北京地鐵礦山法區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究石家莊鐵道大學(xué)

北京地鐵礦山法區(qū)間隧道構(gòu)造設(shè)計方法研討石家莊鐵道學(xué)院二○○七年一月1.合同規(guī)定的主要研討內(nèi)容匯報內(nèi)容2.區(qū)間隧道地層物理力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計分析3.區(qū)間隧道覆土壓力荷載確實定4.礦山法區(qū)間隧道支護強度設(shè)計方法5.礦山法區(qū)間隧道支護剛度計算方法6.礦山法區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造設(shè)計計算方法7.區(qū)間隧道構(gòu)造溫度應(yīng)力伸縮縫計算分析8.礦山法區(qū)間隧道施工階段設(shè)計方法9.主要研討成果及結(jié)論(1)北京地鐵礦山法區(qū)間隧道不同條件下合理設(shè)計方式研討；1.合同規(guī)定的主要研討內(nèi)容(2)北京地鐵礦山法區(qū)間隧道構(gòu)造可靠度設(shè)計研討；(3)北京地鐵礦山法區(qū)間隧道施工階段設(shè)計方法研討。2.區(qū)間隧道地層物理力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計分析北京地鐵四號線、五號線和十號線共有車站71座、區(qū)間68座，搜集到的地質(zhì)資料車站37座，區(qū)間工程36座，共73座，占總工程數(shù)的52.5％。構(gòu)造資料僅搜集了部分礦山法區(qū)間隧道初步設(shè)計的縱橫斷面圖，共25座占區(qū)間總數(shù)的36.8％。(1)區(qū)間隧道地層資料工程稱號采用VFP建立地鐵四、五和十號線地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫，建庫中一致地層編號，一致后的地層編號如表1-4所示。(2)地質(zhì)資料的數(shù)據(jù)庫各錄入界面錄入的數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)庫讀入一致、庫容量達(dá)3萬余條。在VFP北京地鐵地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫的根底上，按地層編號提取各主要物性、地下水位、埋深等數(shù)據(jù)表，按統(tǒng)計學(xué)的原理進展統(tǒng)計分析，并給出詳細(xì)統(tǒng)計特征，為后續(xù)研討任務(wù)奠定根底。完成了：(3)地層物性目的統(tǒng)計分析①地層分層厚度統(tǒng)計特征②地層天然密度統(tǒng)計特征③內(nèi)聚力統(tǒng)計特征④內(nèi)摩擦角統(tǒng)計特征⑤緊縮模量統(tǒng)計特征⑥泊松比統(tǒng)計特征⑦基床系數(shù)統(tǒng)計特征⑧隧道覆土埋深統(tǒng)計特征(平均覆土深度為12.75m，最大19.31m，最小4.6m)３.區(qū)間隧道覆土壓力荷載確實定地鐵設(shè)計規(guī)范中解釋：普通情況，石質(zhì)隧道，可根據(jù)圍巖分級，依工程類比確定圍巖壓力；填土隧道及淺埋暗挖隧道普通按計算截面以上全部土柱分量思索；深埋暗挖隧道按泰沙基公式、普氏公式或其它閱歷公式計算。(1)地鐵設(shè)計規(guī)范關(guān)于地層荷載的規(guī)定及存在的問題①地鐵設(shè)計規(guī)范關(guān)于地層荷載的規(guī)定a.我國隧道有關(guān)規(guī)定②深淺埋分界及土壓力的有關(guān)規(guī)定地下鐵道設(shè)計規(guī)范沒有深淺埋分界的詳細(xì)規(guī)定。鐵路隧道設(shè)計規(guī)范以統(tǒng)計隧道坍落拱高度為根底，埋深豎直土壓全土柱謝家烋公式規(guī)范深埋公式h02.5h0圖2-1鐵路隧道圍巖壓力埋深H≤h0時用全土柱，埋深h0＜H≤(2~2.5)h0時用謝家烋公式，埋深H＞(2~2.5)h0時用γh0，不同深度土壓力計算結(jié)果如圖2-1。b.日本的有關(guān)規(guī)定(a)假設(shè)覆土厚比隧道外徑小(H＜D)，用全土柱壓力。(b)在粘性土中全土柱作垂直壓力。(c)在砂土和硬粘土中，假設(shè)覆土厚度比外徑大許多倍(H>>D)，取“松弛土壓〞，按泰沙基公式計算。c.比爾鮑曼和泰沙基實際的有關(guān)規(guī)定(a)用比爾鮑曼公式，但H添加到σv趨于常數(shù)時即為深埋，不用分界。粘性土，c、φ都計；砂土只計φ，不計c。(b)用泰沙基公式，H≥5B，σv＝常數(shù)。a.埋深較淺時地層荷載按全土柱。③目前的習(xí)慣b.埋深較大時按泰沙基公式進展修正折減；c.埋深多大開場修正折減由各人閱歷，并不一致。④壓力實際地層壓力的比較及存在問題以北京地鐵十號線礦山法區(qū)間規(guī)范段隧道斷面(6.0m×6.33m，寬×高)為例，采用各種不同公式計算豎向地層壓力，得出地層壓力值隨埋深的關(guān)系，如下圖。埋深h豎向荷載2D(12m)2hs圖不同壓力實際地層壓力與埋深的關(guān)系從圖及設(shè)計實際中存在以下一些問題：a.深淺埋分界取為(1~2)D(D為隧道跨度)能否適宜？這個范圍值該如何選?。縝.取2D或2h為深淺埋分界，淺埋時用全土柱荷載，深埋時用泰沙基實際或普氏實際，必然出現(xiàn)分界處呈鋸齒形，壓力陡降，讓設(shè)計者很難處置，深度略微變大，豎向地層壓力反而降低，地層的挾制造用本來應(yīng)是逐漸加大的，將漸變采用突變來處置并不合理，如何處理？c.不論埋深情況均采用γH全土柱公式，那么地層壓力明顯偏大，必將帶來不經(jīng)濟的設(shè)計；采用泰沙基公式時，深埋結(jié)果能否會得出不平安的設(shè)計？此問題值得注重。經(jīng)過對北京地鐵四號線、五號線和十號線的構(gòu)造設(shè)計資料分析與整理，設(shè)計中大多遵照2倍洞室跨度為深淺埋分界，低于2倍洞室跨度時采用全土柱荷載，高于2倍洞室跨度時采用泰沙基公式，這樣上述問題就不可防止。(4)不同壓力實際地層分層和加權(quán)計算對比與分析根據(jù)北京地鐵的斷面情況，采用不同壓力實際，按照覆土深度內(nèi)各地層物理力學(xué)目的加權(quán)平均以及各地層分段計算，由計算結(jié)果可知，在北京地鐵礦山法區(qū)間隧道埋深和地層實踐條件下，不同的土層壓力實際結(jié)果相差明顯，并隨埋深的增大，其差別更加顯著。