隧道襯砌水壓力計算及力學的特殊問題

隧道襯砌水壓力計算及力學的特殊問題本講主要內(nèi)容：1、概述2、隧道襯砌水壓力的計算問題3、隧道力學的特殊問題土木工程學院隧道工程系施成華一、概述

隨著我國工程建設(shè)的發(fā)展，隧道越建越多，隧道所處的地質(zhì)環(huán)境也越來越復雜，出現(xiàn)了越來越多的特殊問題。（1）富水隧道的水壓力計算問題;（2）隧道施工的時空效應(yīng)問題;（3）流固耦合計算問題；（4）溫度場和應(yīng)力場的耦合計算問題；（5）軟弱圍巖大變形的力學分析；（6）復雜空間隧道結(jié)構(gòu)的計算問題;第8講隧道力學的特殊問題—概述土木工程學院隧道工程系施成華一、概述

（7）隧道圍巖的本構(gòu)關(guān)系和屈服準則;（8）隧道圍巖結(jié)構(gòu)面的力學特性問題；（9）多層支護的力學分析問題；（10）隧道拆撐過程的力學分析問題；（11）高地應(yīng)力隧道的巖爆問題；（12）隧道結(jié)構(gòu)動力學問題（13）隧道工程問題的反演分析理論與方法（14）巖溶隧道的施工安全問題第8講隧道力學的特殊問題—概述土木工程學院隧道工程系施成華二、隧道襯砌水壓力計算理論

目前，國內(nèi)外隧道工程對地下水的處理方式基本上可分：全封堵方式，堵水限排方式和排導方式三種。

全封堵方式為不設(shè)置襯砌背后的地下水排導系統(tǒng)，襯砌結(jié)構(gòu)承受同地下水頭相當?shù)乃畨毫Γ?/p>

排導方式為在襯砌后設(shè)置包括盲溝等地下水排導系統(tǒng)，襯砌不考慮水荷載的作用；

堵水限排方式是采取地層注漿等方式減少進入隧道內(nèi)地下水排量，同時在襯砌背后設(shè)置排導系統(tǒng)，將進入隧道內(nèi)的地下水排走，襯砌結(jié)構(gòu)承受部分水壓力。第8講隧道力學的特殊問題—水壓力的計算問題土木工程學院隧道工程系施成華二、隧道襯砌水壓力計算理論

在全封堵情況下，地下水靜水壓力并不因為巖土介質(zhì)的滲透性有所降低而改變其傳遞規(guī)律，襯砌要承受同地下水水頭基本相當?shù)乃畨毫Γ斔淼缆裰幂^深，地下水水頭較高時，隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計非常困難，并且不合理；

排導方式下隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計可基本上不考慮襯砌的水壓力荷載，從而可使隧道襯砌設(shè)計得比較經(jīng)濟合理；第8講隧道力學的特殊問題—水壓力的計算問題土木工程學院隧道工程系施成華二、隧道襯砌水壓力計算理論

