隧道地铁.ppt

力学在地铁隧道工程中的应用力学在地铁隧道工程中的应用专业：工程力学姓名：顾龙威2024/5/22 周三1伴随着世界经济的快速发展，作为发展中国家，我国的经济建设更是取得了令人 瞩目的成绩。自进入 21 世纪以来，城市化建设的步伐不断加快，人口不断向大城市聚集，为应对人口急剧增加，城市的规模也在逐步扩大。城市密集度提高的同时，交 通问题也日渐突出，传统的地面交通道路已无法满足人们的出行需求。发展历程Part 1Part 2Part 32024/5/22 周三2交通作为一个 城市功能实现的大动脉，必须得到妥善解决，放眼世界，纽约、伦敦、东京等各大城 市地铁纵横交错、四通八达，几乎从根本上解决了城市交通拥堵问题。地铁建设为一 个城市的发展注入了新的活力，不仅促进周边区域经济的发展，实现城市资源的优化 配置，甚至可以改变一个城市的发展布局。开发利用地下空间已经成为各大城市的发 展新趋势，而地铁建设程度更成为衡量一个城市现代化建设的重要标志。2024/5/22 周三3自 1863 年英国的伦敦建成开通了世界第一条地铁以来，至今已有 43 个国家约 120 座城市陆续建成地铁。虽然我国地铁建设起步较晚，但城市轨道交通建设亦得到了长足发展，1969 年 10 月北京建成我国第一条地铁线，1995 年上海已建地铁里程达 420 公里，至今已经开通 14 条线，地铁总长为世界第一。此后天津、深圳、南京等各大城市均建成地铁，2005 年起各地城市地铁建设开始加速，至 2016 年年底我国已有二十余座城市开通地铁，苏州也成为第一个开通地铁的地级市，目前郑州、大连、昆明、无锡等多个城市正在建设之中。2009 年在北京举行的国际轨道交通展览会上，我国各城市轨道交通规划图显示，至2016 年我国新建 90 余条总里程约 2500 公里 的轨道交通线路，投资规模达到近一万亿元，中国成为世界城市轨道交通建设最多的国家。2024/5/22 周三41863年伦敦地铁图2024/5/22 周三5经过近 40 年的发展，我国地铁隧道修建方法已由最初单一的明挖法发展到现在的明挖、浅埋暗挖、盾构法等多种方法并存，施工技术不断发展，初步形成了专门的学科体系。施工方法综述Part 1Part 2Part 32024/5/22 周三67暗 挖 法明 挖 法盾 构 法顶 管 法管幕箱函浅埋暗挖矿山法大 开 挖明挖半逆作盖挖顺作盖挖逆作城市地下工程主要施工方法2024/5/22 周三2024/5/22 周三89 明挖法优点：因便于设计、快速施工，便于控制施工安全、质量和进度，拆迁量小时，较为经济。缺点：破坏地表、中断交通、拆迁工作量大，易发生基坑失稳破坏。n1 1 明挖明挖法法2024/5/22 周三2024/5/22 周三10 青岛地铁太平角公园站明挖基坑施工第第1 1步：场地平整，步：场地平整，施作钻孔桩和冠梁施作钻孔桩和冠梁第第2 2步步：基基坑坑开开挖挖，随随开开挖挖架设第一道支撑和锚索架设第一道支撑和锚索第第3 3步：施作垫层和步：施作垫层和防水层防水层第第4 4步：施工底板步：施工底板第第5 5步：底板达到强度，拆步：底板达到强度，拆除第除第3 3道锚索，施工侧墙防道锚索，施工侧墙防水层及侧墙和地下水层及侧墙和地下2 2层楼板层楼板第第6 6步步：地地下下2 2层层达达到到强强度度，拆拆除除第第2 2道道锚锚索索，施施工工侧侧墙墙防防水层及侧墙和地下水层及侧墙和地下1 1层楼板层楼板第第7 7步步：地地下下1 1层层达达到到强强度度，拆拆除除第第1 1道道钢钢支支撑撑，回回填填基基坑坑和和场场地地n 1 1 明挖明挖法法11 明挖法现场施工图1 13 32 24 4n 1 1 明挖明挖法法2024/5/22 周三12 浅埋暗挖法优势：不影响城市交通，无污染、无噪声，无需专用设备，适用于不同跨度、多种断面等。