《隧道工程》课件第9讲隧道支护结构设计计算方法的基本
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隧道工程第9讲隧道支护结构设计计算方法的基本原理
态以及与支护构造旳接触状态； • 荷载假定应与在修建洞室过程(各作业阶段)中
荷载发生旳情况一致； • 算出旳应力状态要与经过长时间使用旳构造
所发生旳应力变化和破坏现象一致； • 材料性质和数学体现要等价。
只要符合上述条件，任何计算措施都会取得合 理旳成果。
第五章 隧道支护构造设计计算措施旳基本原理
受力旳极限平衡条件： 滑动岩体重量＝滑面上旳阻力+支护构造旳反作用 力(围岩松动压力) 围岩松动压力＝滑动岩体重量—滑面上旳阻力
①隧道埋深h不大于或等于等效荷载高度hq(即h≤hq) 时，忽视滑动面上旳摩擦力：
q h
式中 γ ——围岩容重，以kN/m3计； h ——隧道埋置深度，以m计。
第五章 隧道支护构造设计计算措施旳基本原理
第五章 隧道支护构造设计计算措施旳基本原理
第五章 隧道支护构造设计计算措施旳基本原理
展开后，得
d V KV tg0
dh 0
b
解上述微分方程，并引进边界条件，得洞顶岩 层中任意点旳垂直压力为
V
b tg0 K
1
e
Ktg0
h b
伴随坑道埋深h旳加大,
e
Ktg
0
h b
趋近于零，则
第五章 隧道支护构造设计计算措施旳基本原理
➢理论公式计算：因为围岩地质条件旳千变万化，
所用计算参数难以确切取值，目前还没有一种能 适合于多种客观实际情况旳统一理论。
➢统计旳措施：在大量施工坍方事件旳统计基础
上建立起来旳统计措施，在一定程度上能反应围 岩压力旳真实情况。
第五章 隧道支护构造设计计算措施旳基本原理
1.普氏理论
➢ 提出岩体结实性系数f 旳概念。 视岩体为散粒体。但岩体又不同于一般旳散粒
荷载发生旳情况一致； • 算出旳应力状态要与经过长时间使用旳构造
所发生旳应力变化和破坏现象一致； • 材料性质和数学体现要等价。
只要符合上述条件，任何计算措施都会取得合 理旳成果。
第五章 隧道支护构造设计计算措施旳基本原理
受力旳极限平衡条件： 滑动岩体重量＝滑面上旳阻力+支护构造旳反作用 力(围岩松动压力) 围岩松动压力＝滑动岩体重量—滑面上旳阻力
①隧道埋深h不大于或等于等效荷载高度hq(即h≤hq) 时，忽视滑动面上旳摩擦力：
q h
式中 γ ——围岩容重，以kN/m3计； h ——隧道埋置深度，以m计。
第五章 隧道支护构造设计计算措施旳基本原理
第五章 隧道支护构造设计计算措施旳基本原理
第五章 隧道支护构造设计计算措施旳基本原理
展开后，得
d V KV tg0
dh 0
b
解上述微分方程，并引进边界条件，得洞顶岩 层中任意点旳垂直压力为
V
b tg0 K
1
e
Ktg0
h b
伴随坑道埋深h旳加大,
e
Ktg
0
h b
趋近于零，则
第五章 隧道支护构造设计计算措施旳基本原理
➢理论公式计算：因为围岩地质条件旳千变万化，
所用计算参数难以确切取值，目前还没有一种能 适合于多种客观实际情况旳统一理论。
➢统计旳措施：在大量施工坍方事件旳统计基础
上建立起来旳统计措施，在一定程度上能反应围 岩压力旳真实情况。
第五章 隧道支护构造设计计算措施旳基本原理
1.普氏理论
➢ 提出岩体结实性系数f 旳概念。 视岩体为散粒体。但岩体又不同于一般旳散粒
隧道工程隧道支护结构设计计算方法的基本原理.pptx
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
其设计原理是按围岩分级或由实用公式确定围岩
压力，围岩对支护结构变形的约束作用是通过弹性
支撑来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压
力和弹性支撑的约束能力时间接考虑。 竖向围岩主动压力
在围岩与支护结构
相互作用的处理上却有
几种不同的做法：
侧 向
围
➢主动荷载模式
岩
出。
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第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
(二) 弹性地基梁法 这种方法是将衬砌结构看成置于弹性地基上的曲梁
或直梁。 当曲墙的曲率是常数或为直梁时，可采用初参数
法求解结构内力一般直墙式衬砌的直边墙利用此法求 解。
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第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
直墙式衬砌的拱圈和边墙分开计算。拱圈为一个 弹性固定在边墙顶上的无铰平拱，边墙为一个置于弹 性地基上的直梁，计算时先根据其换算长度，确定是 长梁、短梁或刚性梁，然后按照初参数方法来计算墙 顶截面的位移及边墙各截面的内力值。
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第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
弹性支承的设置方向，当衬砌与围岩之间不仅能 传递法向力且能传递剪切力时，则在法向和切向各设 置一个弹性支承。如衬砌与围岩之间只能传递法向力 时，则沿衬砌轴线设置一个法向弹性支承。但为了简 化计算工作，可将弹性支承由法向设置改为水平方向 设置。对于弹性固定的边墙底部用一个即能约束水平 位移，又能产生转动和垂直位移的弹性支座来模拟。 图为隧道衬砌结构内力分析的一般计算图式。将主动 围岩压力简化为节点荷载，衬砌结构的内力计算，可 采用矩阵力法或矩阵位移法，编制程序进行分析计算。
弹性抗力就是指由于支护结构发生向围岩方向的
其设计原理是按围岩分级或由实用公式确定围岩
压力，围岩对支护结构变形的约束作用是通过弹性
