第章隧道衬砌结构计算

第06章隧道衬砌结构计算道路与桥梁工程系乔雄7/12/20231内容6.1概述6.2隧道衬砌上的荷载类型及其组合6.3半衬砌的计算6.4曲墙式衬砌计算6.5衬砌截面强度验算2023-07-122第06章隧道衬砌结构计算6.1概述7/12/202336.1概述隧道结构工程特性、设计原则和方法与地面结构完全不同，隧道结构是由周边围岩和支护结构两者组成共同的并相互作用的结构体系。各种围岩都是具有不同程度自稳能力的介质，周边围岩在很大程度上是隧道结构承载的主体，其承载能力必须加以充分利用。隧道衬砌的设计计算必须结合围岩自承能力进行，对隧道衬砌的要求除必须保证有足够的净空外，还要求有足够的强度，以保证在使用年限内结构物有可靠的安全度。7/12/20234隧道担建筑昨虽然栋是一粮种古骂老的冠建筑聪结构妹，但撕其结透构计胜算理答论的普形成换却较水晚。咽从现湾有资乏料看举，最呆初的姨计算灭理论泊形成符于十萝九世庄纪辆。最言初的纠隧道抗衬砌置使用祖砖石奔材料提，其宇结构络型式纪通常罩为拱众形。粗采用棉的截喜面厚省度常荡常很惭大，氧所以起结构盾变形辩很小幸，可鹿以忽誓略不删计。拉因为侍构件围的刚甘度很率大，麦故将妖其视窜为刚性弓体，缩慧计冬算叨时硬按粒静虚力馒学蛙原竹理剩确陈定采其萍承除载行时兵压猛力慢线俗位蕉置饥，推检谣算冤结迷构连强鬼度无。7/养9/胞20立2357/暮9/肯20光236在松十受九参世望纪灵末脱，容混训凝磁土速已柳经坝是勇广剩泛简使借用军的费建符筑接材嫁料湾，头它诞具筹有擦整线体读性亡好学，旁可升以仪在告现镰场解根摧据汤需败要漆进旅行怨模杂注组等煎特龙点昏。诸这茄时厦，懒隧拐道仿衬捐砌糖结信构这是及作摄为超静拌定弹彼性拱计算宇的，反但仅秋考蹈虑据作悦用个在怪衬初砌林上写的糕围诵岩翅压赖力，而猫未将躬围岩驾的弹乌性抗候力计奋算在袜内，侍忽视周了围的岩对幅衬砌中的约房诚束作细用。怖其计熟算封原辞理停和唱地搬面唇结酱构豪一访样。身由于慨把衬朝砌视隶为自秀由变能形的冠弹性训结构秩，因拼而，辞通过报计算喉得到婆的衬题砌某结也构短厚冒度绣很亭大祥，乘过统于镜安扯全圣。7/测9/缸20佳2377庆/解9习/活2餐0露2袭38进入肚二十器世纪些后，带通过波长期深观测宪，发徐现围继岩不赴仅对模衬砌秘施加哈压力时，同蜡时还报约束旧着衬捐砌的饺变形泪。围毫岩对际衬砌笼变形抗的约伸束，库对改湖善衬年砌结蚂构的怎受力扶状态某有利秤，不冬容忽省视。衬阶砌在告受问力易过游程絮中坏的讽变俊形华，倦一凭部牵分顷结态构备有凤离山开捏围叉岩鄙形据成夜“脱广离盼区”赵的律趋骂势咬，虑另所一调部录分肾压锄紧戒围姐岩抛形敌成蕉所芹谓堵“抗力僻区”赏，幕如烫图警6残-肚1锅所舍示吼。贺在扒抗目力耽区匙内节，垃约接束贫着暴衬僚砌堡变扣形涨的港围境岩懂，淘相失应掌地搭产欲生丧被冶动叛抵主抗茶力掘，盖即盾“弹性端抗力”。弹拦性挂抗甲力因围炕岩性缩慧质、爪围岩卷压力悦大小渐和结洒构变烛形的深不同嗓而异派。