以全土柱壓力最大，泰沙基壓力最小，比爾鮑曼和謝家烋實際結(jié)果居中。分層地層的計算，對物性目的加權(quán)平均的單一地層計算時，比爾鮑曼和泰沙基實際與實踐分層計算差別顯著，而對全土柱和謝家烋實際差別較小。(5)地層豎向荷載計算表達(dá)式推導(dǎo)與建議針對上述問題，地層豎向荷載計算方法似應(yīng)作些改良，主要思緒是：極淺埋仍用全土柱，淺埋適當(dāng)提高地層壓力，深淺埋分界不用突變鋸齒方式，而用平順過渡。建議：在隧道埋深小于隧道跨度時采用全土柱，隧道埋深大于隧道跨度時采用比爾鮑曼公式。關(guān)于深淺埋分界建議不宜采用某個定值出現(xiàn)壓力鋸齒形突變的方式，而以為當(dāng)挾制造用隨深度添加到使土壓力成為定值或最大時，此深度即為深淺埋的分界，這樣土壓力是漸變增大的，不會出現(xiàn)突變。比爾鮑曼公式在埋置到達(dá)一定深度以后曲線出現(xiàn)向下彎曲，為了防止這種情況，在曲線拐點處用程度切線替代，視為深埋隧道(土壓力已與埋深無關(guān))，此埋深為D1。綜合上述各種要素，建議地鐵隧道豎向土壓力計算公式為：豎向荷載與隧道埋深的關(guān)系如下圖曲線。D埋深h豎向荷載D1圖引薦公式(6)地層側(cè)向荷載計算表達(dá)式地層側(cè)向壓力：(7)建議地層壓力公式運用效果分析以北京地鐵十號線區(qū)間隧道規(guī)范段為例，隧道覆土厚度為12m，用全土柱、普氏及本文引薦的公式計算豎向地層壓力，對初期支護進展平安度分析，控制截面(計算平安系數(shù)最小的截面)的結(jié)果如表所示。由表可知，采用本文引薦的豎向土壓力荷載計算構(gòu)造的平安度介于全土柱和普氏實際之間，且能滿足平安度的要求。另外用本文引薦的豎向土壓力荷載對北京地鐵四、五、十號線規(guī)范斷面的初期支護在6m、9m、12m、15m以及19.8m埋深情況下的平安度進展了分析，由計算結(jié)果可知，豎向土壓力假設(shè)用本文引薦的公式，現(xiàn)有的構(gòu)造均能滿足平安度要求。國內(nèi)部分城市地鐵礦山法隧道施工中的圍巖壓力實測資料，如表所示，實測地層壓力都小于全土柱分量，大部分大于泰沙基實際壓力。相比較而言，接近于本指南引薦公式的壓力。4.礦山法區(qū)間隧道支護強度設(shè)計方法噴錨襯砌和復(fù)合式襯砌的初期支護應(yīng)按主要承載構(gòu)造設(shè)計。其設(shè)計參數(shù)可采用工程類比法確定，施工中經(jīng)過監(jiān)測進展修正。淺埋、大跨度、圍巖或環(huán)境條件復(fù)雜、方式特殊的構(gòu)造，應(yīng)經(jīng)過實際計算進展檢算。(1)地鐵設(shè)計規(guī)范的有關(guān)規(guī)定①礦山法施工的構(gòu)造設(shè)計要求復(fù)合式襯砌中的二次襯砌，應(yīng)根據(jù)其施工時間、施工后荷載的變化情況、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、埋深和耐久性要求等要素設(shè)計。隧道開挖輪廓外形應(yīng)盡能夠堅持平整、圓順，防止出現(xiàn)隅角及部分應(yīng)力集中，確保圍巖的承載效應(yīng)；普通不宜采用直墻式拱形輪廓，特別是底板與壁的隅角外形應(yīng)確保圓順。②混凝土構(gòu)造耐久性設(shè)計要求根據(jù)圍巖條件、地形條件，隧道襯砌均應(yīng)采用曲墻式混凝土或鋼筋混凝土襯砌。用隔離層隔絕或減輕二次襯砌背后環(huán)境要素的影響。設(shè)置必要的誘導(dǎo)縫，隔離板等控制二次襯砌的初期開裂。

礦山法地鐵隧道埋深淺，水土荷載較為明確，支護構(gòu)造厚度較大，獨立任務(wù)時間較長，因此常用的“荷載-構(gòu)造〞和“地層-構(gòu)造〞兩種計算方式均可采用。但“荷載-構(gòu)造〞計算方式相對簡單，與地鐵隧道襯砌構(gòu)造計算方式一致。因此，檢算支護強度時宜采用“荷載-構(gòu)造〞方式，檢算地層位移、支護構(gòu)造剛度時宜采用“地層-構(gòu)造〞方式。③支護構(gòu)造計算方法采用“荷載—構(gòu)造〞模型。(3)隧道支護強度計算方法①計算模型a.圓角型斷面支護計算模型圓角(54°29＇49＂)處同時設(shè)程度鏈桿和豎直鏈桿，計算模型如下圖，結(jié)果受力合理。圖16計算初選模型圖3-4計算模型b.直角型斷面的支護計算模型對于直角型斷面(如四、五號線)，初選模型如圖3-6所示，計算結(jié)果如圖3-7所示。圖3-6直角型斷面計算模型圖3-7直角型斷面模型計算結(jié)果對于直角型斷面(如四、五號線)，初選模型如圖3-6所示，計算結(jié)果如圖3-7所示。計算結(jié)果顯示，在墻腳處最大彎矩.574kN·m，軸力814.81kN，應(yīng)力集中特別嚴(yán)重。這種計算結(jié)果與實踐不符的緣由主要有，未思索實踐施工過程中支護仰拱后于拱墻施工，墻腳處曾經(jīng)產(chǎn)生了一定變形量，墻腳應(yīng)力集中將大幅度緩解，另外也未思索直墻腳所遭到地層的支撐、摩擦和約束作用。為簡化計算，在直角拐角處按有導(dǎo)角加厚處置，如圖3-8所示。dddd檢算時取用厚度檢算時取用彎矩計算彎矩圖3-8直角型斷面墻腳應(yīng)力計算方法c.截面強度檢算方法根據(jù)<鐵路隧道設(shè)計規(guī)范>(TB10003－2001)，鋼筋混凝土矩形截面的偏心受壓構(gòu)件的計算公式：大偏心受壓構(gòu)件(x≤0.55h0)時：大偏心受壓構(gòu)件(x＞0.55h0)時：②十號線初期支護強度檢算結(jié)果a.規(guī)范斷面根據(jù)對北京地鐵埋深情況的統(tǒng)計，最大埋深為20m，規(guī)范斷面檢算了埋深為6m、7.2m、20m時的情況。檢算結(jié)果如表所示。b.大斷面除規(guī)范斷面外，另外選擇了斷面比較大的太陽宮站~麥子店西路站3－3構(gòu)造斷面(跨度為12.2m)以及蘇州街站~黃莊站F型構(gòu)造斷面(跨度為16.5m)進展了檢算，檢算時豎向土壓力以實踐埋深為準(zhǔn)，檢算結(jié)果如表所示。③四號線檢算規(guī)范斷面為5.96m跨度，檢算埋深為5.96m、7.15m、20m時的情況。檢算結(jié)果如表所示。④五號線檢算規(guī)范斷面為5.8m跨度，檢算埋深為5.8m、6.96m、20m時的情況。檢算結(jié)果如表所示。(4)小結(jié)①支護強度檢算可采用“荷載－構(gòu)造〞計算方式，該方法概念明晰、操作簡單。②目前采用的圓角斷面方式，應(yīng)在圓角處設(shè)置雙鏈桿方式的計算模型；直角型斷面方式在直角拐角處構(gòu)成較大的應(yīng)力集中，其結(jié)果與實踐情況不符，計算中可按導(dǎo)角加厚處置。