支撑来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压
力和弹性支撑的约束能力时间接考虑。 竖向围岩主动压力
在围岩与支护结构
相互作用的处理上却有
几种不同的做法：
侧 向
围
➢主动荷载模式
岩
出。
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第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
(二) 弹性地基梁法 这种方法是将衬砌结构看成置于弹性地基上的曲梁
或直梁。 当曲墙的曲率是常数或为直梁时，可采用初参数
法求解结构内力一般直墙式衬砌的直边墙利用此法求 解。
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第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
直墙式衬砌的拱圈和边墙分开计算。拱圈为一个 弹性固定在边墙顶上的无铰平拱，边墙为一个置于弹 性地基上的直梁，计算时先根据其换算长度，确定是 长梁、短梁或刚性梁，然后按照初参数方法来计算墙 顶截面的位移及边墙各截面的内力值。
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第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
弹性支承的设置方向，当衬砌与围岩之间不仅能 传递法向力且能传递剪切力时，则在法向和切向各设 置一个弹性支承。如衬砌与围岩之间只能传递法向力 时，则沿衬砌轴线设置一个法向弹性支承。但为了简 化计算工作，可将弹性支承由法向设置改为水平方向 设置。对于弹性固定的边墙底部用一个即能约束水平 位移，又能产生转动和垂直位移的弹性支座来模拟。 图为隧道衬砌结构内力分析的一般计算图式。将主动 围岩压力简化为节点荷载，衬砌结构的内力计算，可 采用矩阵力法或矩阵位移法，编制程序进行分析计算。
弹性抗力就是指由于支护结构发生向围岩方向的
《隧道支护结构计算》课件
有限元法适用范围广，可以处理复杂的边界条件和介质非均匀的情况，但对于大规模计 算和复杂模型，需要较高的计算机技术和较长的计算时间。
边界元法
边界元法的基本原理
边界元法是一种基于边界积分方程的数值计 算方法，通过将问题转化为边界积分方程， 然后在边界上离散化求解。
边界元法在隧道支护结构计 算中的应用
通过建立隧道支护结构的边界元模型，可以求解隧 道支护结构的内力和变形，为隧道设计和施工提供 依据。
有限元法
有限元法的基本原理
有限元法是一种数值计算方法，通过将连续的求解域离散成有限个小的单元，并对每个 单元进行分片插值，从而得到整个求解域上的近似解。
有限元法在隧道支护结构计算中的应用
通过建立隧道支护结构的有限元模型，可以模拟隧道支护结构的受力状态和变形情况， 为隧道设计和施工提供依据。
优点与局限性
在较大误差。
误差来源
常见的误差来源包括模型假设的不合理性、边界条件的简 化、材料属性的近似等。
误差控制方法
为了减小误差，可以采用更精确的数值方法（如有限元法、有限 差分法等），加强模型验证和对比，以及引入修正系数等方法。
材料参数的不确定性分析
材料参数的变异性
在隧道支护结构计算中，材 料参数（如弹性模量、泊松 比、强度等）存在一定的变 异性。这种变异性可能导致
隧道支护结构设计的基本原则
安全性
01
支护结构设计应确保施工期间和运营期间的安全性，防止隧道
坍塌和变形。
经济性
02
在满足安全性的前提下，应尽量降低支护结构的造价，提高经
济性。
适用性
03
支护结构设计应适应地质条件和施工方法，方便施工，提高施
工效率。
02 隧道支护结构计算方法
边界元法
边界元法的基本原理
边界元法是一种基于边界积分方程的数值计 算方法，通过将问题转化为边界积分方程， 然后在边界上离散化求解。
边界元法在隧道支护结构计 算中的应用
通过建立隧道支护结构的边界元模型，可以求解隧 道支护结构的内力和变形，为隧道设计和施工提供 依据。
有限元法
有限元法的基本原理
有限元法是一种数值计算方法，通过将连续的求解域离散成有限个小的单元，并对每个 单元进行分片插值，从而得到整个求解域上的近似解。
有限元法在隧道支护结构计算中的应用
通过建立隧道支护结构的有限元模型，可以模拟隧道支护结构的受力状态和变形情况， 为隧道设计和施工提供依据。
优点与局限性
在较大误差。
误差来源
常见的误差来源包括模型假设的不合理性、边界条件的简 化、材料属性的近似等。
误差控制方法
为了减小误差，可以采用更精确的数值方法（如有限元法、有限 差分法等），加强模型验证和对比，以及引入修正系数等方法。
材料参数的不确定性分析
材料参数的变异性
在隧道支护结构计算中，材 料参数（如弹性模量、泊松 比、强度等）存在一定的变 异性。这种变异性可能导致
隧道支护结构设计的基本原则
安全性
01
支护结构设计应确保施工期间和运营期间的安全性，防止隧道
坍塌和变形。
经济性
02
在满足安全性的前提下，应尽量降低支护结构的造价，提高经
济性。
适用性
03
支护结构设计应适应地质条件和施工方法，方便施工，提高施
工效率。
02 隧道支护结构计算方法
隧道支护结构的计算
第5章 隧道支护结构的计算
5.5 隧道抗震计算
5.5.1 概 述
规定：在地震基本烈度为7度及以上地区的隧道，需要进 行抗震设计。 抗震设计方法：地震系数法 其它方法： ①波动法；②相互作用法；③数值分析方法，等。
第5章 隧道支护结构的计算
5.5 隧道抗震计算
5.5.3 地震系数法
考虑两种情况： ◆ 水平地震力的方向横交隧道纵轴 应考虑洞口、浅埋、偏压地段和明洞。 ◆ 水平地震力的方向沿隧道纵轴 仅需考虑洞门及洞口一个环节衬砌。
（1）单元结点位移 （2）单元结点力
第5章 隧道支护结构的计算
7.直刚法计算流程图
第5章 隧道支护结构的计算
5.2.4 衬砌截面强度检算
1.破损阶段法 1.
