地下設(shè)計與方法

1、第一章第一章1.1.地下結(jié)構(gòu)的工作特征地下結(jié)構(gòu)的工作特征：1）結(jié)構(gòu)上承受的荷載：）結(jié)構(gòu)上承受的荷載：來自于洞室開挖后引起周圍地層的變形和坍塌而產(chǎn)生的力（主動荷載），同時結(jié)構(gòu)在荷載作用下發(fā)生的變形又受到地層給予的約束——不確定（彈性抗力）2）地層穩(wěn)固的情況下，圍巖本身就是承載結(jié)構(gòu)。地層自穩(wěn)能力較強(qiáng)時，地下結(jié)構(gòu)將不受或少受地層壓力的荷載作用，否則地下結(jié)構(gòu)將承受較大的荷載直至必須獨(dú)立承受全部荷載作用。2.2.地下結(jié)構(gòu)體系的組成及各自的作用地下

2、結(jié)構(gòu)體系的組成及各自的作用1）周圍地層與地下結(jié)構(gòu)共同組成。2）地層（圍巖）作用：①地層既是承載結(jié)構(gòu)的基本組成部分，②是形成荷載的主要來源（3）支護(hù)的作用：阻止圍巖的變形，使其達(dá)到穩(wěn)定3.3.主動荷載和彈性反力主動荷載和彈性反力1）主動荷載：洞室開挖后引起周圍地層的變形和坍塌而產(chǎn)生的作用力2）彈性反力：地層對襯砌變形的約束作用力（屬于被動性質(zhì)）4.4.支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)結(jié)構(gòu)的2個最基本的使用要求個最基本的使用要求1）滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度要求2）

3、提供一個能滿足使用要求的工作環(huán)境5.5.地下結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個根本出發(fā)點(diǎn)：地下結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個根本出發(fā)點(diǎn)：充分發(fā)揮地質(zhì)體本身的承載力6.6.影響地下支護(hù)結(jié)構(gòu)形式選擇的因素影響地下支護(hù)結(jié)構(gòu)形式選擇的因素？支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型類型及其使用條件？及其使用條件？因素：地層性質(zhì)，工程的使用要求，施工方法等。1）按使用目的分：防護(hù)型支護(hù)、構(gòu)造型支護(hù)、承載性支護(hù)2）按制造方式分：（選擇因素：使用、地質(zhì)、施工）就地灌注整體式混凝土襯砌：用模板澆注混凝土襯

4、砌，剛度較大（礦山法和明挖法）錨噴支護(hù)：柔性，能吸收圍巖變形（礦山法）復(fù)合式襯砌：先柔后剛，先錨噴后模筑（礦山法）裝配式襯砌：工廠預(yù)制，施工現(xiàn)場拼裝（盾構(gòu)法和掘進(jìn)機(jī)法）7.7.地下結(jié)構(gòu)常采用設(shè)計方法地下結(jié)構(gòu)常采用設(shè)計方法：結(jié)構(gòu)計算、經(jīng)驗(yàn)判斷和實(shí)地量測相結(jié)合的“信息化設(shè)計”方法8.8.地下結(jié)構(gòu)計算的力學(xué)模型：地下結(jié)構(gòu)計算的力學(xué)模型：結(jié)構(gòu)力學(xué)模型結(jié)構(gòu)力學(xué)模型：以支護(hù)結(jié)構(gòu)作為承載主體，圍巖作為荷載的來源，同時考慮其對支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形約束作用（主

5、動荷載模型、主動荷載加圍巖彈性約束的模型、實(shí)地量測荷載模型）連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型：視圍巖為承載主體，支護(hù)結(jié)構(gòu)只是用來約束和限制圍巖的變形，二者共同作用使支護(hù)結(jié)構(gòu)體系到達(dá)平衡狀態(tài)。9.9.地下結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容與步驟地下結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容與步驟設(shè)計內(nèi)容：結(jié)構(gòu)跨度、高度、頂?shù)装寮斑厜穸?、各部分配筋步驟：步驟：初步擬定截面尺寸、確定其上作用的荷載、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性驗(yàn)算、結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算、內(nèi)力組合、配筋設(shè)計、安全性評價、繪制設(shè)計施工圖截面尺寸的確定方

