【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 i? ； B坑道寬度；當(dāng) B5m 時(shí)， i= 當(dāng) B5m 時(shí)， i=） 2） 等效荷載高度 ?qhq? 3） 深淺埋判別 pp hH )~2(? （礦山法施工下， 1~3 級(jí)圍巖 pp hH 2? ， 4~6 級(jí)圍巖 pp hH ? ） 深埋隧道 （ H=Hp） 淺埋隧道 （ hqHHp） 松散圍巖 （ Hhq） 深埋隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力計(jì)算 垂直均布?jí)毫Γ?hq ?? ?*2* 1?? sh 淺埋隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力計(jì)算 垂直均布?jí)毫Γ?Hq ?? （ H為隧道埋深，坑頂?shù)降孛婢嚯x ） 深埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法 我國(guó)隧道審計(jì)規(guī)范所推薦的方法 普氏理論 太沙基理論 淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法 h=hq 時(shí)，忽略滑面上的摩擦阻力，則圍巖垂直均布?jí)毫?hq ?? hhq 時(shí)，計(jì)算時(shí)要考慮滑面上阻力的影響。 圍巖壓力實(shí)測(cè)方法 1） 直接測(cè)量法： 直接量測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力，主要是采用在支護(hù)結(jié)構(gòu)背后埋設(shè)壓力盒的方法。 用這種方法所測(cè)得的圍巖壓力實(shí)際上是圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)之間的接觸應(yīng)力。 它可能是圍巖的松動(dòng)壓力，也可能是一種既包含松動(dòng)壓力又包括因支護(hù)結(jié)構(gòu)變形而引起的圍巖抗力。 2） 間接量測(cè)法 靠量測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變，從而推算出作用在其上的圍巖壓力的方法，是一種間接量測(cè)方法。為此，需要在支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)埋設(shè)各種應(yīng)變量測(cè)元件，例如：鋼弦式應(yīng)變計(jì) ，差動(dòng)電阻式應(yīng)變計(jì)，混凝土應(yīng)變磚等。 巖體力學(xué)模式求解方法 解析法 數(shù)值法 特征曲線法 剪切滑移破壞法 隧道工程的受力特點(diǎn) 1)荷載的模糊性 （ 初始地應(yīng)力復(fù)雜 ； 擾動(dòng)范圍、程度 ； 受工法、時(shí)間影響 ； 存在圍巖彈性抗力 ） 2)結(jié)構(gòu)的模糊性 （ 圍巖也是承載結(jié)構(gòu) 、 圍巖范圍不明確 、 圍巖承載能力不明確 ） 3)參數(shù)的模糊性 （ 非均質(zhì) 、 非連續(xù) 、 各向異性 ） 隧道結(jié)構(gòu)分析的基本流程 圍巖等級(jí)的確定 → 支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 → 圍巖和結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)的確定 → 圍巖和結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變分布 → 圍巖和結(jié)構(gòu)的分析、評(píng)價(jià) （反饋調(diào)整修正第一二步） 隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算 的理論體系 1)荷載 — 結(jié)構(gòu)模型 （ 適用于：過分松弛、坍塌圍巖 ） ◆ 以支護(hù)結(jié)構(gòu)作為承載主體和計(jì)算分析對(duì)象； ◆ 圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用體現(xiàn)為兩點(diǎn)：①圍巖壓力；②圍巖彈性抗力。