破损阶段法～考虑到结构的塑性阶段，材 料塑性极限强度Rb已进入塑性阶段。 ◆ 当 时，由抗压强度控制其承载能力，因
此仅需按抗压强度进行检算。
第5章 隧道支护结构的计算
5.1.2 隧道结构体系的计算模型
1.结构力学模型 1.结构力学模型
特点： ◆ 以支护结构作为承载主体； ◆ 围岩对支护结构的作用间接地体现为两点： ①围岩压力； ②围岩弹性抗力。 ◆ 采用结构力学方法计算。 适用于：模筑砼衬砌
第5章 隧道支护结构的计算
2.岩体力学模型 2.岩体力学模型
第5章 隧道支护结构的计算
5.4 隧道洞门计算
5.4.1 计算部位（检算条带）的选取及计算要点
1．柱式、端墙式洞门
第5章 隧道支护结构的计算
5.4 隧道洞门计算
5.4.1 计算部位（检算条带）的选取及计算要点
2．有挡、翼墙的洞门
第5章 隧道支护结构的计算
5.4 隧道洞门计算
《隧道支护》PPT课件
高130
高150
高150
钢架类型
I20a型钢 I20a型钢
Φ22格栅 Φ22格栅 Φ25格栅
纵距（m） 1.5
1.0
1.0
0.8
0.6
➢钢拱架连接板
• 设计要求：①工字钢拱架连接板间需设置橡胶垫板。 • ② 钢拱架连接板螺栓孔应当为钻孔。 • ③ 连接螺栓尺寸 • 设计要求如下表：
衬砌类型
螺栓孔直径 （mm） 螺栓规格
注浆压力0.5～2Mpa，注浆时采取低压力、中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐 步减小，当压力升至终压时，继续压注5min 再结束注浆。注浆孔在注浆结束后及时清除管 内浆液，注浆结束后用M10水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。
➢超前小导管
超前小导管，是隧道工程掘进施工过程中的一种工艺方法，主要用于自稳时间段的软弱破碎带、浅埋段、洞口偏压段、砂层 段、砂卵石段、断层破碎带等地段的预支护。
φ25中空注浆锚杆各类围岩锚杆采用φ25中空注浆系统锚杆， 锚杆长度为3.0～4m，梅花型布置。采用风钻钻孔，钻至规定 深度后，用高压风吹孔，打入锚杆，然后用注浆泵由锚杆中孔 向孔底灌满砂浆，安装垫板螺栓。
➢砂浆锚杆
➢中空锚杆
➢锚杆施工
➢锚杆安装允许偏差应符合下列规 定
锚杆孔的孔径应符合设计要求。 锚杆孔的深度应大于锚杆长度的10cm。 锚杆孔距允许偏差为+15cm。 锚杆插入长度不得小于设计长度的95％，且应位于孔的中心。 砂浆锚杆的灌注砂浆饱满度应大于80％。 锚杆与喷锚支护： 设置锚杆(还可以张挂金属网)再加喷混凝土。
• 超前锚杆采用直径25mm的钢筋制作，环向间距40cm，向上倾角15 °打入围岩，长度32 0cm，搭接长度109cm，每环数量33跟。
隧道支护结构设计计算方法的基本原理
内容回顾
避车洞的布置原则、隧道结构防排水体系。
第五章 隧道支护结构设计计 算方法的基本原理
• 隧道设计计算理论的发展 • 围岩压力 • 结构力学方法 • 岩体力学方法 • 信息反馈方法及经验方法 • 衬砌结构耐久性设计概要
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第一节 隧道设计计算理论的发展
支护结构计算理论的发展大概可分为3个阶段。
一、刚性结构阶段
二、弹性结构阶段 三、连续介质阶段
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第二节 围岩压力
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原 理
锚杆 网喷混凝土
防水层 二次衬砌
H O3
h1
45° r1
O1
O2
O2
r3
隧线 中中 线线 内轨顶面
d
O3 h1
80
27
B
复合式衬砌示意图
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原 理
式中ω——宽度影响系数， ω=1+i(B-5) B——坑道宽度，以m计； i——B每增加1m时，围岩压力的增减率(以B＝
5m为基准)，当B＜5m时取i=0.2，B＞5m时，取i＝ 0.1。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
对于单线隧道、按概率极限状态设计时：
q hq 0.411.79S
三、围岩松动压力的形成和确定方法
(一)围岩松动压力的形成
深埋坑道开挖后围岩由变形到坍塌成拱的整个 变形过程，称为围岩的成拱作用。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
变形阶段
(a)
塌落阶段
(c)
松动阶段
(b)
成拱阶段
(d)
自然拱
避车洞的布置原则、隧道结构防排水体系。
第五章 隧道支护结构设计计 算方法的基本原理
• 隧道设计计算理论的发展 • 围岩压力 • 结构力学方法 • 岩体力学方法 • 信息反馈方法及经验方法 • 衬砌结构耐久性设计概要
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第一节 隧道设计计算理论的发展
支护结构计算理论的发展大概可分为3个阶段。
一、刚性结构阶段
二、弹性结构阶段 三、连续介质阶段
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第二节 围岩压力
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原 理
锚杆 网喷混凝土
防水层 二次衬砌
H O3
h1
45° r1
O1
O2
O2
r3
隧线 中中 线线 内轨顶面
d
O3 h1
80
27
B
复合式衬砌示意图
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原 理
式中ω——宽度影响系数， ω=1+i(B-5) B——坑道宽度，以m计； i——B每增加1m时，围岩压力的增减率(以B＝
5m为基准)，当B＜5m时取i=0.2，B＞5m时，取i＝ 0.1。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