③支護截面強度檢算結(jié)果顯示，支護截面的強度平安系數(shù)隨埋深增大而減小，隨斷面增大而降低。十號線圓角型規(guī)范斷面截面最小平安系數(shù)為4.21，大跨度、大埋深斷面截面最小平安系數(shù)為3.03；四號線和五號線直角型規(guī)范斷面截面最小平安系數(shù)為1.74，大跨度、大埋深斷面截面最小平安系數(shù)為1.18，直角型斷面最不利截面都是在直角邊墻腳處。④思索到支護僅在施工階段獨立任務(wù)，支護構(gòu)造截面允許平安系數(shù)定為1.7，如表所示。5.礦山法區(qū)間隧道支護剛度計算方法土體勘測實驗的緊縮模量是在固結(jié)儀內(nèi)進展緊縮實驗所得的結(jié)果如下圖。由圖可得緊縮模量的計算式為式：(1)計算彈性模量的取值P1P2e1e2M1M2Pe圖固結(jié)緊縮實驗曲線緊縮模量是無側(cè)向變形時試件軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變之比值。由彈性實際可得緊縮模量與彈性模量之間的關(guān)系式為式：經(jīng)過長期實際，我國建立了和二者之間的閱歷關(guān)系如下：高緊縮性土：低緊縮性土：K≤10黃土：K＝2~5。根據(jù)資料，北京地域E0/Es值普通為2~3，數(shù)值計算中采用的彈性模量普通大于變形模量。為簡化計算，本文中按彈性模量為2.0Es計算。(1)計算彈性模量的取值①地層－構(gòu)造計算模型②應(yīng)力釋放率設(shè)定運用有限元數(shù)值方法，確定圍巖的特征曲線，再根據(jù)特征曲線直線段和曲線之間的變化點進展確定。視圍巖特征曲線直線段部分，為圍巖的彈性應(yīng)力釋放區(qū)段，來估計區(qū)間隧道開挖后圍巖彈性應(yīng)力釋放所占的比例。按圍巖特性曲線確定洞室彈性應(yīng)力釋放率如表所示。隧道開挖圍巖應(yīng)力釋放率與地層性質(zhì)、硐室大小、構(gòu)成、支護性質(zhì)、支護時機及施工方法等多要素相關(guān)。實踐支護所受的圍巖壓力要小于僅產(chǎn)生彈性應(yīng)力釋放后的全部地層壓力，但也應(yīng)留意到模型誤差以及一定的平安要素。在綜合上述要素后，礦山法區(qū)間隧道全斷面開挖時，初始應(yīng)力釋放率開挖時定為40%，支護為60%。臺階法開挖時，上臺階開挖釋放30%，支護時釋放70%；下臺階開挖時釋放25%，支護時釋放75%。③全斷面開挖模擬方法開挖時釋放40%初始應(yīng)力，支護承當(dāng)60%初始應(yīng)力。全斷面開挖各施工步地表最大沉降值、支護最大彎矩值和支護最大軸力值見表。④臺階法開挖模擬方法各施工步地表最大沉降值、支護最大彎矩值和支護最大軸力值見表。由以上計算結(jié)果，可以看出：全斷面開挖地表沉降值大于臺階開挖。不論哪種開挖方法，其初始開挖的地表沉降量占到其最大沉降量的很大一部分。(3)小結(jié)①礦山法區(qū)間隧道施工地層位移、支護剛度計算應(yīng)采用“地層－構(gòu)造〞方式。②在“地層－構(gòu)造〞方式計算中，地層計算彈性模量可取2倍地層緊縮模量勘探值；應(yīng)力釋放率或支護施作時機為30～50％。6.礦山法區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造設(shè)計計算方法(1)計算模型①支護層作用的簡化方法“荷載－構(gòu)造〞方式。根據(jù)地鐵區(qū)間隧道由初支和二襯共同作用的實踐情況，采用“荷載－構(gòu)造〞復(fù)合模型，支護與二襯間以受壓彈簧模擬，支護與地層間以地層水土壓力荷載和彈性約束鏈桿來模擬，計算復(fù)合式構(gòu)造的二襯部分內(nèi)力，選取計算模型如圖5-1所示。圖5-1復(fù)合計算模型假設(shè)將二襯構(gòu)造單獨簡化計算，即計算中視地層經(jīng)過支護墊層將地層荷載和地層約束作用于二襯構(gòu)造(如圖5-2所示)，使在支護墊層某種作用下獨立作用的二襯構(gòu)造和支護與構(gòu)造共同承載復(fù)合式構(gòu)造受力效應(yīng)一樣。圖5-2二襯構(gòu)造計算模型由于支護墊層的作用，二襯構(gòu)造獨立計算中直接采用地層的彈性抗力系數(shù)顯然是不合理的。地層經(jīng)過支護層將其約束作用于二襯上，其作用效果顯然與洞室大小、外形、支護混凝土厚度與強度等要素有關(guān)，難以找到某種解析表達(dá)式。二襯與地層間的支護地層作用，在“荷載—構(gòu)造〞計算模型中，表現(xiàn)為對二襯變形的約束，即彈性抗力。這種支護墊層等效彈性抗力系數(shù)，是經(jīng)過在某種支護墊層等效抗力作用下的獨立作用的二襯構(gòu)造和復(fù)合式構(gòu)造受力效應(yīng)一樣來確定。這種支護墊層等效彈性抗力系數(shù)，可經(jīng)過兩種型式構(gòu)造截面平安系數(shù)來比較，即使兩種型式構(gòu)造最不利截面平安系數(shù)一樣。如表所示，北京地鐵十號線八-熊區(qū)間(埋深12m)和工－呼區(qū)間(埋深18m)，不同支護墊層的等效彈性抗力系數(shù)對截面平安系數(shù)影響情況。經(jīng)選擇四、五和十號線礦山法區(qū)間小埋深、中埋深和大埋深有代表隧道進展等效性試算。當(dāng)最不利截面位于仰拱時，支護墊層等效彈性抗力為原地層彈性抗力系數(shù)的2.0~3.0倍；當(dāng)最不利截面位于邊墻時，支護墊層等效彈性抗力系數(shù)為3.0~5.0倍；當(dāng)最不利截面位于拱頂時，支護墊層等效彈性抗力系數(shù)為5.0~10.0倍，為偏于平安，一致取支護墊層等效彈性抗力系數(shù)為原地層彈性抗力系數(shù)的2.0倍。②等效彈性抗力系數(shù)對襯砌構(gòu)造可靠性的影響分析為研討彈性抗力大小對構(gòu)造平安系數(shù)的影響，選取四號線西動區(qū)間(埋深16m)隧道規(guī)范區(qū)間為例，分別計算了不同彈性抗力系數(shù)(實踐地層彈性抗力系數(shù)的n倍)時，襯砌構(gòu)造的最大截面彎矩、軸力和最不利截面平安系數(shù)可靠目的。由計算結(jié)果可知，地層彈性抗力系數(shù)對襯砌截面內(nèi)力、平安系數(shù)及可靠目的影響顯著，在(1.0~4.0)K范圍內(nèi)，截面內(nèi)力、平安系數(shù)或可靠目的呈線性增長，當(dāng)不計地層彈性抗力系數(shù)(K=0)時，截面平安系數(shù)迅速降低，甚至不滿足規(guī)定的平安系數(shù)。