[PPT]隧道設計若干問題討論

1、隧道設計若干問題討論1、隧道橫斷面設計2、隧道支護設計（1）噴錨支護（2）襯砌結(jié)構(gòu)計算與設計3、隧道防排水設計（1）排水設計（2）堵水設計 1、隧道橫斷面設計2、隧道支護設計噴射混凝土圍巖變形的影響噴射混凝土塊狀圍巖模擬結(jié)果整體穩(wěn)定原理傳統(tǒng)支護理論：錨噴支護理論： 對圍巖和圍巖壓力的認識上：圍巖壓力由洞室塌落的圍巖“松散壓力”造成的;圍巖具有自承能力，圍巖作用在支護上的壓力不是松散壓力，而是阻止圍巖變形的形變壓力。 在圍巖和支護間的相互關系上將圍巖與支護分開考慮，視為“荷載-結(jié)構(gòu)”體系將圍巖和支護視為統(tǒng)一體，二者組成“圍巖-支護”體系共同參與工作。 在支護功能和作用原理上支護只是為了承受荷載；

2、支護是為了及時穩(wěn)定和加固圍巖 在設計計算方法上主要是確定作用在支護上的荷載；設計的作用荷載是巖體的地應力，圍巖和支護共同承載 在支護形式和工藝上模注混凝土噴錨支護施工方法簡單，靈活，不需模板，無需回填，在圍巖松動之前能及時加固圍巖 在支護形式和工藝上傳統(tǒng)支護理論：模注混凝土；錨噴支護理論：施工方法簡單，靈活，不需模板，無需回填，在圍巖松動之前能及時加固圍巖。第7章 錨噴支護結(jié)構(gòu)設計與施工原則4、錨噴支護的特點 及時性：噴射砼，如早強，能迅速給圍巖提供支護抗力； 粘貼性：噴射砼與圍巖能全面密貼粘結(jié)，粘結(jié)力一般可達70kg/cm3； 柔性：容易調(diào)節(jié)圍巖變形，可控制圍巖塑性變形適度發(fā)展，發(fā)揮自承能力

3、； 深入性：錨桿可深入圍巖一定深度加固圍巖，形成承載圈； 靈活性：支護類型、參數(shù)、數(shù)量可靈活調(diào)整。 封閉性：可阻止水對圍巖的侵蝕而引起風化等。 錨桿的力學作用 懸吊作用 減跨作用 組合梁作用 整體加固作用 懸吊作用：將不穩(wěn)定巖層懸吊在堅固巖層上，阻止圍巖移動滑落。 第7章 錨噴支護結(jié)構(gòu)設計與施工原則 減跨作用：在隧道頂板巖層中打入錨桿，相當于在頂板上增加了支點，使隧道跨度減小，從而使頂板巖體應力減小。 第7章 錨噴支護結(jié)構(gòu)設計與施工原則 組合梁作用：在巖層中打入錨桿，將若干薄弱巖層錨固在一起，類似將疊合的板梁變成組合梁，提高巖層的承載力。 第7章 錨噴支護結(jié)構(gòu)設計與施工原則 整體加固作用：錨桿

4、群錨入圍巖后，其兩端附近巖體形成圓錐形壓縮區(qū)，按照一定間距排列的錨桿在錨固力作用下構(gòu)成一個均勻的壓縮帶，即承載環(huán)。第7章 錨噴支護結(jié)構(gòu)設計與施工原則2、噴混凝土支護結(jié)構(gòu) 第7章 錨噴支護結(jié)構(gòu)設計與施工原則 噴射砼的作用 充填裂隙加固圍巖； 找平，封閉圍巖表面防止風化； 噴砼與圍巖組成共同承載結(jié)構(gòu)。 局部穩(wěn)定原理 危石除用錨桿支護外，也可用噴射混凝土層支護。在危石重力作用下混凝土噴層可能出現(xiàn)沖切破壞和撕裂破壞。 整體穩(wěn)定原理第7章 錨噴支護結(jié)構(gòu)設計與施工原則 整體穩(wěn)定原理 噴混凝土層與圍巖體表面緊密粘結(jié)、咬合、使洞室表面巖體形成較平順的整體，依靠結(jié)合面處的抗拉、抗壓、抗剪能力，與巖體密貼組成“組

5、合結(jié)構(gòu)”或“整體結(jié)構(gòu)物”共同工作。 鐵道部科學研究院西南研究所用模擬試驗證實，在初始地應力的側(cè)壓力系數(shù)N0.25，且垂直方向的初始地應力大于水平方向的初始地應力的那種軟弱圍巖中常見的情況下，軟弱圍巖穩(wěn)定的喪失常常也是從兩側(cè)邊墻產(chǎn)生剪切楔體開始的。 這就是說，一般所認為的地下洞室坍塌的主要危險來自洞頂，支護的重點也應放在拱頂?shù)母拍钜约霸O計普通混凝土襯砌時所采用的以垂直方向為主的山體壓力作為荷載來進行計算的做法并不一概正確。 錨桿加固試驗發(fā)現(xiàn)試體的破壞荷載及破壞形態(tài)與不加錨桿時相差無幾（加載至0.6 0.7MPa時噴層出現(xiàn)縱向裂紋，加載至1.0MPa左右時，邊墻噴層剝落，洞體坍塌），錨桿的加固作用

