第三讲地下结构设计原理及计算方法..docxVIP

一， 地下结构体系的组成及结构形式在保留上部地层(山体或土层)的前提下．在开挖出能提供某种用途的地下空间内修筑的建筑结构物，通称为地下结构。 1．地下结构体系的组成地下结构和地面结构物，如房屋、桥梁、水坝等一样，都是一种结构体系，但两者之间在赋存环境、力学作用机理等方面都存在着明显的差异。地面结构体系一般都是由上部结构和地基组成。地基只在上部结构底部起约束或支承作用，除了自重外，荷载都是来自结构外部，如人群、设备、列车、水力等。而地下结构是埋入地层中的，四周都与地层紧密接触。结构上承受的荷载来自于洞室开挖后引起周围地层的变形和坍塌而产生的力，同时结构在荷载作用下发生的变形又受到地层给予的约束。在地层稳固的情况下，开挖出的洞室中甚至可以不设支护结构而只留下地层、如我国陕北的黄土窑洞，证实了在无支护结构的洞室中，围岩本身就是承载结构。由于地下结构周围的地层是干差万别的，洞室是否稳定不仅取决于岩石强度，而且取决于地层构造的完整程度。相比之下，周围地层构造的完整性对洞室稳定更有影响。各类岩土地层在洞室开挖之后，都具有一定程度的白稳能力。地层自稳能力较时．地下结构将不受或少受地层压力的荷载作用，否则地下结构将承受较大的荷载直至必须独立承受全部荷载作用。因此．周围地层能与地下结构一起承受荷裁．共同组成地下结构体系。地下结构的安全度百先取决于地下结构周围的地层能否保持持续稳定，并且应充分利用和更好地发挥围岩的承载能力。地下建筑结构都需要修建支护结构，即村砌，或称为被覆。它是在坑道内部修建的永久件支护结构。因此，支护结构有2个最基本的使用要求：一是满足结构强度、刚度要求，以承受诸如水、土压力以及一些特殊使用要求的外荷载；二是提供一个能满足使用要求的工作环境，以便保持隧道内部的干燥和清洁。这两个要求是彼此密切相关的。2．地下结构的形式 因为地下结构周围的介质是干差万别的，所以不同地质条件需要的支护结构形式会有很大的不同、它直接影响到地下结构上的荷载。因此，结构形式首先由受力条件来控制。通常按其使用目的有如下基本类型： (1)防护型支护 如顶部防护，这是开挖支护中最轻型者，它既小能阻止因岩变形，又不能承受岩体压力，而是仅用以封闭岩面，防止坑道周围岩体质量的进一步恶化。它通常是采用喷桨、喷混凝土或局部锚杆来完成的。 (2)构造性支护在基本稳定的岩体中，加大块状岩体，坑道开挖后的围岩可能出现局部掉块；但在较长时间内不会造成整个坑道的失稳或破坏。支护结构的构造参数应满足施工及构造要求。构造型支护通常采用喷混凝土、锚杆和金属网、模筑混凝土等支护类型。（3）承载型支护承载型支护是坑道支护的主要类型。视坑道围岩的力学动态，它可分为轻型、中型及重型等。衬砌综合地质、使用、施工因素．衬砌的制造方式可归纳为下列几种结构形式（1）就地灌注整体式混凝土衬砌 适用于矿山法施工，日围岩可以在短时间内稳定，也通用于采用明挖法施工的衬砌形式。衬砌的表面整齐美观，进度快．质量容易控制。 采用矿山法施工时常用拱形结构形式．这种结构大多数由上部拱圈、两侧边墙和底部仰拱(或铺底)组成。其上部拱圈的轴线采用多心圆或半圆形，边墙可做成直边墙或曲边墙；当底部压力较大或有地下水时．应做成带仰拱的封闭式结构，如图所示。根据地质条件在岩层较坚硬、整体性较好的稳定或基本稳定的园岩中，可采用半衬砌，边墙只设防护，施工时应保证拱脚岩层的稳定性，当使用要求较大跨度时、可以做成落地拱采用明挖法施工常用的结构形式是矩形框架，其内部根据使用目的设有梁、柱或中墙.沉埋法施工(亦称水下明挖法)的衬砌结构形式，是在专门的制造场地顶制的，其结构形式与制造方式有关。用明挖法施工修建的地下构筑物，需要有和地团连接的通道，它是由浅入深的结构，称为引道，在无法修筑顶盖的情况下通常都做成开敞式的。(2)锚喷支护常用于矿山法施工，它可以在坑道开挖后及时施设．因此．能有效地限制洞周位移．保护作业人员的安全，避免局部产生过大的变形。(3)复合式衬砌 分2次修筑，中间加设薄膜防水层的衬砌称为复合式村砌，复合式衬砌的外层常为锚喷支护，以利于及时架设，尽快位围岩和初期支护达到基本稳定。内层常为现浇整体式混凝土衬砌、喷混凝土或喷钢纤维混凝土衬砌、装配式衬砌等不同的形式。(4)装配式村砌由工厂预制、在洞内拼装而成的衬砌称为装配式衬砌，每一个村砌单元称为管片。由数块标淮块,邻接块,l块封顶块拼装成一衬砌环．再用纵向螺桂连接。用于盾构法施工的装配式衬砌，由于在盾尾内拼成圆环材砌，在盾构向前推进时．要承受千斤顶推进的反力。同时，由于盾构的前进而便装配好的衬砌环一旦暴露在盾尾外时，立即承受地层给予的压力。故要求衬砌：①能立即承受施工荷载和永久荷载，如围岩压力、机具压力，后者包括盾构推进时的千斤顶压力；②有足够的刚度和强度，不远水、耐腐蚀，具有足够的