新奧法隧道結(jié)構(gòu) 隧道襯砌內(nèi)力計(jì)算

01傳統(tǒng)礦山法02新奧法概述03開挖方法04鉆爆施工要點(diǎn)05錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)06隧道襯砌內(nèi)力計(jì)算07隧道輔助施工措施08防排水措施09施工監(jiān)測(cè)隧道襯砌內(nèi)力計(jì)算按照結(jié)構(gòu)形式的不同，隧道結(jié)構(gòu)一般可分為：半襯砌結(jié)構(gòu)厚拱薄墻襯砌結(jié)構(gòu)直墻拱形襯砌結(jié)構(gòu)曲墻襯砌結(jié)構(gòu)連拱隧道結(jié)構(gòu)隧道襯砌內(nèi)力計(jì)算（1）半襯砌結(jié)構(gòu)僅施作頂部襯砌，不做邊墻，堅(jiān)硬巖層中，側(cè)壁無(wú)坍塌危險(xiǎn)，頂部可能有局部滑落（2）厚拱薄墻襯砌結(jié)構(gòu)在中硬巖層中，拱頂所受的力可通過拱腳大部分傳給巖體；適用于水平壓力較小，且穩(wěn)定性較好的圍巖中隧道襯砌內(nèi)力計(jì)算（3）直墻拱形襯砌結(jié)構(gòu)一般或較差巖層，拱頂與邊墻澆筑在一起（4）曲墻襯砌結(jié)構(gòu)很差的巖層，巖體松散破碎切易于坍塌，由拱圈、曲線形側(cè)墻和仰拱形底板組成隧道襯砌內(nèi)力計(jì)算（5）復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)由初期支護(hù)和二次支護(hù)組成，必要時(shí)加設(shè)防水層（6）連拱隧道結(jié)構(gòu)地質(zhì)地形條件復(fù)雜，征地受嚴(yán)格限制的中小隧道。主要適用于洞口地形狹窄，或?qū)啥撮g距有特殊要求的中短隧道。（1）半襯砌結(jié)構(gòu)隧道開挖后，只在拱圈部位修建拱圈，而側(cè)壁不修建側(cè)墻（或僅砌筑構(gòu)造墻）的結(jié)構(gòu)。適合于圍巖比較穩(wěn)定、完整性較好的巖層。拱圈直接支承在坑道圍巖側(cè)壁上時(shí)，常適合于堅(jiān)硬和較完整的圍巖（I~III級(jí)）中，或用先拱后墻法施工時(shí)，拱圈也處于半襯砌工作狀態(tài)。（1）半襯砌結(jié)構(gòu)①計(jì)算圖式、基本結(jié)構(gòu)及正則方程基本假定在垂直荷載作用下拱圈向隧道內(nèi)變形為自由變形，不產(chǎn)生彈性抗力；拱腳產(chǎn)生角位移和線位移，并使拱圈內(nèi)力發(fā)生改變，計(jì)算中除按固端無(wú)鉸拱考慮外，還必須考慮拱腳位移的影響；拱腳沒有徑向位移，只有切向位移；對(duì)稱的垂直分位移對(duì)拱圈內(nèi)力不產(chǎn)生影響；拱腳的轉(zhuǎn)角和切向位移的水平分位移是必須考慮的（1）半襯砌結(jié)構(gòu)①計(jì)算圖式、基本結(jié)構(gòu)及正則方程圖中所示為正號(hào)方向，即水平分位移向外為正，轉(zhuǎn)角與正彎矩方向相同時(shí)為正。采用力法計(jì)算時(shí)，將拱圈在拱頂處切開，取基本結(jié)構(gòu)如圖b所示。固端無(wú)鉸拱為三次超靜定，有三個(gè)多余未知力，即彎矩X1，軸向力X2和剪力X3。結(jié)構(gòu)對(duì)稱和荷載對(duì)稱時(shí)X3＝0，變成二次超靜定結(jié)構(gòu)。按拱頂切開處的截面相對(duì)變位為零的條件，可建立如下正則方程式：a半襯砌的計(jì)算簡(jiǎn)圖b半襯砌計(jì)算的基本結(jié)構(gòu)半襯砌基本結(jié)構(gòu)及約束（1）半襯砌結(jié)構(gòu)①計(jì)算圖式、基本結(jié)構(gòu)及正則方程式中：—單位變位，即在基本結(jié)構(gòu)上，因作用時(shí)，在方向上所產(chǎn)生的變位；

