地下工程第章 地下工程的基础技术1.ppt

二、地下结构的设计流程与解析技术 1．地下结构的设计流程 特点：边设计边施工，在实际施工过程中观测其动态，根据观测结果的分析，修正施工方法的设计流程，就成为地下结构物设计的主要手段。 流程： 概略设计： 基础：规划及调查、结构要求的功能（安全、适用、经济） 达到要求：方案选择，材料、形状、尺寸、施工方法的确定和各费用的计算（建设、维修、危险补偿），编制设计图。 详细设计： 基础：施工调查，概略设计 达到要求：修正设计，方案选择，材料、形状、尺寸、施工方法的修正和各费用的计算（建设、维修、危险补偿），编制设计图。经济性研究，编制设计图 2．地下工程的解析技术 结构解析技术： 研究空洞本身的力学稳定性。 地下水解析技术： 安全修建结构物并长期保持结构的功能。 地下洞室抗震解析技术 ： 地下结构物的抗震性能都比较好。 热解析技术 ：了解结构的热应力和作用在结构上的冻结土压。 环境影响解析技术： 环境的影响。环境影响的预测、评价以及对策等。 三、地下结构的设计方法 地下结构： 泛指在地下修筑的各种结构物。地下结构是由周边围岩和支护结构两者组成共同的并相互作用的结构体系，即地下结构＝支护结构＋周边围岩；围岩既是地下结构承载的主体，又是造成荷载的主要来源；支护仅用来约束地层，不使它产生过大变形而破坏坍塌。 1. 地下结构体系的计算模型 1. 地下结构体系的计算模型 目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下四种设计模型： 以参照过去隧道工程实践经验进行了工程类比为主的经验设计法； 以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法； 作用—反作用模型，即荷载—结构模型； 连续介质模型； 2. 结构力学方法——荷载结构模型计算方法 荷载结构模型概念：它将支护结构和围岩分开来考虑，支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承。在这类模型中隧道支护结构与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支承的约束能力时间接地考虑。 适用条件：主要适用于围岩因过分变形而发生松弛和崩塌，支护结构主动承担围岩“松动”压力的情况。只要在施工过程中不能使支护结构与围岩保持紧密接触，有效地制止周围岩体变形和松弛而产生松动压力，隧道的支护结构应该按荷载—结构模型进行验算。 适用位置：浅埋的土质地下结构、隧道的洞口段、以及采用明挖法修筑的地下结构等。 关键问题，主动荷载（围岩所产生的松动压力），被动荷载（弹性抗力）。 （1）、荷载结构模分类 荷载—结构模型虽然都是承受岩体松动、崩塌而产生的竖向和侧向主动压力为主要特征，但对围岩与支护结构相互作用的处理上却有几种不同的做法： ? 主动荷载模型（图4－12a）； 主动荷载加围岩弹性约束的模型（图4－12b）； ?实地量测荷载代替主动荷载的（图4－12a）类模型的亚型（图4－12c） ； （2） 主动荷载模型——松动围岩压力的计算。 （2） 主动荷载模型——松动围岩压力的计算 1）? 围岩松动压力的形成 坑道开挖后的成拱作用： ? a．坑道开挖后，应力重分布过程中，顶板开始沉陷，并出现拉断裂纹。 b．顶板中间部分的裂纹发展并张开，石块变松动、掉落，支护压力急剧增加。 c．顶板向上继续坍落，石块与围岩母体分离，其界面多为拱形。此时垂直压力 稳定在一定的数值内，但侧向压力增加，即地层中原始应力沿两侧传递。 d．顶板停止塌落，垂直压力和侧向压力都趋于稳定。 自然拱（塌落拱）：将坑道上方所形成的相对稳定的拱形范围，称为自然拱，其过程也称为“成拱作用”。 围岩压力：坑道开挖后，欲松动变形的岩体作用在衬砌支护上的压力。 影响因素：围岩地质条件，支护架设时间、刚度、接触状态，坑道形状与尺寸，坑道埋深，施工因素。 2) 确定围岩松动压力的方法 现场实地测量法； 理论公式计算法； 统计法。 a．深埋隧道围岩松动压力的计算方法 ① 统计法——我国《铁路隧道设计规范》推荐的方法 竖向均布（压力）作用： 式中 ——竖向围岩压力，KPa； ?——围岩容重，KN/m3； ——计算围岩高度,m； 当为单线铁路隧道时 ： 当为双线及以上隧道时： 其中 S——围岩级别的等级，如Ⅱ级岩，即S=2。 ——开挖宽度影响系数,以B=5m为基准，B每增减1m时围岩压力的增减率, 当B5，取i=0.2，当B5m，取i=0.1。 水平匀布压力 使用条件： 采用钻爆法施工的深埋隧道； 且H/B1.7的范围内（H为坑道的高度，B为坑道宽度） 没有显