复合式衬砌结构设计（ppt课件）.ppt

1、山岭隧道山岭隧道0 s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e r s I t y西南交通大学西南交通大学Southwest Jiaotong University山岭隧道山岭隧道课程课程第第 五五 章章支护结构设计支护结构设计 龚伦 制作山岭隧道山岭隧道1 荷载结构模式计算方法荷载结构模式计算方法 地层结构模式计算方法地层结构模式计算方法 复合式衬砌结构设计复合式衬砌结构设计 单层衬砌结构设计单层衬砌结构设计 TBM管片衬砌结构设计管片衬砌结构设计 衬砌结构耐久性设计概要衬砌结构耐久性设计概要主要内容主要内容山岭隧道山岭隧道2 概述 复合式衬砌的设

2、计 工程案例 主要内容主要内容山岭隧道山岭隧道3一一 概述概述山岭隧道山岭隧道4 复合衬砌复合衬砌是用锚喷支护作是用锚喷支护作初期支护初期支护，模筑混，模筑混凝土做凝土做二次衬砌二次衬砌的一种组合衬砌（二层间有或无的一种组合衬砌（二层间有或无防水层）。复合衬砌是以新奥法为基础进行设计防水层）。复合衬砌是以新奥法为基础进行设计和施工的一种新型支护结构，近几年在国内外的和施工的一种新型支护结构，近几年在国内外的地下工程中得到了普遍的采用。地下工程中得到了普遍的采用。研究和实践表明：复合衬砌研究和实践表明：复合衬砌理论先进、技术理论先进、技术合理合理，能，能充分发挥充分发挥围岩自承能力，围岩自承能力

3、，提高提高衬砌承载衬砌承载力，力，加快加快施工进度，施工进度，降低降低工程造价。工程造价。山岭隧道山岭隧道5l复合式衬砌受力变形的特点复合式衬砌受力变形的特点 外层为锚喷的复合式衬砌的真实外层为锚喷的复合式衬砌的真实受力状态受力状态：不仅与衬砌本身的不仅与衬砌本身的结构形式结构形式有关，而且与有关，而且与围岩特围岩特性性以及以及施工工序施工工序直接相关。直接相关。山岭隧道山岭隧道6l复合式衬砌受力变形的特点复合式衬砌受力变形的特点 在新奥法施工中，复合式衬砌的在新奥法施工中，复合式衬砌的施工步骤施工步骤一一般为：般为：断面断面开挖开挖好以后好以后及时及时喷混凝土，锚杆或钢拱喷混凝土，锚杆或钢拱

4、支架的一种或几种作为初期支架的一种或几种作为初期支护支护对围岩进行加固，对围岩进行加固，防止有害松动，维护围岩稳定，待初期支护的变防止有害松动，维护围岩稳定，待初期支护的变形形基本稳定后基本稳定后，再，再模筑模筑二次衬砌。二次衬砌。山岭隧道山岭隧道7l复合式衬砌受力变形的特点复合式衬砌受力变形的特点 初期支护初期支护是是主要受力结构主要受力结构；二次衬砌二次衬砌的作用将视围岩特性而异：的作用将视围岩特性而异：在在坚固坚固地层中，二次衬砌仅作为地层中，二次衬砌仅作为安全储备安全储备；在在软弱软弱围岩中，二次衬砌不再是一种单纯的安围岩中，二次衬砌不再是一种单纯的安全储备，也是全储备，也是受力结构受

5、力结构的一个组成部分。的一个组成部分。山岭隧道山岭隧道8l新奥法技术新奥法技术 新奥法新奥法(New Austrian Tunnelling Method)是是奥地利学者奥地利学者Rabcewiz教授等一大批学者和工程技教授等一大批学者和工程技术人员在长期工程经验的基础上创立于术人员在长期工程经验的基础上创立于50年代，年代，并于并于1962年正式命名的一种隧道工程方法。年正式命名的一种隧道工程方法。山岭隧道山岭隧道9l新奥法技术新奥法技术 它的创立，给隧道工程实践的科学化和技术它的创立，给隧道工程实践的科学化和技术经济的合理化带来了根本性变革，因其经济的合理化带来了根本性变革，因其工艺简单工

6、艺简单，结构可靠和造价低廉等特点而引起隧道工程界的结构可靠和造价低廉等特点而引起隧道工程界的重视，并已在世界各地的矿山、铁道、水工隧道、重视，并已在世界各地的矿山、铁道、水工隧道、军事工程洞库或其它地下建筑工程中推广应用。军事工程洞库或其它地下建筑工程中推广应用。山岭隧道山岭隧道10l新奥法技术新奥法技术 新奥法施工复合衬砌支护的新奥法施工复合衬砌支护的基本原理基本原理在于：在于：一是充分利用或发挥围岩的自承能力；一是充分利用或发挥围岩的自承能力；二是增强围岩的强度，均衡围岩应力的分布，并二是增强围岩的强度，均衡围岩应力的分布，并允许围岩有一定程度的变形，以减小对支护的围允许围岩有一定程度的变

