軌道交通地下結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工課件

軌道交通地下結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工課件第一頁，共24頁。地下結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(1)施工方法決定了結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。(2)采用框架或拱形超靜定結(jié)構(gòu)。(3)線路縱向的長度遠大于橫斷面的尺寸，要考慮地下水的作用，即結(jié)構(gòu)必須具有防水性。(4)改建非常困難，詳細考慮結(jié)構(gòu)的形式和功能。

第二頁，共24頁。9.1地下結(jié)構(gòu)設(shè)計原理地下與地面結(jié)構(gòu)物相同點和不同點：地下結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)物，都是一種結(jié)構(gòu)體系。地面結(jié)構(gòu)體系一般都是由上部結(jié)構(gòu)和地基組成。地基只在上部結(jié)構(gòu)底部起約束和支承作用，除了自重外，荷載都是來自外部。地下結(jié)構(gòu)是埋入地層中的，四周與地層緊密接觸。結(jié)構(gòu)上承受的荷載來自于開挖后引起周圍地層的變形和坍塌而產(chǎn)生的作用力，同時結(jié)構(gòu)在荷載作用下發(fā)生的變形又受到地層給予的約束。第三頁，共24頁。1、地下結(jié)構(gòu)的工作特性周圍地層與地下結(jié)構(gòu)一起承受荷載，共同組成地下結(jié)構(gòu)體系。地層既是承載結(jié)構(gòu)的基本組成部分，又是形成荷載的主要來源。（圖b）第四頁，共24頁。2、地下結(jié)構(gòu)的計算特性1.必須充分認識地質(zhì)環(huán)境對地下結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響2.結(jié)構(gòu)周圍的地質(zhì)體是工程材料、承載結(jié)構(gòu)，同時又是產(chǎn)生荷載的來源3.結(jié)構(gòu)的施工因素和時間因素會極大地影響結(jié)構(gòu)體系的安全性4.地下結(jié)構(gòu)的安全與否，既要考慮到支護結(jié)構(gòu)能否承載，又要考慮圍巖會不會失穩(wěn)5.地下工程支護結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵問題在于充分發(fā)揮圍巖自承力第五頁，共24頁。整體式混凝土襯砌離壁式襯砌3、地下結(jié)構(gòu)的形式第六頁，共24頁。柔性：錨噴支護先柔后剛：復(fù)合式襯砌第七頁，共24頁。裝配式襯砌第八頁，共24頁。地下結(jié)構(gòu)設(shè)計方法結(jié)構(gòu)力學(xué)方法巖石力學(xué)方法經(jīng)驗類比法情報化設(shè)計方法地下結(jié)構(gòu)設(shè)計方法第九頁，共24頁。荷載—結(jié)構(gòu)模型連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型經(jīng)驗設(shè)計法收斂—約束法地下結(jié)構(gòu)設(shè)計方法作用—反作用模型圍巖—結(jié)構(gòu)模型數(shù)值法和解析法第十頁，共24頁。4.地下結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型和設(shè)計方法計算模型（分兩類）以支護結(jié)構(gòu)為承載主體，圍巖作為荷載的主要來源，同時考慮其對支護結(jié)構(gòu)的變形約束作用的模型——結(jié)構(gòu)力學(xué)模型。視圍巖為承載主體，支護結(jié)構(gòu)則約束圍巖向隧道內(nèi)變形的模型——巖體力學(xué)或連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型。第十一頁，共24頁。結(jié)構(gòu)力學(xué)模型原理：按圍巖分級或由實用公式確定圍巖壓力，圍巖對支護結(jié)構(gòu)變形的約束作用是通過彈性支承來體現(xiàn)的，而圍巖的承載力則在確定圍巖壓力和彈性支承的約束能力時間接地考慮。（1）主動荷載模型（2）主動荷載+圍巖彈性約束模型（3）實地測量荷載模式第十二頁，共24頁。（1）主動荷載模型：不考慮結(jié)構(gòu)與地層共同作用，除結(jié)構(gòu)底部受地層約束外，結(jié)構(gòu)其它部分在主動荷載作用下可以自由變形。模型適用于結(jié)構(gòu)與地層“剛度比”較大的情況，較弱的地層沒有“能力”去限制襯砌結(jié)構(gòu)的變形。第十三頁，共24頁。（2）主動荷載+地層彈性約束模型：地層不僅對襯砌結(jié)構(gòu)施加主動荷載(地層壓力)，而且由于結(jié)構(gòu)與地層的共同作用，還對襯砌結(jié)構(gòu)施加被動彈性抗力。襯砌結(jié)構(gòu)在主動荷載和地層的被動彈性抗力共同作用下進行工作。該模型適用于各類地層，只是各類地層所能產(chǎn)生的彈性抗力大小和范圍不同。（3）地層實測荷載模型：實測荷載是結(jié)構(gòu)與地層共同作用的綜合反應(yīng)，它既有地層的主動壓力，也有被動彈性抗力。第十四頁，共24頁。主動荷載模型主動荷載+地層彈性約束模型第十五頁，共24頁。圖荷載模型地層實測荷載模型第十六頁，共24頁。彈性支承鏈桿計算模型第十七頁，共24頁?；追戳τ肳inkler彈性基礎(chǔ)理論計算：式中δi—地層表面某點所產(chǎn)生的壓縮變形；

σi—地層在同一點所產(chǎn)生的彈性抗力；

K—地層的彈性抗力系數(shù)。K值精度對計算結(jié)構(gòu)影響不大，一般能滿足工程設(shè)計要求。基底反力和彈性抗力的大小和分布形態(tài)取決于襯砌結(jié)構(gòu)的變形，而結(jié)構(gòu)變形又與反力或彈性抗力有關(guān)。采用迭代法求解超靜定結(jié)構(gòu)問題，可采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法和有限元法，有限元方法建立模型較為容易，適用更為廣泛，求解更為靈活。第十八頁，共24頁。在利用彈性支承鏈桿模擬地層的彈性抗力時，上式中的圍巖彈性抗力系數(shù)k與彈性連桿的剛度系數(shù)k’之間可以按照進行換算，公式如下：式中b—襯砌結(jié)構(gòu)的計算寬度，一般取1m

s—鏈桿支承處2相鄰桿件的長度和的1/2。第十九頁，共24頁。將支護結(jié)構(gòu)與圍巖視為一個整體，作為共同荷載的地下結(jié)構(gòu)體系。圍巖是直接的承載單元，支護結(jié)構(gòu)是鑲嵌在圍巖孔洞上的承載環(huán)，只是用來約束和限制圍巖的變形，兩者共同作用的結(jié)果是使結(jié)構(gòu)體系達到平衡狀態(tài)。連續(xù)介質(zhì)力學(xué)計算模型第二十頁，共24頁。第二十一頁，共24頁。地層與結(jié)構(gòu)模型第二十二頁，共24頁。在大多數(shù)情況下，隧道支護體系還是依賴“