偏压隧道衬砌作用计算方法
衬砌计算(精选.)
衬砌计算9．2．1 深埋隧道中的整体式衬砌通常用于自成拱能力差的Ⅵ级围岩，浅埋隧道中的衬砌及明洞衬砌上方的覆盖层通常不能形成卸载拱，故均应按荷载结构模型设计。
程序软件方面，国内自行研制的专用软件有“GeoFBA”、“2D-σ”、“3D-σ”等。
复合式衬砌的二次衬砌理论上应按地层结构法计算，然而由于以往有对其采用荷载结构法计算的经验，因而本条提出也可采用荷载结构法计算。
9．2．2 模型试验及理论分析表明，隧道衬砌承载后的变形受到围岩的约束，从而改善了衬砌的工作状态，提高了衬砌的承载能力，故在计算衬砌时，应考虑围岩对衬砌变形的约束作用。
采用荷载结构模型设计时，规定通过设置弹性抗力考虑围岩对衬砌变形的约束作用。
弹性抗力、粘结力均属围岩对衬砌的约束力。
鉴于迄今对粘结力作用的研究不多，故通常仅按弹性抗力计算，而将粘结力对衬砌结构的有利作用视为安全储备。
为简化计算，弹性抗力的摩擦力对衬砌内力的影响也不考虑，即也视为衬砌结构的安全储备。
9．2．3 基底围岩过于松软时，有先做仰拱稳定坑道底部，然后再建边墙的施工方法，这时应考虑仰拱对隧道衬砌结构内力的影响。
如果仰拱在边墙之后修建，一般不需计算仰拱的作用。
但若遇到在隧道竣工后，围岩压力增长仍较显著的地层，则亦需考虑仰拱对结构内力的影响。
模筑衬砌考虑仰拱对结构内力的影响时，仰拱按弹性地基上的曲梁计-箅。
9．2．4 表9．2．4—l和表9．2．4-2所列数值主要参照《铁路隧道没计规范》(TBJ 10003)，这些安全系数是以我国41条已建及新建的近400座铁路隧道的调查及实践经验为基础提出的，且结构基本上是安全的。
因此，可以认为，在结构计算理论和材料指标没有较大变动的情况下，这些安全系数值基本上是合适的。
特别是根据地下建筑的特点(如衬砌施工条件差、质量不易保证、作用变异大、结构计算简图与实际受力状态有出入等)，结构强度安全系数的取值应较地面结构略有提高，以保证隧道建筑物在正常设计施工条件下具有必要的安全储备。
单拱大断面偏压隧道衬砌模型试验分析
ＶｂＩ２３ Ｎ０ ． 。１
Ｍ ａ ．２ １ ｒ ０１
ｄ ｉ １ ． ６ ／ｉ ｎ１７ — １ ６２ １．１ ２ ｏ： ０３ ９ ．ｓ ． ２ ６ ４ ．０ Ｏ ． ６ ９ ｊｓ ６ １ ０
单拱大 断面偏压隧道衬砌模型试验分析
谢 小鱼 ，龚 智 辉 ，周 光裕
（ 湖南省路桥建设集 团公 司，湖南 长 沙， １０ ４ ４００） 摘 要：模 型试验方法分析大断面隧道衬砌结构的受力特性是一种 比较实用 的方法．以单拱四车道 隧道为依托。按
弹 性 阶 段 相似 原则 进 行 偏 压 条 件 下 单 孔 大 断 面 隧道 衬 砌 破 坏 的 室 内模 型试 验 ，研 究 不 同围 岩 条 件 下，隧 道 衬 砌 的 破
坏机制．试验通过千斤顶加载 的方式，模拟偏压条件下，不同围岩级别条件下的隧道衬砌的破坏行为，得到隧道模 型的围岩及衬砌之 间的接触压力， 锚杆 、 衬砌的应力和位 移分布．此外， 综合模 型试验和数值模拟 的结 果，分析了大
ｔ ｎ ｅ ａ ｒｅ Ｕ ｎ ｈ ａｌ ｒ ｃ ａ ｉ ｏ ｎ ｅ ｎｎ ｎ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔ ｕ ｒ ｕ ｄｎ ｏ ｋ ｒ ｄ ｔ ｄ ｅ ． ａ ｌｒ ｕ ｎ ｌ ｓｃ ｒｉ ｄ Ｏ ｔ ｄ ｔ ｅ ｆ ｉ ｅ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｉ ａ ｕ ｍ ｆｔ ｎ ｌ ｉ ｉ ｇ ｕ ｄ ｒ ｆ ｒ ｎ ｒｏ ｎ ｉ ｇ ｒ ｃ ｓｇ ａ ｅｉ ｓｕ ｉｄ Ｆ ｉ ｅ ｕ ｌ ｄ ｆ ｓ ｓ ｕ
