隧道与地下空间力学分析与监测技术2

《隧道与地下空间力学分析与监测技术2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《隧道与地下空间力学分析与监测技术2（117页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、隧道与地下空间间力学分析与监测监测 技 术术 主要内容主要内容 4 4 隧道支护结构的计算隧道支护结构的计算 1 隧道开挖的力学行为 2 2 隧道围岩压力分析隧道围岩压力分析 3 隧道开挖监控量测技术 隧道概述隧道概述 1 隧道施工过程的力学分析隧道施工过程的力学分析 2 新奥法的基本概念新奥法的基本概念 3 第一部分第一部分 一 新奥法的基本概念与原理 是一种修建在地下的工程建筑物 修建在地下 两端有出入口 供车辆 行人 水流及管线等通过的通道 在保留上部地层的前提下 开挖出能够提供某种用途的地下空间 1 1 隧道概述 新奥法的基本概念与原理 1 1 隧道概述 隧道概述隧道概述 1 隧道施工

2、过程的力学分析隧道施工过程的力学分析 2 新奥法的基本概念新奥法的基本概念 3 第一部分第一部分 1 2 1 新奥法的由来与产生的历史背景 新奥法的全称是新奥地利隧道工程方法 即New Austrian Tunneling Method 缩写为 NATM 1 2 新奥法的基本概念 1 新奥法的由来 1 新奥法的基本概念与原理 1 2 新奥法的基本概念 1 2 1 新奥法的由来与产生的历史背景 2 产生的背景 u 1 锚杆支护在20世纪初出现 u 2 喷射混凝土机在1940年代末研制成功 u 3 岩石力学的理论发展为新奥法提供了科学 依据 1 新奥法的基本概念与原理 1 2 新奥法的基本概念 1

3、 2 2 新奥法的基本概念 1 新奥法 用薄层支护手段来保持围岩强度 控制围岩 变形 以发挥围岩的自承载能力 并通过施工监 控量测来指导隧道工程的设计与施工 1 新奥法的基本概念与原理 1 2 新奥法的基本概念 1 2 2 新奥法的基本概念 2 新奥法的三大要素 u 控制爆破 u 喷锚支护 u 监控量测 3 三项作业 u 开挖 u 初次支护 u 二次支护 1 新奥法的基本概念与原理 1 2 新奥法的基本概念 1 2 3 新奥法原理的要点 u 1 承载体系 支护结构 围岩 u 2 少扰动围岩 u 3 即允许又限制围岩的变形 u 4 复合式衬砌 初期支护和二次衬砌 u 5 初期支护应尽量做成柔性的

4、 u 6 要尽可能使结构做得园顺 u 7 进行有效的监控量测 u 8 通过 排堵措施 解决衬砌渗水 1 新奥法的基本概念与原理 隧道概述隧道概述 1 隧道施工过程的力学分析隧道施工过程的力学分析 2 新奥法的基本概念新奥法的基本概念 3 第一部分第一部分 1 3 隧道施工过程的力学分析 1 新奥法的基本概念与原理 一切措施都围绕围岩稳定为目的 支护与围岩视作统一的复合体 共同作用 复合体中围岩是承载主体 最大限度的发挥围岩 的自承能力 同时也要发挥支护结构的承载能力 注重现场试验和监控量测 1 3 1 现代支护理论 1 3 隧道施工过程的力学分析 1 新奥法的基本概念与原理 1 3 2 围岩

5、支护平衡曲线 概念概念 1 围岩松动压力的形成和确定方法围岩松动压力的形成和确定方法 2 围岩压力的分类围岩压力的分类 3 第二部分第二部分隧道围岩压力分析隧道围岩压力分析 2 围 岩 压 力 2 1 岩体初始应力状态 自重应力 构造应力 地下水压力 温度应力 原岩 毛洞稳定洞室 开挖支护 一 围岩压力及其分类 一 围岩压力 围岩压力地层对洞室的作用力 广义 包括有 无支护时的压力 狭义 仅指对支护的压力 二 围岩压力分类 1 松动压力 围岩变形过大 发生松动而形成的压力 2 形变压力 围岩变形在有限范围内而形成的压力 这是最重要的两种压力形态 问题 1 这两种压力性质上有何不同 2 压力的性

