隧道稳定性位移判别准则_朱永全
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2 隧道稳定性可用周边位移来判别
岩石力学基本上沿用材料力学的思路 , 即以应
力和强度为中 心并以两 者关系评 定岩石所 处的状 态 。 隧道工程中的支护结构设计也是如此 , 都是在 假定围岩原始地应力或支护结构承受坍落体重量荷 载的大小和分布的前提下 , 以支护结构应力和强度 关系评定支护结构状态 。 大量实践证明 , 这种可称 为应力体系的理论在应用中往往因为岩体过于复杂 而遇到很大困难 。
关键词 :隧道稳定性 ;极限状态 ;位移判别 中图分类号 :U451.2 文献标识码 :A
1 隧道稳定性的概念
隧道应指围岩与支护结构的综合体 。 将人工支 护结构与其周围 一定范 围内 的地层 (围 岩) 看作 “支护系统” 。 为能 安全适 用 、 经 济合 理 、 确 保质 量 、 快速施工 , 必须对上述支护系统 “稳定性” 作 出评价 , 以便能及时或提前作出合理的设计施工措 施。
收稿日期 :2001-05-10 作者简介 :朱永全 (1960 —), 男 , 安徽枞阳人 , 教授 , 博士 基金项目 :铁道部工程建设科研项目 (94-11)
Байду номын сангаас
第 6 期 隧道稳定性位移判别准则
81
3 确定隧道位移极限的途径
以隧道位移为判据的隧道稳定性分析的关键和 难点是围岩及支护结构的位移极限值的确定 。位移 极限值是隧道所处围岩性质 、 支护结构性状和施工 等条件不能满足某项功能的位移临界状态的具体体 现 , 可通过理论分析 、 现场调查和室内试验等手段 确定 。
结构位移的发生和发展是该结构力学行为动态 的综合反映 。隧道是隐蔽工程 , 只能看到支护结构 的内表面 , 从近距离处才能看到隧道内表面的细裂 缝 , 难以观察到破坏的全貌 。而内表面位移则可通 过专门测量仪器测得 。不管隧道的作用机理如何复 杂 , 其经受各种作用后的反应可以用周边位移体现 出来 。通过周边位移观测以了解隧道的力学动态是 比较直观也易于实施的办法 , 隧道的稳定性也应该 从周边位移变化和发展得到体现 。
利用隧道施工中少数几个控制点的实际位移量 测值 , 通过样条函数插值 , 寻求一逼近函数来代替 隧道洞室周边的实际变形函数 , 以逼近函数值代替 在隧道周边的大量量测 , 从而解决隧道稳定性分析 及地层参数反分析所需较多的实测值问题 。 通过位 移的插值误差分析和随机插值 , 也为围岩参数的随 机反分析提供了基本已知数据 。
初期支护一般由喷混凝土和锚杆组成 , 必要时 可加设钢筋格栅 、 型钢拱架或钢筋网等 。 初期支护
一般为相对较薄的柔性支护 , 喷层和锚杆都和围岩 紧密联结 , 喷层开裂或局部压坏 , 只要其后边围岩 未坍塌 , 还不致影响支护系统的稳定 。 因此初期支 护后的隧道极限状态 , 可按支护构件多处被压坏 , 或因围岩屈服区域发展形成破坏楔体向坑道滑移 , 使初期支护被剪坏来确定其承载能力极限状态 。
