(完整版)岩石力学课件：岩石地下工程

地下原子能发电站
地下停车场
人防隧道
地下商场
北京国贸地下滑冰馆
城市隧道
南京玄武湖地下快速路
宁波甬江水底隧道
地下铁道
广州地铁二号线 【赤～鹭区间隧道】
盾构工程
北京地铁王府井车站
隧道内路面施工
隧道出口施工
轻轨地下车站:
临江门车站 较场口车站 大坪车站
重庆轻轨二号线（较场口-新山村） 18公里，投资43亿（2000-2005年）
公路隧道
重庆华蓥山隧道
道
重庆大学城梨树湾隧道
2005年2月15日歌乐山打通，工程分左右两条隧洞，共要挖出100万 方土石。其中，每条隧洞长3900米，单向双车道。
珠海板樟山公路隧道
湖南邵怀高速 隧道内的“人造天空”
陕西秦岭终南山公路隧道
全长18.02公里，总投资31.93亿元 断层、涌水、岩爆
水工隧道
南水北调东线穿黄探洞工程，开创70米深处穿越黄河先例 甘肃引大入秦隧洞采用双护盾全断面掘进机进行掘进施工
断面为16×20米的瀑布沟水电站泄洪洞 四川紫坪铺水利枢纽导流隧洞工程
二滩水电站发电厂房
地下水电站
采矿巷道
地下物流系统
海底储气工程
汕头LPG工程，1997年10月开工， 1999年12月建成
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市政隧道 矿山隧道 人防隧道
铁路隧道 公路隧道 地下铁道 人行通道 引水隧道 尾水隧道 导流隧道 泄洪隧道 给水隧道 排水隧道
管路隧道（煤气、暖气、电力等） 采矿巷道
运输巷道
按隧道的埋置深度 深埋隧道（地下工程自身影响达不到地表）
浅埋隧道
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深埋地下工 程（50m） 的特点：
重分布应力可根据弹性力学计算。
✓ 如果洞室半径相对洞长很小，按平面应变问题考虑，概
化为受均布压力的薄板中心小圆孔周边应力分布的计算 问题。
•假 定 洞 室 开 挖 在 天 然应力比值系数为 λ的岩体中，则问 题可简化为右图所 示的无重板岩体力 学模型。
σH =λσv
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H
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大瑶山隧道
穿越武夷山脉的长大越岭隧道:
分水关隧道
秦岭隧道
中国最长的铁路隧道： 位于西（安）（安）康铁路青岔车站和营盘车站之间，由两座基本平行的单线隧 道组成，两线间距为30米，其中Ⅰ线隧道全长18460米；Ⅱ线隧道全长18456米。
中国最长的铁路隧道：秦岭隧道
隧道最大埋深约1600米，埋深超过1000米地段长约3.8公里。Ⅰ线(左线)隧道使用2 台8.8米敞开式掘进机（TBM）由隧道两端相向施工。Ⅱ线隧道(右线)，采用新奥法 施工，初期支护为锚喷，二次支护为马蹄型带仰拱的模筑混凝土复合衬砌。
南京 结合地铁1、2号线新街口换乘站建设， 形成地下空间网络，总建筑面积超过了40 万m2，基本形成了地下城。
朝鲜平壤地铁
平壤地铁1968年开建，1987年开通，全长35公里。最深处达120 米，号称是世界上最深的地铁。
健身房
地下污水处理厂
玉米棒式地下停车库
日本青函隧道 第5章 岩石地下工程
隧道施工及监测技术
山岭隧道施工方法矿山法(钻爆法)新 传奥 统法 矿山法

掘进机法

明挖法
隧道施工方法浅埋及软土隧道施工方法盖 地挖 下法 连续墙法

浅埋暗挖法

盾构法
水底隧道施工方法盾 沉构 管法 法

§8.2 地下工程围岩应力 力学问题
中国最长的铁路隧道：秦岭隧道
秦岭隧道地质复杂、工程巨大,在设计、施工、运营安全和维修管理方面都有许 多技术难关，且Ⅰ线隧道采用掘进机施工，在我国铁路隧道施工尚属首次，为此 有六类24项部重点科研项目立项研究，均取得了不俗的成果。秦岭特长隧道的修 建，使我国隧道工程建设从整体上提高到一个新的技术水平。隧道1995年1月18 日正式开工，1999年9月6日全部贯通，2000年8月18日西康铁路开通运营。
V
x
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（1）圆形洞室
设无限大弹性薄板，在边界上受有沿x方向的 外力p作用，薄板中有一半径为R0的小圆孔， 按平面问题考虑，不计体力，M点的各应力分 量,根据弹性理论为：

