地下建筑结构及设计三

第3章地下建筑结构及设计(2)胡华3、地下建筑结构设计

1）设计原则：在静载、动载等各种荷载作用下，满足服务年限内的耐久性、使用安全性、发挥功能的适用、修建和使用维护的经济性、建造技术先进性等；2）地下建筑结构设计实质：协调优化结构可靠安全性与技术先进性、经济合理性，使用耐久性之间的矛盾,实现最优的建筑构思；确定结构形式（形态）、规模与尺寸、使用材料、施工技术方法（包括开挖与支护）等。3）地下结构安全稳定性判据：（1）容许应力法：也称极限强度理论法，结构的尺寸必须保证在最不利荷载组合下，结构的控制内力不超过材料的允许应力。（2）破损阶段法：结构的尺寸必须保证在最不利荷载组合下，结构的控制内力不超过材料的极限承载力。（3）极限状态法—按结构可靠度设计：容许应力法和破损阶段法用安全系数给予结构一定的安全储备，安全系数的大小无充分的理论依据，靠经验取值。而结构的可靠性包括安全性、适用性和耐久性，综合考虑了各种影响因素后，用失效概率或可靠度来定量描述。4）循环反复设计过程：初步设计—利用各种理论、模型或其他技术方法计算各种指标—验证是否满足要求—则改变结构形式、规模与尺寸、使用材料、施工技术方法等—直到满足安全条件为止。5）地下建筑结构设计基本思想框图经济性,耐久性,安全性,使用性技术先进性考核评价及主要指标,应力,应变,能量,功能等地下结构设计实质：实现理想的规划构思各种荷载作用下(简单复杂动态静态及其组合）外部,内部各种条件下结构形式规模尺寸使用材料施工方法与工艺等设计最终目标图3-9地下建筑结构设计思想框图6）地下建筑结构设计内容地下工程基本建设按勘察、设计、施工等程序进行；设计包括：规划设计、建筑设计、防护设计、结构设计、施工工艺设计、设备设计、经济概预算设计等；而结构设计主要是解决结构的选型、强度、刚度和稳定性、抗裂性等问题，并提供施工时结构各部件的具体细节尺寸及连接大样。内容包括：（1）确定工程防护等级、三防要求（核武器、化学武器、生物武器）动、静荷载标准；确定埋置深度与施工方法；选定结构形式和结构平面布置；然后开始结构设计，（2）初步拟定结构截面尺寸，根据荷载和使用要求估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度等主要尺寸；（3）分析并初算结构上作用的荷载值：按建筑用途、防护等级、地震级别、埋置深度和土层情况求出作用在结构上的各种荷载值；绘制初步结构图与计算简图；（4）结构内力计算分析：选择合适的结构内力计算模型和计算方法，得出结构各控制设计截面的内力；（5）结构稳定性验算：抗浮、抗倾覆、抗滑动等验算；（6）内力组合：在各种荷载作用下分别计算结构内力，对最不利的情况进行内力组合，求出各控制截面的最大设计内力值，并验算截面强度；（7）配筋计算：核算截面强度和裂缝宽度，得出受力钢筋，并确定必要的构造钢筋；绘制结构施工详图：如结构平面图、结构构件配筋图、节点图等；（8）安全性评估：如不符合安全要求，重新（选定结构形式与布置）估算结构跨度、高度、顶板、底版、边墙厚度等主要尺寸；（9）重复上述步骤，直到满足各种要求；（10）绘制施工设计图，（11）材料、工程数量和工程财务预算：选择建筑材料、估算工程材料、工程量及经济预算等。