隧道力学-第7讲(中南大学-施成华)ppt课件.ppt

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1、在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么中南大学土木工程学院 隧道工程系主讲教师：主讲教师：施成华施成华隧隧 道道 力力 学学 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第7讲 隧道辅助施工措施的力学分析本讲主要内容：1、常用辅助施工措施2、管棚作用的力学分析3、锁脚钢管的力学分析 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一、隧道常用辅助施工措施 在软弱围岩隧道施工过程中，需要采取辅助施工方法对开在软弱围岩

2、隧道施工过程中，需要采取辅助施工方法对开在软弱围岩隧道施工过程中，需要采取辅助施工方法对开在软弱围岩隧道施工过程中，需要采取辅助施工方法对开挖面前方围岩进行预加固、控制围岩变形，防止围岩坍塌、以挖面前方围岩进行预加固、控制围岩变形，防止围岩坍塌、以挖面前方围岩进行预加固、控制围岩变形，防止围岩坍塌、以挖面前方围岩进行预加固、控制围岩变形，防止围岩坍塌、以保证施工安全。保证施工安全。保证施工安全。保证施工安全。1)1)1)1)控制先行位移的控制先行位移的控制先行位移的控制先行位移的措施措施措施措施超前支护超前支护超前支护超前支护;2)2)2)2)控制控制控制控制隧道掌子面挤出位移的措施隧道掌子面

3、挤出位移的措施隧道掌子面挤出位移的措施隧道掌子面挤出位移的措施掌子面补强掌子面补强掌子面补强掌子面补强;3)3)3)3)控制控制控制控制隧道拱脚下沉的措施隧道拱脚下沉的措施隧道拱脚下沉的措施隧道拱脚下沉的措施脚部补强脚部补强脚部补强脚部补强，4)4)4)4)控制隧道掌子面后方变形的措施控制隧道掌子面后方变形的措施控制隧道掌子面后方变形的措施控制隧道掌子面后方变形的措施加强初支及二衬。加强初支及二衬。加强初支及二衬。加强初支及二衬。第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析常用辅助施工措施常用辅助施工措施土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以

4、看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一、隧道常用辅助施工措施 1 1 1 1）超前支护超前支护超前支护超前支护第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析常用辅助施工措施常用辅助施工措施(1)(1)(1)(1)超前锚杆超前锚杆超前锚杆超前锚杆 (2)(2)(2)(2)超前小导管超前小导管超前小导管超前小导管(3)(3)(3)(3)水平旋喷注浆水平旋喷注浆水平旋喷注浆水平旋喷注浆(4)(4)(4)(4)压入式短钢管压入式短钢管压入式短钢管压入式短钢管(5)(5)(5)(5)预衬砌法预衬砌法预衬砌法预衬砌法(6)(6)(6)(6)超前管棚

5、法超前管棚法超前管棚法超前管棚法土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一、隧道常用辅助施工措施 2 2 2 2）掌子面补强支护）掌子面补强支护）掌子面补强支护）掌子面补强支护第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析常用辅助施工措施常用辅助施工措施(1)(1)(1)(1)弧形开挖、留核心土弧形开挖、留核心土弧形开挖、留核心土弧形开挖、留核心土(2)(2)(2)(2)掌子面喷混凝土掌子面喷混凝土掌子面喷混凝土掌子面喷混凝土 (3)(3)(3)(3)短掌子面锚杆短掌

6、子面锚杆短掌子面锚杆短掌子面锚杆(4)(4)(4)(4)长掌子面锚杆长掌子面锚杆长掌子面锚杆长掌子面锚杆土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一、隧道常用辅助施工措施 3 3 3 3）脚部补强）脚部补强）脚部补强）脚部补强第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析常用辅助施工措施常用辅助施工措施（1 1 1 1）补强锚杆）补强锚杆）补强锚杆）补强锚杆（2 2 2 2）补强锚管）补强锚管）补强锚管）补强锚管（3 3 3 3）脚部注浆）脚部注浆）脚部注浆）脚部注浆（