圍巖自身承載力間接考慮。 ◆ 采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算。 2)地層 — 結(jié)構(gòu)模型 （ 適用于：圍巖具有自穩(wěn)和承載能力 ） ◆ 支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖視為一體，同為承載結(jié)構(gòu)和計(jì)算分析對(duì)象，且以圍巖作為承載主體； ◆ 支護(hù)結(jié)構(gòu)約束圍巖的變形； ◆ 采用巖體力學(xué)方法和數(shù)值計(jì)算； ◆ 圍巖體現(xiàn)為形變壓力。 隧道結(jié)構(gòu)分析評(píng)價(jià)的主要方法 1)結(jié)構(gòu)力學(xué)法 2)巖石力學(xué)法 3)監(jiān)測(cè)評(píng)估法 隧道結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型 1） 結(jié)構(gòu)力學(xué)模型（采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算適用于：模筑砼襯砌） 特點(diǎn)：以支護(hù)結(jié)構(gòu)作為承載主體 威嚴(yán)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用間接的體現(xiàn)為：圍巖壓力，圍巖彈性抗力 2） 巖體力學(xué)模型（適用于：錨噴支護(hù)） 特點(diǎn)：支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖視為一體，共同承受荷載，且圍巖作為承載主體 支護(hù)結(jié)構(gòu)約束圍巖變形，采用巖體力學(xué)計(jì)算方法，圍巖體現(xiàn)為形變壓力 直剛法 直接剛度法又叫矩陣位移法，以結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移為基本未知量，連接在同一節(jié)點(diǎn)各單元的節(jié)點(diǎn)位移應(yīng)該相等，并等于該點(diǎn)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移，同時(shí)作用于某一結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的 銀河在必須與該節(jié)點(diǎn)上作用的各單元節(jié)點(diǎn)力平衡 襯砌結(jié)構(gòu)分析的荷載結(jié)構(gòu)法 （ 1）荷載結(jié)構(gòu)法的基本原理 將支護(hù)和圍巖分開考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載的主體，圍巖作為荷載的來源和支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性支承，與其對(duì)應(yīng)的計(jì)算模型稱為荷載 — 結(jié)構(gòu)模型。 （ 2）隧道襯砌結(jié)構(gòu)的受力變形特征 圍巖對(duì)襯砌變形起雙重作用：圍巖產(chǎn)生主動(dòng)壓力使襯砌變形，又產(chǎn)生被動(dòng)壓力阻止襯砌變形。這種效應(yīng)的前提條件是圍巖與襯砌必須全面地緊密地接觸。 （ 3）隧道襯砌結(jié)構(gòu)承受的荷載 a）主動(dòng)荷載 主要荷載 （ 圍巖壓力 、 結(jié)構(gòu)自重 、 水壓力 、 車輛荷載 ） 附加荷載 （ 溫度荷載 、 凍脹 力 、 地震力 ） b）被動(dòng)荷載 圍巖彈性抗力 （ 4）幾種主要的荷載結(jié)構(gòu)模型 a）主動(dòng)荷載模型 b）主動(dòng)荷載 +被動(dòng)荷載模型 c）實(shí)測(cè)荷載模型 （ 5）結(jié)構(gòu)力學(xué)法流程 1）基本原理 ： 采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的矩陣位移法。 2）基本流程 ： 模型簡(jiǎn)化 （ 將隧道襯砌結(jié)構(gòu)沿其軸線簡(jiǎn)化為細(xì)桿 ）→ 單元?jiǎng)澐?