地下建筑结构设计规范：总体安全可靠、技术可行、经济合理原则；《混凝土结构设计规范》、铁路隧道设计规范、公路隧道设计规范、地铁设计规范、锚杆喷射混凝土支护技术规范、水工隧洞设计规范、岩土工程勘察规范、建筑地基处理规范、建筑桩技术规范等。4、地下建筑结构设计与计算理论发展重要标志1）第一阶段：古典岩土压力理论阶段，以海姆、郎肯和金尼克等为代表。主要学术思想：作用在支护结构上的竖向压力为上覆岩层的产生的竖向压力rH（容重、埋深）；侧压力=侧压系数*rH。主要适用于埋深不大的破碎松散岩土中的地下建筑工程结构设计。2）第二阶段：散体压力理论阶段（松弛荷载理论）20世纪20年代提出的“松弛荷载理论”，以泰沙基、普罗托季亚科诺夫等为代表。其核心内容是:稳定的岩体有自稳和承载能力，不产生荷载。作用在支护结构上的压力不是覆岩层的重量，而是围岩塌落拱范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。塌落拱的高度与地下工程的跨度、围岩的性质有关。随着地下工程开挖深度增加，不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。

“松弛荷载理论”将支护结构和围岩分开来考虑，支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承，建立的是“荷载－结构”力学体系。在这类模型中，隧道支护结构与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来实现的。显然，“松弛荷载理论”着重注意结果和对结果的处理。3）第三阶段：共同作用理论阶段（岩承理论）

20世纪50年代提出的“岩承理论”，其核心内容是:隧道围岩稳定是由于岩体自身有承载自稳能力；不稳定围岩丧失稳定是具有一个过程的，如在这个过程中提供必要的支护或限制，则围岩仍能保持稳定状态。“岩承理论”建立的是岩体力学模型。它是将支护结构和围岩视为一体，作为共同承载的隧道结构体系，故又称为复合整体模型。在这个模型中围岩是直接的承载单元，支护结构只是用来约束和限制围岩变形。复合整体模型是当前隧道结构体系设计中力求采用的并在发展的模型，与新奥法隧道施工思想一致。显然，“岩承理论”更加注意过程和对过程的控制，即对围岩自承能力的充分利用。3.2.2地下建筑结构设计计算模型由于地下建筑结构的设计受众多因素的影响，在设计过程中所采用的基本理论和指导思想的着眼点和侧重不同，因而产生和形成了不同的思维模式和设计模型。国际隧道协会(ITA)收集和汇总了各国目前采用的设计方法，总结归纳为四种设计计算模型。1、工程类比法与经验设计法（模型）将拟建地下工程的自然条件和工程条件（地质条件、几何尺寸、使用要求、施工工艺等）与已建成的类似工程相比较，将已建工程的稳定状况、影响因素、及工程设计等方面的有关经验，应用到类似的拟建地下工程中去，借鉴成功的工程设计经验进而确定有关设计参数，或参照各类设计规范和法规提供的经验参数完成设计。该法的基础在于积累和整理既有工程资料，充分掌握和占有已往类似工程的资料和成功经验，前提是建立合理的围岩分类体系，对地下工程围岩进行正确分级。成功建造的关键是作好施工过程的监控量测和信息反馈。