大跨度山嶺隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法-結(jié)構(gòu)承載能力法

公路2000年5月第5期HIGHWAYMay12000No15文章編號(hào):0451-0712(2000)05-0040-06大跨度山嶺隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法——結(jié)構(gòu)承載能力法郭小紅([摘要],,在實(shí)際應(yīng)用時(shí),,怎樣對(duì)復(fù)合襯砌參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算,。作為對(duì)大跨度山嶺隧道設(shè)計(jì)方法的一種探索,本文指出:,并從結(jié)構(gòu)承載能力與新奧法設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)承載。關(guān)鍵詞隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新奧法承載能力文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B概述新奧法是應(yīng)用現(xiàn)代巖體力學(xué)理論和充分總結(jié)已有地下工程經(jīng)驗(yàn)的成果,其基本原則可歸納為如下幾點(diǎn):(1)將圍巖視為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分,充分利用圍巖的自身承載能力;(2)根據(jù)量測結(jié)果確定支護(hù)參數(shù)及支護(hù)施作時(shí)間;(3)開挖斷面要圓順,開挖步驟要少,以盡量減少對(duì)周邊巖體的擾動(dòng)破壞;(4)控制洞室周邊變形,以減少松散荷載,同時(shí)又容許洞室周邊圍巖有限的變形,以減少周邊變形荷載;(5)襯砌必須是薄而柔性的結(jié)構(gòu)。從根本上講新奧法并不是一種拿來即可用的理論,它只是提出了一些有關(guān)隧道設(shè)計(jì)與施工的合理原則,是一種隧道設(shè)計(jì)與施工的“新”概念?；谛聤W法,設(shè)計(jì)人員要求將其基本原則貫穿到隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中去,施工技術(shù)人員要能領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)意圖,遵照其原則進(jìn)行施工,這要求設(shè)計(jì)和施工雙方應(yīng)有較高的技術(shù)素質(zhì)。公路隧道由于跨度大,防水要求高,一般均應(yīng)用新奧法原理采用復(fù)合襯砌,這是因?yàn)楝F(xiàn)階段隧道設(shè)計(jì)工程師已對(duì)其優(yōu)越性取得共識(shí),如噴錨初期支護(hù)能充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力,節(jié)約支護(hù)成本;先期施作的初期支護(hù)不僅為敷設(shè)防水層提供了較好界面,而且為保證二次襯砌質(zhì)量提供了良好的施工條件;在監(jiān)測指導(dǎo)下施工更加安全合理等等,特別是處于軟弱圍巖地段的大跨度公路隧道,更有必要應(yīng)用新奧法原理來指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工。但是現(xiàn)今大多數(shù)隧道支護(hù)參數(shù)的擬定一般還是以經(jīng)驗(yàn)類比為主,只是對(duì)處于軟弱圍巖地段的初期支護(hù)鋼拱架與二次襯砌輔以必要的強(qiáng)度驗(yàn)算。盡管在隧道設(shè)計(jì)上遵循了一些新奧法的基本原則,但是由于新奧法先天性的理論不足,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)很難把握,如作為結(jié)構(gòu)一部分的圍巖如何發(fā)揮作用,怎樣對(duì)復(fù)合襯砌參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算,如何將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工過程中的監(jiān)控量測統(tǒng)一起來等等,因此這種設(shè)計(jì)方法的缺陷是很明顯的:(1)大跨度公路隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不宜盲目應(yīng)用“經(jīng)驗(yàn)類比法”。應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)類比法進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須具備一些條件,如地質(zhì)條件相差不大,隧道跨度相近,施工方法相似等等。對(duì)于公路隧道來說,一方面近幾年才開始大規(guī)模建設(shè),很多經(jīng)驗(yàn)還未進(jìn)行及時(shí)2000年第5期郭小紅:大跨度山嶺隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法—41—總結(jié),可供參照的經(jīng)驗(yàn)并不多;另一方面以鐵路隧道作為公路隧道經(jīng)驗(yàn)類比設(shè)計(jì)法的類比對(duì)象也不合適,這不僅是因?yàn)樗淼揽缍认嗖钶^大,而且隧道形狀相差也較大。(2)這種設(shè)計(jì)方法只能對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的永久安全度作定性的檢驗(yàn),無法對(duì)結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全度進(jìn)行評(píng)價(jià),因此沒有將設(shè)計(jì)與施工過程,特別是施工過程中的監(jiān)控量測聯(lián)系起來,導(dǎo)致了新奧法的靈魂——施工監(jiān)測成了可有可無的東西。