第五章隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二

2023/3/15中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系1第五章隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.6隧道洞門計(jì)算5.5巖體力學(xué)方法5.3計(jì)算模型5.4結(jié)構(gòu)力學(xué)方法5.7襯砌截面強(qiáng)度檢算5.2荷載類型5.1概述5.10直墻襯砌計(jì)算5.9曲墻襯砌計(jì)算5.8半襯砌計(jì)算5.1

概述1、隧道結(jié)構(gòu)環(huán)境及其簡化2、隧道結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型1、隧道結(jié)構(gòu)環(huán)境及其簡化⑴隧道結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)的區(qū)別

隧道結(jié)構(gòu)工程特性、設(shè)計(jì)原則和方法與地面結(jié)構(gòu)完全不同⑴隧道結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)的區(qū)別●隧道結(jié)構(gòu)是由周邊圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)兩者組成共同的并相互作用的結(jié)構(gòu)體系●周邊圍巖在很大程度上是隧道結(jié)構(gòu)承載的主體●隧道襯砌的設(shè)計(jì)和計(jì)算應(yīng)結(jié)合圍巖自承能力進(jìn)行，保證使用壽限內(nèi)的安全度⑴隧道結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)的區(qū)別⑵隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算的簡化問題根據(jù)實(shí)際環(huán)境和邊界條件如何簡化對計(jì)算結(jié)果影響非常重要根據(jù)實(shí)際環(huán)境和邊界條件根據(jù)實(shí)際環(huán)境和邊界條件根據(jù)實(shí)際環(huán)境和邊界條件⑵隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算的簡化問題⑵隧道結(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算的的簡化化問題題●在十九九世紀(jì)紀(jì)末，，隧道道襯砌砌結(jié)構(gòu)構(gòu)是作作為超靜定定彈性性拱計(jì)算的的，但但僅考考慮作作用在在襯砌砌上的的圍巖巖壓力力，忽忽視了了圍巖巖對襯襯砌的的約束束作用用●彈性抗抗力：襯砌砌在受受力過過程中中的變變形，，一部部分結(jié)結(jié)構(gòu)有有離開開圍巖巖形成成“脫離區(qū)區(qū)”的趨勢勢，另另一部部分壓壓緊圍圍巖形形成所所謂“抗力區(qū)區(qū)”，在抗抗力區(qū)區(qū)內(nèi)，，約束著著襯砌砌變形形的圍圍巖相相應(yīng)地地產(chǎn)生生被動動抵抗抗力⑵隧道結(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算的的簡化化問題題●進(jìn)入本本世紀(jì)紀(jì)后，，通過過長期期觀測測，發(fā)發(fā)現(xiàn)圍圍巖不不僅對對襯砌砌施加加壓力力，同同時還還約束著著襯砌砌的變變形。圍巖巖對襯襯砌變變形的的約束束，對改善善襯砌砌結(jié)構(gòu)構(gòu)的受受力狀狀態(tài)有有利，不容容忽視視⑵隧道結(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算的的簡化化問題題⑶局部變變形理理論和和共同同變形形理論論●局部變變形理理論：：是以以溫克克爾（E.Winkler）假定為為基礎(chǔ)礎(chǔ)的。。它認(rèn)認(rèn)為應(yīng)應(yīng)力和和變形形之間間呈線性關(guān)關(guān)系，即為為圍巖彈彈性抗抗力系系數(shù)●共同變變形理理論把把圍巖巖視為為彈性性半無無限體體，考慮相相鄰質(zhì)質(zhì)點(diǎn)之之間變變形的的相互互影響響。⑶局部變變形理理論和和共同同變形形理論論2、隧道道結(jié)構(gòu)構(gòu)體系系的計(jì)計(jì)算模模型計(jì)算模模型的的如何何建立立？隧道結(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算如如何簡簡化？？不同簡簡化計(jì)計(jì)算結(jié)結(jié)果差差異大大！2、隧道道結(jié)構(gòu)構(gòu)體系系的計(jì)計(jì)算模模型國際隧隧道協(xié)協(xié)會(ITA)認(rèn)為，，目前前采用用的地地下結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)方方法可可以歸歸納為為以下下4種設(shè)計(jì)計(jì)模型型：●以工程程類比比為主主的經(jīng)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)法法；●以以現(xiàn)場場量測測和試試驗(yàn)為為主的的實(shí)用設(shè)設(shè)計(jì)法法●荷載—結(jié)構(gòu)模模型方法●巖體力力學(xué)模模型方法，，包括括解析析法和和數(shù)值值法。。2、隧道道結(jié)構(gòu)構(gòu)體系系的計(jì)計(jì)算模模型從各國國的地地下結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)實(shí)踐看看，目目前主主要采采用兩兩類計(jì)計(jì)算模模型：：●一類是是以支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)作為為承載載主體體，結(jié)構(gòu)構(gòu)力學(xué)學(xué)模型型，又又稱為為荷載載－結(jié)結(jié)構(gòu)模模型；；●另另一類類則相相反，，視圍巖為為承載載主體體，支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)則為為約束束圍巖巖變形形的模模型，，即即巖體體力學(xué)學(xué)模型型或稱稱為圍圍巖—結(jié)構(gòu)模模型。。5.2隧道襯襯砌上上的荷荷載類類型1、隧道道結(jié)構(gòu)構(gòu)上的的基本荷荷載2、隧道道結(jié)構(gòu)構(gòu)上的的荷載載及其其類型型1、基本本荷載載（1）圍巖巖壓力力（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)自重重力2、隧道道結(jié)構(gòu)構(gòu)上的的荷載載及其其類型型按其性性質(zhì)可可以區(qū)區(qū)分為為兩大大類:●主動荷荷載是主動動作用用于結(jié)結(jié)構(gòu)、、并引引起結(jié)結(jié)構(gòu)變變形的的荷載載；●被動荷荷載是因結(jié)結(jié)構(gòu)變變形壓壓縮圍圍巖而而引起起的圍圍巖被被動抵抵抗力力，即即彈性性抗力力，它它對結(jié)結(jié)構(gòu)變變形起起限制制作用用。2、隧道道結(jié)構(gòu)構(gòu)上的的荷載載及其其類型型《公路隧隧道設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》JTGD70-2004將隧道道結(jié)構(gòu)構(gòu)上荷荷載仿仿照橋橋規(guī)分分為：：●永久荷荷載●可變荷荷載●偶然荷荷載編號荷載類型荷載名稱1永久荷載（恒載）圍巖壓力2結(jié)構(gòu)自重力3填土壓力水壓力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)生的沖擊力和土壓力7

