[从业资格考试]隧道工程复习资料

[从业资格考试]隧道工程复习资料内容摘要：

i ； B坑道宽度；当 B5m 时， i= 当 B5m 时， i=） 2） 等效荷载高度 qhq 3） 深浅埋判别 pp hH )~2( （矿山法施工下， 1~3 级围岩 pp hH 2 ， 4~6 级围岩 pp hH  ） 深埋隧道 （ H=Hp） 浅埋隧道 （ hqHHp） 松散围岩 （ Hhq） 深埋隧道支护结构上的围岩压力计算 垂直均布压力： hq  *2* 1 sh 浅埋隧道支护结构上的围岩压力计算 垂直均布压力： Hq  （ H为隧道埋深，坑顶到地面距离 ） 深埋隧道围岩松动压力的确定方法 我国隧道审计规范所推荐的方法 普氏理论 太沙基理论 浅埋隧道围岩松动压力的确定方法 h=hq 时，忽略滑面上的摩擦阻力，则围岩垂直均布压力为 hq  hhq 时，计算时要考虑滑面上阻力的影响。 围岩压力实测方法 1） 直接测量法： 直接量测支护结构上的围岩压力，主要是采用在支护结构背后埋设压力盒的方法。 用这种方法所测得的围岩压力实际上是围岩与支护结构之间的接触应力。 它可能是围岩的松动压力，也可能是一种既包含松动压力又包括因支护结构变形而引起的围岩抗力。 2） 间接量测法 靠量测支护结构的应变，从而推算出作用在其上的围岩压力的方法，是一种间接量测方法。 为此，需要在支护结构内埋设各种应变量测元件，例如：钢弦式应变计 ，差动电阻式应变计，混凝土应变砖等。 岩体力学模式求解方法 解析法 数值法 特征曲线法 剪切滑移破坏法 隧道工程的受力特点 1)荷载的模糊性 （ 初始地应力复杂 ； 扰动范围、程度 ； 受工法、时间影响 ； 存在围岩弹性抗力 ） 2)结构的模糊性 （ 围岩也是承载结构 、 围岩范围不明确 、 围岩承载能力不明确 ） 3)参数的模糊性 （ 非均质 、 非连续 、 各向异性 ） 隧道结构分析的基本流程 围岩等级的确定 → 支护衬砌结构参数的确定 → 围岩和结构力学参数的确定 → 围岩和结构的应力应变分布 → 围岩和结构的分析、评价 （反馈调整修正第一二步） 隧道结构力学计算 的理论体系 1)荷载 — 结构模型 （ 适用于：过分松弛、坍塌围岩 ） ◆ 以支护结构作为承载主体和计算分析对象； ◆ 围岩对支护结构的作用体现为两点：①围岩压力；②围岩弹性抗力。 围岩自身承载力间接考虑。 ◆ 采用结构力学方法计算。 2)地层 — 结构模型 （ 适用于：围岩具有自稳和承载能力 ） ◆ 支护结构与围岩视为一体，同为承载结构和计算分析对象，且以围岩作为承载主体； ◆ 支护结构约束围岩的变形； ◆ 采用岩体力学方法和数值计算； ◆ 围岩体现为形变压力。 隧道结构分析评价的主要方法 1)结构力学法 2)岩石力学法 3)监测评估法 隧道结构体系的计算模型 1） 结构力学模型（采用结构力学方法计算适用于：模筑砼衬砌） 特点：以支护结构作为承载主体 威严对支护结构的作用间接的体现为：围岩压力，围岩弹性抗力 2） 岩体力学模型（适用于：锚喷支护） 特点：支护结构与围岩视为一体，共同承受荷载，且围岩作为承载主体 支护结构约束围岩变形，采用岩体力学计算方法，围岩体现为形变压力 直刚法 直接刚度法又叫矩阵位移法，以结构节点位移为基本未知量，连接在同一节点各单元的节点位移应该相等，并等于该点结构节点位移，同时作用于某一结构节点的 银河在必须与该节点上作用的各单元节点力平衡 衬砌结构分析的荷载结构法 （ 1）荷载结构法的基本原理 将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载的主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承，与其对应的计算模型称为荷载 — 结构模型。 （ 2）隧道衬砌结构的受力变形特征 围岩对衬砌变形起双重作用：围岩产生主动压力使衬砌变形，又产生被动压力阻止衬砌变形。 这种效应的前提条件是围岩与衬砌必须全面地紧密地接触。 （ 3）隧道衬砌结构承受的荷载 a）主动荷载 主要荷载 （ 围岩压力 、 结构自重 、 水压力 、 车辆荷载 ） 附加荷载 （ 温度荷载 、 冻胀 力 、 地震力 ） b）被动荷载 围岩弹性抗力 （ 4）几种主要的荷载结构模型 a）主动荷载模型 b）主动荷载 +被动荷载模型 c）实测荷载模型 （ 5）结构力学法流程 1）基本原理 ： 采用结构力学中的矩阵位移法。 