da隧道施工监控量测技术

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1、第六章　隧道支护结构设计计算方法的基本原理由此可见，地下结构的力学模型必须符合下述条件：①与实际工作状态一致，能反映围岩的实际状态以及与支护结构的接触状态；②荷载假定应与在修建洞室过程(各作业阶段)中荷载发生的情况一致；③算出的应力状态要与经过长时间使用的结构所发生的应力变化和破坏现象一致；④材料性质和数学表达要等价。设计计算方法大致分为：结构力学方法、岩体力学方法、信息反馈方法及经验方法等。第一节　结构力学方法一、基本原理将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载，以计算衬砌在荷载作用下产生

2、的内力和变形的方法，也称为荷载－结构法。在围岩与支护结构相互作用的处理上却有几种不同的做法：1.主动荷载模式(如图a)2.主动荷载加被动荷载(弹性抗力)模式(如图b)3.实际荷载模式(如图c)其设计原理是按围岩分级或由实用公式确定围岩压力，围岩对支护结构变形的约束作用是通过弹性支撑来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支撑的约束能力时间接考虑。二、隧道衬砌受力变形特点如图所示的曲墙式衬砌，在主动荷载(设围岩垂直压力大于侧向压力)作用下，结构产生的变形用虚线表示。在拱顶，其变形背向地层，不受围岩的约束而自由变形，这个区域称为“脱离区

3、”；而在两侧及底部，结构产生朝向地层的变形，并受到围岩的约束阻止其变形，因而围岩对衬砌产生了弹性抗力，这个区称为“抗力区”。围岩对衬砌变形起双重作用：围岩产生主动压力使衬砌变形，又产生被动压力阻止衬砌变形。三、隧道衬砌承受的荷载(一)主动荷载1.主要荷载长期及经常作用的荷载，如围岩松动压力、支护结构的自重、地下水压力及列车、汽车活载等。支护结构自重：可按预先拟定的结构尺寸和材料容重计算确定。对于一般的隧道结构，在含水地层中，静水压力可按最低水位考虑，由于静水压力使衬砌结构物中的轴向力加大，对抗弯性能差的混凝土衬砌结构来说，相当于改善了它的受

4、力状态，对结构有利。2.附加荷载指偶然的、非经常作用的荷载，如温差应力、灌浆压力、冻胀力及地震力等。3.计算荷载应按上述两种荷载同时存在的情况进行组合。一般仅考虑主要荷载，只有在某些特殊情况时，如七级以上地震区，或严寒地区冻胀性土壤的洞口段衬砌，才按主要荷载加附加荷载来检算结构。(二)被动荷载(即围岩的弹性抗力)弹性抗力就是指由于支护结构发生向围岩方向的变形而引起的围岩对支护结构的约束反力。弹性抗力的大小，目前多用温克尔(Winkler)假定为基础的局部变形理论(图(a))计算。σi=Kδi式中δi－围表面上任意一点i的压缩变形；σi－围岩

5、在同一点上所产生的弹性抗力；K－围岩的弹性反力系数。这样假设和实际情况有出入，实际地层变形如图(b)所示。四、隧道衬砌结构的计算方法隧道支护结构计算的主要内容有：按工程类比方法初步拟定断面的几何尺寸；确定作用在结构上的荷载，进行力学计算，求出截面的内力(弯矩M和轴向力N)；检算截面的承载力。由于对弹性抗力的处理方法不同，而有几种不同的计算方法，下面分别加以介绍。(一)假定抗力区范围及抗力分布规律法(简称“假定抗力图形法”)假定衬砌结构周边抗力分布的范围及抗力区各点抗力变化的图形，只要知道某一特定点的弹性抗力，就可求出其它各点的弹性抗力值。这

6、样，在求出作用在衬砌结构上的荷载后，其内力分析也就变成了通常的超静定结构问题。图为曲墙式衬砌结构采用“假定抗力图形法”求解衬砌截面内力的计算图式。这是一个在主动荷载(垂直荷载大于侧向荷载)及弹性抗力共同作用下，支承在弹性地基上的无铰高拱。拱两侧的弹性抗力按二次抛物线分布，只要知道特定点，即最大抗力点h(最大跨度处)截面的弹性抗力值σh，其它各截面的弹性抗力值可通过与h点弹性抗力值σh有关的函数关系式求出。(二)弹性地基梁法这种方法是将衬砌结构看成置于弹性地基上的曲梁或直梁。当曲墙的曲率是常数或为直梁时，可采用初参数法求解结构内力一般直墙式衬

7、砌的直边墙利用此法求解。直墙式衬砌的拱圈和边墙分开计算。拱圈为一个弹性固定在边墙顶上的无铰平拱，边墙为一个置于弹性地基上的直梁，计算时先根据其换算长度，确定是长梁、短梁或刚性梁，然后按照初参数方法来计算墙顶截面的位移及边墙各截面的内力值。计算图式如图。(三)弹性支承法弹性支承法的基本特点是将衬砌结构离散为有限个杆系单元体，将弹性抗力作用范围内（一般先假定拱顶90～120范围为脱离区）的连续围岩，离散成若干条彼此互不相关的矩形岩柱，用一些具有一定弹性的支承来代替岩柱，并以铰接的方式支承在衬砌单元之间的节点上，它不承受弯矩，只承受轴力。弹性

8、支承的设置方向，当衬砌与围岩之间不仅能传递法向力且能传递剪切力时，则在法向和切向各设置一个弹性支承。如衬砌与围岩之间只能传递法向力时，则沿衬砌轴线设置一个法向弹性支承。但为了简化