地下建筑結構施工95課件講解

地下建筑結構施工第二章地下結構的計算理論CONTENTS目錄01地下結構計算理論的發(fā)展02地下結構荷載03地下結構的計算模型地下結構荷載荷載組合荷載分類彈性抗力圍巖壓力地下結構荷載---荷載分類（按存在狀態(tài)分）又稱恒載，是指長期作用在結構上且大小、方向和作用點不變的荷載，如結構自重、巖土體壓力、彈性抗力和地下水壓力等；要求具有一定防護能力的地下建筑物，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)進行地下結構設計時，應計算地震波作用下的動荷載作用指在結構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部的樓板地面荷載（人群物件和設備重量）、吊車荷載、落石荷載等，地面附近的堆積物和車輛對地下結構作用的荷載以及施工安裝過程中的臨時性荷載。使結構產生內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生的內力其他荷載活荷載動荷載靜荷載恒載，是地下鐵道結構承受的主要靜力荷載，在設計基準期內其量值不隨時間變化，主要有結構自重；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、預加應力及設備自重等。地層壓力和結構自重是襯砌承受的主要靜荷載，彈性抗力是地下結構所特有的被動荷載分為基本可變荷載和其它可變荷載兩類?；究勺兒奢d，即長期的、經常作用的變化荷載，如吊車荷載、設備重量、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，即非經常作用的變化荷載，如溫度變化、施工荷載（施工機具，盾構千斤頂推力，注漿壓力）等在設計基準期內不一定出現，而一旦出現其量值很大且作用時間很短，如落石沖擊力、地震力等偶然荷載可變荷載永久荷載地下結構荷載---荷載分類（按作用特點分）地下結構荷載荷載組合荷載分類彈性抗力圍巖壓力指將可能同時出現在地下結構上的荷載進行編組，取其最不利組合作為設計荷載，以最危險截面中最大內力值作為設計依據A我國公路和鐵路隧道設計規(guī)范中給出的永久、可變及偶然荷載（在鐵路隧道設計規(guī)范中采用概率極限狀態(tài)設計法時稱為作用）參見表2-4B地下結構荷載---荷載組合（1）基本組合Ⅰ（QZH-Ⅰ）（2）基本可變荷載組合Ⅱ（QZH-Ⅱ）（3）其他可變荷載組合Ⅲ（QZH-Ⅲ）地下結構荷載---荷載組合地下結構荷載---荷載組合（4）偶然荷載組合Ⅳ（QZH-Ⅳ）（5）驗算荷載組合Ⅴ（QZH-Ⅴ）偶然坍塌組合偶然地震組合偶然人防組合序號荷載分類荷載名稱QZH-ⅠQZH-ⅡQZH-ⅢQZH-ⅣQZH-Ⅴ1永久荷載圍巖形變壓力或膨脹壓力1.01.21.11.01.352圍巖松動壓力1.01.351.21.01.23結構自重1.01.351.21.01.24結構附加恒載1.01.351.21.01.25混凝土收縮和徐變的影響1.01.351.21.01.26水壓力1.01.01.01.01.07水的浮力1.01.01.01.01.08結構基礎變位影響力1.01.21.21.01.359地面永久建筑荷載影響力1.01.351.21.01.210基本可變荷載通過隧道的公路車輛荷載、人群荷載1.01.41.41.01.211與隧道立交的公路荷載1.01.41.4——1.212與隧道立交的鐵路荷載1.01.41.4——1.213風機等設備引起的動荷載1.01.41.41.01.214其他可變荷載與隧道立交的渡槽流水壓力1.0——1.4————15溫度變化的影響力1.0——1.4————16凍脹力1.0——1.4————17地面施工荷載————1.4————18隧道施工荷載————1.4————19偶然荷載落實沖擊力——————————20地震作用力——————————21人防荷載——————————表2-4各類荷載作用下內力組合的分項系數地下結構荷載荷載組合荷載分類彈性抗力圍巖壓力圍巖壓力A土壓力B彈性抗力C地層壓力是地下結構承受的主要荷載地下結構荷載

