隧道支护结构的计算课件.ppt

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1、第5章隧道支护结构的计算一.隧道支护的结构类型1.初期支护（外层衬砌）2.后期支护（内层衬砌）初期支护的作用主要是承受“早期围岩压力”，帮助围岩达成施工期间的“基本稳定”，保证隧道在施工期间的安全，以便挖除坑道内岩体。回忆补充：后期支护的作用主要是作为安全贮备。（1）锚喷支护（常规支护）适用于围岩稳定性较好，开挖坑道后掌子面能基本稳定的条件下。（2）超前支护（特殊支护）超前支护是指在围岩稳定性较差的条件下，开挖前对未暴露围岩部分实施的预加固和支护的工程措施。超前支护超前锚杆超前管棚短管棚长管棚超前支护工艺复杂，且造价很大，只适

2、用于少数特殊的围岩条件，故超前支护又称为“特殊稳定措施”。超前支护的各项技术参数需要根据围岩的松散破碎程度及隧道断面大小等条件进行特殊设计。（3）改良地层（特殊支护）改良地层是指在围岩稳定性极差的条件下，开挖前对未暴露围岩部分实施适宜的工程措施，将松散岩土胶结为整体，达到改良地层工程力学性能、增强围岩稳定能力的目的工程措施。改良地层注浆加固深层搅拌桩临时冻结法超前小导管注浆超前深孔围幕注浆2.后期支护（内层衬砌）工程中常将用于保证围岩处于长期稳定状态的刚度较大的人工支护结构称为“后期支护”，或称为“内层衬砌”。内层衬砌的作用主

3、要是承受“后期围岩压力”，并提供“安全储备”，以及满足构造、美观、降阻等方面的要求，保证隧道在服务期的长期稳定和安全。内层衬砌多采用就地模筑混凝土或钢筋混凝土，也可以采用喷射混凝土或喷射钢纤维混凝土，还可以采用拼装衬砌。其结构形状和尺寸可根据限界要求、成拱作用和结构受力要求予以调整。除自稳能力特别好的围岩条件以外，普通铁路隧道和公路隧道中均应设置就地模筑混凝土或钢筋混凝土内层衬砌，但高速铁路隧道只允许采用就地模筑混凝土或钢筋混凝土内层衬砌。1．初期支护结构类型的选择原则“围岩不稳，支护帮助，遇强则弱，遇弱则强，按需提供，先柔后

4、刚，量测监控，动态调整”一般而言，开挖坑道后，若围岩完全能够自稳，则无须人工支护。若围岩不能满足工程稳定和安全的要求，则必须加以人工支护结构，才能使其进入基本稳定状态。围岩自稳能力强的支护就要弱，围岩自稳能力差的，支护就要强；且应优先采用柔性支护，以充分利用围岩的固有的自稳能力。若能达成围岩稳定，就不必增加支护强度和刚度；若不能达成围岩稳定，就必须及时增加支护强度和刚度，直至采用混凝土或钢筋混凝土等刚性衬砌；支护的强度和刚度大小应与围岩的稳定能力相适应，应与围岩的变形动态相适应。二.初期支护结构类型的选择原则及组合形式闭塞山村

5、上演“愚公钻山”壮举马蹄沟村四面环山，风景秀美，离十堰市城区只有9公里，但由于大山的阻隔，村民们到十堰市城区赶集，要翻越三座大山，需3个多小时。村民们世代用双脚，在大山里踩出的一条羊肠小路，成了这个小山村与外界唯一的通道。几年前，就有村民摔死在山崖下。这几年，在山路上摔断腰椎、胳膊和腿的村民就有六七人。村里自行筹资，支部书记找了两个爆破手，拉起了一个20余人的土班子施工队，没有防护通风设施，全凭村民双手开挖，历经5年多次停工，最终打通隧道。马蹄沟村与十堰市城区的路程由原来的3个多小时缩短为半小时。5.1隧道结构体系的计算模型一

6、、隧道工程的受力特点1.主要特点：隧道结构的围岩既是作用于支护结构上的荷载来源，又与支护结构共同构成承载体系。隧道衬砌应具有足够的强，以保证在使用年限内结构物有可靠的安全性。隧道衬砌埋置于地下，它的受力变形与围岩密切相关，支护结构与围岩作为一个统一的受力体系相互约束，共同作用。这种作用正是地下结构与地面结构的主要区别。2.隧道周边围岩的地质环境对隧道支护结构的计算起着决定性作用。3.作用在支护结构上的荷载受到施工方法和施工时间的影响。4.隧道工程支护结构的安全与否，既要考虑到支护结构能否承载，又要考虑到围岩是否失稳。目前，在设

7、计隧道的结构体系时，主要采用两类计算模型：●一类是以支护结构作为承载主体，围岩作为荷载同时考虑其对支护结构的变形约束作用的模型，即结构力学模型。该模型仿效地面结构的计算模型，即将荷载作用在结构上，用一般结构力学的方法计算。适用于围岩因过分变形而发生松弛和坍塌，支护结构主动承担围岩“松动压力”的情况●另一类模型即岩体力学模型。它是将支护结构与围岩视为一体，作为共同承受荷载的隧道结构体系，故又称为复合整体模型。这种模型中视围岩为承载单元，支护结构则约束围岩变形。二、计算模型结构力学法在隧道工程的初期被广泛使用，因为它与当时的施工技

8、术水平相符。在当时的施工条件下，隧道开挖后采用木支撑等进行临时支护，结构与围岩之间不能有效的紧密接触，因为也无法制止围岩变形松弛以及由此产生的“松动压力”，支护结构只能像拱结构一样进行工作。又被称为荷载-结构模型。5.2结构力学方法一、基本原理将支护结构和围岩分开来考虑，支护