隧道设计方法教学幻灯片讲义.pptVIP

*;*;地下结构的力学模式必须符合下述条件： 　　（1）与实际工作状态一致，能反映围岩的实际状态以及围岩与支护结构的接触状态； 　　（2）荷载假定应与在修建洞室过程中荷载发生的情况一致； 　　（3）所确定的应力状态要与经过长时间使用的结构所发生的事故和破坏情况一致； 　　（4）材料性质和数学表达要等价。 　　 只要符合上述条件，任何设计和计算方法都会获得合理的结果。不管采取何种设计方法，都必须清楚地认识隧道结构物与其他工程结构物在本质上的差异，主要表现在以下几点：;（1）其他工程结构都是抵抗荷载的，而隧道结构，按目前的认识水平来说，围岩同时是工程材料、承载结构和荷载。隧道结构的主体是围岩，其承载结构是由围岩和初期支护、衬砌组成的一个整体。该系统的荷载是由支护结构和围岩之间的相互作用给定的，不是事先能给定的参数。 　　 （2）地面结构有很大自由空间，其中每个构件都是事先根据标准荷载决定的，并用大家公认的方法进行计算、验证。相反地，隧道全部是开挖出来的，是在初始地应力场作用下的工程材料中开挖出来的，也就是说是在具有一定应力场的围岩中修筑的。结构很早就逐步地参与工作，其中的初始地应力场是很难准确决定的。;（3）在其他建筑中，设计者能够计算与荷载假定相适应的结构的性质，以及在可能的荷载组合下其中的应力和变形。在隧道工程中要想计算出材料（既是挖过的围岩也是支护的主体）中的应力和变形是很困难的，因为它与形成的结构的类型以及时间有很大关系。 （4）其他建筑根据力学计算以及构造上、经济上的考虑来选择工程结构的材料，而隧道工程的重要构件（围岩），本身就是建筑材料，我们既不能选择，也不能极大地影响它的力学性质。 （5）在施工中，其荷载、变形和安全度与其他结构相比都还远远没有确定，尤其是与最终状态的关系密切。因此，在隧道结构中最后状态的安全度检算和力学计算是存在问题的。;二、设计方法的选择和适用条件 ;标准设计是用于一般围岩条件下的标准隧道断面的设计，在围岩条件特殊或设计条件特殊时，采用已经实施过的、经过???程实际证实是安全和经济的支护结构模式的设计方法。 不仅研究隧道结构物本身的安全性，而且要保护周边环境或接近居民区的情况也越来越多。在这种情况下，有必要采用解析方法分析地表面下沉等地层的动态。 在下面所示的特殊条件的情况下，宜根据解析的计算结果，进行定量的判断： （1）地质条件特别差的情况； （2）埋深大、初始地应力大的情况； （3）埋深小、地表面下沉有问题的情况； （4）采用施工方法、开挖顺序与标准的支护模式不同的特殊工法的情况；;（5）断面比标准支护模式大得多的情况； （6）断面形状特殊的情况； （7）洞口段、斜坡面下隧道等地形条件可能产生偏压的情况； （8）有接近隧道的结构物的情况； （9）预计有与时间有关的流变荷载作用、二次衬砌存在长期荷载的情况。 在解析方法中，有两种主要的方法，即：传统的结构力学方法及近代的岩体力学方法。前者是把支护结构和周围围岩分割开来，把围岩作为给定荷载，支护结构作为承载结构，即结构－荷载模式。后者是把结构和周围岩体视为一体，作为共同的承载体系，即相互作用模式或围岩－结构模式，这是我们目前在隧道设计中力求采用的或正在发展中的方法。;三、类比设计;　　从这些实践中，大致上可以发现在进行支护结构“类比设计”时，需要注意的几点: 　　（1）首先，对坑道围岩要有一个大致的分级。这些分级大都是根据地质调查结果，为一座隧道或一条线路单独编制的。但不管采用何种分级，大体上都是把坑道围岩分为四个基本类型。即： 　 1）完整、稳定围岩； 　 2）易破碎、剥离的块状围岩； 　 3）有地压作用的破碎围岩； 　 4）强烈挤压性围岩或有强大地压的围岩。 其中某些类别还有些亚类。;　　（4）预计有大变形和松弛的情况下，开挖面要全面防护〈包括正面〉,使之有充分的约束效应，在分台阶开挖时，上半断面进深不宜过长，以免影响整个断面的闭合时间。 　　（5）二次衬砌通常是现灌的，在修二次衬砌之前要修防水层，形成具有防水性能的组合式衬砌。应使衬砌成为薄壳，这样可减少弯矩而使弯曲破坏的发生为最小。因此，不仅初期支护，二次衬砌都要薄些。 　 （6）允许甚至希望围岩出现一定的变形，以减少为完成支护作用所需的防护措施。这些防护措施包括衬砌，必要时要修仰拱以及直接深入到不稳定岩层内部的锚固系统，或其他结构构件。;　　（7）要制定一个详细周密的量测计划。控制变形与应力，确定所建立的支护阻力是否和围岩类型相适应以及还需要什么样的加强措施。 （8）支护结构的施工顺序与正确的掌握围岩的时间效应很有关系。因此，施工要严格按着预定的施工程序施工。 从当前地下工程设计现状来看，多数情况是依靠类比设计的，甚至有