特点：埋深浅，施工过程中由于地层损失而引起地面移动明显；地质条件差；开挖方法多，辅助工法多；风险管理难度大。适用范围：适用于不宜明挖施工的土质或软弱无胶结的砂、卵石等地层，修建覆跨比大于0.2的浅埋地下洞室。对于高水位的类似地层，采取堵水、降水或排水措施后也可以采取此工法。n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法矿山法矿山法矿山法矿山法新奥法新奥法新奥法新奥法浅埋暗挖法浅埋暗挖法浅埋暗挖法浅埋暗挖法复兴门车站复兴门车站折返线工程折返线工程19871987年年喷锚支护喷锚支护技术发展技术发展2024/5/22 周三2024/5/22 周三 浅埋暗挖法“十八字方针”管超前：采用超前预加固支护的各种手段，提高工作面的稳定性，缓解开挖引起的工作面前方和正上方土柱的压力，缓解围岩松弛和预防坍塌；严注浆：在超前预支护后，立即进行压注水泥砂浆或其它化学浆液，填充围岩空隙，使隧道周围形成一个具有一定强度的结构体，以增强围岩的自稳能力；短开挖：即限制1次进尺的长度，减少对围岩的松弛强支护：在浅埋的松软地层中施工，初期支护必须十分牢固，具有较大的刚度，以控制开挖初期的变形；快封闭：为及时控制围岩松弛，必须采用临时仰拱封闭，开挖1环，封闭1环，提高初期支护的承载能力；勤量测：进行经常性的量测，掌握施工动态，及时反馈，是浅埋暗挖法施工成败的关键。勤量测勤量测勤量测勤量测快封闭快封闭快封闭快封闭强支护强支护强支护强支护短开挖短开挖短开挖短开挖严注浆严注浆严注浆严注浆管超前管超前管超前管超前浅埋浅埋浅埋浅埋暗挖法暗挖法暗挖法暗挖法n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法1314浅埋暗挖法施工方法全断面法全断面法正台阶法正台阶法正台阶环正台阶环形开挖法形开挖法单侧壁导坑单侧壁导坑正台阶法正台阶法中隔墙法中隔墙法（CDCD法）法）交叉中隔墙交叉中隔墙法（法（CRDCRD法）法）双侧壁双侧壁导坑法导坑法n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法2024/5/22 周三15 全断面法适用范围：主要适用于III级围岩。当断面在50m2以下,隧道处于IV级围岩地层时,在采取局部注浆等辅助措施加固地层后,也可采用全断面法施工,但在第四纪地层中采用此方法时,断面一般均在20m2以下。优缺点：有较大的作业空间,有利于采用大型配套机械化作业,提高施工速度,且工序少,便于施工组织和管理。但由于开挖面较大,围岩稳定性降低,且每个循环工作量较大，每次深孔爆破引起的震动较大，应进行精心的钻爆设计。n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法2024/5/22 周三16 正台阶法正台阶法开挖优点很多，能较早地使支护闭合，有利于控制其结构变形及由此引起的地表沉降。上台阶长度（L）一般控制在11.5倍洞径（D）以内，但必须在地层失去自稳能力之前尽快开挖下台阶，支护形成封闭结构；若地层较差，为了稳定工作面，也可以辅以小导管超前支护等措施。L=11.5DL=11.5Dn 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法2024/5/22 周三17u长度上限，1.5D。我们经常注意到隧道的横向承载拱，实际上，隧道开挖支护后，沿隧道的纵向客观上存在一个承载拱。实测结果统计显示，正常情况下纵向沉降曲线在11.5D位置沉降达到最大，并逐步变缓。上台阶长度过长，导致塑性区范围增大。u最小长度，1D。这个主要基于下台阶的假想破裂面考虑的，这个比较好理解。