6、法：截面尺寸的確定方法：采用經(jīng)驗(yàn)類比或推論的方法初步擬定結(jié)構(gòu)尺寸，并按此計算在荷載作用下的截面內(nèi)力并檢算其強(qiáng)度，反復(fù)調(diào)整截面尺寸直至合適第二章第二章1.圍巖初始應(yīng)力場定義圍巖初始應(yīng)力場定義：由于巖體的自重和地質(zhì)構(gòu)造作用，在開挖隧道前巖體中就已存在的地應(yīng)力場組成組成：自重應(yīng)力場、構(gòu)造應(yīng)力場規(guī)律：規(guī)律：1）自重應(yīng)力場：是指上覆巖體自重所產(chǎn)生的應(yīng)力場，它是地心引力和離心慣性力共同作用的結(jié)果；???niiizHy10?評估基準(zhǔn)：0001zyx?

7、???????極高應(yīng)力4~7高應(yīng)力4max??csR地應(yīng)力隨深度線性增加；水平應(yīng)力總是小于垂直應(yīng)力，最多也只能與其相等；地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)改變了自重應(yīng)力場的狀態(tài)；深度對自重應(yīng)力場有重大影響。2）構(gòu)造應(yīng)力場：地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)的變化不僅改變了自重應(yīng)力場，除了以各種構(gòu)造形態(tài)獲得釋放外還以各種形式積蓄在巖體內(nèi)；構(gòu)造應(yīng)力場在不深的地方普遍存在，最大構(gòu)造應(yīng)力場的方向多近似水平，且水平應(yīng)力普遍大于自重應(yīng)力場中的水平應(yīng)力分量甚至垂直應(yīng)力分量；構(gòu)造應(yīng)力場很不均勻支

8、護(hù)特性（支護(hù)補(bǔ)給）曲線支護(hù)特性（支護(hù)補(bǔ)給）曲線：指作用在支護(hù)上的荷載與支護(hù)變形的關(guān)系曲線，支護(hù)結(jié)構(gòu)所能提供的支護(hù)阻力隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度而增大，也稱呼支護(hù)補(bǔ)給曲線。支護(hù)結(jié)構(gòu)特性曲線與圍巖特征曲線交點(diǎn)處的橫坐標(biāo)為形成平衡體系時洞周發(fā)生的位移，交點(diǎn)縱坐標(biāo)以下的部分為支護(hù)結(jié)構(gòu)上承受的荷載，以上的部分由圍巖來承擔(dān)。影響最終平衡狀態(tài)的因素：支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度和架設(shè)的時間7.7.圍巖壓力圍巖壓力：指由于洞室開挖后的二次應(yīng)力狀態(tài)，圍巖產(chǎn)生變形或破壞所引起的

9、作用在襯砌上的壓力分類分類：（1）變形壓力：是由于圍巖變形受到支護(hù)的抑制而產(chǎn)生的，其大小決定與原巖應(yīng)力的大小、巖體力學(xué)性質(zhì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度和支護(hù)時間。（2）松動壓力：由于開挖而松動或塌落的巖體，以重力形式直接作用在支護(hù)上的壓力。（3）膨脹壓力：由于圍巖吸水膨脹崩解的引起的壓力（4）沖擊壓力：巖爆，一般在高地應(yīng)力的堅硬巖石中發(fā)生（5）變形壓力：支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖在共同變形的過程中對支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的壓力。8.8.松動圍巖壓力的形成過程松動圍巖壓力的