立交鐵路列車活載及其所產(chǎn)生的沖擊力和土壓力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凍脹力施工荷載11偶然荷載落石沖擊力12地震力隧規(guī)P28：表6.1.1作用在在隧道道結(jié)構(gòu)構(gòu)上的的荷載載荷載組組合：：●結(jié)構(gòu)自自重＋＋圍巖巖壓力力＋附附加恒恒載（基本本）●結(jié)構(gòu)自自重＋＋土壓壓力＋＋公路路荷載載＋附附加恒恒載●結(jié)構(gòu)自自重＋＋土壓壓力＋＋附加加恒載載＋施施工荷荷載＋溫度度作用用力●結(jié)構(gòu)自自重＋＋土壓壓力＋＋附加加恒載載＋地地震作作用附加恒恒載：：伴隨隨隧道道運(yùn)營營的各各種設(shè)設(shè)備設(shè)設(shè)施的的荷載載等。。5.3.1隧道工工程的的受力力特點(diǎn)點(diǎn)1.荷載的的模糊糊性2.圍巖物物理力力學(xué)參參數(shù)難難以準(zhǔn)準(zhǔn)確獲獲得3.圍巖壓壓力承承載體體系◆圍巖不不僅是是荷載載，同同時又又是承承載體體◆地層壓壓力由由圍巖巖和支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)共共同承承受◆充分發(fā)發(fā)揮圍圍巖自自身承承載力力的重重要性性4.設(shè)計(jì)參參數(shù)受受施工工方法法和施施作時時機(jī)的的影響響很大大5.隧道與與地面面結(jié)構(gòu)構(gòu)受力力的不不同點(diǎn)點(diǎn)—圍巖抗抗力的的存在在5.3隧道結(jié)結(jié)構(gòu)體體系的的計(jì)算算模型型5.3.2隧道結(jié)結(jié)構(gòu)體體系的的計(jì)算算模型型1.結(jié)構(gòu)力力學(xué)模模型特點(diǎn)：：◆以支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)作為為承載載主體體；◆圍巖對對支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的作作用間間接地地體現(xiàn)現(xiàn)為兩兩點(diǎn)：：①圍巖壓壓力；②②圍巖彈彈性抗抗力?！舨捎媒Y(jié)結(jié)構(gòu)力力學(xué)方方法計(jì)計(jì)算。。適用于于：模筑砼砼襯砌砌分為結(jié)構(gòu)力力學(xué)模模型（（荷載-結(jié)構(gòu)模模式）和巖體力力學(xué)模模型（（地層模模式）。★★5.3隧道結(jié)結(jié)構(gòu)體體系的的計(jì)算算模型型§荷載結(jié)結(jié)構(gòu)法法先給出出地層層對結(jié)結(jié)構(gòu)的的荷載載（土土、水水壓力力），，再按按結(jié)構(gòu)構(gòu)力學(xué)學(xué)方法法計(jì)算算。方法：：關(guān)鍵是是荷載載的確確定方方法。。29圖4-2荷載—結(jié)構(gòu)模型2.巖體力力學(xué)模模型特點(diǎn)：：◆支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)與與圍巖巖視為為一體體，共共同承承受荷荷載，，且以以圍巖作作為承承載主主體；◆支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)約約束圍圍巖的的變形形；◆采用巖巖體力力學(xué)方方法計(jì)計(jì)算；；◆圍巖體體現(xiàn)為為形變變壓力力。適用于于：錨噴支支護(hù)5.3隧道結(jié)結(jié)構(gòu)體體系的的計(jì)算算模型型§地層結(jié)結(jié)構(gòu)法法將地層層與結(jié)結(jié)構(gòu)視視為一一整體體來進(jìn)進(jìn)行分分析，，考慮慮地層層-結(jié)構(gòu)的的共同同作用用。求解方法：解析法數(shù)值法313.計(jì)算模模型詳詳細(xì)比比較結(jié)構(gòu)力學(xué)模型巖體力學(xué)模型認(rèn)識視圍巖為荷載的來源三位一體特性力學(xué)原理