在隧道开挖后 、 支护前 , 围岩中坑道周边的原 始地应力开始释放 , 围岩中应力重分布 , 其重分布 的过程和特征与围岩的物理力学指标有关 , 与坑道 开挖的空间因素和时间因素也有关 , 在应力重分布 过程中坑道周边相应地会产生位移 。坑道开挖后如 不加支护 , 坑道围岩将会经过应力集中 、 形成塑性 区 、 发生向坑道内位移 、 塑性区进一步扩大和围岩 松弛及坍塌等过程 。 其发展过程和后果 , 视岩体性 质 、 原始地应力的大小和方向 、 坑道尺寸和形状等 不同而有所不同 。在坚硬完整的岩体中可能形成自 稳 , 在松散岩体中 , 坑道可能会迅速达到坍塌 。大 多情况 , 坑道围岩因应力集中 、 形成塑性区 、 发生 向坑道内位移 、 塑性区进一步扩大和围岩松弛 , 导 致坍塌 。
第 2 2卷 , 第 6期 中 国 铁 道 科 学 2 0 0 1 年 1 2 月 CHINA RAIL WAY SCIENCE
文章编号 :1001-4632 (2001) 06-0080-04
隧道稳定性位移判别准则
朱 永 全
(石家庄铁道学院 地下工程系 , 河北 石家庄 050043)
荷载-结 构模式是否接 近实际 , 关键 是对支护 结构所受荷载 (围岩压力及 约束力)的正 确估算 。 因此 , 本文从隧道支护结构变形反推估计对应的荷 载 , 可反推围岩抗力系数和覆土荷载的分布情况 , 以及作用于支护结构上各部位的外荷载 。 使得对隧 道支护结构因覆土压力 、 被动抗力以及因施工因素 对地层扰动不均匀等支护产生的作用和作用效应有 较明确的了解 。
82
中 国 铁 道 科 学 第 22 卷
确可靠 。 在施工条件 、 施工方法等不变的情况下 , 假设
断面完整的时态曲线与监测数据的时态曲线服从同 一组合模型 , 因而组合模型的后推可近似作为施测 前位移释放值的估计值 。
6 围岩参数 M onte-Carlo 有限元位移 随机反分析
当围岩的物 理力学指 标按 《铁路 隧道设 计规 范》 (T B10003-99)表 3.2.7 取值 , 表 7.2.4-2 和 表 7.2.4-3 设计参数设计的初期支护 , 其极限相对 位移详见规范表 10.1.7-1 和 10.1.7-2 。
M onte-Carlo 模拟 是一种具有独特风格的数值 计算方法 , 它与有限元反分析的结合 , 能可靠的解 决各种计算模型的随机反分析 。根据毛洞隧道 、 初 期支护后隧道和隧道二次衬砌计算所需反推参数不 同 , 位移随机反分析也分别采用连 续体和荷载-结 构两种不同的计算模型 。
连续体计算模型是否符合实际 , 关键是洞室所 处围岩参数的正确估计 。 因此本文应用隧道施工监 测的随机值 , 采用 Mo nte-carlo 有限元随机 反分析 以反推地层参数和原始地应力分布 。反推参数不仅 给出其均值 , 还给出了参数的方差和分布类型 , 为 地下结构稳定性或可靠性分析提供必要数据[ 5] 。
根据隧道洞室的变形动态信息反推的围岩参数 和支护结构实际所受荷载为输入参数 , 进行洞室极 限位移的计算模拟 , 辅以室内模拟试验验证和现场 资料调查整理的综合手段来确定 。 7.1 按极限位移表格查询
本研究成果对毛洞阶段 、 初期支护后阶段和二 次衬砌或修筑混凝土后隧道的失稳破坏形式 、 极限 状态和极限位 移的求法 , 提出了 整套计算 模拟方 法 , 在此基础上 , 进行了大量工作 , 对单 、 双线电 化铁路隧道复合式衬砌标准设计断面在各级围岩 、 不同埋深等 , 从开挖毛洞到隧道建成各阶段 , 各断 面内主要测线间和拱顶下沉的极限位移列成表格可 供查询 。
而根据隧道的变形动态信息反推围岩参数和支 护结构实际所受荷载为输入参数 , 进行隧道极限位 移的计算模拟 , 辅以室内模拟试验验证和现场资料 调查整理的综合手段来确定 , 更能反映隧道的现场 实际 。
