14-16第五章隧道结构设计

主讲：宋克志(工学博士、教授)

复习与回顾

隧道工程地质环境的相关概念

地下结构

支护结构

地层 围岩

围岩工程性质 围岩初始应力 围岩压力

围岩的工程性质

围岩分级 围岩稳定性 组成

围岩工程性质

岩体的变形特性 岩体的强度

岩体结构分类

研究围岩稳定性的意义

初始应力场

自重应力场 构造应力场 影响因素 围岩压力 围岩压力分类 围岩压力影响因素 围岩松动压力 明洞压力 围岩压力量测

围岩的稳定性

影响围岩稳定性的因素

围岩失稳破坏性态

围岩分级的概念 概述 工程目的 发展过程 围岩分级考虑的因素 用岩石强度或岩石的物性指标

围岩压力

隧道围岩分级

隧道围岩 分级方法

用岩体构造、岩性特征 与地质勘探手段相联系 以多种因素进行组合

现行的隧道 围岩分级

铁路隧道 公路隧道

第五章 隧道结构设计

本章内容

5-1 隧道结构设计基础 5-2 隧道结构设计原则

5-3 隧道结构计算模型 5-4 隧道结构的计算方法 5-5 隧道结构计算的数值模拟方法

第五章 隧道结构设计-1隧道结构设计基础

5-1 隧道结构设计基础

隧道结构体系 隧道开挖后的围岩变化 需要认识的主要问题 隧道信息化设计与施工

第五章 隧道结构设计-1隧道结构设计基础

隧道结构体系

围岩 隧道结构体系

承载的主体 辅助围岩承载 主要承载

隧道结构体系

支护结构

支护结构

围岩

第五章 隧道结构设计-1隧道结构设计基础

隧道结构体系的受力特点

（1）荷载的模糊性和不确定性 （2）围岩压力承载体系 围岩不仅是荷载，同时又是承载体 地层压力由围岩和支护结构共同承受 充分发挥围岩的自承载力

支护结构 围岩壁面

（3）设计参数受施工方法和施作时机的 影响很大

围岩抗力

（4）隧道与地上结构的区别－围岩抗力 的存在

第五章 隧道结构设计-1隧道结构设计基础

隧道开挖后的围岩变化

地层 隧道开挖 围岩应力重分布 围岩产生位移、松弛 初始应力场（一次） 围岩 围岩压力 第一阶段 第二阶段 第三阶段 第四阶段

松动压力

理论上不设支护

围岩长期稳定 位移不侵入限界

二次应力状态

围岩不稳定

力 学 过 程 与 时 间 及 施 工 有 关

设置初期支护 约束、控制围岩变形

围岩薄弱处局部破坏 隧道坍塌

自然塌落拱

改善围岩的应力状态

形变压力

三次应力状态

稳定后

稳定的洞室结构

第五章 隧道结构设计-1隧道结构设计基础

隧道开挖后的围岩变化

收敛 约束 收敛与约束 开挖后围岩向隧道内变形位移，使断面变小 设置支护控制围岩的变形位移

隧道开挖

隧道开挖 恰当的支护时机和支护刚度 围岩变形适度 支护结构承受最小的 围压压