但唱是对们这个衣问题侍有不喜同的没见解愚，即环局部略变形骡理论殿和共基同变柏形理里论。7/滔9/茎20倾239图6-膛1抗晃力办区施和概脱理离佳区变形后外轮廓线脱离区衬砌抗力区7积/通9吴/殖2因0止2在31叹0局穗部贪变辛形北理洗论局休部别变部形理论溪是以温克暑尔（齿E.遵Wi园nk地le巴r）师假定为基甩础的施。它丛认为真应力备（σi）和校变形宁（δj）梨之础间雀呈超线壶性督关映系情，夜即切σi=脑k核δi，k竿为独艘立岩召柱的来弹性锁抗力拔系数蔽，见炸图6乔-2恨a。伯这一斜假定唉，相手当于谎认为观围岩个是一浓组各特自独个立的券弹簧转，每联个弹螺簧表词示一肯个小挡岩柱丝式。6-暂2a独立油的弹惑簧7/扎9/幕20毕2311共同韵变形双理论共同真变形尝理论把围贱岩视抓为弹敌性至半该无陆限烈体，考灵虑相把邻岩绳柱之寸间变择形的涨相互便影响告，即换考虑桑独立乖岩柱味之间深的联挥系。杀它用方纵向掠变形胡系数摘E和地横向聋变形挥系数序μ表路示地昨层特则征，诉并考趴虑粘催结力悦C和陈内摩浓擦角盯φ的观影响扣。但肾这种尤方法件所需马围岩厌物理纠力学签参数裕较多般，计芹算相碌对复捕杂。6永-破2销b联顿合统的点弹丛簧7/难9/炉20体231缝2国际霉隧道辰协会腐(I量TA捏)在汗1贝9仁8完7融年宅成妻立锈了隧道钻结构房诚设计巷模型极研究敲组，收石集和治汇总章了各假会员缺国采驾用的涝地下豪结构村设计掩方法棉。经呜过总财结，怪国际间隧道政协会耐认为柱，目刊前采挨用的倾地下翅结构巴设计仆方法孩可以夸归纳济为以理下4薪种付设迁计净模桥型：（御1饮）崭以榜参膝照赞过恒去笨隧盗道械工缴程底实巧践竹经艳验纠进惭行工蹄程谁类禁比为孟主葵的经塌验协设减计略法；（重2界）嘱以现图场吃量谦测竭和乔试卡验阻为妥主的绢实乌用高设每计惜方垒法化；（敏3炕）荷枣载珍—探结犯构坏模理型。将爪围岩妹对结适构的返作用葬简化抽为荷翅载作贩用于榨结构填上进判行计益算；（泄4糟）连灾续猾介巩质零模博型，将萌围岩回和结展构作主为整亿体进驾行计例算。婚包括吵解析氧法和仗数值斜法，般数值租计算衔法目楚前主独要是纱有限歌单元勿法，身也可球利用困各种有价限捐元软件嚷来计耍算。7称/权9收/赌2霞0流2择31度3从各嘱国的逆地下蛾结构违设计蔑实践理看，罗主要墨采用砖上述后球两嫩类计迈算战模受型讨，荷载棍-结夏构计算锈模型酒主要携适用她于围彻岩因肉过分测变形捷而发麦生松岁弛和构崩塌抛，支歉护结伙构主茶动承盛担围颈岩“马松动殃”压恨力的奸情况凡。利厚用这著类模施型进延行隧冲道支显护结慌构设杏计的普关键辱问题脉，是追如何害确定猎作用吹在支稍护结柿构上黄的主欧动荷沙载，遭其中梯最主拳要的演是围熊岩径所煌产材生性的锻松律动勒压稀力粱，驱以漠及类弹跃性孤支扫承处给晴支苏护稍结吃构剑的横弹旱性诉抗例力。害一瘦旦币这灿两拉个拥问壤题检解男决糠了忆，绝剩毛下膨的液就数只泡是扔运毕用隔普卸通什结葵构湖力看学未方泻法落求递出换超挂静庆定晚结墨构骨的宜内塘力津和居位接移宵了越。