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课后自己上网看看CCTV10的纪录片
穿越梦想
—宜万铁路(沪蓉西高速铁路)
城市地下空间开发利用已经成为提高城市容量、缓解 城市交通、改善城市环境的重要手段，正在成为建设 资源节约型、环境友好型城市的重要途径。
大型城市地下综合体：交通、市政、
上海人民广场
上海静安寺
杭州钱江新城
核心区地下城，以波浪文化城（100000 m2）和地铁1、2 号线 换乘站为骨干，形成地下城，地下空间总量达到200万m2。
深圳
深圳罗湖口岸及火车站地区：该综 合体地下地上各三层，该项目于2006年7 月获城市土地学会亚太区卓越奖。
深圳华强北地下商业街：以疏通人 流为主，兼顾商业和旅游观光的地下商 业通道。设计停车泊位1000个。地下人 行系统在三个十字路口处分别向东西方 向的道路下方延伸，扩展为三个大厅。 地下商业面积3.2万m2。
（1）围岩应力重分布问题——计算重分布应力
地下开挖破坏了岩体天然应力的相对平衡状态，洞室周边岩体将向开挖空间松胀 变形，使围岩中的应力产生重分布作用，形成新的应力状态，称为重分布应力状态。
（2）围岩变形与破坏问题——计算位移、确定破wenku.baidu.com范围
在重分布应力作用下，洞室围岩将向洞内变形位移。如果围岩重分布应力超过了岩 体的承受能力，围岩将产生破坏。
第8章 岩石地下工程
§8.1 概 述
地下工程：为各种目的修建在地层之内的中空巷
道或中空洞室，其共同特点是在岩体内开挖出具 有一定横断面积和尺寸的洞室。
地下工程类型
不同的分类方式有不同的分类 方法
按所处的地质条件
土质隧道 岩质隧道
按所处的地理位置
山岭隧道 水底隧道 城市隧道
交通类隧道
按隧道的用途水工隧道
严重关。 角隧道
中国目前已开通运营的海拔最高的铁路隧道：
中国已通车的最长双线电气化铁路隧道:
位于京广铁路广东省粤北瑶山山区的坪石至乐昌间，
全长14295米。隧道埋深70至910米，推行了国外最 先进的设计和施工的方法——“新奥法”。采用八十 年代国内外最先进的大型机械，实现了主要工序— —钻爆、支护、装运三条机械化作业线。
台海隧道
台海隧道即使以最短的北线计算也有150公里，是英法之间的英吉利海峡隧 道长度的3倍。台海隧道的造价排除物价因素将在4000亿到5000亿元人民币之间。 预计将来通过隧道列车，从台湾到大陆单程只需要2小时。
台海隧道工程目前面临的主要工程风险是台湾海峡的地质条件。由于台湾海 峡地层处于较新的地质年代，构造复杂，为地震活动区域，还需要深入的地质勘 探、科学的设计和完备的施工措施。
香港海底隧道九龙入口
香港第1条过海行车隧道，于1972年8月通车，耗资港币3亿2千万 元兴建。隧道全长1.86公里，跨越维多利亚港，将九龙半岛和香 港岛两岸独立的道路网络连接起来。
厦门翔安海底隧道
第一条由内地专家自行设计的海底隧道，而且是第一条采用钻爆法 施工的海底隧道。全长9公里，海底隧道5.95公里，总投资39.5亿。 隧道采取三孔建设形式，共由三条线路组成，其中中间一孔为服务隧 道，作为紧急避难通道和日常维护检修用。主洞隧道建筑限界净宽1 3.5米，净高5米 ，隧道最深在海平面下约70米。
照明、通风、消防、通信、救援、 交通安全控制、供配电、监控
铁路隧道
襄渝铁路松树车站三线隧道
八达岭隧道
中国自行设计和施工的第一座 越岭隧道，位于（北）京包 （头）铁路青龙桥车站附近。 这座单线隧道全长1091米，由 我国杰出的工程师詹天佑亲自 规划督造，1907年开工，在中 国技术人员和工人的努力下， 仅用18个月，于1908年竣工。
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柯西课题