地下工程围岩地质环境复杂，要取得准确的地质、围岩参数和设计荷载等参数数据极其困难，而且一些施工技术机理复杂，研究尚不完整，计算理论不太成熟，因此在相当长的历史时期内，经验判断对地下工程设计将很大作用。2、结构荷载共同作用设计法（收敛—约束设计法）（1）地下工程施工中围岩应力及位移状态地下工程开挖前岩体处于初始应力状态，为一次（原始）应力平衡状态；地下开挖后，引起了围岩应力的重调整分布，同时围岩将产生向隧道内的位移，形成了新的应力场，称之为围岩的二次应力平衡状态。这种状态受到开挖方式(爆破、非爆破)和方法(全断面开挖、分部开挖等)的强烈影响。期间产生临空面的位移，大小取决于施工方法、岩体特性、开挖空间大小等。地下洞室开挖后，围岩会向地下洞室内部变形收敛，洞室围岩中的径向应力随之减少。如果没有支护，围岩收敛不受限制，根据围岩强度和稳定性的不同，可能出现两种极端情况：一是围岩收敛到一定程度后达到自稳状态；二是应力集中过强，围岩收敛过度出现塑性变形甚至塌落。对第一种情况，如果围岩收敛幅度不影响洞室的净空要求，就不需支护即使支护也是防护性的，支护方法一般可采用喷浆或者喷射混凝土。；对第二种情况是开挖后隧道围岩产生一定范围的塑性区，围岩发生塑性变形并迫使围岩向隧道内滑移，围岩因变得松弛，其物理力学性质也发生变化。如果隧道围岩不能保持长期稳定，就必须设置承载型的支护结构，从隧道内部对围岩施加约束，控制围岩变形，改善围岩的应力状态，促使其达到新的稳定状态。坑道支护后，相当于在坑道周边施加了一个阻止隧道围岩变形的支护阻力(抗力)，从而也改变了围岩的二次应力状态。支护阻力的大小和方向对围岩的应力状态有着很大的影响。这就是三次应力平衡状态。显然这种状态与支护结构类型、方法以及施设时间等有关。三次应力状态满足稳定要求后就会形成一个稳定的洞室结构，这个复杂的力学变化过程才告结束。只有设置刚度足够大的支护才能抵抗围岩的塌落荷载。为避免使用大刚度的支护，选择围岩出现塑性变形和塌落前支护来控制围岩收敛，达到控制围岩有效控制变形、降低支护费用的目的。（2）收敛和约束开挖隧道时，由于临空面的形成，围岩开始向洞内产生位移，这种位移为收敛。若岩体强度高，整体性好、断面形状有利，岩体的变形到一定程度，就将自行停止，围岩是稳定的。反之，岩体的变形将自由地发展下去，最终导致隧道围岩整体失稳而破坏。在这种情况下，应在开挖后适时地沿隧道周边设置支护结构，对岩体的移动产生阻力，形成约束。相应地支护结构也将承受围岩所给予的反力，并产生变形。如果支护结构有一定的强度和刚度，这种隧道围岩和支护结构的相互作用会一直延续到支护所提供的阻力与围岩应力之间达到平衡为止。围岩特性曲线与围岩地质体特性有关；支护结构特性曲线与围岩变形大小与过程、支护时间、支护结构刚度等有关。这条曲线形象的表达了支护结构与隧道围岩之间的相互作用：在极限位移范围内，围岩允许的位移大了，所需的支护阻力就小，而应力重分布所引起的后果大部分由围岩所承担；围岩允许的位移小了，所需的支护阻力就大，围岩的承载能力就得不到充分的发挥。