4 隧道位移极限状态的定义
要确定隧道围岩及支护结构位移极限 , 首先要 确定其极限状态 。在隧道施工的不同阶段 , 如未支 护的毛洞 、 锚喷初期支护后的隧道和模筑二次支护 后的隧道等 , 隧道的极限状态有其不同的定义 。
Vol.22 N o.6
December , 2001
摘 要 :本文明确了隧道稳定性及其位移极限状 态的概 念 , 提出了 隧道稳 定性可 通过隧道 位移来 体现和 判 别 。 以隧道位移为判据的隧道稳定性分析的关键和难 点是围 岩及支护 结构的 位移极 限值的 确定 。 根据 隧道的 变 形动态信息反 推围岩参数和支护结构实际所受荷载 为输入 参数 , 进行 隧道极 限位移 的计算 模拟 , 辅以 室内模 拟 试验验证和现 场资料调查整理的综合手段来确定 , 更 能反映 隧道的现 场实际 。 本文还 介绍了实 测位移 的时间 序 列组合模型分 析 、 位移 随机反分析 、 位移随机插值 的方法 。 以 隧道周 边位移 为依据 , 建立隧道 稳定性 判别准 则 以及 设计体系 。 它可以直观地与现场量测联系起来 , 建立反馈系统实施控制 , 真 正体现隧道 施工中的 反馈信息 、 指导施工 、 修正设计的动态设计特点 。
现场调查不仅要系统统计正常工作状态下的隧 道周边位移 , 而更需要隧道临界破坏状态前的实际 位移值 , 这种破坏状态下的实际资料 , 一般是难以 收集的 。 现场试验和室内模拟试验要获得不同围岩 状态 、 支护性态及施工方法等情况下的隧道极限位 移 , 一般因试验 组数 太多 、 工程 量太 大 、 造 价太 高 , 是难以确定的 。
5 洞室实测位移的处理和确定
实测位移 :U =Δ+U ＊ 。式中 , Δ为隧道断面 开挖后至测得第一次数据前的位移释放值 。 它与隧 道所处地质 、 地形 、 坑道形状与大小 , 特别是与隧 道开挖方法及开挖速度有关 , 可根据实测位移的时 态曲线前推求得 。
式中 , U ＊ 为隧道位移的实测值或实测位移的 最终估计值 , 即对同一洞室围岩及支护的状态位移 时态曲线的变化趋势的估计 。采用常规的回归分析 来反映时态曲线的平均值 , 此法难以全面完整地反 映量测值的随机波动性 。而采用现代工程数学时间 序列分析法中更一般的组合模型来分析拟合 , 即 Ut = μt +Y t , 试中 Ut 为实测位移 , μt 为时态曲线的 “平均曲线” , Y t 为残差时间序列 , 它不仅可知道数据 序列均值 μt 的具体形式 , 还可知道均值的残差序列 Y t 的变化规律 , 使得数据序列的拟合模型更加精
二次支护一般用模筑混凝土灌筑 , 用防水板或 防水层与初期支护隔开 , 承受初期支护传来的形变 压力 。 一般认为对软弱围岩应尽快施作二次衬砌 , 使其与初期支护一起承受一部分围岩释放荷载 ;对 坚硬完整围岩 , 二次支护可不施作或待初期支护变 形基本稳定后再施作 , 这时二次支护作为安全储备 或承受初期支护体系的后期蠕变压力 。因此 , 二次 支护可看作相对独立的结构 , 对于拱形支护 , 可按 压挠构件来处理 。由于围岩约束的存在 , 二次支护 结构本身为多次超静定拱脚弹性固定的无铰拱形结 构 。 当屈服截面个数增多至使超静定结构转变为机 动结构时 , 一旦 被扰 动 , 结 构就 会破 坏 , 丧 失稳 定 , 引起坍塌 , 它是结构承载能力极限状态 。
