隧道工程施工案例教程 課件 第11講 信息反饋方法及經(jīng)驗方法

第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理四、剪切滑移破壞法(一)剪切滑移體的形成如開挖的圓形坑道，在荷載(垂直荷載大于側(cè)向荷載)作用下，在水平直徑的兩側(cè)形成壓應力集中而產(chǎn)生剪切滑移面，隨著壓應力的不斷增加，剪切滑移面不斷地向水平直徑的上下方且與最大主應力軌跡線成45°-φ/2(φ為圍巖內(nèi)摩擦角)方向擴展。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理由于圍巖受剪而松弛，產(chǎn)生應力釋放，當圍巖的應力較小，剪切滑移面不再繼續(xù)擴展時，則在坑道水平直徑兩端形成兩個剪切楔形滑移塊體。剪切楔形滑移體第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理

在無支護情況下，兩楔形滑移塊體，由于剪切而與圍巖體分離，向坑道內(nèi)移動。D(1.5~1.8)D第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理之后，上下部分圍巖體由于楔形塊體滑移而失去支承力，產(chǎn)生撓曲破壞而坍塌，最后形成一個暫時穩(wěn)定的垂直橢圓形洞室。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理第五節(jié)信息反饋方法及經(jīng)驗方法信息反饋法(或監(jiān)控法）：為了確保隧道工程支護結(jié)構(gòu)的安全，必須在施工階段監(jiān)控量測由隧道開挖引起的圍巖和支護結(jié)構(gòu)中位移和應力變化等信息，并根據(jù)一定的標準來判斷是否需要修改預先設計的支護結(jié)構(gòu)和施工流程。

它的特點是能反映隧道開挖后圍巖的實際應力及變形狀態(tài)，使得設計和施工與圍巖的實際動態(tài)相匹配。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理一、信息反饋方法的設計流程

施工前的預計，是在認真研究勘測資料和地質(zhì)調(diào)查成果的基礎上進行的，對新奧法施工的隧道可按照下圖來確定和修正支護結(jié)構(gòu)的設計參數(shù)和施工流程，以實現(xiàn)隧道工程的最優(yōu)化設計和施工。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理研究定測資料掌握圍巖的各種性狀和隧道的環(huán)境條件·斷面形式及幾何尺寸擬定·襯砌類型及參數(shù)的選擇施工前·預留變形量·選擇施工方法與施工順序預設計·現(xiàn)場監(jiān)控量測設計·必要時作輔助施工措施設計·防排水設計修正設計信息反饋開挖

初期支護施工地質(zhì)調(diào)查現(xiàn)場監(jiān)控量測穩(wěn)定性判據(jù)二次襯砌結(jié)束是否根據(jù)需要施作防水層圍巖－支護體系是否穩(wěn)定？支護是否合理？第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理

信息化施工的理論核心是反演分析方法的運用。

信息化施工設計包括三個方面的內(nèi)容：現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和處理信息反饋第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理二、信息反饋方法

在隧道工程中所采用的反饋方法有兩大類：理論反饋法：對初步設計和施工效果進行理論分析判別隧道穩(wěn)定性，修正設計參數(shù)和施工方法。經(jīng)驗反饋法：直接利用量測數(shù)據(jù)與經(jīng)驗數(shù)據(jù)(位移值、位移速率、位移速率變化率等)進行對比，判斷隧道的穩(wěn)定性。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理(一)圍巖物理力學參數(shù)的反分析利用施工監(jiān)測位移的反分析，能獲得反映等效圍巖的和施工實際的宏觀條件下的圍巖物理力學參數(shù)，根據(jù)反分析方法不同又有逆反分析法、直接反分析法、圖解法等。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理1.直接反饋法，亦稱正算法先按工程類比法確定計算參數(shù)后，用分析方法求解隧道周邊的位移值，并與量測到的隧道周邊位移值進行比較，當兩者有差異時，修正原先假定的計算參數(shù)，重復計算直至兩者之差符合計算精度要求時為止。最后所用的計算參數(shù)即為圍巖的力學參數(shù)。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理2.間接反饋法，亦稱逆算法根據(jù)施工中量測到的隧道周邊位移值，用數(shù)值分析方法來反算出主要的計算參數(shù)，并依此進行支護結(jié)構(gòu)的設計計算。由于所需反算的主要參數(shù)(如初始地應力狀態(tài)，圍巖的物理力學指標等)不同，其采用的計算方法也不同。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理(二)隧道極限位移實測最大相對位移值或預測相對位移值不大于極限相對位移值的2/3，可認為初期支護達到穩(wěn)定，如果大于極限相對位移值的2/3，意味著圍巖不穩(wěn)定或支護系統(tǒng)工作狀態(tài)不安全，需要加強。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理洞室穩(wěn)定性或可靠性分析的關鍵和難點是位移極限值(或稱位移強度)的確定。位移極限值是洞室所處圍巖性質(zhì)、支護結(jié)構(gòu)形狀和施工等條件的綜合反映。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理(1)極限位移表格查詢在施工階段可利用位移反分析求得的圍巖力學指標和荷載分布狀況，通過計算模擬取出極限位移。(2)鐵路隧道設計規(guī)范提供的設計參數(shù)或反分析確定的物性參數(shù)計算極限位移1.根據(jù)位移量測值或預計最終位移值判斷第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理