2）基本流程 ： 模型简化 （ 将隧道衬砌结构沿其轴线简化为细杆 ）→ 单元划分 （ 将细杆离散为依靠节点相互关联的杆系；将支撑和弹性抗力简化为支撑链杆和弹簧单元。 ）→ 荷载处理和施加 （ 将作用在隧道结构上的分布荷载静力等效地转化为节点上的集中力。 ）→ 单元分析（ 以单元为 对象建立单元坐标系，构建节点位移和节点荷载之间的关系， 以单元刚度矩阵的形式表示。 ）→ 整体分析 （ 以整体为 对象建立整体坐标系，构建全部节点位移和节点荷载之间的关系，以整体刚度矩阵的形式表示。 然后进行求解，得到节点位移。 ）→ 评价分析（ 以节点位移为基础，求解其它物理量，进行评价。 ） 地层结构法的基本原理 隧道开挖所引起的应力重分布由围岩和支护结构体系共同承担，从而达到新的应力平衡； 由于支护结构阻止围岩变形，必然要受到围岩给予的作用力而发生变形，这种作用力和围岩的松动压力极不相同，它是在支护结构与围岩共同变形过程中对支护施加的压力，称为“形变压力”。 形变压力 的大小和分布规律不仅与围岩的特性有关，而且还取决于支护结构的变形特性（刚度）。 地层结构法的主要计算方法 解析法 数值法 特征曲线法 剪切滑移破坏法 地层结构法的数值分析流程 1）为什么要采用数值分析方法 岩土介质的复杂性 非均质 非连续 各向异性 本构关系复杂 工程结构的多样性 复杂形状 复杂边界条件 施工工序多样 2）常用的数值分析方法有哪些 边界单元法 原理：根据边界积分原理，建立求解域内的未知函数与边界值之间的关系，将求解域内的微分方程变换成求解边界积分方程。 进一步将边界离散为有限大小的边界单 元，并在边界单元上求解积分方程，同样可以把积分方程变换成求解关于边界节点未知量的代数方程组，然后，由边界上的值可求解域内任一点的函数值。 特点：数值分析的离散化仅在边界上 3）有限单元法基本流程 问题的界定与简化 离散化 单元插值 单元分析，建立平衡方程 系统（整体）分析，建立结构平衡方程 求解系统（整体）方程，计算单元位移 其它物理量的计算与分析 工程问题分析与评价 5）数值分析方法探讨 可信度问题： A） 计算的准确性与精度是不用怀疑 B）应用于隧道与地下工程中，计算结果往往与实际有一定的距离 有 限元法获得的围岩稳定计算结果的可靠性，取决于以下几个因素： 岩体参数取值的可靠性和准确性，主要是初始地应力和岩体的物理力学参数。 围岩力学本构模型（即应力 — 应变关系）选用的正确性。 有限元网格的正确剖分和非线性计算的收敛情况。 围岩与支护结构稳定性判定标准的准确性。 特殊条件的模拟技术问题： 不连续面（结构面）的模拟 层状岩体的模拟 锚杆的模拟 动态施工模拟（应力释放问题） 洞门结构基本计算方法 按照挡土墙处理 ①主动土压力按库仑理论进行计算； ②无论墙背仰斜或直立，土压力的作用方向均假定为水平； ③不考 虑被动土压力。 ④取最不利位置的墙体条带计算，称为“检算条带”。 条带宽度一般为 1m，最不利位置～墙体最高点。 洞门结构基本计算检算内容 ①墙身偏心及强度； （水平基底 cBe 2 （ B水平基底宽度 ）；倾斜基底 39。 39。 39。 2 cBe  ） ②绕墙趾的抗倾覆性 (墙趾～墙身外表面与基底面的交点 )； 0y0 MMK (My 为垂 直稳定力矩， Mo 水平倾覆力矩， Ko 倾覆稳定系数） ③沿基底滑动的稳定性； E fNKc *(水平基地； Kc 滑动稳定系数； N 垂直力之和；f 基底摩擦系数； E 墙后主动土压力之和 ) ④基底应力检算。 （水平基底 6Be 时， )61(minmax BeBN   ； 6Be 时 cN32max  ） ⑤ 墙身截面偏心距和应力 （偏心距 NMeb；应力 )61( bebN b ） 洞门结构计算检算条带的选择 端墙式和 柱式洞门 截面强度 截面偏心程度 地基强度 基底偏心程度 基底滑动可能性 翼墙式洞门 a．检算翼墙时取洞门端墙墙趾前之翼墙宽 1m 的条带“Ⅰ”，按挡土墙检算偏心、强度及稳定性； b．