对于单线隧道、按概率极限状态设计时：
q hq 0.411.79S
三、围岩松动压力的形成和确定方法
(一)围岩松动压力的形成
深埋坑道开挖后围岩由变形到坍塌成拱的整个 变形过程，称为围岩的成拱作用。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
变形阶段
(a)
塌落阶段
(c)
松动阶段
(b)
成拱阶段
(d)
自然拱
《隧道工程》第10讲隧道支护结构设计计算方法的基本原理2_2023年学习资料
第五章隧道支护构设计计算方法的基本原理->主动荷载加被动荷载（弹性扰力）模式-竖向围岩主动压力-口-弹性抗 -侧向围岩主动压力
第五拿滤道支护结构设汁计算方法的基本原理->实际荷载棋式-径向荷载
第五拿隧道支护结构设计计第方法的基本原理-二、隧道衬哟受力变形特点-在主动荷载作用下，结构-竖向围岩主动压 -产生的变形用虚线表示。-在拱顶，其变形背向地层，-不受围岩的约束而自由变-侧-形，这个区域称为《脱-腐区 ；而在两侧及底部-结构产生朝向地层的变形，-弹性抗动-并受到围岩的约束阻止共-变形，因而围岩对衬物产-生了 性扰力，这个区称-“扰力区”。
第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理-弹性支永的设置方向，当衬物与围岩之间不仅能-传递法向力且能传递剪 力时，贝则在法向和勿向各设-置一个弹性支永。如衬的与围岩之间只能传递法向力-时，则沿衬砌轴线设置一个法向弹 支承。但为了简-化计算工作，可将弹性支永由法向设置改为水平方向-设置。对于弹性固定的边墙底部用一个即能约束 平-位移，又能产生转动和垂直位移的弹性支座来模拟。-图为隧道衬哟结构内力分析的一戟计算图式。将主动-围岩压 简化为节点荷栽，衬砌结构的内力计算，可-采用矩阵力法或矩阵位移法，编制程序进行分析计算。
第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理-围岩对衬物变形起双重作用：围岩产生主动压力使衬-砌变形，又产生被 压力阻止衬砌变形。-三、隧道衬永受的荷散-一主动荷栽-1.主要荷栽-长期及经常作用的荷载，如围岩松动压力、 护结-构的自重、地下水压力及列车、汽车活栽等。
第五拿滤道支护结构设汁计算方法的基本原理-支护结构自重：可按预先拟定的结构尺寸和材料-容重计弃确定。-对于 般的隧道结构，在含水地层中，静水压力-可按最低水位考虑，由于静水压力使衬的结构物中的-轴向力加大，对扰弯性 差的混疑土衬哟结构来说，-相当于改善了它的受力状态，对结构有利。
第9章 隧道工程支护结构
洞门的作用
• • • •
减少洞口土石方开挖量
稳定边仰坡 引离地面流水
装饰洞口
第三节 洞身支护的结构构造
隧道工程
• 在破碎、松散、富水的软弱围岩条件下施工的隧道， 有效的支护是一个非常关键的施工环节，而在支护体 系中，特别是在采用复合衬砌的隧道的初期支护体系 中，锚杆的施作效果及作用显得更为突出
复合式衬砌最适宜在Ⅱ～Ⅵ级围岩中使用，但遇到下列情况时， 应慎重对待。必要时应辅以相应的加固措施。
• • • • • •
- 拱顶以上覆盖厚度小于隧道直径时； - 有明显偏压力时；
- 在无自稳能力的未胶结砂砾石地层中时；
- 在大膨胀性的地层中时； - 在大涌水的地层中时；
- 在严重冻害的地区中时。
第三节 洞身衬砌的结构构造
隧道工程
仰拱施工应视围岩类别、地形情况及隧道埋置深度的不 同分别作不同的工序安排 洞身衬砌仰拱一般规则
第四节 附属设施的结构构造
- 防排水建筑物 - 隧道防排水施工标准
隧道工程
•衬砌不滴水，安装设备的孔眼不渗水； •道床不积水；
•电力牵引的隧道拱部基本不渗水；
•在有冻害地段的隧道，除拱部和边墙不渗水外，衬砌背后也不积水。 •隧道防排水应根据“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”
的原则，采取切实可靠的设计、施工措施，达到防水可靠、排水畅通、 经济合理的目的。
第四节 附属设施的结构构造
“排”
隧道工程
即隧道应有排水设施并充分利用，以减少渗水压力和渗水量
•
利用盲沟、泄水管、渡槽等将衬砌背后的地下水排入隧道内，再经由
洞内水沟排走，以免造成隧道病害
•隧道内纵向应设排水沟，横向应设排水坡。
隧道工程图文讲解ppt课件
※ 采用就地整体模注现浇砼，适用较广，截面可以是等截面或 是变截面。
.
※ IV级以上围岩，地基松软，往往侧压力较大，故宜采用 曲墙带仰拱的衬砌。
设置 作用 仰拱
使结构及时封闭，提高整体承载力和侧墙抵抗侧 压力的能力
抵御结构下沉变形，调整围岩和衬砌的应力状态
※ 严寒地区隧道，不管围岩等级如何，只要有地下水存在， 衬砌型式仍应采用曲墙式衬砌，并在施工中根据情况设置伸 缩缝
① 当初支产生形变及形变压力时，隔离层允许其有少量的变形， 可降低形变压力；
② 当初支支护力不够时，可将少量形变压力均匀的传布到二衬 上，依靠二衬制止其继续变形，且不使初衬出现裂缝时，二衬 也出现裂缝。
.
③ 具有防水效果，且可减少二次衬砌混凝土的收缩裂缝。
※ 预留初期支护变形量：在确定开挖尺寸时，应预留必要的初 期支护变形量以保证初期支护稳定后，二次衬砌的必要厚度
.
4.3 明洞
当隧道埋深较浅，上覆岩(土)体较薄，难采用暗挖法时，则 应采用明挖法来开挖隧道。用这种明挖法修筑的隧道结构，通 常称明洞。
※ 明洞具有地面、地下建筑物的双重特点：①作为地面建筑 物用以抵御边坡、仰坡的坍方、落石、滑坡、泥石流等病害； ②作为地下建筑物用于深路堑、浅埋地段不适宜暗挖隧道时而 取代隧道的作用；③用于在与公路、灌溉渠立交处，以减少建 筑物之间的干扰。 ※ 明洞的结构形式应根据地形、地质、经济、运营安全及施工 难易等条件进行选择，采用最多的是拱形明洞和棚式明洞
.
柱式拱形明洞门路堑式
翼墙式拱形明洞门路堑式
台阶式拱形明洞门（半路堑式）
台阶式拱形明洞门（偏压式）
2、棚式明洞
当山坡坍方，落石数量较少，山体侧压力不大，或因受地 质、地形条件的限制，难以修建拱形明洞时，可采用棚式明洞
.
