1、中南大学隧道与地下工程系中南大学隧道与地下工程系隧 道 工 程第 4 章 隧道围岩分级与围岩压力( (二二) )第 4 章 隧道围岩分级与围岩压力2支支 护护稳定洞室稳定洞室原原 岩岩（原始应力状态）（原始应力状态）隧道开挖隧道开挖形成毛洞形成毛洞3岩体初始应力状态围岩压力定义与分类围岩松动压力的形成过程围岩松动压力的确定方法法明洞压力的计算围岩压力的现场量测4 隧道开挖前未扰动的岩体应力状态隧道开挖前未扰动的岩体应力状态也称也称原始原始应力或一次应力应力或一次应力。 岩体岩体初始地应力的两种初始地应力的两种类型类型： 自重应力：自重应力：岩层自重引起的应力岩层自重引起的应力 构造应力：构造应
2、力：构造残余应力构造残余应力过去的地质构造运过去的地质构造运 动形成的地应力；动形成的地应力； 新构造应力新构造应力现在的地质构造运动现在的地质构造运动 形成的地应力。形成的地应力。4.4.1 岩体初始应力状态 5 初始应力自重应力初始应力自重应力构造应力构造应力 考虑到埋深较浅的隧道，构造应力一般释放掉考虑到埋深较浅的隧道，构造应力一般释放掉了，在地质上来说，埋深较浅大约也在了，在地质上来说，埋深较浅大约也在500m500m以内以内，绝绝大部分大部分隧道都在这个范围内，隧道都在这个范围内，故一般以自重应力故一般以自重应力为主。即初始地应力仅考虑自重应力。为主。即初始地应力仅考虑自重应力。4.
3、4.1 岩体初始应力状态 6 (1)(1)概念：概念：由由岩岩体体自重自重引起的引起的( (地心引力和离心惯性力共同作用地心引力和离心惯性力共同作用的结果的结果) ) (2)(2)自重应力的计算自重应力的计算 假定：假定：岩体是均匀连续介质，岩体是均匀连续介质，可运用连续介质理论进行分析。可运用连续介质理论进行分析。4.4.1 岩体初始应力状态 74.4.1 岩体初始应力状态 niiinnzHrHHH122110(2)(2)自重应力的计算自重应力的计算 iinnzyxHH1)(11000成层 xxxyyyzxEE110000()()水平应力：水平应力：（地层均匀时）（地层均匀时） 竖向应力：竖
4、向应力： 84.4.1 岩体初始应力状态 （3 3）自重应力场的一般规律：自重应力场的一般规律： 地应力随深度呈线性增加地应力随深度呈线性增加 水平应力总是小于垂直应力，水平应力总是小于垂直应力，但但随着深度的增加随着深度的增加将将逐渐逐渐趋于其相等趋于其相等，即，即趋近于静水压力状态趋近于静水压力状态。 （4 4）围岩初始应力场的确定方法围岩初始应力场的确定方法 实地应力量测实地应力量测：应力解除法应力解除法 应力恢复法应力恢复法 地质力学分析地质力学分析法法9 由于地质构造产生的应力场由于地质构造产生的应力场 特点特点 属非稳定的应力场，即它在空间的分布极不均匀，属非稳定的应力场，即它在空
5、间的分布极不均匀，而且随着时间的推移还在不断发生变化。而且随着时间的推移还在不断发生变化。 垂直应力的量值随深度增加而增大，而且水平应力垂直应力的量值随深度增加而增大，而且水平应力普遍大于垂直应力。普遍大于垂直应力。 水平主应力具有明显的各向异性。水平主应力具有明显的各向异性。4.4.1 岩体初始应力状态 10 构造应力场构造应力场例图例图11 构造应力场构造应力场例图例图12 构造应力场构造应力场例图例图13 4.温度应力场 指岩体随埋深的增加地温也逐渐上升而对指岩体随埋深的增加地温也逐渐上升而对岩体施加的热应力岩体施加的热应力( (压应力压应力) )，这种现象仅在岩体这种现象仅在岩体较深情
6、况下比较显著较深情况下比较显著( (=3=3/100)/100)。 距地表很近岩体的温距地表很近岩体的温度度应力影响可忽略不应力影响可忽略不计。计。4.4.1 岩体初始应力状态 14 地质构造地质构造 地形和地貌地形和地貌 岩体的力学性质岩体的力学性质 地温地温 人类活动人类活动4.4.1 岩体初始应力状态 15 是指是指隧道开挖后，隧道开挖后，引起引起洞室洞室空间周围岩体和支空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。护变形或破坏的作用力。围岩压力围岩压力地层对洞室的作用力地层对洞室的作用力广义：包括有、无支护时的压力广义：包括有、无支护时的压力狭义：仅指对支护的压力狭义：仅指对支护的压力4.4.