7 极限位移的确定方法
洞室稳定性或可靠性分析的关键和难点是位移 极限值 (或称位移强度)的确定 。 位移极限值是洞 室所处围岩性质 、 支护结构性状和施工等条件的综 合反映 。 它是与其所处的地形 、 地质条件 、 洞室形 态 、 支护结构形态和施工等因素有关 , 任一点的极
限位移都是在 具体条件 下的隧道 稳定极限 状态位 移。
所谓 “隧道稳定” 一般是指坑道周边变形速率 呈梯减趋势并逐渐趋近于零 , 其最终位移不侵入限 界 , 支护结构不出现影响正常使用的裂缝和破损 , 更不能发生大范围的坍塌 。 而隧道稳定性是指支护 系统稳定的程度 。对照 《工程结构可靠度设计统一 标准》 , 把稳定 性作为地 下结构的 基本功能 要求 , 它既包括系统的安全性 , 又包括系统的耐久性和良 好的正常工作性 。系统或其一部分超过某一特定状 态就不能满足规定的某一功能要求 , 此状态应为该 功能的极限状态 。
用位移判别隧道的稳定性 , 就是从隧道出现的 各种极限状态入手 , 找出在某种极限状态下各控制 点的位移 , 即所谓极限位移 , 作为稳定性判据 。以 锚喷初期支护为 主要技 术背 景的 “新奥 法” 的推 行 , 提供了在隧道开挖和支护过程中 , 及时对围岩 及支护结构变形进行监测 , 并通过这种监测对围岩 稳定性作出判断的可能性 。
在无支护的隧道即毛洞 , 围岩失稳也是隧道的 失稳 ;而有支护结构时 , 即使作用于隧道支护外围 的围岩已达强度极限或出现塑性区 , 但由于支护结 构的约束作用使整个支护系统尚未失稳 , 则整个洞 室仍在正常工作 。因而 , 在有支护结构的隧道 , 可 定义支 护结构的失稳 为隧道 体系 (支护结 构与围 岩) 的失稳 。
岩石力学基本上沿用材料力学的思路 , 即以应
力和强度为中 心并以两 者关系评 定岩石所 处的状 态 。 隧道工程中的支护结构设计也是如此 , 都是在 假定围岩原始地应力或支护结构承受坍落体重量荷 载的大小和分布的前提下 , 以支护结构应力和强度 关系评定支护结构状态 。 大量实践证明 , 这种可称 为应力体系的理论在应用中往往因为岩体过于复杂 而遇到很大困难 。
关键词 :隧道稳定性 ;极限状态 ;位移判别 中图分类号 :U451.2 文献标识码 :A
1 隧道稳定性的概念
隧道应指围岩与支护结构的综合体 。 将人工支 护结构与其周围 一定范 围内 的地层 (围 岩) 看作 “支护系统” 。 为能 安全适 用 、 经 济合 理 、 确 保质 量 、 快速施工 , 必须对上述支护系统 “稳定性” 作 出评价 , 以便能及时或提前作出合理的设计施工措 施。
收稿日期 :2001-05-10 作者简介 :朱永全 (1960 —), 男 , 安徽枞阳人 , 教授 , 博士 基金项目 :铁道部工程建设科研项目 (94-11)
Байду номын сангаас
第 6 期 隧道稳定性位移判别准则
81
3 确定隧道位移极限的途径
以隧道位移为判据的隧道稳定性分析的关键和 难点是围岩及支护结构的位移极限值的确定 。位移 极限值是隧道所处围岩性质 、 支护结构性状和施工 等条件不能满足某项功能的位移临界状态的具体体 现 , 可通过理论分析 、 现场调查和室内试验等手段 确定 。