10、形成過程：洞室的開挖、應(yīng)力重分布變形開裂松動逐漸塌落自然平衡拱：坑道上方塌落后形成的相對穩(wěn)定的拱9.9.有地下水時，土壓力的計算有地下水時，土壓力的計算①豎向壓力?，在有地下水的范圍內(nèi)用飽和重度。附qhyqii???②側(cè)向壓力對于砂性土可采用水壓力與土壓力分開計算，再疊加的方法對粘性土，則將其視為土壓力的一部分和土壓力一起計算③地基反力：包括結(jié)構(gòu)自重、上部圍巖壓力、附加的路面荷載。第四章第四章1現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理：1）建立

11、在圍巖和支護(hù)共同作用的基礎(chǔ)上2）充分發(fā)揮圍巖自承能力（?不能讓圍巖進(jìn)入松動狀態(tài)?允許圍巖進(jìn)入一定程度的塑性狀態(tài)）3）盡量發(fā)揮支護(hù)材料本身的承載力4）現(xiàn)場監(jiān)控量測和監(jiān)控設(shè)計（信息化設(shè)計和施工）5）支護(hù)結(jié)構(gòu)要適應(yīng)圍巖的力學(xué)性對支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本要求對支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本要求：（1）必須能與圍巖體大面積接觸，即保證支護(hù)—圍巖體系作為一個統(tǒng)一的整體工作（2）要允許支護(hù)—圍巖體系產(chǎn)生有限制的變形3）重視早期支護(hù)，并使其能與后期支護(hù)相互配合4）保證支護(hù)結(jié)構(gòu)架

12、設(shè)及時5）支護(hù)結(jié)構(gòu)要根據(jù)圍巖的動態(tài)，及時進(jìn)行調(diào)整和修改，以適應(yīng)不斷變化的圍巖狀態(tài)支護(hù)結(jié)構(gòu)類型支護(hù)結(jié)構(gòu)類型：剛性、柔性、復(fù)合式錨噴支護(hù)的特點(diǎn)及組成特點(diǎn)特點(diǎn)：屬柔性薄型支護(hù)，容易調(diào)節(jié)圍巖變形，發(fā)揮圍巖自承能力；能充分發(fā)揮支護(hù)材料的承載能力；能做到及時、迅速，以阻止圍巖出現(xiàn)松動塌落；能減小圍巖松動和應(yīng)力集中；技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，質(zhì)量可靠，適用范圍廣，能與其他結(jié)構(gòu)形式組成復(fù)合式襯砌。組成：噴混凝土、錨桿、金屬網(wǎng)、鋼拱架單層襯砌：除了采用錨噴支護(hù)

13、作永久支護(hù)外，也可分層施作，層與層之間能保持緊密接觸，既能傳遞徑向應(yīng)力，也能傳遞切向應(yīng)力，兩層之間形成一個整體承載類型：鋼纖維模筑混凝土、鋼纖維噴射混凝土以圍巖分級為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計以圍巖分級為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計設(shè)計與施工的一般原則：1）對坑道圍巖進(jìn)行分級2）按圍巖級別選擇支護(hù)類型與參數(shù)3）采取各種措施，確保圍巖不出現(xiàn)有害松動4）調(diào)節(jié)、控制圍巖變形，以便最大限度地發(fā)揮圍巖自身承載能力5）采取正確的施工方法6）依據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)設(shè)計和施工第五

14、章1.結(jié)構(gòu)力學(xué)的計算方法結(jié)構(gòu)力學(xué)的計算方法計算模型：1）主動荷載模型：不考慮彈性反力，適用于飽和含水層中的自由變形圓環(huán)，軟基礎(chǔ)上的閉合框架及初步設(shè)計中2）假定彈性反力模型，適用于布加耶娃法用于圓形和曲墻拱形的計算3）計算彈性反力模型：適用于彈性地基上的閉合框架與結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)的計算方法與結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)的計算方法：1）矩形框架結(jié)構(gòu)：（在設(shè)計中不考慮地層的側(cè)向彈性反力）假定彈性反力模型和計算彈性反力模型2）裝配式襯砌：整體結(jié)構(gòu)、多鉸結(jié)構(gòu)，主