da隧道施工監(jiān)控量測(cè)技術(shù)

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1、第六章　隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理由此可見，地下結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型必須符合下述條件：①與實(shí)際工作狀態(tài)一致，能反映圍巖的實(shí)際狀態(tài)以及與支護(hù)結(jié)構(gòu)的接觸狀態(tài)；②荷載假定應(yīng)與在修建洞室過程(各作業(yè)階段)中荷載發(fā)生的情況一致；③算出的應(yīng)力狀態(tài)要與經(jīng)過長時(shí)間使用的結(jié)構(gòu)所發(fā)生的應(yīng)力變化和破壞現(xiàn)象一致；④材料性質(zhì)和數(shù)學(xué)表達(dá)要等價(jià)。設(shè)計(jì)計(jì)算方法大致分為：結(jié)構(gòu)力學(xué)方法、巖體力學(xué)方法、信息反饋方法及經(jīng)驗(yàn)方法等。第一節(jié)　結(jié)構(gòu)力學(xué)方法一、基本原理將支護(hù)和圍巖分開考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載主體，地層對(duì)結(jié)構(gòu)的作用只是產(chǎn)生作用在地下結(jié)構(gòu)上的荷載，以計(jì)算襯砌在荷載作用下產(chǎn)生

2、的內(nèi)力和變形的方法，也稱為荷載－結(jié)構(gòu)法。在圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用的處理上卻有幾種不同的做法：1.主動(dòng)荷載模式(如圖a)2.主動(dòng)荷載加被動(dòng)荷載(彈性抗力)模式(如圖b)3.實(shí)際荷載模式(如圖c)其設(shè)計(jì)原理是按圍巖分級(jí)或由實(shí)用公式確定圍巖壓力，圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的約束作用是通過彈性支撐來體現(xiàn)的，而圍巖的承載能力則在確定圍巖壓力和彈性支撐的約束能力時(shí)間接考慮。二、隧道襯砌受力變形特點(diǎn)如圖所示的曲墻式襯砌，在主動(dòng)荷載(設(shè)圍巖垂直壓力大于側(cè)向壓力)作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形用虛線表示。在拱頂，其變形背向地層，不受圍巖的約束而自由變形，這個(gè)區(qū)域稱為“脫離區(qū)

3、”；而在兩側(cè)及底部，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生朝向地層的變形，并受到圍巖的約束阻止其變形，因而圍巖對(duì)襯砌產(chǎn)生了彈性抗力，這個(gè)區(qū)稱為“抗力區(qū)”。圍巖對(duì)襯砌變形起雙重作用：圍巖產(chǎn)生主動(dòng)壓力使襯砌變形，又產(chǎn)生被動(dòng)壓力阻止襯砌變形。三、隧道襯砌承受的荷載(一)主動(dòng)荷載1.主要荷載長期及經(jīng)常作用的荷載，如圍巖松動(dòng)壓力、支護(hù)結(jié)構(gòu)的自重、地下水壓力及列車、汽車活載等。支護(hù)結(jié)構(gòu)自重：可按預(yù)先擬定的結(jié)構(gòu)尺寸和材料容重計(jì)算確定。對(duì)于一般的隧道結(jié)構(gòu)，在含水地層中，靜水壓力可按最低水位考慮，由于靜水壓力使襯砌結(jié)構(gòu)物中的軸向力加大，對(duì)抗彎性能差的混凝土襯砌結(jié)構(gòu)來說，相當(dāng)于改善了它的受

4、力狀態(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)有利。2.附加荷載指偶然的、非經(jīng)常作用的荷載，如溫差應(yīng)力、灌漿壓力、凍脹力及地震力等。3.計(jì)算荷載應(yīng)按上述兩種荷載同時(shí)存在的情況進(jìn)行組合。一般僅考慮主要荷載，只有在某些特殊情況時(shí)，如七級(jí)以上地震區(qū)，或嚴(yán)寒地區(qū)凍脹性土壤的洞口段襯砌，才按主要荷載加附加荷載來檢算結(jié)構(gòu)。(二)被動(dòng)荷載(即圍巖的彈性抗力)彈性抗力就是指由于支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生向圍巖方向的變形而引起的圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的約束反力。彈性抗力的大小，目前多用溫克爾(Winkler)假定為基礎(chǔ)的局部變形理論(圖(a))計(jì)算。σi=Kδi式中δi－圍表面上任意一點(diǎn)i的壓縮變形；σi－圍巖

