第三章圍巖壓力

地下建筑結(jié)構(gòu)地下建筑結(jié)構(gòu)荷載第三講本講內(nèi)容荷載種類和組合荷載確定方法巖土體壓力的計算方法初始地應(yīng)力、釋放荷載與開挖效應(yīng)彈性抗力其他荷載2.1

荷載種類和組合2.1.1荷載種類按存在狀態(tài)分為：靜荷載、動荷載和活荷載等

靜荷載：又稱恒載。是指長期作用在結(jié)構(gòu)上且大小、方向和作用點不變的荷載，如結(jié)構(gòu)自重、巖土體壓力、彈性抗力和地下水壓力等；2.1

荷載種類和組合2.1.1荷載種類動荷載：要求具有一定防護(hù)能力的地下建筑物，需考慮原子武器和常規(guī)武器（炸彈、火箭）爆炸沖擊波壓力荷載，這是瞬時作用的動荷載；在抗震區(qū)進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)計算地震波作用下的動荷載作用。2.1.1荷載種類活荷載：指在結(jié)構(gòu)物施工和使用期間可能存在的變動荷載，其大小和作用位置都可能變化。

如地下建筑物內(nèi)部的樓板地面荷載（人群物件和設(shè)備重量）、吊車荷載、落石荷載等。地面附近的堆積物和車輛對地下結(jié)構(gòu)作用的荷載以及施工安裝過程中的臨時性荷載。2.1.1荷載種類其他荷載：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形的各種因素中，除有以上主要荷載的作用外，通常還有：混凝土材料收縮（包括早期混凝土的凝縮與日后的干縮）、溫度變化等受到約束而產(chǎn)生的內(nèi)力。地下結(jié)構(gòu)所承受的荷載，按其作用特點及使用中可能出現(xiàn)的情況分為以下三類，即永久（主要）荷載、可變（附加）荷載和偶然（特殊）荷載:（1）永久（主要）荷載即長期作用的恒載，主要包括：結(jié)構(gòu)自重；回填土重量；圍巖壓力；彈性抗力；靜水壓力（含浮力）；混凝土收縮和徐變影響力、預(yù)加應(yīng)力及設(shè)備自重等。地層壓力和結(jié)構(gòu)自重是襯砌承受的主要靜荷載，彈性抗力是地下結(jié)構(gòu)所特有的被動荷載。（2）可變（附加）荷載分為基本可變荷載和其它可變荷載兩類。

基本可變荷載，即長期的、經(jīng)常作用的變化荷載，如吊車荷載、設(shè)備重量、地下儲油庫的油壓力、車輛、人員等荷重人群荷載等。其它可變荷載，即非經(jīng)常作用的變化荷載，如溫度變化、施工荷載（施工機(jī)具，盾構(gòu)千斤頂推力，注漿壓力）等。（3）偶然（特殊）荷載偶然發(fā)生的荷載，如地震力或戰(zhàn)時發(fā)生的武器爆炸沖擊動荷載。2.1.2荷載組合

各種荷載對結(jié)構(gòu)可能不是同時作用，需進(jìn)行最不利情況的組合。先計算個別荷載單獨作用下的結(jié)構(gòu)各部件截面的內(nèi)力，再進(jìn)行最不利的內(nèi)力組合，得出各設(shè)計控制截面的最大內(nèi)力。最不利的荷載組合一般有以下幾種情況：（一）靜載；（二）靜載+活載；（三）靜載+動載（原子爆炸動載、炮（炸）彈動載）2.1.2荷載組合指將可能同時出現(xiàn)在地下結(jié)構(gòu)上的荷載進(jìn)行編組，取其最不利組合作為設(shè)計荷載，以最危險截面中最大內(nèi)力值作為設(shè)計依據(jù)。我國公路和鐵路隧道設(shè)計規(guī)范中給出的永久、可變及偶然荷載（在鐵路隧道設(shè)計規(guī)范中采用概率極限狀態(tài)設(shè)計法時稱為作用）參見表2-1和表2-2。表2-1公路隧道設(shè)計規(guī)范（JTJ026-90）的隧道荷載編號荷載分類荷載名稱1永久荷載（恒載）圍巖壓力2結(jié)構(gòu)自重力3填土壓力4混凝土收縮和徐變影響力5可變荷載基本可變荷載公路車輛荷載、人群荷載6立交公路車輛荷載及其所產(chǎn)生的土壓力7立交鐵路列車活載及其所產(chǎn)生的土壓力8其它可變荷載立交渡槽流水壓力9溫度變化的影響力10凍脹力11偶然荷載落石沖擊力12地震力13施工荷載注：[1]設(shè)計隧道結(jié)構(gòu)時，按其可能出現(xiàn)的最不利情況組合。