（ 將細(xì)桿離散為依靠節(jié)點(diǎn)相互關(guān)聯(lián)的桿系；將支撐和彈性抗力簡(jiǎn)化為支撐鏈桿和彈簧單元。 ）→ 荷載處理和施加 （ 將作用在隧道結(jié)構(gòu)上的分布荷載靜力等效地轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)上的集中力。 ）→ 單元分析（ 以單元為 對(duì)象建立單元坐標(biāo)系，構(gòu)建節(jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)荷載之間的關(guān)系， 以單元?jiǎng)偠染仃嚨男问奖硎尽?）→ 整體分析 （ 以整體為 對(duì)象建立整體坐標(biāo)系，構(gòu)建全部節(jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)荷載之間的關(guān)系，以整體剛度矩陣的形式表示。 然后進(jìn)行求解，得到節(jié)點(diǎn)位移。 ）→ 評(píng)價(jià)分析（ 以節(jié)點(diǎn)位移為基礎(chǔ)，求解其它物理量，進(jìn)行評(píng)價(jià)。 ） 地層結(jié)構(gòu)法的基本原理 隧道開挖所引起的應(yīng)力重分布由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)體系共同承擔(dān)，從而達(dá)到新的應(yīng)力平衡； 由于支護(hù)結(jié)構(gòu)阻止圍巖變形，必然要受到圍巖給予的作用力而發(fā)生變形，這種作用力和圍巖的松動(dòng)壓力極不相同，它是在支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖共同變形過程中對(duì)支護(hù)施加的壓力，稱為“形變壓力”。 形變壓力 的大小和分布規(guī)律不僅與圍巖的特性有關(guān)，而且還取決于支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特性（剛度）。 地層結(jié)構(gòu)法的主要計(jì)算方法 解析法 數(shù)值法 特征曲線法 剪切滑移破壞法 地層結(jié)構(gòu)法的數(shù)值分析流程 1）為什么要采用數(shù)值分析方法 巖土介質(zhì)的復(fù)雜性 非均質(zhì) 非連續(xù) 各向異性 本構(gòu)關(guān)系復(fù)雜 工程結(jié)構(gòu)的多樣性 復(fù)雜形狀 復(fù)雜邊界條件 施工工序多樣 2）常用的數(shù)值分析方法有哪些 邊界單元法 原理：根據(jù)邊界積分原理，建立求解域內(nèi)的未知函數(shù)與邊界值之間的關(guān)系，將求解域內(nèi)的微分方程變換成求解邊界積分方程。進(jìn)一步將邊界離散為有限大小的邊界單 元，并在邊界單元上求解積分方程，同樣可以把積分方程變換成求解關(guān)于邊界節(jié)點(diǎn)未知量的代數(shù)方程組，然后，由邊界上的值可求解域內(nèi)任一點(diǎn)的函數(shù)值。 特點(diǎn)：數(shù)值分析的離散化僅在邊界上 3）有限單元法基本流程 問題的界定與簡(jiǎn)化 離散化 單元插值 單元分析，建立平衡方程 系統(tǒng)（整體）分析，建立結(jié)構(gòu)平衡方程 求解系統(tǒng)（整體）方程，計(jì)算單元位移 其它物理量的計(jì)算與分析 工程問題分析與評(píng)價(jià) 5）數(shù)值分析方法探討 可信度問題： A） 計(jì)算的準(zhǔn)確性與精度是不用懷疑 B）應(yīng)用于隧道與地下工程中，計(jì)算結(jié)果往往與實(shí)際有一定的距離 有 限元法獲得的圍巖穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果的可靠性，取決于以下幾個(gè)因素： 巖體參數(shù)取值的可靠性和準(zhǔn)確性，主要是初始地應(yīng)力和巖體的物理力學(xué)參數(shù)。 圍巖力學(xué)本構(gòu)模型（即應(yīng)力 — 應(yīng)變關(guān)系）選用的正確性。 