霉属姜于罚这础一申类澡模完型宵的旦计油算伏方破法漫有倍：竹弹违性掌连低续摧框抓架分（恳含姥拱路形鼓）旦法秋、假蛛定苦抗牧力暂法和弹翠性地蓄基梁微（含村曲梁叶和圆床环）区法等宾都可抖归属鹿于荷特载-母结构毫法。7且/竞9邪/批2鞭0沈2匀314第0匪6章兵隧省道衬陡砌结陡构计展算6.阴2肾隧道奖衬砌药上的逃荷载宝类型表及其烛组合7/啄9/胸20被231播56箩.殿2铜隧遍道进衬雨砌害上拒的景荷棉载烤类涨型肚及份其德组摊合《公稠路隧困道设盼计规局范》蔬（J层TG番D导70汇-2岂00拼4）员中在忆对隧离道结袄构进钻行计象算时待，列森出了荷载兴类型，培如鞠表金6吼-直1踏所棵示菠，旁并誓按酒其岔可谨能害出宜现驼的贪最车不羞利泳组葡合凶考圣虑悟。编号荷载类型荷载名称1永久荷载（恒载）围岩压力2结构自重力3填土压力水压力4混凝土收缩和徐变影响力5可变荷载基本可变荷载公路车辆荷载，人群荷载6立交公路车辆荷载及其所产生的冲击力和土压力7立交铁路列车活载及其所产生的冲击力和土压力8其它可变荷载立交渡槽流水压力9温度变化的影响力10冻胀力施工荷载11偶然荷载落石冲击力12地震力表6蚁-象1作用趁在隧板道结钳构上孔的荷阅载1）跟荷碧载类昨型7套/红9猛/顾2羞0脊2杨31葡62箱)馅荷顿载吹组沃合思：（尿1黄）槽结爬构涌自凳重颂＋愉围题岩户压往力钳＋准附扯加联恒扔载掩（省基纵本吐）（2弹）结昼构自控重＋帝土压名力＋蜻公路蚀荷载翻＋附子加恒魔载（盼3刚）用结胸构苗自母重材＋尼土每压缠力饰＋则附勿加翁恒睛载萍＋虫施竖工盏荷往载侵＋楼温悬度纱作质用之力（秒4近）狱结蒸构故自雷重臂＋叫土艺压骗力念＋岗附敏加经恒肾载姿＋斥地爬震衡作坡用附禾加旺恒沿载：挑伴秆随吸隧倒道晴运歇营齿的涛各糖种残设掠备或设滔施甚的胸荷装载筹等闹。围岩宜压力与结城构猴自坟重同力是隧疑道结揭构计耗算的需基本巷荷载长。明当洞及泪明挖退法施泻工的踢隧道竹，填滩土压跑力与绍结构烤自重信力是岔结构猎的主明要荷馅载。7/颤9/鹊20宪231辞7作用优在隧易道结脸构上闲的荷辰载，晴按其染性质树也可费以区荐分为主础动盖荷命载和被页动输荷窑载。主呀动穴荷庆载是主常动作滨用于隔结构示、并肠引起印结构滴变形殊的荷兆载；被蓝动讨荷器载是腹因胁结睛构得变露形说压茧缩茄围事岩胳而评引倍起珍的腥围抖岩惕被僻动耳抵狠抗衰力创，淘即霜弹饶性况抗欢力衰，催它箩对钻结翼构忘变零形兽起酿限社制劫作的用吊。7/宏9/义20搂2318主动坐荷载包堵括如主中要窄荷悦载脑（虏指卸长鱼期拢及卸经享常允作筋用胳的宾荷逝载抄，背有搞围秒岩呢压启力泡、故回况填扯土摊荷斤载角、杨衬浇砌侦自条重会、集地值下惊静添水站压徒力纹等佛）行和耀附叉加顾荷拍载座（配指窜非滚经织常拦作潮用者的谨荷般载抚，乳有该灌重浆挖压动力兄、踢冻天胀逼压递力剩、从混释凝尝土鲁收更缩问应外力过、治温春差堆应腾力壳以胡及练地苹震市力欠等阻）属，誓计鞭算穿时岩应声根西据楼这吊两由类仆荷嚼载链同谈时鲁存扁在马的驼可贿能仔性厨进把行散组坝合搅。爽在首一条般蹦情职况宿下搞可颠仅罚按赌主慈要为荷冶载尼进恩行宁计拔算横。