jì)和施工與圍巖的實(shí)際動(dòng)態(tài)相匹配。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理一、信息反饋方法的設(shè)計(jì)流程

施工前的預(yù)計(jì)，是在認(rèn)真研究勘測(cè)資料和地質(zhì)調(diào)查成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，對(duì)新奧法施工的隧道可按照下圖來(lái)確定和修正支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)和施工流程，以實(shí)現(xiàn)隧道工程的最優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理研究定測(cè)資料掌握圍巖的各種性狀和隧道的環(huán)境條件·斷面形式及幾何尺寸擬定·襯砌類型及參數(shù)的選擇施工前·預(yù)留變形量·選擇施工方法與施工順序預(yù)設(shè)計(jì)·現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)·必要時(shí)作輔助施工措施設(shè)計(jì)·防排水設(shè)計(jì)修正設(shè)計(jì)信息反饋開(kāi)挖

初期支護(hù)施工地質(zhì)調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)穩(wěn)定性判據(jù)二次襯砌結(jié)束是否根據(jù)需要施作防水層圍巖－支護(hù)體系是否穩(wěn)定？支護(hù)是否合理？第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理

信息化施工的理論核心是反演分析方法的運(yùn)用。

信息化施工設(shè)計(jì)包括三個(gè)方面的內(nèi)容：現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和處理信息反饋第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理二、信息反饋方法

在隧道工程中所采用的反饋方法有兩大類：理論反饋法：對(duì)初步設(shè)計(jì)和施工效果進(jìn)行理論分析判別隧道穩(wěn)定性，修正設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方法。經(jīng)驗(yàn)反饋法：直接利用量測(cè)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)(位移值、位移速率、位移速率變化率等)進(jìn)行對(duì)比，判斷隧道的穩(wěn)定性。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理(一)圍巖物理力學(xué)參數(shù)的反分析利用施工監(jiān)測(cè)位移的反分析，能獲得反映等效圍巖的和施工實(shí)際的宏觀條件下的圍巖物理力學(xué)參數(shù)，根據(jù)反分析方法不同又有逆反分析法、直接反分析法、圖解法等。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理1.直接反饋法，亦稱正算法先按工程類比法確定計(jì)算參數(shù)后，用分析方法求解隧道周邊的位移值，并與量測(cè)到的隧道周邊位移值進(jìn)行比較，當(dāng)兩者有差異時(shí)，修正原先假定的計(jì)算參數(shù)，重復(fù)計(jì)算直至兩者之差符合計(jì)算精度要求時(shí)為止。最后所用的計(jì)算參數(shù)即為圍巖的力學(xué)參數(shù)。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理2.間接反饋法，亦稱逆算法根據(jù)施工中量測(cè)到的隧道周邊位移值，用數(shù)值分析方法來(lái)反算出主要的計(jì)算參數(shù)，并依此進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。由于所需反算的主要參數(shù)(如初始地應(yīng)力狀態(tài)，圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)等)不同，其采用的計(jì)算方法也不同。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理(二)隧道極限位移實(shí)測(cè)最大相對(duì)位移值或預(yù)測(cè)相對(duì)位移值不大于極限相對(duì)位移值的2/3，可認(rèn)為初期支護(hù)達(dá)到穩(wěn)定，如果大于極限相對(duì)位移值的2/3，意味著圍巖不穩(wěn)定或支護(hù)系統(tǒng)工作狀態(tài)不安全，需要加強(qiáng)。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理洞室穩(wěn)定性或可靠性分析的關(guān)鍵和難點(diǎn)是位移極限值(或稱位移強(qiáng)度)的確定。位移極限值是洞室所處圍巖性質(zhì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)形狀和施工等條件的綜合反映。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理(1)極限位移表格查詢?cè)谑┕るA段可利用位移反分析求得的圍巖力學(xué)指標(biāo)和荷載分布狀況，通過(guò)計(jì)算模擬取出極限位移。(2)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范提供的設(shè)計(jì)參數(shù)或反分析確定的物性參數(shù)計(jì)算極限位移1.根據(jù)位移量測(cè)值或預(yù)計(jì)最終位移值判斷第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理

