1.3地下建筑工程的特点:1)工程受力特点不同:地面是先有结构后有荷载,地下结构是先有荷载后有结构2)工程材料特性的不确定性:空间上不确定,时间上不确定性3)工程荷载的不确定性4)破坏模式的不确定性5)地下建筑工程信息的不完备性和模糊性6)地下支护结构形式的多样性1.4地下支护结构的类型:地下支护结构有:临时支护结构和永久支护结构支护结构的两个最基本使用要求:一是满足结构强度、刚度要求，以承受诸如水、围岩压力以及一些特殊使用要求的外荷载；二是提供一个能满足使用要求的工作环境，以便保持隧道内部的干燥和清洁。

（1）按设计与施工要求分类地下建筑结构分为：1）整体浇注结构：施工时，将地下支护结构整体现浇，一次性施工完成，形成整体型承载结构体。

2）锚喷支护结构：由锚杆、喷射混凝土结构组成的支护结构体3）复合式衬砌结构：该结构由初期支护结构（锚喷支护）和二次衬砌组成，是应用新奥法理论产生的支护结构，也是我过目前钻爆法中应用最广范的支护结构。

4）管片支护结构：该结构是盾构法或掘进机法施工中最常用的支护结构，环状结构由数个管片组成环形闭合承载结构体。

（2）按用途与功能分为：交通隧道、水工隧道、矿山隧道、城市地下建筑结构、地下工厂、基坑工程、军事与国防工程2.1地下岩体结构类型：岩体结构：是指岩体中结构面与结构体的排列组合关系结构体：是指岩体中被结构面切割围限的岩石块体结构体常见形状：柱状、板状、楔形、菱形，2.1.2岩体结构类型：1)整体与块状结构2)层状结构3)碎裂状结构4）散体状结构2.2结构面类型与特征岩体结构面：是指岩体内开裂的和易开裂的面如层理、节理、断层、片理等，又称不连续面。

2.2.1结构面的类型和特征（1）岩体中结构面的种类：岩体中有三种结构面：（1）原生结构面：又称成岩结构面，它是在成岩过程中形成的结构界面如：岩浆岩的流层、流纹、冷却、胀缩裂隙及侵入接触面；沉积岩的层理层面、龟裂；变质岩的片理、板理。

（2）次生结构面：又称风化结构面、非构造结构面，是岩石受外动力地质作用（风、水、生物等）产生的，如由风化产生的风化裂隙等，（3）构造结构面：指各类岩体在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、节理、断层、层间错动等2.4.3结构面的强度特性：1）对于光滑无充填物的结构面，其抗剪强度为：=tan τσϕ2）对于粗糙起伏无填充物的结构面，其抗剪强度为：=tan()b i τσϕ+3）有填充物结构面的抗剪强度主要取决于填充物的成分、结构、厚度及充填程度等。

、2.4.4岩体的变形特征岩体由岩石和结构面构成，因此强度必然收到岩石和结构面强度极其组合方式（岩体结构）的控制。

和岩石一样，岩体强度也有抗压强度、抗拉强度和抗剪强度之分，人们研究的重点是岩石的抗压强度和抗剪强度，通常采用原味测试获得力学参数。

（1）单轴压缩条件下岩体的变形特征（变形阶段划分）1）第一变形阶段为图中OA 段曲线，属于微裂隙压密阶段。

2）第二变形阶段为图中AB 段曲线，属于弹性变形阶段。

3）第三变形阶段为图中BC 段曲线，属于初级膨胀阶段。

4）第四变形阶段为图中CD 段曲线，属于破坏阶段。

5）第五变形阶段为图中DE 段曲线，属于峰值后的变形与破坏阶段其变形指标有：变形模量0E 、弹性模量e E 、动弹性模量d E（2）岩体压力作用下的变形特征1）直线形：岩体变形为先谈性特征2）上凹形：随着压力增加，岩体变形速率加大。

