新奥法隧道结构 隧道衬砌内力计算

01传统矿山法02新奥法概述03开挖方法04钻爆施工要点05锚喷支护结构06隧道衬砌内力计算07隧道辅助施工措施08防排水措施09施工监测隧道衬砌内力计算按照结构形式的不同，隧道结构一般可分为：半衬砌结构厚拱薄墙衬砌结构直墙拱形衬砌结构曲墙衬砌结构连拱隧道结构隧道衬砌内力计算（1）半衬砌结构仅施作顶部衬砌，不做边墙，坚硬岩层中，侧壁无坍塌危险，顶部可能有局部滑落（2）厚拱薄墙衬砌结构在中硬岩层中，拱顶所受的力可通过拱脚大部分传给岩体；适用于水平压力较小，且稳定性较好的围岩中隧道衬砌内力计算（3）直墙拱形衬砌结构一般或较差岩层，拱顶与边墙浇筑在一起（4）曲墙衬砌结构很差的岩层，岩体松散破碎切易于坍塌，由拱圈、曲线形侧墙和仰拱形底板组成隧道衬砌内力计算（5）复合衬砌结构由初期支护和二次支护组成，必要时加设防水层（6）连拱隧道结构地质地形条件复杂，征地受严格限制的中小隧道。主要适用于洞口地形狭窄，或对两洞间距有特殊要求的中短隧道。（1）半衬砌结构隧道开挖后，只在拱圈部位修建拱圈，而侧壁不修建侧墙（或仅砌筑构造墙）的结构。适合于围岩比较稳定、完整性较好的岩层。拱圈直接支承在坑道围岩侧壁上时，常适合于坚硬和较完整的围岩（I~III级）中，或用先拱后墙法施工时，拱圈也处于半衬砌工作状态。（1）半衬砌结构①计算图式、基本结构及正则方程基本假定在垂直荷载作用下拱圈向隧道内变形为自由变形，不产生弹性抗力；拱脚产生角位移和线位移，并使拱圈内力发生改变，计算中除按固端无铰拱考虑外，还必须考虑拱脚位移的影响；拱脚没有径向位移，只有切向位移；对称的垂直分位移对拱圈内力不产生影响；拱脚的转角和切向位移的水平分位移是必须考虑的（1）半衬砌结构①计算图式、基本结构及正则方程图中所示为正号方向，即水平分位移向外为正，转角与正弯矩方向相同时为正。采用力法计算时，将拱圈在拱顶处切开，取基本结构如图b所示。固端无铰拱为三次超静定，有三个多余未知力，即弯矩X1，轴向力X2和剪力X3。结构对称和荷载对称时X3＝0，变成二次超静定结构。按拱顶切开处的截面相对变位为零的条件，可建立如下正则方程式：a半衬砌的计算简图b半衬砌计算的基本结构半衬砌基本结构及约束（1）半衬砌结构①计算图式、基本结构及正则方程式中：—单位变位，即在基本结构上，因作用时，在方向上所产生的变位；

—荷载变位，即基本结构因外荷载作用，在方向的变位；

f—拱圈的矢高；

—拱脚截面的最终转角和水平位移。（6-6）（1）半衬砌结构②单位变位及荷载变位的计算由结构力学求变位的方法（轴向力与剪力影响忽略不计）知道：式中：—基本结构在作用下所产生的弯矩；

—基本结构在作用下所产生的弯矩；

—基本结构在外荷载作用下所产生的弯矩；EI—结构的刚度。（6-7）（1）半衬砌结构②单位变位及荷载变位的计算图6-21单位变位和荷载变位的计算简图在进行具体计算时，由于结构对称、荷载对称，只需计算半个拱圈。在很多情况下，衬砌厚度是改变的，给积分带来不便，这时可将拱圈分成偶数段，用抛物线近似积分法代替，式(6-7)可以改写为：（6-8）

（1）半衬砌结构②单位变位及荷载变位的计算利用式（6-8），参照图6-21容易求得下列变位：（1）半衬砌结构③拱脚位移计算1、单位力矩作用时单位力矩作用在拱脚围岩上时，拱脚截面绕中心点a转过一个角度，如图所示，拱脚截面仍保持为平面，其内（外）缘处围岩的最大应力和拱脚内（外）缘的最大沉陷为：图6-22拱脚位移计算图（1）半衬砌结构③拱脚位移计算2、单位水平力作用时单位水平力可以分解为轴向分力和切向分力，计算时只需考虑轴向分力的影响，如图所示。作用在围岩表面的均布应力和拱脚产生的均匀沉陷为：图6-23拱脚受力图（1）半衬砌结构③拱脚位移计算3、外荷载作用时在外荷载作用下，基本结构中拱脚点处产生弯矩和轴向力，如图所示，拱脚截面的转角和水平位移为：图6-24拱脚受力变形图（6-14）（1）半衬砌结构③拱脚位移计算4、拱脚位移拱脚的最终转角和水平位移可分别考虑和外荷载的影响，按叠加原理求得，可表示为：（6-15）（1）半衬砌结构④拱圈截面内力将式（6-15）代入正则方程（6-6）可得：（1）半衬砌结构④拱圈截面内力其中：（1）半衬砌结构④拱圈截面内力则任意截面处的内力为：（2）直墙拱结构一般由拱圈、竖直侧墙和底板组成计算时仅计算拱圈及直边墙拱圈按弹性无铰拱计算，拱脚支承在边墙上，边墙半弹性地基上的直梁计算，并考虑边墙与拱圈之间的相互影响。拱脚有水平位移、垂直位移和角位移，墙顶位移和拱