7、2 围岩压力定义与分类 16 （1 1）松动压力：）松动压力：由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支护结构上的压力称松动(散）压力。 （2 2）形变压力：）形变压力：由于围岩变形受到支护结构的抑制，而使围岩与支护结构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。 （3 3）膨胀压力：）膨胀压力：由于围岩吸水而膨胀崩解所引起的压力 （4 4）冲击压力：）冲击压力：明洞落石、坍方、岩爆等产生的压力4.4.2 围岩压力定义与分类 其中其中前两种前两种这是最重要的两种压力形态。这是最重要的两种压力形态。17 （1 1）地质因素）地质因素 岩体初始应力状态岩体初始应力状态 岩石力学性质岩石力学
8、性质 岩体结构面岩体结构面 地下水等地下水等4.4.2 围岩压力定义与分类 184.4.2 围岩压力定义与分类 （2 2）工程因素）工程因素 施工方法施工方法 支护设置时间支护设置时间 支护本身刚度支护本身刚度 隧道断面形状等隧道断面形状等19 自然拱的概念：自然拱的概念：围岩的变形不能得到有效的控制，围岩的变形不能得到有效的控制，当变形超过一定限度后，围岩发生松动、坍落，最终当变形超过一定限度后，围岩发生松动、坍落，最终在洞室上方形成拱形。在洞室上方形成拱形。 (a) (a)变形阶段；变形阶段； (b)(b)松动阶段；松动阶段； (c)(c)塌落阶段；塌落阶段； (d)(d)成拱阶段。成拱阶
9、段。4.4.3 围岩松动压力的形成过程20自然拱作用图(a)变形阶段图(b)松动阶段图(c)塌落阶段图(d)成拱阶段4.4.3 围岩松动压力的形成过程21围岩松动压力的形成过程224.4.3 围岩松动压力的形成过程23 隧道埋深隧道埋深成拱的必要条件成拱的必要条件 隧道断面形状和大小隧道断面形状和大小拱的范围拱的范围 施工因素施工因素对围岩的扰动程度对围岩的扰动程度4.4.3 围岩松动压力的形成过程24 ( (1)1)直接量测法直接量测法 这这是比较切合实际的方法，是发展方向，但因量测设备是比较切合实际的方法，是发展方向，但因量测设备条件和技术水平所限，一时难以普遍采用。条件和技术水平所限，一
10、时难以普遍采用。 ( (2)2)经验公式经验公式工程类比法工程类比法 是是根据大量实际工程资料的统计和总结，按不同围岩类根据大量实际工程资料的统计和总结，按不同围岩类别提出围岩压力的经验公式，作为后建隧道工程确定围岩的别提出围岩压力的经验公式，作为后建隧道工程确定围岩的依据。依据。4.4 围岩压力的确定4.4.4 围岩松动压力的确定方法法25 （3 3）理论分析方法理论分析方法 是在实践的基础上，从理论的角度来分析围岩压力的大是在实践的基础上，从理论的角度来分析围岩压力的大小。现在较普遍采用的是小。现在较普遍采用的是现代岩体现代岩体力力学理论及数值模拟方法学理论及数值模拟方法( (有限元、差分
11、有限元、差分) )。 由于围岩状况千变万化，现有的围岩压力理论还不那么由于围岩状况千变万化，现有的围岩压力理论还不那么切合实际情况，因此，切合实际情况，因此，目前主要以第二种办法来估算工程中目前主要以第二种办法来估算工程中的围岩压力，并辅之以第一种和第三种方法的围岩压力，并辅之以第一种和第三种方法以解决特殊性问以解决特殊性问题题，较复杂的隧道工程应进行实测。较复杂的隧道工程应进行实测。4.4.4 围岩松动压力的确定方法法26 1.深埋隧道围岩松动压力的确定方法4.4.4 围岩松动压力的确定方法法),(BSfq 当隧道的埋置深度超过一定限值后，围岩的松当隧道的埋置深度超过一定限值后，围岩的松动压