在堵水限排方式下，減少了地下水進入隧道內(nèi)的排水量，對地表水環(huán)境影響較小，同時由于設(shè)置了排導系統(tǒng)，襯砌結(jié)構(gòu)承受的外水壓力可進行大幅度折減，使隧道設(shè)計更趨合理。因此，對于地下水位較高的深埋山嶺隧道，隧道設(shè)計時通常采取“以堵為主、限量排放”的防排水原則。第8講隧道力學的特殊問題—水壓力的計算問題土木援工程孩學院鄉(xiāng)豐隧道法工程曠系施成社華實現(xiàn)或限量貍排放濾的一幻玉種方質(zhì)式是景在隧胳道的欣防排憤水系外統(tǒng)中蘆安設(shè)牙一種控制給閥門。當斷水壓同達到闖一定介值時疫，閥桂門打幕開排括水，扔當水鄉(xiāng)豐壓低英于某否一值播時，刃閥門選關(guān)閉剪，這音種控義制排姓水系謊統(tǒng)在曬廣州校地鐵村隧道問中曾柱經(jīng)使琴用過產(chǎn)，但床是由往于經(jīng)脂常開卻閉，慣閥門析極易種損壞挪，再公加上劈燕水中功含有姓大量肉泥砂盤，常夏常使聽閥門剩堵塞榆，最頭終失榴去控決制排術(shù)水功贊能，旦并使悲得襯扔砌背矮后水對壓增休大造摘成襯虧砌破核壞。第8講桂隧道陽力學籮的特芹殊問韻題—水壓茂力的環(huán)計算爐問題二、皆隧道囑襯砌成水壓躁力計摸算理鋪論土木脊工程拳學院莊隧道誦工程漿系施成嚇華另一陪種控堵制排級放的凱方式抓主要價針對山區(qū)勝高水建位隧覺道，如戒巖溶健富水俗區(qū)，敏隧道的的設(shè)帶計可得以采弟取多武道防少線、堵層層該設(shè)防舅，在餃隧道億襯砌版外面否的圍坊巖中排設(shè)計棍一定心厚度議的注揭漿堵全水圈寧，減怪少流觸向隧揭道襯披砌背學后的黑總滲寶流量帝，再豈在隧歌道襯伸砌背為后設(shè)安置排咽水措常施排俗出剩賢余的釀水量技來降然低外虧水壓消力。糾在這韻種方澡式下險，初述期襯寺砌和搏二次姓襯砌主之間緣瑞加設(shè)茅了防秩水板稼，二盈次襯櫻砌是蹤蝶防水滿混凝嚴土，希因此慈，地族下水頓荷載惜在圍拐巖和氏注漿粘加固凝圈中沃表現(xiàn)晨為滲宇流體驕積力臥，而漢在二緒次襯聯(lián)砌上暖為邊態(tài)界力獻，可戰(zhàn)以稱訴為襯祥砌外得水壓集力。第8講仰隧道卷力學怨的特架殊問箭題—水壓錘力的給計算詠問題二、猾隧道鳴襯砌緣瑞水壓蜜力計倦算理回論土木曾工程檢學院染隧道橫工程蜜系施成翼華假定確圍巖故為各因向同鼻性均歸勻連晌續(xù)介獄質(zhì)，氧隧道星為圓黨形，逐地下僚水頭鬼很高棚，設(shè)尾為H，水罵流為麻穩(wěn)定煌流，界其運診動規(guī)銜律服禁從Da儉rc婆y定理果。r0為襯籠砌內(nèi)描徑；r1為襯役砌外梳徑；rg為注逼漿圈梢半徑博；r2為遠扮場距新離，今等于H；由束于襯堡砌厚堡度相免對于茄地下型水頭炊較小厲，襯澡砌滲奸透力廚可以罰簡化僚為作仔用在繁襯砌襪外緣它的表頑面力啟，該跨表面贈力取餐該處神的孔敬隙水可壓力勒。第8講磨隧道料力學蝕的特貪殊問工題—水壓季力的鍬計算床問題1.限量督排放旨下的呼水壓踏力理生論為了格求得隧道威排水遙量Q和襯睛砌及旦注漿棄圈外期緣的燭水壓成力，考棕慮隧姓道所內(nèi)處的仗地下籍水頭刻很高孫，水顆流為擠穩(wěn)定禽流，掀可根細據(jù)地貪下水駐動力平學理搶論，羊以無銅限含吵水層邀中的成豎井畜為例然進行妖理論兄分析嚼。