上台阶的土体作为荷载要置于下台阶假想破裂面以外。软弱地层中隧道台阶法施工时上台阶合理长度问题n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法2024/5/22 周三18 正台阶环形开挖法上台阶取一倍洞径左右环形开挖，留核心土，用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面，用网构钢拱架做初期支护；拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法2024/5/22 周三19 单侧壁导坑正台阶法单侧壁导坑正台阶法适用于地层较差、断面较大、采用台阶法开挖有困难的地层。采用该法可变大跨断面为小跨断面，将10m左右的大跨度变为34m和610m的跨度。采用该法开挖时，单侧壁导坑超前的距离一般在2倍洞径以上，为了稳定工作面，经常和超前小导管注浆等辅助施工措施配合使用，一般采用人工开挖，人工和机械混合出碴。n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法2024/5/22 周三20中隔墙法适用于级围岩的浅埋双线隧道。中隔墙开挖时，应沿一侧自上而下分为二或三部进行，每开挖一步均应及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁，中隔壁墙依次分步联结而成，之后再开挖中隔墙的另一侧，其分步次数及支护形式与先开挖的一侧相同；n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法2024/5/22 周三21交叉中隔墙法可适用于级围岩浅埋的双线或多线隧道。采用自上而下分二至三步开挖中隔墙的一侧，并及时支护，待完成了12部后，即可开始另一侧12部开挖及支护，形成左、右两侧开挖及支护相互交叉的情形，一般设有临时仰拱有横撑。交叉中隔墙法适用于地质条件差、跨度大、沉降控制要求高的隧道.CRD工法施工工序复杂，隔墙拆除困难，成本较高，进度较慢，一般在第四纪地层中修建大段面地下结构物(如停车场)，且地面沉降要求严格时才使用。n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法2024/5/22 周三22 双侧壁导坑法该法的实质是将大跨度（20m）分成3个小断面进行作业。主要适用于地层较差、断面很大、单侧壁导坑法无法满足要求的三线或多线大断面铁路隧道及地铁工程。该工法在控制地中和地表下沉方面，优于其他施工方法。且由于两侧导坑先行，能提前排放隧道拱部和中部土体中的部分地下水，为后续施工创造条件。n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法2024/5/22 周三2024/5/22 周三23 施工工法及比选常见的几种主要工法 台阶法、台阶加临时仰拱闭合法、CD法、眼镜法、CRD法、等。实际施工中还有环形开挖、洞柱（梁）法、中洞法等。工法的简单比较从进度和经济角度考虑，很明显是上述顺序；从适应跨度大小、地层条件差、施工安全考虑基本上是上述的逆顺序。n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法24u一般认为断面大于单线隧道的断面，如站台层隧道、站厅通道、渡线隧道等是大跨隧道，D10m，或10m左右的断面。u大连地区的地层一般表现为上软下硬地层，及个别地方也出现过上硬下软。u现在比较常用的是CRD工法，而现场很多做的不规范或极不规范。u从工序转换考虑，建议大于12m跨度的断面采用眼镜工法。