7、4 4 4 4）水平喷射注浆）水平喷射注浆）水平喷射注浆）水平喷射注浆（5 5 5 5）临时仰拱）临时仰拱）临时仰拱）临时仰拱（6 6 6 6）基脚混凝土）基脚混凝土）基脚混凝土）基脚混凝土（7 7 7 7）水平锚管）水平锚管）水平锚管）水平锚管土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一、隧道常用辅助施工措施 4 4 4 4）初支及二衬补强）初支及二衬补强）初支及二衬补强）初支及二衬补强第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析常用辅助施工措施常用辅助施工措施(1

8、)(1)(1)(1)高强度喷射混凝土高强度喷射混凝土高强度喷射混凝土高强度喷射混凝土(2)(2)(2)(2)高承载力锚杆高承载力锚杆高承载力锚杆高承载力锚杆 (3)(3)(3)(3)高承载力钢支撑高承载力钢支撑高承载力钢支撑高承载力钢支撑(4)(4)(4)(4)加厚初支加厚初支加厚初支加厚初支(5)(5)(5)(5)高强度二衬混凝土高强度二衬混凝土高强度二衬混凝土高强度二衬混凝土土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(3)(3)(3)(3)按钢管直径分类按钢管直径分类按钢管直径分

9、类按钢管直径分类小管棚：钢管直径小于小管棚：钢管直径小于小管棚：钢管直径小于小管棚：钢管直径小于129mm129mm129mm129mm的管棚；的管棚；的管棚；的管棚；中管棚：钢管直径在中管棚：钢管直径在中管棚：钢管直径在中管棚：钢管直径在129129129129299mm299mm299mm299mm之间的管棚；之间的管棚；之间的管棚；之间的管棚；大管棚：钢管直径大于大管棚：钢管直径大于大管棚：钢管直径大于大管棚：钢管直径大于300mm300mm300mm300mm的管棚。的管棚。的管棚。的管棚。(4)(4)(4)(4)按注浆分类按注浆分类按注浆分类按注浆分类注浆管棚注浆管棚注浆管棚注浆管棚

10、a.a.a.a.先管后注法先管后注法先管后注法先管后注法 b.b.b.b.先注后管法先注后管法先注后管法先注后管法不注浆管棚：钢管打设完毕后，不向围岩进行注浆，仅用不注浆管棚：钢管打设完毕后，不向围岩进行注浆，仅用不注浆管棚：钢管打设完毕后，不向围岩进行注浆，仅用不注浆管棚：钢管打设完毕后，不向围岩进行注浆，仅用水泥砂浆将填充钢管，有时为了增大钢管的强度和刚度，在水泥砂浆将填充钢管，有时为了增大钢管的强度和刚度，在水泥砂浆将填充钢管，有时为了增大钢管的强度和刚度，在水泥砂浆将填充钢管，有时为了增大钢管的强度和刚度，在钢管内设置钢筋笼后填塞水泥砂浆。钢管内设置钢筋笼后填塞水泥砂浆。钢管内设置钢筋

11、笼后填塞水泥砂浆。钢管内设置钢筋笼后填塞水泥砂浆。第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 1.1.管棚的类型管棚的类型二、管棚 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(5)(5)(5)(5)按钢管之间连接方式分类按钢管之间连接方式分类按钢管之间连接方式分类按钢管之间连接方式分类 搭接管棚：钢管之间采用各类公母接头连接成搭接管棚：钢管之间采用各类公母接头连接成搭接管棚：钢管之间采用各类公母接头连接成搭接管棚：钢管之间采用各类公母接头连接成 非搭接管棚：

12、打设管棚时钢管之间未采用任何搭接方式非搭接管棚：打设管棚时钢管之间未采用任何搭接方式非搭接管棚：打设管棚时钢管之间未采用任何搭接方式非搭接管棚：打设管棚时钢管之间未采用任何搭接方式(6)(6)(6)(6)按施工方法分类按施工方法分类按施工方法分类按施工方法分类钻孔法：是目前最常用的方法钻孔法：是目前最常用的方法钻孔法：是目前最常用的方法钻孔法：是目前最常用的方法夯管法：采用夯击技术直接将钢管夯入地层，一般适用于软夯管法：采用夯击技术直接将钢管夯入地层，一般适用于软夯管法：采用夯击技术直接将钢管夯入地层，一般适用于软夯管法：采用夯击技术直接将钢管夯入地层，一般适用于软塑地层；塑地层；塑地层；塑地