（3）围岩特性曲线(支护需求曲线)及分析弹性塑性U0围岩特性曲线P=P（U）1、2、3为支护结构特性曲线123地下工程洞壁位移支护阻力图3-11支护阻力与地下工程洞壁位移的关系曲线在围岩强度和稳定性允许的范围内，围岩在支护前的收敛越大，支护所需要约束的围岩剩余收敛就越小，即支护受到的围岩剩余变形荷载越小。但如果围岩出现塑性变形破坏，则塑性和塌落范围增大，围岩在设置支护前的收敛越大，支护所需要抵抗的围岩塌落荷载也越大。这种关系见围岩特征曲线支护设置后，在弹性范围内，支护的变形越大，支护能提供的抗力越大，如果支护的刚度不足以完全制止围岩的继续变形，随着变形的加剧，围岩残留形变荷载减小，支护提供的抗力增加，二者最终在某个围岩变形值处达到平衡。这种利用围岩与支护共同作用特性来选择支护参数的方法为特征曲线法（收敛约束法）（4）技术要点地下工程开挖后，围岩会向自由面收敛变形，围岩中的径向应力随之减小，环向应力随之增大。如果围岩收敛过度，应力集中过强，而出现塑性变形甚至塌落，因此，必须在围岩塑性变形和塌落前设置支护来控制围岩的收敛。收敛—限制模型以地层收敛线、支护特征线为基础，确定作用在支护结构上的最终地层压力、结构变形的最终位移。

在围岩强度和稳定性所允许的范围内，围岩在设置支护前的收敛越大，支护所需要约束的围岩剩余收敛就越小，即支护受到的围岩剩余变形荷载越小。但如果围岩出现塑性破坏，则因为塑性和塌落范围的增大，围岩在设置支护前的收敛越大，支护所需要抵抗的围岩塌落荷载也越大。可以把这种关系在围岩收敛于围岩荷载构成的直角坐标系中表示出来，称为围岩特征曲线。在弹性范围内，支护的变形（等于围岩的变形）越大，支护所能提供的抗力就越大；在围岩收敛与支护抗力所构成的直角坐标系中，这种关系称为支护特征曲线。支护受到的围岩变形（包括松动）荷载大小与支护的设置时间和刚度有关。支护设置后，如果支护的刚度不足以完全制止围岩的继续变形，随着围岩的继续变形，围岩残留形变荷载在变小，支护所能提供的抗力在增加，两者最终在某个围岩变形值处达到平衡。这种利用围岩与支护共同作用特征来选择设计支护参数的方法叫做特征曲线法（又称收敛约束法）。

在一般情况下，洞室周边各点处的特征曲线和支护特征曲线是不同的，设计应由最不利位置的特征曲线控制。不同类型的支护有不同的特征曲线。复合型支护的特征曲线由各支护构件的特征曲线按施作时间组合而成。围岩与支护特征曲线分别代表围岩与支护的力-位移关系，需要经过力学计算获得。另外对于强度较低、稳定性较差的围岩，需要采取超前围岩加固或超前支护措施。常用的有效超前锚杆、小导管注浆、管棚等支护措施。

3、荷载—结构模型（结构力学模型）（力学模型理论设计法）根据具体工程的特点，抽象和建立合理的力学结构模型，以地下结构的设计模型为基础进行地下建筑结构设计。根据地质条件确定围岩压力，求出地下结构内力核算截面参数，验算结构的强度、刚度和稳定性，并绘制施工图。其中计算模型选定是关键，要综合考虑围岩地质特征、结构形式、洞室跨度、埋深、施工方法等。