有限元網(wǎng)格的正確剖分和非線性計(jì)算的收斂情況。 圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性判定標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。 特殊條件的模擬技術(shù)問題： 不連續(xù)面（結(jié)構(gòu)面）的模擬 層狀巖體的模擬 錨桿的模擬 動(dòng)態(tài)施工模擬（應(yīng)力釋放問題） 洞門結(jié)構(gòu)基本計(jì)算方法 按照擋土墻處理 ①主動(dòng)土壓力按庫(kù)侖理論進(jìn)行計(jì)算； ②無論墻背仰斜或直立，土壓力的作用方向均假定為水平； ③不考 慮被動(dòng)土壓力。 ④取最不利位置的墻體條帶計(jì)算，稱為“檢算條帶”。條帶寬度一般為 1m，最不利位置～墻體最高點(diǎn)。 洞門結(jié)構(gòu)基本計(jì)算檢算內(nèi)容 ①墻身偏心及強(qiáng)度； （水平基底 cBe ??2 （ B水平基底寬度 ）；傾斜基底 39。39。39。 2 cBe ?? ） ②繞墻趾的抗傾覆性 (墻趾～墻身外表面與基底面的交點(diǎn) )； ???0y0 MMK (My 為垂 直穩(wěn)定力矩， Mo 水平傾覆力矩， Ko 傾覆穩(wěn)定系數(shù)） ③沿基底滑動(dòng)的穩(wěn)定性； ???E fNKc *(水平基地； Kc 滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)； ?N 垂直力之和；f 基底摩擦系數(shù)； ?E 墻后主動(dòng)土壓力之和 ) ④基底應(yīng)力檢算。 （水平基底 6Be? 時(shí)， )61(minmax BeBN ?? ?? ； 6Be? 時(shí) cN32max ??? ） ⑤ 墻身截面偏心距和應(yīng)力 （偏心距 NMeb?；應(yīng)力 )61( bebN b??? ） 洞門結(jié)構(gòu)計(jì)算檢算條帶的選擇 端墻式和 柱式洞門 截面強(qiáng)度 截面偏心程度 地基強(qiáng)度 基底偏心程度 基底滑動(dòng)可能性 翼墻式洞門 a．檢算翼墻時(shí)取洞門端墻墻趾前之翼墻寬 1m 的條帶“Ⅰ”，按擋土墻檢算偏心、強(qiáng)度及穩(wěn)定性； b．檢算端墻時(shí)取最不利部分“Ⅱ”作為“檢算條帶”，檢算其截面偏心和強(qiáng)度； c．檢算端墻與翼墻共同作用部分“Ⅲ”的滑動(dòng)穩(wěn)定性。 有偏壓的翼墻式洞門 a．檢算“Ⅰ”、“Ⅲ”部分中高者作為“檢算條帶”，檢算其偏心、強(qiáng)度及穩(wěn)定性； b．取“Ⅱ”部分作為“檢算條帶”，檢算截面偏心及強(qiáng)度； c．取“ abcde” 部分作為端墻與擋墻共同作用檢算其穩(wěn)定性。 擋翼墻式洞門 取 “Ⅰ”、“Ⅱ”部分（翼墻式和單側(cè)擋墻式只取“Ⅰ”部分）端墻與擋墻或翼墻共同作用，檢算其整體穩(wěn)定性； 翼墻的計(jì)算，取“Ⅲ”部分（按 墻長(zhǎng)之平均高度作為計(jì)算高度），按擋土墻檢算偏心、強(qiáng)度及穩(wěn)定性。 隧道施工方法總攬 明挖施工 明挖法 ： 將隧道上覆巖土體、圍巖全部開挖，敞開澆筑隧道結(jié)構(gòu)后重新回填形成暗埋隧道結(jié)構(gòu)的施工方法。 特點(diǎn)及適用條件：施工條件好，質(zhì)量容易保證。適用于埋深淺，地面周邊無道路和建筑物的情況。周邊有建筑物時(shí)，應(yīng)采取較強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)。 蓋挖法 （ 蓋挖順作法 、 蓋挖逆作法 ）： 將隧址地表淺層開挖后迅速施工臨時(shí)或永久蓋板，在蓋板的覆蓋和保護(hù)下開挖巖土體，最終建成隧道的施工方法。按照隧道結(jié)構(gòu)的施做順序分為順作法和逆作法。 特點(diǎn)及適用條件：影響地表的時(shí)間短，施工條件較好，質(zhì)量較容易保證。適用于城市內(nèi)埋深淺，地面條件復(fù)雜，有道路、廣場(chǎng)等不宜長(zhǎng)期阻斷、占用的情況。 沉埋法 ：（ 管段預(yù)制 、 基槽處理 → 管段浮運(yùn) → 管段拼裝 → 固定覆蓋 ） 在河底或海底淺埋隧道中，先在干塢內(nèi)預(yù)支隧道管段，浮運(yùn)至隧址區(qū)，將管段沉入到預(yù)處理好的水下地基中進(jìn)行拼裝、固定和覆蓋的施工方法。 