表2-2鐵隧道設(shè)計規(guī)范（TB10003-2001,J117-2001）的隧道作用（荷載）分類編號荷載分類荷載名稱荷載分類1永久作用結(jié)構(gòu)自重恒載主要荷載2結(jié)構(gòu)附加恒載3圍巖壓力4土壓力5混凝土收縮和徐變的影響6可變作用列車活載活載7活載所產(chǎn)生的土壓力8公路車輛荷載9沖擊力10渡槽水流壓力（設(shè)計渡槽明洞時）11制動力附加荷載12溫度變化的影響13灌漿壓力14凍脹力15施工荷載（施工階段的某些外力）16偶然作用落石沖擊力附加荷載17地震力特殊荷載2.2荷載的確定方法2.2.1確定依據(jù)(1)依據(jù)規(guī)范：當(dāng)前在地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中試行的規(guī)范、技術(shù)措施、條例等有多種。有的仍沿用地面建筑的設(shè)計規(guī)范，設(shè)計時應(yīng)遵守各有關(guān)規(guī)范。(2)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

1）根據(jù)建筑用途、防護(hù)等級、地震等級等確定。

2）地下建筑結(jié)構(gòu)材料的選用

3）地下襯砌結(jié)構(gòu)一般為超靜定結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力在彈性階段可按結(jié)構(gòu)力學(xué)計算?？紤]抗爆動載時，允許考慮由塑性變形引起的內(nèi)力重分布。2.2荷載的確定方法3）截面計算原則結(jié)構(gòu)截面計算時，按總安全系數(shù)法進(jìn)行，一般進(jìn)行強(qiáng)度、裂縫（抗裂度或裂縫寬度）和變形的驗算等?；炷梁痛u石結(jié)構(gòu)僅需進(jìn)行強(qiáng)度計算，并在必要時驗算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在施工和正常使用階段的靜荷載作用下，除按強(qiáng)度計算外，一般應(yīng)驗算裂縫寬度，根據(jù)工程的重要性，限制裂縫寬度小于0.10~0.20mm，但不允許出現(xiàn)通透裂縫。對較重要的結(jié)構(gòu)則不能開裂，即驗算抗裂度。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在爆炸動載作用下只需進(jìn)行強(qiáng)度計算，不作裂縫驗算。4）安全系數(shù)結(jié)構(gòu)在靜載作用下的安全系數(shù)可參照有關(guān)規(guī)范確定。對于地下建筑結(jié)構(gòu)，如施工條件差，不易保證質(zhì)量和荷載變異大時，對混凝土和鋼筋砼結(jié)構(gòu)需考慮用附加安全系數(shù)1.1。靜載下的抗裂安全系數(shù)不小于1.25，視工程重要性，可予提高。結(jié)構(gòu)在爆炸荷載作用下，由于爆炸時間較短，而荷載很大，為使結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)濟(jì)和配筋合理，其安全系數(shù)可以適當(dāng)降低。5）材料強(qiáng)度指標(biāo)一般采用工業(yè)與民用建筑規(guī)范中的規(guī)定值，亦可根據(jù)實際情況，參照水利、交通、人防和國防等專門規(guī)范。結(jié)構(gòu)在動載作用下，材料強(qiáng)度可以提高；提高系數(shù)見有關(guān)規(guī)定。2.3巖土體壓力的計算方法土壓力是土與擋土結(jié)構(gòu)之間相互作用的結(jié)果，它與結(jié)構(gòu)的變位有著密切關(guān)系。以擋土墻為例，作用在擋土墻墻背上的土壓力可以分為靜止土壓力、主動土壓力（往往簡稱土壓力）和被動土壓力（往往簡稱土抗力）三種，其中主動土壓力值最小，被動土壓力值最大，而靜止土壓力值介于兩者之間。2.3.1經(jīng)典土壓力理論