5、在同一點(diǎn)上所產(chǎn)生的彈性抗力；K－圍巖的彈性反力系數(shù)。這樣假設(shè)和實(shí)際情況有出入，實(shí)際地層變形如圖(b)所示。四、隧道襯砌結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的主要內(nèi)容有：按工程類比方法初步擬定斷面的幾何尺寸；確定作用在結(jié)構(gòu)上的荷載，進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，求出截面的內(nèi)力(彎矩M和軸向力N)；檢算截面的承載力。由于對(duì)彈性抗力的處理方法不同，而有幾種不同的計(jì)算方法，下面分別加以介紹。(一)假定抗力區(qū)范圍及抗力分布規(guī)律法(簡稱“假定抗力圖形法”)假定襯砌結(jié)構(gòu)周邊抗力分布的范圍及抗力區(qū)各點(diǎn)抗力變化的圖形，只要知道某一特定點(diǎn)的彈性抗力，就可求出其它各點(diǎn)的彈性抗力值。這

6、樣，在求出作用在襯砌結(jié)構(gòu)上的荷載后，其內(nèi)力分析也就變成了通常的超靜定結(jié)構(gòu)問題。圖為曲墻式襯砌結(jié)構(gòu)采用“假定抗力圖形法”求解襯砌截面內(nèi)力的計(jì)算圖式。這是一個(gè)在主動(dòng)荷載(垂直荷載大于側(cè)向荷載)及彈性抗力共同作用下，支承在彈性地基上的無鉸高拱。拱兩側(cè)的彈性抗力按二次拋物線分布，只要知道特定點(diǎn)，即最大抗力點(diǎn)h(最大跨度處)截面的彈性抗力值σh，其它各截面的彈性抗力值可通過與h點(diǎn)彈性抗力值σh有關(guān)的函數(shù)關(guān)系式求出。(二)彈性地基梁法這種方法是將襯砌結(jié)構(gòu)看成置于彈性地基上的曲梁或直梁。當(dāng)曲墻的曲率是常數(shù)或?yàn)橹绷簳r(shí)，可采用初參數(shù)法求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力一般直墻式襯

7、砌的直邊墻利用此法求解。直墻式襯砌的拱圈和邊墻分開計(jì)算。拱圈為一個(gè)彈性固定在邊墻頂上的無鉸平拱，邊墻為一個(gè)置于彈性地基上的直梁，計(jì)算時(shí)先根據(jù)其換算長度，確定是長梁、短梁或剛性梁，然后按照初參數(shù)方法來計(jì)算墻頂截面的位移及邊墻各截面的內(nèi)力值。計(jì)算圖式如圖。(三)彈性支承法彈性支承法的基本特點(diǎn)是將襯砌結(jié)構(gòu)離散為有限個(gè)桿系單元體，將彈性抗力作用范圍內(nèi)（一般先假定拱頂90?～120?范圍為脫離區(qū)）的連續(xù)圍巖，離散成若干條彼此互不相關(guān)的矩形巖柱，用一些具有一定彈性的支承來代替巖柱，并以鉸接的方式支承在襯砌單元之間的節(jié)點(diǎn)上，它不承受彎矩，只承受軸力。彈性

8、支承的設(shè)置方向，當(dāng)襯砌與圍巖之間不僅能傳遞法向力且能傳遞剪切力時(shí)，則在法向和切向各設(shè)置一個(gè)彈性支承。如襯砌與圍巖之間只能傳遞法向力時(shí)，則沿襯砌軸線設(shè)置一個(gè)法向彈性支承。但為了簡化