土木獎工程京學院貝隧道掘工程爆系施成鐘華基本壘假定蜘：（1）水餅層均祝質(zhì)、秀各向膨同性怪，厚秘度不菜變，努分布姑面積獵很大南，可侍視為取無限僻延伸伴；（2）抽席水前倒的地駝下水防面是瓣水平毫的，倆并視謹為穩(wěn)故定的婆；（3）含攔水層槐中的搏水流蒙服從Da熄rc涂y定律疫，并停在水海頭下直降的枯瞬間朵水就猶馬上橋釋放第8講存隧道遠力學炊的特薯殊問舊題—水壓莖力的寒計算猴問題1.限量美排放撒下的不水壓嘩力理腐論設(shè)承怨壓含皂水層觸中有龍一豎哀井，辭井的憲內(nèi)半牽徑為r0，襯芽砌外柔半徑萬為r1，由預(yù)于抽付水引縣起了乏水頭援降落午，井孝內(nèi)徑閥處水錘頭為h0，外倉半徑救處水檢頭為h1，遠扎場穩(wěn)品定水退頭在蔬半徑r2處，趴為h2；襯旅砌滲邀透系飲數(shù)為k1，圍舞巖滲在透系搶數(shù)為k2。土木健工程盆學院世隧道司工程航系施成揭華水流鉗有如啟下特誰征：擦（1）水億流為章水平祥徑向饑流，浩即流葛線為淘指向疑井軸狗的徑遵向直劉線，會等水材頭面貞為以震井為撿共軸胡的圓殿柱面套，并暖和水刷平斷的面一比致；陣（2）通乳過各焰過水項斷面豪的流殃量處乏處相籃等，西并等啦于井煙的流嘩量。該因此俘可取A-區(qū)A剖面攏進行嫩分析攀。第8講使隧道默力學南的特夏殊問韻題—水壓會力的屢計算泊問題1.限量賭排放莫下的睛水壓財力理慢論此徑紛向流浪的水度頭分但布滿障足La鏡pl恩ac嶼e方程毫，轉(zhuǎn)漫換成掩柱坐漁標形往式，緣瑞并考球慮水肉流是隔水平溝對稱沒的，擁應(yīng)有積分驢可得?。和聊娟P(guān)工程出學院虹隧道潤工程夕系施成枝華設(shè)Q1為斷畜面A-脹A處通著過圍爛巖的司流量贏，即黨當r1努<r山<r佛2時，繪有第8講益隧道冷力學鍛的特白殊問洽題—水壓抵力的留計算叢問題1.限量病排放污下的兵水壓挖力理棚論利用過分離爆變量噴法積輸分，合引入誓邊界柴條件r=甚r2給,h哈=h才2；r=責r1仙,h測=h講1同理情，斷料面A-匙A處通均過襯煌砌的源流量Q2為：土木肝工程及學院打隧道獲工程鎮(zhèn)系施成波華因為Q1柄=Q煙2=接Q，由爸此可注得：第8講蠻隧道悶力學片的特便殊問她題—水壓汁力的嘆計算單問題1.限量劫排放秤下的紙水壓芝力理許論當井進內(nèi)無野內(nèi)水蘿壓時h0澇=0，則則有砍：土木磁工程槐學院貍隧道勞工程錯系施成乖華由于屬假定脆圍巖袋為各離向同分性均震勻連涼續(xù)介終質(zhì)，販隧道嘩為圓陡形，漆地下柳水頭異很高曠，水學流為胞穩(wěn)定賄流，召這時示隧道去的排計水量Q和襯僵砌外暫水壓租力P完全循可以視由上梢面求載得的h1和Q決定需。因荒此在縱無注霞漿情尊況下防，有第8講佩隧道綁力學榜的特結(jié)殊問塑題—水壓陶力的供計算要問題1.限量桿排放底下的鼓水壓銳力理耗論土木德工程欄學院輪隧道毫工程婦系施成釘華在有買注漿謙圈情技況下遺，令kl為襯邀砌滲晨透系田數(shù)；kg為注若漿體誦滲透香系數(shù)夸；kr為圍弊巖滲獎透系稈數(shù)，升可以夠依照挎上述塔推導副過程甘建立摧方程第8講為隧道物力學插的特壯殊問副題—水壓氏力的艘計算芝問題1.限量偶排放姐下的布水壓絕力理楊論土木橋工程屑學院死隧道典工程辭系施成員華由此陡求得贏：第8講共隧道潑力學偶的特炸殊問浩題—水壓軟力的津計算熟問題1.限量投排放渡下的色水壓姜力理磨論其中h1、hg為襯千砌和逝注漿桑加固般圈外義的水泄頭，Pg為注來漿加禍固圈小外水將壓力商。土木知工程迎學院撤隧道絞工程災(zāi)系施成課華宜萬謠線野齡三關(guān)魔隧道艷，地橋?qū)訚B及透系完數(shù)Kr忍=0摩.0利36蝦m/孝d,采用出單線16脫0k殿m/唐h斷面云尺寸籃，設(shè)獸隧道唇為圓享形，r0慢=4四.8卵9m箱,r固1=必5.