軟土地區(qū)淺埋的地下工程，采用“土柱理論”計算。豎向土壓力即為結(jié)構(gòu)頂蓋上整個土柱的全部重量。側(cè)向土壓力經(jīng)典理論主要是庫倫（Coulomb）理論和朗肯（Rankine）理論。靜止土壓力計算一般采用彈性理論，它也可以稱為經(jīng)典理論。盡管上述經(jīng)典土壓力理論存在許多不足之處，但是在工程界仍然得到廣泛應(yīng)用。1、靜止土壓力的計算結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形和任何位移（移動或轉(zhuǎn)動）時，背后填土處于彈性平衡狀態(tài)?？筛鶕?jù)半無限彈性體的應(yīng)力狀態(tài)求解。粘土ko=0.5~0.7；砂土ko=0.34~0.45。砂土、粉土1.0；粘性土、淤泥質(zhì)土0.952、庫倫土壓力理論庫倫理論的基本假定：庫倫理論由法國科學(xué)家?guī)靷悾–oulomb,C.A.）于1773年發(fā)表，主要針對擋土墻計算，基本假定為：①擋土墻墻后土體為均質(zhì)各向同性的無粘性土；②擋土墻是剛性的且長度很長，屬于平面應(yīng)變問題；③擋土墻后土體產(chǎn)生主動土壓力或被動土壓力時，土體形成滑動楔體，滑裂面為通過墻踵的平面；④墻頂處土體表面可以是水平面，也可以為傾斜面，傾斜面與水平面有夾角；⑤在滑裂面和墻背面上的切向力分別滿足極限平衡條件求導(dǎo)：最大滑楔面求導(dǎo)：最小滑楔面

3、朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論是由英國科學(xué)家朗肯（Rankine）于1857年提出。朗肯理論的基本假定為：（1）擋土墻背豎直，墻面為光滑，不計墻面和土層之間的摩擦力；（2）擋土墻后填土的表面為水平面，土體向下和沿水平方向都能伸展到無窮，即為半無限空間；（3）擋土墻后填土處于極限平衡狀態(tài)。朗肯理論是從彈性半空間的應(yīng)力狀態(tài)出發(fā)，由土的極限平衡理論導(dǎo)出。特殊情況下的土壓力1、成層土的土壓力計算2、地面超載作用下的土壓力計算與圖式特殊情況下的土壓力3、考慮地下水時水土壓力計算水土壓力分算：砂性土和粉土水土壓力合算：粘性土