结构位移的发生和发展是该结构力学行为动态 的综合反映 。隧道是隐蔽工程 , 只能看到支护结构 的内表面 , 从近距离处才能看到隧道内表面的细裂 缝 , 难以观察到破坏的全貌 。而内表面位移则可通 过专门测量仪器测得 。不管隧道的作用机理如何复 杂 , 其经受各种作用后的反应可以用周边位移体现 出来 。通过周边位移观测以了解隧道的力学动态是 比较直观也易于实施的办法 , 隧道的稳定性也应该 从周边位移变化和发展得到体现 。
利用隧道施工中少数几个控制点的实际位移量 测值 , 通过样条函数插值 , 寻求一逼近函数来代替 隧道洞室周边的实际变形函数 , 以逼近函数值代替 在隧道周边的大量量测 , 从而解决隧道稳定性分析 及地层参数反分析所需较多的实测值问题 。 通过位 移的插值误差分析和随机插值 , 也为围岩参数的随 机反分析提供了基本已知数据 。
初期支护一般由喷混凝土和锚杆组成 , 必要时 可加设钢筋格栅 、 型钢拱架或钢筋网等 。 初期支护
一般为相对较薄的柔性支护 , 喷层和锚杆都和围岩 紧密联结 , 喷层开裂或局部压坏 , 只要其后边围岩 未坍塌 , 还不致影响支护系统的稳定 。 因此初期支 护后的隧道极限状态 , 可按支护构件多处被压坏 , 或因围岩屈服区域发展形成破坏楔体向坑道滑移 , 使初期支护被剪坏来确定其承载能力极限状态 。
在隧道开挖后 、 支护前 , 围岩中坑道周边的原 始地应力开始释放 , 围岩中应力重分布 , 其重分布 的过程和特征与围岩的物理力学指标有关 , 与坑道 开挖的空间因素和时间因素也有关 , 在应力重分布 过程中坑道周边相应地会产生位移 。坑道开挖后如 不加支护 , 坑道围岩将会经过应力集中 、 形成塑性 区 、 发生向坑道内位移 、 塑性区进一步扩大和围岩 松弛及坍塌等过程 。 其发展过程和后果 , 视岩体性 质 、 原始地应力的大小和方向 、 坑道尺寸和形状等 不同而有所不同 。在坚硬完整的岩体中可能形成自 稳 , 在松散岩体中 , 坑道可能会迅速达到坍塌 。大 多情况 , 坑道围岩因应力集中 、 形成塑性区 、 发生 向坑道内位移 、 塑性区进一步扩大和围岩松弛 , 导 致坍塌 。
第 2 2卷 , 第 6期 中 国 铁 道 科 学 2 0 0 1 年 1 2 月 CHINA RAIL WAY SCIENCE
文章编号 :1001-4632 (2001) 06-0080-04
隧道稳定性位移判别准则
朱 永 全
(石家庄铁道学院 地下工程系 , 河北 石家庄 050043)
荷载-结 构模式是否接 近实际 , 关键 是对支护 结构所受荷载 (围岩压力及 约束力)的正 确估算 。 因此 , 本文从隧道支护结构变形反推估计对应的荷 载 , 可反推围岩抗力系数和覆土荷载的分布情况 , 以及作用于支护结构上各部位的外荷载 。 使得对隧 道支护结构因覆土压力 、 被动抗力以及因施工因素 对地层扰动不均匀等支护产生的作用和作用效应有 较明确的了解 。
82
中 国 铁 道 科 学 第 22 卷
确可靠 。 在施工条件 、 施工方法等不变的情况下 , 假设
断面完整的时态曲线与监测数据的时态曲线服从同 一组合模型 , 因而组合模型的后推可近似作为施测 前位移释放值的估计值 。
6 围岩参数 M onte-Carlo 有限元位移 随机反分析
当围岩的物 理力学指 标按 《铁路 隧道设 计规 范》 (T B10003-99)表 3.2.7 取值 , 表 7.2.4-2 和 表 7.2.4-3 设计参数设计的初期支护 , 其极限相对 位移详见规范表 10.1.7-1 和 10.1.7-2 。