ｂ ｃ ｙ ｏｍ ｐ ｒｎｇ ｔ ｅ ｄ ｔ ｆｍ ｏ ｌ ｅ ｔａ ｈ ｔ ｆｎ ａ ｉ ｈ ａａ ｏ ｄｅ ｓ ｎｄ ｔ ｅｄａａ ｏ ｕｍ ｅ ｉａ ｉ ｕ ａｉ ｎ， ｈ ｈ ｒ ｃ ｅｉｔｃ ｎｉ ｏ ｅ ｔ ｘｉ ｌ ｏｒ ｅ ｔ ｒｃ ｌｓｍ ｌ ｔｏ ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｓｏｆｌ ｎｇ ｍ ｍ ｎ ，ａ ａ ｃ ｉ ｆ
地形偏压连拱隧道模型试验衬砌受力研究
比Ｃ ＝Ｃ ＝Ｃ 。＝Ｃ ＝２ 。根 据 上述 相 似关 系 ， ０ 围岩 通 过凝 聚 力 ｃ、 内摩 擦 角 重 度 弹性 模 量 Ｅ、 轴 单 抗压 强 度 与 原 型 进 行 相 似 模 拟 。 衬 砌模 型 材 料 主 要考 虑 Ｅ （ 为截 面惯 性矩 ） ，， 相似 ， 同时考虑 材料 厚度 。
连拱 隧道 模 型模拟 的 岩体 为 Ｖ级 围岩 ， 岩体 模 拟
材料 选用 重 晶石 粉 与 细 砂 为 １ １ 松 香 占松 香 酒 精 溶 ：、 液 的百分 比为 ８ 、 精与 松香 为 胶 结剂 ， 含 量 占相 ％ 酒 其 似材 料 总质 量 ６ 。根 据 相 似 准 则 ， 得 各 物 理 力 ％ 推
沉降 的分析 ， 明在 不 同荷 载 下左 右洞 室衬砌 都 受压 力 ， 着 隧道 上覆 荷 载 的增 大而 增 大 ， 表 随 左洞 最 大轴
力值 分布 于仰拱 和边墙 的结合部 位 ， 洞最 大轴 力值 分布 于靠 近 中墙 的 左拱 腰 ； 验 过程 中 ， 右 洞 室 右 试 左
有被 压扁 的趋 势 ， 连拱 隧道 整体 向 浅埋侧 移位 ， 浅埋 侧 和深 埋侧 围岩 出现被 动 压 力和主 动压 力作 用 。
梁组 成 。
２ ３ 隧道 模型 断面 考虑 ．
模型 的断 面设计 时 考虑 当前 连拱 隧 道 的常用 洞 形 断面 （ １ ， 型 的尺寸则 考虑模 型箱 的大 小和加 载 图 ）模 系统 的能力 ， 具体 的偏压 连拱隧道试 验尺寸见 图 ２ 。
２ 模 型试 验 方 案
２ １ 相 似材 料与及 相似 比的确定 ．
９ 安装 ７ ８号 槽 钢 ， ２ ｍ 厚 塑 料板 ， 聚 四 ） 、 铺 Ｏｍ 衬 氟 乙烯 薄膜 ， 填料 捣实 。 １） ０ 安装 ９ １ 、０号 槽 钢 ， ２ ｍ 厚 塑料 板 ， 聚 铺 ０ｍ 衬 四氟 乙烯薄 膜 ， 填料捣 实 。
不同埋深及偏压角度条件下隧道力学特性
不同埋深及偏压角度条件下隧道力学特性罗晶;彭立敏;施成华;黄生文;高林;雷明锋【摘要】The influence of cavern stability and stress variation of lining structure caused by buried depth and bias angle were discussed according to the numerical analysis model of shallow - buried bias tunnel established by MIDAS finite element program. A series results were obtained. The shear safety factors of tunnel linning feature points were declined, and the stability of the cavern was reduced gradually with the increase of the unsymrnetrical loading angle. Meanwhile, the unsymrnetrical loading characteristics of tunnel structural internal force are decline gradually with the increase of the depth of tunnel vault.