2.3.2圍巖壓力的計算

（一）圍巖壓力及其影響因素

1、圍巖壓力的概念圍巖壓力是指位于地下結(jié)構(gòu)周圍變形及破壞的巖層，作用在襯砌或支撐上的壓力。洞室開挖之前，地層中的巖體處于復(fù)雜的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)。洞室開挖之后，圍巖中的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，應(yīng)力重新分布，從而使圍巖產(chǎn)生變形。當(dāng)變形發(fā)展到巖體極限變形時，巖體就產(chǎn)生破壞。如在圍巖發(fā)生變形時及時進(jìn)行襯砌或圍護(hù)，阻止圍巖繼續(xù)變形，防止圍巖塌落，則圍巖對襯砌結(jié)構(gòu)就要產(chǎn)生壓力，即所謂的圍巖壓力。圍巖壓力可分為圍巖垂直壓力、圍巖水平壓力及圍巖底部壓力。2、影響圍巖壓力的因素影響圍巖壓力的因素很多，主要與巖體的結(jié)構(gòu)、巖石的強(qiáng)度、地下水的作用、洞室的尺寸與形狀、支護(hù)的類型和剛度、施工方法、洞室的埋置深度和支護(hù)時間等因素相關(guān)。其中，巖體穩(wěn)定性的關(guān)鍵在于巖體結(jié)構(gòu)面的類型和特征。F28F6F5F27按圍巖壓力及作用分：支護(hù)結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展可以劃分為三個階段：第一階段：古典巖土壓力理論階段興起于20世紀(jì)20年代以前，代表性人物主要有海姆（A.Haim）、朗肯（W.J.M.Rankine）和金尼克（A.H.Дииик）。認(rèn)為作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力是其上覆巖層的重量，側(cè)壓力方面，海姆認(rèn)為側(cè)壓系數(shù)為1，朗肯根據(jù)松散體理論認(rèn)為是，而金尼克根據(jù)彈性理論認(rèn)為是μ/(1-μ)（μ為巖體的泊松比）。當(dāng)時地下工程埋藏深度不大，一度被認(rèn)為是正確的。

第二階段：散體壓力理論階段代表性人物是泰沙基（K.Terzaghi，太沙基）和普羅托季亞科諾夫（普氏，M.M.Лротдъяконов）。認(rèn)為當(dāng)?shù)叵鹿こ搪癫厣疃容^大時，支護(hù)上的壓力只是圍巖坍落拱內(nèi)松動巖體的重量，坍落拱的高度與地下工程的跨度及圍巖的性質(zhì)有關(guān)。太沙基認(rèn)為坍落拱為矩形，而普羅托季亞科諾夫認(rèn)為是拋物線形。并通過假定抗力的形式考慮圍巖與結(jié)構(gòu)的相互作用。采用荷載—結(jié)構(gòu)法進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。第三階段：共同作用理論階段沒能科學(xué)地確定坍落拱的高度及其形成過程，更沒有認(rèn)識到穩(wěn)定圍巖和充分發(fā)揮圍巖的自承作用問題。20世紀(jì)50年代以來，巖石力學(xué)開始成為一門獨立的學(xué)科，圍巖彈性、彈塑性及粘彈性解答逐步出現(xiàn)，錨（桿）噴（射混凝土）支護(hù)及新奧法（新奧地利隧道設(shè)計施工）的興起，終于形成了以巖石力學(xué)原理（圍巖）及彈性力學(xué)（結(jié)構(gòu)）為基礎(chǔ)的、考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖共同作用的地下現(xiàn)代支護(hù)理論。我國采用較多的仍是以散體壓力理論為基礎(chǔ)的荷載——結(jié)構(gòu)法，一方面該理論發(fā)展時間較長，有較多經(jīng)驗，另一方面是該計算理論形式簡單，比較容易為工程設(shè)計人員所掌握。只對圓形斷面才有封閉的解析解，設(shè)計中一般作為校核，但近年來地層——結(jié)構(gòu)法得到了越來越廣泛的應(yīng)用。地下結(jié)構(gòu)的計算理論（按地下結(jié)構(gòu)分）：1、剛性結(jié)構(gòu)階段剛性結(jié)構(gòu)的計算理論，如壓力線理論等。背景：十九世紀(jì)磚石結(jié)構(gòu)流行分析方法：三鉸拱靜定體系，鉸的位置分別假設(shè)在墻底和拱頂，其內(nèi)力可按靜力學(xué)原理進(jìn)行計算。地下結(jié)構(gòu)計算理論的發(fā)展2、彈性結(jié)構(gòu)階段背景：十九世紀(jì)未混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)分析方法：彈性連續(xù)拱形框架體系設(shè)計準(zhǔn)則：混凝土設(shè)計規(guī)范（1）假定彈性反力階段

