[科普中国]-山体压力

山体压力理论

目前各国对于山体压力流行的有如下一些理论，如松散体理论，弹性体理论或弹塑性体理论等。而广泛被采用的则为松散体理论，如美国的太氏理论，苏联的普氏理论以及德国的毕氏理论等。我国建国以来大量采用的是苏联的普氏理论。这一理论的特点是把山体假想为一个松散体，它的基本点是设想在一个山体中开挖洞室以后，在洞室上方要形成一个“塌落拱”。普氏认为这个塌落拱范围内的岩体迟早要塌落下来，所以应当用人工衬砌将这个塌落拱支撑起来，衬砌需要承载的荷重，就是这个塌落拱范围内岩石的重量，即一般所谓的山体压力。普氏建议普氏系数f值可以近似地用岩石极限抗压强度值的百分之一。太氏、毕氏都推导有不同的山体压力公式，但他们和普氏一样，也是把山体均假设为松散体来考虑。1

山体压力测量结果分析拱部垂直压力的分布过去我国隧道设计时，垂直压力采用均匀分布。但是，量测结果表明，拱部压力(量测的是径向压力)并非均匀分布，就径向压力来说，是两侧拱腰大，拱顶小，成一马鞍形分布。造成这种情况，首先是由于施工的影响。因为我国目前常用的先拱后墙法施工，在开挖上导坑后向两侧扩大，扩大时一般设有扇形支撑,施工过程中拱部的前期山体压力全部由扇形支撑和上导排架承受。拱部扩大后，由拱脚向拱顶灌注拱圈混凝土。随着浇注的进行，按顺序拆除原设的临时扇形支撑，并通过回填或支顶短柱，将前期山体压力改作用在已灌混凝土上，最后拆除上导排架，进行封顶。因此，前期山体压力传递给拱部衬砌的次序是自拱脚向拱顶，在拆除上导排架后，全部前期压力大部由两侧拱腰承受，而在拱顶约2米的范围内所受到的前期压力较小。施工回填，因结构位置和填料自重的影响,一般拱脚和拱腰较易做到和围岩密贴，而拱顶则很难达到。当由于围岩坍塌或徐变使山体压力继续增长时，因刚度的不同，也使两侧拱腰承受的分量比拱顶为大。2

因此，对于中等强度的岩层来说，用先拱后墙法施工，拱部压力的马鞍形分布是无疑的。2

结构面对山体压力的影响影响隧道衬砌压力大小的因素很多，除岩性、跨度、埋深、地貌、施工方法等以外，结构面的影响也是非常重要的。量测数据表明，断层、错动、层理、节理、劈理、软弱夹层等构造面的数量、大小、连通、填充和胶结情况，都对隧道的压力有很大影响。但是，同样的结构面情况，只要各种结构面间的空间关系不同，特别是和开挖隧道轴线的空间关系不同，对隧道山体压力和稳定性的影响也是不同的。同一个山体，隧道从某个方向穿过可能影响不大，而从另一个方向穿过，可能为害很大。也正是由于这个原因，深埋隧道也常常引起偏压。上述的几个隧道和丰沙线某双线隧道都出现过偏压的情况。由于隧道衬砌对偏压十分敏感，因此在勘测设计和施工时，不能忽视。很多隧道出现开裂或破坏，都和这个原因有关。2