(3)這種設(shè)計(jì)方法對(duì)結(jié)構(gòu)在使用階段的安全度也不能完全保證。一方面根據(jù)現(xiàn)代巖體力學(xué)理論,施加在隧道結(jié)構(gòu)上的荷載與施工過程有關(guān),結(jié)構(gòu)施作越早,作用在結(jié)構(gòu)上的荷載越大。上。弱圍巖地段,1隧道結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的承載能力曲線與承載能力法確定其變化范圍。因此設(shè)計(jì)過程中給出的隧道各部分結(jié)構(gòu)的承載能力必須是各相關(guān)參數(shù)在一定范圍波動(dòng)的變化曲線,以適應(yīng)多變的實(shí)際條件。隧道設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)承載能力法就是充分利用各部分結(jié)構(gòu)的承載能力曲線指導(dǎo)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工,其相互關(guān)系見圖1,這也是其與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法(僅進(jìn)行特定條件下的強(qiáng)度校核)相比較最本質(zhì)的差別。隧道結(jié)構(gòu)的承載能力曲線是新奧法設(shè)計(jì)與施工的關(guān)鍵點(diǎn),因?yàn)樗淼澜Y(jié)構(gòu)的承載能力,,,;同時(shí)結(jié)構(gòu)的承,結(jié)構(gòu)承載能力曲線提供了巖體各項(xiàng)參數(shù)在最可能的波動(dòng)范圍的連續(xù)值,通過施工過程的監(jiān)控量測就可準(zhǔn)確地確定影響結(jié)構(gòu)承載能力的各項(xiàng)參數(shù),從而確定結(jié)構(gòu)在特定條件下的承載能力,根據(jù)預(yù)測或監(jiān)測分析荷載就可準(zhǔn)確了解結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算是針對(duì)圍巖的特定物理力學(xué)參數(shù),一旦實(shí)際檢測值與分析采用值不符,就很難判斷原來分析結(jié)果的可靠性。隧道結(jié)構(gòu)一般由噴錨初期支護(hù)與模注混凝土二次襯砌組成,如果巖體很差,在初期支護(hù)的噴混凝土中還必須設(shè)置鋼拱架;如果圍巖自穩(wěn)時(shí)間較短,還必須考慮設(shè)置超前支護(hù)。這些支護(hù),包括周邊巖體,共同構(gòu)成了隧道抵抗圍巖變形與松散塌落的承載體系。因此隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)該包含如下幾個(gè)方面:超前支護(hù):超前錨桿,超前小導(dǎo)管,超前長管棚,超前注漿等等。圍巖:自然巖體,注漿巖體。初期支護(hù):噴射混凝土,鋼筋網(wǎng),系統(tǒng)錨桿,鋼拱架等等。二次襯砌:素混凝土,鋼筋混凝土。隧道各部分結(jié)構(gòu)在一定條件下均具有維持洞室穩(wěn)定的作用,也就是說各部分結(jié)構(gòu)在一定條件下存在一定的抵抗周邊荷載的能力,這就是結(jié)構(gòu)的承載能力。隧道各部分結(jié)構(gòu)的承載能力所依賴的條件是不一樣的,如系統(tǒng)錨桿的承載能力不僅與自身長度及間距有關(guān),而且與巖體物理力學(xué)參數(shù)、圍巖的側(cè)壓力系數(shù)以及彈性抗力系數(shù)等等密切相關(guān);而初期支護(hù)鋼拱架的承載能力則與圍巖側(cè)壓力系數(shù)以及彈性抗力系數(shù)關(guān)系最大。在實(shí)際工作中,對(duì)于某一類型的圍巖,其物理力學(xué)參數(shù),彈性抗力系數(shù)以及作用在結(jié)構(gòu)上的荷載側(cè)壓力系數(shù)等等均存在一定程度的測不準(zhǔn),一般只能圖1隧道結(jié)構(gòu)承載能力曲線與隧道設(shè)計(jì)及施工的關(guān)系2結(jié)構(gòu)的承載能力曲線與隧道荷載分析無特殊地質(zhì)條件時(shí),作用在隧道結(jié)構(gòu)上的圍巖荷載可分為松動(dòng)荷載與變形荷載,松動(dòng)荷載又可分為初始爆破松動(dòng)荷載,后期爆破松動(dòng)荷載及變形松動(dòng)荷載;變形荷載又可分為彈性變形荷載、塑性變形荷載及蠕變變形荷載。松動(dòng)荷載可應(yīng)用多種經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,如普氏公式,太沙基公式等等,一般情況下可采用《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》所推薦的經(jīng)驗(yàn)公式。變形荷載在軟弱圍巖地段及地應(yīng)力較大時(shí)表現(xiàn)比較明顯,與結(jié)構(gòu)的承載—42—公路2000年第5期能力及洞室的形狀有直接聯(lián)系。IV類、V類圍巖及淺埋地段的II類、III類圍巖一般以松動(dòng)荷載為主;深埋(地應(yīng)力較大)地段的II類、III類圍巖一般以塑性松動(dòng)荷載和變形荷載為主。根據(jù)巖體力學(xué)理論,當(dāng)洞室接近圓形,初始地應(yīng)力側(cè)壓力系數(shù)接近1.0時(shí),洞室周邊塑性區(qū)深度與洞室內(nèi)部支護(hù)壓力可用修正芬納公式表示:Rp=Ra×{2×[(P0×(K-1)+Rc](){[Rc+Pa(K-1)]×(K+1)}}1K-1(1)式中:P0為初始地應(yīng)力(kPa);Pa為洞室初始?jí)毫?kPa);Ra為洞室半徑(m);Rp為塑性區(qū)半徑(m);(1-sinF);RC為巖K為塑性常數(shù),K=(1+sinF)體的抗壓強(qiáng)度(kPa);F為巖體內(nèi)摩擦角(deg)。