※ IV级以上围岩，地基松软，往往侧压力较大，故宜采用 曲墙带仰拱的衬砌。
设置 作用 仰拱
使结构及时封闭，提高整体承载力和侧墙抵抗侧 压力的能力
抵御结构下沉变形，调整围岩和衬砌的应力状态
※ 严寒地区隧道，不管围岩等级如何，只要有地下水存在， 衬砌型式仍应采用曲墙式衬砌，并在施工中根据情况设置伸 缩缝
① 当初支产生形变及形变压力时，隔离层允许其有少量的变形， 可降低形变压力；
② 当初支支护力不够时，可将少量形变压力均匀的传布到二衬 上，依靠二衬制止其继续变形，且不使初衬出现裂缝时，二衬 也出现裂缝。
.
③ 具有防水效果，且可减少二次衬砌混凝土的收缩裂缝。
※ 预留初期支护变形量：在确定开挖尺寸时，应预留必要的初 期支护变形量以保证初期支护稳定后，二次衬砌的必要厚度
.
4.3 明洞
当隧道埋深较浅，上覆岩(土)体较薄，难采用暗挖法时，则 应采用明挖法来开挖隧道。用这种明挖法修筑的隧道结构，通 常称明洞。
※ 明洞具有地面、地下建筑物的双重特点：①作为地面建筑 物用以抵御边坡、仰坡的坍方、落石、滑坡、泥石流等病害； ②作为地下建筑物用于深路堑、浅埋地段不适宜暗挖隧道时而 取代隧道的作用；③用于在与公路、灌溉渠立交处，以减少建 筑物之间的干扰。 ※ 明洞的结构形式应根据地形、地质、经济、运营安全及施工 难易等条件进行选择，采用最多的是拱形明洞和棚式明洞
.
柱式拱形明洞门路堑式
翼墙式拱形明洞门路堑式
台阶式拱形明洞门（半路堑式）
台阶式拱形明洞门（偏压式）
2、棚式明洞
当山坡坍方，落石数量较少，山体侧压力不大，或因受地 质、地形条件的限制，难以修建拱形明洞时，可采用棚式明洞
隧道结构设计隧道工程结构构造设计课件PPT(共43页)
※ 设计方法：目前以工程类比为主，理论验算为辅。结合施 工，通过测量、监控取得数据，不断修改和完善设计；
※ Ⅳ级及以下围岩或可能出现偏压时，应设置仰拱。
※ 仰拱的重要性
① 解决基础承载力不够，减少下沉：防止底鼓的隆起变形，调 整衬砌应力的作用；
② 封闭围岩，制止围岩过大的松弛变形，将围岩塑性变形和形 变压力控制在允许范围，提高结构的整体承载力；
偏压衬砌示意图
6、喇叭口隧道衬砌
在山区双线隧道， 可将一条双幅公路隧道 分建为二个单线隧道或 二条单线并建为一条双 幅的情况，衬砌产生了 一个过渡区段，这部分 隧道衬砌的断面及线间 距均有变化，相应成了 一个喇叭型，称为喇叭 口隧道衬砌。
嗽叭口隧道衬砌示意图
二、支护结构
初期支护 (一次支护)
支护 结构 永久支护(二
※ 采用就地整体模注现浇砼，适用较广，截面可以是等截面或 是变截面。
※ IV级以上围岩，地基松软，往往侧压力较大，故宜采用 曲墙带仰拱的衬砌。
设置 作用 仰拱
使结构及时封闭，提高整体承载力和侧墙抵抗侧 压力的能力
抵御结构下沉变形，调整围岩和衬砌的应力状态
※ 严寒地区隧道，不管围岩等级如何，只要有地下水存在， 衬砌型式仍应采用曲墙式衬砌，并在施工中根据情况设置伸 缩缝
※ 在层状围岩中，采用喷锚支护效果较好；
※ 喷锚支护作为柔性支护，变形量较大，其外轮廓线宜预留稍 大的空间（20cm）；
※ 为了使开挖时外轮廓线圆顺，尽可能减少围岩中的应力集中 锚喷衬砌的内轮廓线，宜采用曲墙式的断面形式；
※ 锚喷衬砌内表面不太平整顺直，美观性差，影响司机在行车 中视觉感观，应根据需要考虑内装。
③ 具有防水效果，且可减少二次衬砌混凝土的收缩裂缝。
※ Ⅳ级及以下围岩或可能出现偏压时，应设置仰拱。
※ 仰拱的重要性
① 解决基础承载力不够，减少下沉：防止底鼓的隆起变形，调 整衬砌应力的作用；
② 封闭围岩，制止围岩过大的松弛变形，将围岩塑性变形和形 变压力控制在允许范围，提高结构的整体承载力；
偏压衬砌示意图
6、喇叭口隧道衬砌
在山区双线隧道， 可将一条双幅公路隧道 分建为二个单线隧道或 二条单线并建为一条双 幅的情况，衬砌产生了 一个过渡区段，这部分 隧道衬砌的断面及线间 距均有变化，相应成了 一个喇叭型，称为喇叭 口隧道衬砌。
嗽叭口隧道衬砌示意图
二、支护结构
初期支护 (一次支护)
支护 结构 永久支护(二
※ 采用就地整体模注现浇砼，适用较广，截面可以是等截面或 是变截面。
※ IV级以上围岩，地基松软，往往侧压力较大，故宜采用 曲墙带仰拱的衬砌。
设置 作用 仰拱
使结构及时封闭，提高整体承载力和侧墙抵抗侧 压力的能力
抵御结构下沉变形，调整围岩和衬砌的应力状态
※ 严寒地区隧道，不管围岩等级如何，只要有地下水存在， 衬砌型式仍应采用曲墙式衬砌，并在施工中根据情况设置伸 缩缝
※ 在层状围岩中，采用喷锚支护效果较好；
※ 喷锚支护作为柔性支护，变形量较大，其外轮廓线宜预留稍 大的空间（20cm）；
※ 为了使开挖时外轮廓线圆顺，尽可能减少围岩中的应力集中 锚喷衬砌的内轮廓线，宜采用曲墙式的断面形式；
※ 锚喷衬砌内表面不太平整顺直，美观性差，影响司机在行车 中视觉感观，应根据需要考虑内装。
③ 具有防水效果，且可减少二次衬砌混凝土的收缩裂缝。
《隧道工程》课件第12讲 隧道支护结构设计计算方法的基本原理4
sin sin
3
2 cos 1 sin
C 0
（3）
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
1
3
2 cos 1 sin
( 3
C
co t )
（4）
2、建立平衡方程
仍用圆形洞室双向受压的条件、用极坐标系表 达单元体受力状态如图 。
dθ/2
σrp+ dσrp
dr
σrp
dθ
σθp
dθ/2
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
另一处理方法是把混凝土层仍处理为承受轴力的直 梁单元，那么可以解决上述矛盾，但由于出现了转角， 不能和平面单元的节点位移相协调，必须再作特殊处 理，比如在其中加一杆单元(模拟回填层)等等。
(二)开挖效果的模拟
岩体在开挖洞室之前都具有初始应力，开挖以后， 在洞壁处应力解除。
τ
φ ccotφ
Rc/2 c
σr
(σθ－ σr)/2
2θ Rc
σθ
σ
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
图中的斜线，即岩体破坏分界线上的各点都符合 下列算式：
f n tan [ ] C 0
其物理意义是该质点某一面出现的剪应力及与其 具备的抗剪强度相等。
莫尔—库仑准则表达式：
f
1
1 1
(二)弹性阶段围岩二次应力场及位移场的计算
➢围岩为均质、各向同性的连续介质； ➢只考虑自重形成的初始应力场； ➢隧道形状以规则的圆形为主； ➢隧道埋设于相当深度，可以看作无限平面中的孔 洞问题。
在这样假设下，建立计算模型。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
隧道支护结构的计算
固有的自稳能力。若能达成围岩稳定，就不必增加支护强度和刚度；
若不能达成围岩稳定，就必须及时增加支护强度和刚度，直至采用混 凝土或钢筋混凝土等刚性衬砌；支护的强度和刚度大小应与围岩的稳
定能力相适应，应与围岩的变形动态相适应。
闭塞山村上演“愚公钻山”壮举
