隧道工程施工案例教程 课件 第11讲 信息反馈方法及经验方法

第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理四、剪切滑移破坏法(一)剪切滑移体的形成如开挖的圆形坑道，在荷载(垂直荷载大于侧向荷载)作用下，在水平直径的两侧形成压应力集中而产生剪切滑移面，随着压应力的不断增加，剪切滑移面不断地向水平直径的上下方且与最大主应力轨迹线成45°-φ/2(φ为围岩内摩擦角)方向扩展。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理由于围岩受剪而松弛，产生应力释放，当围岩的应力较小，剪切滑移面不再继续扩展时，则在坑道水平直径两端形成两个剪切楔形滑移块体。剪切楔形滑移体第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理

在无支护情况下，两楔形滑移块体，由于剪切而与围岩体分离，向坑道内移动。D(1.5~1.8)D第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理之后，上下部分围岩体由于楔形块体滑移而失去支承力，产生挠曲破坏而坍塌，最后形成一个暂时稳定的垂直椭圆形洞室。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理第五节信息反馈方法及经验方法信息反馈法(或监控法）：为了确保隧道工程支护结构的安全，必须在施工阶段监控量测由隧道开挖引起的围岩和支护结构中位移和应力变化等信息，并根据一定的标准来判断是否需要修改预先设计的支护结构和施工流程。

它的特点是能反映隧道开挖后围岩的实际应力及变形状态，使得设计和施工与围岩的实际动态相匹配。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理一、信息反馈方法的设计流程

施工前的预计，是在认真研究勘测资料和地质调查成果的基础上进行的，对新奥法施工的隧道可按照下图来确定和修正支护结构的设计参数和施工流程，以实现隧道工程的最优化设计和施工。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理研究定测资料掌握围岩的各种性状和隧道的环境条件·断面形式及几何尺寸拟定·衬砌类型及参数的选择施工前·预留变形量·选择施工方法与施工顺序预设计·现场监控量测设计·必要时作辅助施工措施设计·防排水设计修正设计信息反馈开挖

初期支护施工地质调查现场监控量测稳定性判据二次衬砌结束是否根据需要施作防水层围岩－支护体系是否稳定？支护是否合理？第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理

信息化施工的理论核心是反演分析方法的运用。

信息化施工设计包括三个方面的内容：现场监测数据分析和处理信息反馈第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理二、信息反馈方法

在隧道工程中所采用的反馈方法有两大类：理论反馈法：对初步设计和施工效果进行理论分析判别隧道稳定性，修正设计参数和施工方法。经验反馈法：直接利用量测数据与经验数据(位移值、位移速率、位移速率变化率等)进行对比，判断隧道的稳定性。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理(一)围岩物理力学参数的反分析利用施工监测位移的反分析，能获得反映等效围岩的和施工实际的宏观条件下的围岩物理力学参数，根据反分析方法不同又有逆反分析法、直接反分析法、图解法等。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理1.直接反馈法，亦称正算法先按工程类比法确定计算参数后，用分析方法求解隧道周边的位移值，并与量测到的隧道周边位移值进行比较，当两者有差异时，修正原先假定的计算参数，重复计算直至两者之差符合计算精度要求时为止。最后所用的计算参数即为围岩的力学参数。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理2.间接反馈法，亦称逆算法根据施工中量测到的隧道周边位移值，用数值分析方法来反算出主要的计算参数，并依此进行支护结构的设计计算。由于所需反算的主要参数(如初始地应力状态，围岩的物理力学指标等)不同，其采用的计算方法也不同。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理(二)隧道极限位移实测最大相对位移值或预测相对位移值不大于极限相对位移值的2/3，可认为初期支护达到稳定，如果大于极限相对位移值的2/3，意味着围岩不稳定或支护系统工作状态不安全，需要加强。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理洞室稳定性或可靠性分析的关键和难点是位移极限值(或称位移强度)的确定。位移极限值是洞室所处围岩性质、支护结构形状和施工等条件的综合反映。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理(1)极限位移表格查询在施工阶段可利用位移反分析求得的围岩力学指标和荷载分布状况，通过计算模拟取出极限位移。(2)铁路隧道设计规范提供的设计参数或反分析确定的物性参数计算极限位移1.根据位移量测值或预计最终位移值判断第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理

对某一开挖断面来讲，从开始产生位移到它稳定为止，从变形曲线可分为三个阶段：变形急剧增长阶段——变形速率大于1mm/d；变形速率缓慢增长阶段——变形速率1~0.2mm/d；基本稳定阶段——变形速率小于0.2mm/d。

位移速率是以每天的位移量来表示的。2.根据位移速率判断围岩稳定性第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理(1)基本稳定区主要标志为变形速率逐渐下降，即＜0，表明围岩趋于稳定状态。3.根据位移－时间曲线(位移时态曲线)形态判断第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理(2)过渡区变形速率保持不变，即=0。表明围岩向不稳定状态发展，须发出警告，加强支护系统。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理(3)破坏区变形速率逐渐增大，即＞0。表明围岩已进入危险状态，须停工，进行加固。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理应用：根据量测结果可按变形管理等级指导施工。变形管理等级第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理4.隧道失稳的经验先兆：局部块石坍塌或层状劈裂，喷层的大量开裂；累计位移量已达极限位移的2/3，且仍未出现收敛减缓的迹象；每日的位移量超过极限位移的10％；洞室变形有异常加速，即在无施工干扰时的变形速率加大。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理第六节隧道衬砌结构耐久性设计概要

影响铁路隧道衬砌结构耐久性的主要因素就是结构物所处的环境。

将混凝土结构所处的环境类别分为碳化环境、氯盐环境、化学侵蚀环境、冻融破坏环境和磨蚀环境。一、影响铁路隧道衬砌结构耐久性的因素第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理碳化环境第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理氯盐环境第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理化学侵蚀环境第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理冻融破坏环境第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理磨蚀环境

高速列车运行引起的压力波动以及列车振动作用也是影响结构耐久性的主要因素。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理

耐久性应包括以下主要内容：明确混凝土结构的使用环境类别与环境作用等级；二、复合式衬砌结构耐久性设计提出混凝土结构的设计使用年限；提出与结构耐久性有关的结构构造措施；提出混凝土原材料品质要求、配合比的主要参数及耐久性的具体指标第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理提出确保混凝土耐久性的施工质量关键控制要求与措施；确定钢筋混凝土保护层厚度；提出对结构应采取的防腐蚀附加措施；明确结构使用过程中的检测、养护、维修或局部更换的要求。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理(一)初期支护的耐久性1.喷混凝土在腐蚀性严重的场合，喷混凝土的强度等级应不低于二次衬砌混凝土的强度等级；2.锚杆喷混凝土的强度要满足长期强度（28d）的要求，且1d的抗压强度不宜小于10MPa。锚杆宜采用全长灌浆式锚杆，并应设置垫板。第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理(二)二次衬砌的耐久性3.钢架钢架，靠围岩侧的保护层厚度不小于4cm，靠另一侧不小于3cm。混凝土结构耐久性研究钢筋锈蚀

冻融循环

碱—骨料反应化学作用混凝土配比抗力变化荷载变化材料学科工程结构学科第五章隧道支护结构设计计算方法的基本原理(三)复合式衬砌结构耐久性设计原则及方法高速铁路隧道复合式衬砌结构的耐久性，应考虑环境因素的影响进行设计。当环境对衬砌结构侵蚀作用很小或无侵蚀作用时，可考虑初期支护和二次衬砌共同承