7、形，以减小对支护的围岩压力；岩压力；三是利用现场的监测值进行反馈施工。三是利用现场的监测值进行反馈施工。山岭隧道山岭隧道11l新奥法技术新奥法技术 新奥法技术修筑隧道时支护体系中岩体是主新奥法技术修筑隧道时支护体系中岩体是主要承载单元，并允许岩体发生一定数量的变形。要承载单元，并允许岩体发生一定数量的变形。在岩体松弛前先向洞壁施作柔性薄层混凝土在岩体松弛前先向洞壁施作柔性薄层混凝土封闭岩层，必要时，用锚杆加固，以稳定围岩。封闭岩层，必要时，用锚杆加固，以稳定围岩。这一工序可重复一二次，有时还在喷层中增设网这一工序可重复一二次，有时还在喷层中增设网筋，围岩变形趋于稳定后，再作一层永久支护。筋，围

8、岩变形趋于稳定后，再作一层永久支护。山岭隧道山岭隧道12l复合式衬砌的国内外研究现状复合式衬砌的国内外研究现状 很多学者为了进一步明确各种支护形式的作很多学者为了进一步明确各种支护形式的作用机理，进行了大量的理论和试验研究。用机理，进行了大量的理论和试验研究。应用应用形状弹性应变能形状弹性应变能方法，对围岩的稳定，方法，对围岩的稳定，锚喷支护的设计及其合理施工等课题进行了较系锚喷支护的设计及其合理施工等课题进行了较系统的研究；统的研究；山岭隧道山岭隧道13l复合式衬砌的国内外研究现状复合式衬砌的国内外研究现状 利用利用室内模型试验室内模型试验，对双层衬砌内外层厚度，对双层衬砌内外层厚度不同时的

9、承载力、在软弱围岩中复合式衬砌结构不同时的承载力、在软弱围岩中复合式衬砌结构的破坏形态、复合式衬砌内外层不同时灌注时的的破坏形态、复合式衬砌内外层不同时灌注时的极限承载力与同厚度的单层衬砌承载力的比较等极限承载力与同厚度的单层衬砌承载力的比较等课题进行了研究；课题进行了研究；山岭隧道山岭隧道14l复合式衬砌的国内外研究现状复合式衬砌的国内外研究现状 利用利用弹塑性或粘弹塑性理论弹塑性或粘弹塑性理论对复合式衬砌整对复合式衬砌整个结构破坏时的极限承载力，围岩与支护的相互个结构破坏时的极限承载力，围岩与支护的相互作用以及防水层对衬砌承载能力的影响等进行了作用以及防水层对衬砌承载能力的影响等进行了分析

10、讨论。分析讨论。山岭隧道山岭隧道15l复合式衬砌需研究的问题复合式衬砌需研究的问题 隧洞围岩变形、应力分布、破坏区域随时间的隧洞围岩变形、应力分布、破坏区域随时间的变化规律变化规律；初期支护和二次衬砌初期支护和二次衬砌作用机理作用机理及其及其作用效果作用效果；复合式衬砌的复合式衬砌的设计计算方法设计计算方法；复合衬砌二次衬砌的复合衬砌二次衬砌的模筑时间模筑时间以及地层与以及地层与支护支护刚度的匹配刚度的匹配；围岩与支护的围岩与支护的相互作用关系相互作用关系等。等。山岭隧道山岭隧道16二二 复合式衬砌的设计复合式衬砌的设计 山岭隧道山岭隧道17l初期支护设计初期支护设计 初期支护一般指初期支护一

11、般指锚杆喷射混凝土支护锚杆喷射混凝土支护，必要时配合，必要时配合使用钢筋网和钢拱架。使用钢筋网和钢拱架。目前，国内一些锚喷支护设计规范都明确规定，锚目前，国内一些锚喷支护设计规范都明确规定，锚喷支护设计应采用喷支护设计应采用工程类比法工程类比法为主，必要时辅以为主，必要时辅以监控量监控量测法测法和和理论验算法理论验算法。山岭隧道山岭隧道18l初期支护设计初期支护设计 工程类比设计法工程类比设计法常有直接对比法和间接类比法常有直接对比法和间接类比法两种两种。直接对比法直接对比法一般是以围岩的岩体强度和岩体完整性、一般是以围岩的岩体强度和岩体完整性、地下水影响程度、洞室埋深、可能受到的地应力、工程

12、地下水影响程度、洞室埋深、可能受到的地应力、工程的形状与尺寸、施工的方法、施工的质量以及使用要求的形状与尺寸、施工的方法、施工的质量以及使用要求等方面因素，将设计的工程与上述条件基本相同的已建等方面因素，将设计的工程与上述条件基本相同的已建工程进行对比，由此确定锚喷支护的类型与参数工程进行对比，由此确定锚喷支护的类型与参数（一）工程类比设计的原则与方法（一）工程类比设计的原则与方法 山岭隧道山岭隧道19l初期支护设计初期支护设计 间接类比法间接类比法一般是根据现行锚喷支护技术规范，按一般是根据现行锚喷支护技术规范，按其围岩级别表及锚喷支护设计参数确定拟建工程的锚喷其围岩级别表及锚喷支护设计参数