12、力仅是隧道周边某一破坏范围动压力仅是隧道周边某一破坏范围( (天然拱天然拱) )内岩体内岩体的重量，而与埋深无直接关系。即围岩压力的大小的重量，而与埋深无直接关系。即围岩压力的大小仅仅与围岩级别与围岩级别S 和隧道跨度和隧道跨度 B 有关系有关系27 (1) (1) 统计法统计法我国我国隧规隧规所推荐的方法所推荐的方法 该公式是以工程类比为基础，根据西南铁路该公式是以工程类比为基础，根据西南铁路300300多座铁多座铁路隧道坍方调查资料路隧道坍方调查资料而拟定，它提出以拱顶平均坍落度作为而拟定，它提出以拱顶平均坍落度作为围岩垂直荷载高度，调查资料统计如下表围岩垂直荷载高度，调查资料统计如下表4
13、.4.4 围岩松动压力的确定方法法围围岩级别岩级别坍坍方高度方高度0.61.22.34.710.019.028 (1) (1) 隧规法（统计法）：采用破损阶段法设计时隧规法（统计法）：采用破损阶段法设计时whhqsqq1245.0式中式中 围岩容重；围岩容重； h hq q坍落拱高度；坍落拱高度； s s 围岩级别；围岩级别； w w 宽度影响系数，由宽度影响系数，由 w=1+iw=1+i（B-5B-5）计算：）计算： B B 坑道宽度，当坑道宽度，当 B B5m5m时，取时，取 i =0.2i =0.2， 当当 B B5m5m时，取时，取i =0.1i =0.1。4.4.4 围岩松动压力的确
14、定方法法29围岩水平均布压力表围岩水平均布压力表围岩级别围岩级别、水平均布压力水平均布压力0 00.15q0.15q( 0.15( 0.150.3)q0.3)q(0.3(0.30.5)q0.5)q(0.5(0.51.0)q1.0)q4.4.4 围岩松动压力的确定方法法 (1) (1) 统计法统计法我国我国隧规隧规所推荐的方法所推荐的方法公式的适用条件：公式的适用条件： H/BH/B1.71.7，H H为坑道的高度；为坑道的高度； 深埋隧道；深埋隧道； 不产生显著偏压力及膨胀力的一般围岩；不产生显著偏压力及膨胀力的一般围岩； 采用矿山法施工。采用矿山法施工。30 (1) (1) 隧规法（统计法）
15、：隧规法（统计法）： 采用概率极限状态法设计时采用概率极限状态法设计时式中式中 围岩容重；围岩容重； s 围岩级别。围岩级别。4.4.4 围岩松动压力的确定方法法sq79. 141. 031 据统计，围岩垂直松动压力的分布可概括为据统计，围岩垂直松动压力的分布可概括为4 4种，如下种，如下图。图。几种图形中，各分布的合力是相等的。在分析支护结构几种图形中，各分布的合力是相等的。在分析支护结构时，一般以竖向和水平匀布荷载图形为主，并用局部压力、偏时，一般以竖向和水平匀布荷载图形为主，并用局部压力、偏压以及其它非均匀分布的荷载图形进行校核。压以及其它非均匀分布的荷载图形进行校核。围岩竖向松动压力的
16、分布图形围岩竖向松动压力的分布图形图 4-7 (1) (1) 统计法统计法我国我国隧规隧规所推荐的方法所推荐的方法4.4.4 围岩松动压力的确定方法法 1.深埋隧道围岩松动压力的确定方法32 (2)(2)普氏理论普氏理论 假定：假定：所有的岩体都不同程度地被节理、裂隙所所有的岩体都不同程度地被节理、裂隙所切割，因此可视为切割，因此可视为散粒体散粒体。但岩体又不同于一般的散粒。但岩体又不同于一般的散粒体，其结构面上仍存在着不同程度的粘结力。体，其结构面上仍存在着不同程度的粘结力。 这种粘结力体现为摩擦力，以这种粘结力体现为摩擦力，以似摩擦系数似摩擦系数f f表示表示称其为岩体的称其为岩体的“坚固