6、并不顯著。后改為在邊墻預計會出現(xiàn)剪切楔體的部位用錨桿加固，發(fā)現(xiàn)試體的承載能力大大提高，一直加載到1.4MPa以上時，尚未出現(xiàn)洞體坍塌。只在錨桿之間的噴層上出現(xiàn)局部裂紋。錨桿加固在圍巖中形成的“承載環(huán)”厚度與錨桿長度及間距的關系錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范新奧法思想核心：（1）保護圍巖（2）調(diào)動和發(fā)展圍巖的自承能力第7章 錨噴支護結(jié)構(gòu)設計與施工原則關于隧道襯砌計算的問題關于計算軸線確定的工程實例。結(jié)構(gòu)計算跨度、計算軸線的形式，有時候?qū)こ痰慕?jīng)濟性有著巨大的影響。下面用一個工程實例來說明這個問題。 水電站壓力鋼管經(jīng)常有岔管，如示意圖, 圖示某水電站岔管外包鋼筋混凝土工程的布置圖。為了工程總體布置的要

7、求，鋼岔管的外面要用鋼筋混凝土包著，以便在它的上面修建其他建筑物和來往交通的需要。最初的設計，對于11、22、33斷面取計算斷面。如圖，計算圖形取為方圓形，計算軸線取結(jié)構(gòu)的中線，荷載除了承擔單位長的荷載以外，還近似的假定承擔相鄰的三角區(qū)的荷載。計算出結(jié)構(gòu)厚度需要4m，算出的鋼筋密密麻麻的擺了幾層，就這樣連修了兩個水電站。為什么會算出這樣的結(jié)果呢？ 1、計算跨度采用了中-中的辦法，在試算的過程中，隨著結(jié)構(gòu)厚度的增加，計算跨度也飛快的增加，底板長度達到10幾米，底板中點的負彎矩非常大，導致了結(jié)構(gòu)厚度有4m之多。2、沒有充分考慮圓形鋼管的外形，反而使用了城門洞下端的直角形狀，增加了跨度，夸大了結(jié)構(gòu)受

8、力的不利影響。3、外荷載的確定不合理，夸大了外荷載。在第三個工程設計中，除了糾正以上不妥之處以外，還對不利的斷面AA 計算結(jié)果，結(jié)構(gòu)厚度不到1m，而且全部都是構(gòu)造配筋。同時，還用三維彈性力學有限元程序SAP5，對結(jié)構(gòu)進行了分析，結(jié)果整個結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)拉應力，進一步證明了所做的結(jié)構(gòu)力學的分析大體還是正確的。這次改進設計，節(jié)約工程造價上百萬元，徹底避免了以后類似工程的巨大浪費。 第23條混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算按單一安全系數(shù)極限狀態(tài)設計方法進行. 第24條對不能或不宜作為桿件體系計算內(nèi)力而由彈性力學方法或結(jié)構(gòu)試驗確定其應力分布的結(jié)構(gòu)可參照附錄四的方法按應力圖形配置鋼筋. 一、當應力圖形接近線性

9、分布時應換算為截面內(nèi)力按第23條的規(guī)定進行配筋計算. 二、當應力圖形偏離線性分布較大時可按拉應力圖形面積1計算鋼筋用量其計算公式如下:式中:Kg受拉鋼筋的強度安全系數(shù)按表第項采用T由鋼筋承擔的拉應力合力當截面寬度為b時，T=1b1拉應力圖形面積中扣除應力小于混凝土許可拉應力R1后的圖形面積附圖（附圖1）；但扣除部分的面積不宜超過全部拉應力圖形面積的25%。在此為混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強度安全系數(shù)按表7第2項采用 三、當應力圖形的受拉區(qū)高度大于或等于應力圖形總高度的2/3時應按受拉區(qū)應力圖形的全部面積計算鋼筋用量大體積結(jié)構(gòu)中的孔口除外 四、當應力圖形的受拉區(qū)當應力圖形的受拉區(qū)高度小于應力圖形總高度2/

10、3的且最大拉應力小于或等于混凝土許可拉應力R1時可不配置受拉鋼筋或僅配置適量的構(gòu)造鋼筋 五受拉鋼筋的配置方式應根據(jù)應力分布圖形及結(jié)構(gòu)受力特點等具體情況確定對厚板大體積結(jié)構(gòu)中的孔口等一般可集中配置在受拉區(qū)邊緣但對于深梁等類結(jié)構(gòu)還應適當分布在拉應力較大的范圍內(nèi)在施工方便的前提下宜盡量設置直徑較細間距較密的級鋼筋及號鋼鋼筋使有利于防止裂縫開展鋼筋應伸入拉應力小于混凝土許可拉應力的區(qū)域并有一定延伸長度其長度可參照第七章第四節(jié)的有關規(guī)定4、防水混凝土存在的問題1）、抗?jié)B等級片面強調(diào)混凝土抗壓強度和抗?jié)B等級?；炷临|(zhì)量欠佳，地下工程底板和墻體的混凝土不密實。 設計與施工是復雜的系統(tǒng)工程，確?；庸こ贪踩鞘滓蝿?，結(jié)構(gòu)防水的設計與施工必須考慮、服從這個重要前提。 2）、裂縫 研究表明，鋼筋混凝土