检算端墙时取最不利部分“Ⅱ”作为“检算条带”，检算其截面偏心和强度； c．检算端墙与翼墙共同作用部分“Ⅲ”的滑动稳定性。 有偏压的翼墙式洞门 a．检算“Ⅰ”、“Ⅲ”部分中高者作为“检算条带”，检算其偏心、强度及稳定性； b．取“Ⅱ”部分作为“检算条带”，检算截面偏心及强度； c．取“ abcde” 部分作为端墙与挡墙共同作用检算其稳定性。 挡翼墙式洞门 取 “Ⅰ”、“Ⅱ”部分（翼墙式和单侧挡墙式只取“Ⅰ”部分）端墙与挡墙或翼墙共同作用，检算其整体稳定性； 翼墙的计算，取“Ⅲ”部分（按 墙长之平均高度作为计算高度），按挡土墙检算偏心、强度及稳定性。 隧道施工方法总揽 明挖施工 明挖法 ： 将隧道上覆岩土体、围岩全部开挖，敞开浇筑隧道结构后重新回填形成暗埋隧道结构的施工方法。 特点及适用条件：施工条件好，质量容易保证。 适用于埋深浅，地面周边无道路和建筑物的情况。 周边有建筑物时，应采取较强围护结构。 盖挖法 （ 盖挖顺作法 、 盖挖逆作法 ）： 将隧址地表浅层开挖后迅速施工临时或永久盖板，在盖板的覆盖和保护下开挖岩土体，最终建成隧道的施工方法。 按照隧道结构的施做顺序分为顺作法和逆作法。 特点及适用条件：影响地表的时间短，施工条件较好，质量较容易保证。 适用于城市内埋深浅，地面条件复杂，有道路、广场等不宜长期阻断、占用的情况。 沉埋法 ：（ 管段预制 、 基槽处理 → 管段浮运 → 管段拼装 → 固定覆盖 ） 在河底或海底浅埋隧道中，先在干坞内预支隧道管段，浮运至隧址区，将管段沉入到预处理好的水下地基中进行拼装、固定和覆盖的施工方法。 特 点及适用条件：可使水下隧道埋深很浅，管段质量容易保障，工艺要求很高。 适用于埋深很浅、流速不大的海底或河底隧道。 暗挖施工 矿山法 （ 传统矿山法 、 新奥法 ）： 矿山法： 采用钻孔爆破、人工、普通机械开挖围岩，然后施做隧道支护结构的施工方法。 根据支护机理不同，可分为传统矿山法和新奥法。 传统矿山法： 以松弛荷载理论为基础，隧道开挖后立即用木、型钢等进行刚性支撑，开挖一定长度后，撤换临时支撑，立模一次性浇筑整体式衬砌的施工方法。 新奥法： 以“岩承理论”为基础，以柔性支护（主要为锚喷支护）为主要手段，通过监控量测和优 化设计，使围岩和支护结构发生适度可控的变形，既保护围岩的自稳能力，又充分发挥围岩承载能力的一种隧道修建方法。 机械法 （ 盾构法 、 掘进机法 、 顶 进 法 ）： 盾构法： 采用盾构机进行隧道施工的一种方法。 特点及适用条件：机械化程度高、安全性好、质量容易控制、设备昂贵。 适用于软土、土质、软岩地区的规模较大的工程。 隧道掘进机法： 采用隧道掘进机进行隧道施工的方法。 特点及适用条件：机械化程度高、安全性好、质量容易控制、设备昂贵。 适用于中硬岩中的规模较大的工程。 顶 进 法： 采用顶推设备将预制管段向前推进的隧道施工方法。 特点及适用条件：机械化程度高、安全性好、质量容易控制。 适用于软土中的中小断面的隧道。 浅埋隧道施工方法： 明挖法（放坡开挖，悬臂支护开挖，围护有支撑开挖） 优点：可机械化施工，速度较快，施工较简单，质量有保证，安全可靠 缺点：开挖及回填土方量大，对于有支撑的围护，支撑工艺较复杂 地下连续墙（又可分为现浇地下连续墙，预制地下连续墙，排桩地下连续墙） 优点：地下连续墙既可以作基坑开挖的围护结构，也快作为地下结构的一部分，由于其墙体刚度大，防渗性能好，能适应软土质条件，工程施工对周围土体扰动小，对周围建筑物影响小，施工振动小，噪音低，在狭窄场地也能安全施工。 缺点：在钻孔或挖槽中要用泥浆护壁，防止坍塌，应随不同地质条件选用不同的挖槽机器，及护壁措施，有的需大型吊装设备，或施工速度较慢。 盖挖法 优点：结构水平位移小，结构板可作为基坑开挖的支撑，节省临时支撑，缩短占道时间，减小对地面的干扰，受外界气候影响小。 缺点：出土不方便，板墙柱施工按头多，防水处理，工效低速度慢，结构框架形成之前，中间立柱能够支撑的上部荷载有限。 浅埋暗挖法 优点：是参考新奥法的基本原理，开挖中多用多种辅助措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力 ，及时支护，封闭成环，与围岩共同形成联合支。