17、性系数坚固性系数”。4.4.4 围岩松动压力的确定方法法 33 (2)(2)普氏理论普氏理论 岩体岩体坚固性系数坚固性系数f f：是一个以岩体强度为主的指是一个以岩体强度为主的指标，兼顾抗钻性、抗爆性、地下水等性质。标，兼顾抗钻性、抗爆性、地下水等性质。 4.4.4 围岩松动压力的确定方法法 0tantancf34 (2)(2)普氏理论普氏理论 “自然拱自然拱” 普氏认为在具有一定粘结普氏认为在具有一定粘结力的松散介质中开挖坑道后，力的松散介质中开挖坑道后，其上方会形成一个抛物线形的其上方会形成一个抛物线形的自然拱，而自然拱的尺寸（即自然拱，而自然拱的尺寸（即它的它的高度和跨度高度和跨度）与岩
18、体的值）与岩体的值有关。具体表达式为：有关。具体表达式为：4.4.4 围岩松动压力的确定方法法qbhf图图8-1 8-1 自然拱的两种形态自然拱的两种形态35 围岩压力围岩压力 作用在支护结构上的围岩压力就是自然拱内松散作用在支护结构上的围岩压力就是自然拱内松散岩体的重力岩体的重力 垂直匀布松动压力为垂直匀布松动压力为 围岩水平匀布松动压力可按朗金公式计算围岩水平匀布松动压力可按朗金公式计算4.4.4 围岩松动压力的确定方法法 (2)(2)普氏理论普氏理论)245()21(02tgHqethq36 跨度跨度 坚硬岩体坚硬岩体: : 松散破碎岩体：松散破碎岩体： 式中式中: : B自然拱跨度；自
19、然拱跨度； Bt隧道净跨度；隧道净跨度； Ht隧道净高度。隧道净高度。 一般来说，普氏理论比较适用于松散、破碎的围岩中。一般来说，普氏理论比较适用于松散、破碎的围岩中。4.4.4 围岩松动压力的确定方法法 (2)(2)普氏理论普氏理论)245(20tgHBBtttBB 37(3) (3) 泰沙基理论泰沙基理论 理论：散粒体理论理论：散粒体理论。 假定：假定： 破裂面为折线破裂面为折线OABOAB 方法：方法： 研究微分条带研究微分条带dhdh的平衡。的平衡。 步骤：步骤： 1 1）V=0V=0，建立微分方程，建立微分方程 2 2）解微分方程，并引入边）解微分方程，并引入边 界条件：界条件：4.
20、4.4 围岩松动压力的确定方法法38(3) (3) 泰沙基理论泰沙基理论390222)(20dhbdhtgkbdbvvvv 步骤：步骤： 1 1）V=0V=0，建立微分方程，建立微分方程得出得出 展开后得到展开后得到 2 2）边界条件：）边界条件：00hvvdbtgkd0, 0vh 3 3）解微分方程，得：）解微分方程，得： 4 4）讨论：）讨论： 当埋深当埋深h h 达到一定程度时，达到一定程度时， 为恒值：为恒值： 取侧压力系数取侧压力系数k=1k=1， 则有：则有： 与普氏法对照，能发现什么？与普氏法对照，能发现什么？)1 (tan0tan0bhkvekbvkbv0tanf0tanhfb
21、v4.4.4 围岩松动压力的确定方法法 (3) (3) 泰沙基理论泰沙基理论40 隧道一般在洞口地段会存在浅埋情况，而且由于隧隧道一般在洞口地段会存在浅埋情况，而且由于隧道位于地表，地质条件较差，施工过程中常易发生洞顶道位于地表，地质条件较差，施工过程中常易发生洞顶岩岩( (土土) )体下沉，地表沉陷，开裂和山体体下沉，地表沉陷，开裂和山体移动移动现象，说明现象，说明上覆岩上覆岩( (土土) )体全部受到了开挖的影响。因此，前面体全部受到了开挖的影响。因此，前面介绍介绍的的成拱理论成拱理论及其相应及其相应的围岩压力的围岩压力计算方法计算方法也不能也不能适用于适用于浅埋隧道中浅埋隧道中。 对于浅