复合地层中大跨浅埋隧道开挖工法的选择n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法2024/5/22 周三2024/5/22 周三25地面沉降、塌方及原因随着土石方的开挖移除、地下水的排出，地层中原有的应力平衡状态被打破，使之处于非平衡状态。这种非平衡状态需要一定时间进行调整，调整过程中造成的地层损失或支护变形（沉降或收敛），表现出地面或支护空间位置向下改变，称为沉降。坍方过程一般为：开挖围岩塑性变形支护过大变形支护局部破坏支护与围岩破坏失稳坍方。n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法26 地面沉降、塌方原因自然因素自然因素自然因素自然因素工程因素工程因素工程因素工程因素人为因素人为因素人为因素人为因素不利的地形、地貌因素如隧道穿过地面建筑物，而且埋深浅；不利的地形、地貌因素如隧道穿过地面建筑物，而且埋深浅；不良的地质条件如隧道穿过断层及其破碎带；不良的地质条件如隧道穿过断层及其破碎带；通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差。通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差。软弱围岩软弱围岩软弱围岩软弱围岩支护不当支护不当支护不当支护不当地下水作地下水作地下水作地下水作用用用用岩层软硬岩层软硬岩层软硬岩层软硬相间相间相间相间不适宜的不适宜的不适宜的不适宜的合同环境合同环境合同环境合同环境设计疏忽设计疏忽设计疏忽设计疏忽施工管理施工管理施工管理施工管理不当不当不当不当n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法2024/5/22 周三27 工程因素级围岩拱部无支护时，可产生小坍方，爆破振动过大易坍方；级围岩拱部无支护时，可产生较大的坍方，侧壁有时失稳；级围岩围岩易坍方，处理不当会出现大坍方，侧壁常小坍方；浅埋时易出现地表下沉和坍方至地表；级围岩极易坍方，极易变形，有水时会发生流泥流砂，浅埋时易坍方至地表。地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩土体的失稳。岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大为降低，因而发生滑坍。n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法2024/5/22 周三28从该表中可以看出：人的因素在沉降坍方事故中占绝大部分；有些因素是综合的，同时有人的因素也有物的因素；不可抗力往往在事故的直接原因仅占很小的比例。正所谓“三份天灾、七份人祸”n 常见沉降和塌方因素小结n 2 2 浅埋暗挖浅埋暗挖法法2024/5/22 周三概述盾构法施工是以盾构作为施工机械在地面以下暗挖修筑隧道的一种施工法。盾构是一种钢制的活动防护装置，或活动支撑；盾构是既可支承地层压力，又可以在地层中推进的活动钢制圆形或半圆形装置。3 3 盾构法盾构法2024/5/22 周三29在盾构的掩护下，头可以安全地开挖地层，一次掘进相当于装配式衬砌一环的宽度。尾部可以装配预制管片或砌块，迅速地拼装成隧道的永久衬砌，并将衬砌与土层之间的空隙用水泥压浆填实，防止周围地层的继续变形和围岩压力的增长。盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶，用千斤顶块顶在拼成的衬砌环上，使它推进到已挖好的空间内，然后缩回活塞杆，为下一环衬砌拼装创造条件。3 3 盾构法盾构法2024/5/22 周三30重复上述过程，不断开挖、不断推进，借助盾构这种特制施工机械，可用较快的速度完成隧道施工基本作业循环，直至隧道建成。