公特版殊封情跳况声下底才缝进泽行煎必复要踪蝶的奖组躬合死，葬并趋选窄用梳相摊应鉴的柳安取全关系支数拘检赖算算结秒构商强垃度大。被乔动读荷允载主要跪指围拔岩的茧弹性撑抗力弟，它告只产芬生在涂被衬保砌压率缩的妇那部即分周薯边上短。其斧分布蔑范围成和图滤式一扯般可偶按工蓄程类急比法损假定茫，通锄常可令作简作化处拾理。7/俭9/球20怖231上93)结帽构酸自轮重结这构盾自爽重忙包宅括出墙世、暖梁哑、动板励、抓柱利、附拱剂圈拴等怎结芝构勿体宁自缩慧重幼。(贤1姨)伪简耐化撕为勤垂擦直否的惧均售布搁荷辞载当拱扬圈为昏等截突面或芹变截补面，存但截珠面变鄙化不冬大，藏以及招拱圈半自重枯所占餐比例鞠较小军时，获一般馅可将腰拱圈日自重窑简化弊为垂鞠直均浴布荷磁载，琴如图6鼠-努3烂所示，候其值煤为:或式堆中q—蛮—到拱午圈务自意重遗（锅k类N久/名m2）；g——厘拱圈侍材料欢容重峰（k朋N/遥m3）；d0——知拱顶昌截面场(m谋)；dn—牢—匀拱县脚虑截交面冶厚殖度羽(瞧m椒)谷。7/土9/叉20慢2320图6肚-3各拱圈梳自重栽化为盒均布添荷载(2鼠)简妇化为逢垂直栗均布削荷载么与三警角形村荷载对于病拱脚袜厚度错远大您于拱志顶的斧变截餐面拱打或矢辨高较利大的凑等截申面拱恋，可淋将拱患圈自犹重分概为两孔部分兴的和恨（如图6墙-4努）。一救部分小按均犬布荷逢载计蓝算，爱即，dnd0q7/围9/牢20娘232桐1图6能-4返拱错圈自抗重化亚为均栗布荷格载和百三角胡形荷犁载或片者览再两简括化幅为秧：式中Dq—子—甜三扁角竖形泪荷泛载斜边环缘敢处堪最释大纷荷颠载龟强校度呀（佣k顷N冷/谢m2）残；fn—构—巷拱含脚委截鞭面锋与穷竖晶直净线戏间统夹沃角披。当陪拱唯圈违为删半浇圆屠拱休时滩，帝该双种识计巧算套方镇法愿并在不溪适障用盖，纽奉因呢为偶当fn=呼9竿0°时数，c懂osfn=0愿，则Dq趋绵于贵无幅穷滨大棒。dnd0qΔqφn另桥一克部缎分堵近赛似石按抢对砍称近分开布锯的醒三拍角锈形畜荷觉载匹计华算循，至即7渠/挥9榴/倘2榨0悔2缠322（具3遵）浑拱鄙圈慌分拌成孕足彩够旗数陈量除的昆小光块将债拱就圈抚分厅成的足卡够遣数伏量组的挖小赢块碎，姿并匀用辅折番线碑法渡连话接宽，抖求梳每提块畏的披自乌重卸，性然邀后部用悔近煮似帜积耐分留法额求差出歪拱逮圈介内板力歪。如此煤种位方清法毫可尸用吴于卖结勾构留自克重沸在形总酿荷以载痕中爽所招占索比鸦例充较逼大逼，孝且逃精心度视要猛求迟较油高电的侨情拌况婚下促。雹但走此株方拣法星计旬算准时原较太为冠繁橡杂但。4）隧道薯衬砌打计算撤有关赶规定采用套荷载没结构亏法计桑算隧钓道衬渗砌的芬内力耐和变夫形时架，应议考虑缺围岩吼对衬容砌变愁形的尾约束袋作用束，如巷弹性当抗力柏（被铸动荷若载）圾。弹名性抗耐力的寨大小醋及分滨布，斩对回治填密朗实的碍衬砌食构件所可采联用局撞部变腿形理朋论，拜其计倚算公种式如删下：式欧中s—辫—类弹期性词抗吓力扭的择强剥度稠（其M途P住a萌）宏；k——苗围岩魔弹性帅抗力填系数附，无律实测升数据史时可蜜按表纷6-分2选五用；d——知衬砌宿朝向跟围岩炎的变广形值均(m谢)，卷变形天朝向毙洞内乏时取楚为零受。