22、埋隧道中的围岩压力需从它的受力特征来进对于浅埋隧道中的围岩压力需从它的受力特征来进行行分析。分析。 4.4.4 围岩松动压力的确定方法法41 深、浅埋隧道的判定原则深、浅埋隧道的判定原则 即深、浅理的分界。根据经验，这个深度通常为即深、浅理的分界。根据经验，这个深度通常为2 22.52.5倍的自然拱高度值，即倍的自然拱高度值，即 Hp（22.5）hq H Hp时为深埋时为深埋HHp时为浅埋时为浅埋 H 为覆盖层厚度为覆盖层厚度级围岩取：级围岩取：Hp2hq级围岩取：级围岩取： Hp2.5hq 4.4.4 围岩松动压力的确定方法法42 (2) (2) 松动压力的确定方法松动压力的确定方法 滑动面
23、的概念：滑动面的概念： 当隧道埋深不大时，当隧道埋深不大时，开挖的影响将波及到地开挖的影响将波及到地表，岩体会向下移动形表，岩体会向下移动形成一个坍陷区域，在隧成一个坍陷区域，在隧道的两侧将会出现滑动道的两侧将会出现滑动面，如图所示。面，如图所示。滑动岩体未扰动土体图 4-10围岩压力滑动面4.4.4 围岩松动压力的确定方法法43 (2) (2) 松动压力的确定方法松动压力的确定方法 当滑动岩体下滑时，受到两种阻力作用：当滑动岩体下滑时，受到两种阻力作用： 1 1）滑面上阻止滑动岩体下滑的摩擦阻力；滑面上阻止滑动岩体下滑的摩擦阻力； 2 2）支护结构的反作用力，这种反作用力的数值应支护结构的反
24、作用力，这种反作用力的数值应等于滑动岩体对支护结构施加的压力，也就是我们所等于滑动岩体对支护结构施加的压力，也就是我们所要确定的围岩松动压力。根据受力的极限平衡条件有要确定的围岩松动压力。根据受力的极限平衡条件有 围岩松动压力滑动岩体重力一滑面上的阻力围岩松动压力滑动岩体重力一滑面上的阻力4.4.4 围岩松动压力的确定方法法44 (2) (2) 松动压力的确定方法松动压力的确定方法 分两种情况计算： 土柱法土柱法 要点：忽略滑动面上的阻力。要点：忽略滑动面上的阻力。 适于：适于：埋深埋深H hq 垂直压力：垂直压力： q=Hq=H 水平压力按朗金公式：水平压力按朗金公式： Ht为隧道净高。为隧
25、道净高。4.4.4 围岩松动压力的确定方法法)245()21(02tgHqethq45 一院法一院法 重点：重点：当当H Hhq hq 时，应该考虑滑动面上的阻力。时，应该考虑滑动面上的阻力。 分析下图：分析下图： 图 4-11NT2W2NT2PT1W2BFW1EAhBtT1DCHG00HHt (2) (2) 松动压力的确定方法松动压力的确定方法46 1 1）破裂面破裂面ACAC、BDBD 2 2）矩形矩形EFHGEFHG下沉下沉 带动三棱体带动三棱体ACEACE和和BDFBDF下滑下滑 整个整个岩体岩体ABDHGCABDHGC下滑下滑 受阻于未扰动岩体受阻于未扰动岩体 3 3）作用力有：作用
26、力有： 矩形矩形EFHGEFHGW W1 1； 三棱体三棱体ACE,BDFACE,BDFW2W2； 三棱体与岩体三棱体与岩体EFDCEFDC之间之间 的摩阻力的摩阻力T=TT=T1 1+T+T2 2； 阻力阻力N N。 (2) (2) 松动压力的确定方法松动压力的确定方法一院法一院法47图 4-12TT(a)NDTH(b)W2FBW2TVNTV1(c)PW1TV190+0 (2) (2) 松动压力的确定方法松动压力的确定方法一院法一院法48 4 4）衬砌的支护力衬砌的支护力P P、E E的计算的计算 由力的三角开平衡及正弦公式可求得三角形楔体由力的三角开平衡及正弦公式可求得三角形楔体(BFD)
27、(BFD)对对洞顶垂直土柱的挟持力洞顶垂直土柱的挟持力T T，即，即 (2) (2) 松动压力的确定方法松动压力的确定方法一院法一院法Twsin()sin()02090Tw200sin()cos()wBFDFhtghhtg22121212149 (2) (2) 松动压力的确定方法松动压力的确定方法一院法一院法所以有：所以有：tgtgtgtgtgtgtgtg0001 ()Thtgtgtgtg tgtgtgh12111220002cos()cos其中：其中：侧压力系数侧压力系数0 从上式中可以看到在从上式中可以看到在 ( (似摩擦角似摩擦角) )、 、h(h(埋深埋深) )为一定为一定时，时，T