13、确定拟建工程的锚喷支护类型与参数。支护类型与参数。（一）工程类比设计的原则与方法（一）工程类比设计的原则与方法 山岭隧道山岭隧道20l初期支护设计初期支护设计 遵循的原则：遵循的原则：(1)锚喷支护设计参数表的制定是基于国内大量锚喷工程的实践，它以工程实例为依据，并经过综合分析，主要按围岩级别与洞跨给出相应支护类型与参数。（一）工程类比设计的原则与方法（一）工程类比设计的原则与方法 山岭隧道山岭隧道21l初期支护设计初期支护设计 遵循的原则：遵循的原则：(2)根据不同的围岩压力特点，对拱、墙等不同部位采用不同支护参数。一般中等稳定以上的围岩，主要为局部失稳破坏而承受松散地压，支护参数的选定应贯

14、彻“拱是重点、拱墙有别”的原则；对不稳定的围岩，主要承受变形地压，所以拱墙宜采用相同的支护参数。（一）工程类比设计的原则与方法（一）工程类比设计的原则与方法 山岭隧道山岭隧道22l初期支护设计初期支护设计 遵循的原则：遵循的原则：(3)力求体现锚喷支护灵活性的特点及围岩局部破坏局部加固、整体加固与局部加强的等强度支护原则。对不同的岩体和不同的部位分别采用不同的支护类型与参数。现行规范锚喷支护参数表中，对同一级的围岩级别和洞跨，给出多种锚喷支护类型和参数，以便酌情选用。（一）工程类比设计的原则与方法（一）工程类比设计的原则与方法 山岭隧道山岭隧道23l初期支护设计初期支护设计 遵循的原则：遵循的

15、原则：(4)锚喷支护参数表中，考虑了各种设计方法的配合，虽然参数表中给出的支护参数是根据工程类比确定的，但要确定最终支护参数，有的还要借助于监控设计和理论设计。（一）工程类比设计的原则与方法（一）工程类比设计的原则与方法 山岭隧道山岭隧道24l初期支护设计初期支护设计（一）工程类比设计的原则与方法（一）工程类比设计的原则与方法 遵循的原则：遵循的原则：(5)考虑不同的工程对象，对重要工程宜采用支护参数表中的上限值，而一般工程宜采用下限值。(6)支护参数由锚喷支护设计参数表与规范中的有关条文共同确定。例如对不稳定围岩，要求锚杆有一定的密度，通常在条文中规定了锚杆的最大间距限。山岭隧道山岭隧道25

16、l初期支护设计初期支护设计 锚喷支护参数应当是广义的、既包括锚喷支护参数应当是广义的、既包括支护类型、支支护类型、支护参数护参数，又应包括，又应包括开挖方法开挖方法，仰拱施作时间仰拱施作时间和和最终支护最终支护时间时间等。等。不过不过我国我国目前的锚喷支护规范还没有达到这一水平，目前的锚喷支护规范还没有达到这一水平，只是规定了只是规定了最终支护的施作时间最终支护的施作时间。而在锚喷支护参数表。而在锚喷支护参数表中只给出了中只给出了锚喷支护类型与参数锚喷支护类型与参数。（二）锚喷支护的类型及参数表（二）锚喷支护的类型及参数表 山岭隧道山岭隧道26l初期支护设计初期支护设计 确定锚喷支护类型与参数

17、时，应当体现如下原则：确定锚喷支护类型与参数时，应当体现如下原则：(1)根据不同的围岩压力的特点，对拱墙采用相应的支护参数。(2)力求体现使用锚喷支护类型的灵活性及允许进行局部加固围岩的特点。对不同的岩体和围岩的不同部位采用不同的支护类型与参数。（二）锚喷支护的类型及参数表（二）锚喷支护的类型及参数表 山岭隧道山岭隧道27l初期支护设计初期支护设计 确定锚喷支护类型与参数时，应当体现如下原则：确定锚喷支护类型与参数时，应当体现如下原则：(3)锚喷支护参数表中给出的锚喷支护参数是根据工程类比确定的。但确定最终支护参数有的还要借助于监控设计与理论设计。(4)锚喷支护表中的锚喷参数，一般是根据本部门

18、以往修建工程的设计参数，经统计和分析研究后确定的。（二）锚喷支护的类型及参数表（二）锚喷支护的类型及参数表 山岭隧道山岭隧道28l二次衬砌设计二次衬砌设计 二次衬砌的作用因不同的围岩级别而异：二次衬砌的作用因不同的围岩级别而异：1）对于）对于I级稳定硬质围岩，因围岩和初期支护的变级稳定硬质围岩，因围岩和初期支护的变形很小，且很快趋于稳定，故二次衬砌不承受围岩压力，形很小，且很快趋于稳定，故二次衬砌不承受围岩压力，其主要作用是防水、利于通风和修饰面层；其主要作用是防水、利于通风和修饰面层；（一）二次衬砌的主要作用（一）二次衬砌的主要作用 山岭隧道山岭隧道29l二次衬砌设计二次衬砌设计 二次衬砌的