棍6m伯,地層寇滲透親系數(shù)鍵與注燙漿圈械滲透耐系數(shù)羨之比篩為n。第8講引隧道績力學臺的特規(guī)殊問酒題—水壓慎力的距計算丟問題2.算例土木何工程萍學院非隧道鈴工程害系施成政華第8講簡隧道戚力學塞的特沿殊問繭題—水壓山力的呢計算款問題2.算例（1）當較采取造排水扎措施朽后，袋襯砌歲上水鐵壓隨個排水廟量的經(jīng)增加鴨而減液??；（2）注愛漿范悲圍越筒大，閘注漿叫效果抵越好纖，襯習砌上株水壓齡越小靠，注財漿圈詳上的蕉水壓蛋越大揉，但銅是當鞏注漿泉范圍偷大到萍一定洽程度持后，萄襯砌猶上水扛壓隨功注漿嶺范圍憐的增饑大變爸化已轎經(jīng)不核太明閱顯，日說明顯注漿濃半徑錢的選蜜取有棵一個叨合理推范圍規(guī)。（3）在普襯砌衡滲透起性不休變的裝情況愚下，戒注漿美范圍君越大懼、注植漿效手果越勞好，拘排水返量可孔以越睛小，糊因此籃注漿合圈可禽以起翁到控買制排忙水的狐作用膀，給服定了轉(zhuǎn)隧道雹某一引段的生合理最排放潔量以挨后，直就可困以確竟定注癥漿的辨范圍功和注墻漿水微平。土木央工程荷學院勾隧道辰工程演系施成蜜華無注蒙漿圈誤時襯摩砌水凱壓折塞減系苗數(shù)可馳以表救示為勝：第8講附隧道妥力學欄的特瓶殊問奇題—水壓怒力的北計算疾問題3.隧道腳襯砌吧水壓閉力折體減系渡數(shù)有注步漿圈級時襯憲砌水參壓折頁減系憐數(shù)可皇以表竟示為真：（1）在御隧道氏開挖褲半徑槍、襯襖砌厚前度一府定的毯情況餅下，弦無注或漿圈垃時襯省砌水秒壓折梳減系她數(shù)與貝遠場境水頭H（這床里r2覆=H）以線及襯慕砌和澡圍巖駛的相船對滲店透系因數(shù)有藝關(guān)，（2）有禍注漿斷圈時閑襯砌復水壓扭折減脹系數(shù)告不僅貍與遠號場水掉頭H（這咬里r2葡=H）、越襯砌斤和圍狀巖的悟相對依滲透爬系數(shù)強有關(guān)臭，還嗎與注破漿半冒徑以嚴及注兵漿圈豎滲透繼系數(shù)紛有關(guān)孟。土木濫工程避學院哈隧道沃工程竟系施成桶華不考勁慮注偽漿時事襯砌芬水壓眨折減款系數(shù)析表第8講窗隧道股力學縮慧的特島殊問換題—水壓燙力的綿計算泛問題3.隧道懼襯砌由水壓略力折灘減系滿數(shù)當Kl撫/K萌r=船0即襯印砌基右本不照透水須時，言襯砌安上水添壓不堡能折縫減；隨著Kl振/K謀r的增聚加，訪襯砌餅水壓累折減馬系數(shù)牙減小憶，說競明襯怖砌上花水壓狐在減振??；但當Kl講/K善r=彼1時，躁并不岸等于0，而背且水丘頭越茶小，亦越大某。由曉于Kl爽/K毀r=最1實際礦上類擊似于卵毛洞率狀況勺，地罵下水敵自由宮排放激，作膝用在題襯砌蕩上的統(tǒng)水壓市力不后為0。遠場水頭H(m)kl/kr00.0010.010.10.5150010.948540.648270.155630.035550.018130010.954310.676250.172790.04010.0204620010.958950.700240.189360.044630.0228310010.966980.745440.226510.055330.028455010.975140.796880.281780.072760.03775土木在工程秤學院點隧道痛工程莊系施成神華有注提漿圈雨存在證時，面襯砌貨水壓搖折減顏系數(shù)隸表第8講甩隧道裕力學役的特寬殊問涌題—水壓虛力的爆計算廈問題3.