28、T便是破裂倾角便是破裂倾角的函数，即：的函数，即： Tf( )50于是，于是，T T1 1可求得可求得作用在支护结构上的作用在支护结构上的垂直压力垂直压力换算为垂直匀布压力换算为垂直匀布压力问题：令问题：令 ？ sin211TWPcos21211hT (2) (2) 松动压力的确定方法松动压力的确定方法一院法一院法dd 0 取取 ，经过推导和化简化，便可得到，经过推导和化简化，便可得到tgtgtgtgtgtg02001 ()qpBhhtgBhh tgB 112111 ()0dhdq51 还可将垂直压力分布公式简写成还可将垂直压力分布公式简写成 式中式中 压力压力折折减减系系数数水水平匀布松动压
29、平匀布松动压力力 按按梯形分梯形分布布时：时： 为为匀布压力匀布压力时时： (2) (2) 松动压力的确定方法松动压力的确定方法一院法一院法hehe211)(2121eeeKBtghK11Khq152 (2) (2) 松动压力的确定方法松动压力的确定方法 一院法一院法 5)5)与与的区别的区别 洞顶土柱洞顶土柱EFHEFH与两侧三棱体之间的摩擦与两侧三棱体之间的摩擦角角与破裂面与破裂面ACAC、BDBD上围岩的似摩擦角上围岩的似摩擦角0 0 是不相同的，因是不相同的，因为为EGEG、FHFH面上并没有发生破裂面。由于隧道开挖后，洞顶土面上并没有发生破裂面。由于隧道开挖后，洞顶土柱有下沉趋势，而
30、两侧三棱体有阻止它下沉的趋势，因此，柱有下沉趋势，而两侧三棱体有阻止它下沉的趋势，因此，沿沿EGEG或或FHFH面必定有剪切力面必定有剪切力T TV V的存在，亦即的存在，亦即 , , ，故故00。但是并未。但是并未一一定产生破裂定产生破裂面面，所以，所以 0 0，因此，因此，值值必在必在0 00 0 之间。之间。 见表见表4-84-8、和表、和表4-94-9。TT tgvH053 (2) (2) 松动压力的确定方法松动压力的确定方法 一院法一院法 对于坡度陡斜的浅对于坡度陡斜的浅埋隧道，在其围岩松动埋隧道，在其围岩松动压力的公式中应考虑地压力的公式中应考虑地形的影响。这种情况的形的影响。这种
31、情况的计算图式如右所示，其计算图式如右所示，其围岩压力计算公式的推围岩压力计算公式的推导方法与平坡时相同。导方法与平坡时相同。 54一院法：一院法：坡度陡斜的浅埋隧道坡度陡斜的浅埋隧道iiiihWhhtgq12 2)(211tgtgtgtgtgtgtgtgtg000)(11tgtgtgtgtgtgtgtgtg000;11tgtgtgtgtgtgtg00020)(1(tgtgtgtgtgtgtg00020)(1(211211;hehehehe55 设计明洞时，其荷载要按以下几项计算设计明洞时，其荷载要按以下几项计算(p.97-(p.97-99)99) 4.4.5 明洞压力的计算56 4.4.5
32、明洞压力的计算 特点：特点：按回填土考虑荷载，所列公式按土力学中挡土按回填土考虑荷载，所列公式按土力学中挡土墙压力理论得出，可参见土力学相关书籍。墙压力理论得出，可参见土力学相关书籍。57 ( (1)1)验证理论公式的实用性验证理论公式的实用性( (精确度精确度) ) ( (2)2)对隧道围岩进行稳定性判断对隧道围岩进行稳定性判断 ( (3)3)为修改设计提供资料和数据为修改设计提供资料和数据 ( (4)4)施工监控，即对施工过程进行监测施工监控，即对施工过程进行监测、控、控制制、 管管理理等等4.4 围岩压力的确定4.4.6 围岩压力的现场量测 58 分为两类： （1 1）直接量测直接量测在