19、作用因不同的围岩级别而异：二次衬砌的作用因不同的围岩级别而异：2）对于）对于II级基本稳定的硬质围岩，虽然围岩和初期级基本稳定的硬质围岩，虽然围岩和初期支护变形小，二次衬砌承受不大的围岩压力，但考虑洞支护变形小，二次衬砌承受不大的围岩压力，但考虑洞室运营后锚杆钢筋锈蚀、围岩松弛区逐渐压密，初期支室运营后锚杆钢筋锈蚀、围岩松弛区逐渐压密，初期支护质量不稳定等原因，故施作二次衬砌以提高支护衬砌护质量不稳定等原因，故施作二次衬砌以提高支护衬砌的安全度；的安全度；（一）二次衬砌的主要作用（一）二次衬砌的主要作用 山岭隧道山岭隧道30l二次衬砌设计二次衬砌设计 二次衬砌的作用因不同的围岩级别而异：二次衬

20、砌的作用因不同的围岩级别而异：3）对于）对于IIIV级围岩，由于岩体流变、膨胀压力、级围岩，由于岩体流变、膨胀压力、地下水等作用，或由于浅埋、偏压及施工等原因，围岩地下水等作用，或由于浅埋、偏压及施工等原因，围岩变形未趋于基本稳定而提前施作二次衬砌，此时，二次变形未趋于基本稳定而提前施作二次衬砌，此时，二次衬砌主要承受较大的后期围岩形变压力。衬砌主要承受较大的后期围岩形变压力。（一）二次衬砌的主要作用（一）二次衬砌的主要作用 山岭隧道山岭隧道31l二次衬砌设计二次衬砌设计 1）基本要求：基本要求：(1)初期支护与二次衬砌之间的密贴程度，对复合式初期支护与二次衬砌之间的密贴程度，对复合式衬砌受力

21、状态会产生影响。衬砌受力状态会产生影响。(2)支护与衬砌两层紧密粘结在一起时，两层间能传支护与衬砌两层紧密粘结在一起时，两层间能传递径向力和切向力，可按整体结构验算。两层间设有防递径向力和切向力，可按整体结构验算。两层间设有防水层时，按组合结构验算，只传递径向荷载。水层时，按组合结构验算，只传递径向荷载。（二）二次衬砌结构的设计（二）二次衬砌结构的设计 山岭隧道山岭隧道32l二次衬砌设计二次衬砌设计 1）基本要求：基本要求：(3)为防止洞内漏水，设计时应对二次衬砌的变形予为防止洞内漏水，设计时应对二次衬砌的变形予以控制。以控制。(4)支护与衬砌间空隙部分应回填密实。支护与衬砌间空隙部分应回填密

22、实。（二）二次衬砌结构的设计（二）二次衬砌结构的设计 山岭隧道山岭隧道33l二次衬砌设计二次衬砌设计 2）二次衬砌的计算二次衬砌的计算：复合式衬砌分层施作，应考虑时间效应，可考虑按复合式衬砌分层施作，应考虑时间效应，可考虑按粘弹塑性有限元法进行计算；也可运用弹塑性理论或特粘弹塑性有限元法进行计算；也可运用弹塑性理论或特征曲线法近似计算复合式衬砌；也可参考我国复合式衬征曲线法近似计算复合式衬砌；也可参考我国复合式衬砌围岩压力现场量侧数据和模型试验结果及国内外有关砌围岩压力现场量侧数据和模型试验结果及国内外有关资料，对资料，对IV级围岩，以级围岩，以30%50%的围岩压力作为二次的围岩压力作为二次

23、衬砌的外荷载。按荷载衬砌的外荷载。按荷载结构模型进行计算。结构模型进行计算。（二）二次衬砌结构的设计（二）二次衬砌结构的设计 山岭隧道山岭隧道34l二次衬砌设计二次衬砌设计 2）二次衬砌的计算二次衬砌的计算：由于对二次衬砌的受力机理研究认识不够深入，加由于对二次衬砌的受力机理研究认识不够深入，加之围岩的地质条件千变万化，实施二次衬砌精确的计算之围岩的地质条件千变万化，实施二次衬砌精确的计算是困难的，应提倡运用简便而实用的计算方法。对于地是困难的，应提倡运用简便而实用的计算方法。对于地质条件复杂的软弱围岩，应将上述几种方法的二次衬砌质条件复杂的软弱围岩，应将上述几种方法的二次衬砌计算结果进行比较

24、，确定一种合理简便的计算方法。计算结果进行比较，确定一种合理简便的计算方法。（二）二次衬砌结构的设计（二）二次衬砌结构的设计 山岭隧道山岭隧道35l二次衬砌设计二次衬砌设计 3）二次衬砌施作时间的确定二次衬砌施作时间的确定：二次衬砌一般采用模筑混凝土，应在围岩和初期支二次衬砌一般采用模筑混凝土，应在围岩和初期支护变形基本稳定后方可施作，并应具备下述条件：护变形基本稳定后方可施作，并应具备下述条件：(1)洞室周边位移速率有明显减缓趋势。洞室周边位移速率有明显减缓趋势。(2)在拱脚以上在拱脚以上1m和边墙中部附近的位移速度小于和边墙中部附近的位移速度小于0.10.2mm/d，或拱顶下沉速度小于，或