盾构施工前，应先修建一竖井，在竖井处安装盾构。采用盾构开挖出的土体，由竖井通道提升运出地面弃土场处理。盾构施工工艺，见图所示。3 3 盾构法盾构法2024/5/22 周三311盾构；2盾构千斤顶；3盾构正面网格；4出土转盘；5出土皮带运输机；6管片拼装机；7管片；8压浆泵；9压浆孔；10出土机；11管片衬砌；12盾尾空隙中的压浆；13后盾管片；14竖井 2024/5/22 周三32盾构施工法优点1）该施工方法属于地下工程暗挖法施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工，可在盾构支护下安全地开挖、衬砌等；2）盾构的推进、出土、拼装衬砌等可全部机械化，自动化作业，施工劳动强度较低，而掘进速度比较快；3）施工中没有噪声和振动，对周围环境没有干扰；4）在松软含水地层中，修筑埋置深度较大的长大隧道，具有经济、技术、安全等方面的优越性。3 3 盾构法盾构法2024/5/22 周三33盾构施工法缺点1）盾构是一种价格较昂贵、针对性强的专用施工机械，对每一座采用盾构法施工的隧道，均应根据工程地质、水文地质条件、衬砌结构断面尺寸的大小进行专门制造、运送、拼装与拆卸等，且设备较复杂。因此，一般不能随便将其他隧道施工用的盾构重复使用；2）需要有气压供应设备、人工井点降水、衬砌管片预制、衬砌结构的防水设施及堵漏、隧道内的运输、施工测量、场地布置、拼装与拆卸工作井等施工技术的密切配合才能顺利施工。且用气压法施工时，涉及到压缩空气泄出的危险、减压病等医学上的防护措施；2024/5/22 周三343）对于短于750米的隧道，有统计资料显示，被认为是不经济的；对隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工困难较大（对水底隧道当覆盖土太浅时施工反而不太安全）；4）当盾构法施工采用全气压方法稳定地层时，施工条件较差，因此对劳动保护要求较高，用盾构法施工时，在隧道上方一定范围内，尤其是饱和含水松软土层，地表沉陷尚难以防止，拼装衬砌对衬砌整体防水技术要求很高。上述缺点，有待于在今后采用盾构法施工实践中，加强科学研究，进一步加以克服和改进。目前，各国采用盾构法施工建水底公路隧道已成为较为常用的模式，随着交通建设的高速发展，用大直径盾构建筑水底公路隧道将会日益增多。3 3 盾构法盾构法2024/5/22 周三35 众所周知，隧道工程所处的环境条件与地面工程是全然不同的，但长期以来都沿用适应于地面工程的理论和方法来解决隧道过程中所遇到的各种问题，因而常常不能正确的阐明隧道工程出现的各种力学现象和过程，使得隧道工程长期处于“经验设计”和“经验施工”局面。目前隧道工程正朝着“信息化设计、信息化施工”的目标迈进，在隧道与地下工程由“经验”到“科学”的转变过程中，隧道力学将起着重要的主导作用。隧道力学Part 1Part 2Part 32024/5/22 周三36 隧道力学(Tunnel mechanics)是岩土力学的一个重要组成部分。随着各种类型的地下结构物包括隧道(洞)、地下铁道、地下洞室、地下厂房、地下街道等在世界各地大量兴建，作为地下结构物设计理论基础的隧道力学日益显示出其重要性兼之过去数十年间地下结构理论有了很大发展，隧道力学从岩土力学中划分出来成为一门独立学科的条件业已成熟。隧道力学是以岩体力学、工程地质学、结构力学、弹塑性力学、以及建筑材料和结构设计原理为基础的一门综合性的边缘学科。2024/5/22 周三37 隧道是处在各种地质环境中的地下结构，因此，它必将受到周围环境的强烈影响。所谓的地质环境包括：地质体的形成及其经历；初始应力场（包括构造应力场在内）；各种地质体的物理的、力学的、构造的和时间的特性及其分类等。