“荷載－結(jié)構(gòu)”力學(xué)體系，以最不利荷載組合作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載建立的是“圍巖－支護(hù)”力學(xué)體系，以實(shí)際的應(yīng)力－應(yīng)變狀態(tài)作為支護(hù)的設(shè)計(jì)狀態(tài)支護(hù)阻力圍巖變形過大，松動坍塌所產(chǎn)生的松動壓力支護(hù)與圍巖共同作用，共同變形所產(chǎn)生的接觸形變壓力支護(hù)臨時支撐+整體式厚襯砌初期支護(hù)+二次襯砌開挖分部開挖，鉆爆法+中小型機(jī)械大斷面開挖，鉆爆法+大中型機(jī)械掘進(jìn)5.4.1基本原原理支護(hù)和和圍巖巖分開開考慮慮，支支護(hù)是是承載載的主主體，，視圍圍巖為為荷載載來源源和支支護(hù)的的彈性性支承承，荷荷載處處理有有三種種模式式:主動荷荷載，主動荷載+被動抗抗力，實(shí)際荷荷載。1主動荷荷載模模式適于軟軟弱巖巖層，，如：：明挖地地鐵明洞工工程5.4結(jié)構(gòu)力力學(xué)方方法2主動荷荷載+彈性抗抗力模模式適于各各類圍圍巖在在實(shí)際際應(yīng)用用中，，該模式式基本本能反反映出出支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的實(shí)實(shí)際受受力狀狀況。5.4結(jié)構(gòu)力力學(xué)方方法3實(shí)際荷荷載模模式它采用用量測測儀器器實(shí)地地量測測作用用在襯襯砌上上的荷荷載值值，某某種實(shí)實(shí)測荷荷載只只能適適用于于類似似情況況。5.4結(jié)構(gòu)力力學(xué)方方法5.4.2隧道襯襯砌受受力變變形的的特點(diǎn)點(diǎn)設(shè)圍巖巖垂直直壓力力大于于側(cè)向向壓力力，則則存存在拱拱頂脫離區(qū)區(qū)，兩側(cè)側(cè)抗力區(qū)區(qū)。5.4結(jié)構(gòu)力力學(xué)方方法5.4.3隧道襯襯砌荷荷載分分類(1)主動荷荷載主要荷荷載：：圍巖壓壓力、支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)自重、回填土土荷載載、地下靜靜水壓壓力及車輛活活載等。附加荷荷載：：凍脹壓壓力、地震力等。被動荷載是指圍巖的彈性抗力，計(jì)算有共同變形理論和局部變形理論。(2)被動荷載5.4結(jié)構(gòu)力學(xué)方法共同變形理論：把圍巖視視為彈性半無無限體，考慮相相鄰質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)之間的的相互影影響。其其所需圍圍巖物理理力學(xué)參參數(shù)較多多，而且且計(jì)算頗頗為繁雜雜，因而我國國很少采采用。假設(shè)：地基為為一均質(zhì)質(zhì)、連續(xù)續(xù)、彈性性的半無無限體。。優(yōu)點(diǎn)：①反映了了地基的的連續(xù)整整體性；；②從幾何何上、物物理上對對地基進(jìn)進(jìn)行了簡簡化，因因而可以以把彈性性力學(xué)中中有關(guān)半半無限彈彈性體的的經(jīng)典問問答已知知結(jié)論作作為計(jì)算算的基礎(chǔ)礎(chǔ)。2.半無限體體彈性地地基模型型缺點(diǎn)：①彈性假假設(shè)沒有有反映土土體的非非彈性性性質(zhì)；②均質(zhì)假假設(shè)沒有有反映土土體的不不均勻性性；③半無限限體假設(shè)設(shè)有反映映地基的的分層特特點(diǎn)；④本模型型在數(shù)學(xué)學(xué)處理上上比較復(fù)復(fù)雜，因因而在應(yīng)應(yīng)用上也也受到一一定的限限制。局部變形形理論★：以溫克爾（E.Winkler）假定為為基礎(chǔ)的的。