25、拱顶下沉速度小于0.070.15mm/d。(3)初期支护表面裂缝不再继续发展。初期支护表面裂缝不再继续发展。（二）二次衬砌结构的设计（二）二次衬砌结构的设计 山岭隧道山岭隧道36l二次衬砌设计二次衬砌设计 3）二次衬砌施作时间的确定二次衬砌施作时间的确定：(4)施作二次衬砌前的位移值，应达到总位移值的施作二次衬砌前的位移值，应达到总位移值的80%90%。(5)当采取一定措施仍难以符合上列条件时，可提前当采取一定措施仍难以符合上列条件时，可提前施作二次衬砌，且应予加强。当洞室较短且围岩自稳性施作二次衬砌，且应予加强。当洞室较短且围岩自稳性能较好时，为减少各工序间的干扰，可在整个洞室贯通能较好时，

26、为减少各工序间的干扰，可在整个洞室贯通后再作二次衬砌。后再作二次衬砌。（二）二次衬砌结构的设计（二）二次衬砌结构的设计 山岭隧道山岭隧道37l二次衬砌设计二次衬砌设计 4）加强二次衬砌的措施加强二次衬砌的措施：当围岩和初期支护尚未基本稳定而提前施作的二次当围岩和初期支护尚未基本稳定而提前施作的二次衬砌，或在浅埋、偏压、膨胀性围岩和不良地质地段施衬砌，或在浅埋、偏压、膨胀性围岩和不良地质地段施作二次衬砌，均要承受较大的围岩压力，故要求采取如作二次衬砌，均要承受较大的围岩压力，故要求采取如下措施加强二次衬砌：下措施加强二次衬砌：（二）二次衬砌结构的设计（二）二次衬砌结构的设计 山岭隧道山岭隧道38

27、l二次衬砌设计二次衬砌设计 4）加强二次衬砌的措施加强二次衬砌的措施：(1)改变衬砌形状，以适应外荷情况，减少衬砌弯矩，改变衬砌形状，以适应外荷情况，减少衬砌弯矩，使衬砌断面基本受压。使衬砌断面基本受压。(2)提高混凝土标号，或采用钢筋混凝土、钢纤维混提高混凝土标号，或采用钢筋混凝土、钢纤维混凝土等能提高抗弯曲强度的材料。凝土等能提高抗弯曲强度的材料。（二）二次衬砌结构的设计（二）二次衬砌结构的设计 山岭隧道山岭隧道39l二次衬砌设计二次衬砌设计 4）加强二次衬砌的措施加强二次衬砌的措施：(3)修建仰拱使衬砌形成封闭结构，以提高结构的整修建仰拱使衬砌形成封闭结构，以提高结构的整体刚度，减少围岩

28、变形。体刚度，减少围岩变形。(4)采用超前支护，注浆加固地层等措施，以增加岩采用超前支护，注浆加固地层等措施，以增加岩体强度，提高围岩整体稳定性。体强度，提高围岩整体稳定性。（二）二次衬砌结构的设计（二）二次衬砌结构的设计 山岭隧道山岭隧道40l复合式衬砌防水层的设计复合式衬砌防水层的设计 地下洞室应根据要求采取防水措施。当有地下水时，地下洞室应根据要求采取防水措施。当有地下水时，初期支护和二次衬砌之间可设置塑料板防水层或采用喷初期支护和二次衬砌之间可设置塑料板防水层或采用喷涂防水层，并可采用防水混凝土衬砌。涂防水层，并可采用防水混凝土衬砌。1）塑料板防水层；）塑料板防水层；2）喷涂防水层；）

29、喷涂防水层；3）防水混凝土。）防水混凝土。山岭隧道山岭隧道41三三 工程案例工程案例 山岭隧道山岭隧道42l工程概况工程概况 深溪沟电站运碴隧道进口段地形陡峻，地势险要，深溪沟电站运碴隧道进口段地形陡峻，地势险要，洞口部位地形自然坡度洞口部位地形自然坡度5560。运碴隧道共有。运碴隧道共有A、B两个线路方案，两个线路方案，A方案下穿铁路段，上覆地层主要为弱方案下穿铁路段，上覆地层主要为弱风化白云质灰岩，而风化白云质灰岩，而B方案下穿段第四系覆盖层较厚，方案下穿段第四系覆盖层较厚，两方案比较，因两方案比较，因A方案地质条件相对较好，对控制沉降方案地质条件相对较好，对控制沉降有利。有利。山岭隧道山

30、岭隧道43l工程概况工程概况 运碴隧道地形图运碴隧道地形图 运碴隧道进口地层图运碴隧道进口地层图 山岭隧道山岭隧道44l工程概况工程概况 公路隧洞穿越长河坝火车站铁路时上覆岩体约有公路隧洞穿越长河坝火车站铁路时上覆岩体约有12.7m厚，从现场地质测绘和钻孔资料分析，该段岩体厚，从现场地质测绘和钻孔资料分析，该段岩体中节理裂隙较发育，特别是岩体受层面裂隙和陡倾角裂中节理裂隙较发育，特别是岩体受层面裂隙和陡倾角裂隙相互切割，对隧洞顶拱及边墙的围岩稳定影响较大，隙相互切割，对隧洞顶拱及边墙的围岩稳定影响较大，围岩级别为围岩级别为、级。级。山岭隧道山岭隧道45l计算说明计算说明 复合式衬砌类型与尺寸系