(2)北京地鐵區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造平安系數(shù)復(fù)核①截面強度檢算方法平安系數(shù)計算公式與初期支護一樣。②襯砌構(gòu)造平安度檢算采用“荷載－構(gòu)造〞方式，視襯砌構(gòu)造承當(dāng)全部荷載，圍巖直接約束襯砌構(gòu)造向圍巖方向的變形。按鋼筋混凝土矩形截面偏心受壓構(gòu)件截面強度檢算方法，分別檢算了四號線、五號線和十號線各區(qū)間隧道，不同荷載組合下，隧道襯砌構(gòu)造平安系數(shù)分別如表所示。檢算結(jié)果闡明四、五和十號線各區(qū)間隧道截面平安系數(shù)均高于2.0的規(guī)范值，這能否闡明截面參數(shù)偏大？還是套用鋼筋混凝土規(guī)范和地層構(gòu)造荷載組合系數(shù)不合理呢？這應(yīng)從構(gòu)造可靠度分析中來回答。(3)襯砌構(gòu)造裂痕寬度驗算在永久荷載和可變荷載作用下，二類環(huán)境中二次襯砌構(gòu)造裂痕寬度(迎土面)應(yīng)不大于0.2mm，一類環(huán)境(非迎土面及內(nèi)部混凝土構(gòu)件)襯砌構(gòu)造的裂痕寬度均應(yīng)不大于0.3mm。當(dāng)計及地震、人防或其他偶爾荷載作用時，可不驗算構(gòu)造的裂痕寬度。思索裂痕寬度分布不均勻性及荷載長期作用影響后的最大裂痕寬度(cm)，可按以下公式計算：

地鐵四、五和十號線區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造裂痕檢算結(jié)果如表所示。(4)北京地鐵區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造可靠目的分析采用北京地鐵地質(zhì)資料統(tǒng)計，設(shè)計計算中地層彈性模量近似取2倍緊縮模量，彈性抗力系數(shù)近似采用基床系數(shù)。①地層物理力學(xué)目的的統(tǒng)計特征②計算荷載的統(tǒng)計特征地層豎直壓力和程度壓力按前述引薦公式計算，和計算式中按思索參數(shù)的變異性的隨機計算方法計算，即可給出其均值和變異系數(shù)。a.地層荷載b.覆土埋深覆土埋深的丈量誤差相對較小，取為定值。根據(jù)地下水位統(tǒng)計，取其統(tǒng)計均值和變異系數(shù)。c.地下水壓力d.地面荷載在道路下方的地下構(gòu)造，地面車輛及施工荷載可按20kPa的均布荷載取值，并不計沖擊壓力的影響。e.地震荷載在襯砌構(gòu)造橫截面的抗震設(shè)計和抗震穩(wěn)定性檢算中采用地震系數(shù)法(慣性力法)，即靜力法。f.人防荷載地下構(gòu)造在規(guī)定需求思索戰(zhàn)時防護的部位，作用在構(gòu)造上的等效荷載按人防規(guī)范的有關(guān)規(guī)定計算。③襯砌構(gòu)造資料的統(tǒng)計特征分析地襯砌構(gòu)造自重G的概率特性與襯砌幾何尺寸及資料容重γ0的概率特性有關(guān)。a.襯砌構(gòu)造自重在地鐵施工中，由于支護厚度較大，支護內(nèi)輪廓規(guī)那么，二次襯砌厚度變異相對較小，計算中襯砌軸線和厚度取定值。b.襯砌幾何尺寸的概率特性根據(jù)地面構(gòu)造的統(tǒng)計結(jié)果，混凝土容重的分布為正態(tài)分布，其均值為規(guī)范的規(guī)范值，變異系數(shù)為0.02。c.襯砌資料的容重γ0參考<混凝土設(shè)計規(guī)范>。d.混凝土物理力學(xué)目的e.鋼筋資料統(tǒng)計特征④極限形狀方程大偏心承載力的極限形狀方程表示為一個方程：構(gòu)件大小偏心界限形狀方程為：構(gòu)件大偏壓破壞的概率為：相應(yīng)的廣義可靠目的為：構(gòu)件小偏壓破壞的概率為：相應(yīng)的廣義可靠目的為：⑤蒙特卡羅法及其樣本容量確實定襯砌構(gòu)造可靠度分析采用蒙特卡羅法。關(guān)于模擬樣本容量確實定，由于極限形狀方程的復(fù)雜性，不能直接推導(dǎo)出在給定誤差時樣本容量的定量計算式，故采用試算的方法，在給定各隨機變量參數(shù)及構(gòu)造的情況下計算出地鐵隧道區(qū)間構(gòu)造失效概率隨樣本容量變化的關(guān)系如下圖。由圖可知，在樣本容量到達(dá)30萬次以后，失效概率趨于穩(wěn)定，樣本容量為30萬次與100萬次的失效概率的相對誤差為2％，為工程能接受的程度，所以在進展地鐵隧道礦山法區(qū)間構(gòu)造二次襯砌可靠度分析時，將樣本容量定為30萬次。樣本容量(萬次)失效概率(10-3)圖樣本容量與失效概率關(guān)系⑥忽略支護層作用時的襯砌可靠度假設(shè)初期支護作為一種暫時支護，僅在施工階段起到支護作用，在建成后的運用階段完全失效，忽略支護層承載作用時，對北京地鐵四、五、十號線規(guī)范斷面二襯構(gòu)造可靠目的如表所示。由表可以看出，按忽略支護層作用的假設(shè)，當(dāng)荷載組合取永久荷載加可變荷載時，各線大多數(shù)區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造可靠目的較低，這再次闡明計算中需思索復(fù)合式襯砌中初期支護的作用。⑦思索支護層作用時的襯砌可靠度如前所述，將等效彈性抗力系數(shù)選為原地層彈性抗力系數(shù)的2.0倍，對北京地鐵四、五、十號線規(guī)范斷面二襯構(gòu)造，重新進展可靠度分析，可靠目的如表所示。從表可知，北京地鐵四、五和十號線規(guī)范斷面的可靠目的都比較高，這闡明現(xiàn)有的設(shè)計有較高的平安度和平安貯藏。僅五號線個別斷面在拱部選用φ14@200的配筋，計算的可靠目的偏小。四號線各區(qū)間襯砌構(gòu)造平安系數(shù)與可靠目的對比圖，如圖5-10和圖5-11所示?？梢?，隨著平安系數(shù)變大，可靠目的并沒有呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化，闡明用單一平安系數(shù)設(shè)計法未能思索各種變異性和統(tǒng)計特征，不能反映構(gòu)造的平安程度，及其無法衡量構(gòu)造的可靠性。(5)平安系數(shù)與可靠目的的關(guān)系0246810121416陶菜菜宣宣西新西西動黃中動白中成1西靈中成2馬石平安系數(shù)可靠目的圖5-10四號線仰拱平安系數(shù)與可靠目的的關(guān)系024681012新西陶菜菜宣黃中宣西西動動白馬石中成1中成2西靈可靠目的平安系數(shù)圖5-11四號線拱部平安系數(shù)與可靠目的的關(guān)系地鐵區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造按其破壞后果，平安等級當(dāng)為一級，其設(shè)計基準(zhǔn)期宜為100年。