隧道工程(第五讲-隧道支护结构设计).ppt

* * 为了确定围岩的松动压力，普氏理论提出了基于自然平衡拱概念的计算理论。他认为在具有一定黏聚力的松散介质中开挖坑道后，其上方会形成一个抛物线形的拱形洞顶，作用在支护结构上的围岩压力就是自然平衡拱以内的松动岩体的重力。 * * * * * * * * * * * * * * 侧压力系数，侧向压力与竖向压力比值。 * * * * * * ③ 地基反力： 一般位于地下水位中的结构要做成闭合的，因此，要承受地基反力。 地层反力沿衬砌宽度呈竖向均匀分布，其数值与各种竖向压力的总和相平衡。 包括结构自重、上部围岩压力（土压力及水压力）及附加的路面荷载等。 有地下水时土压力的计算 隧道支护结构设计 （六）围岩压力计算实例 如图所示单线铁路隧道，处在Ⅳ级围岩中，围岩容重γ＝21.5kN/m3，隧道跨度B＝7.4m，高度Ht=8.8m，φ0＝55°，θ=44°。如埋深h＝20m、8m、3m，试计算围岩压力。 B Ht h 隧道支护结构设计 (a) 隧道支护结构设计 不同公式计算松动土压力结果 形变压力的计算 作用在支护上的形变压力，在工程中采用的主要是塑性变形压力 塑性变形压力的计算 隧道支护结构设计 最小围岩（形变）压力的计算 一般情况要求： 只有知道 才能确定最佳支护结构或最佳支护时间； 最小围岩压力和围岩允许位移是等价的。目前对于两者都没有较好的计算方法； 对于 的情况，我们提出一种估算方法。 隧道支护结构设计 形变压力的计算 最小围岩（形变）压力的计算 分析过程 实际作用在支护上的压力应该是重力和形变压力的叠加，故 （按三角形面积计） 形变压力的计算 隧道支护结构设计 偏压隧道围岩压力的计算 (一)产生偏压的原因 隧道支护结构设计 地形上，洞顶覆盖层较薄，地面横坡显著有倾斜的松散、软质或土质围岩，多见于洞口浅埋地段或傍山浅埋地段。 地质上，围岩为倾斜层状结构，层间粘结力差伴随以有害节理裂隙切割或洞身有倾角较陡的软弱结构面，围岩一部分较软，一部分较硬。 施工期间因各种原因造成一侧塌方，形成显著偏压 偏压隧道围岩压力的计算 (二)偏压隧道围岩压力的计算 隧道支护结构设计 偏压隧道围岩压力的计算应按其产生偏压的原因分别考虑。根据以往经验，一般在Ⅳ级及以上围岩以地形引起的偏压为主进行计算；而在Ⅲ级及以下围岩，因地质构造影响较大，则以地质构造的具体条件进行计算。 偏压隧道围岩压力的计算 1.由地形引起偏压的计算方法 隧道支护结构设计 傍山浅隧道施工时，因支撑或衬砌下沉，以及超挖、回填不实等原因，引起洞身上部围岩的下沉及隧道两侧地表开裂，在岩体内形成两个非对称的滑动面。 假定偏压分布的图形与地面坡一致。 偏压隧道围岩压力的计算 1.由地形引起偏压的计算方法 隧道支护结构设计 水平侧压力： 内侧 ei=γhiλ 外侧 ei=γh1iλ1 偏压隧道围岩压力的计算 2.由地质构造引起偏压的检算 隧道支护结构设计 多发生在多裂隙层状或块状岩体中，其情况复杂，尚无确定的计算方法，当需要检算时，应注意以下几点： 必须查明围岩可能产生偏压的被割裂或松动的范围大小 尽量取得控制弱面的强度计算指标。 当为块体运动时，可近似地按岩块刚体平衡的方法计算。当一部分为软层，另一部分为硬层时，可分别取用不同的指标计算。 重点、难点内容 1.围岩压力的定义、围岩压力的种类。 2.影响围岩压力的因素 3.围岩松动压力的形成过程、自然拱的定义。 4.影响自然拱范围大小的因素。 5.围岩松动压力的确定(铁路隧道)。 隧道支护结构设计 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 隧道支护结构设计 软岩巷道严重底鼓变形 隧道支护结构设计 软岩巷道变形、支撑断裂 定义:开挖而松动或塌落的岩体，以重力形式直接作用在支护上的压力。 自然平衡拱：洞室的开挖，若不进行任何支护，周围岩体会经过应力重分布→变形→开裂→松动→逐渐塌落的过程，在坑道的上方形成近似拱形的空间后停止塌落。 松动压力 隧道支护结构设计 隧道支护结构设计 拱顶坍塌、冒落 水平岩层 倾斜岩层 隧道支护结构设计 水平岩层冒落 倾斜岩层掉块、塌落 高边墙坍塌 隧道支护结构设计 裂隙岩体顶部掉块 定义:由于围岩膨胀崩解而引起的压力 膨胀压力 定义:又称岩爆，它是在积聚了大量的弹性变形能的围岩，开挖突然释放出来时所产生的压力 冲击压力 隧道支护结构设计 影响围岩压力的因素 下面讲述形变压力和松动压力的计算 隧道支护结构设计 地质因素：它包括初始应力状态、岩石力学性质、岩体结构面等； 工程因素：它包括断面大小、施工方法、支护设置时间、支护刚度、坑道形状等。 影响围岩压力的因素很多，通常可分为两大类： 松动