對某一開挖斷面來講，從開始產(chǎn)生位移到它穩(wěn)定為止，從變形曲線可分為三個階段：變形急劇增長階段——變形速率大于1mm/d；變形速率緩慢增長階段——變形速率1~0.2mm/d；基本穩(wěn)定階段——變形速率小于0.2mm/d。

位移速率是以每天的位移量來表示的。2.根據(jù)位移速率判斷圍巖穩(wěn)定性第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理(1)基本穩(wěn)定區(qū)主要標志為變形速率逐漸下降，即＜0，表明圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài)。3.根據(jù)位移－時間曲線(位移時態(tài)曲線)形態(tài)判斷第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理(2)過渡區(qū)變形速率保持不變，即=0。表明圍巖向不穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展，須發(fā)出警告，加強支護系統(tǒng)。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理(3)破壞區(qū)變形速率逐漸增大，即＞0。表明圍巖已進入危險狀態(tài)，須停工，進行加固。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理應用：根據(jù)量測結(jié)果可按變形管理等級指導施工。變形管理等級第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理4.隧道失穩(wěn)的經(jīng)驗先兆：局部塊石坍塌或?qū)訝钆?，噴層的大量開裂；累計位移量已達極限位移的2/3，且仍未出現(xiàn)收斂減緩的跡象；每日的位移量超過極限位移的10％；洞室變形有異常加速，即在無施工干擾時的變形速率加大。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理第六節(jié)隧道襯砌結(jié)構(gòu)耐久性設計概要

影響鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素就是結(jié)構(gòu)物所處的環(huán)境。

將混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別分為碳化環(huán)境、氯鹽環(huán)境、化學侵蝕環(huán)境、凍融破壞環(huán)境和磨蝕環(huán)境。一、影響鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)耐久性的因素第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理碳化環(huán)境第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理氯鹽環(huán)境第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理化學侵蝕環(huán)境第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理凍融破壞環(huán)境第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理磨蝕環(huán)境

高速列車運行引起的壓力波動以及列車振動作用也是影響結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理

耐久性應包括以下主要內(nèi)容：明確混凝土結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境類別與環(huán)境作用等級；二、復合式襯砌結(jié)構(gòu)耐久性設計提出混凝土結(jié)構(gòu)的設計使用年限；提出與結(jié)構(gòu)耐久性有關的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施；提出混凝土原材料品質(zhì)要求、配合比的主要參數(shù)及耐久性的具體指標第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理提出確?；炷聊途眯缘氖┕べ|(zhì)量關鍵控制要求與措施；確定鋼筋混凝土保護層厚度；提出對結(jié)構(gòu)應采取的防腐蝕附加措施；明確結(jié)構(gòu)使用過程中的檢測、養(yǎng)護、維修或局部更換的要求。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理(一)初期支護的耐久性1.噴混凝土在腐蝕性嚴重的場合，噴混凝土的強度等級應不低于二次襯砌混凝土的強度等級；2.錨桿噴混凝土的強度要滿足長期強度（28d）的要求，且1d的抗壓強度不宜小于10MPa。錨桿宜采用全長灌漿式錨桿，并應設置墊板。第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理(二)二次襯砌的耐久性3.鋼架鋼架，靠圍巖側(cè)的保護層厚度不小于4cm，靠另一側(cè)不小于3cm?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性研究鋼筋銹蝕

凍融循環(huán)

堿—骨料反應化學作用混凝土配比抗力變化荷載變化材料學科工程結(jié)構(gòu)學科第五章隧道支護結(jié)構(gòu)設計計算方法的基本原理(三)復合式襯砌結(jié)構(gòu)耐久性設計原則及方法高速鐵路隧道復合式襯砌結(jié)構(gòu)的耐久性，應考慮環(huán)境因素的影響進行設計。當環(huán)境對襯砌結(jié)構(gòu)侵蝕作用很小或無侵蝕作用時，可考慮初期支護和二次襯砌共同承