该模型的理论基础是“松弛荷载理论”，认为结构就是指衬砌结构，荷载主要是指洞室开挖以后由松动岩土体的自重所产生的地层压力。地下工程开挖后地层只是产生对地下衬砌结构上的荷载（包括主动地层压力和被动地层弹性抗力）作用，衬砌在荷载作用下产生内力和变形，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载作用。计算时先按地层分类法实用公式确定地层压力，然后计算衬砌结构在地层压力及其他荷载作用下的内力分布，最后根据内力组合进行衬砌结构断面设计和验算。相应的计算方法称为荷载结构法。因荷载—结构模型与地面结构力学中荷载结构设计法计算内力方法相近，又称结构力学法。荷载—结构模型分为3种不同力学计算模式：（1）主动载荷模式：不考虑围岩与支护结构的相互作用，支护结构可自由变形，围岩较软弱，完全破坏，无法约束支护结构的变形，只考虑围岩的主动压力，适用于没有抗力的土体中。（2）主动载荷+被动载荷模式（考虑围岩弹性约束）：围岩没有完全破坏，有一定的结构弹性，不仅对支护结构施加主动载荷，而且与支护结构相互作用，对支护结构施加被动弹性抗力，适用一般情况。（3）实测荷载值法：是围岩与支护结构相互作用的综合反映，包含主动压力和围岩的弹性抗力部分，关键是如何准确测量。这类计算模型主要适用于围岩因过分变形而发生松弛和崩塌，支护结构主要承担围岩“松动”压力的情况。所以，利用这类模型进行隧道支护结构设计的关键问题，是如何确定作用在支护结构上的主动荷载，其中最主要的是围岩所产生的松动压力，以及弹性支承给支护结构的弹性抗力。

4、地层—结构模型（连续介质力学模型）“地层－结构”模型又称连续介质力学模型，理论基础是“岩承理论”。认为地下结构周围的地层不仅能对衬砌结构产生荷载，而且其自身也能承受荷载，地下结构是否安全可靠，首先取决于周围地层的稳定状态。由此可知，衬砌结构的作用是在洞室周围地层应力重分布的过程中参与地层的变形，对地层提供必要的支承抗力，并与周围地层一起组成共同受力的整体，以保持洞室的稳定，因此又称“复合整体模型”。在这种模型中，围岩和支护系统不再作为相互作用的两个方面，而是作为一个联合系统加以考虑。衬砌结构的内力和洞室周围的应力都能计算出来，在计算过程中，通过位移协调条件使地层应力与衬砌结构的内力保持平衡，且验算结构的强度时综合考虑了地层稳定性的影响。地层—结构瓦模型畅把地榆下结圣构与验地层惩作为墙一个手受力赚变形律的整棚体，席共同晚承受厅荷载逆。按鸦照连附续介川质力它学原挤理来幸计算泽地下激建筑浴结构号以及敬周围沿地层术的变鼠形；孩不仅旱计算团出衬车砌结游构的登内力泼与变吊形，丝式而且稍计算予周围芝地层躁的应尺力，热充分费体现弹周围桃地层傅与地涉下建洒筑结见构的毫相互直作用情。连灭续体倍模型凭视岩抚土体日为具煌有粘怕弹塑寒性的回连续侧均匀皂介质离，根钱据平雹衡方冰程、纠几何拍方程汤、物收理方介程等抽，采其用弹昆塑性泄力学宁解析垃推导异法求夏解偏视微分易方程将组，胆或采筐用数序值模绳拟计芦算计手算法精等，叼在满摧足边兼界条沙件的疏前提掉下获环得结碧构和则地层甜的内资力，洲并检坏验地登层稳洲定性沈和结组构截渔面设希计。连续云介质或数值倾分析傅方法狸的理躲论基们础是候弹（编塑）女性力贡学，骑在数抬值分亏析计忠算公退式的衡推导仍过程煤中，客需要抹满足芳结构嘉工程俱的基骗本方扛程和递边界座条件析。只级是在甲求解昂手段晚上，矛采用拦了不庄同于仙弹性胸力学畜的各协种近叨似解副法。佩这类循方法洗适用莲于连哑续介汤质体燥的地甘下工迈程围沃岩与的结构施的应肯力分最析和姑位移蠢求解熟。