---地層壓力地下結構荷載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圍巖壓力：指洞室開挖后的二次應力狀態(tài)，圍巖產生變形或破壞所引起的作用在襯砌或支護結構上的壓力。是作用在地下結構的主要荷載。主動荷載圍巖壓力將支護與巖體視為一個統一的整體，開挖隧道后，在支護與圍巖整體變形過程中，圍巖施予支護的接觸作用力形變壓力開挖隧道會引起圍巖的部分松弛、坍塌，這部分松弛坍塌的圍巖質量作用在支護結構上就是圍巖的松動壓力松動壓力巖體具有吸水膨脹崩解的特性，由于圍巖膨脹崩解而引起的壓力成為膨脹壓力膨脹壓力沖擊壓力又稱巖爆，它是在圍巖集聚了大量的彈性變形能之后，由于開挖突然釋放出來的能量所產生的壓力，一般是在高地應力的堅硬巖石中發(fā)生沖擊壓力圍巖壓力分類影響圍巖壓力的因素影響圍巖壓力的因素很多，主要與巖體的結構、巖石的強度、地下水的作用、洞室的尺寸與形狀、支護的類型和剛度、施工方法、洞室的埋置深度和支護時間等因素相關。其中，巖體穩(wěn)定性的關鍵在于巖體結構面的類型和特征。圍巖壓力LOGO圍巖壓力天然拱當埋深足夠大時，開挖引起上覆土體的變形—松動—坍塌過程如圖，最后穩(wěn)定，形成拱形結構水平成層圍巖中洞室‘天然拱’的形成過程—（a）變形階段，（b）松動階段，（c）坍落階段，（d）成拱狀態(tài)天然拱：地下結構上方形成的相對穩(wěn)定的拱。地下結構的成拱效應天然拱以內塌落地層的重量就是作用在結構上的主動圍巖壓力。另外一種主動圍巖（形變）壓力是由于洞室收斂受到結構的約束而產生的，只能在地層結構模型中考慮影響天然拱形狀和范圍的因素：自然因素（巖石的組成、結構和力學性質）；工程因素（隧道的埋深、形狀和尺寸、開挖方法、支護剛度、施做時機及與圍巖接觸狀態(tài)等）

圍巖壓力圍巖壓力

深淺埋隧道的判定原則

圍巖壓力

深淺埋隧道的判定原則圍巖類別IIIIVV單線隧道覆蓋厚度5～710～1418～25雙線隧道覆蓋厚度8～1015～2030～35鐵路隧道設計規(guī)范（TB10003-2001,J117-2001）給出的淺埋隧道覆蓋層厚度值（m）圍巖壓力

深埋鐵路隧道圍巖壓力的計算方法（鐵路隧道設計規(guī)范）單線隧道：雙線隧道：其中：

為圍巖的重度（KN/m3），s為圍巖的級別，B為洞室跨度。i為B每增加1m時圍巖壓力增減率，B＜5m時，取i=0.2，B＞5m時，取i=0.1η為側壓力系數，與圍巖級別有關，0≤η≤1.0圍巖級別VIVIVIIII～II水平均布壓力e（0.5～1.0）q（0.3～0.5）q（0.15～0.3）q<0.15q0鐵路垂直壓力側壓力系數破裂角正切水平側壓力埋深大于等效荷載高度、小于深埋隧道分界深度

hq＜H＜Hp圍巖壓力淺埋鐵路隧道圍巖壓力的計算方法鐵路垂直壓力側向均布壓力同鐵路隧道天然拱的高度巖石堅固性系數天然拱的跨度深埋公路隧道（H≥Hp）圍巖壓力深埋公路隧道圍巖壓力的計算方法公路普氏理論中天然拱的范圍（a）堅硬完整巖體（b）松散破碎巖體圍巖壓力

公路隧道圍巖壓力計算方法淺埋公路隧道（hq＜H≤Hp），同淺埋鐵路隧道圍巖壓力計算超淺埋公路隧道（H≤hq）垂直均布壓力側向均布壓力公路地下結構荷載荷載組合荷載分類彈性抗力圍巖壓力圍巖壓力A土壓力B彈性抗力C地層壓力是地下結構承受的主要荷載地下結構荷載

---地層壓力√？地下結構荷載地下結構在主動荷載作用下，產生變形，巖土體將約束結構的變形，從而產生對結構的反作用力，成為彈性抗力。被動荷載彈性抗力以隧道工程為例，如圖所示的曲墻拱形結構，在主動荷載（垂直荷載大于水平荷載）作用下，產生的變形如虛線所示：彈性抗力所謂彈性抗力就是由于支護結構發(fā)生向圍巖方向的變形而引起圍巖對支護結構的約束反力確定彈性抗力大小和作用范圍的描