隧道初期支護(hù)驗(yàn)算

1、第三章 初期支護(hù)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算3.1 確定計(jì)算參數(shù)（1）根據(jù)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD702004確定的支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表3.1表3.1 初期支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)表圍巖級(jí)別噴層厚度（cm）錨桿鋼筋網(wǎng)二次襯砌厚度（cm）直徑（mm）長(zhǎng)度（m）間距（m×m）直徑（mm）間距（m×m）V254240.5×2.7620×2045（2）隧道的幾何尺寸及圍巖的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表3.2表3.2 隧道設(shè)計(jì)參數(shù)表圍巖級(jí)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E（MP）泊松比初始應(yīng)（）V70695180.5/0.230/19.1110000.351.71其中，為

2、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(shí)圓的半徑，對(duì)馬蹄形隧道，其計(jì)算當(dāng)量半徑a可用下式求得式中：F隧道開(kāi)挖高度，cm； B隧道開(kāi)挖寬度，cm。代入數(shù)值得：=943cm（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(jí)圍巖單軸極限抗壓強(qiáng)度R=20。3.2 計(jì)算隧道周邊設(shè)計(jì)支護(hù)阻力與徑向位移通過(guò)查閱相關(guān)資料可知，對(duì)于V級(jí)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(shí)，其等代圓的計(jì)算當(dāng)量半徑（塑性區(qū)的塑性半徑）可用下式計(jì)算：式中：W為隧道圍巖松弛

3、范圍對(duì)V級(jí)圍巖，W=250cm；代入數(shù)值計(jì)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(kù)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：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(jì)支護(hù)阻力，即隧道圍巖開(kāi)挖后達(dá)到彈塑性應(yīng)力平衡時(shí)，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(shí)，可近似的按下式計(jì)算：式中：隧道設(shè)計(jì)位移，即隧道圍巖開(kāi)挖后達(dá)到彈塑性應(yīng)力平衡時(shí)，產(chǎn)生的塑性

4、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 =0.754-0.577=0.177 = =2.188cm將所求結(jié)果列入表3.3。表3.3 隧道襯砌計(jì)算參數(shù)表7069431.3350.1772.188查公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范第9.2.8條可知，V級(jí)圍巖埋深在50300m時(shí)允許洞周?chē)鄬?duì)收斂值為0.61.6%，即隧道周邊的徑向位移，由此可見(jiàn)，表3中數(shù)值=2.188cm符合規(guī)范要求。3.3 計(jì)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(jì)算施工中，噴層單層厚度按56cm施工，總厚度為25cm，需噴5層，利用以下公式

5、得計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)表3.4）表3.4 噴射混凝土層提供的支護(hù)力和洞壁允許的徑向位移表分層項(xiàng)目 分層項(xiàng)目0.0710.0720.0720.0730.0732.0882.0732.0582.0432.0280.36110.29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%。（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(jì)算假定砂漿錨桿對(duì)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：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(duì)于軟弱圍巖，

6、一般按圍巖單軸抗壓強(qiáng)度的1020%取值；錨桿孔的直徑；噴射混凝土的極限應(yīng)變，一般可取0.3%；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(shí)，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，則式中： 錨桿約束后圍巖的塑性區(qū)半徑。代入數(shù)值得：=2.803 = =1.228計(jì)算結(jié)果列入表3.5。表3.5 錨桿提供的支護(hù)阻力和錨桿允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移表70630010671.5110.1772.8031.2281.575注：表中L表示錨桿的實(shí)際長(zhǎng)度； 表中i表示錨桿縱橫向平均間距；表中表示錨桿計(jì)算長(zhǎng)度，參照表3.6確定；表3.6 錨桿計(jì)算長(zhǎng)度表321.335/62/35.5/10錨桿玉樹(shù)后圍巖的塑性區(qū)半徑按下式確定：代入相關(guān)數(shù)據(jù)得：=1067cm（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(jì)算通過(guò)以上計(jì)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：=0.361+0.117=0.478=10.29+1.575=11.865cm3.4 初期支護(hù)總阻力和位移的校核由以上計(jì)算可知，=0.478，=0.177，顯