工急程数连值模故拟计汪算分益析方熄法连摊续介订质数拒值模难拟分问析非树连续轮介质盲数值超模拟柳分析倚混合摄介质仪数值叹模拟犹分析瓶有限面元与料离散谷元耦打合边辉界元糕与离汗散元款耦合炸有限惭差分仪法有案限单在元法遥边界逢单元性法离脖散单矮元法通不连美续变住形法狮流形锈元法.工程数值模拟计算分析方法连续介质数值模拟分析非连续介质数值模拟分析混合介质数值模拟分析有限元与离散元耦合边界元与离散元耦合有限差分法有限单元法边界单元法离散单元法不连续变形法流形元法图3-寨11连续鹿介质亭数值菠模拟壳分析战方法3.硬2.馒3地下梢建筑袄结构型设计仆模型俗利弊亿分析1、地幕下建丝式筑结减构设迷计模昂型利炎弊分雄析1）工阀程经苗验类针比法工程疗经验梯类类施比法们以围悟岩分需级为痒基础汪的经厅验设寸计方陷法，狂设计臭结构防包括姜确定太地下邮建筑葬结构遍形状伏、尺幼寸规合模、躬材料坡、施辛工方留法、邀支护气类型嫁、支芽护强史度、呈工程桂开挖镰程序资、施狡工时邀机、井量测颜措施不布置厦等。凶分为苍直接财类比曲（与辽类似迷成功努实施饭工程吓类比赏）和拣间接砌类比它（与机规范出、手灭册等孙类比锐）确支定地熊下建梅筑结迫构的蛙设计酸参数绍。关职键是脂对围勇岩进义行准欠确的芽分类鹅，依傲据是季实地左调查漏和实侍验室闭测试伞的各让种参恳数做绵依据绿。在大瞎多数被情况裕下，俗隧道括支护屡体系赚依赖纠“经奋验设相计”蒸，并性在实济施过北程中她，依傍据量富测信驱息加倦以修坑改和灶验证先。经堂验设节计法块供参验考和玩借签栏，但猛要结圣合实费际情辛况修洗改和兽完善亦，同订时对割已有其成功奴经验暂需要瞧继承卖，更纸需要她发展喘；采在用经典验设桨计法刚设计特工程立是否妇成功饮最终陈需要汗实践喉检验僻。2、“捆荷载—结构斩”设骆计计伤算模责型（性结构胸力学绑设计碑计算誉方法单）基本探思想境是沿搏用建握筑结裂构的戒计算门模式看和设酸计理辽念，降把围果岩对殊支护谱结构朵的作些用作评为施新加在尝结构放上的辰载荷陕，借猪助结果构力喜学的即理论农和计黄算方帽法，尺进行批支护征结构句内力帝与位扮移的卸计算脉，从蔑而进东行结洪构的留设计召与稳泥定性市评价美。主购要特活点是批将支盛护结上构与躺围岩妨分开朝考虑击，支永护结位构是米承载俘的主丈体，秒承受已岩体势松动掏、崩楚塌而煌产生月的竖但向和右侧向彩主动排压力窝；围欣岩是奥荷载演来源款，支地护结己构作脂为弹阔性支沾承。琴该法凝的关糠键是景确定丛围岩殿的主桌动荷比载和怖弹性霉抗力附的大亿小。摧该法档适用弯于浅驳埋地姓下建诱筑结羽构（贵上部写为填研土）钞，围飞岩塌伪落而样出现贴松动寒压力即的情鞠况。困但一姻般具谈有一监定的脚自稳午性能茅，因简此计堤算结蹦果偏茶于保苍守和悦安全搜。该模尘型发展器时间葱长，概念促清晰坐，实践畏经验耐多，计算鞭简便城，工窜作量应小，养易于恼被接刺受，容易股掌握仅等优阿点，故至股今仍攻很通笼用，弊尤其疏适用思于模笋筑衬投砌。清我国侧铁路蹈隧道颜结构获设计津中采井用的店隧道垂衬砌愈标准悬图就右是基乏于这虎种力侍学计滨算理郊论而掘编制颗的，纱它构单成了浸我国知铁路寻隧道洗结构姨设计去的基闹础。缺点谱在于最，衬遭砌结乒构本叼身的惨内力对和变数形可互以由架计算棉得出窄，但盏是周尚围环卸境的翻变形叠仅能神由衬贿砌结站构的检变形狮间接腾求得接，而顶且难动以知旁道周劣围岩肃土体理的应太力状纵况及纤其稳那定性租。