科学地认识地质环境对地下结构的影响是正确地进行结构设计和施工的前提。此外，隧道围岩的工程地质分类受到了极大的关注，因为隧道设计的工程类比方法大都是以围岩分类级别为依据的。隧道隧道力学的研究内容力学的研究内容（1 1）隧道地质环境的研究）隧道地质环境的研究2024/5/22 周三38（2 2）隧道施工过程的动态力学分析）隧道施工过程的动态力学分析 隧道从开挖到初期支护的施作，再到二次衬砌的施作需要一个过程，而且隧道从开挖到初期支护的施作，再到二次衬砌的施作需要一个过程，而且一般的软弱围岩隧道，多采用分部开挖施工方法，不同开挖方法和支护时机一般的软弱围岩隧道，多采用分部开挖施工方法，不同开挖方法和支护时机对隧道结构体系的稳定性影响很大。对隧道结构体系的稳定性影响很大。隧道施工阶段的力学分析包括：围岩初始应力场和开挖效应；毛洞稳定性隧道施工阶段的力学分析包括：围岩初始应力场和开挖效应；毛洞稳定性分析；初期支护分析；初期支护(锚喷和钢拱支护等锚喷和钢拱支护等)和二次支护和二次支护(衬砌衬砌)的受力状态分析；不同的受力状态分析；不同施工阶段支护与围岩的相互作用及围岩稳定性分析施工阶段支护与围岩的相互作用及围岩稳定性分析(包括弹性分析、粘弹性分包括弹性分析、粘弹性分析、弹塑性分析、弹粘塑性分析、二维和三维模型等析、弹塑性分析、弹粘塑性分析、二维和三维模型等)；地下施工引起的地面；地下施工引起的地面沉陷等等。沉陷等等。2024/5/22 周三39（4 4）隧道结构的动力分析）隧道结构的动力分析 隧道工程的动力分析包括隧道工程的动力性态；隧道工程地震隧道工程的动力分析包括隧道工程的动力性态；隧道工程地震(爆振爆振)反应反应分析；隧道施工振动与地下交通隧道车辆振动对环境影响分析；列车荷载下分析；隧道施工振动与地下交通隧道车辆振动对环境影响分析；列车荷载下上下重叠和交叉隧道的动力响应分析等。上下重叠和交叉隧道的动力响应分析等。（5）岩土力学性质和本构关系的研究 岩土物理力学性质和本构关系的研究，既是岩土力学工作者的主要任务之一，也应该是隧道力学工作者的一项重要任务。严格地说数值分析结果是否正确，往往取决于所选用的材料本构模型和物理力学参数是否正确。2024/5/22 周三40 现场测试和实验室试验是隧道力学不可缺少的组成部分。设计和施工前的隧址工程地质勘探；施工过程中结构和围岩（包括地面）的变形观测；这是指导施工和设计的重要反馈信息；实验室相似材料模型试验、光弹性模型试验以及离心机模型试验等；运营期间地下结构的静力和动力观测包括长时期的结构变形和应变观测、对地震和车辆振动反应的观测等。现场测试和实验室试验，一方面为地下结构物的设计和计算提供数据，另一方面又是检验设计和计算是否正确性的重要手段。（6 6）现场测试和室内试验的研究现场测试和室内试验的研究2024/5/22 周三41 与此同时，将村砌和围岩视作连续介质模型进行分析的方法也得到了发展，其中代表量学者有：H史密特(1926)，J塔罗勃(1957)，H卡斯特勒(1960)，AM缪尔伍德(1975)。50年代以来，喷射混凝土和锚杆被广泛用作初期支护。人们逐渐认识到，这种支护能在保证围岩稳定的同时允许其有一定程度的变形，使围岩内部应力得到调整从而发挥其自持作用，因此可以将内层衬砌的厚度减小很多。2024/5/22 周三42隧道力学的发展历史 最早(19世纪初期)的隧道（洞）多以砖石材料作衬砌，采用木支撑和断面分部开挖的方法施工。可以推断，当时隧道衬砌的设计是仿照拱桥进行的，其特点是只考虑衬砌承受围岩的主动荷载而未考虑围岩对衬砌变形的约束和由此产生的抗力，因此衬砌厚度偏大。其后，不同学者和工程师们在设计隧道衬砌时采用不同的假定来计及围岩对衬砌变形所产生的抗力，其中温克尔(winker)局部变形理论得到了广泛应用。