隧道初期支護驗算

第三章初期支護結(jié)構(gòu)驗算確定計算參數(shù)（1）根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范JTGD702004》確定的支護參數(shù)見表表初期支護結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)表錨桿鋼筋網(wǎng)二次襯砌圍巖噴層厚度直長間距直間厚度（cm）級別（cm）徑度(mXm)徑距（mm）（m）(mm)(mXm)V25424X620X2045（2）隧道的幾何尺寸及圍巖的計算參數(shù)見表表隧道設(shè)計參數(shù)表圍巖級別隧道當量半徑a（cm）埋深H(m)容重Y(kN/m3)粘結(jié)C/Cr(MPa)內(nèi)摩擦角（。/。r）變形模E(MPa)泊松比U初始應(yīng)P0(MPa)V706951830/1000①其中P尸H一為圍巖的容重，H為隧道埋深;②表中隧道當量半徑a為將隧道形狀視為圓形時圓的半徑，對馬蹄形隧道，其計算當量半徑a可用下式求得（）2+F2

a=- 2F式中：F——隧道開挖高度，cm；B——隧道開挖寬度，cm。代入數(shù)值得：B 1280、（—）2+F2 （ ）2+1005.62a=- =a=-2 =943cm2F 2x1005.6（3）初期支護材料的力學(xué)性能C20噴射混凝土極限抗壓強度R取10MPa（噴射混凝土抗壓強度齡期為3天）;C20噴射混凝土極限應(yīng)變￡廠0.3%；砂漿與圍巖之間的抗剪強度tg=0.4MPa；V級圍巖單軸極限抗壓強度R=20MPa。計算隧道周邊設(shè)計支護阻力P與徑向位移〃i i通過查閱相關(guān)資料可知，對于V級圍巖，其徑向松弛主要在距洞壁深的范圍內(nèi)，馬蹄形隧道圍巖發(fā)生松弛時，其等代圓的計算當量半徑Rp（塑性區(qū)的塑性半徑）可用下式計算：B+2W、( )2+(F+W)2R=——2 p 2(F+W)式中：W——為隧道圍巖松弛范圍對V級圍巖，W=250cm；代入數(shù)值計算可得：B+2W、( )2+(F+W)2R=——2 p 2(F+W)J280+2x250、( )2+(1005.6+250)2 2 =943cm2x(1005.6+250)當假定隧道為圓形，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)九=1。根據(jù)彈塑性理論和莫爾-庫倫強度準則，可導(dǎo)出：（1）隧道圍巖塑性區(qū)半徑Rp和周邊支護阻力pi的關(guān)系：R p（1-sin巾一Ccos巾+Ccot巾），-加巾r—I=（-0 r -）2sin巾ra p+Ccot9 '式中：Rp——塑性區(qū)半徑；a——隧道當量半徑；p0——隧道圍巖的自重應(yīng)力；