6、质与围岩稳定性有何关系 3 膨胀压力 膨胀性岩层 4 冲击压力 明洞 落石 暗洞 坍方 岩爆 3 2 影响围岩压力的因素 地质因素 1 岩体初始应力状态 2 岩石力学性质 3 岩体结构面 4 地下水等 工程因素 1 施工方法 2 支护设置时间 3 支护本身刚度 4 隧道断面形状等 1 围岩松动压力的形成 自然拱的概念 围岩的变形不能得到有效的控制 当变 形超过一定限度后 围岩发生松动 坍落 最终在洞室上方 形成拱形 a 变形阶段 b 松动阶段 c 塌落阶段 d 成拱阶段 3 3 围岩松动压力的形成和确定方法 自然拱 影响自然拱的因素 隧道埋深 成拱的必要条件 隧道断面形状和大小 拱的范围 施工

7、因素 对围岩的扰动程度 2 围岩压力的确定方法 直接量测法 理论估算法 统计法 经验法 工程类比法 1 深埋隧道围岩松动压力的确定方法 1 统计法 我国 隧规 所推荐的方法 式中 围岩容重 hq 坍落拱高度 s 围岩级别 w 宽度影响系数 由 w 1 i B 5 计算 B 坑道宽度 当 B 5m时 取 i 0 2 当 B 5m时 取i 0 1 围岩水平均布压力 围岩级别 水平均布压力0 0 15q 0 15 0 3 q 0 3 0 5 q 0 5 1 0 q 统计法公式的适用条件 H B 1 7 H为坑道的高度 深埋隧道 不产生显著偏压力及膨胀力的一般围岩 采用矿山法施工 据统计 围岩垂直松动

8、压力的分布可概括为4种 如 图 围岩竖向松动压力的分布图形 统计法公式仅针对图中第一种情况 2 普氏理论 散粒体理论 岩体被节理 裂隙所切割 视为 散粒体 普氏系数f 岩体坚固性系数 岩体坚固性系数 f 的概念 f 是一个以岩体强度为主的指标 兼顾抗钻性 抗爆 性 地下水等性质 前述自然拱概念最早由普氏 提出 自然拱的两种形态 坚硬岩体 松散破碎岩体 式中 为隧道净跨度的一半 为隧道净高度 一般来说 普氏理论比较适用于松散 破碎的围岩中 3 泰沙基理论 理论 散粒体理论 假定 破裂面为折线 OAB 方法 研究微分条带dh的平衡 步骤 1 V 0 建立微分方程 2 边界条件 3 解微分方程 得

9、4 讨论 当埋深h 达到一定程度时 为恒值 取侧压力系数k 1 则有 与普氏法对照 能发现什么 2 浅埋隧道围岩松动压力的确定方法 深 浅埋隧道的判定原则 Hp 2 2 5 hq I一III级围岩取 Hp 2hq IV VI级围岩取 Hp 2 5hq H Hp时为深埋 H Hp时为浅埋 H 为覆盖层厚度 2 浅埋隧道围岩松动压力的确定方法 土柱法 要点 忽略滑动面上的阻力 适于 埋深 H hq 垂直压力 q H 水平压力按朗金公式 e H 1 2 Ht tg2 450 2 Ht 为隧道净高 一院法 重点 当H hq 时 应该考虑滑动面上的阻力 分析下图 第三部分第三部分 监控量测项目与方法监控

10、量测项目与方法 隧道开挖过程的监控技术隧道开挖过程的监控技术 监控量测是指在隧道施工过程中 对围岩 地表 支 护结构的变形和稳定状态 以及周边环境动态进行的经常性 观察和量测工作 以了解和掌握围岩稳定状态及支护结构体系可靠程度 确保隧道施工安全和结构的长期稳定性 为隧道施工中变更 围岩级别 调整初期支护和二次衬砌的参数 指导施工顺 序 修正及优化设计提供依据 是实现信息化设计与施工不 可缺少的一道工序 监控量测的概念 1 隧道施工量测项测项 目 包括必测项 目和选测项 目 应根据隧道工 程地质条件 围岩类别 围岩应力分布情 况 隧道跨度 埋深 工程性质 支护类 型等因素确定 3 3 隧道施工监

11、控量测技术隧道施工监控量测技术 序号项目常用测量仪器备注 1洞内 外观察现场观测 数码相机 罗盘仪 2拱顶下沉水准仪 钢挂尺或全站仪 3净空变化收敛计 全站仪 4地表沉降 水准仪 铟钢尺或全站仪 监控量测必测项目 必测项目是施工的经常性量测项目 这类量测 项目通常测试方法简单 费用少 可靠性高 对监视围岩稳定 指导设计和施工却具有重要 的作用 3 3 隧道施工监控量测技术隧道施工监控量测技术 序号量测项目仪器设备 1围岩压力 压力盒 2钢架内力 钢筋计 应变计 3喷混凝土内力 混凝土应变计 4二次衬砌内力 混凝土应变计 钢筋计 5初期支护与二次衬砌间接触压力 压力盒 6锚杆轴力 钢筋计 7围岩

