隧道力學第2講(中南大學施成華)

1、中南大學土木工程學院 隧道工程系 （1）隧道結構施工及運營階段安全性的主要影響因素及其在力學計算中如何進行考慮？土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華第2講 隧道開挖后的力學行為本講主要內(nèi)容：1、隧道開挖后的應力狀態(tài)2、隧道支護后的應力狀態(tài)3、新奧法施工的力學解析4、隧道施工力學相關問題討論 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華rcHrrrrrr21111432022022044()()()()cosHrrrrc2111

2、132022044()()()()cosrcHrrrr 211232022044()()sinuH rGrKrrc0202241112()()()cosvH rGrKrrc 020224112()()sin土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華rHC()()cos12 12r 0uH rGc0411342()()()cosvH rGc 041342()()sin r 00rr 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 310土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施

3、成華 1土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 1土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華rcHrr()1022Hrrc()1022r 0uH rGrc024 1土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 r0p土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 01土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 y3y2)0(y) 1(2y土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 rpbRrr1101()pbRrr1101 ()、c土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 11土木工程學

4、院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 RrHc ctgc ctgc00211 (sin )sinsin1土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華5 . 03 . 02 . 0土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 uRGrHRGrRRrecb0202002211()土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 raprrprr00220221 ()prrprrpHac002202201 ()土木工程學院隧道工

5、程系土木工程學院隧道工程系施成華 rpapc ctgrrc ctg ()()sinsin021papc ctgrrc ctg ()(sinsin)()sinsin11021RrHRpRcbab00112111()()土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 urGHcHc ctgpc ctgpr rcca|(sincos )(sin )sinsin 001221土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 仍以圓形隧道仍以圓形隧道為研究對象，混凝為研究對象，混凝土或鋼支護結構

6、的土或鋼支護結構的力學特性可以認為力學特性可以認為是線彈性的，是線彈性的， 則有：則有：pKRraSS0土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 當支護特征曲線與圍當支護特征曲線與圍巖特征曲線在巖特征曲線在D點之前的點之前的任意位置達到平衡，隧任意位置達到平衡，隧道結構體系均是道結構體系均是穩(wěn)定穩(wěn)定的的（形變壓力）（形變壓力） 當當支護特征曲線與圍支護特征曲線與圍巖特征曲線在巖特征曲線在D點之前沒點之前沒有達到平衡，就會導致有達到平衡，就會導致圍巖的圍巖的松動、坍塌松動、坍塌（松（松動壓力）動壓力）土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華3、新奧法施工的力學解析 原巖應力一

7、部分通過變原巖應力一部分通過變形自己承擔了，另一部分形自己承擔了，另一部分由支護結構承擔由支護結構承擔圍巖與支護結構在不同位圍巖與支護結構在不同位置達到平衡，作用在支護置達到平衡，作用在支護結構上的荷載是完全不同結構上的荷載是完全不同的，的，剛度大的支護不合理剛度大的支護不合理圍巖松動、坍塌后，作用圍巖松動、坍塌后，作用在支護結構上的荷載會急在支護結構上的荷載會急劇增大劇增大土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華不同爆破效果條件不同爆破效果條件下，圍巖的特征曲下，圍巖的特征曲線是完全不同的線是完全不同的采用控制爆破時，采用控制爆破時

8、，對圍巖的擾動小，對圍巖的擾動小，開挖輪廓圓順，圍開挖輪廓圓順，圍巖的自承載能力強巖的自承載能力強土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華柔性支護，容許圍巖產(chǎn)柔性支護，容許圍巖產(chǎn)生一定的變形，以發(fā)揮生一定的變形，以發(fā)揮圍巖的承載能力圍巖的承載能力及時封閉圍巖，保護圍及時封閉圍巖，保護圍巖的承載能力巖的承載能力可分層施作，適時調(diào)整可分層施作，適時調(diào)整支護結構的剛度支護結構的剛度土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華判斷圍巖與支護結判斷圍巖與支護結構體系是否達到穩(wěn)定構體系是否達

9、到穩(wěn)定判斷是否需要調(diào)整判斷是否需要調(diào)整支護結構的剛度支護結構的剛度判斷支護結構剛度判斷支護結構剛度是否過大是否過大土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華（1 1）是否可以通過延遲支）是否可以通過延遲支護的方式達到最佳平衡點護的方式達到最佳平衡點4、隧道施工力學相關問題討論 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華4、隧道施工力學相關問題討論土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華（2 2）在錨噴支護中加鋼）在錨噴支護中加鋼支撐就不能發(fā)揮圍巖的支撐就不能發(fā)揮圍巖的力學作用了力學作用了在自穩(wěn)能力較差的圍在自穩(wěn)能力較差的圍巖中，單靠錨噴支護不能巖中，單靠錨噴支護不能控制圍巖產(chǎn)生過大的變形控制圍巖產(chǎn)生過大的變形而導致坍塌，此時必須在而導致坍塌，此時必須在錨噴支護中增加鋼支撐錨噴支護中增加鋼支撐4、隧道施工力學相關問題討論土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華4、隧道施工力學相關問題討論土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華（3 3）城市淺埋暗挖法）城市淺埋暗挖法施工的力學機理施工的力學機理 用于對地表變形有控用于對地表變形有控制要求的城市地鐵、城市制要求的城市地鐵、城市隧道及