隧道通風(fēng)課程畢業(yè)設(shè)計蘭理工.doc

第2章 用收斂約束法驗算初期支護(hù)2.1確定計算參數(shù)（1）根據(jù)公路隧道設(shè)計規(guī)范JTGD702004確定的支護(hù)參數(shù)見表2.1表1 支護(hù)參數(shù)表 圍巖級別噴層厚度（cm）錨桿鋼筋網(wǎng)二次襯砌厚度（cm）直徑（mm）長度（m）間距（mm）直徑（mm）間距（mm）262540.618202050（2）隧道的幾何尺寸及圍巖的計算參數(shù)見表2.2 表2.2 隧道的幾何尺寸及圍巖的計算參數(shù)表圍巖級別隧道當(dāng)量半徑（cm）埋深H（m）容重（）粘結(jié)C/Cr（）內(nèi)摩擦角（）變形模量E（MP）泊松比初始應(yīng)（）781100200.5/0.230/19.1110000.352注：其中，為圍巖的容重，H為隧道埋深；表中隧道當(dāng)量半徑a為將隧道形狀視為圓形時圓的半徑，對馬蹄形隧道，其計算當(dāng)量半徑a可用下公式（2.1）求得: （2.1）式中：F隧道開挖高度，cm； B隧道開挖寬度，cm。代入數(shù)值得：=781cm（3）初期支護(hù)材料的力學(xué)性能C20噴射混凝土極限抗壓強(qiáng)度取10（噴射混凝土抗壓強(qiáng)度齡期為3天）；C20噴射混凝土極限應(yīng)變；砂漿與圍巖之間的抗剪強(qiáng)度；V級圍巖單軸極限抗壓強(qiáng)度R=20。2.2計算隧道周邊設(shè)計支護(hù)阻力與徑向位移通過查閱相關(guān)資料可知，對于級圍巖，其徑向松弛主要在距洞壁2.5m深的范圍內(nèi)，馬蹄形隧道圍巖發(fā)生松弛時，其等代圓的計算當(dāng)量半徑（塑性區(qū)的塑性半徑）可用下式（2.2）計算： （2.2）式中：W為隧道圍巖松弛范圍對級圍巖，W=250cm；代入數(shù)值計算可得：=當(dāng)假定隧道為圓形，圍巖視為各向同性、均勻、連續(xù)、初始地應(yīng)力只考慮圍巖的自重應(yīng)力，側(cè)壓力系數(shù)。根據(jù)彈塑性理論和莫爾-庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則，可導(dǎo)出：（1） 隧道圍巖塑性區(qū)半徑和周邊支護(hù)阻力的關(guān)系見式（2.3）： （2.3）式中：塑性區(qū)半徑； 隧道當(dāng)量半徑； 隧道圍巖的自重應(yīng)力； 隧道的設(shè)計支護(hù)阻力，即隧道圍巖開挖后達(dá)到彈塑性應(yīng)力平衡時，必須在洞壁上施加的徑向支護(hù)力； 隧道圍巖在彈性狀態(tài)和塑性狀態(tài)的粘聚力和內(nèi)摩擦角。（2） 隧道周邊的徑向位移和隧道圍巖塑性區(qū)半徑的關(guān)系式：當(dāng)假定塑性區(qū)圍巖體積不變時，可近似的按式（2.4）計算： （2.4）式中：隧道設(shè)計位移，即隧道圍巖開挖后達(dá)到彈塑性應(yīng)力平衡時，產(chǎn)生的塑性徑向位移； 隧道圍巖的彈性模量和泊松比。分別代入相關(guān)數(shù)值，求得： 可得 =0.884-0.577=0.307 = =3.198cm將所求結(jié)果列入表2.3。表2.3 78110181.2940.3073.198查公路隧道設(shè)計規(guī)范第9.2.8條可知，V級圍巖埋深在50300m時允許洞周圍相對收斂值為0.61.6%，即隧道周邊的徑向位移，由此可見，表3中數(shù)值=3.198cm符合規(guī)范要求。2.3計算初期支護(hù)能提供的總支護(hù)阻力和允許隧道洞壁產(chǎn)生的總徑向位移（1）噴射混凝土層的支護(hù)阻力和允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移的計算施工中，噴層單層厚度按56cm施工，總厚度為26cm，需噴5層，利用公式（2.5）、（2.6）得計算結(jié)果（見表2.4）式中：第i噴層的半徑和厚度； 噴射混凝土的極限抗壓強(qiáng)度，一般可取10MPa，即噴射后第三天的強(qiáng)度； 噴射混凝土的極限應(yīng)變，一般可取0.3%。表2.4分層項目 分層項目0.0640.0640.0650.0650.0792.3132.2982.2832.2682.2470.33711.409（2）砂漿錨桿所提供的支護(hù)阻力和錨桿允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移的計算見公式、假定砂漿錨桿對洞壁提供的支護(hù)阻力受砂漿與圍巖之間的抗剪強(qiáng)度所控制，并且在其接觸面上的剪應(yīng)力分布是均勻的，則： （2.6）式中：砂漿錨桿所提供的支護(hù)阻力；砂漿與圍巖間的抗剪強(qiáng)度，對于軟弱圍巖，一般按圍巖單軸抗壓強(qiáng)度的1020%取值；錨桿孔的直徑；錨桿的計算長度，取洞壁至承載環(huán)邊緣的距離，cm；e、i錨桿縱橫向間距。假定錨桿設(shè)置后洞壁的彈性變形已全部完成。同時，圍巖的最大塑性區(qū)（錨桿約束圍巖變形后形成的）取決于錨桿加固后承載環(huán)厚度，則 （2.7）式中： 錨桿約束后圍巖的塑性區(qū)半徑。計算過程中，錨桿的計算長度參考表2.5確定。 表2.5 錨桿的計算長度參考表321.335/62/35.5/10注：表中L表示錨桿的實際長度； 表中i表示錨桿縱橫向平均間距；表中表示錨桿計算長度，參照表2.6確定；錨桿玉樹后圍巖的塑性區(qū)半徑按式（2.8）確定： （2.8）代入相關(guān)數(shù)據(jù)得：=1150cm=3.278 = =1.511 =3.278-1.511=1.767計算結(jié)果列入表2.6表2.678146011501.4730.2413.2781.5111.767（3）初期支護(hù)能提供的總支護(hù)阻力和初期支護(hù)允許隧道洞壁產(chǎn)生的徑向位移的計算通過以上計算可得：式中：初期支護(hù)能提供的總支護(hù)阻力； 柔性的初期支護(hù)允許隧道洞壁產(chǎn)生的徑向位移。代入數(shù)據(jù)得：=0.337+0.241=0.578=11.409+1.767=13.176cm2.4初期支護(hù)總阻力和位移的校核由以上計算可知，=0.5