12、内部位移 多点位移计 8隧底隆起 水准仪 锢钢尺或全站仪 9爆破振动 振动传感器 记录仪 10孔隙水压力 水压计 11水量 三角堰 流量计 12纵向位移 多点位移计 全站仪 选测项目是对一些有特殊意义和具有代表性的区段进行监测 以 求更深入地掌握围岩的稳定状态与锚喷支护效果 以便更好地指 导未开挖区的设计与施工 这类量测项目较多 费用较大 一般 由设计文件规定在局部地段进行 量测 项目 围岩 种类 必测项目选测项目 洞 内 外 观 察 净 空 收 敛 拱 顶 下 沉 锚 杆 抗 拔 力 地 表 下 沉 围 岩 内 位 移 锚 杆 轴 力 钢 支 撑 应 力 接 触 压 力 混 凝 土 应 变

13、洞 内 弹 性 波 硬岩 软岩 土砂 必须实施 可以实施 必要时实施 1 洞内外观察 A 目测观察的目的 预测开挖面前方的地质条件 超前地质预报 为判断围岩的稳定性提供地质依据 根据喷层表面状态及锚杆的工作状态 分析 支护结构的可靠程度 2 5 1 必测项目3 1 必测项目 3 3 隧道施工监控量测技术隧道施工监控量测技术 2 周边位移量测 A 周边位移量测目的 收敛量测是隧道施工监控量测的重要项目 周边位移 是隧道围岩应力状态变化最直观的反映 通过周边位移 量测可以达到以下目的 判断隧道空间的稳定性 根据变位速度判断围岩稳定程度和二次衬砌施作的 合理时机 指导现场的施工 3 1 隧道施工量测

14、必测项目 3 3 隧道施工监控量测技术隧道施工监控量测技术 B 周边位移量测方法及要求 收敛量测的主要内容包括仪器选择 断面间距 量 测频率 测线布置 量测点埋设时间等 收敛量测的间距与测点数量 必测项目量测断面间距和每断面测点数量 围岩级别 断面间距 m V VI5 IV10 III30 50 注 级围岩视具体情况确定间距 3 3 隧道施工监控量测技术隧道施工监控量测技术 量测频率 量测频率可根据位移速度和量 测断面距开挖面距离确定 按位移速度 位移速度 mm d 量测频率 52次 d 1 51次 d 0 5 11次 2 3d 0 2 0 51次 3d 0 21次 7d 按距开挖面距离 注

15、b为隧道开挖宽度 量测断面距 开挖面距离 m 量测频率 0 1 b2次 d 1 2 b1次 d 2 5 b1次 2 3d 5b1次 7d 由位移速度决定的监控量测频率和由距开挖面 的距离决定的监控量测频率之中 原则上采用较高 的频率值 出现异常情况或不良地质时 应增大监 控量测频率 地段 开挖方法 一般地段 特殊地段 全断面法 一条水平测线 台阶法 每台阶一条水 平测线 每台阶一条水平测线 两条斜测线 分部开挖法 每分部一条水 平测线 CD或CRD法上部 双侧壁导坑法左 右侧部 每分部一条水平测线 两 条斜测线 其余分部一条水平测线 净空变化量测测线数 洞周收敛量测 洞周收敛量测 围岩水平收敛

16、量测 3 拱顶下沉量测 A 拱顶下沉量测目的 确认围岩的稳定性 判断支护效果 指导施 工工序 预防拱顶崩塌 保证施工质量和安 全 B 拱顶下沉量测仪器 精密水准仪或全站仪 3 1 隧道施工量测必测项目 3 3 隧道施工监控量测技术隧道施工监控量测技术 拱顶下沉量测 4 地表下沉量测 目的 城市道路路面的稳定 根据地表建筑物类别 控制最大下沉量 设点 地表沉降测点横向间距为2 5m 每个断面设7 11个点 监测范围应 在隧道开挖影响范围以内 在隧道中线附近测点应适当加密 隧道中线两侧 量测范围不应小于Ho B Ho为隧道埋深 B为隧道开挖宽度 地表有控 制性建 构 筑物时 量测范围应适当加宽 测点采用 22螺纹钢 深入坡体60 80cm 外露5cm 表面磨平后在表面打 眼作标记 地表下沉量测应在开挖工作面前方 隧道埋深及隧道开挖高度之和处开始 直到二次衬砌结构封闭 下沉基本停止时为止 地表下沉量测频率应与洞内拱顶下沉和净空变化的量测频率相同 3 1 隧道施工量测必测项目 地表沉降与隧道埋深 埋深重要性测量与否 3B H小不必要 2B H 3B一般最好量测 B H 2B重要必须量测 H B