襯砌在承受巖體所給的主動壓力作用產(chǎn)生彈性變形的同時，將受到地層對其變形的約束作用。地層對襯砌變形的約束作用力就稱之為彈性反力。假定彈性反力彈性反力的分布圖形為直線(三角形或梯形)對拱形結(jié)構(gòu)按變形曲線假定了月牙形的彈性反力圖形（2）彈性地基梁階段將隧道邊墻視為支承在側(cè)面和基底地層上的雙向彈性地基梁，計算在主動荷載作用下拱圈和邊墻的內(nèi)力。局部變形彈性地基梁理論共同變形彈性地基梁理論彈性抗力：襯砌在受力過程中的變形，一部分結(jié)構(gòu)有離開圍巖形成“脫離區(qū)”的趨勢，另一部分壓緊圍巖形成所謂“抗力區(qū)”，在抗力區(qū)內(nèi)，約束著襯砌變形的圍巖相應(yīng)地產(chǎn)生被動抵抗力.彈性抗力大小，目前以溫克爾（E.Winkler）假定為基礎(chǔ)的局部變形理論，它認(rèn)為應(yīng)力和變形之間呈線性關(guān)系，即為圍巖彈性抗力系數(shù)式中—圍巖邊面上任意一點i的壓縮變形（m）;

—圍巖在同一點所產(chǎn)生的彈性抗力（MPa）;

—比例系數(shù)，稱為圍巖的彈性抗力系數(shù)(MPa/m)。施加荷載后計算模型圖彎矩圖變形圖變形前變形后3連續(xù)介質(zhì)階段二者相互作用與巖體的初始應(yīng)力狀態(tài)、巖體的特性、支護(hù)結(jié)構(gòu)的特性、支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的接觸條件以及參與工作的時間、施工技術(shù)等因素有關(guān)。以巖體力學(xué)理論為基礎(chǔ)，視隧道結(jié)構(gòu)與圍巖為受力整體，共同承受圍巖形變壓力。4數(shù)值分析與信息反饋階段隨著巖土本構(gòu)關(guān)系進(jìn)步以及有限元法及離散元法等數(shù)值解法發(fā)展，連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的計算應(yīng)用范圍得到擴(kuò)大。計算參數(shù)難以準(zhǔn)確獲得。例如：巖體原始應(yīng)力、巖體力學(xué)參數(shù)及施工因素等。以新奧法理論為基礎(chǔ)，采用監(jiān)控量測技術(shù)，將支護(hù)與圍巖共同作用、信息反饋原理應(yīng)用在地下工程中，形成現(xiàn)代信息化支護(hù)與技術(shù)。一、圍巖壓力及分類(一)圍巖壓力概念廣義概念：圍巖壓力是指引起地下開挖空間周圍巖體和支護(hù)變形或破壞的作用力。它包括由地應(yīng)力引起的圍巖應(yīng)力以及圍巖變形受阻而作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用力。狹義概念：指圍巖變形受阻而作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用力。(一)圍巖壓力概念廣義概念：圍巖壓力是指引起地下開挖空間周圍巖體和支護(hù)變形或破壞的作用力。它包括由地應(yīng)力引起的圍巖應(yīng)力以及圍巖變形受阻而作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用力。狹義概念：指圍巖變形受阻而作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用力。(二)圍巖壓力分類松動壓力