31、根据围岩级别、地形、地复合式衬砌类型与尺寸系根据围岩级别、地形、地质条件，以工程类比为主拟定的。结构计算，根据共同质条件，以工程类比为主拟定的。结构计算，根据共同变形理论，按地层变形理论，按地层-结构模式进行计算。结构模式进行计算。（一）计算原则（一）计算原则 山岭隧道山岭隧道46l计算说明计算说明 采用大型有限元软件采用大型有限元软件ANSYS进行计算。二维地进行计算。二维地层层结构模式的计算范围左右取结构模式的计算范围左右取80m，底部取，底部取60m，顶，顶部取至地表面，计算中，锚杆采用杆单元，初期支护采部取至地表面，计算中，锚杆采用杆单元，初期支护采用弹性梁单元，地层采用弹塑性等参单元

32、，左右水平约用弹性梁单元，地层采用弹塑性等参单元，左右水平约束，底部竖向约束，顶面自由。束，底部竖向约束，顶面自由。（二）计算模式及说明（二）计算模式及说明 山岭隧道山岭隧道47l计算说明计算说明 由于缺乏地应力量测资料，且埋深较浅，可取自重由于缺乏地应力量测资料，且埋深较浅，可取自重应力场作为初始应力场，可由有限元模型求得。应力场作为初始应力场，可由有限元模型求得。（三）初始应力场及开挖模拟（三）初始应力场及开挖模拟 山岭隧道山岭隧道48l计算说明计算说明 围岩物理力学参数围岩物理力学参数:建筑材料物理力学参数建筑材料物理力学参数 （四）各级围岩和建筑材料的物理力学指标（四）各级围岩和建筑材

33、料的物理力学指标 围岩围岩级别级别容重容重(kN/m3）弹性抗力系数弹性抗力系数（Mpa/m）弹模弹模（Gpa）泊松比泊松比内摩擦角内摩擦角（度）（度）粘聚力粘聚力（Mpa）IV263001.00.35270.3V251500.150.4200.1加固圈加固圈251500.50.37250.2项目项目弹模（弹模（Gpa）容重（容重（kN/m3）备注备注C20喷砼喷砼2323.5C25钢筋砼钢筋砼29.525钢筋钢筋21078山岭隧道山岭隧道49l计算说明计算说明 由设计图，下穿铁路段的拱墙初期支护采用锚喷加由设计图，下穿铁路段的拱墙初期支护采用锚喷加型钢支护，型钢支护，C20喷射混凝土厚喷射混

34、凝土厚25cm，22锚杆长锚杆长3.5m；二次衬砌拱部、边墙、仰拱全部采用二次衬砌拱部、边墙、仰拱全部采用C25钢筋混凝土，钢筋混凝土，拱墙厚拱墙厚80cm，仰拱厚，仰拱厚50cm。（五）支护参数（五）支护参数 山岭隧道山岭隧道50l计算说明计算说明 由于隧道下穿铁路，考虑火车停靠和经过的影响，由于隧道下穿铁路，考虑火车停靠和经过的影响，加上了列车荷载，列车荷载按加上了列车荷载，列车荷载按“中活载中活载”计算：计算：其中，其中，qh为载轨底以下深度为载轨底以下深度h处，列车活载的竖向处，列车活载的竖向压力强度，压力强度，h计为轨底到道碴底面计为计为轨底到道碴底面计为0.75m。同时，。同时，考

35、虑冲击系数（考虑冲击系数（1u）。）。（六）荷载计算（六）荷载计算 1652.5hqh山岭隧道山岭隧道51l计算分析计算分析 （一）全断面法分析（一）全断面法分析 1）计算模型）计算模型山岭隧道山岭隧道52l计算分析计算分析 （一）全断面法分析（一）全断面法分析 2）施工阶段初期支护内力图）施工阶段初期支护内力图 全断面开挖后初期支护弯矩图全断面开挖后初期支护弯矩图(kN.m(kN.m)全断面开挖后初期支护轴力图全断面开挖后初期支护轴力图(kN(kN)山岭隧道山岭隧道53l计算分析计算分析 （一）全断面法分析（一）全断面法分析 3）二次衬砌内力图）二次衬砌内力图 全断面开挖后二衬支护弯矩图全断

36、面开挖后二衬支护弯矩图(kN(kNm m)全断面开挖后二衬支护支护轴力图全断面开挖后二衬支护支护轴力图(kN(kN)山岭隧道山岭隧道54l计算分析计算分析 （一）全断面法分析（一）全断面法分析 4）结构内力检算）结构内力检算 位置位置混凝土标号混凝土标号弯矩弯矩（kNkNm m）轴力轴力（kNkN）计算配筋量计算配筋量（cmcm2 2）实际配筋量实际配筋量（cmcm2 2）安全安全系数系数初支拱顶初支拱顶C20C20-8.03-8.03-707.47-707.47/17.3617.365.05.0初支边墙初支边墙C20C207.47.4-633.96-633.96/17.3617.365.55

