1、中南大學土木工程學院 隧道工程系第7講 隧道輔助施工措施的力學分析本講主要內容：1、常用輔助施工措施2、管棚作用的力學分析3、鎖腳鋼管的力學分析 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華管 棚隧 道鐵 路公 路隧 道隧 道圖 2 . 1 （a） 管 棚 應 用 于 下 穿 鐵 路

2、 隧 道圖 2 . 1 （b） 管 棚 應 用 于 下 穿 公 路 隧 道重 載 貨 車雙 層 管 棚土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華建 筑 物雙 層 管 棚隧 道道 路地 鐵 環 線 區 間管 棚新 建車 站圖 2.1（c） 管 棚 作 為 地 表 建 筑 物 防 護圖 2.1（d） 管 棚 作 為 地 下 建 筑 物 防 護變 形 縫變 形 縫土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華管 棚三 車 道 隧 道三 車 道 隧 道隧 道管 棚邊 坡 防 護圖 2 . 1 （e） 管 棚 應 用 于 淺 埋 偏 壓 隧 道 洞 口圖 2 . 1 （f） 管 棚 應 用

3、于 大 斷 面 隧 道土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華圖2 . 1 （h）管棚應用軟塑地層隧道管棚圖2 . 1 （g）管棚應用于塌方地段處理塌方地段管棚隧道原地面線地鐵大管棚小導管大管棚小導管地鐵土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華( , )( , )p x ykx y土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華21( , )ssPx yEr22rxy2221( , )( , )()()ssqx yd dEx

4、y 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華2( , )( , )( , )pP x ykx yGx yzx剪切層剪切層Pxz剪切層Pxzzx剪切層q(a)基本模型(b)集中荷載(d)均布柔性荷載(c)剛性荷載土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華BCyhF圍巖鋼拱架初期支護掌子面破裂面xq=hqA管棚ashqH H245o-(452)odh tg土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華管棚RHii洞 軸線oqi=Hiei=(a)(b)tibiqitibiqncossiniibt22()()i iiint ebq

5、q2sin2R0nqqb土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華ABCxyhDasd圍巖鋼拱架砼套拱初期支護p ( x ) =k - Gp d d x24 5o-22(b)掌子面破裂面Ey2d xd p ( x ) =k - Gp E2dsDCBxq ( x )(a)q0土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華ABCxyhDasd圍 巖鋼 拱 架初 期 支 護p ( x ) 4 5o-2掌子面破 裂 面y2d xd p ( x ) =k - Gp DCBxq ( x )2ds(a)(b)q0土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華M ( x )Q ( x )q (

6、 x )p ( x )Q ( x ) + d Q ( x )M ( x ) + d M ( x )d xyx2q0p ( x ) =k - Gp d d x2Bds0+ M(a)(b)0+ Q+( )( )( )dQ xb p xq xdx0Y 0M 22( )( )022dxdxMMdMQdQ dxq xp x22( )( )( )( )dQ xdMxb p xq xdxdx( )( )dM xQ xdx土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華M ( x )Q ( x )q ( x )p ( x )Q ( x ) + d Q ( x )M ( x ) + d M ( x )d xy

7、x2q0p ( x ) =k - Gp d d x2Bds0+ M(a)(b)0+ Q+2233( )( )( )( )( )( )( )dxxdxdxM xEIdxdM xdxQ xEIdxdx 44( )( )( )dxEIb q xp xdx土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華M(x)Q(x)q(x)p(x)Q(x)+dQ(x)M(x)+dM(x)dxyx2q0p(x)=k -Gp ddx2Bds0+M(a)(b)0+Q+22( )( )( )pdxp xkxGdx42*42( )( )( )( )pdxdxEIG bkbxbq xdxdx1/2*/1PGkbbb土木工程學

8、院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華ABCxyhDasd圍 巖鋼 拱 架砼 套 拱初 期 支 護p(x)=k -Gp ddx245o-22(b)掌子面破 裂 面Ey2dxdp(x)=k -Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0404( )dxEIbqdx42*042( )( )( )pdxdxEIG bkbxbqdxdx42*42( )( )( )0pdxdxEIG bkbxdxdx0( )q xq( )0p x 0( )q xq22( )( )( )pdxp xkxGdx( )0q x 22( )( )( )pdxp xkxGdx土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華ABC

9、xyhDasd圍 巖鋼 拱 架砼 套 拱初 期 支 護p(x)=k -Gp ddx245o-22(b)掌子面破 裂 面Ey2dxdp(x)=k -Gp E2dsDCBxq(x)(a)q044( )( )dxbq xdxEI321234( ) xB xB xB xB0q4*0124q xEI432011234( )24qxxB xB xB xBEI土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華ABCxyhDasd圍 巖鋼 拱 架砼 套 拱初 期 支 護p(x)=k -Gp ddx245o-22(b)掌子面破 裂 面Ey2dxdp(x)=k -Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0*44kb

10、EI4424421( )( )( )04pGdxdxxdxkdx 4424104pGrrk31234( )cossincossinxxxeCx CxeCx Cx土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華ABCxyhDasd圍 巖鋼 拱 架砼 套 拱初 期 支 護p(x)=k -Gp ddx245o-22(b)掌子面破 裂 面Ey2dxdp(x)=k -Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0*212342( )cossincossinxxxeCxCxeCxCx*02*1 chcosqxsdxsdkb 23|x s dx s d (1)(1)2233|x s dx s dx s dx s