7批/活9棋/酷2株0腥2帮323表6-骂2各层级篮围腹岩代的呼弹介性棉抗唐力迅系险数梢表<100Ⅵ100~200Ⅴ200~500Ⅳ500~1200Ⅲ1200~1800Ⅱ1．表中数值系根据部分水利工程现场试验资料和部份铁路工程承载力试验资料的结果，经分析、归纳统计得出2．一般情况下可参考下列情况取值：1）洞径在10m及以上的取较低值，在10m以下取较高值；2）裂隙发育的取较低值；3）对受地下水作用强度降低的围岩和可能继续风化的围岩取较低值；4）洞口、浅埋、傍山隧道地段取较低值3．表列数值适用于洞径15m以下的隧道。不适用于黄土、冻土及其他特殊土（膨胀土）隧道1800~2800Ⅰ备注弹性抗力系数/(MPa/m)围岩级别在Ⅰ坐~Ⅴ逮级围趁岩中挥，复课合式亏衬砌辣的初碰期支害护应佣主要挣按工虚程类拆比法赌设计球。其怪中Ⅳ醉、Ⅴ下级围务岩的保支护闸参数郊应通肌过计灰算确辜定。鹿复合时式衬孟砌中贝的二度次衬粱砌，潮Ⅰ~镰Ⅲ级悲围岩沸中为次安全邻储备并，并横按构申造要决求设互计；愿Ⅳ、厚Ⅴ级狮围岩歇中为瞧承载粗结构津，可渔采用由地层雁结构奏法来背计算挥内力雾和变根形。7填/叠9狠/乱2瓦0爽2烟32拿4第0科6章机隧仙道衬引砌结野构计笼算6.啄3阵半衬辞砌的贷计算7/谈9/沫20跨2325拱周圈左直浓接酷支位承暗在按坑丹道估围将岩阴侧衬壁鲜上架时但，隆称通为弹半吼衬授砌柜，衔如迈图添6劫-桐3涨所愚示悲。底常胜适件合披于激坚薄硬径和源较宋完虹整可的胞围扭岩恨（醒I跌~搞I园I帽I炼级名）炮中喉，你或京用骄先袜拱馒后敞墙梢法继施坟工捉时体，蒙拱川圈长也白处增于株半蛾衬勤砌肿工冶作闭状亦态皮。图6捞-袖3半垃衬赵砌6.耕3翼半衬应砌的黄计算7闭/警9怜/宫2译0伞2折32漠67/虎9/馋20泳232梢77/览9/画20签2328基本垒假定（梅1摩）在垂如直荷碑载作兰用下峡拱圈乓向隧蛇道内嫩变形扑为自害由变邀形，妥不产密生弹冤性抗荣力驼；（2鸽）拱脚区产生饼角位誓移和取线位抽移，兰并使某拱圈介内力枝发生懂改变或，计你算中右除按复固端舒无铰寻拱考概虑外类，还马必须屠考虑蹲拱脚贫位移翠的影榜响（3爆）拱脚铸没有因径向妻位移沸，只鹊有切茧向位畅移；（4深）对感称选的魔垂催直麻分屯位狱移咸对股拱荡圈康内织力痛不伍产冒生虽影扰响全；（5宗）拱脚速的转饿角和创切向着位移腿的水亮平分恳位移姻是必随须考截虑的7/娇9/拉20电2329『纠▎计济算碌简旬图具质体翅分景析涂半菌衬呼砌堂的权实卸际戚工拐作鼓状遵态雾，锡即辅可围确残定段较芦为万合撕适悼的躲计协算简细图惰(叠图姜6杂-驼4悠、列图盖6岂-卵5功)拳。表6借-4烧衬柜砌计克算单支元表迷6企-殊5快计学算刑简始图

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