37、.5二衬拱圈二衬拱圈C25C25-47.64-47.64-295.05-295.05/钢筋砼钢筋砼33.133.1二衬边墙二衬边墙C25C25-132.72-132.72-365.14-365.14/钢筋砼钢筋砼4.24.2二衬仰拱二衬仰拱C25C2521.2821.28-154.86-154.86/钢筋砼钢筋砼67.167.1初期支护及二衬截面控制点结构检算初期支护及二衬截面控制点结构检算 山岭隧道山岭隧道55l计算分析计算分析 （一）全断面法分析（一）全断面法分析 5）结构内力分析）结构内力分析 a、全断面法开挖后初期支护最大正弯矩是左右墙、全断面法开挖后初期支护最大正弯矩是左右墙脚位置，

38、数值为脚位置，数值为7.40kNm，最大负弯矩出现在左右拱，最大负弯矩出现在左右拱脚处，其值为脚处，其值为-8.03kNm，与弯矩相对应位置的轴力分，与弯矩相对应位置的轴力分别是别是-376.66kN和和-707.47kN；山岭隧道山岭隧道56l计算分析计算分析 （一）全断面法分析（一）全断面法分析 5）结构内力分析）结构内力分析 b、二次衬砌最大正弯矩在拱顶位置，其数值、二次衬砌最大正弯矩在拱顶位置，其数值为为47.64kNm，最大负弯矩出现在左右墙脚，其值，最大负弯矩出现在左右墙脚，其值为为-189.60kNm，与弯矩相对应位置的轴力分别是，与弯矩相对应位置的轴力分别是-189.90kN和

39、和-365.14kN。经检算，全断面开挖的初期支护及二次衬砌的经检算，全断面开挖的初期支护及二次衬砌的结构都能满足要求。结构都能满足要求。山岭隧道山岭隧道57l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 1）计算模型）计算模型山岭隧道山岭隧道58l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 2）各施工阶段初期支护内力图）各施工阶段初期支护内力图 左上台阶开挖后初期支护弯矩图左上台阶开挖后初期支护弯矩图(kN(kNm m)左上台阶开挖后初期支护轴力图左上台阶开挖后初期支护轴力图(kN(kN)山岭隧道山岭隧道59l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 2）

40、各施工阶段初期支护内力图）各施工阶段初期支护内力图 左下台阶开挖后初期支护弯矩图左下台阶开挖后初期支护弯矩图(kN(kNm m)左下台阶开挖后初期支护轴力图左下台阶开挖后初期支护轴力图(kN(kN)山岭隧道山岭隧道60l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 2）各施工阶段初期支护内力图）各施工阶段初期支护内力图 右上台阶开挖后初期支护弯矩图右上台阶开挖后初期支护弯矩图(kN(kNm m)右上台阶开挖后初期支护轴力图右上台阶开挖后初期支护轴力图(kN(kN)山岭隧道山岭隧道61l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 2）各施工阶段初期支护内力图）各施工阶段初期

41、支护内力图 右下台阶开挖后初期支护弯矩图右下台阶开挖后初期支护弯矩图(kN(kNm m)右下台阶开挖后初期支护轴力图右下台阶开挖后初期支护轴力图(kN(kN)山岭隧道山岭隧道62l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 2）各施工阶段初期支护内力图）各施工阶段初期支护内力图 中上台阶开挖后初期支护弯矩图中上台阶开挖后初期支护弯矩图(kN(kNm m)中上台阶开挖后初期支护轴力图中上台阶开挖后初期支护轴力图(kN(kN)山岭隧道山岭隧道63l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 2）各施工阶段初期支护内力图）各施工阶段初期支护内力图 中中台阶开挖后初期支护弯矩图

42、中中台阶开挖后初期支护弯矩图(kN(kNm m)中中台阶开挖后初期支护轴力图中中台阶开挖后初期支护轴力图(kN(kN)山岭隧道山岭隧道64l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 2）各施工阶段初期支护内力图）各施工阶段初期支护内力图 中下台阶开挖后初期支护弯矩图中下台阶开挖后初期支护弯矩图(kN(kNm m)中下台阶开挖后初期支护轴力图中下台阶开挖后初期支护轴力图(kN(kN)山岭隧道山岭隧道65l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 2）各施工阶段初期支护内力图）各施工阶段初期支护内力图 二次衬砌施工后初期支护弯矩图二次衬砌施工后初期支护弯矩图(kN(kN

43、m m)二次衬砌施工后初期支护轴力图二次衬砌施工后初期支护轴力图(kN(kN)山岭隧道山岭隧道66l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 3）二次衬砌内力图）二次衬砌内力图 二次衬砌施工后二衬弯矩图二次衬砌施工后二衬弯矩图(kN(kNm m)二次衬砌施工后二衬轴力图二次衬砌施工后二衬轴力图(kN(kN)山岭隧道山岭隧道67l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 4）各施工阶段结构内力检算）各施工阶段结构内力检算 各施工阶段初期支护及二衬控制点结构检算各施工阶段初期支护及二衬控制点结构检算施工阶段施工阶段混凝土标号混凝土标号弯矩（弯矩（kNm）轴力（轴力（kN