3）上凸形：随着压力增加，岩体变形速率减小。

（3）岩体的流变特征包括：1）蠕变：指在应力一定的条件下，变形随着时间的持续而逐渐增长的现象。

2）松弛：变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐减小的现象。

3.1地下洞室围岩稳定性分析围岩的初始应力场：由于岩体的自重和地质构造作用，在开挖前岩体中就已经存在的地应力场，人们称之为围岩的初始应力场。

初始应力场：是指在天然状态下所具有的内在应力，可称之为岩体的初始应力或地应力。

围岩压力： 围岩变形与破坏将给地下洞室的稳定性带来危害，因而，需要对围岩进行支护衬砌，变形破坏的围岩对支护结构施加一定的荷载，成为围岩压力。

3.2.1初始应力场的组成：根据地应力场的成因将其分为自重应力场和构造应力场两大类，这两类应力场的基本规律有明显的差异。

构造应力场：是指地壳中各处发生的一切构造变形与破裂所形成的地应力，其成因比较复杂。

3.2.3影响岩体初始应力状态的因素（1）地形对自重应力的影响（2）地质构造对自重应力的影响（3）岩体不连续面对自重应力的影响（4）岩性对自重应力的影响（5）地下谁压力对岩体自重应力的影响（6）热应力对岩体自重应力的影响3.3围岩重分布应力计算动壁上的重分布应力为考察动壁上重分布应力的特点，把0r R =代入上式，得动壁上的重分布应力为02()cos 2[12(1)cos 2]0r k v k v v r θθσσσσσσθσλλθτ=⎧⎫⎪⎪=+--=++-⎨⎬⎪⎪=⎩⎭ 由上式可知，动壁上的重分布应力具有如下特点：a ． 动壁上的r 0,0r θτσ==，为单向应力状态；b ． θσ大小与洞室尺寸0R 无关；c ． 当h v 0180,3(31);o o v θθσσσλσ==-=-、d ． 当o90270o θ=、， h v 3(31)v θσσσλσ=-=-；e ． 当h =/1/3v λσσ<时，洞顶底将出现拉应力；f ． 当1/3< λ<3时，θσ为压应力且分布较均匀；g ． 当λ>3时，洞壁两侧出现拉应力，洞顶底出现较高的压应力集中。

应力集中系数：是指地下洞室开挖后洞壁上一点的应力与开挖前动壁处该点的天然应力的比值。

反映了动壁各点开挖前后应力变化情况。

3.6.1围岩岩体破坏类型与特征分析（1）局部落石破坏：这种破坏主要是由地质和施工原因造成的。

围岩自重所造成的（2）层状岩体张裂折曲破坏：这类岩体常呈软硬岩层相间的互层形式出现。

岩体中结构面以层理为主，并有层间错动及泥化层等软弱结构面发育。

此类破坏主要受岩层产装及岩层组合等因素控制，其破坏形式有：沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等，（3）剪切破坏：是由于弱面中的应力超过弱面抗剪强度而造成的，它是软弱围岩中最常见的破坏形式。

主要是由围岩应力和自重引起的，因此破坏部位受原岩应力场及弱面强度、密度、方位和组数支配。

采用多种方法组合支护。

（4）岩爆定义：强度较高且较完整的脆性岩体过度受力F 突然发生岩石弹性变形所引起的围岩压力的现象， 产生条件：1）应力条件：用洞壁的最大环向应力0σ与围岩单压强度c σ的比值来表征用初始应力中的1σ与围岩单轴抗压强度d σ的比值来表征10.165~0.35cσσ>时，极易发生岩爆。

2）岩性条件：当岩性变形能系数ω>70%时会发生岩爆。

ω越大，发生岩爆的可能性越大。

影响岩爆的因素：地质构造、洞室埋深。

变形压力：由于支护结构阻止围岩变形，它必然要受到围岩给予的反作用力而发生变形，这种反作用力和围岩松动压力及不相同，他是支护结构与围岩共同变形过程中对支护结构施加的压力。

防止手段：应力解除，打设超前钻孔或径向应力释放孔来转移掌子面的高地应力或注水降低围岩表面的张力 注水软化，钢纤维喷射混凝土短进尺，多循环，加强支护，钢拱架，衬砌紧跟，超前地质预报。