形變壓力

膨脹壓力沖擊壓力由于開挖而松動或坍塌的巖體以重力形式直接作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力稱為松動壓力。松動壓力常通過下列三種情況發(fā)生：在整體穩(wěn)定的巖體中，可能出現(xiàn)個別松動掉塊的巖石；在松散軟弱的巖體中，坑道頂部和兩側(cè)邊幫冒落；在節(jié)理發(fā)育的裂隙巖體中，圍巖某些部位沿軟弱面發(fā)生剪切破壞或拉壞等局部塌落。1.松動壓力拱頂坍塌、冒落水平巖層傾斜巖層水平巖層冒落傾斜巖層掉塊、塌落高邊墻坍塌裂隙巖體頂部掉塊2.形變壓力形變壓力是由于圍巖變形受到與之密貼的支護(hù)如錨噴支護(hù)等的抑制，而使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同變形過程中，圍巖對支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的接觸壓力。軟巖巷道嚴(yán)重底鼓變形軟巖巷道變形、支撐斷裂3.膨脹壓力當(dāng)巖體具有吸水膨脹崩解的特征時，由于圍巖吸水而膨脹崩解所引起的壓力稱為膨脹壓力。它與形變壓力的基本區(qū)別在于它是由吸水膨脹引起的。4.沖擊壓力沖擊壓力是在圍巖中積累了大量的彈性變形能以后，由于隧道的開挖，圍巖的約束被解除，能量突然釋放所產(chǎn)生的壓力。上述松動壓力、形變壓力往往同時存在，難以嚴(yán)格區(qū)分。二、影響圍巖壓力的因素影響圍巖壓力的因素很多，通常可分為兩大類。地質(zhì)因素：它包括初始應(yīng)力狀態(tài)、巖石力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)面等；工程因素：它包括斷面大小、施工方法、支護(hù)設(shè)置時間、支護(hù)剛度、坑道形狀等。三、圍巖松動壓力的形成和確定方法(一)圍巖松動壓力的形成深埋坑道開挖后圍巖由變形到坍塌成拱的整個變形過程，稱為圍巖的成拱作用。在成拱過程中形成的相對穩(wěn)定的拱形坍腔結(jié)構(gòu)，成為自然拱或坍落拱。而坍腔內(nèi)坍落的巖土形成松動壓力的荷載來源。

圍巖松散壓力的產(chǎn)生過程⑴隧道開挖后，在圍巖應(yīng)力重分布過程中，頂板開始沉陷，并出現(xiàn)拉斷裂紋，可視為變形階段；⑵頂板的裂紋繼續(xù)發(fā)展并且張開，由于結(jié)構(gòu)面切割等原因，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗蓜?，可視為松動階段；⑶頂板巖體視其強(qiáng)度的不同而逐步坍塌，可視為坍塌階段；⑷頂板塌落停止，達(dá)到新的平衡，此時其界面形成一近似的拱形，可視為成拱階段。(c)(d)(a)(b)變形階段松動階段塌落階段成拱階段自然拱自然拱范圍的大小除了受上述的圍巖地質(zhì)條件、支護(hù)結(jié)構(gòu)架設(shè)時間、剛度以及它與圍巖的接觸狀態(tài)等因素影響外，還取決于以下諸因素：隧道的形狀和尺寸；隧道的埋深；施工因素。①深、淺埋隧道的判定原則

隧道埋深不同，確定圍巖壓力的計算方法不同，應(yīng)以隧道頂部覆蓋層能否形成“自然拱”為原則?！裆盥袼淼绹鷰r松散壓力值是以施工坍方平均高度(等效荷載高度值)為根據(jù)，為了形成此高度值，隧道上覆巖體就有一定的厚度。根據(jù)經(jīng)驗，這個深度通常為2～2.5倍的坍方平均高度值①深、淺埋隧道的判定原則

Hp＝（2～2.5）hq

式中:Hp—深淺埋隧道分界深度;

hq—荷載等效高度，按下式計算：

hq＝q/γq—深埋隧道豎向均布壓力kN／m2；

γ—

圍巖容重（kN／m2）。

在礦山法施工的條件下I一III級圍巖取

Hp＝2hqIV～VI級圍巖取

Hp＝2.5hq

當(dāng)隧道覆蓋層厚度H≥Hp時為深埋，

H＜Hp時為淺埋

H＜hq時為超淺埋(二)確定圍巖松動壓力的方法圍巖壓力的確定目前常用有下列三種方法：●直接量測法●經(jīng)驗法或工程類比法●理論估算法●直接量測法：

是一種切合實際的方法，對隧道工程而言，也是研究發(fā)展的方向；但由于受量測設(shè)備和技術(shù)水平的制約，目前還不能普遍常用。接觸壓力量測布置圖●經(jīng)驗法或工程類比法：