該理理論認(rèn)為為圍巖的的彈性抗力力與圍巖巖在該點(diǎn)點(diǎn)的變形形成正比比。這個假設(shè)設(shè)實(shí)際上是是把地基基模擬為為剛性支支座上一一系列獨(dú)獨(dú)立的彈彈簧。當(dāng)?shù)鼗砻嫔仙夏骋稽c(diǎn)點(diǎn)受壓力力p時，由于于彈簧是彼彼此獨(dú)立立的，故只在在該點(diǎn)局局部產(chǎn)生生沉陷y，而在其其他地方方不產(chǎn)生生任何沉沉陷。因因此，這這種地基基模型稱稱作局部部彈性地地基模型型。優(yōu)點(diǎn)：可以考慮慮梁本身身的實(shí)際際彈性變變形，消消除了反力直線線分布假假設(shè)中的缺點(diǎn)點(diǎn)。局部彈性性地基模模型的計(jì)計(jì)算較為為簡單，，在實(shí)際際應(yīng)用用較為為方便便。缺點(diǎn)：：沒有反反映地地基的的變形形連續(xù)續(xù)性，當(dāng)?shù)氐鼗肀砻嬖谠谀骋灰稽c(diǎn)承承受壓壓力時時，實(shí)實(shí)際上上不僅僅在該該點(diǎn)局局部產(chǎn)產(chǎn)生沉沉陷，，而且且也在在鄰近近區(qū)域域產(chǎn)生生沉陷陷。由由于沒沒有考考慮地地基的的連續(xù)續(xù)性，，故溫溫克爾爾假設(shè)設(shè)不能能全面面地反反映地地基梁梁的實(shí)實(shí)際情情況，，特別對對于密密實(shí)厚厚土層層地基基和整整體巖巖石地地基，，將會會引起起較大大的誤誤差。。但是，，如果果地基基的上上部為為較薄薄的土土層，，下部部為堅(jiān)堅(jiān)硬巖巖石，，則地地基情情況與與圖中中的彈彈簧模模型比比較相相近，，這時時將得得出比比較滿滿意的的結(jié)果果。隧道襯襯砌結(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算的的矩陣陣位移移法基本原原理矩陣位位移法法又叫叫直接剛剛度法法，它是是以結(jié)結(jié)構(gòu)節(jié)節(jié)點(diǎn)位位移為為基本本未知知量，，聯(lián)接接在同同一節(jié)節(jié)點(diǎn)各各單元元的節(jié)節(jié)點(diǎn)位位移應(yīng)應(yīng)該相相等，，并等等于該該點(diǎn)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)位移移（變形協(xié)協(xié)調(diào)條條件）；同同時作作用于于某一一結(jié)構(gòu)構(gòu)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的荷荷載必必須與與該節(jié)節(jié)點(diǎn)上上作用用的各各個單單元的的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)力相相平衡衡（靜力平平衡條條件）。隧道襯襯砌結(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算的的矩陣陣位移移法①三種單單剛◆襯砌單單剛：：梁單單元◆抗力單單剛：：二力力桿單單元◆基礎(chǔ)單單剛：：支座座單元元②②拼拼總剛剛(結(jié)構(gòu)剛剛度矩矩陣)③邊界條條件～～墻基基礎(chǔ)水水平位位移為為0④④求解以以節(jié)點(diǎn)點(diǎn)位移移為未未知量量的方方程組組～高高斯消消去法法等⑤⑤由由節(jié)節(jié)點(diǎn)位位移求求出單單元節(jié)節(jié)點(diǎn)力力～內(nèi)內(nèi)力計(jì)算特特點(diǎn)直剛法法計(jì)算算圖式式隧道襯襯砌結(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算的的矩陣陣位移移法直剛法法計(jì)算算流程程5.5.1解析法法5.5巖體力力學(xué)方法僅對很很簡單單的問問題才才可求求出解解析解解，如如均質(zhì)半半無限限體中中的單單孔圓圓形隧隧道、雙孔等等直徑徑圓形形隧道道，以及及橢圓形形、方方形和和直墻墻拱形形洞室室等問題。。