第7讲辅助施工措施的力学分析

1、中南大学土木工程学院 隧道工程系第7讲 隧道辅助施工措施的力学分析本讲主要内容：1、常用辅助施工措施2、管棚作用的力学分析3、锁脚钢管的力学分析 管棚隧道铁路公路隧道隧道图2.1（a）管棚应用于下穿铁路隧道图2.1（b）管棚应用于下穿公路隧道重载货车双层管棚建筑物双层管棚隧道道路地铁环线区间管棚新建车站图2.1（c）管棚作为地表建筑物防护图2.1（d）管棚作为地下建筑物防护变形缝变形缝管棚三车道隧道三车道隧道隧道管棚边坡防护图2.1（e）管棚应用于浅埋偏压隧道洞口图2.1（f）管棚应用于大断面隧道图2.1（h）管棚应用软塑地层隧道管棚图2.1（g）管棚应用于塌方地段处理塌方地段管棚隧道原地面线

2、地铁大管棚小导管大管棚小导管地铁( , )( , )p x ykx y21( , )ssPx yEr22rxy2221( , )( , )()()ssqx yd dExy 2( , )( , )( , )pP x ykx yGx yzx剪切层剪切层Pxz剪切层Pxzzx剪切层q(a)基本模型(b)集中荷载(d)均布柔性荷载(c)刚性荷载BCyhF围 岩钢 拱 架初 期 支 护掌子面破 裂 面xq=hqA管 棚ashqH H245o-(452)odh tg管棚RHii洞 轴线oqi=Hiei=(a)(b)tibiqitibiqncossiniibt22()()i iiint ebqq2sin2R

3、0nqqbABCxyhDasd围岩钢拱架砼套拱初期支护p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0ABCxyhDasd围岩钢拱架初期支护p(x) 45o-2掌子面破裂面y2dxdp(x)=k-Gp DCBxq(x)2ds(a)(b)q0M(x)Q(x)q(x)p(x)Q(x)+dQ(x)M(x)+dM(x)dxyx2q0p(x)=k-Gp ddx2Bds0+M(a)(b)0+Q+( )( )( )dQ xb p xq xdx0Y 0M 22( )( )022dxdxMMdMQdQ dxq xp x22( )( )(

4、 )( )dQ xdMxb p xq xdxdx( )( )dM xQ xdxM(x)Q(x)q(x)p(x)Q(x)+dQ(x)M(x)+dM(x)dxyx2q0p(x)=k-Gp ddx2Bds0+M(a)(b)0+Q+2233( )( )( )( )( )( )( )dxxdxdxM xEIdxdM xdxQ xEIdxdx 44( )( )( )dxEIb q xp xdxM(x)Q(x)q(x)p(x)Q(x)+dQ(x)M(x)+dM(x)dxyx2q0p(x)=k-Gp ddx2Bds0+M(a)(b)0+Q+22( )( )( )pdxp xkxGdx42*42( )( )(

5、)( )pdxdxEIG bkbxbq xdxdx1/2*/1PGkbbbABCxyhDasd围岩钢拱架砼套拱初期支护p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0404( )dxEIbqdx42*042( )( )( )pdxdxEIG bkbxbqdxdx42*42( )( )( )0pdxdxEIG bkbxdxdx0( )q xq( )0p x 0( )q xq22( )( )( )pdxp xkxGdx( )0q x 22( )( )( )pdxp xkxGdxABCxyhDasd围岩钢拱架砼套拱初期支护p

6、(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q044( )( )dxbq xdxEI321234( )xB xB xB xB0q4*0124q xEI432011234( )24qxxB xB xB xBEIABCxyhDasd围岩钢拱架砼套拱初期支护p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0*44kbEI4424421( )( )( )04pGdxdxxdxkdx 4424104pGrrk31234( )cossincossinxxxeC

7、x CxeCx CxABCxyhDasd围岩钢拱架砼套拱初期支护p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0*212342( )cossincossinxxxeCxCxeCxCx*02*1 chcosqxsdxsdkb 23|x s dx s d (1)(1)2233|x s dx s dx s dx s d ABCxyhDasd围岩钢拱架砼套拱初期支护p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q03|0 x3|0 x120CC、 100