马蹄沟村四面环山，风景秀美，离十 堰市城区只有9公里，但由于大山的阻隔， 村民们到十堰市城区赶集，要翻越三座 大山，需3个多小时。 村民们世代用双脚，在大山里踩出的 一条羊肠小路，成了这个小山村与外界 唯一的通道。几年前，就有村民摔死在 山崖下。这几年，在山路上摔断腰椎、 胳膊和腿的村民就有六七人。 村里自行筹资，支部书记找了两个爆 破手，拉起了一个20余人的土班子施工 队，没有防护通风设施，全凭村民双手 开挖，历经5年多次停工，最终打通隧道。 马蹄沟村与十堰市城区的路程由原来 的3个多小时缩短为半小时。
构上的荷载来源，又与支护结构共同构成承载体 系。
2. 隧道周边围岩的地质环境对隧道支护结构的计 算起着决定性作用。 3.作用在支护结构上的荷载受到施工方法和施工
时间的影响。
4.隧道工程支护结构的安全与否，既要考虑到支 护结构能否承载，又要考虑到围岩是否失稳。
二、计算模型
目前，在设计隧道的结构体系时，主要采用两类计算模型：
（一）主动荷载模式
1、弹性固定的无铰拱
适用于这类计算模式的常有半衬砌。用先拱后墙施工时，先 作好的拱圈在挖马口前的工作情况也是这种半衬砌。这种拱 圈的拱脚支承在弹性围岩上，故称弹性固定无铰拱。半衬砌 拱圈的拱矢和跨度比值一般是不大的，当竖向荷载作用时， 大部分情况下，拱圈都是向坑道内变形，不产生弹性抗力。
求解方法
解析法、数值法、特征曲线法
5.4 隧道洞门计算
中南大学隧道工程课件9(新奥法-)
第9章 新奥法
9.2.1 洞室开挖后的应力状态
3. 隧道开挖后的应力状态
弹性应力状态: 围岩强度高、稳定性好。 弹塑性应力状态:围岩屈服，塑性区有一定的承载力。
第9章 新奥法
9.2.2 围岩稳定性判据
1. 岩体强度判据
洞室周边围岩应力>岩体强度极限 1）脆岩：σ二次>强度极限 2）软岩：σ二次>强度极限
第9章 新奥法中南大学
9.1 新奥法的基本概念 9.2 隧道施工过程的力学解析与分析 9.3 新奥法的施工技术 9.4 新奥法的监控量测
第9章 新奥法
9.1 新奥法的基本概念 9.1.1 新奥法的由来与产生的历史背景
1. 新奥法的由来
新奥法的全称是新奥地利隧道工程方法， 即New Austrian Tunneling Method，缩写为 NATM。
第9章 新奥法
4. 喷射混凝土的材料及其组成
1）喷射混凝土的材料 （1）水泥
喷射混凝土对所采用水泥的基本要求是：掺入速凝 剂后凝结快、保水性好、早期强度增加快、收缩小。优 先采用325号以上的普通硅酸盐水泥。
第9章 新奥法
9.3 新奥法的施工技术 9.3.3 喷射混凝土
4. 喷射混凝土的材料及其组成 1）喷射混凝土的材料
5. 钢筋砂浆锚杆的安装工艺 2）灌浆设备 3）钻孔
孔径应大于锚杆直径15～20mm， 在灌浆前应用高压风将孔眼吹净。
4）注浆及安装锚杆
将注浆管插入到孔底，在注浆的同时，将注浆管徐徐 向外拔出，待注浆管口距钻孔口20～30cm时，停止注浆， 然后将锚杆插入至孔底部将砂浆挤满钻孔。
第9章 新奥法 9.3 新奥法的施工技术
第9章 新奥法 9.3 新奥法的施工技术
《隧道工程》课件第9讲隧道支护结构设计计算方法的基本原理1
解上述微分方程，并引进边界条件，得洞顶岩 层中任意点的垂直压力为
V
h Ktg b 0 b 1 e tg0 K
随着坑道埋深h的加大,
e
Ktg 0
h b
趋近于零，则
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
b V tg 0 K
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第二节
本节内容
围岩压力
•围岩压力概念，分类； •围岩松动压力的确定方法。 本节重点 •围岩压力的概念； •我国铁路隧道围岩压力的计算方法。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理 一、围岩压力及分类
(一)围岩压力概念
广义概念：围岩压力是指引起地下开挖空间周 围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应 力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护 结构上的作用力。 狭义概念：指围岩变形受阻而作用在支护结构 上的作用力。
第五章
• • • • • •
隧道支护结构设计计 算方法的基本原理
隧道设计计算理论的发展 围岩压力 结构力学方法 岩体力学方法 信息反馈方法及经验方法 衬砌结构耐久性设计概要
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第一节
隧道设计计算理论的发展
地下结构的力学模型必须符合下述条件： • 与实际工作状态一致，能反映围岩的实际状 态以及与支护结构的接触状态； • 荷载假定应与在修建洞室过程(各作业阶段)中 荷载发生的情况一致； • 算出的应力状态要与经过长时间使用的结构 所发生的应力变化和破坏现象一致； • 材料性质和数学表达要等价。 只要符合上述条件，任何计算方法都会获得合 理的结果。
所用计算参数难以确切取值，目前的方法 ：在大量施工坍方事件的统计基础
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深、浅埋隧道的判定原则
H p 2 ~ 2.5hq
式中
H p ——深浅埋隧道分界的深度；
hq ——等效荷载高度值，即坍落拱高度。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
变形阶段
松动阶段
(a)
(b)
自然拱
塌落阶段
成拱阶段
(c)
(d)
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
自然拱范围的大小除了受上述的围岩地质条件、 支护结构架设时间、刚度以及它与围岩的接触状态 等因素影响外，还取决于以下诸因素：
隧道的形状和尺寸；
隧道的埋深； 的基本原理
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
三、围岩松动压力的形成和确定方法
(一)围岩松动压力的形成
深埋坑道开挖后围岩由变形到坍塌成拱的整个 变形过程，称为围岩的成拱作用。在成拱过程中形 成的相对稳定的拱形坍腔结构，成为自然拱或坍落 拱。而坍腔内坍落的岩土形成松动压力的荷载来源。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
1.假定弹性反力阶段 衬砌在承受岩体所给的主动压力作用产生弹性变 形的同时，将受到地层对其变形的约束作用。地 层对衬砌变形的约束作用力就称之为弹性反力。
弹性反力的分布图形为直线 ( 三 角形或梯形) 对拱形结构按变形曲线假定 了月牙形的弹性反力图形
假定弹性反力
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
4.冲击压力
冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能 以后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解除，能量 突然释放所产生的压力。
上述松动压力、形变压力往往同时存在，难以 严格区分。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
二、影响围岩压力的因素
影响围岩压力的因素很多，通常可分为两大类。 地质因素：它包括初始应力状态、岩石力学性 质、岩体结构面等； 工程因素：它包括断面大小、施工方法、支护 设置时间、支护刚度、坑道形状等。
向洞室内变形而释放的围岩压力将由支护结构与围岩组 成的地下结构体系共同承受。一方面围岩本身由于支护 结构提供了一定的支护阻力，从而引起它的应力调整达 到新的平衡；另一方面，由于支护结构阻止围岩变形， 它必然要受到围岩给予的反作用力而发生变形。这种反 作用力和围岩的松动压力极不相同，它是支护结构与围 岩共同变形过程中对支护结构施加的压力，称为形变压 力。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
(二)围岩压力分类
• 松动压力 • 形变压力 • 膨胀压力 • 冲击压力
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
1.松动压力
由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作 用在支护结构上的压力称为松动压力。 松动压力常通过下列三种情况发生： 在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块的岩 石； 在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧边帮冒落； 在节理发育的裂隙岩体中，围岩某些部位沿软弱面 发生剪切破坏或拉坏等局部塌落。
一、刚性结构阶段
将地下结构视为刚性结构的压力线理论。压力线 理论认为，地下结构是由一些刚性块组成的拱形 结构，所受的主动荷载是地层压力，当地下结构 处于极限平衡状态时，它是由绝对刚体组成的三 铰拱静定体系，铰的位置分别假设在墙底和拱顶， 其内力可按静力学原理进行计算。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理 二、弹性结构阶段
第五章
• • • • • •
隧道支护结构设计计 算方法的基本原理
隧道设计计算理论的发展 围岩压力 结构力学方法 岩体力学方法 信息反馈方法及经验方法 衬砌结构耐久性设计概要
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第一节
隧道设计计算理论的发展
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
地下工程支护结构理论的一个重要问题是如何 确定作用在地下结构的荷载以及如何考虑围岩的 承载能力。从这方面讲，支护结构计算理论的发 展大概可分为3个阶段。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
软岩巷道严重底鼓变形
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
软岩巷道变形、支撑断裂
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
3.膨胀压力 当岩体具有吸水膨胀崩解的特征时，由于围岩 吸水而膨胀崩解所引起的压力称为膨胀压力。它 与形变压力的基本区别在于它是由吸水膨胀引起 的。
2.弹性地基梁阶段
将隧道边墙视为支承在侧面和基底地层上的双向 弹性地基梁，计算在主动荷载作用下拱圈和边墙 的内力。 •局部变形弹性地基梁理论 •共同变形弹性地基梁理论
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理 三、连续介质阶段
用连续介质力学理论计算地下结构内力 这种计算方法以岩体力学原理为基础，认为坑道开挖后
按弹性连续拱形框架用超静定结构力学方法计算 结构内力。作用在结构上的荷载是主动的地层压 力，并考虑了地层对结构产生的弹性反力的约束 作用。 这类计算理论认为，当地下结构埋置深度较大时， 作用在结构上的压力不是上覆岩层的重力而只是 围岩坍落体积内松动岩体的重力——松动压力。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第二节
本节内容
围岩压力
•围岩压力概念，分类； •围岩松动压力的确定方法。 本节重点 •围岩压力的概念； •我国铁路隧道围岩压力的计算方法。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理 一、围岩压力及分类
(一)围岩压力概念
广义概念：围岩压力是指引起地下开挖空间周 围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应 力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护 结构上的作用力。 狭义概念：指围岩变形受阻而作用在支护结构 上的作用力。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
水平岩层
倾斜岩层
拱顶坍塌、冒落
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
倾斜岩层掉 块、塌落 高边墙 坍塌
水平岩 层冒落
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
裂隙岩体顶部掉块
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
2.形变压力 形变压力是由于围岩变形受到与之密贴的支 护如锚喷支护等的抑制，而使围岩与支护结构共 同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。
H p 2 ~ 2.5hq
式中
H p ——深浅埋隧道分界的深度；
hq ——等效荷载高度值，即坍落拱高度。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
变形阶段
松动阶段
(a)
(b)
自然拱
塌落阶段
成拱阶段
(c)
(d)
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
自然拱范围的大小除了受上述的围岩地质条件、 支护结构架设时间、刚度以及它与围岩的接触状态 等因素影响外，还取决于以下诸因素：
隧道的形状和尺寸；
隧道的埋深； 的基本原理
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
三、围岩松动压力的形成和确定方法
(一)围岩松动压力的形成
