隧道衬砌结构计算图文

构体，
计算时按静力学原理确定其承载时压力线位置，检算结构强度。
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（1）以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主的经验设计法；
（2）以现场量测和试验为主的实用设计方法；
（3）荷载—结构模型。将围岩对结构的作用简化为荷载作用于结构上进 行计算；
（4）连续介质模型，将围岩和结构作为整体进行计算。包括解析法和数 值法，数值计算法目前主要是有限单元法，也可利用各种有限元软件来 计算。
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隧道工程
从各国的地下结构设计实践看，主要采用上述后两类计算模型，荷 载-结构计算模型主要适用于围岩因过分变形而发生松弛和崩塌，支护结 构主动承担围岩“松动”压力的情况。利用这类模型进行隧道支护结构 设计的关键问题，是如何确定作用在支护结构上的主动荷载，其中最主 要的是围岩所产生的松动压力，以及弹性支承给支护结构的弹性抗力。 一旦这两个问题解决了，剩下的就只是运用普通结构力学方法求出超静 定结构的内力和位移了。属于这一类模型的计算方法有：弹性连续框架 （含拱形）法、假定抗力法和弹性地基梁（含曲梁和圆环）法等都可归 属于荷载-结构法。
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内容
隧道工程
6.1 概述 6.2 隧道衬砌上的荷载类型及其组合 6.3 半衬砌的计算 6.4 曲墙式衬砌计算 6.5 衬砌截面强度验算
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第06章 隧道衬砌结构计算
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6.1 概述
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局部变形理论
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局部变形理论是以温克尔（E.Winkler）假定为基础的。它认为应 力（σi）和变形（δj）之间呈线性关系，即σi=kδi，k为独立岩柱的弹性抗 力系数，见图6-2a。这一假定，相当于认为围岩是一组各自独立的弹簧 ，每个弹簧表示一个小岩柱。
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6-2a 独立的弹簧
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共同变形理论
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共同变形理论把围岩视为弹性半无限体，考虑相邻岩柱之间变形的 相互影响，即考虑独立岩柱之间的联系。它用纵向变形系数E和横向变形 系数μ表示地层特征，并考虑粘结力C和内摩擦角φ的影响。但这种方法 所需围岩物理力学参数较多，计算相对复杂。
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6.1 概述
隧道结构工程特性、设计原则和方法与地面结构完全不同，隧道结 构是由周边围岩和支护结构两者组成共同的并相互作用的结构体系。各 种围岩都是具有不同程度自稳能力的介质，周边围岩在很大程度上是隧 道结构承载的主体，其承载能力必须加以充分利用。隧道衬砌的设计计 算必须结合围岩自承能力进行，对隧道衬砌的要求除必须保证有足够的 净空外，还要求有足够的强度，以保证在使用年限内结构物有可靠的安 全度。
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隧道工程
隧道建筑虽然是一种古老的建筑结构，但其结构计算理论的形成却较
晚。从现有资料看，最初的计算理论形成于十九世纪 。最初的隧道衬砌使
用砖石材料，其结构型式通常为拱形。采用的截面厚度常常很大，所以结
弹性抗力因围岩性质、围岩压力大小和结构变形的不同而异。但是 对这个问题有不同的见解，即局部变形理论和共同变形理论。
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变形后外轮廓线 衬砌
脱离区 抗力区
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图6-1 抗力区和脱离区
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进入二十世纪后，通过长期观测，发现围岩不仅对衬砌施加压力， 同时还约束着衬砌的变形。围岩对衬砌变形的约束，对改善衬砌结构的 受力状态有利，不容忽视。衬砌在受力过程中的变形，一部分结构有离 开围岩形成“脱离区”的趋势，另一部分压紧围岩形成所谓“抗力区” ，如图6-1所示。在抗力区内，约束着衬砌变形的围岩，相应地产生被动 抵抗力，即“弹性抗力”。
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在十九世纪末，混凝土已经是广泛使用的建筑材料，它具有整体性 好，可以在现场根据需要进行模注等特点。这时，隧道衬砌结构是作为 超静定弹性拱计算的，但仅考虑作用在衬砌上的围岩压力，而未将围岩 的弹性抗力计算在内，忽视了围岩对衬砌的约束作用。其计算原理和地 面结构一样。 由于把衬砌视为自由变形的弹性结构，因而，通过计算得 到的衬砌结构厚度很大，过于安全。
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6-2b 联合的弹簧
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国际隧道协会(ITA)在1987年成立了隧道结构设计模型研究组，收 集和汇总了各会员国采用的地下结构设计方法。经过总结，国际隧道协 会认为，目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下4种设计模型：
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第06章 隧道衬砌结构计算
6.2 隧道衬砌上的荷载类型及其组合
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