%运用MIDAS有限元程序建立浅埋偏压隧道数值计算模型,探讨了隧道偏压角度和埋深对洞室稳定性的影响程度及衬砌结构受力变化规律.研究结果表明:随着偏压角度的增加,隧道围岩各特征点抗剪安全系数整体下降,隧道洞室的稳定性逐渐降低;随隧道拱顶埋深的增大,隧道结构内力偏压特征逐渐减弱.【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2012(009)004【总页数】4页(P75-78)【关键词】浅埋偏压隧道;隧道洞口;数值分析;位移;应力【作者】罗晶;彭立敏;施成华;黄生文;高林;雷明锋【作者单位】中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;启东市政府投资项目工程建设中心,江苏启东226200;中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;中南大学土木工程学院,湖南长沙410075【正文语种】中文【中图分类】U458.1随着山区公路的大量修建，隧道洞口段经常出现浅埋偏压软弱围岩，结构受力复杂，施工中稍有不慎将出现塌方等严重事故。
偏压隧道的判别方法及相关研究
偏压隧道的判别方法及相关研究摘要：随着我国基础设施建设的日益加快，高速公路、铁路交通建设的不断发展，往往在建设中我们会遇到地质陡峻险要、地质条件复杂等工程问题。
在绝大多数的沿河或者傍山隧道建设中，洞口附近都会存在不同程度的偏压现象，使得施工难度大，成本增加，施工方法复杂，支护难度大。
偏压隧道是公路和铁路建设中经常遇到的隧道类型，如何准确快速的判别隧道是否偏压具有重要意义。
关键字：偏压隧道；成因；判别方法1.偏压隧道的成因1）地形引起的偏压当隧道围岩两侧对称性低，一侧具有临空面;或埋深较浅，难以成拱，同时围岩性质差，地表比较倾斜，使得隧道两侧围岩压力差值很大，形成偏压。
2）地质构造引起的偏压当隧道围岩产状倾斜、同时节理裂隙发育较好，又存在软弱结构面或滑动面等情况时，围岩的自稳能力极差，在隧道施工中如果超前支护不够，一旦开挖极易导致岩体沿层理面滑动。
当工程地质条件为断层、破碎变质岩和岩脉、软硬相间岩层错动的层状岩体、强烈褶皱带和褶曲轴部、风化严重的岩体及堆积物、特殊岩性地层、含水地质构造等均可能导致隧道产生偏压。
3）施工原因引起的偏压施工原因引起的偏压，多是由于支护强度不够，开挖方法欠妥、或进尺偏大导致围岩一侧塑性区变大发生局部坍塌，如岩块滑动及塌落、层体岩体弯折或弯曲变形、松动脱落、塑性变形和剪切破坏等，从而降低了围岩压力的平衡性和稳定性，导致一侧造成应力偏大引起偏压。
2.偏压隧道的判别1）规范法根据规范当隧道拱肩覆土小于或等于表1相关数值时，要考虑偏压效应。
表1偏压隧道外侧拱肩山体至地表面垂直距离t值(m)2）普氏理论普氏理论认为，当隧道在一定深度处开挖，其上方岩体将形成一个自然平衡拱，那么此时隧道仅受自然拱内围岩松散体对支护结构的压力，而自然拱外的围岩压力将由自然拱承担。
由此可知，当偏压隧道的侧覆土厚度或埋深达到一定值时，偏压效果由于自然拱的存在而减弱。
普氏理论的计算公式如下所示:y=x2/bf式中，b为自然拱的半跨，b=B/2+hf*tan(45o-Φ/2)，其中，B为隧道的跨度，Φ为围岩的计算摩擦角，f为围岩的坚固性系数，f=tanΦ。
公路隧道偏压效应与衬砌裂缝的研究
公路隧道偏压效应与衬砌裂缝的研究摘要：随着城市化进程的加速，高速公路建设成为了一个不可忽视的问题。
然而，在高速路上行驶时，由于路面变形和车辆荷载作用等因素的影响，经常会出现道路结构失稳的情况。
其中，公路隧道是交通工程中比较常见的一种结构形式，其存在一定的缺陷问题需要引起重视。
为了解决公路隧道内侧壁的裂缝问题，本文将从隧道内侧壁的偏压效应入手进行研究。