33、支护结构背后埋设压力盒。所测得的围岩压力实际在支护结构背后埋设压力盒。所测得的围岩压力实际上上是围岩与支护结构之间的接触应力是围岩与支护结构之间的接触应力，它可能是围岩的，它可能是围岩的松动压力，也可能是一种既包含松动压力又包括因支护松动压力，也可能是一种既包含松动压力又包括因支护结构变形而引起的围岩抗力。结构变形而引起的围岩抗力。 同时，这种接触应力的量值与分布形态除了与围岩同时，这种接触应力的量值与分布形态除了与围岩特性有关外，在很大程度上还取决于支护结构与围岩之特性有关外，在很大程度上还取决于支护结构与围岩之间的接触条件（如回填等）。间的接触条件（如回填等）。4.4.6 围岩压力的现场量
34、测 59 （1 1）直接量测直接量测目前，国内最常用的目前，国内最常用的土压盒土压盒是钢弦式是钢弦式的，它由外壳、薄膜的，它由外壳、薄膜、钢弦、线圈等主要元件组成、钢弦、线圈等主要元件组成。当压力盒的薄膜上受有压力。当压力盒的薄膜上受有压力时，薄膜将发生挠曲，使其上时，薄膜将发生挠曲，使其上的两个钢弦支架张开，引起钢的两个钢弦支架张开，引起钢弦伸长。弦伸长。4.4.6 围岩压力的现场量测 60初期支护二次衬砌接触压力盒围岩压力监测 61 （2 2）间接量间接量测测 指指量测支护结构的应变量测支护结构的应变，然，然后由应变推算出压力的方后由应变推算出压力的方法法。 为为此，需要在支护结构内埋此，
35、需要在支护结构内埋设各种应变量测元件，例如：设各种应变量测元件，例如：钢钢弦式应变计，差动电阻式应变弦式应变计，差动电阻式应变计，混凝土应变砖计，混凝土应变砖等等。 它它们的量测原理散见于各种们的量测原理散见于各种产品介绍中。产品介绍中。4.4.6 围岩压力的现场量测 应 力 计钢 支 撑隧 道 中 线接 头应 力 计1234567A B支护结构应变量测624.4.6 围岩压力的现场量测 www边 墙 中 部隧 道 中 线 喷 射 混 凝 土 层应 力 计GPL-2型 应 力 计拱 脚拱 腰喷层应力量测6364钢支撑应力量测 4.4.6 围岩压力的现场量测 65 钢支撑应力量测钢支撑应力量测
36、66 钢筋计测格栅应力钢筋计测格栅应力67(6)喷层应力量测 4.4.6 围岩压力的现场量测 68 二衬应力量测二衬应力量测69本讲小结本讲小结: :第 4 章 隧道围岩分级与围岩压力4.4.6 围岩压力的现场量测 4.4.1 岩体初始应力状态 4.4.5 明洞压力的计算4.4.4 围岩松动压力的确定方法法4.4.2 围岩压力定义与分类 4.4.3 围岩松动压力的形成过程 深埋隧道深埋隧道 浅埋隧道浅埋隧道70本讲思考题：本讲思考题： 1. 1.围岩压力的定义及其影响因素。围岩压力的定义及其影响因素。 2. 2.深、浅埋隧道如何划分？深、浅埋隧道如何划分？ 3.3.某隧道埋深为某隧道埋深为8m8m，围岩为，围岩为级，净宽为级，净宽为12m12m，净高，净高为为10m10m，围岩天然容重，围岩天然容重20kN/m20kN/m3 3，试计算该隧道围岩压力。，试计算该隧道围岩压力。 4.4.某单线隧道位于某单线隧道位于级级围岩围岩(f=2)(f=2)的深埋地段，隧道的深埋地段，隧道宽为宽为6.4m6.4m，高为，高为8.4m8.4m，已知，已知= =20KN/m20KN/m3 3，K=1K=1，试分别按，试分别按隧规法，普氏法及太沙基法计算围岩松动压力值隧规法，普氏法及太沙基法计算围岩松动压力值(q.e)(q.e)71