對(duì)某一開(kāi)挖斷面來(lái)講，從開(kāi)始產(chǎn)生位移到它穩(wěn)定為止，從變形曲線可分為三個(gè)階段：變形急劇增長(zhǎng)階段——變形速率大于1mm/d；變形速率緩慢增長(zhǎng)階段——變形速率1~0.2mm/d；基本穩(wěn)定階段——變形速率小于0.2mm/d。

位移速率是以每天的位移量來(lái)表示的。2.根據(jù)位移速率判斷圍巖穩(wěn)定性第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理(1)基本穩(wěn)定區(qū)主要標(biāo)志為變形速率逐漸下降，即＜0，表明圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài)。3.根據(jù)位移－時(shí)間曲線(位移時(shí)態(tài)曲線)形態(tài)判斷第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理(2)過(guò)渡區(qū)變形速率保持不變，即=0。表明圍巖向不穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展，須發(fā)出警告，加強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理(3)破壞區(qū)變形速率逐漸增大，即＞0。表明圍巖已進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)，須停工，進(jìn)行加固。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理應(yīng)用：根據(jù)量測(cè)結(jié)果可按變形管理等級(jí)指導(dǎo)施工。變形管理等級(jí)第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理4.隧道失穩(wěn)的經(jīng)驗(yàn)先兆：局部塊石坍塌或?qū)訝钆?，噴層的大量開(kāi)裂；累計(jì)位移量已達(dá)極限位移的2/3，且仍未出現(xiàn)收斂減緩的跡象；每日的位移量超過(guò)極限位移的10％；洞室變形有異常加速，即在無(wú)施工干擾時(shí)的變形速率加大。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理第六節(jié)隧道襯砌結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)概要

影響鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素就是結(jié)構(gòu)物所處的環(huán)境。

將混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別分為碳化環(huán)境、氯鹽環(huán)境、化學(xué)侵蝕環(huán)境、凍融破壞環(huán)境和磨蝕環(huán)境。一、影響鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)耐久性的因素第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理碳化環(huán)境第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理氯鹽環(huán)境第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理化學(xué)侵蝕環(huán)境第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理凍融破壞環(huán)境第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理磨蝕環(huán)境

高速列車運(yùn)行引起的壓力波動(dòng)以及列車振動(dòng)作用也是影響結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理

耐久性應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：明確混凝土結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境類別與環(huán)境作用等級(jí)；二、復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)提出混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限；提出與結(jié)構(gòu)耐久性有關(guān)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施；提出混凝土原材料品質(zhì)要求、配合比的主要參數(shù)及耐久性的具體指標(biāo)第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理提出確?；炷聊途眯缘氖┕べ|(zhì)量關(guān)鍵控制要求與措施；確定鋼筋混凝土保護(hù)層厚度；提出對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)采取的防腐蝕附加措施；明確結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中的檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)、維修或局部更換的要求。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理(一)初期支護(hù)的耐久性1.噴混凝土在腐蝕性嚴(yán)重的場(chǎng)合，噴混凝土的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于二次襯砌混凝土的強(qiáng)度等級(jí)；2.錨桿噴混凝土的強(qiáng)度要滿足長(zhǎng)期強(qiáng)度（28d）的要求，且1d的抗壓強(qiáng)度不宜小于10MPa。錨桿宜采用全長(zhǎng)灌漿式錨桿，并應(yīng)設(shè)置墊板。第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理(二)二次襯砌的耐久性3.鋼架鋼架，靠圍巖側(cè)的保護(hù)層厚度不小于4cm，靠另一側(cè)不小于3cm?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性研究鋼筋銹蝕

凍融循環(huán)

堿—骨料反應(yīng)化學(xué)作用混凝土配比抗力變化荷載變化材料學(xué)科工程結(jié)構(gòu)學(xué)科第五章隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理(三)復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)原則及方法高速鐵路隧道復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)的耐久性，應(yīng)考慮環(huán)境因素的影響進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)環(huán)境對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)侵蝕作用很小或無(wú)侵蝕作用時(shí)，可考慮初期支護(hù)和二次襯砌共同承