—荷載變位，即基本結(jié)構(gòu)因外荷載作用，在方向的變位；

f—拱圈的矢高；

—拱腳截面的最終轉(zhuǎn)角和水平位移。（6-6）（1）半襯砌結(jié)構(gòu)②單位變位及荷載變位的計(jì)算由結(jié)構(gòu)力學(xué)求變位的方法（軸向力與剪力影響忽略不計(jì)）知道：式中：—基本結(jié)構(gòu)在作用下所產(chǎn)生的彎矩；

—基本結(jié)構(gòu)在作用下所產(chǎn)生的彎矩；

—基本結(jié)構(gòu)在外荷載作用下所產(chǎn)生的彎矩；EI—結(jié)構(gòu)的剛度。（6-7）（1）半襯砌結(jié)構(gòu)②單位變位及荷載變位的計(jì)算圖6-21單位變位和荷載變位的計(jì)算簡(jiǎn)圖在進(jìn)行具體計(jì)算時(shí)，由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱、荷載對(duì)稱，只需計(jì)算半個(gè)拱圈。在很多情況下，襯砌厚度是改變的，給積分帶來(lái)不便，這時(shí)可將拱圈分成偶數(shù)段，用拋物線近似積分法代替，式(6-7)可以改寫為：（6-8）

（1）半襯砌結(jié)構(gòu)②單位變位及荷載變位的計(jì)算利用式（6-8），參照?qǐng)D6-21容易求得下列變位：（1）半襯砌結(jié)構(gòu)③拱腳位移計(jì)算1、單位力矩作用時(shí)單位力矩作用在拱腳圍巖上時(shí)，拱腳截面繞中心點(diǎn)a轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，如圖所示，拱腳截面仍保持為平面，其內(nèi)（外）緣處圍巖的最大應(yīng)力和拱腳內(nèi)（外）緣的最大沉陷為：圖6-22拱腳位移計(jì)算圖（1）半襯砌結(jié)構(gòu)③拱腳位移計(jì)算2、單位水平力作用時(shí)單位水平力可以分解為軸向分力和切向分力，計(jì)算時(shí)只需考慮軸向分力的影響，如圖所示。作用在圍巖表面的均布應(yīng)力和拱腳產(chǎn)生的均勻沉陷為：圖6-23拱腳受力圖（1）半襯砌結(jié)構(gòu)③拱腳位移計(jì)算3、外荷載作用時(shí)在外荷載作用下，基本結(jié)構(gòu)中拱腳點(diǎn)處產(chǎn)生彎矩和軸向力，如圖所示，拱腳截面的轉(zhuǎn)角和水平位移為：圖6-24拱腳受力變形圖（6-14）（1）半襯砌結(jié)構(gòu)③拱腳位移計(jì)算4、拱腳位移拱腳的最終轉(zhuǎn)角和水平位移可分別考慮和外荷載的影響，按疊加原理求得，可表示為：（6-15）（1）半襯砌結(jié)構(gòu)④拱圈截面內(nèi)力將式（6-15）代入正則方程（6-6）可得：（1）半襯砌結(jié)構(gòu)④拱圈截面內(nèi)力其中：（1）半襯砌結(jié)構(gòu)④拱圈截面內(nèi)力則任意截面處的內(nèi)力為：（2）直墻拱結(jié)構(gòu)一般由拱圈、豎直側(cè)墻和底板組成計(jì)算時(shí)僅計(jì)算拱圈及直邊墻拱圈按彈性無(wú)鉸拱計(jì)算，拱腳支承在邊墻上，邊墻半彈性地基上的直梁計(jì)算，并考慮邊墻與拱圈之間的相互影響。拱腳有水平位移、垂直位移和角位移，墻頂位移和拱