M onte-Carlo 模拟 是一种具有独特风格的数值 计算方法 , 它与有限元反分析的结合 , 能可靠的解 决各种计算模型的随机反分析 。根据毛洞隧道 、 初 期支护后隧道和隧道二次衬砌计算所需反推参数不 同 , 位移随机反分析也分别采用连 续体和荷载-结 构两种不同的计算模型 。
连续体计算模型是否符合实际 , 关键是洞室所 处围岩参数的正确估计 。 因此本文应用隧道施工监 测的随机值 , 采用 Mo nte-carlo 有限元随机 反分析 以反推地层参数和原始地应力分布 。反推参数不仅 给出其均值 , 还给出了参数的方差和分布类型 , 为 地下结构稳定性或可靠性分析提供必要数据[ 5] 。
根据隧道洞室的变形动态信息反推的围岩参数 和支护结构实际所受荷载为输入参数 , 进行洞室极 限位移的计算模拟 , 辅以室内模拟试验验证和现场 资料调查整理的综合手段来确定 。 7.1 按极限位移表格查询
本研究成果对毛洞阶段 、 初期支护后阶段和二 次衬砌或修筑混凝土后隧道的失稳破坏形式 、 极限 状态和极限位 移的求法 , 提出了 整套计算 模拟方 法 , 在此基础上 , 进行了大量工作 , 对单 、 双线电 化铁路隧道复合式衬砌标准设计断面在各级围岩 、 不同埋深等 , 从开挖毛洞到隧道建成各阶段 , 各断 面内主要测线间和拱顶下沉的极限位移列成表格可 供查询 。
而根据隧道的变形动态信息反推围岩参数和支 护结构实际所受荷载为输入参数 , 进行隧道极限位 移的计算模拟 , 辅以室内模拟试验验证和现场资料 调查整理的综合手段来确定 , 更能反映隧道的现场 实际 。
4 隧道位移极限状态的定义
要确定隧道围岩及支护结构位移极限 , 首先要 确定其极限状态 。在隧道施工的不同阶段 , 如未支 护的毛洞 、 锚喷初期支护后的隧道和模筑二次支护 后的隧道等 , 隧道的极限状态有其不同的定义 。
Vol.22 N o.6
December , 2001
摘 要 :本文明确了隧道稳定性及其位移极限状 态的概 念 , 提出了 隧道稳 定性可 通过隧道 位移来 体现和 判 别 。 以隧道位移为判据的隧道稳定性分析的关键和难 点是围 岩及支护 结构的 位移极 限值的 确定 。 根据 隧道的 变 形动态信息反 推围岩参数和支护结构实际所受荷载 为输入 参数 , 进行 隧道极 限位移 的计算 模拟 , 辅以 室内模 拟 试验验证和现 场资料调查整理的综合手段来确定 , 更 能反映 隧道的现 场实际 。 本文还 介绍了实 测位移 的时间 序 列组合模型分 析 、 位移 随机反分析 、 位移随机插值 的方法 。 以 隧道周 边位移 为依据 , 建立隧道 稳定性 判别准 则 以及 设计体系 。 它可以直观地与现场量测联系起来 , 建立反馈系统实施控制 , 真 正体现隧道 施工中的 反馈信息 、 指导施工 、 修正设计的动态设计特点 。
现场调查不仅要系统统计正常工作状态下的隧 道周边位移 , 而更需要隧道临界破坏状态前的实际 位移值 , 这种破坏状态下的实际资料 , 一般是难以 收集的 。 现场试验和室内模拟试验要获得不同围岩 状态 、 支护性态及施工方法等情况下的隧道极限位 移 , 一般因试验 组数 太多 、 工程 量太 大 、 造 价太 高 , 是难以确定的 。
5 洞室实测位移的处理和确定