鋼筋混凝土構(gòu)件又屬脆性破壞，目前我國建筑構(gòu)造、水利水電工程構(gòu)造對于一級平安構(gòu)造，脆性破壞承載才干目的可靠目的都定為4.2，北歐五國公布的<承載構(gòu)造的荷載及平安規(guī)定>NKBREPPORTNO.55E中對于平安級別普通的構(gòu)造物，目的可靠目的也定為4.2，對于高級別的構(gòu)造，還提高到4.75。為與相近行業(yè)的技術(shù)程度相一致，建議地鐵區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造的目的可靠目的也定為4.2。(6)區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造目的可靠目的對于鋼筋混凝土構(gòu)造，<建筑構(gòu)造可靠度設(shè)計一致規(guī)范(GB50068-2001)>規(guī)定：當(dāng)永久荷載效應(yīng)對構(gòu)造不利時，其分項系數(shù)取1.2(可變荷載效應(yīng)控制的組合)或1.35(永久荷載效應(yīng)控制的組合)。(7)區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造分項系數(shù)統(tǒng)計分析所選用的構(gòu)件主要是建筑構(gòu)件，采用的永久荷載主要是構(gòu)造和永久設(shè)備自重，而地鐵區(qū)間隧道構(gòu)造設(shè)計中起控制造用的土壓力并未納入統(tǒng)計，即現(xiàn)行<一致規(guī)范>所規(guī)定的永久荷載分項系數(shù)并不能簡單的用于地鐵區(qū)間隧道設(shè)計。對于地鐵區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造，應(yīng)思索2種荷載組合方式(耐久情況下的根本組合與偶爾情況下的偶爾荷載組合)。①分項系數(shù)確實定原那么對于地鐵區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造設(shè)計，采用5個分項系數(shù)，即構(gòu)造重要性系數(shù)，永久荷載分項系數(shù)，可變荷載分項系數(shù)，偶爾荷載分項系數(shù)，資料強度分項系數(shù)。其中的構(gòu)造重要性系數(shù)、可變荷載分項系數(shù)、偶爾荷載分項系數(shù)以及資料強度分項系數(shù)均可參照<一致規(guī)范>的規(guī)定進展取值，對于永久荷載分項系數(shù)包括水土壓力分項系數(shù)和構(gòu)造自重分項系數(shù)，構(gòu)造自重作為恒載加以思索，取其分項系數(shù)為1.35。這樣在其它分項系數(shù)事先選定的條件下，剩下的義務(wù)就是如何確定適宜的水土壓力分項系數(shù)。確定分項系數(shù)的原那么為：根據(jù)各根本變量變異性的大小，事先選定適宜的構(gòu)造重要性系數(shù)、可變荷載分項系數(shù)、偶爾荷載分項系數(shù)、資料強度分項系數(shù)，然后采取可靠性分析和校準(zhǔn)相結(jié)合的方法，確定設(shè)計中的土水壓力荷載分項系數(shù)。根據(jù)可靠性校準(zhǔn)分析所確定的目的可靠目的以及事先選定的其它分項系數(shù)，經(jīng)過概率分析方法，根據(jù)曾經(jīng)確定的目的可靠目的和各根本變量的統(tǒng)計參數(shù)與概率分布類型，利用“分位值法〞，求水土壓力分項系數(shù)。②分項系數(shù)確實定方法③區(qū)間隧道規(guī)范斷面分項系數(shù)根據(jù)作用效應(yīng)和抗力的概率特性，取目的可靠目的為4.2，對北京地鐵四、五、十號線的規(guī)范斷面在各種埋深下的水土壓力的分項系數(shù)進展計算，所得結(jié)果如表5-21所示。由表5-21可知，分項系數(shù)在1.15～1.3之間，在確定分項系數(shù)時，建議仍按1.35選用。根據(jù)以上結(jié)果各分項系數(shù)的選取如表5-22所示。根據(jù)北京地鐵四、五、十號線規(guī)范斷面的情況，對選取的各分項系數(shù)進展檢驗，從計算結(jié)果可知，規(guī)范端面的強度均能滿足要求，主要是裂痕寬度控制配筋。④分項系數(shù)的合理性檢驗a.對在長期自然環(huán)境下地鐵隧道復(fù)合式襯砌中初期支護與二次襯砌各自的作用進展了討論，以為在長期自然環(huán)境下，二次襯砌單獨接受長期作用的荷載，初期支護的存在改善了二次襯砌的環(huán)境條件和約束條件，相當(dāng)于提高了地層對構(gòu)造的彈性抗力約束力，即對地層的彈性抗力系數(shù)有所提高，至于初期支護對地層彈性抗力提高的數(shù)值，本文取為2.0。(8)小結(jié)b.對北京地鐵區(qū)間隧道規(guī)范斷面二次襯砌的可靠度進展了分析，為地鐵隧道襯砌構(gòu)造可靠度分析提供了方法，對確定地鐵襯砌構(gòu)造的可靠度程度具有一定的參考價值。c.經(jīng)過對北京地鐵部分區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造平安系數(shù)與可靠目的進展對比，闡明用單一平安系數(shù)設(shè)計法不能反映構(gòu)造的平安程度，無法衡量構(gòu)造的可靠性。因此，在地下構(gòu)造設(shè)計中運用可靠性實際，推行概率極限形狀設(shè)計，制定相應(yīng)的構(gòu)造設(shè)計規(guī)范，是地下構(gòu)造設(shè)計開展的必然趨勢。d.目的可靠目的確實定，是一項技術(shù)性和政策性都很強的任務(wù)。為與相近行業(yè)的技術(shù)程度相一致，本文建議地鐵區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造抗壓破壞的目的可靠目的也定為4.2。7.區(qū)間隧道構(gòu)造溫度應(yīng)力伸縮縫計算分析(1)區(qū)間隧道構(gòu)造溫度應(yīng)力研討現(xiàn)狀目前資料顯示，既有地鐵區(qū)間隧道普通情況下均未設(shè)置伸縮縫。但從北京地鐵的調(diào)查情況來看，部分區(qū)間隧道構(gòu)造不同程度發(fā)生環(huán)向裂痕，分析以為這些裂痕能夠與溫度應(yīng)力有關(guān)。