地铁区间隧道计算方法(含矿山法).ppt

1.合同规定的主要研究内容(1)北京地铁矿山法区间隧道不同条件下合理设计模式研究；2.区间隧道地层物理力学参数统计分析采用VFP建立地铁四、五和十号线地质资料数据库，建库中统一地层编号，统一后的地层编号如表1-4所示。３.区间隧道覆土压力荷载的确定a.我国隧道有关规定b.日本的有关规定c.比尔鲍曼和泰沙基理论的有关规定a.埋深较浅时地层荷载按全土柱。④压力理论地层压力的比较及存在问题从图及设计实践中存在以下一些问题：c.不论埋深情况均采用γH全土柱公式，则地层压力明显偏大，必将带来不经济的设计；采用泰沙基公式时，深埋结果是否会得出不安全的设计？此问题值得重视。(4)不同压力理论地层分层和加权计算对比与分析(5)地层竖向荷载计算表达式推导与建议比尔鲍曼公式在埋置达到一定深度以后曲线出现向下弯曲，为了避免这种情况，在曲线拐点处用水平切线代替，视为深埋隧道(土压力已与埋深无关)，此埋深为D1。竖向荷载与隧道埋深的关系如图所示曲线。(6)地层侧向荷载计算表达式由表可知，采用本文推荐的竖向土压力荷载计算结构的安全度介于全土柱和普氏理论之间，且能满足安全度的要求。另外用本文推荐的竖向土压力荷载对北京地铁四、五、十号线标准断面的初期支护在6m、9m、12m、15m以及19.8m埋深情况下的安全度进行了分析，由计算结果可知，竖向土压力如果用本文推荐的公式，现有的结构均能满足安全度要求。国内部分城市地铁矿山法隧道施工中的围岩压力实测资料，如表所示，实测地层压力都小于全土柱重量，大部分大于泰沙基理论压力。相比较而言，接近于本指南推荐公式的压力。4.矿山法区间隧道支护强度设计方法隧道开挖轮廓形状应尽可能保持平整、圆顺，避免出现隅角及局部应力集中，确保围岩的承载效应；一般不宜采用直墙式拱形轮廓，特别是底板与壁的隅角形状应确保圆顺。矿山法地铁隧道埋深浅，水土荷载较为明确，支护结构厚度较大，独立工作时间较长，因此常用的“荷载-结构”和“地层-结构”两种计算模式均可采用。但“荷载-结构”计算模式相对简单，与地铁隧道衬砌结构计算模式一致。因此，检算支护强度时宜采用“荷载-结构”模式，检算地层位移、支护结构刚度时宜采用“地层-结构”模式。采用“荷载—结构”模型。b.直角型断面的支护计算模型对于直角型断面(如四、五号线)，初选模型如图3-6所示，计算结果如图3-7所示。为简化计算，在直角拐角处按有导角加厚处理，如图3-8所示。c.截面强度检算方法②十号线初期支护强度检算结果b.大断面③四号线检算④五号线检算(4)小结③支护截面强度检算结果显示，支护截面的强度安全系数随埋深增大而减小，随断面增大而降低。十号线圆角型标准断面截面最小安全系数为4.21，大跨度、大埋深断面截面最小安全系数为3.03；四号线和五号线直角型标准断面截面最小安全系数为1.74，大跨度、大埋深断面截面最小安全系数为1.18，直角型断面最不利截面都是在直角边墙脚处。④考虑到支护仅在施工阶段独立工作，支护结构截面允许安全系数定为1.7，如表所示。5.矿山法区间隧道支护刚度计算方法压缩模量是无侧向变形时试件轴向应力与轴向应变之比值。由弹性理论可得压缩模量与弹性模量之间的关系式为式：经过长期实践，我国建立了和二者之间的经验关系如下：(1)计算弹性模量的取值按围岩特性曲线确定洞室弹性应力释放率如表所示。在综合上述因素后，矿山法区间隧道全断面开挖时，初始应力释放率开挖时定为40%，支护为60%。台阶法开挖时，上台阶开挖释放30%，支护时释放70%；下台阶开挖时释放25%，支护时释放75%。③全断面开挖模拟方法④台阶法开挖模拟方法(3)小结6.矿山法区间隧道衬砌结构设计计算方法图5-1复合计算模型由于支护垫层的作用，二衬结构独立计算中直接采用地层的弹性抗力系数显然是不合理的。地层通过支护层将其约束作用于二衬上，其作用效果显然与洞室大小、形状、支护混凝土厚度与强度等因素有关，难以找到某种解析表达式。如表所示，北京地铁十号线八-熊区间(埋深12m)和工－呼区间(埋深18m)，不同支护垫层的等效弹性抗力系数对截面安全系数影响情况。经选择四、五和十号线矿山法区间小埋深、中埋深和大埋深有代表隧道进行等效性试算。当最不利截面位于仰拱时，支护垫层等效弹性抗力为原地层弹性抗力系数的2.0~3.0倍；当最不利截面位于边墙时，支护垫层等效弹性抗力系数为3.0~5.0倍；当最不利截面位于拱顶时，支护垫层等效弹性抗力系数为5.0~10.0倍，为偏于安全，统一取支护垫层等效弹性抗力系数为原地层弹性抗力系数的2.0倍。②等效弹性抗力系数对衬砌结构可靠性的影响分析(2)北京地铁区间隧道衬砌结构安全系数复核检算结果表明四、五和十号线各区间隧道截面安全系数均高于2.0的规范值，这是否说明截面参数偏大？还是套用钢筋混凝土规范和地层结构荷载组合