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第5章 岩石地下工程
横跨白令海峡的海底隧道将沟通欧亚和北美
计划中的这条隧道长103公里，是英法隧道水下部分的3倍长，贯穿白令海峡，将 俄西伯利亚和美国阿拉斯加连接起来，横跨欧亚北美大陆。按照计划，海底隧道 将包括一条高速铁路和一条高速公路、多条输油管道、电缆和光缆，建成后将为 北美和俄远东地区每年节省200亿美元运输费和电费。预计历时10到15年，耗资 100亿到120亿美元。而一旦隧道完工，意味着将来可以乘坐火车从北京直达纽 约。
当前世界上最长的一条隧道。它通过津轻海峡，把津轻半岛和北海道的铁路连 接起来。隧道由本州的青森穿过津轻海峡到北海道的函馆，为双线隧道，全长 为53860米，其中海底部分为23300米。青函隧道1964年开挖斜坑道，经过24年 的施工，于1988年3月13日正式投入运营。
英法海底隧道
从英吉利海峡最窄处即英国的多佛尔到法国的加来，同时修建两条直径7.3米、长 50000米的铁路隧道。其中37000米在海底。两条隧道之间相距30米，在其中间线再修 一条直径为4.5米的辅助隧道，每隔375米与两侧主隧道连通，供通风、维修使用。当 主隧道因故列车不能通行时，辅助隧道还可作为应急的通道。全部工程耗资为530亿 法朗（约合70亿美元）。隧道于1987年动工，1994年竣工并投入使用。坐时速260公 里的高速火车，穿越隧道只用26分钟。
✓ 可视为无限体中的孔洞问题，孔洞各方向无穷远处，仍为原岩应力；
✓ 当埋深等于或大于巷道半径R0或其宽、高之半的20倍以上时，巷道影响 范围（3~5 R0 ）以内的岩体自重可以忽略不计；原岩水平应力可以简化 为均匀分布，通常误差不大（10％以下）；
✓ 深埋的水平巷道长度较大时，可作为平面应变问题处理。其它类型巷道 ，或作为空间问题，或作为全平面应变问题处理。
围岩应力计算：
①开挖前岩体天然应力状态的确定 ②开挖后围岩重分布应力的计算 ③支护衬砌后围岩应力状态的改善
重分布应力：
地下开挖扰动后在围岩中形成的新的 应力。重分布应力与围岩性质、洞形、 洞室受外力状态有关
一、无压洞室围岩重分布应力计算
1、弹性围岩重分布应力
✓ 坚硬致密的块状岩体，围岩呈弹性变形。 ✓ 可近似视为各向同性、连续、均质的线弹性体，其围岩
昆仑山隧道
世界高原多年冻土区第一长大隧道：
昆仑山隧道位于青藏铁路青海境内，全长 1686米，于2001年9月开工，2002年9月26日 胜利贯通。
风火山隧道
世界海拔第一高的铁路隧道：
位于青藏铁路青海境内青藏高原可可西里“无人 区”边缘，全长1338米，轨面海拔4905米，是世界 上海拔最高的隧道，年均气温零下7℃，寒季最低 气温达零下41℃，空气中氧气含量只有内地的50％ 左右。隧道冻土层最厚达150米、覆盖层最薄处仅 有８米，施工稍有不慎，就会导致大塌方，工程难 度之大前所未遇。 2001年10月18日开工建设， 2002年10月19日胜利贯通。
在四川省境内的大渡河畔， 有一条古老凉山分裂成的 长达几里的大裂缝，名叫 老昌沟。1964年修建成昆 铁路时，桥梁建设者们在 这里修建了一座中国跨度 最大的铁路石拱桥。
跨度最大的铁路石拱桥
关角隧道位于青藏铁路西 （宁）格（尔木）段的青海省 天峻县内，全长4000米。洞内 轨面最高处海拔3692米。由于 地处高海拔地区，气候寒冷， 空气稀薄，年平均气温0℃， 最低温度为零下37.5℃。关角 隧道的施工前后历时30多年， 除停工的13年外，正式开挖建 设5年半，而整治病害耗时9年 多，可见隧道地质构造之复 杂、气候条件的恶劣和病害的
（3）围岩压力问题——计算围岩压力
围岩变形破坏将给地下洞室的稳定性带来危害，因而，需对围岩进行支护衬砌，变 形破坏的围岩将对支衬结构施加一定的荷载，称为围岩压力(或称山岩压力、地压等)。
（4）有压洞室围岩抗力问题——计算围岩抗力
在有压洞室中，作用有很高的内水压力，并通过衬砌或洞壁传递给围岩，这时围岩 将产生一个反力，称为围岩抗力。