在實踐工程中，處理溫度應(yīng)力危害的有效措施是設(shè)置合理的伸縮縫，但伸縮縫的設(shè)置間距、伸縮縫寬度以及合理的伸縮縫方式等方面的研討，必需建立在隧道溫度應(yīng)力分布規(guī)律分析的根底之上。(2)區(qū)間隧道構(gòu)造溫度應(yīng)力的計算原理①溫度應(yīng)力根本方程建立如圖6-1所示的一維線形構(gòu)造，左端固定，右端受彈性約束，在溫差T的作用下，其一端產(chǎn)生的變位為其自在變位與彈性約束變位之代數(shù)和，即zL圖6-1一維構(gòu)造模型式(6-2)為溫度變化形狀下一維彈性約束構(gòu)造的應(yīng)力—應(yīng)變方程。(6-2)②外部約束應(yīng)力方程當(dāng)兩種面接觸的物體產(chǎn)生相對位移時，在接觸面上必然產(chǎn)生剪切應(yīng)力，此時剪切應(yīng)力可表示為：③區(qū)間隧道襯砌構(gòu)造溫度應(yīng)力方程的建立假定區(qū)間長度為L，二襯構(gòu)造壁厚為t，初支與二襯之間程度阻力系數(shù)為，假設(shè)坐標(biāo)原點設(shè)在長度為一半處，那么隧道構(gòu)造約束作用分布如圖6-2所示。沿縱向在恣意點z處截取dz長的微元體，建立z向平衡方程，最后推導(dǎo)出③當(dāng)z＝0時，σs達(dá)最大，即由上式可以看出，隧道構(gòu)造最大溫度應(yīng)力與溫度荷載、混凝土彈模、線膨脹系數(shù)成正比，同時還與周邊約束條件以及構(gòu)造外形、厚度等要素有關(guān)。(3)區(qū)間隧道二襯溫度應(yīng)力模擬計算分析①計算條件a.區(qū)間長度為真實反響北京地鐵區(qū)間隧道的情況，計算中分別對50m、100m、150m、200m、600m、800m、1000m以及1200m長度進展模擬計算。b.區(qū)間隧道襯砌壁面溫變化范圍為了解地鐵內(nèi)環(huán)境溫度變化情況，首先必需掌握包括列車活塞風(fēng)的流動、沿線溫度分布、沿線壁面熱流分布、隧道構(gòu)造溫度變化及列車發(fā)熱量等與熱負(fù)荷相關(guān)的熱工數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)通常要經(jīng)過實驗獲得。圖6-3、6-4分別為冬季和夏季測試期間，北京市軌道交通建立管理對北京地鐵1、2號線地鐵區(qū)間隧道內(nèi)各測試斷面的平均空氣溫度ta、平均壁面溫度tw，以及平均壁面熱流Qw的實測結(jié)果。由圖6-3、6-4可以看出，空氣溫度及壁面溫度沿風(fēng)道及隧道長度方向都按指數(shù)函數(shù)規(guī)律下降，冬夏洞內(nèi)襯砌壁面溫差大致在4℃左右。受地鐵區(qū)間隧道環(huán)境特點影響，普通襯砌壁面晝夜溫差不會太大，因此，計算中應(yīng)充分思索由于季節(jié)變化所呵斥的襯砌壁面溫度的變化范圍。在研討中，對于二次襯砌主要思索了3℃、5℃、7℃、8℃、10℃和12℃的溫降荷載。135791113152468101214162324252627282922風(fēng)道隧道溫度/℃熱流/(W/m2)圖6-3夏季平均溫度及熱流的實測結(jié)果Qwtatwta5811141720232624681012141618134567891029圖6-4冬季平均溫度及熱流的實測結(jié)果距風(fēng)亭入口的間隔/m風(fēng)道隧道溫度/℃熱流/(W/m2)Qwtwtac.構(gòu)造外約束條件二襯在溫度變化引起的變形過程中，外約束主要是混凝土外壁與防水層之間的摩擦作用。外約束越強，構(gòu)造產(chǎn)生的溫度應(yīng)力越大，相應(yīng)的工程防裂措施需求越強。地基程度阻力系數(shù)的大小直接反響約束條件的強弱。根據(jù)目前掌握的情況，還未見鋼筋混凝土資料與高分子防水卷材之間的程度阻力系數(shù)研討成果的相應(yīng)報道。根據(jù)<工程構(gòu)造裂痕控制>可以以為，普通情況下二襯與防水層之間的程度阻力系數(shù)在100×10-2N/mm3以下。在計算分析時，Cz分別取為10×10-2N/mm3、50×10-2N/mm3、100×10-2N/mm3。②計算模型按10號線規(guī)范斷面采用ANSYS10.0有限元程序進展三維計算模擬，模型中單元采用SOLID45實體單元，約束條件只思索外外表程度彈性約束(模擬初支與二襯之間的約束情況)，并采用彈簧單元模擬程度變形約束，忽略了洞周地層對構(gòu)造的垂直約束；隧道一端假定為自在伸縮，計算中取隧道長度普通作為分析對象，并假定該端為固定約束。③計算結(jié)果分析a.隧道區(qū)段長度對溫度應(yīng)力的影響在3℃負(fù)溫荷載下，不同長度隧道二襯構(gòu)造溫度應(yīng)力分布如圖6-5所示(Cz＝10×10-2N/mm3)。隧道不同長度條件下，拱頂最大溫度隨長度變化情況見圖6-6。圖6-5不同長度隧道二襯構(gòu)造溫度應(yīng)力分布從計算結(jié)果可以看出，當(dāng)隧道長度較短時，構(gòu)造長度對最大溫度應(yīng)力影響較大，即隨著隧道長度的添加，二襯溫度應(yīng)力也不斷添加；當(dāng)隧道長度添加到一定程度(400m)以后，隧道長度對構(gòu)造最大溫度應(yīng)力的影響變得不再顯著。圖6-6二襯拱頂部位最大溫度應(yīng)力與隧道長度關(guān)系b.橫斷面溫度應(yīng)力分布根據(jù)不同位置斷面的溫度應(yīng)力分布情況，橫斷面應(yīng)力分布特點可以歸納以下幾點：a)受約束條件的影響，襯砌構(gòu)造外側(cè)拉應(yīng)力大于內(nèi)側(cè)；b)受北京地鐵區(qū)間隧道斷面外形影響，從底板到邊墻再到拱頂，襯砌溫度應(yīng)力逐漸減小；c)當(dāng)隧道長度添加到一定數(shù)值后，由于對稱斷面附近構(gòu)造位移接近于0，約束作用也接近于0，斷面應(yīng)力趨于一致。c.構(gòu)造沿程溫度應(yīng)力分布不同溫度荷載下，構(gòu)造拱頂應(yīng)力沿程變化如圖6-11所示。圖6-11不同溫度荷載下拱頂應(yīng)力沿程分布根據(jù)計算結(jié)果，隧道襯砌最大溫度應(yīng)力與溫度荷載呈線性關(guān)系，溫差越大，襯砌所受拉應(yīng)力越大。在Cz＝10×10-2N/mm3條件下，區(qū)間地鐵隧道襯砌C30混凝土能接受7℃的負(fù)溫荷載，當(dāng)降溫超越7℃時，溫度荷載產(chǎn)生的構(gòu)造拉應(yīng)力將超越混凝土的抗拉極限強度，從而產(chǎn)生環(huán)向受拉溫度裂痕。