11、 d 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華ABCxyhDasd圍 巖鋼 拱 架砼 套 拱初 期 支 護p(x)=k -Gp ddx245o-22(b)掌子面破 裂 面Ey2dxdp(x)=k -Gp E2dsDCBxq(x)(a)q03|0 x3|0 x120CC、 100|x(1)1010|0 xx40B30B、 12|x sx s(1)(1)12|x sx s(2)(2)12|x sx s(3)(3)12|x sx s、 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華ABCxyhDasd圍 巖鋼 拱 架砼 套 拱初 期 支 護p(x)=k -Gp ddx245o-22(b

12、)掌子面破 裂 面Ey2dxdp(x)=k -Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0、 、 、 01023235363324546445556536566640001000010001321062006000BBsssBssBsCC土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華、 、 、 01023235363324546445556536566640001000010001321062006000BBsssBssBsCC3536454622552256323265cossinsincoscossin2sincos2cossin3sin3cossssssssesesessessesses

13、sess 3232664003*3004*22005*3006*3cos3sin1cosch24cosshchsin62sinsh22chsincosshsessqqsddEIkbqqsddddEIkbqqsddEIkbqqsddddEIkb 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華100|x(1)1010|0 xx40B30B12|x sx s(1)(1)12|x sx s(2)(2)12|x sx s(3)(3)12|x sx sABCxyhDasd圍 巖鋼 拱 架初 期 支 護p(x) 45o-2掌子面破 裂 面y2dxdp(x)=k -Gp DCBxq(x)2ds(a)(b)

14、q0(2)(2)12|x s dx s d (3)(3)12|x s dx s d 、 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華ABCxyhDasd圍 巖鋼 拱 架砼 套 拱初 期 支 護p(x)=k -Gp ddx245o-22(b)掌子面破 裂 面Ey2dxdp(x)=k -Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0、 、 、 1020323536373833245464748445556575815656667682675767778385868788400010000000010001321062006000000000000BBsssBssBsCCCC 0土木工程學院隧道工程

15、系土木工程學院隧道工程系施成華ABCxyhDasd圍 巖鋼 拱 架砼 套 拱初 期 支 護p(x)=k -Gp ddx245o-22(b)掌子面破 裂 面Ey2dxdp(x)=k -Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0、 、 、 353637384546474855cossincossinsincoscossinsincoscossinssssssssesesesesessessessesse 22225622572258323265323266672sincos2cossin2sincos2cossin3sin3cos3cos3sinssssssssessessessessesse 32

16、32323268()2275()2276()22773sin3cos3cos3sin2sincos2cossin2sincosssdsdsdsssessedsdsedsdsedsds ()22782cossindsedsds 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華ABCxyhDasd圍 巖鋼 拱 架砼 套 拱初 期 支 護p(x)=k -Gp ddx245o-22(b)掌子面破 裂 面Ey2dxdp(x)=k -Gp E2dsDCBxq(x)(a)q0、 、 、 ()323285()323286()323287()32328833sin3cos3cos3sin3sin3cos3co

17、s3sindsdsdsdsedsdsedsdsedsdsedsds 400*3004*22005*3006*1cosch24cosshchsin62sinsh22chsincosshqqsddEIkbqqsddddEIkbqqsddEIkbqqsddddEIkb 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華ABCxyhDasd圍 巖鋼 拱 架初 期 支 護p(x) 45o-2掌子面破 裂 面y2dxdp(x)=k -Gp DCBxq(x)2ds(a)(b)q0、 ( )( )dxxdx22( )( )dxM xEIdx 3*3( )( )( )pdxdxQ xEIG bdxdx ，、 2

18、2( )( )( )pdxp xkxGdx土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華、 ，、 ABChD圍 巖鋼 拱 架砼 套 拱初 期 支 護4 5o-2掌子面破 裂 面E2d xd p ( )=k - Gp EDCBq0q ( , )2q0eh=q0p ( ) p ( , )eh=q0o(a)(b)(c)asdsd土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華、 ，、 ABChDasd圍 巖鋼 拱 架初 期 支 護p (x) 45o-2掌子面破 裂 面DCBds(a)oeh=q0p ( )eh=q0q0p ( )=k -Gp ddx2q0q ( , )(b)(c)土木工程學院隧

19、道工程系土木工程學院隧道工程系施成華、 ，、 122121221212100000 xyzNNSSqqNQQqRMMMMQQ RN2SN2SN1SSN1qzxqyq土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華nqnp22222222222242110221110221112nnvwuRuwvRuvwtwqpRRREt 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華2111121314222332122cossincossin1chcoscossinmnnmmammR qweCCeCCEtkRR qwwbsdbsdEtweCbCb 2111223344222212223242cossincossincossincossinmmnaanmmmmR qweCCeCCEtkRR qweCbCbeCbCbEtkR土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 )()2(2csccssRRAAQsc土木工程學院隧道工程系土木工程學院隧道工程系施成華 )2(ss