特 點(diǎn)及適用條件：可使水下隧道埋深很淺，管段質(zhì)量容易保障，工藝要求很高。適用于埋深很淺、流速不大的海底或河底隧道。 暗挖施工 礦山法 （ 傳統(tǒng)礦山法 、 新奧法 ）： 礦山法： 采用鉆孔爆破、人工、普通機(jī)械開挖圍巖，然后施做隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法。根據(jù)支護(hù)機(jī)理不同，可分為傳統(tǒng)礦山法和新奧法。 傳統(tǒng)礦山法： 以松弛荷載理論為基礎(chǔ)，隧道開挖后立即用木、型鋼等進(jìn)行剛性支撐，開挖一定長(zhǎng)度后，撤換臨時(shí)支撐，立模一次性澆筑整體式襯砌的施工方法。 新奧法： 以“巖承理論”為基礎(chǔ)，以柔性支護(hù)（主要為錨噴支護(hù)）為主要手段，通過監(jiān)控量測(cè)和優(yōu) 化設(shè)計(jì)，使圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生適度可控的變形，既保護(hù)圍巖的自穩(wěn)能力，又充分發(fā)揮圍巖承載能力的一種隧道修建方法。 機(jī)械法 （ 盾構(gòu)法 、 掘進(jìn)機(jī)法 、 頂 進(jìn) 法 ）： 盾構(gòu)法： 采用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧道施工的一種方法。 特點(diǎn)及適用條件：機(jī)械化程度高、安全性好、質(zhì)量容易控制、設(shè)備昂貴。適用于軟土、土質(zhì)、軟巖地區(qū)的規(guī)模較大的工程。 隧道掘進(jìn)機(jī)法： 采用隧道掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行隧道施工的方法。 特點(diǎn)及適用條件：機(jī)械化程度高、安全性好、質(zhì)量容易控制、設(shè)備昂貴。適用于中硬巖中的規(guī)模較大的工程。 頂 進(jìn) 法： 采用頂推設(shè)備將預(yù)制管段向前推進(jìn)的隧道施工方法。 特點(diǎn)及適用條件：機(jī)械化程度高、安全性好、質(zhì)量容易控制。適用于軟土中的中小斷面的隧道。 淺埋隧道施工方法： 明挖法（放坡開挖，懸臂支護(hù)開挖，圍護(hù)有支撐開挖） 優(yōu)點(diǎn)：可機(jī)械化施工，速度較快，施工較簡(jiǎn)單，質(zhì)量有保證，安全可靠 缺點(diǎn)：開挖及回填土方量大，對(duì)于有支撐的圍護(hù)，支撐工藝較復(fù)雜 地下連續(xù)墻（又可分為現(xiàn)澆地下連續(xù)墻，預(yù)制地下連續(xù)墻，排樁地下連續(xù)墻） 優(yōu)點(diǎn)：地下連續(xù)墻既可以作基坑開挖的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，也快作為地下結(jié)構(gòu)的一部分，由于其墻體剛度大，防滲性能好，能適應(yīng)軟土質(zhì)條件，工程施工對(duì)周圍土體擾動(dòng)小，對(duì)周圍建筑物影響小，施工振動(dòng)小，噪音低，在狹窄場(chǎng)地也能安全施工。 缺點(diǎn)：在鉆孔或挖槽中要用泥漿護(hù)壁，防止坍塌，應(yīng)隨不同地質(zhì)條件選用不同的挖槽機(jī)器，及護(hù)壁措施，有的需大型吊裝設(shè)備，或施工速度較慢。 蓋挖法 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)水平位移小，結(jié)構(gòu)板可作為基坑開挖的支撐，節(jié)省臨時(shí)支撐，縮短占道時(shí)間，減小對(duì)地面的干擾，受外界氣候影響小。 缺點(diǎn)：出土不方便，板墻柱施工按頭多，防水處理，工效低速度慢，結(jié)構(gòu)框架形成之前，中間立柱能夠支撐的上部荷載有限。 淺埋暗挖法 優(yōu)點(diǎn)：是參考新奧法的基本原理，開挖中多用多種輔助措施加固圍巖，充分調(diào)動(dòng)圍巖的自承能力 ，及時(shí)支護(hù)，封閉成環(huán)，與圍巖共同形成聯(lián)合支