新奥法隧道结构设计隧道工程隧道结构计算与设计.docx

6隧道结构计算


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隧道结构与地面结构的区别
隧道结构工程特性、设计原则和方法与地面结构完全不同 •隧道结构是由周边围岩和支护结构两者组成共同的并相 互作用的结构体系；;
•周边围岩在很大程度上是隧道结构承载的主体;
•隧道衬砌的设计计算必须结合围岩自承能力进行;
•对不同型式衬砌结构物应该用不同方法进行强度计算。
（2）隧道结构计算的简化问题
•在十九世纪末,隧道衬砌结构是作为超静定弹性拱计算 的，但仅考虑作用在衬砌上的围岩压力z忽视了围岩对衬 砌的约束作用 •弹性抗力:衬砌在受力过程中的变形，一部分结构有离 开围岩形成〃脱离区〃的趋势，另一部分压紧围岩形成所 谓〃抗力区〃，在抗力区内『约束着衬砌变形的围岩，相 应地产生被动抵抗力 •进入本世纪后,通过长期观测,发现围岩不仅对衬砌施 加压力,同时还约束着衬砌的变形。围岩对衬砌变形的约 束,对改善衬砌结构的受力状态有利,不容忽视。
（3）局部变形理论和共同变形理论
•局部变形理论:是以温克尔（。
它认为应力和变形之间呈直线关系，即围岩弹性抗力系数
•共同变形理论把围岩视为弹性半无限体，考虑相邻质点 之间变形的相互影响。它用纵向变形系数E和横向变形系 数表示地层特征,并考虑粘结力C和内摩擦角的影响。
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隧道结构体系的计算模型
经过总结Z国际隧道协会(ITA)认为，目前采用的地 下结构设计方法可以归纳为以下4种设计模型:
•以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主的经 验设计法；
•以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法
•作用与反作用模型,即荷载「结构模型 前主要是有限单元法。
•连续介质模型，包括解析法和数值法。
数值计算法目
从各国的地下结构设计实践看,目前,在设计隧道
的结构体系时,主要采用两类计算模型
•—类是以支护结构作为承载主体z围岩作为荷载 同时考虑其对支护结构的变形约束作用的模型，即结 构力学模型Z又称为荷载一结构模型；
•另一类则相反，视围岩为承载主体，支护结构则 为约束围岩变形的模型，即岩体力学模型或称为围 岩一结构模型或复合整体模型。

基本荷载
围岩压力与结构自重力是隧道结构计算的基本荷载
隧道结构上的荷载及其类型
作用在衬砌上的荷载，按其性质也可以区分为主动荷载 与被动荷载。
•主动荷载是主动作用于结构、并引起结构变形的荷载； •被动荷载是因结构变形压缩围岩而引起的围岩被动抵抗 力,即弹性抗力，它对结构变形起限制作用。
编号
荷载类型
荷载名称
1
永久荷载 （恒载）
围岩压力
2
结构自重力
3
填土压力
4
混凝土收缩和徐变影响力
5
可变荷载
基本 可变 何载
公路车辆荷载，人群荷载
6
立交公路车辆荷载及其所产生的冲击力和土压力
7
立交铁路列车活载及其所产生的冲击力和土压力
8
其它 可变 何载
立交渡槽流水压力
9
温度变化的影响力
10
冻胀力
11
偶然 何载
落石冲击力
12
地震力
施工荷载

直接支承在坑道SI岩侧壁上时,称为半衬砌
•适合于坚硬和较完整的围岩（H、in级）中
•用先拱后墙法施工时，在拱圈已作好，但马口尚未
开挖前Z拱圈也处于半衬砌工作状态

(1)在垂直荷载作用下拱圈向坑道内变形Z为自由变形Z
不产生弹性抗力;
⑵拱脚产生角位移和线位移,并使拱圈内力发生改变z 计算中除按固端无较拱考虑外z还必须考虑拱脚位移的 影响
⑶假定拱脚没有径向位移,只有切向位移;