13、层；顶管法：压入式、螺旋钻进式、水平钻进式、泥浆加压式顶管法：压入式、螺旋钻进式、水平钻进式、泥浆加压式顶管法：压入式、螺旋钻进式、水平钻进式、泥浆加压式顶管法：压入式、螺旋钻进式、水平钻进式、泥浆加压式 在我国地下工程施工中，除了在管幕顶推施工中通常采用在我国地下工程施工中，除了在管幕顶推施工中通常采用在我国地下工程施工中，除了在管幕顶推施工中通常采用在我国地下工程施工中，除了在管幕顶推施工中通常采用大管棚外，应用最广泛的是小管棚和中管棚，钢管直径多在大管棚外，应用最广泛的是小管棚和中管棚，钢管直径多在大管棚外，应用最广泛的是小管棚和中管棚，钢管直径多在大管棚外，应用最广泛的是小管棚和中管棚

14、，钢管直径多在200mm200mm200mm200mm以下，其中以以下，其中以以下，其中以以下，其中以108mm108mm108mm108mm的钢管应用最多。近年来也出现了的钢管应用最多。近年来也出现了的钢管应用最多。近年来也出现了的钢管应用最多。近年来也出现了部分双层管棚以及大直径管棚部分双层管棚以及大直径管棚部分双层管棚以及大直径管棚部分双层管棚以及大直径管棚第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 1.1.管棚的类型管棚的类型土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费

15、这一点点算不了什么(1)(1)(1)(1)作为在既有公路、铁路下修建隧道的防护作为在既有公路、铁路下修建隧道的防护作为在既有公路、铁路下修建隧道的防护作为在既有公路、铁路下修建隧道的防护第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 2.2.管棚的主要用途管棚的主要用途 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(2)(2)(2)(2)作为在地面或地下重要建筑物下方修建隧道的防护作为在地面或地下重要建筑物下方修建隧道的防护作为在地面或地下重要建筑物下方修建隧道的

16、防护作为在地面或地下重要建筑物下方修建隧道的防护第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 2.2.管棚的主要用途管棚的主要用途 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(3)(3)(3)(3)作为隧道洞口段的辅助施工方法作为隧道洞口段的辅助施工方法作为隧道洞口段的辅助施工方法作为隧道洞口段的辅助施工方法 (4)(4)(4)(4)作为大断面隧道的辅助施工方法作为大断面隧道的辅助施工方法作为大断面隧道的辅助施工方法作为大断面隧道的辅助施工方法第第7 7讲讲

17、辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 2.2.管棚的主要用途管棚的主要用途 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(5)(5)(5)(5)作为穿过河底、海底、断层破碎带、塌方地段、软塑地层作为穿过河底、海底、断层破碎带、塌方地段、软塑地层作为穿过河底、海底、断层破碎带、塌方地段、软塑地层作为穿过河底、海底、断层破碎带、塌方地段、软塑地层等困难地段的辅助施工方法等困难地段的辅助施工方法等困难地段的辅助施工方法等困难地段的辅助施工方法第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学

18、分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 2.2.管棚的主要用途管棚的主要用途 (6)(6)(6)(6)代替施工便梁或挡土插板作为其它施工的辅助方法。代替施工便梁或挡土插板作为其它施工的辅助方法。代替施工便梁或挡土插板作为其它施工的辅助方法。代替施工便梁或挡土插板作为其它施工的辅助方法。土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(1)(1)(1)(1)作用于管棚上的载荷作用于管棚上的载荷作用于管棚上的载荷作用于管棚上的载荷1 1 1 1）己开挖管棚上方和开挖面前方松弛范围的围岩压力）己开挖

19、管棚上方和开挖面前方松弛范围的围岩压力）己开挖管棚上方和开挖面前方松弛范围的围岩压力）己开挖管棚上方和开挖面前方松弛范围的围岩压力2 2 2 2）围岩对管棚的弹性抗力、）围岩对管棚的弹性抗力、）围岩对管棚的弹性抗力、）围岩对管棚的弹性抗力、3 3 3 3）隧道上部的车辆荷载及其他荷载）隧道上部的车辆荷载及其他荷载）隧道上部的车辆荷载及其他荷载）隧道上部的车辆荷载及其他荷载4 4 4 4）附加荷载：灌浆压力、温度变化或混凝土收缩引起的温）附加荷载：灌浆压力、温度变化或混凝土收缩引起的温）附加荷载：灌浆压力、温度变化或混凝土收缩引起的温）附加荷载：灌浆压力、温度变化或混凝土收缩引起的温度应力和收缩

