隧道力学第7讲(中南大学施成华)

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 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华管 棚隧 道铁 路公 路隧 道隧 道图 2 . 1 （a） 管 棚 应 用 于 下 穿 铁 路

2、 隧 道图 2 . 1 （b） 管 棚 应 用 于 下 穿 公 路 隧 道重 载 货 车双 层 管 棚土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华建 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 缝土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华管 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

3、于 大 断 面 隧 道土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华图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地铁大管棚小导管大管棚小导管地铁土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华( , )( , )p x ykx y土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华21( , )ssPx yEr22rxy2221( , )( , )()()ssqx yd dEx

4、y 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华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)刚性荷载土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华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土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华管棚RHii洞 轴线oqi=Hiei=(a)(b)tibiqitibiqncossiniibt22()()i iiint ebq

5、q2sin2R0nqqb土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华ABCxyhDasd围岩钢拱架砼套拱初期支护p ( x ) =k - Gp d d x24 5o-22(b)掌子面破裂面Ey2d xd p ( x ) =k - Gp E2dsDCBxq ( x )(a)q0土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华ABCxyhDasd围 岩钢 拱 架初 期 支 护p ( x ) 4 5o-2掌子面破 裂 面y2d xd p ( x ) =k - Gp DCBxq ( x )2ds(a)(b)q0土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华M ( x )Q ( x )q (

6、 x )p ( x )Q ( x ) + d Q ( x )M ( x ) + d M ( x )d xyx2q0p ( x ) =k - Gp d d x2Bds0+ M(a)(b)0+ Q+( )( )( )dQ xb p xq xdx0Y 0M 22( )( )022dxdxMMdMQdQ dxq xp x22( )( )( )( )dQ xdMxb p xq xdxdx( )( )dM xQ xdx土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华M ( x )Q ( x )q ( x )p ( x )Q ( x ) + d Q ( x )M ( x ) + d M ( x )d xy

7、x2q0p ( x ) =k - Gp d d x2Bds0+ M(a)(b)0+ Q+2233( )( )( )( )( )( )( )dxxdxdxM xEIdxdM xdxQ xEIdxdx 44( )( )( )dxEIb q xp xdx土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华M(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( )( )( )( )pdxdxEIG bkbxbq xdxdx1/2*/1PGkbbb土木工程学

8、院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华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)q0404( )dxEIbqdx42*042( )( )( )pdxdxEIG bkbxbqdxdx42*42( )( )( )0pdxdxEIG bkbxdxdx0( )q xq( )0p x 0( )q xq22( )( )( )pdxp xkxGdx( )0q x 22( )( )( )pdxp xkxGdx土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华ABC

9、xyhDasd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)q044( )( )dxbq xdxEI321234( ) xB xB xB xB0q4*0124q xEI432011234( )24qxxB xB xB xBEI土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华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*44kb

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12、)掌子面破 裂 面Ey2dxdp(x)=k -Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0、 、 、 01023235363324546445556536566640001000010001321062006000BBsssBssBsCC土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华、 、 、 01023235363324546445556536566640001000010001321062006000BBsssBssBsCC3536454622552256323265cossinsincoscossin2sincos2cossin3sin3cossssssssesesessessesses

13、sess 3232664003*3004*22005*3006*3cos3sin1cosch24cosshchsin62sinsh22chsincosshsessqqsddEIkbqqsddddEIkbqqsddEIkbqqsddddEIkb 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华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 sABCxyhDasd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)

14、q0(2)(2)12|x s dx s d (3)(3)12|x s dx s d 、 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华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、 、 、 1020323536373833245464748445556575815656667682675767778385868788400010000000010001321062006000000000000BBsssBssBsCCCC 0土木工程学院隧道工程

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19、道工程系土木工程学院隧道工程系施成华、 ，、 122121221212100000 xyzNNSSqqNQQqRMMMMQQ RN2SN2SN1SSN1qzxqyq土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华nqnp22222222222242110221110221112nnvwuRuwvRuvwtwqpRRREt 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华2111121314222332122cossincossin1chcoscossinmnnmmammR qweCCeCCEtkRR qwwbsdbsdEtweCbCb 2111223344222212223242cossincossincossincossinmmnaanmmmmR qweCCeCCEtkRR qweCbCbeCbCbEtkR土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华 )()2(2csccssRRAAQsc土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华 )2(ss