复合式衬砌结构设计

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1、southwestjIaotongunIversIty西南交通大学SouthwestJiaotongUniversity《山岭隧道》课程第五章支护结构设计龚伦制作龚伦讲师荷载结构模式计算方法地层结构模式计算方法复合式衬砌结构设计单层衬砌结构设计TBM管片衬砌结构设计衬砌结构耐久性设计概要主要内容概述复合式衬砌的设计工程案例主要内容一概述复合衬砌是用锚喷支护作初期支护，模筑混凝土做二次衬砌的一种组合衬砌（二层间有或无防水层）。复合衬砌是以新奥法为基础进行设计和施工的一种新型支护结构，近几年在国内外的地下工程中得到了普遍的采用。研究和实践表明：复合衬砌理论先进、技术合理，能充分发挥围岩自承能力，

2、提高衬砌承载力，加快施工进度，降低工程造价。复合式衬砌受力变形的特点外层为锚喷的复合式衬砌的真实受力状态：不仅与衬砌本身的结构形式有关，而且与围岩特性以及施工工序直接相关。复合式衬砌受力变形的特点在新奥法施工中，复合式衬砌的施工步骤一般为：断面开挖好以后及时喷混凝土，锚杆或钢拱支架的一种或几种作为初期支护对围岩进行加固，防止有害松动，维护围岩稳定，待初期支护的变形基本稳定后，再模筑二次衬砌。复合式衬砌受力变形的特点初期支护是主要受力结构；二次衬砌的作用将视围岩特性而异：在坚固地层中，二次衬砌仅作为安全储备；在软弱围岩中，二次衬砌不再是一种单纯的安全储备，也是受力结构的一个组成部分。新奥法技术

3、新奥法(NewAustrianTunnellingMethod)是奥地利学者Rabcewiz教授等一大批学者和工程技术人员在长期工程经验的基础上创立于50年代，并于1962年正式命名的一种隧道工程方法。新奥法技术它的创立，给隧道工程实践的科学化和技术经济的合理化带来了根本性变革，因其工艺简单，结构可靠和造价低廉等特点而引起隧道工程界的重视，并已在世界各地的矿山、铁道、水工隧道、军事工程洞库或其它地下建筑工程中推广应用。新奥法技术新奥法施工复合衬砌支护的基本原理在于：一是充分利用或发挥围岩的自承能力；二是增强围岩的强度，均衡围岩应力的分布，并允许围岩有一定程度的变形，以减小对支护的围岩压力；三

4、是利用现场的监测值进行反馈施工。新奥法技术新奥法技术修筑隧道时支护体系中岩体是主要承载单元，并允许岩体发生一定数量的变形。在岩体松弛前先向洞壁施作柔性薄层混凝土封闭岩层，必要时，用锚杆加固，以稳定围岩。这一工序可重复一二次，有时还在喷层中增设网筋，围岩变形趋于稳定后，再作一层永久支护。复合式衬砌的国内外研究现状很多学者为了进一步明确各种支护形式的作用机理，进行了大量的理论和试验研究。应用形状弹性应变能方法，对围岩的稳定，锚喷支护的设计及其合理施工等课题进行了较系统的研究；复合式衬砌的国内外研究现状利用室内模型试验，对双层衬砌内外层厚度不同时的承载力、在软弱围岩中复合式衬砌结构的破坏形态、复合

5、式衬砌内外层不同时灌注时的极限承载力与同厚度的单层衬砌承载力的比较等课题进行了研究；复合式衬砌的国内外研究现状利用弹塑性或粘弹塑性理论对复合式衬砌整个结构破坏时的极限承载力，围岩与支护的相互作用以及防水层对衬砌承载能力的影响等进行了分析讨论。复合式衬砌需研究的问题①隧洞围岩变形、应力分布、破坏区域随时间的变化规律；②初期支护和二次衬砌作用机理及其作用效果；③复合式衬砌的设计计算方法；④复合衬砌二次衬砌的模筑时间以及地层与支护刚度的匹配；⑤围岩与支护的相互作用关系等。二复合式衬砌的设计初期支护设计初期支护一般指锚杆喷射混凝土支护，必要时配合使用钢筋网和钢拱架。目前，国内一些锚喷支护设计规范都明

6、确规定，锚喷支护设计应采用工程类比法为主，必要时辅以监控量测法和理论验算法。初期支护设计工程类比设计法常有直接对比法和间接类比法两种。直接对比法一般是以围岩的岩体强度和岩体完整性、地下水影响程度、洞室埋深、可能受到的地应力、工程的形状与尺寸、施工的方法、施工的质量以及使用要求等方面因素，将设计的工程与上述条件基本相同的已建工程进行对比，由此确定锚喷支护的类型与参数（一）工程类比设计的原则与方法初期支护设计间接类比法一般是根据现行锚喷支护技术规范，按其围岩级别表及锚喷支护设计参数确定拟建工程的锚喷支护类型与参数。（一）工程类比设计的原则与方法初期支护设计遵循的原则：(1)锚喷支护设计参数表的制

7、定是基于国内大量锚喷工程的实践，它以工程实例为依据，并经过综合分析，主要按围岩级别与洞跨给出相应支护类型与参数。（一）工程类比设计的原则与方法初期支护设计遵循的原则：(2)根据不同的围岩压力特点，对拱、墙等不同部位采用不同支护参数。一般中等稳定以上的围岩，主要为局部失稳破坏而承受松散地压，支护参数的选定应贯彻“拱是重点、拱墙有别”的原则；对不稳定的围岩，主要承受变形地压，所以拱墙宜采用相同的支护参数。（一）工