①计蚕算步右骤多蛮、费难时费帽事；施②计奸算模昆型桉刘弹性极体系谋建立怕各种美方程蝇，是产一种缺近似袜计算乐，实踢际情敲况中妻有部浩分破四坏、洋裂隙染、且队不一块定连睁续均剩质等吸，不临符合烧近似直弹性明力学堂使用岸前提卡；③架如何屯准确挑判定静载荷倾的大即小与寺分布搂是难刊题；腐④计荐算过骄程中垂的有线一些锦假定袜有局狸限性篮。3、地刮层—结构塔模型普（连他续介西质力材学模昂型）该计什算模椒型的士特点毙是围哄岩与沾支护毒结构刘（衬伴砌、雕喷射趟混凝钥土、境锚杆泼、钢穷筋网快、钢涌拱架好等）叹合为保一体鞋，组皮成隧婆道的宫结构绣体系协，共奏同承垦载。遥适用彼于初惜始应宁力、烂地质搅条件脚复杂分，构们筑在染软岩隆或较蔬稳定筝的地匪层内炒，并采用胳新奥值法设房诚计、磨施工僚的复辛合衬疮砌或性喷锚冻衬砌剃的隧粱道的设计鲁。地下惯建筑兰结构设与地菠层共吃同构家成受关力整根体，沃可按战连续墓介质嚼力学筒的理币论计锈算，格如以叮弹塑逐性理微论为华依据娘弹力柜力学捆解析萍法，枪但如幸果数亮学解楼析困防难时裁，则突采用萄数值厌模拟酸计算则法（军一般云有限医元法遥）。功求解厉的关笛键是驱确定步围岩膝的初目始应灰力场薯、材杜料的即非线迁性以赞及各笑种参楚数。哗一般视圆形炸断面俭采用易解析惩解（早弹性抽力学周方法饶）。关键貌的问介题是蕉如何残确定开围岩仿的初纯始应牢力场弟、表竿示材模料非矿线性轻特征寇的各敬种参垮数及幸其变去化情愤况、满确定醉隧道距结构笑稳定森判据裳、确浪定地爽层参垄数的剖概率腾模型毒及其遥统计伍参数壮等。但由饶于周旷围地礼层与舟地下宝结构价相互荐作用坦模拟杀的复处杂性番、地记层-结构慕模型颗目前毒处于如发展月阶段喝，在好工程灭应用腥中仅僚作为帖辅助问手段宋。但鸟该法吨相对峰于荷穴载-结构邻法，女充分央考虑帖了地字下结斯构与颈周围桨介质杯的相笛互作普用，按结合讽具体靠的施杏工过巾程可闪以充污分模死拟地辱下结加构及绘周围乱地层糟在每服一个浮施工荣工况与的结普构内榆力和围周围回地层拢变形同更能远符合聪工程踩实际丧，因腔此，仰地层-结构汤法在榆将来购的研宏究和惰发展棍中将征得到躁广泛望的应硬用和匠发展尚。4、收妙敛—限制简模型战（收完敛—约束绘法或唉支护斥与围吧岩共辫同作亮用设学计方裕法）（1）该鲜模型爹以现糠场量光测和季实验为室试按验为流主的症实用恒设计犯方法石。以迷洞周悼位移长量测躬值为望根据番的“收敛滤－约归束”法，皆实验应室模不型试江验等疑。以量带测围朽岩的境收敛网作为吐监控宅和设胖计依洁据和井最终谷控制暑目标剩。利温用围哲岩与泼支护段共同驱作用霜特性移来选礼择支众护参羽数的求收敛催约束摧法。涝思想酱容易扩理解霞，但西很难冠确定壁收敛叠曲线提和实段际应兵用。（2）优霉点在挥于：胃①充喷分利捆用和约发挥矛围岩阵的自垃承能佩力；林②增旺强围昏岩的效强度既，并脊允许钩围岩日有一阅定程火度的恭变形卵，以唉减少旱对支曾护的链围岩铲压力膜；③湖利用赛现场壮的监岩测值曾进行暂反馈给施工争。（3）不妨足之榆处在锋于：“收敛胶－约坟束”模型锡认为破围岩如压力斤和支雄护抗最力是烟在围睁岩和申支护晨系统景共同灶变形的中形达成的木，它泥主要咬关心降的是滑支护串抗力剥作用该下的排地层斤状态曾，而备不是徐荷载悄作用祸下的苍支护蹄结构扭状态奔。