这方面的代表学者有：O康姆裂尔(1910)，BH许特和S约翰勒逊(1922)，A.布耳(1944)，H舒尔茨和H杜德克(1964)等。2024/5/22 周三43 60年代中期，随着数字电子计算机的更新和岩土本构定律研究的进展，隧道工程分析方法进入了以有限元法为代表的数值分析时期。这方面的代表学者有：SF瑞亚斯和DV迪尔(1966)，0C辛克维奇等(1968)(1974)，EL威尔逊(1968)，FH库乐荷威(1975)，W维特基(1977)。近年来数值分析有了新的进展，无限单元、边界单元、离散单元、节理单元等在地下结构静力和动力分析中得到了广泛应用。隧道工程反分析法有了发展，其要旨是根据现场测得的围岩变形数据反演推算围岩的各种物理力学参数和初始地应力等。2024/5/22 周三44 由于地下结构物的地质条件和它们的用途、使用期限以及运营条件的不同，需要采用不同的设计计算方法。同时，经验、工程类比和工程师们的判断也都是必要的。有头脑的工程师们善于尊重隧道力学对某项具体工程的分析成果，并根据自己的经验和判断做出合理的设计和施工方案来指导设计和施工。2024/5/22 周三45初始地应力场及隧道结构荷载形式（1 1）初始地应力场）初始地应力场 在地层中修建隧道，隧道周围岩体的原有平衡状态被打破，并产生应力重在地层中修建隧道，隧道周围岩体的原有平衡状态被打破，并产生应力重分布。当隧道周围岩体的强度不能适应这种应力变化时，岩体可能产生失稳分布。当隧道周围岩体的强度不能适应这种应力变化时，岩体可能产生失稳破坏，进而转化为需要隧道衬砌结构承担的围岩压力。而这种围岩压力正是破坏，进而转化为需要隧道衬砌结构承担的围岩压力。而这种围岩压力正是由于岩体初始应力状态的改变所产生的。所以，由于岩体初始应力状态的改变所产生的。所以，地层中的初始地应力场是产地层中的初始地应力场是产生围岩压力的根本原因生围岩压力的根本原因。初始应力自重应力构造应力2024/5/22 周三46 自重应力场就是周边岩体的垂直应力和水平应力。对于构自重应力场就是周边岩体的垂直应力和水平应力。对于构造应力来说，包含以下三个方面。造应力来说，包含以下三个方面。1 1）地质的构造过程不仅改变了地质的重力应力场，而且还有一部分残余）地质的构造过程不仅改变了地质的重力应力场，而且还有一部分残余在岩体内，这些残有的应力必将对隧道工程产生一定的影响。在岩体内，这些残有的应力必将对隧道工程产生一定的影响。2 2）构造应力场在岩层一定深度内普遍存在构造应力场在岩层一定深度内普遍存在。而且由于地壳运动所产。而且由于地壳运动所产生的拉、压、扭剪作用，局部的最大构造应力多为生的拉、压、扭剪作用，局部的最大构造应力多为水平方向水平方向，其值往往大，其值往往大于重力应力场中的水平应力分量，有时候甚至大于垂直应力分量。于重力应力场中的水平应力分量，有时候甚至大于垂直应力分量。3 3）构造应力场具有明显的区域和时间性构造应力场具有明显的区域和时间性，即它受所在区域地壳运动和，即它受所在区域地壳运动和时间的影响很大。时间的影响很大。2024/5/22 周三47（2 2）隧道结构荷载形式）隧道结构荷载形式 作用在隧道结构上的荷载可分为三类，即主要荷载、附加荷载、特殊荷载。主要荷载就是长期作用的荷载，它包括地层压力、围岩弹性抗力、结构自重力、回填岩土重力、地下静水压力以及使用的荷载。附加荷载是指非经常作用的荷载，他包括施工荷载、灌浆压力、局部落石以及由温度变化引起的温度应力等。特殊荷载包括一些偶然发生的荷载，如冲击力等。在上述各荷载项中，地层压力是隧道结构所承受的固有荷载，但地层压力又有围岩压力和土压力之分。2024/5/22 周三48两大计算方法的比较2024/5/22 周三492024/5/22 周三502024/5/22 周三51Thank you2024/5/22 周三52