20、应力、施工荷载等。度应力和收缩应力、施工荷载等。度应力和收缩应力、施工荷载等。度应力和收缩应力、施工荷载等。上述这些荷载中围岩压力为地下结构设计计算的控制因素，上述这些荷载中围岩压力为地下结构设计计算的控制因素，上述这些荷载中围岩压力为地下结构设计计算的控制因素，上述这些荷载中围岩压力为地下结构设计计算的控制因素，包括竖向压力和水平压力。包括竖向压力和水平压力。包括竖向压力和水平压力。包括竖向压力和水平压力。第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 3.3.管棚的力学特征管棚的力学特征 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪

21、费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(2)(2)(2)(2)管棚中的钢管起着双重作用：管棚中的钢管起着双重作用：管棚中的钢管起着双重作用：管棚中的钢管起着双重作用：一是起注浆管的作用，管棚注浆可以使钢管周围围岩裂隙充一是起注浆管的作用，管棚注浆可以使钢管周围围岩裂隙充一是起注浆管的作用，管棚注浆可以使钢管周围围岩裂隙充一是起注浆管的作用，管棚注浆可以使钢管周围围岩裂隙充满浆液，提高围岩的稳定性和整体性，在围岩中形成加固圈，满浆液，提高围岩的稳定性和整体性，在围岩中形成加固圈，满浆液，提高围岩的稳定性和整体性，在围岩中形成加固圈，满浆液，提高围岩的稳定性和整

22、体性，在围岩中形成加固圈，同时注浆具有隔水作用，减少了地下水的渗透；同时注浆具有隔水作用，减少了地下水的渗透；同时注浆具有隔水作用，减少了地下水的渗透；同时注浆具有隔水作用，减少了地下水的渗透；二是起支护结构的作用，钢管内部填充水泥砂浆形成刚度较二是起支护结构的作用，钢管内部填充水泥砂浆形成刚度较二是起支护结构的作用，钢管内部填充水泥砂浆形成刚度较二是起支护结构的作用，钢管内部填充水泥砂浆形成刚度较大的钢管混凝土，其承受着临空面上部荷载，减少了围岩向隧大的钢管混凝土，其承受着临空面上部荷载，减少了围岩向隧大的钢管混凝土，其承受着临空面上部荷载，减少了围岩向隧大的钢管混凝土，其承受着临空面上部荷

23、载，减少了围岩向隧道净空的径向位移量。管棚下部围岩不直接承受上部全部荷载，道净空的径向位移量。管棚下部围岩不直接承受上部全部荷载，道净空的径向位移量。管棚下部围岩不直接承受上部全部荷载，道净空的径向位移量。管棚下部围岩不直接承受上部全部荷载，仅受到加固圈变形引起的形变压力，大大减小了掌子面围岩所仅受到加固圈变形引起的形变压力，大大减小了掌子面围岩所仅受到加固圈变形引起的形变压力，大大减小了掌子面围岩所仅受到加固圈变形引起的形变压力，大大减小了掌子面围岩所承受的压力，有效保护掌子面稳定。承受的压力，有效保护掌子面稳定。承受的压力，有效保护掌子面稳定。承受的压力，有效保护掌子面稳定。第第7 7讲讲

24、 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 3.3.管棚的力学特征管棚的力学特征 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(3)(3)(3)(3)管棚预支护体系能够有效地从空间、时间上调整隧道开管棚预支护体系能够有效地从空间、时间上调整隧道开管棚预支护体系能够有效地从空间、时间上调整隧道开管棚预支护体系能够有效地从空间、时间上调整隧道开挖引起的应力分布，保持隧道掌子面稳定和抑制地面沉陷，长挖引起的应力分布，保持隧道掌子面稳定和抑制地面沉陷，长挖引起的应力分布，保持隧道掌