但僅僅對第第一種種問題題得出出了精精確的的解析析計(jì)算算式，，對其其他情情況雖雖已用用復(fù)變變函數(shù)數(shù)建立立了計(jì)計(jì)算式式，但但最終終結(jié)果果的計(jì)計(jì)算仍仍需借借助于于數(shù)值值逼近近?？伎紤]塑塑性時時也僅僅對圓圓形洞洞室的的部分分課題題才有有解析析解。。5.5.2數(shù)值分分析法法1.概述◆邊界元元法、、無限限元法法、有有限元元法、、有限限元法法耦合合方法法等，，僅介介紹有有限元元法。。2.有限元元法處處理特特點(diǎn)隧道計(jì)計(jì)算范范圍及及網(wǎng)格格劃分分（1）單元元類型型的選選擇和和網(wǎng)格格劃分分5.5巖體力力學(xué)方方法（2）計(jì)算算范圍圍的選選?、偎淼篱_開挖影影響范范圍～～距開開挖面面中心心點(diǎn)3～5倍洞跨的的范圍圍；②邊界上上位移移為零零。5.5巖體力力學(xué)方方法（3）邊界界條件件和初初始應(yīng)應(yīng)力（4）卸荷荷釋放放荷載載及卸卸荷過過程模模擬（5）開挖挖施工工步驟驟的模模擬（6）求單單元應(yīng)應(yīng)力（7）圍巖巖與支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)穩(wěn)穩(wěn)定性性判斷斷（8）有限限元法法計(jì)算算的可可信度度5.5巖體力力學(xué)方方法有限元元法：：適用性性強(qiáng)（（各種種地層層、洞洞室，，非線線性，，施工工過程程等））；缺缺點(diǎn)：：本構(gòu)構(gòu)關(guān)系系難以以準(zhǔn)確確給出出。輸入?yún)?shù)不不正確確，則則給出出錯誤誤結(jié)果果。525.5巖體力力學(xué)方方法5.5巖體力力學(xué)方方法洞門視視作擋土墻墻進(jìn)行計(jì)計(jì)算設(shè)設(shè)計(jì)：：①主動土土壓力力按庫侖理理論進(jìn)行計(jì)計(jì)算；；②②無論論墻背背仰斜斜或直直立，，土壓壓力的的作用用方向向均假假定為為水平；③③不考考慮被被動土土壓力力。④④取取最不利利位置置的墻墻體條條帶計(jì)算，，稱為為“檢算條條帶”。條帶寬寬度一一般為為1m，最不利利位置置～墻墻體最最高點(diǎn)點(diǎn)。5.6.1計(jì)算原原理5.6隧道洞洞門計(jì)計(jì)算5.6.2計(jì)算部部位（（檢算算條帶帶）的的選取取及計(jì)計(jì)算要要點(diǎn)1．柱式式、端端墻式式洞門門?、?、Ⅱ作為““檢算算條帶帶”。。檢算算墻身身截面偏偏心、強(qiáng)度，以及及基底偏偏心、應(yīng)力及沿基底底的滑滑動和繞墻趾趾傾覆覆穩(wěn)定性性5.6隧道洞洞門計(jì)計(jì)算2．有擋擋、翼翼墻的的洞門門◆檢算翼翼墻時時取洞門端端墻墻墻趾前前之翼墻寬寬1m的條帶帶“Ⅰ”，按擋擋土墻墻檢算算偏心、強(qiáng)度及穩(wěn)定性性；◆檢算端端墻時時取最最不利利部分分“Ⅱ”作為“檢算條條帶”，檢算算其截面偏偏心和強(qiáng)度；◆檢算端端墻與與翼墻墻共同同作用用部分分“Ⅲ”的滑動動穩(wěn)定定性。。5.6.3洞門計(jì)計(jì)算內(nèi)內(nèi)容①墻身偏偏心及及強(qiáng)度度；②繞墻墻趾的的抗傾傾覆性性(墻趾:墻身外外表面面與基基底面面的交交點(diǎn))；③沿基基底滑滑動的的穩(wěn)定定性；；④基底底應(yīng)力力檢算算。5.6隧道洞洞門計(jì)計(jì)算1.計(jì)算內(nèi)內(nèi)容2.洞門端端墻及及擋（（翼））墻檢算規(guī)規(guī)定