d.構(gòu)造外約束條件對溫度應(yīng)力的影響從初支及防水層對襯砌的約束條件對襯砌溫度應(yīng)力分布的影響規(guī)律可以得出，外部約束條件對自在端一定長度范圍內(nèi)襯砌應(yīng)力分布影響較大，外部約束越強，影響的長度越短；約束越弱，溫度應(yīng)力到達(dá)最大值所閱歷的長度越長。但只需溫度荷載不變，襯砌構(gòu)造的最大溫度應(yīng)力值將堅持不變。e.構(gòu)造資料彈模對溫度應(yīng)力的影響根據(jù)目前地鐵區(qū)間隧道的實踐情況，計算中資料的彈性模量主要思索了C20、C25、C30三種混凝土的情況，計算不同彈模對襯砌溫度應(yīng)力的影響。從計算結(jié)果可以看出，彈模的取值對襯砌構(gòu)造的溫度應(yīng)力最大值產(chǎn)生了一定影響，襯砌構(gòu)造拉應(yīng)力最大值普通隨彈模呈線性增長。(4)區(qū)間隧道初支溫度應(yīng)力計算分析初支計算模型與二襯的區(qū)別主要表現(xiàn)除支護構(gòu)造外側(cè)有圍巖程度彈性約束外，在初支內(nèi)側(cè)還要遭到內(nèi)襯和防水層的變形約束作用。除此之外，初支資料參數(shù)與二襯資料也有所不同。①計算模型a.圍巖程度阻力系數(shù)②計算條件初支與二襯之間的程度阻力系數(shù)取值襯砌計算中一樣。計算時溫降范圍取為3～12℃。b.初支溫降范圍由于初支計算方法和模型與二襯情況類似，因此，此處僅列出隧道初支最大溫度應(yīng)力隨溫度的變化規(guī)律(如表6-1)，其它規(guī)律應(yīng)該與二襯情況類似。③計算結(jié)果(5)區(qū)間隧道溫升對襯砌應(yīng)力形狀影響的估算地鐵隧道在長期運營過程中會產(chǎn)生大量的熱能，隨著時間的推移，洞內(nèi)空氣溫度將不斷提升，根據(jù)文獻的研討成果，普通情況下，各地地鐵隧道同一季節(jié)洞內(nèi)溫升均控制在10℃以內(nèi)，否那么將影響地鐵運營環(huán)境、旅客乘車溫馨度以及運營本錢。因此，在本研討中洞內(nèi)襯砌構(gòu)造的長期最大溫升按10℃思索，假設(shè)襯砌資料按C30鋼筋混凝土思索，在不設(shè)伸縮縫的不利條件下，構(gòu)造的最大溫度應(yīng)力(壓應(yīng)力)可表示為：σa＝E·α·T，式中符號同前。那么隧道襯砌最大壓應(yīng)力約為3.1MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于混凝土的極限抗壓強度。因此，對于地鐵區(qū)間隧道，隧道構(gòu)造由于溫降產(chǎn)生的拉應(yīng)力才是本研討中的主要分析對象。(6)區(qū)間隧道溫度應(yīng)力應(yīng)對措施①工程措施的討論根據(jù)上述計算分析的結(jié)果，對于C30鋼筋混凝土襯砌構(gòu)造，最大可接受－7℃的溫度荷載而不產(chǎn)生環(huán)向受拉裂痕(與區(qū)間長度無關(guān))，當(dāng)溫降超越－8℃以上時，襯砌在溫度應(yīng)力作用下將發(fā)生縱向受拉破壞，出現(xiàn)環(huán)向裂痕。針對這種情況，可以從以下兩個方面采取措施，控制溫度應(yīng)力危害的開展。從隧道通風(fēng)方式和空調(diào)技術(shù)角度出發(fā)，優(yōu)化通風(fēng)方案和空調(diào)手段，盡量堅持洞內(nèi)環(huán)境溫度穩(wěn)定，將隧道襯砌構(gòu)造溫度變化范圍控制在7℃以內(nèi)。設(shè)置伸縮縫，防止構(gòu)造溫度應(yīng)力危害的發(fā)生。當(dāng)溫度荷載超越-8℃時，可設(shè)置合理的伸縮縫，降低構(gòu)造溫度應(yīng)力的量值，確保隧道構(gòu)造在長期運營過程中的平安與運用功能。②伸縮縫設(shè)置參數(shù)分析從前面的計算分析結(jié)果來看，極限長度不僅與溫度荷載有關(guān)，還與外部約束條件有關(guān)，但與模型計算長度無關(guān)。詳細(xì)計算結(jié)果見表6-2。a.伸縮縫設(shè)置間距設(shè)計過程中，伸縮縫的間距可與隧道極限應(yīng)力發(fā)生的極限長度相一致。根據(jù)工程閱歷，初支與二襯之間的程度阻力系數(shù)普通應(yīng)在10×10-2N/mm3左右，那么在8～12℃溫差時，區(qū)間隧道的伸縮縫設(shè)置間距可選擇80～120m。伸縮縫的設(shè)置寬度與伸縮縫兩端(自在端)的位移有關(guān)，普通取自在端程度位移值的2倍。對于襯砌構(gòu)造自在端程度位移的計算結(jié)果見表6-3。b.伸縮縫合理縫寬從計算結(jié)果可以看出，隧道襯砌自在端(伸縮縫位置)的計算位移與外部約束關(guān)系較大，外部程度約束越強，其位移越小。假設(shè)伸縮縫設(shè)置寬度取端部計算位移的2倍，那么在8～12℃溫差時，伸縮縫的設(shè)置寬度應(yīng)在6～10mm，思索到施工誤差，建議伸縮縫縫寬取20～30mm。(7)小結(jié)①對于地鐵區(qū)間隧道，在普通情況下，溫升引起的構(gòu)造應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于混凝土抗壓極限，實踐工程中可不予思索；而溫降引起的拉應(yīng)力對隧道結(jié)果平安性和運用功能影響相對顯著，須引起有關(guān)方面留意。②隧道構(gòu)造溫度應(yīng)力與溫度荷載以及資料彈性模量根本上呈線性增長規(guī)律。③隧道洞周程度約束對溫度應(yīng)力分布產(chǎn)生一定影響，但當(dāng)隧道長度添加到一定程度以后(普通300m以上)，最大溫度應(yīng)力不再受洞周約束的影響。④計算結(jié)果顯示，隧道初支和襯砌構(gòu)造均能接受－7℃的溫度荷載，當(dāng)溫度荷載超越該數(shù)值后，襯砌構(gòu)造能夠會產(chǎn)生環(huán)向受拉裂痕。⑤實踐工程中，對溫度應(yīng)力的處置可采用兩種手段，一方面可以經(jīng)過改善通風(fēng)方式和洞內(nèi)空調(diào)措施，改善洞內(nèi)運營環(huán)境，堅持洞內(nèi)環(huán)境溫度根本穩(wěn)定；另一方面可以增設(shè)構(gòu)造伸縮縫，減小溫度拉應(yīng)力，確保構(gòu)造平安。⑥外部約束對伸縮縫設(shè)置參數(shù)影響較大：外部約束越強，伸縮縫設(shè)置間距要求越短，但同時伸縮縫處縱向位移越小。