25、子面稳定和抑制地面沉陷，长挖引起的应力分布，保持隧道掌子面稳定和抑制地面沉陷，长管棚从超前支护和永久支护两方面出发，改善围岩的内部环境，管棚从超前支护和永久支护两方面出发，改善围岩的内部环境，管棚从超前支护和永久支护两方面出发，改善围岩的内部环境，管棚从超前支护和永久支护两方面出发，改善围岩的内部环境，将未开挖前的初始平衡直接转移到建成隧道的最终平衡将未开挖前的初始平衡直接转移到建成隧道的最终平衡将未开挖前的初始平衡直接转移到建成隧道的最终平衡将未开挖前的初始平衡直接转移到建成隧道的最终平衡(4)(4)(4)(4)在隧道掌子面后方已开挖并施作初期支护段，管棚与拱在隧道掌子面后方已开挖并施作初期

26、支护段，管棚与拱在隧道掌子面后方已开挖并施作初期支护段，管棚与拱在隧道掌子面后方已开挖并施作初期支护段，管棚与拱架相结合形成小跨度的短梁，短梁长度等于拱架间距；在已开架相结合形成小跨度的短梁，短梁长度等于拱架间距；在已开架相结合形成小跨度的短梁，短梁长度等于拱架间距；在已开架相结合形成小跨度的短梁，短梁长度等于拱架间距；在已开挖但未施作初期支护段，上部围岩压力全部由管棚承担；伸入挖但未施作初期支护段，上部围岩压力全部由管棚承担；伸入挖但未施作初期支护段，上部围岩压力全部由管棚承担；伸入挖但未施作初期支护段，上部围岩压力全部由管棚承担；伸入掌子面前方地层的管棚起弹性地基梁作用，不仅承受上部围岩掌

27、子面前方地层的管棚起弹性地基梁作用，不仅承受上部围岩掌子面前方地层的管棚起弹性地基梁作用，不仅承受上部围岩掌子面前方地层的管棚起弹性地基梁作用，不仅承受上部围岩压力，而且还受下部围岩的弹性抗力。因此，在隧道开挖过程压力，而且还受下部围岩的弹性抗力。因此，在隧道开挖过程压力，而且还受下部围岩的弹性抗力。因此，在隧道开挖过程压力，而且还受下部围岩的弹性抗力。因此，在隧道开挖过程中管棚起次梁的作用承受上部围岩压力，并将载荷传递给下面中管棚起次梁的作用承受上部围岩压力，并将载荷传递给下面中管棚起次梁的作用承受上部围岩压力，并将载荷传递给下面中管棚起次梁的作用承受上部围岩压力，并将载荷传递给下面的主梁的

28、主梁的主梁的主梁(拱架拱架拱架拱架)和开挖面前方的弹性地基。和开挖面前方的弹性地基。和开挖面前方的弹性地基。和开挖面前方的弹性地基。第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 3.3.管棚的力学特征管棚的力学特征 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么（1 1 1 1）WinklerWinklerWinklerWinkler模型模型模型模型 用一系列具有固定刚度且相互独立的弹簧来模拟地基，用一系列具有固定刚度且相互独立的弹簧来模拟地基，用一系列具有固定刚

29、度且相互独立的弹簧来模拟地基，用一系列具有固定刚度且相互独立的弹簧来模拟地基，假定某点的地基反力与该点的位移成正比，而地基上某点的位假定某点的地基反力与该点的位移成正比，而地基上某点的位假定某点的地基反力与该点的位移成正比，而地基上某点的位假定某点的地基反力与该点的位移成正比，而地基上某点的位移与其他点的应力无关。移与其他点的应力无关。移与其他点的应力无关。移与其他点的应力无关。第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 4.4.围岩的力学模型围岩的力学模型 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到

30、自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么（2 2 2 2）弹性半空间理论模型）弹性半空间理论模型）弹性半空间理论模型）弹性半空间理论模型 假定地基为一个均匀的、各向同性的半无限大连续弹性假定地基为一个均匀的、各向同性的半无限大连续弹性假定地基为一个均匀的、各向同性的半无限大连续弹性假定地基为一个均匀的、各向同性的半无限大连续弹性体，土的力学性质由变形模量和泊松比来表征，当集中力作为体，土的力学性质由变形模量和泊松比来表征，当集中力作为体，土的力学性质由变形模量和泊松比来表征，当集中力作为体，土的力学性质由变形模量和泊松比来表征，当集中力作为于某点时，地基表面处的竖向位移由于某点时，地基表面

