文档介绍：一、概述众所周知,隧道施工的基本目的是在各类地质体〈围岩〉中修筑为各种目的服务的、长期稳定的洞室结构体系。在隧道工程的设计、施工和运营中,我们必须清楚地认识这种结构体系的特点。一、隧道结构体系的特点1、从结构角度看,这个结构体系是由周围地质体(围岩)和各种支护结构构成的,即:洞室结构体系=周围地质体(围岩)+支护构件它是由天然的、具有固有的应力场、渗流场、温度场的地质体和人工的支护构件构成的。这与地面结构体系是完全不同的;2、在这个结构体系中,周围地质体(围岩)起着主导的作用。例如在充分稳定的地质体(围岩)中,可以不需要任何结构意义上的支护构件,而处于长期稳定的状态。如一些天然洞穴的存在,人工修筑的无支护构件的洞室(黄土窑洞、无支护坑道等)等。就是需要支护的地质体(围岩),也只是需要薄薄一层喷混凝土或者几根锚杆、几榀钢架就可以使之成为稳定的结构,这也说明,周围地质体是主要的承载体;3、作为结构体系主体的地质体(围岩),的基本特征是具有极大的不确定性。我们在设计、施工中遇到的许多不确定性问题和现象也主要是由地质体(围岩)的不确定性引起的。这也是我们在设计施工中面对的最大难题;4、从工程结构的角度看,(图1):与之相适应的力学过程如下5、简单地说,这个过程是动态的,其力学状态的变化过程,充分说明:隧道施工也就是一个应力释放与应力控制的过程。应力释放到什么程度?,是可以通过一定的人为的干涉手段加以控制的。因此,施工过程就是利用和控制围岩动态变形(应力)的过程(图2)。认识这一点是非常重要的。6、与地面结构体系截然不同的一点,就是荷载的不确定性。这与地质体(围岩)的不确定性直接相关,也与支护构件与围岩的相互作用有关。因为支护构件上作用的荷载大小及其分布是控制隧道变形结果的反应,也是一个变数,也是不确定的。因此给支护体系的设计带来了极大的困惑。实际上,解决了应力释放和应力控制问题,也就解决了荷载问题。二、隧道变形过程及其类型前面提到,隧道工程,归根结底,就是一个应力释放和应力控制的问题。应力释放的直接后果,就是引起周边围岩的变形和松弛。因此,应力控制实质上就是控制围岩的变形和松弛。也就是说如何在开挖和支护过程中,使围岩不松弛或少松弛。这是隧道设计施工的主要原则。围岩松弛与围岩变形直接相关。也就是说要想控制住围岩的松弛,就要控制住围岩的变形。因此,认识和掌握围岩在开挖后是如何变形及其变形的过程是非常重要的。从图3、4可知,在计算条件下,从掌子面前方到掌子面后方一定范围内的拱顶下沉分布规律,大致如下。1)隧道开挖后在掌子面前方一定范围内(2a~5a)产生了下沉,我们称之为“先行位移”;2)在掌子面处,产生一定量的“初始位移”,此值与地质条件关系密切,约为最终位移值的20~30%左右,这个位移是开挖后瞬间发生的;3)在掌子面后方,随掌子面的推进,产生不断增大的位移,其特点是初期的位移速度很大,而后增长的速度逐渐减缓,并趋于稳定。这是处于一般围岩中的隧道变形的基本规律。