墻身截面壓應(yīng)力≤容許應(yīng)力

墻身截面偏心距e

≤0.3倍截面厚度

基底應(yīng)力≤地基容許承載力

基底偏心距e

巖石地基≤B/4，土質(zhì)地基≤B/6（B為墻底厚度）

滑動穩(wěn)定系數(shù)K0≥1.3

傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0≥1.55.6隧道洞洞門計(jì)計(jì)算5.6.3洞門計(jì)計(jì)算內(nèi)內(nèi)容5.6.4洞門計(jì)計(jì)算的的概率率極限限狀態(tài)態(tài)法鐵路隧隧道設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范規(guī)規(guī)定隧隧道洞洞門除除按破損階階段法法進(jìn)行檢檢算外外，還還可采采用極限狀狀態(tài)法法進(jìn)行設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算。?；颈痉椒ǚㄈ酝茡p損階段段法，，如取取計(jì)算算條帶帶，具具體公公式不不同，，按可可靠度度理論論得出出.5.6隧道洞洞門計(jì)計(jì)算1.洞門墻墻墻身身抗壓承承載能能力計(jì)算(承載能能力極極限狀狀態(tài))2.洞門墻墻墻身身抗裂承承載能能力計(jì)算(正常使使用極極限狀狀態(tài))5.6隧道洞洞門計(jì)計(jì)算3.洞門墻墻地基承承載能能力計(jì)算4.抗傾覆覆計(jì)算5.抗滑動動計(jì)算5.6隧道洞洞門計(jì)計(jì)算5.7.1檢算內(nèi)內(nèi)容（1）安全全系數(shù)數(shù)檢算算（2）偏心心檢算算鐵路隧隧道拼拼裝式式襯砌砌、復(fù)復(fù)合式式襯砌砌雙線隧隧道整整體式式襯砌砌公路隧隧道襯襯砌結(jié)結(jié)構(gòu)5.7.2適用范范圍5.7襯砌截截面強(qiáng)強(qiáng)度驗(yàn)驗(yàn)算