31、处的竖向位移由于某点时，地基表面处的竖向位移由于某点时，地基表面处的竖向位移由BoussinesqBoussinesqBoussinesqBoussinesq解答给出解答给出解答给出解答给出 第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 4.4.围岩的力学模型围岩的力学模型 当作用力为分布荷载时当作用力为分布荷载时当作用力为分布荷载时当作用力为分布荷载时土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么（3 3 3 3）双参数地基模型）双参数地基模型）双参数地基模型）

32、双参数地基模型 双参数模型是介于双参数模型是介于双参数模型是介于双参数模型是介于WinklerWinklerWinklerWinkler模型和弹性半空间模型之间模型和弹性半空间模型之间模型和弹性半空间模型之间模型和弹性半空间模型之间的地基计算模型，通过在独立弹簧之间引入力的相互作用，用的地基计算模型，通过在独立弹簧之间引入力的相互作用，用的地基计算模型，通过在独立弹簧之间引入力的相互作用，用的地基计算模型，通过在独立弹簧之间引入力的相互作用，用两个独立的参数来表征地基土的特性，常用的双参数模型有费两个独立的参数来表征地基土的特性，常用的双参数模型有费两个独立的参数来表征地基土的特性，常用的双参

33、数模型有费两个独立的参数来表征地基土的特性，常用的双参数模型有费洛年柯一鲍罗基契洛年柯一鲍罗基契洛年柯一鲍罗基契洛年柯一鲍罗基契(Filonenko-Borodich)(Filonenko-Borodich)(Filonenko-Borodich)(Filonenko-Borodich)模型、巴斯捷纳克模型、巴斯捷纳克模型、巴斯捷纳克模型、巴斯捷纳克(Pasternak)(Pasternak)(Pasternak)(Pasternak)模型、海藤义模型、海藤义模型、海藤义模型、海藤义(Hetenyi)(Hetenyi)(Hetenyi)(Hetenyi)模型和符拉索夫模型和符拉索夫模型和符拉索

34、夫模型和符拉索夫(Vlasov)(Vlasov)(Vlasov)(Vlasov)模型。模型。模型。模型。第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 4.4.围岩的力学模型围岩的力学模型 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么（3 3 3 3）双参数地基模型）双参数地基模型）双参数地基模型）双参数地基模型 PasternakPasternakPasternakPasternak模型是假模型是假模型是假模型是假设在设在设在设在WinklerWinklerWi

35、nklerWinkler模型中各弹模型中各弹模型中各弹模型中各弹簧单元之间存在着剪切簧单元之间存在着剪切簧单元之间存在着剪切簧单元之间存在着剪切作用，这种剪切作用是作用，这种剪切作用是作用，这种剪切作用是作用，这种剪切作用是通过一层只能产生横向通过一层只能产生横向通过一层只能产生横向通过一层只能产生横向剪切变形而不可压缩的剪切变形而不可压缩的剪切变形而不可压缩的剪切变形而不可压缩的剪切层相联结来实现，剪切层相联结来实现，剪切层相联结来实现，剪切层相联结来实现，外荷载与位移之间关系外荷载与位移之间关系外荷载与位移之间关系外荷载与位移之间关系为：为：为：为：第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅

36、助施工措施的力学分析管棚管棚 4.4.围岩的力学模型围岩的力学模型 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么（1 1 1 1）荷载大小）荷载大小）荷载大小）荷载大小 按深、浅埋隧道按深、浅埋隧道按深、浅埋隧道按深、浅埋隧道分别进行计算。分别进行计算。分别进行计算。分别进行计算。第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 5.5.管棚的作用荷载管棚的作用荷载 （2 2 2 2）荷载纵向分布范围）荷载纵向分布范围）荷载纵向分布范围）荷载纵向分布范围 掌子面后方