隧道戚襯砌預(yù)水壓睡力折套減系膝數(shù)隨著Kg存/K映r的減停小，征襯砌關(guān)水壓糧折減稍系數(shù)招減小宿，說侮明注贈漿效炒果越公好，雖襯砌粘水壓高越小棟。遠場水頭H(m)kg/kr0.00010.0010.010.10.515000.007540.070220.414960.815120.891540.902113000.007550.070280.417160.823690.901800.912622000.007550.070330.418940.830620.910110.921141000.007550.070420.422000.842740.924690.93607500.007550.070510.425100.855220.939740.95149土木課工程猶學院無隧道獎工程死系施成夢華第8講凡隧道世力學海的特愧殊問漏題—問題飛討論三、叼問題設(shè)討論（1）富輩水隧玩道的欣水壓動力計偷算問體題要點耀：（1）通燭常條費件下兼水壓侄力的峰計算殊方法光；（2）施衫工階斬段水援壓力康的計鼠算，僻主要妻討論洋隧道急施工鏡工作鵲面在害動水盜壓力例（滲掌透力摔）的幟作用可下的份穩(wěn)定胃性的閣計算接分析仇；（3）使鳥用階景段水挎壓力犯的計轟算，救主要頭討論閃壓力嘴水頭待如何區(qū)折減蛾，作瀉用在貼隧道晴襯砌衛(wèi)結(jié)構(gòu)晶上的杏水壓捕力如良何計獲算。土木曬工程捕學院倘隧道杏工程騙系施成拳華（2）隧倒道施起工的麻時空熟效應(yīng)叉問題第8講蜂隧道睜力學士的特擇殊問倆題—問題步討論三、踩問題肉討論要點日：（1）什寬么是腦時空報效應(yīng)隱；（2）隧墨道施攔工過逐程中映初始罵地應(yīng)貝力釋忌放的偵時間兔效應(yīng)科和空呀間效敬應(yīng)，（3）隧嗽道施聰工工納作面張對隧也道初哥始應(yīng)洪力釋態(tài)放過活程的寧影響煮；（4）隧迷道施笑工過吵程中工隧道蹦洞周鉗收斂含位移摟的時騾空效箱應(yīng)。土木每工程骨學院驢隧道觀工程蹲系施成誕華（3）流登固耦瀉合計君算問收題第8講拿隧道芝力學紗的特鄉(xiāng)豐殊問太題—問題齡討論三、期問題魄討論要點路：（1）流濁固耦有合計旅算的榆常用仔方法組；（2）隧疲道結(jié)搬構(gòu)流吳固耦轟合計蜜算的咳具體所流程屯；（3）流壞固耦黎合計熱算的饅發(fā)展牢趨勢材。土木贈工程心學院蔽隧道葵工程砍系施成奔華（4）軟撥弱圍尊巖大折變形冠的力蔥學分穩(wěn)析第8講案隧道點力學招的特衛(wèi)殊問享題—問題這討論三、迫問題來討論要點賓：（1）什仆么是任軟弱遠圍巖累；（2）軟趨弱圍蠢巖大蜘變形凳的原律因與卡力學脫機制??；（3）軟芒弱圍彩巖大時變形忘隧道勁的常過用控亡制措轟施及壟其力左學機因制。土木決工程賺學院導隧道卻工程為系施成搶華（5）復怨雜空口間隧菊道結(jié)孟構(gòu)的胃計算慶問題第8講念隧道納力學遞的特睜殊問繪題—問題稱討論三、襖問題凱討論要點棋：（1）什性么是割軟弱寨圍巖予；（2）軟掠弱圍赤巖大扣變形圓的原欄因與脈力學怎機制委；（3）軟御弱圍個巖大要變形闊隧道薪的常篇用控冷制措騾施及僵其力勵學機讀制。土木蟻工程蚊學院殺隧道脈工程曾系施成盲華（6）隧世道圍統(tǒng)巖的薄本構(gòu)估關(guān)系歐和屈城服準爆則第8講梅隧道來力學見的特都殊問仰題—問題羽討論三、批問題促討論要點搜：（1）什民么是養(yǎng)圍巖纖的本忙構(gòu)關(guān)鎖系和沉屈服誼準則姑；（2）隧奴道圍叔巖?？挥玫闹啾緲?gòu)紐奉關(guān)系傍；（3）隧宇道圍