pt——隧道的設(shè)計支護阻力，即隧道圍巖開挖后達到彈塑性應(yīng)力平衡時，必須在洞壁上施加的徑向支護力；C、aCr、2——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ui和隧道圍巖塑性區(qū)半徑Rp的關(guān)系式：當假定塑性區(qū)圍巖體積不變時，ui可近似的按下式計算：a(1+^)R、u= (—p)2(psin9+Ccos9)Ea0式中：ui——隧道設(shè)計位移，即隧道圍巖開挖后達到彈塑性應(yīng)力平衡時，產(chǎn)生的塑性徑向位移；E、r——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:R,p(1-sin9一Ccos9+Ccot9)x1^sin97i=(公 二一r /)2sin9r可得a p+Ccot9p(1p(1-sin9)-Ccos9+Ccot9p= -Ccot99437061-sin19.11。2sin19.1111.71(1-sin30。)-0.5xcos30。+0.2xcot19.119437061-sin19.11。2sin19.111a(1+r)/R=MPau= (—p)2(psin9+Ccos9)iEa0二706x二706x(1+0.35)1000x1.3352x(1.71xsin30。+0.5xcos30。)將所求結(jié)果列入表。表隧道襯砌計算參數(shù)表a(cm)R(cm)RIap(MPa)u(cm)706943查《公路隧道設(shè)計規(guī)范》第條可知，V級圍巖埋深在50?300m時允許洞周圍相對收斂值為~%，即隧道周邊的徑向位移u<(0.6%~1.6%)*B=(0.6%~1.6%)*1280:5.12~20.48cm，由此可見，表3中數(shù)值u二符合規(guī)范要求。計算初期支護能提供的總支護阻力Pw和允許隧道洞壁產(chǎn)生的總徑向位移uw(1)噴射混凝土層的支護阻力ps和允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移u,的計算施工中，噴層單層厚度按5~6cm施工，總厚度為25cm，需噴5層，利用以下公式得計算結(jié)果(見表)E2at-12nTOC\o"1-5"\h\z, -R R's 2a2 csi=1 iun=￡e(a-1)=1表噴射混凝土層提供的支護力和洞壁允許的徑向位移表項目a=701cmt=5cma=696cmt=5cm=jcima-691cmt-5cm=jcima—686cmt—5cma-681cmt-5cmp.(MPa)u(cm)pn(MPa)un(cm)s式中：a、t,——第i噴層的半徑和厚度;R——噴射混凝土的極限抗壓強度，一般可取10MPa，即噴射后第三天的強度;￡,——噴射混凝土的極限應(yīng)變，一般可?。ァ?2)砂漿錨桿所提供的支護阻力Pg和錨桿允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移、的計算

假定砂漿錨桿對洞壁提供的支護阻力受砂漿與圍巖之間的抗剪強度所控制，并且在其接觸面上的剪應(yīng)力分布是均勻的，則:兀tdlp=FFF

gei式中：pg——砂漿錨桿所提供的支護阻力；Tg——砂漿與圍巖間的抗剪強度，對于軟弱圍巖，一般按圍巖單軸抗壓強度的10~20%取值；dg——錨桿孔的直徑；lg——噴射混凝土的極限應(yīng)變，一般可取％；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u=u-u式中：u=aQ+E）（）2（psin。+Ccos。）ag E a ou=&°+E）（psin。+Ccos。）ae E 0Rg——錨桿約束后圍巖的塑性區(qū)半徑。代入數(shù)值得：兀tdl g-g~gei二九x0.4x4.2x300_011750x270uaga(1+E)(&)2(psin。+Ccos。uagEa0二706x二706x(1+0.35)1000x1.5112x(1.71xsin30。+0.5xcos30。)uaea(1+E)(psin。+ccos。)Euae二706x二706x(1+0.35)1000x(1.71xsin30o+0.5xcos300)計算結(jié)果列入表。表錨桿提供的支護阻力和錨桿允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移表aLRpRRRggR/agagaeg(cm)(cm)(cm)g(MPa)(cm)(cm)(cm)7063001067注：①表中L表示錨桿的實際長度;②表中i表示錨桿縱橫向平均間距;③表中底表示錨桿計算長度,參照表確定;表錨桿計算長度表L/i32L/L5/62/310④錨桿玉樹后圍巖的塑性區(qū)半徑R按下式確定:gB+2L(一--)2+(F+L)2g2(F+L)代入相關(guān)數(shù)據(jù)得:B+2L、(--一)2+(F+L)22 g2(F+L)(1280+2X400)2+(1005.6+300)

^22(1005.6+300)=1067cm（3）初期支護能提供的總支護阻力勺和初期支護允許隧道洞壁產(chǎn)生的徑向位移,的計算通過以上計算可得:P=pn+pU=Un+U式中：Pw——初期支護能提供的總支護阻力；uw——柔性的初期支護允許隧道洞壁產(chǎn)生的徑向位移。代入數(shù)據(jù)得：P=pn+P