是根據(jù)大量以前工程的實際資料的統(tǒng)計和總結(jié)，按不同圍巖分級提出圍巖壓力的經(jīng)驗數(shù)值，作為后建隧道工程確定圍巖壓力的依據(jù)的方法。是目前使用較多的方法?！窭碚摴浪惴ǎ菏窃趯嵺`的基礎(chǔ)上從理論上研究圍巖壓力的方法。由于地質(zhì)條件的不確定性，影響圍巖壓力的因素多，企圖建立一種完善的和適合各種實際情況的通用圍巖壓力理論及計算方法是困難的。式中ω——寬度影響系數(shù)，ω=1+i(B-5)

B——坑道寬度，以m計；

i——B每增加1m時，圍巖壓力的增減率(以B＝5m為基準(zhǔn))，當(dāng)B＜5m時取i=0.2，B＞5m時，取i＝0.1。對于單線、雙線及多線隧道，按破壞階段設(shè)計時：我國《隧規(guī)》所推薦的方法（q、e）(1)深埋隧道式中hq——等效荷載高度值；

S——圍巖級別，如Ⅲ級圍巖S=3；

γ——圍巖的容重；對于單線隧道、按概率極限狀態(tài)設(shè)計時：水平壓力e可用下表中的經(jīng)驗范圍取值。水平壓力e推薦范圍上述計算表達(dá)式的適用條件①H/B＜1.7(H為坑道的高度)；②深埋隧道；③不產(chǎn)生顯著的偏壓力及膨脹壓力的一般圍巖；④采用鉆爆法施工的隧道。垂直松動壓力的分布圖水平壓力分部一般為均布形式，在高地應(yīng)力、淺埋時，還應(yīng)考慮水平壓力非均勻分布的情況。深埋荷載分布

深埋荷載分布，考慮水壓

豎向荷載分布

水平荷載分布

鄭西客運專線黃土隧道

廈門翔安海底隧道

(2)淺埋隧道當(dāng)隧道埋深不大時，開挖的影響將波及到地表而不能形成“自然拱”。從施工過程中巖體(包括土體)的運動情況可以看到，隧道開挖后如不及時支撐，巖體即會大量坍落移動，這種移動會影響到地表并形成一個坍陷區(qū)域，此時巖體將會出現(xiàn)兩個滑動面。對于這樣的情況，可以采用松散介質(zhì)極限平衡理論進(jìn)行分析。當(dāng)滑動巖體下滑時，受到兩種阻力作用：一是滑面上阻止滑動巖體下滑的摩擦阻力；二是支護(hù)結(jié)構(gòu)的反作用力，這種反作用力的數(shù)值應(yīng)等于滑動巖體對支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的壓力，也就是我們所要確定的圍巖松動壓力。圍巖壓力滑動面滑動土體未擾動土體支護(hù)結(jié)構(gòu)反力受力的極限平衡條件：滑動巖體重量＝滑面上的阻力+支護(hù)結(jié)構(gòu)的反作用力(圍巖松動壓力)圍巖松動壓力＝滑動巖體重量—滑面上的阻力①隧道埋深h小于或等于等效荷載高度hq(即h≤hq)時，忽略滑動面上的摩擦力：式中γ——圍巖容重，以kN/m3計；

h——隧道埋置深度，以m計。圍巖水平均布壓力e按朗金公式計算①隧道埋深h大于等效荷載高度hq(即h＞

hq)時：隧道隨著埋置深度增加，上覆巖體逐漸增厚，滑面的阻力也隨之增大。因此，在計算圍巖壓力時，必須考慮滑面上阻力的影響。施工中，上覆巖體的下沉和位移與許多因素有關(guān)，如支護(hù)是否及時，巖體的性質(zhì)、坑道的尺寸及埋置深度的大小，施工方接是否合理等等。為方便計算，根據(jù)實踐經(jīng)驗作如下簡化假定。W2βW2T1NAφ0CDFBNEPW1hHBT1T2T2a.