第2讲_隧道施工的力学过程

1、中南大学土木工程学院 隧道工程系 （1）隧道结构施工及运营阶段安全性的主要影响因素及其在力学计算中如何进行考虑？第2讲 隧道开挖后的力学行为本讲主要内容：1、隧道开挖后的应力状态2、隧道支护后的应力状态3、新奥法施工的力学解析4、隧道施工力学相关问题讨论 rcHrrrrrr21111432022022044()()()()cosHrrrrc2111132022044()()()()cosrcHrrrr 211232022044()()sinuH rGrKrrc0202241112()()()cosvH rGrKrrc 020224112()()sinrHC()()cos12 12r 0uH r

2、Gc0411342()()()cosvH rGc 041342()()sin r 00rr 310 1 1rcHrr()1022Hrrc()1022r 0uH rGrc024 1 r0p 01 y3y2)0(y) 1(2y rpbRrr1101()pbRrr1101 ()、c 11 RrHc ctgc ctgc00211 (sin )sinsin15 . 03 . 02 . 0 uRGrHRGrRRrecb0202002211() raprrprr00220221 ()prrprrpHac002202201 () rpapc ctgrrc ctg ()()sinsin021papc ctgrr

3、c ctg ()(sinsin)()sinsin11021RrHRpRcbab00112111()() urGHcHc ctgpc ctgpr rcca|(sincos )(sin )sinsin 001221 仍以圆形隧道仍以圆形隧道为研究对象，混凝为研究对象，混凝土或钢支护结构的土或钢支护结构的力学特性可以认为力学特性可以认为是线弹性的，是线弹性的， 则有：则有：pKRraSS0 当支护特征曲线与围当支护特征曲线与围岩特征曲线在岩特征曲线在D点之前的点之前的任意位置达到平衡，隧任意位置达到平衡，隧道结构体系均是道结构体系均是稳定稳定的的（形变压力）（形变压力） 当当支护特征曲线与围支护特征

4、曲线与围岩特征曲线在岩特征曲线在D点之前没点之前没有达到平衡，就会导致有达到平衡，就会导致围岩的围岩的松动、坍塌松动、坍塌（松（松动压力）动压力）3、新奥法施工的力学解析 原岩应力一部分通过变原岩应力一部分通过变形自己承担了，另一部分形自己承担了，另一部分由支护结构承担由支护结构承担围岩与支护结构在不同位围岩与支护结构在不同位置达到平衡，作用在支护置达到平衡，作用在支护结构上的荷载是完全不同结构上的荷载是完全不同的，的，刚度大的支护不合理刚度大的支护不合理围岩松动、坍塌后，作用围岩松动、坍塌后，作用在支护结构上的荷载会急在支护结构上的荷载会急剧增大剧增大不同爆破效果条件不同爆破效果条件下，围岩

5、的特征曲下，围岩的特征曲线是完全不同的线是完全不同的采用控制爆破时，采用控制爆破时，对围岩的扰动小，对围岩的扰动小，开挖轮廓圆顺，围开挖轮廓圆顺，围岩的自承载能力强岩的自承载能力强柔性支护，容许围岩产柔性支护，容许围岩产生一定的变形，以发挥生一定的变形，以发挥围岩的承载能力围岩的承载能力及时封闭围岩，保护围及时封闭围岩，保护围岩的承载能力岩的承载能力可分层施作，适时调整可分层施作，适时调整支护结构的刚度支护结构的刚度判断围岩与支护结判断围岩与支护结构体系是否达到稳定构体系是否达到稳定判断是否需要调整判断是否需要调整支护结构的刚度支护结构的刚度判断支护结构刚度判断支护结构刚度是否过大是否过大（1

6、 1）是否可以通过延迟支）是否可以通过延迟支护的方式达到最佳平衡点护的方式达到最佳平衡点4、隧道施工力学相关问题讨论 4、隧道施工力学相关问题讨论（2 2）在锚喷支护中加钢）在锚喷支护中加钢支撑就不能发挥围岩的支撑就不能发挥围岩的力学作用了力学作用了在自稳能力较差的围在自稳能力较差的围岩中，单靠锚喷支护不能岩中，单靠锚喷支护不能控制围岩产生过大的变形控制围岩产生过大的变形而导致坍塌，此时必须在而导致坍塌，此时必须在锚喷支护中增加钢支撑锚喷支护中增加钢支撑4、隧道施工力学相关问题讨论4、隧道施工力学相关问题讨论（3 3）城市浅埋暗挖法）城市浅埋暗挖法施工的力学机理施工的力学机理 用于对地表变形有控用于对地表变形有控制要求的城市地铁、城