44、）计算钢架面积（计算钢架面积（cm2）实际钢架面积（实际钢架面积（cm2）安全系数安全系数左上施工初支左上施工初支C2017.205244.077-17.364.1左下施工初支左下施工初支C2025.211-213.0992.5017.361.8右上施工初支右上施工初支C2028.548251.2752.5017.361.6右下施工初支右下施工初支C2040.308362.2522.5017.361.2中上施工初支中上施工初支C2050.784648.5462.5017.361.2中中施工初支中中施工初支C2064.41333.82810.1217.360.6中下施工初支中下施工初支C2040

45、.7111192-17.362.6二衬施工初支二衬施工初支C2035.9491171-17.362.7二衬墙脚二衬墙脚C25206.238388.913-钢筋砼钢筋砼2.3二衬拱腰二衬拱腰C2544.274254.431-钢筋砼钢筋砼34.3二衬拱脚二衬拱脚C2567.064299.259-钢筋砼钢筋砼13.1山岭隧道山岭隧道68l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 5）结构内力分析）结构内力分析 采用侧壁导坑法进行施工时，各工序结构受力采用侧壁导坑法进行施工时，各工序结构受力分析如下：分析如下：a、左上台阶开挖后初期支护最大弯矩在左拱脚、左上台阶开挖后初期支护最大弯矩在左

46、拱脚向上向上1/6拱位置，数值为拱位置，数值为17.21kNm，与弯矩相对应，与弯矩相对应位置的轴力为位置的轴力为-207.77kN；山岭隧道山岭隧道69l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 5）结构内力分析）结构内力分析 b、左下台阶开挖后初期支护最大正弯矩发生、左下台阶开挖后初期支护最大正弯矩发生在左拱脚向上在左拱脚向上1/6拱位置拱位置,其值为其值为25.211kNm，最大，最大负弯矩在左拱脚与临时仰拱相交处负弯矩在左拱脚与临时仰拱相交处,数值为数值为-2.36kNm，与弯矩相对应位置的轴力分别为，与弯矩相对应位置的轴力分别为-255.96kN和和-41.66kN；山

47、岭隧道山岭隧道70l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 5）结构内力分析）结构内力分析 c、右上台阶开挖后初期支护最大正弯矩发生在、右上台阶开挖后初期支护最大正弯矩发生在左右拱脚向上左右拱脚向上1/6拱位置拱位置,其值为其值为28.55kNm，最大负，最大负弯矩在右拱脚与临时仰拱相交处弯矩在右拱脚与临时仰拱相交处,数值为数值为-1.69kNm，与弯矩相对应位置的轴力分别为与弯矩相对应位置的轴力分别为-301.87kN(左侧左侧)、-251.57kN(右侧右侧)和和-402.52kN；山岭隧道山岭隧道71l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 5）结构内力分

48、析）结构内力分析 d、右下台阶开挖后初期支护最大正弯矩发生、右下台阶开挖后初期支护最大正弯矩发生在左右拱脚向上在左右拱脚向上1/6拱位置拱位置,其值为其值为40.31kNm，与弯，与弯矩相对应位置的轴力为矩相对应位置的轴力为258.75kN；e、中上台阶开挖后初期支护最大正弯矩发生在、中上台阶开挖后初期支护最大正弯矩发生在右拱脚向上右拱脚向上1/6拱位置拱位置,其值为其值为38.00kNm，与弯矩相，与弯矩相对应位置的轴力为对应位置的轴力为-1080kN；山岭隧道山岭隧道72l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 5）结构内力分析）结构内力分析 f、中中台阶开挖后初期支护最大

49、正弯矩发生在、中中台阶开挖后初期支护最大正弯矩发生在右拱脚向上右拱脚向上1/6拱位置拱位置,其值为其值为42.49kNm，与弯矩相，与弯矩相对应位置的轴力为对应位置的轴力为-1128kN；山岭隧道山岭隧道73l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 5）结构内力分析）结构内力分析 g、中下台阶开挖后初期支护最大正弯矩发生在、中下台阶开挖后初期支护最大正弯矩发生在右拱脚向上右拱脚向上1/6拱及左右拱脚位置拱及左右拱脚位置,其值为其值为40.71kNm，与弯矩相对应位置的轴力为与弯矩相对应位置的轴力为-1037kN,最大负弯矩出最大负弯矩出现在左拱脚向上现在左拱脚向上1/6处，其值

50、为处，其值为-7.77kNm，与弯矩，与弯矩相对应位置的轴力为相对应位置的轴力为-1347kN；山岭隧道山岭隧道74l计算分析计算分析 （二）双侧壁导坑法（二）双侧壁导坑法 5）结构内力分析）结构内力分析 h、二次衬砌施作后初期支护最大正弯矩在左、二次衬砌施作后初期支护最大正弯矩在左拱腰、右拱脚向上拱腰、右拱脚向上1/6拱处、左拱脚处，数值为拱处、左拱脚处，数值为35.95kNm，最大负弯矩出现在左拱脚向上，最大负弯矩出现在左拱脚向上1/6处，处，其值为其值为-11.63kNm，与弯矩相对应位置的轴力分别，与弯矩相对应位置的轴力分别是是-981.06kN、-1266kN、-1171kN和和-1