关键词：公路隧道；偏压效应；衬砌裂缝；措施前言：目前，公路隧道存在的主要问题是隧道内侧壁的裂缝问题。
这些裂缝通常是由于隧道内部压力不均匀引起的，导致隧道内外墙之间的应力差异增大而产生的。
这种影响因素主要包括隧道内部的压力分布不均、隧道外侧土体受力不平衡以及隧道施工过程中出现的各种误差等问题。
因此，研究公路隧道内侧壁的裂缝问题对于提高隧道的安全性具有重要的意义。
一、公路隧道偏压效应概述隧道偏压是指在隧道内由于地层变形引起的压力差异，导致围岩和结构材料受力不均匀的现象。
其产生的主要原因是地质构造的影响以及隧道施工过程中的荷载作用。
其中，地质构造的影响是隧道工程中不可忽视的因素之一，它直接影响到隧道内部的应力分布情况。
而隧道施工过程中的荷载作用则是指隧道内外侧不同区域受到的荷载大小是不同的，从而使得隧道内部的应力分布也不尽相同。
隧道偏压对隧道安全稳定具有重要意义，如果不能有效地控制隧道偏压，将会给隧道的安全性带来很大的隐患[1]。
因此，对于隧道偏压的研究是非常必要的。
目前，国内外学者已经开展了大量的研究工作，提出了许多有效的控制措施来减少隧道偏压的影响。
例如，采用合适的支护方式可以有效减小隧道内岩石的位移量；合理设计隧道的断面形状可以降低隧道内岩石的应变值；使用高强度混凝土进行隧道的加固也可以提高隧道的抗弯能力等等。
这些措施都是为了达到一个目标：尽可能地减少隧道偏压的影响，保证隧道的安全稳定性。
二、公路隧道衬砌裂缝分析在公路隧道工程中，衬砌裂缝是影响隧道安全的重要因素之一。
衬砌计算1——精选推荐
衬砌计算1⽬录⼀、⼆次衬砌结构计算 (1)(⼀)基本参数 (2)(⼆)荷载确定 (2)(三)计算衬砌⼏何要素 (3)(四)位移计算 (4)1.单位位移 (5)2.载位移—主动荷载在基本结构中引起的位移 (6)3.载位移—单位弹性抗⼒及相应的摩擦⼒引起的位移 (8)4.墙底（弹性地基梁上的刚性梁）位移 (12)(五)解⼒法⽅程 (12)(六)计算主动荷载和被动荷载分别产⽣的衬砌内⼒ (13)(七)最⼤抗⼒值的求解 (14)(⼋)计算衬砌总内⼒ (16)(九)衬砌截⾯强度检算 (17)(⼗)内⼒图 (18)参考资料 (19)⼆次衬砌结构计算⼀、⼆次衬砌结构计算选取五级级围岩复合式衬砌的⼆次衬砌作为典型衬砌，做结构计算。
（⼀）基本参数1. 围岩级别：Ⅴ2. 围岩容重：318.5/kN m γ=；3. 围岩弹性抗⼒系数：531.510/K kN m =?；4. 衬砌材料为C25混凝⼟，弹性模量72.8510h E kP a =?，容重323/h kN m γ=。
5. 抗压极限强度：23109.11m kN f cu ?=，321.2710td f kN m =?；6. 衬砌拱厚度：50d cm =；（⼆）荷载确定1. 围岩垂直均布压⼒按矿⼭法施⼯的隧道围岩荷载为：()()s-15-15-120.4520.45218.5150.45218.510.112.735236.03/s q i B kN mγω=?=+-?=+?-?=式中：s —围岩类别，此处s=5;γ—围岩容重，此处γ=18.5kN/m 3;ω—跨度影响系数，ω=1+i(B-5),隧道跨度B=12.72m,B=5~15m 时，i 取0.1。
考虑到初期⽀护承担⼤部分围岩压⼒，⽽⼆次衬砌⼀般作为安全储备，故对围岩压⼒进⾏折减，本隧道按25%折减，取为177.02kN/m 2。
围岩⽔平均布压⼒e=0.4q s=70.808kN/m 2。