实测位移 :U =Δ+U ＊ 。式中 , Δ为隧道断面 开挖后至测得第一次数据前的位移释放值 。 它与隧 道所处地质 、 地形 、 坑道形状与大小 , 特别是与隧 道开挖方法及开挖速度有关 , 可根据实测位移的时 态曲线前推求得 。
式中 , U ＊ 为隧道位移的实测值或实测位移的 最终估计值 , 即对同一洞室围岩及支护的状态位移 时态曲线的变化趋势的估计 。采用常规的回归分析 来反映时态曲线的平均值 , 此法难以全面完整地反 映量测值的随机波动性 。而采用现代工程数学时间 序列分析法中更一般的组合模型来分析拟合 , 即 Ut = μt +Y t , 试中 Ut 为实测位移 , μt 为时态曲线的 “平均曲线” , Y t 为残差时间序列 , 它不仅可知道数据 序列均值 μt 的具体形式 , 还可知道均值的残差序列 Y t 的变化规律 , 使得数据序列的拟合模型更加精
二次支护一般用模筑混凝土灌筑 , 用防水板或 防水层与初期支护隔开 , 承受初期支护传来的形变 压力 。 一般认为对软弱围岩应尽快施作二次衬砌 , 使其与初期支护一起承受一部分围岩释放荷载 ;对 坚硬完整围岩 , 二次支护可不施作或待初期支护变 形基本稳定后再施作 , 这时二次支护作为安全储备 或承受初期支护体系的后期蠕变压力 。因此 , 二次 支护可看作相对独立的结构 , 对于拱形支护 , 可按 压挠构件来处理 。由于围岩约束的存在 , 二次支护 结构本身为多次超静定拱脚弹性固定的无铰拱形结 构 。 当屈服截面个数增多至使超静定结构转变为机 动结构时 , 一旦 被扰 动 , 结 构就 会破 坏 , 丧 失稳 定 , 引起坍塌 , 它是结构承载能力极限状态 。
7 极限位移的确定方法
洞室稳定性或可靠性分析的关键和难点是位移 极限值 (或称位移强度)的确定 。 位移极限值是洞 室所处围岩性质 、 支护结构性状和施工等条件的综 合反映 。 它是与其所处的地形 、 地质条件 、 洞室形 态 、 支护结构形态和施工等因素有关 , 任一点的极
限位移都是在 具体条件 下的隧道 稳定极限 状态位 移。
所谓 “隧道稳定” 一般是指坑道周边变形速率 呈梯减趋势并逐渐趋近于零 , 其最终位移不侵入限 界 , 支护结构不出现影响正常使用的裂缝和破损 , 更不能发生大范围的坍塌 。 而隧道稳定性是指支护 系统稳定的程度 。对照 《工程结构可靠度设计统一 标准》 , 把稳定 性作为地 下结构的 基本功能 要求 , 它既包括系统的安全性 , 又包括系统的耐久性和良 好的正常工作性 。系统或其一部分超过某一特定状 态就不能满足规定的某一功能要求 , 此状态应为该 功能的极限状态 。
用位移判别隧道的稳定性 , 就是从隧道出现的 各种极限状态入手 , 找出在某种极限状态下各控制 点的位移 , 即所谓极限位移 , 作为稳定性判据 。以 锚喷初期支护为 主要技 术背 景的 “新奥 法” 的推 行 , 提供了在隧道开挖和支护过程中 , 及时对围岩 及支护结构变形进行监测 , 并通过这种监测对围岩 稳定性作出判断的可能性 。
在无支护的隧道即毛洞 , 围岩失稳也是隧道的 失稳 ;而有支护结构时 , 即使作用于隧道支护外围 的围岩已达强度极限或出现塑性区 , 但由于支护结 构的约束作用使整个支护系统尚未失稳 , 则整个洞 室仍在正常工作 。因而 , 在有支护结构的隧道 , 可 定义支 护结构的失稳 为隧道 体系 (支护结 构与围 岩) 的失稳 。