深埋坑道开挖后围岩由变形到坍塌成拱的整个 变形过程，称为围岩的成拱作用。在成拱过程中形 成的相对稳定的拱形坍腔结构，成为自然拱或坍落 拱。而坍腔内坍落的岩土形成松动压力的荷载来源。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
1.假定弹性反力阶段 衬砌在承受岩体所给的主动压力作用产生弹性变 形的同时，将受到地层对其变形的约束作用。地 层对衬砌变形的约束作用力就称之为弹性反力。
弹性反力的分布图形为直线 ( 三 角形或梯形) 对拱形结构按变形曲线假定 了月牙形的弹性反力图形
假定弹性反力
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
4.冲击压力
冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能 以后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解除，能量 突然释放所产生的压力。
上述松动压力、形变压力往往同时存在，难以 严格区分。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
二、影响围岩压力的因素
影响围岩压力的因素很多，通常可分为两大类。 地质因素：它包括初始应力状态、岩石力学性 质、岩体结构面等； 工程因素：它包括断面大小、施工方法、支护 设置时间、支护刚度、坑道形状等。
向洞室内变形而释放的围岩压力将由支护结构与围岩组 成的地下结构体系共同承受。一方面围岩本身由于支护 结构提供了一定的支护阻力，从而引起它的应力调整达 到新的平衡；另一方面，由于支护结构阻止围岩变形， 它必然要受到围岩给予的反作用力而发生变形。这种反 作用力和围岩的松动压力极不相同，它是支护结构与围 岩共同变形过程中对支护结构施加的压力，称为形变压 力。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
(二)围岩压力分类
• 松动压力 • 形变压力 • 膨胀压力 • 冲击压力
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
1.松动压力
由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作 用在支护结构上的压力称为松动压力。 松动压力常通过下列三种情况发生： 在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块的岩 石； 在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧边帮冒落； 在节理发育的裂隙岩体中，围岩某些部位沿软弱面 发生剪切破坏或拉坏等局部塌落。
一、刚性结构阶段
将地下结构视为刚性结构的压力线理论。压力线 理论认为，地下结构是由一些刚性块组成的拱形 结构，所受的主动荷载是地层压力，当地下结构 处于极限平衡状态时，它是由绝对刚体组成的三 铰拱静定体系，铰的位置分别假设在墙底和拱顶， 其内力可按静力学原理进行计算。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理 二、弹性结构阶段
第五章
• • • • • •
隧道支护结构设计计 算方法的基本原理
隧道设计计算理论的发展 围岩压力 结构力学方法 岩体力学方法 信息反馈方法及经验方法 衬砌结构耐久性设计概要
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第一节
隧道设计计算理论的发展
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
地下工程支护结构理论的一个重要问题是如何 确定作用在地下结构的荷载以及如何考虑围岩的 承载能力。从这方面讲，支护结构计算理论的发 展大概可分为3个阶段。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
软岩巷道严重底鼓变形
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
软岩巷道变形、支撑断裂
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
3.膨胀压力 当岩体具有吸水膨胀崩解的特征时，由于围岩 吸水而膨胀崩解所引起的压力称为膨胀压力。它 与形变压力的基本区别在于它是由吸水膨胀引起 的。
2.弹性地基梁阶段
将隧道边墙视为支承在侧面和基底地层上的双向 弹性地基梁，计算在主动荷载作用下拱圈和边墙 的内力。 •局部变形弹性地基梁理论 •共同变形弹性地基梁理论
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理 三、连续介质阶段
用连续介质力学理论计算地下结构内力 这种计算方法以岩体力学原理为基础，认为坑道开挖后
按弹性连续拱形框架用超静定结构力学方法计算 结构内力。作用在结构上的荷载是主动的地层压 力，并考虑了地层对结构产生的弹性反力的约束 作用。 这类计算理论认为，当地下结构埋置深度较大时， 作用在结构上的压力不是上覆岩层的重力而只是 围岩坍落体积内松动岩体的重力——松动压力。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
第二节
本节内容
围岩压力
•围岩压力概念，分类； •围岩松动压力的确定方法。 本节重点 •围岩压力的概念； •我国铁路隧道围岩压力的计算方法。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理 一、围岩压力及分类
(一)围岩压力概念
广义概念：围岩压力是指引起地下开挖空间周 围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应 力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护 结构上的作用力。 狭义概念：指围岩变形受阻而作用在支护结构 上的作用力。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
水平岩层
倾斜岩层
拱顶坍塌、冒落
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
倾斜岩层掉 块、塌落 高边墙 坍塌
水平岩 层冒落
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
裂隙岩体顶部掉块
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
2.形变压力 形变压力是由于围岩变形受到与之密贴的支 护如锚喷支护等的抑制，而使围岩与支护结构共 同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。