衬砌设计讲稿.ppt

根据地质条件，地下建筑结构的形式可分为土层和岩层内两种形式。 1.土层地下建筑结构 土层地下建筑结构包括浅埋式结构、附建式结构、沉井(沉箱)结构、地下连续墙结构、盾构结构、沉管结构等。其中浅埋式结构的形式大体上可归纳为直墙拱形结构、矩形框架结构和梁板式结构。一般浅埋式工程常采用明挖法施工，比较经济。 2.岩石地下建筑结构 1) 半衬砌结构 在坚硬岩层中，侧壁无坍塌危险，仅顶部岩石可能有局部滑落时，可仅作顶部衬砌，不作边墙，喷一层2cm厚的水泥砂浆护面，即为半衬砌结构。 4）曲墙衬砌结构 在很差的岩层中，岩体松散破碎且易于坍塌，衬砌结构一般由拱圈、曲线型侧墙和仰拱底板组成，形成曲墙衬砌结构。该种结构的受力性能相对较好，但对施工技术要求高，这也是一种广泛应用的隧道结构形式。 5）复合衬砌结构 复合支护结构是随着新奥法技术的出现而产生的。该结构一般认为围岩具有自支撑能力，支护的作用首先是加固和稳定围岩，使围岩的自支撑能力可以充分发挥，从而可允许围岩发生一定的变形和由此减薄支护结构的厚度。工程施工时，一般先向洞壁施作柔性薄层喷射混凝土，必要时设锚杆，并通过重复喷射增厚喷层，以及在喷层中增设网筋稳定围岩。围岩变形稳定后，再施作内衬永久支护。 二次支护常为现浇混凝土衬砌，二次支护的的厚度和配筋量主要取决于洞形、净空尺寸、围岩底层的工程地质条件和施作支护的时机。 防水要求较高时须在两次支护之间增设防水层。防水层的常见形式有塑料板防水层和喷涂防水层，前者多采用厚1-2mm的聚乙烯塑料板，后者常为3-5mm的阳离子乳化沥青氯丁乳胶。防水层应在初期支护变形稳定后，二次衬砌浇筑前施作，二次衬砌应能同时承受水压力的作用。水压力过大时，应设置合适的排水通道输水导流。 6）连拱隧道结构 1.1.3衬砌设计的一般技术要求 超挖与欠挖的规定： 永久荷载：结构自重、岩土体压力和地下水压力。 可变荷载：车辆、人群荷载、施工荷载、冻涨力、温度变化影响力等。 偶然荷载：地震力、落石冲击力和爆炸冲击波压力等。 1.2.2荷载组合 在隧道结构上可能同时出现的荷载，应按承载能力和满足正常使用要求的检验分别进行组合，并按最不利组合进行设计。 一般岩石地下建筑的荷载以作用在衬砌结构上的静荷载为主。 1.2.3 围岩压力的计算 （3）理论估算法 它是在实践的基础上从理论上研究围岩压力的方法。由于地质条件的不确定性，影响围岩压力的因素有非常多，这些因素本身及他们之间的组合也带有一定的偶然性，建立一种完善的和适合各种实际情况的通用围岩压力理论及计算方法是困难的，因此，现有的围岩压力理论都不十分切合实际情况。如普氏法，太沙基法。 本设计中采用我国《公路隧道设计规范》推荐的方法。 （2）地层—结构法 地层—结构模型把地下结构与地层作为一个变形的整体，按照连续介质力学原理来计算地下建筑结构以及周围地层的变形；不仅计算出衬砌结构的内力及变形，而且计算周围地层的应力，充分体现周围地层与地下建筑结构的相互作用，但是由于周围地层以及地层与结构相互作用模拟的复杂性，地层—结构模型目前尚处于发展阶段。 （3）经验类比法 经验类比模型是完全依靠经验设计地下结构的设计模型。 （4）收敛限制法 收敛限制模型的计算理论也是地层结构法。 衬砌几何尺寸（内轮廓线、外轮廓线、厚度、拱轴线半径、轴线圆弧中心角等）。 1.3 衬砌内力计算 1.3.1国内外地下建筑结构计算方法 1.国外计算方法 国际隧道协会经过总结，将其归纳为四种模型： （1）以参照以往隧道工程的实践经验进行工程类比为主的经验设计法； （2）以现场量测和实验室为主的实用设计方法，例如以洞周位移量测值为根据的收敛—限制法； （3）作用—反作用模型，例如对弹性地基圆环和弹性地基框架建立的计算方法； （4）连续介质模型，包括解析法和数值法，解析法中有封闭解，也有近似解，数值计算法目前主要是有限元法。 2.国内计算方法 我国采用的设计方法有以下四种模型： （1）荷载—结构法 荷载—结构模型认为地层对结构的作用只是产生作用在地下建筑结构上的荷载（包括主动地层压力和被动地层抗力），衬砌在荷载作用下产生内力和变形，与其相应的计算方法称为荷载结构法。根据所得到的衬砌内力进行构件截面设计。本设计中采用此方法。 1.3.2衬砌的几何要素 1.3.3