围岩分类的目的:从工程实际需求出发,对工程建筑的基础或围岩的岩体进行分类,并根据其好坏进行相应的试验,赋予它比不可少的计算指标系数,以便于合理地设计和采取相应的工程绪论,达到经济、安全、合理的目的。

隧道围岩分级的因素指标及选择1） 单一的岩性指标：岩石的抗压抗剪、抗拉强度，弹性模量，普氏坚固性系数f=Rb/100，f=tan ϕ（松散介质中）抗钻性、抗爆性。

缺点是只能表达出岩体特征性的某个方面，。

用作分级并不合适2） 单一的综合岩性指标：a.岩体的弹性纵波传播速度——>的完整性和强度成正比反映出岩体的力学性质和破坏程度。

b.岩体的质量指标（RQD ）——>反映岩体强度和破坏程度 100m RQD=100%u X 岩芯的累计长度钻孔长度c.围岩的自稳时间：根据围岩的自稳时间和未支护地段的长度将围岩分为稳定的，易掉块的，极易坍塌的，t=常数X (1)a L-+ L —未支护地层的长度 ； a —视围堰情况在0~1间变化的参数3） 符合指标：一个或两个以上的因素综合判定：*m w n n J J RQD Q K RQD J J SPF==== 5.6混凝土支护结构1）局部稳定原理：一、冲切破坏计算：喷混凝土若被危石冲切破坏时：1****/*i R G d R u d R G R u ≤→≥ R —安全系数；G —危岩自重；d —喷层厚度；i R —喷射混凝土抗拉强度 u —危岩底面周长2）粘结破坏（撕开作用计算）：当最大拉应力>喷层的计算粘结强度时，就会在接合面上撕开*/*u d R G R u ≥；u R —喷层与岩石之间的计算粘结强度。

5.7使用简化计算方法的限定条件是：1）允许围岩产生一定的内空变位，但不应出现有害松动，因此初期支护的喷混凝土和锚杆应紧跟开挖工作面，及时构筑。

2）应采用薄壁、柔性、可缩、可屈的支护结构，此结构对围岩的容许承载力不必过大。

3）考虑支护结构强度时，不应当只考虑锚杆、喷混凝土、钢拱架等支护结构的单独支护效果，还应当考虑由于锚杆、混凝土等支护结构使围岩形成支撑环的支护效果。

4）整个计算过程都应当按受剪破坏的条件来计算支护结构对围岩的容许承载力，并对支护结构的容许承载力的总和大于支护结构对围岩壁面施加的约束压应力的最小值作为强度校核的条件。

抗力区：衬砌在受力过程中的变形，一部分结构有离开围岩形成脱离区的趋势，另一部分压紧围岩所形成的区域。

支护结构中常用的挡墙结构有：1）钢板桩2）钢筋混凝土板桩3）钻孔灌注桩排桩挡墙4）H 型钢支柱、木挡板支护挡墙5）地下连续墙6）深层搅拌混凝土桩挡墙7）旋喷桩挡墙8）土钉墙 朗肯土压力的基本假定：1）挡墙背竖直、光滑。

墙后砂性填土，且表面水平无限长。

3）墙对破坏楔体无干扰。

衬砌的作用主要表现在：1）衬砌在施工阶段作为隧道施工的支护结构，它保护开挖面以防止土体变形、土体坍塌及泥水渗入，并承受盾构推进时的千斤顶顶力以及其他施工荷载。

2）竣工后，衬砌单独或与内衬一起作为隧道永久性支护结构，并防止泥水渗入，同时支撑衬砌结构周围的水土压力以及使用阶段和某些特殊需要的荷载，以满足结构的预期使用要求。

3）在水工隧道及通风隧道中要达到一定的光滑和抗腐蚀性的作用，为此常有在外层用装配式衬砌结构，而内里用现浇混凝土内衬。

地下建筑物衬砌结构计算理论的发展可大致分为：a.刚性结构阶段b.弹性结构阶段；c.假定抗力阶段；d.弹性地基梁阶段；e.连续介质阶段；f.数值方法阶段；g.极限优化设计阶段。