8、|x(1)1010|0 xx40B30B、 12|x sx s(1)(1)12|x sx s(2)(2)12|x sx s(3)(3)12|x sx s、 ABCxyhDasd围岩钢拱架砼套拱初期支护p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0、 、 、 01023235363324546445556536566640001000010001321062006000BBsssBssBsCC、 、 、 01023235363324546445556536566640001000010001321062006000BB

9、sssBssBsCC3536454622552256323265cossinsincoscossin2sincos2cossin3sin3cossssssssesesessessessessess 3232664003*3004*22005*3006*3cos3sin1cosch24cosshchsin62sinsh22chsincosshsessqqsddEIkbqqsddddEIkbqqsddEIkbqqsddddEIkb 100|x(1)1010|0 xx40B30B12|x sx s(1)(1)12|x sx s(2)(2)12|x sx s(3)(3)12|x sx sABCxyhD

10、asd围岩钢拱架初期支护p(x) 45o-2掌子面破裂面y2dxdp(x)=k-Gp DCBxq(x)2ds(a)(b)q0(2)(2)12|x s dx s d (3)(3)12|x s dx s d 、 ABCxyhDasd围岩钢拱架砼套拱初期支护p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0、 、 、 1020323536373833245464748445556575815656667682675767778385868788400010000000010001321062006000000000000BBs

11、ssBssBsCCCC 0ABCxyhDasd围岩钢拱架砼套拱初期支护p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0、 、 、 353637384546474855cossincossinsincoscossinsincoscossinssssssssesesesesessessessesse 22225622572258323265323266672sincos2cossin2sincos2cossin3sin3cos3cos3sinssssssssessessessessesse 3232323268()2275

12、()2276()22773sin3cos3cos3sin2sincos2cossin2sincosssdsdsdsssessedsdsedsdsedsds ()22782cossindsedsds ABCxyhDasd围岩钢拱架砼套拱初期支护p(x)=k-Gp ddx245o-22(b)掌子面破裂面Ey2dxdp(x)=k-Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0、 、 、 ()323285()323286()323287()32328833sin3cos3cos3sin3sin3cos3cos3sindsdsdsdsedsdsedsdsedsdsedsds 400*3004*22005*30

13、06*1cosch24cosshchsin62sinsh22chsincosshqqsddEIkbqqsddddEIkbqqsddEIkbqqsddddEIkb ABCxyhDasd围岩钢拱架初期支护p(x) 45o-2掌子面破裂面y2dxdp(x)=k-Gp DCBxq(x)2ds(a)(b)q0、 ( )( )dxxdx22( )( )dxM xEIdx 3*3( )( )( )pdxdxQ xEIG bdxdx ，、 22( )( )( )pdxp xkxGdx、 ，、 ABChD围岩钢拱架砼套拱初期支护45o-2掌子面破裂面E2dxdp( )=k-Gp EDCBq0q( , )2q0e

14、h=q0p( )p( , )eh=q0o(a)(b)(c)asdsd、 ，、 ABChDasd围岩钢拱架初期支护p(x) 45o-2掌子面破裂面DCBds(a)oeh=q0p( )eh=q0q0p( )=k-Gp ddx2q0q( , )(b)(c)、 ，、 122121221212100000 xyzNNSSqqNQQqRMMMMQQ RN2SN2SN1SSN1qzxqyqnqnp22222222222242110221110221112nnvwuRuwvRuvwtwqpRRREt 2111121314222332122cossincossin1chcoscossinmnnmmammR qw

15、eCCeCCEtkRR qwwbsdbsdEtweCbCb 2111223344222212223242cossincossincossincossinmmnaanmmmmR qweCCeCCEtkRR qweCbCbeCbCbEtkR )()2(2csccssRRAAQsc )2(sssRAN ( , )( , )p x ykx y00010234231( )( )( )( )( )MPy xy F xF xF xF xEIEI1( )()cos()F xchxx21( )()sin()()cos()2F xchxxshxx3( )()sin()F xshxx41( )()sin()()cos()2F xchxxshxx0y00M0Q44kbEI、 xFEIPxFxFyxy4320101、001024300102431( )( )( )( )0( )1(