浅埋隧道围岩垂直均布压⼒按矿⼭法施⼯的隧道围岩荷载为:mh m H m B m H t t 03.15,8,72.12,03.7====-??+?+=-++=32tan 40tan 40tan )140(tan40tan tan tan tan )1(tan tan tan 22θβg gg g=3.27]32tan 40tan )32tan 40(tan 27.31[27.340tan 27.3]tan tan )tan (tan tan 1[tan tan tan ??+?-?+?-=+-+-=θ?θ?ββ?βλg g g=0.3032184.4485.18303.0mkN H e =??==λγ2225.8403.15303.05.18mkN h e =??==γλmkN e e e 5.64)(2121=+=2e (1/2)t a n (45-/2)iH H γ?=+。
隧道衬砌结构知识、原理和衬砌计算及设计公式
隧道衬砌结构知识、原理和衬砌计算及设
计公式
简介
隧道衬砌结构是用于支撑和保护隧道壁面的一种结构。
衬砌的设计和计算是确保隧道的安全和稳定性的重要步骤。
衬砌结构类型
隧道衬砌结构通常包括以下几种类型：
1. 塑料管衬砌：使用塑料管来加固和保护隧道壁面。
2. 预制混凝土片衬砌：使用预制混凝土片来支撑和保护隧道壁面。
3. 钢筋混凝土衬砌：使用钢筋混凝土结构来加固和保护隧道壁面。
衬砌计算及设计公式
在进行隧道衬砌的计算和设计时，需要考虑以下因素：
1. 隧道直径：隧道的直径是确定衬砌结构尺寸和类型的关键因素。
2. 地层情况：地层的稳定性和承载能力将影响衬砌的安全性和设计方法。
3. 水压情况：如果隧道处于水下或水土压力较大的地区，需要考虑水压对衬砌的影响。
根据以上因素，可以使用以下公式进行衬砌计算和设计：
1. 隧道衬砌尺寸计算公式：根据隧道直径和地层参数计算衬砌的合适尺寸。
2. 衬砌材料选择公式：根据地层情况和环境条件选择合适的衬砌材料。
3. 衬砌厚度计算公式：根据地层情况和水压情况计算衬砌的合适厚度。
结论
隧道衬砌结构的知识、原理和衬砌计算及设计公式对于确保隧道的安全和稳定性至关重要。
根据隧道的直径、地层情况和水压情况等因素，可以选择合适的衬砌结构类型，并使用相应的公式进行计算和设计。
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偏压隧道衬砌作用计算方法
C.0.1偏压隧道设计时，在假定偏压分布图形与地面坡度一致(图C.0.1)作用下，其垂直压力宜按下列公式计算：
Q=Z[(力+〃，)8—(劝2+z7∕2)tano]
(C.0.1-1) z=—!—X ------------------------- tan "T ----------------------- (C.0.1-2) tan β-tana 1+tan^(tan φc -tan θ)+tan φc tan Θ
/= ]X _______________ t an∕Γ-ta∏∙ ____________
tan∕7,+tanα1+tan/(tan φc -tan+tan φc tan O
teβ-taια *：—G(CoJ —3)
tan β=tan 纥÷叵互画良三逅 Ytan φt .-tan θ
tan β∙=tan 仍÷附纥+W 国Ytan φc
-tan θ 式中：h ——内侧由拱顶水平至地面的高度（m ）；
h ,——外侧由拱顶水平至地面的高度（m ）；
B ——隧道宽度（m ）；
γ ---- 围岩重度（kN/m 3）；
O ——顶板土柱两侧摩擦角（°）；当无实测资料时，宜按表BO1选取;
λ——内侧的侧压力系数；
才——外侧的侧压力系数；
o. --- 地面坡度角（°）;
φr —围岩计算摩擦角（°）,可按表B.0.2取值；
β——内侧产生最大推力时的破裂角（°）;
β,——外侧产生最大推力时的破裂角（o ）o (C.0.1-4) (C.0.1-5)
图CO1偏压隧道衬砌作用（荷载）计算图式C.0.2在荷载作用下的水平侧压力宜按下列公式计算：
内侧：e i=γh iλ夕卜侧：e i=γh i,λ,,式中：h i—内侧任一点i至地面的距离（m）；h；—外侧任一点i至地面的距离（m）。
(C.0.2-1) (C.0.2-2)。