37、：未支护段围岩压力全部掌子面后方：未支护段围岩压力全部掌子面后方：未支护段围岩压力全部掌子面后方：未支护段围岩压力全部由管棚承担，支护段为具有一定初始位移由管棚承担，支护段为具有一定初始位移由管棚承担，支护段为具有一定初始位移由管棚承担，支护段为具有一定初始位移和初始转角的弹性固定端。和初始转角的弹性固定端。和初始转角的弹性固定端。和初始转角的弹性固定端。掌子面前方：掌子面前方：掌子面前方：掌子面前方：土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅

38、助施工措施的力学分析管棚管棚 5.5.管棚的作用荷载管棚的作用荷载 （3 3 3 3）荷载横向分布范围）荷载横向分布范围）荷载横向分布范围）荷载横向分布范围 第第第第i i i i根管棚承受岩体的宽度：根管棚承受岩体的宽度：根管棚承受岩体的宽度：根管棚承受岩体的宽度：第第第第i i i i根管棚支护范围内的径向均布荷载：根管棚支护范围内的径向均布荷载：根管棚支护范围内的径向均布荷载：根管棚支护范围内的径向均布荷载：若将管棚作为梁，假设梁若将管棚作为梁，假设梁若将管棚作为梁，假设梁若将管棚作为梁，假设梁的宽度与管棚直径等宽，将荷的宽度与管棚直径等宽，将荷的宽度与管棚直径等宽，将荷的宽度与管棚直径

39、等宽，将荷载等效到梁的宽度载等效到梁的宽度载等效到梁的宽度载等效到梁的宽度b b b b上，则作上，则作上，则作上，则作用在管棚上的荷载为：用在管棚上的荷载为：用在管棚上的荷载为：用在管棚上的荷载为：土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 6.6.管棚的弹性地基梁分析模型管棚的弹性地基梁分析模型 （1 1 1 1）模型）模型）模型）模型1 1 1 1 已支护段看着具有一定初始位移和初始转角的弹性固定端，已开挖但未

40、已支护段看着具有一定初始位移和初始转角的弹性固定端，已开挖但未已支护段看着具有一定初始位移和初始转角的弹性固定端，已开挖但未已支护段看着具有一定初始位移和初始转角的弹性固定端，已开挖但未支护段，围岩松弛压力完全由管棚承受；隧道掌子前方松弛范围内，管棚受支护段，围岩松弛压力完全由管棚承受；隧道掌子前方松弛范围内，管棚受支护段，围岩松弛压力完全由管棚承受；隧道掌子前方松弛范围内，管棚受支护段，围岩松弛压力完全由管棚承受；隧道掌子前方松弛范围内，管棚受到均布松动压力，同时还受到围岩的弹性抗力。因此，可将管棚作为到均布松动压力，同时还受到围岩的弹性抗力。因此，可将管棚作为到均布松动压力，同时还受到围岩

41、的弹性抗力。因此，可将管棚作为到均布松动压力，同时还受到围岩的弹性抗力。因此，可将管棚作为半无限半无限半无限半无限长弹性地基梁长弹性地基梁长弹性地基梁长弹性地基梁。土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 6.6.管棚的弹性地基梁分析模型管棚的弹性地基梁分析模型 （2 2 2 2）模型）模型）模型）模型2 2 2 2 当隧道开挖接近管棚前端，管棚可作为当隧道开挖接近管棚前端，管棚可作为当隧道开挖接近管棚前端，管棚可

42、作为当隧道开挖接近管棚前端，管棚可作为有限长度的弹性地基梁有限长度的弹性地基梁有限长度的弹性地基梁有限长度的弹性地基梁。土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 7.7.地基梁的微分方程地基梁的微分方程 根据管棚的弹性地基梁模型，在管棚上截取一微段根据管棚的弹性地基梁模型，在管棚上截取一微段根据管棚的弹性地基梁模型，在管棚上截取一微段根据管棚的弹性地基梁模型，在管棚上截取一微段dxdxdxdx，其受力如图所示，其受

43、力如图所示，其受力如图所示，其受力如图所示，设梁的宽度为设梁的宽度为设梁的宽度为设梁的宽度为b b b b 由由由由 可得可得可得可得 由由由由 可得可得可得可得 略去二阶微分项得略去二阶微分项得略去二阶微分项得略去二阶微分项得 由此有：由此有：由此有：由此有：土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 7.7.地基梁的微分方程地基梁的微分方程 由由由由Bernoulli-EulerBernoulli-EulerBe

