隧洞衬砌的结构计算

算
（3）外水压力
取决于地下水压力
隧
P外＝b ×g × h外
洞 衬
b ：折减系数
砌
的
地下水
b
结 构
无 微弱 显著
0­0.2 0.1－0.40 0.25－0.60
计
强烈 0.40－0.80 剧烈 0.65－1.00
算
（4）围岩压力（山岩压力）
隧洞开凿后由于围岩变形而主动地作用在衬砌上的压力
。
隧
松散介质理论认为：岩体为具有一定凝聚力的松散介质。地下洞
的
应力。可通过工程措施予以解决，如控制水灰比、加强保养、
结
配筋等。只在非常寒冷的地区才予考虑。
构 （8）地震荷载
计
埋深30米的隧洞在地震时所受地震力只有地面的1／10，所以
算
衬砌设计中地震影响可不考虑。
9度或8度（I级结构）：验算隧洞和围岩的抗震强度和稳定性
大于7度：隧洞进出口位置，验证抗震稳定性
（9）荷载组合
曲线：q = 0.7g 1h
v水工隧洞计算暂行规范
q垂直＝ S y × g 岩石 × B宽
隧
洞
q水平＝S x × g 岩石 × H 高
衬
Sx, S y 分别为水平向及垂向的山岩压力系数。可由围岩
砌
条件（坚硬岩石、软弱岩石）等条件查表。B和H分别为
的
隧洞的开挖宽度和高度。q为围岩压力强度。
结
构
计
算
（5）弹性抗力
§5-5 隧洞衬砌的结构计算
目的：验算在设计规定的荷载组合下衬砌的强度，
隧
使之满足规范规定的要求。
洞 一、荷载及其组合
衬
内水压力
砌
自 重 可准确计算
的
外水压力
结
灌浆压力
构
可近似计算 温度荷载
计
地震荷载
算
围岩压力
弹性抗力 难以准确计算
（1）自重
自重应包括平均超挖回填部分，约 0.1 ~0.3 m。
隧
室开挖后，上部的部分岩石失去支承，而形成塌落拱，拱外岩体
洞
未受影响，拱内岩体自重即为山岩压力。
衬
砌
以顶拱上任意截面弯矩为零，得出顶拱抛物线方程，计算抛物线
的
以下的岩体自重。
结
平衡拱理论：
构
h = b / fk, fk为围岩牢固系数
洞顶以上覆盖
计
铅直围岩压力：
岩层厚度大于
算
平衡拱高度2倍
平顶：q = g 1h，g 1为岩石重度
v基本荷载：
隧
衬砌自重、围岩压力、预应力、设计条件下的
洞
衬
内水压力及地下水压力；
砌
v特殊荷载：
的
校核水位下的内水压力及地下水压力、施工荷
结
载、温度荷载、灌浆压力、地震荷载
构
计
算
二、衬砌结构计算
计算内容：在各种荷载组合条件下，计算衬砌内力
和应力，校核衬砌厚度和材料强度，并进行配筋。
隧
洞
v弹性力学模型
衬砌受到主动力作用后，向围岩方向变位时，受到围岩 的限制而产生的反作用力。
隧 洞
有利荷载，协助衬砌分担外荷载
衬
岩石的弹性抗力可近似认为与衬砌表面法线方向的位移y成正比，
砌
p弹＝k × y衬砌
的 k 为弹性抗力系数，根据岩石条件以及隧洞为有压或无压等条件查表。
结
弹性抗力可考虑的条件：
构
计
v衬砌与围岩紧密结合
( ) G自＝g × pR2－pr2
洞 衬
衬砌厚度：
R－r
=
(1 8
-
1 12
)D洞
砌 （2）内水压力（有压隧洞主要荷载） 的 （1）发电引水隧洞：内水压力为全水头加 水击压力；
结 （2）有压洞：内水压力为均匀内水压力和 无水头洞内满水压力两部分； 构 （3）无压洞：内水压力为水面线以下的静水压力； 计
衬
v弹塑性力学模型
砌
v黏弹塑性力学模型
的
结
v模拟隧洞形成和承受过程
构
v渗流­应力耦合分析
计
算
算
v围岩坚硬完整无不利滑动面
v隧洞埋深大于3倍洞径
（6）灌浆压力弹性抗力
v回Байду номын сангаас灌浆：小范围、低压力、浅孔灌浆。 临时荷载，可不考
虑 v固。结灌浆：大范围、高压力、深孔灌浆。 相当于外水压力，位
隧
置较深，大部分 作用于围岩上，小部分使衬砌受压， 临时荷载，
洞
可不考虑。
衬 （7）温度荷载
砌
混凝土的水化热和运行时水温、气温的变化引起的衬砌的温度