根據(jù)分析結(jié)果，地鐵區(qū)間隧道實測構(gòu)造混凝土壁面的季節(jié)溫差在4℃左右；同時思索到長期運營過程中洞內(nèi)溫度積累遞增的規(guī)律，即同季節(jié)溫升可控制在10℃以下的詳細(xì)情況，計算按8～12℃季節(jié)溫差思索條件下，伸縮縫的設(shè)置間距可取80～120m，伸縮縫的縫寬可取20～30mm。8.礦山法區(qū)間隧道施工階段設(shè)計方法(1)計算模型礦山法區(qū)間隧道施工階段設(shè)計，是指隧道開挖、支護、支護撤除等施工過程中構(gòu)造應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系。隧道施工過程的力學(xué)效應(yīng)采用空間模型進展計算模擬。隧道開挖、支護與圍巖的相互作用，可按形變壓力實際“延續(xù)體〞計算模型來描畫圍巖開孔、圍巖與支護一同變形和接受地層壓力的實踐情況。(2)施工過程模擬方法大管棚和小導(dǎo)管超前支護具有“加固圈〞和“梁〞的實踐作用。模擬中假設(shè)用梁單元模擬管棚可獲得比較好的計算效果，但計算建模復(fù)雜，計算單元大幅添加。為簡化計算，可采用“等效加固圈〞來模擬大管棚和小導(dǎo)管的支護作用，即以大管棚或小導(dǎo)管為中心20～30cm厚地層的參數(shù)提高，其參數(shù)按一樣地層參數(shù)的C5~C10的砂漿或混凝土采用。①大管棚和小導(dǎo)管超前支護隧道主要施工(開挖)方法有：全斷面法、臺階法、CD或CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等。②常見的施工過程施工階段計算是提示開挖、支護施工過程中的力學(xué)效應(yīng)，結(jié)果整理不僅要顯示最終構(gòu)造內(nèi)力與位移形狀，還需顯示各主要施工階段〔如各施工步終了〕的構(gòu)造內(nèi)力與位移，不僅要顯示構(gòu)造的最不利受力位置，還要顯示關(guān)鍵部分隨過程的變形情況。③主要計算結(jié)果整理北京地鐵十號線蘇州街站~黃莊站區(qū)間隧道F型斷面，寬度16.5m，高11.506m，采用直徑108mm大管棚超前支護，初期支護0.35m，二次襯砌0.9m，隧道埋深7.0m，斷面位置地層自上而下為雜填土、粉土、粉質(zhì)粘土、卵石與圓礫、粉質(zhì)粘土、卵石與圓礫等。采用暗挖法施工分別采用全斷面、臺階法、CD法、CRD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。計算不同工法條件下構(gòu)造受力與變形情況。④算例a.全斷面開挖模擬結(jié)果為：采用全斷面法施工，地表最終最大沉降值達(dá)23cm,遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的3cm的要求。從初期支護和二次襯砌應(yīng)力云圖可以看出，初期支護最大壓應(yīng)力為8.87MPa，小于初襯極限抗壓強度。最大拉應(yīng)力為1.89MPa，稍大于初襯抗拉極限強度，初期支護仍處于穩(wěn)定形狀。二襯最大壓應(yīng)力為3.94MPa，小于二襯極限抗壓強度。最大拉應(yīng)力為1.15MPa，小于二襯抗拉極限強度。闡明二襯處于平安穩(wěn)定形狀。b.臺階開挖模擬結(jié)果為：臺階法施工，地表最終最大沉降值達(dá)6.59cm,大于規(guī)范要求的3cm的要求。初期支護終了，初期支護最大壓應(yīng)力為11.77MPa，小于初襯極限抗壓強度。最大拉應(yīng)力為5.86MPa，大于初襯極限抗拉強度。二襯最大壓應(yīng)力為3.64MPa，小于二襯極限抗拉強度。最大拉應(yīng)力為3.64MPa，大于二襯極限抗拉強度。計算結(jié)果闡明，初襯和二襯的最大拉應(yīng)力均超越二者的極限抗拉強度，施工思索適當(dāng)配筋。c.CD法模擬結(jié)果為：地表最終最大沉降值達(dá)4.3cm,大于規(guī)范要求的3cm的要求。初期支護終了，初期支護最大壓應(yīng)力為8.33MPa，小于初襯極限抗壓強度。最大拉應(yīng)力為7.34MPa，大于初襯極限抗拉強度。二襯最大壓應(yīng)力為5.44MPa，小于二襯極限抗拉強度。最大拉應(yīng)力為7.55MPa，大于二襯極限抗拉強度。計算結(jié)果闡明，初襯和二襯的最大拉應(yīng)力均超越二者的極限抗拉強度，施工思索適當(dāng)配筋。d.CRD法模擬結(jié)果為：地表最終最大沉降值達(dá)3.84cm,大于規(guī)范要求的3cm的要求。初期支護終了，初期支護最大壓應(yīng)力為5.59MPa，小于初襯極限抗壓強度。最大拉應(yīng)力為5.71MPa，大于初襯極限抗拉強度。二襯最大壓應(yīng)力為5.43MPa，小于二襯極限抗拉強度。最大拉應(yīng)力為7.56MPa，大于二襯極限抗拉強度。計算結(jié)果闡明，初襯和二襯的最大拉應(yīng)力均超越二者的極限抗拉強度，施工思索適當(dāng)配筋。e.眼鏡法開挖模擬結(jié)果為：地表最終最大沉降值達(dá)2.12cm,大于規(guī)范要求的3cm的要求。初期支護終了，初期支護最大壓應(yīng)力為3.95MPa，小于初襯極限抗壓強度。最大拉應(yīng)力為3.67MPa，大于初襯極限抗拉強度。二襯最大壓應(yīng)力為5.81MPa，小于二襯極限抗拉強度。最大拉應(yīng)力為4.84MPa，大于二襯極限抗拉強度。計算結(jié)果闡明，初襯和二襯的最大拉應(yīng)力均超越二者的極限抗拉強度，施工思索適當(dāng)配筋。(4)小結(jié)綜合以上5種施工方法的開挖數(shù)值模擬結(jié)果可以得出以下幾點：①在地表沉降方面，全斷面開挖最大，臺階開挖次之，雙側(cè)壁法開挖最小。②在初襯和二襯的應(yīng)力方面，最大壓應(yīng)力均小于二者的極限抗壓強度，但最大拉應(yīng)力都大于其極限抗拉強度，施工中思索適當(dāng)配筋。9.主要研討成果及結(jié)論(1)搜集了地鐵四、五和十號線的37座車站和36座區(qū)間工程地質(zhì)資料，建立了地鐵四、五和十號線地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫。統(tǒng)計分析了區(qū)間隧道埋深，地層分層厚度，各地層的重度、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力、緊縮模量、基床系數(shù)等物理力學(xué)參數(shù)平均值與變異系數(shù)。根據(jù)北京地鐵所處地層、隧道尺寸及埋深情況，分別以普氏、泰沙基、比爾鮑曼和謝家烋實際對埋深在