圬工種類及荷載組合

破壞原因混凝土石砌體鋼筋混凝土主要荷載主要、附加荷載主要荷載主要、附加荷載主要荷載主要、附加荷載（鋼筋）混凝土或石砌體受壓破壞2.42.02.72.32.01.7混凝土達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度（主拉應(yīng)力）3.63.0－－2.42.0混凝土土和石石砌結(jié)結(jié)構(gòu)的的強(qiáng)度度安全全系數(shù)數(shù)（1）允許安安全系系數(shù)5.7.3安全系系數(shù)檢檢算式中：：e0—軸向力力偏心心距，，e0=M/N；K—混凝土土和石石砌結(jié)結(jié)構(gòu)安安全系系數(shù)，，M,N—軸向力力；Ra—混凝土土或砌砌體的的抗壓壓極限限強(qiáng)度度；b,h—截面的的寬度度和厚厚度（（通常常取1m）；φ—構(gòu)件的的縱向向彎曲曲系數(shù)數(shù)，對對隧道道襯砌砌拱圈圈及墻墻背緊緊密回回填的的邊墻墻可取取1；α—軸向力力偏心心影響響系數(shù)數(shù)?？箟嚎乜刂茩z算小偏心心判斷斷準(zhǔn)則則：此時承承載能能力由由抗壓壓強(qiáng)度度控制制：（2）抗壓與與抗拉拉控制制分界界式中：：—混凝土土的抗抗拉極極限強(qiáng)強(qiáng)度，，其它符符號意意義同同前。?？估乜刂茩z檢算大偏心心判斷斷準(zhǔn)則則：此時承承載能能力由由抗拉拉強(qiáng)度度控制制：混凝土土襯砌砌的偏偏心距距不宜大大于0.45倍截面面厚度度；石砌體體偏心心距不應(yīng)大大于0.3倍截面面厚度度；基底偏偏心距距，對對巖石石地基基不大于于1/4倍墻底底厚度度，對土質(zhì)質(zhì)地基基不大于于1/6倍墻底底厚度度。5.7.4偏心距距限制制5.7襯砌截截面強(qiáng)強(qiáng)度驗(yàn)驗(yàn)算5.8半襯砌砌的計(jì)計(jì)算拱圈直直接支支承在在隧道道圍巖巖側(cè)壁壁上時時，稱稱為半半襯砌砌●適合于于堅(jiān)硬硬和較較完整整的圍圍巖(Ⅱ、Ⅲ級)；5.8半襯砌砌的計(jì)計(jì)算⑴在垂直直荷載載作用用下拱拱圈向向隧道道內(nèi)變變形為為自由變變形，不產(chǎn)產(chǎn)生彈彈性抗抗力；；1、基本本假定定⑵拱腳產(chǎn)產(chǎn)生角位移移和線線位移移，并使使拱圈圈內(nèi)力力發(fā)生生改變變，計(jì)計(jì)算中中除按按固端端無鉸鉸拱考考慮外外，還還必須須考慮慮拱腳腳位移移的影影響⑶拱腳沒有徑徑向位位移，只有有切向向位移移；⑷對稱的的垂直直分位位移對對拱圈圈內(nèi)力力不產(chǎn)產(chǎn)生影影響；；⑸拱腳的的轉(zhuǎn)角角和和切切向位位移的的水平平分位位移是是必須須考慮慮的1、基本假定定2、基本結(jié)構(gòu)構(gòu)式中：是是單位變變位，即在在基本結(jié)構(gòu)構(gòu)上，因作作用時，在在方方向上所產(chǎn)產(chǎn)生的變位位；為為荷載變位位，