但系是，野由于于实际誓工程翻中涉图及到箩的岩桥土地锻质情迈况非倡常复毛杂，贡对于恒衬砌穴结构耳来说绑，其米作用昌机理穗及其览与围露岩的厚相互缝关系乒，尚技有诸刻多的杂问题翼需要撤进一摸步讨猜论，挽要使演它作市为隧艰道支木护定顺量分看析与予设计嫁的实案用方渐法，序还有刊许多万理论值上的搏难题疤需要活解决阶。2、各赔种设国计计谷算模筑型优罗缺点圾比较表3-课9各种喂设计务计算诸模型踩优缺案点比免较序号设计模型

优点

缺点不足1工程经验类比法1）以围岩分类为基础，设计借鉴已有的工程经验；2）围岩分类综合考虑影响围岩定性和定量因素；3）分析方法简便，分类参数便于获取；4）无需定量计算，易于实现和掌握；5）为围岩质量预测提供了一条途径；6）多数情况下能满足工程实用精度要求；7）能综合考虑多种非确定性影响因素，快速地对拟建地下建筑结构的设计参数作出估算和评价。1）用于给定的跨度、洞形和埋深，不能具体反映不同因素变化对结构条件的影响；2）不能反映支护类型与支护参数增减对安全性和经济性变化影响，不能进行优化设计；3）不能利用已有的监控资料定量地改进设计；4）用于坚硬岩石偏保守，用于软弱围岩偏危险；5）以人的经验为主，解决地下结构设计问题的范围较窄，带有的主观性。2荷载—结构模型（结构力学模型）1）结构计算模型概念明确，采用成熟的结构力学方法，计算结果可靠；2）可以直接获得结构安全系数，满足传统设计要求；3）对明挖回填及浅埋刚性支护地下建筑结构，计算精度较高，其结果满足设计精度。1）计算中的荷载基于一定的假设前提，对于深埋地下工程，假设条件难以满足；2）对于承受变形地压的结构，其计算难以考虑，计算精度不高；3）不能考虑结构与围岩的相互作用，对于锚喷支护以及深埋变形岩层不能采用。3地层—结构模型（连续介质力学模型）1）能借助计算模型和数值计算技术，对不同条件、不同受力环境以及不同开挖方法进行模拟，从而进行支护参数和断面形状优化；2）能研究地下工程的围岩力学性质变化（弹塑性区位置与大小）以及应力分布；3）能在工程施工前进行分析、研究和方案比较；4）能研究地下工程的变形破坏机理、失稳条件以及影响因素。1）由于岩土体参数准确地获取存在相当困难，使得计算结果难以满足设计要求；2）数值分析方法仅限于给出地下工程围岩的应力场、位移场以及弹塑性区的位置和大小，不能直接给出安全系数指标；3）需要扎实的理论基础，也需要一定工程实践经验，对设计者要求较高。4收敛—限制模型1）洞周围岩变形是隧道围岩整体稳定性最直接、最能反映本质和总体的宏观表现。用这种方法设计最接近实际；2）给出围岩支护系统在锚喷支护末期洞周收敛的概略值；3）围岩变形是支护效果直观体现。1）只能用于工程开挖施工阶段，不能进行开挖前的设计与分析；2）只能用于特定监测工程，不能推广应用到尚未实施监测的多数地下工程；3）对于隧道开挖后支护初期围岩稳定性判断准则，尚无定量判据。表3-速9各种旺设计锄计算聚模型拨优缺赞点比说较(序)3、总暖体评织价1）地牧下建询筑结搏构设厉计影洒响因庸素众达多，廊具有报信息俊的模躲糊性捉、不幅确定并性、傅不完碍备性速，且洋各因峰素相约互影倍响、兔互为栽依赖记，使干得地学下建奸筑结扬构的提分析施与设叹计属种于复错杂的傲非线曲性系影统工圆程，喘导致滤计