44、rnoulli-EulerBernoulli-Euler经典理论得到经典理论得到经典理论得到经典理论得到荷载、位移及内力之间的微分关系荷载、位移及内力之间的微分关系荷载、位移及内力之间的微分关系荷载、位移及内力之间的微分关系由此可得到梁的挠曲微分方程由此可得到梁的挠曲微分方程由此可得到梁的挠曲微分方程由此可得到梁的挠曲微分方程 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 7.7.地基梁的微分方程地基梁的微分方程 考虑

45、不同的地基模型，即可得到地考虑不同的地基模型，即可得到地考虑不同的地基模型，即可得到地考虑不同的地基模型，即可得到地基抗力的表达式，由此得到管棚的控基抗力的表达式，由此得到管棚的控基抗力的表达式，由此得到管棚的控基抗力的表达式，由此得到管棚的控制微分方程。制微分方程。制微分方程。制微分方程。当采用双参数模型中的当采用双参数模型中的当采用双参数模型中的当采用双参数模型中的PasternakPasternakPasternakPasternak模型时，有模型时，有模型时，有模型时，有 可得管棚的控制微分方程为可得管棚的控制微分方程为可得管棚的控制微分方程为可得管棚的控制微分方程为 为考虑双参数地基

46、连续性有限宽度梁等效宽度为考虑双参数地基连续性有限宽度梁等效宽度为考虑双参数地基连续性有限宽度梁等效宽度为考虑双参数地基连续性有限宽度梁等效宽度 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 7.7.地基梁的微分方程地基梁的微分方程 在在在在BCBCBCBC段，围岩压力段，围岩压力段，围岩压力段，围岩压力 ，地基反力地基反力地基反力地基反力 ，其控制方程为，其控制方程为，其控制方程为，其控制方程为在在在在CDCDCDC

47、D段，围岩压力段，围岩压力段，围岩压力段，围岩压力 ，地基反力，地基反力，地基反力，地基反力 ，其，其，其，其控制方程为控制方程为控制方程为控制方程为 在在在在DEDEDEDE段，围岩压力段，围岩压力段，围岩压力段，围岩压力 ，地基反力，地基反力，地基反力，地基反力 ，其，其，其，其控制方程为控制方程为控制方程为控制方程为 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 BCBCBCBC段微分方程可变为段微分方程可变为段

48、微分方程可变为段微分方程可变为故控制方程的解为故控制方程的解为故控制方程的解为故控制方程的解为其通解为其通解为其通解为其通解为当管棚荷载为均布荷载当管棚荷载为均布荷载当管棚荷载为均布荷载当管棚荷载为均布荷载 时，其特解为时，其特解为时，其特解为时，其特解为 8.8.微分方程的求解微分方程的求解 土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 DEDEDEDE段段段段其特征方程为其特征方程为其特征方程为其特征方程为微分方程

49、转换为微分方程转换为微分方程转换为微分方程转换为 8.8.微分方程的求解微分方程的求解 令：令：令：令：其通解为其通解为其通解为其通解为土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第第7 7讲讲 辅助施工措施的力学分析辅助施工措施的力学分析管棚管棚 CDCDCDCD段段段段 8.8.微分方程的求解微分方程的求解 令由于令由于令由于令由于DEDEDEDE段管棚的控制方程是段管棚的控制方程是段管棚的控制方程是段管棚的控制方程是CDCDCDCD段段段段微分控制方程的齐次方程，从而可得微分控制

50、方程的齐次方程，从而可得微分控制方程的齐次方程，从而可得微分控制方程的齐次方程，从而可得控制方程的通解为：控制方程的通解为：控制方程的通解为：控制方程的通解为：当管棚所受荷载为均布荷载时，在当管棚所受荷载为均布荷载时，在当管棚所受荷载为均布荷载时，在当管棚所受荷载为均布荷载时，在D D D D点两边管棚的挠度及转角应相对，点两边管棚的挠度及转角应相对，点两边管棚的挠度及转角应相对，点两边管棚的挠度及转角应相对，即有边界条件即有边界条件即有边界条件即有边界条件 由此得特解为由此得特解为由此得特解为由此得特解为土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的