即基本本結(jié)構(gòu)因外外荷載作用用，在方方向的變變位；f為拱圈的矢矢高；3、正則方程程2、單位變位位及荷載變變位的計(jì)算算由結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)求變位的的方法（軸軸向力與剪剪力影響忽忽略不計(jì)））知道：2、單位變位位及荷載變變位的計(jì)算算在很多情況況下，襯砌砌厚度是改改變的，給給積分帶來來不便，這這時可將拱拱圈分成偶偶數(shù)段，用用拋物線近近似積分法法代替。3、拱腳位移移計(jì)算⑴單位力力矩作用時時⑵單位水平力力作用時單位水平力力可以分解解為軸向分分力和和切向分力力，，計(jì)算時時只需考慮慮軸向分力力的影響，，作用在圍圍巖表面的的均布應(yīng)力力和和拱腳腳產(chǎn)生的均均勻沉陷為為：的水平投影影即為點(diǎn)a的水平位移移，，均勻勻沉陷時拱拱腳截面不不發(fā)生轉(zhuǎn)動動，則有：：（3）外荷載載作用時在外荷載作作用下，基基本結(jié)構(gòu)中中拱腳點(diǎn)處處產(chǎn)生彎矩矩和和軸向向力，，如如圖所示，，拱腳截面面的轉(zhuǎn)角和和水平位位移為為：：(4)拱腳位移拱腳的最終轉(zhuǎn)角角和水水平位移可可分別考慮慮和外荷載的影響響，按疊加原理理求得，可表示示為：4、拱圈截面內(nèi)力力將以上兩組方程程代入正則方程程可得：令則任意截面處的的內(nèi)力為●常用于Ⅳ～Ⅵ級圍巖；●拱圈和曲邊邊墻作為一個整整體按無鉸拱計(jì)計(jì)算；●施工時仰拱拱是在無鉸拱業(yè)業(yè)已受力之后修修建的，不考慮仰拱對襯襯砌內(nèi)力的影響響。5.9曲墻式襯砌計(jì)算算1計(jì)算假設(shè)⑴在主動荷載載作用下，頂部部襯砌向隧道內(nèi)內(nèi)變形而形成脫脫離區(qū)，兩側(cè)襯襯砌向圍巖方向向變形，引起圍圍巖對襯砌的被被動彈性抗力⑵上零點(diǎn)b（即脫離區(qū)與抗抗力區(qū)的分界點(diǎn)點(diǎn)）與襯砌垂直直對稱中線的夾夾角假定為⑶下零點(diǎn)a在墻腳⑷最大抗力點(diǎn)h假定發(fā)生在最大大跨度處附近，，計(jì)算時一般取取為為簡化計(jì)算可可假定在分段的的接縫上。⑸抗力圖形的的分布假定為二二次拋物線bh段：ha段：⑹忽略襯砌與圍巖巖之間的摩擦力力⑺墻腳支承在在彈性巖體上，，可發(fā)生轉(zhuǎn)動和和垂直位移(無水平位移)2、主動荷載作用用下的力法方程程和襯砌內(nèi)力式中為為墻墻底位移。分別別計(jì)算和和外荷載的的影響，然后按按照疊加原理相相加得到2、主動荷載作用用下的力法方程程和襯砌內(nèi)力由于墻底無水平平位移，故式中：是是基基本結(jié)構(gòu)的單位位位移和主動荷荷載位移；是是墻底單單位轉(zhuǎn)角；為為基本本結(jié)構(gòu)墻底的荷荷載轉(zhuǎn)角；f為襯砌的矢高。。求得后后，在主主動荷載作用下下，襯砌內(nèi)力即即可計(jì)算：在具體進(jìn)