上式表明:;洞室半徑越大,,區(qū)也越大。坍塌,,所以圍巖的變形荷載并不可怕,只要遵循一定的原則即可將其釋放,如盡量減少結(jié)構(gòu)的剛度,變形荷載就不能轉(zhuǎn)化成為真正的荷載。但是圍巖的變形荷載又不能無限制地釋放,因?yàn)樗缮⒑奢d與變形荷載有著直接的聯(lián)系:圍巖變形釋放過度,可能造成圍巖深部產(chǎn)生拉裂破壞,使松散荷載大大增加。因此結(jié)構(gòu)承載能力越大,施作的時(shí)間越早,作用在結(jié)構(gòu)之上的變形荷載越大,而松散荷載越小;反之,結(jié)構(gòu)承載能力越小,施作的時(shí)間越晚,作用在結(jié)構(gòu)之上的變形荷載越小,而松散荷載越大。新奧法設(shè)計(jì)就是通過調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)施作時(shí)機(jī)與強(qiáng)度,從理論上預(yù)測洞室周邊荷載的最小值;新奧法施工就是通過監(jiān)控量測來確定支護(hù)強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)施作時(shí)機(jī),使洞室周邊的荷載達(dá)到最小值,而結(jié)構(gòu)的承載能力曲線是其基礎(chǔ)。因?yàn)楦鶕?jù)結(jié)構(gòu)承載能力曲線可以得到任何條件下各部分結(jié)構(gòu)的支護(hù)壓力,使洞室的荷載分析成為可能。3結(jié)構(gòu)承載能力曲線與隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)算作用在結(jié)構(gòu)上的圍巖荷載大小與變化趨勢;(4)分析設(shè)計(jì)所推薦的施工方法的可行性與合理性;(5)調(diào)整隧道支護(hù)參數(shù)與施工方法,使之趨向合理。利用結(jié)構(gòu)的承載能力曲線進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),不再拘泥于傳統(tǒng)的隧道圍巖分類,而是基于圍巖的物理力學(xué)性質(zhì),使隧道設(shè)計(jì)更符合實(shí)際。根據(jù)國內(nèi)外專家的大量統(tǒng)計(jì)分析表明,,而對(duì)質(zhì)量較,其物理力學(xué)。因此軟弱圍巖條件下的大跨度,否則可能使隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過于保守或安全度不夠。按照巖體力學(xué)理論,圍巖的壓力荷載與兩洞室之間距、圍巖類別、地應(yīng)力大小及洞室形狀有關(guān)。當(dāng)隧道跨度較小時(shí),其中某些因素的影響也許可以忽略不計(jì),但是在大跨度隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,特別是軟弱圍巖地段,這些因素有時(shí)都起著決定性的作用。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)荷載公式只能應(yīng)用于一般情況,如地應(yīng)力不大,礦山法施工以及洞室形狀、高跨比適中等等,但在一些特殊條件下,如高地應(yīng)力,近距離雙洞等等,必須應(yīng)用巖體力學(xué)理論,根據(jù)各部分結(jié)構(gòu)的承載能力分析荷載的大小及其變化規(guī)律。結(jié)構(gòu)承載能力法是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法(先分析荷載,然后驗(yàn)算結(jié)構(gòu)安全度)的一個(gè)突破,因?yàn)榇罂缍人淼澜Y(jié)構(gòu)對(duì)荷載變化更敏感,如果設(shè)計(jì)荷載偏差過大,即使隧道結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)較大,也可能使隧道結(jié)構(gòu)處于危險(xiǎn)狀態(tài),因此要充分注意大跨度隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的荷載分析工作。大跨度隧道設(shè)計(jì),不僅僅是一個(gè)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的問題,還存在一個(gè)如何實(shí)施的問題。與中小跨度隧道相比較,大跨度隧道不僅荷載比較大,增加速率較快,而且開挖以及施作各部分結(jié)構(gòu)的時(shí)間也大大增加。這樣,什么情況下應(yīng)采用超前支護(hù),超前支護(hù)的強(qiáng)度應(yīng)該多大,各部分支護(hù)應(yīng)該達(dá)到什么強(qiáng)度才能為下道工序提供充足的時(shí)間等等,處理這些問題就顯得特別重要。根據(jù)結(jié)構(gòu)的承載能力曲線,不僅可以分析隧道荷載的大小,而且可以分析出荷載隨時(shí)間及開挖面推進(jìn)的變化趨勢。應(yīng)用荷載隨時(shí)間的變化趨勢曲線,根據(jù)圍巖的自承能力決定是否采用超前支護(hù)。根據(jù)下道工序的施作時(shí)間決定上部分支護(hù)的支護(hù)強(qiáng)度。應(yīng)用隧道結(jié)構(gòu)的承載能力曲線進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)可以歸納為如下幾個(gè)步驟:(1)根據(jù)隧道綜合地質(zhì)勘察報(bào)告,分析隧道附近的地應(yīng)力狀況及每一類巖體與結(jié)構(gòu)承載能力相關(guān)的物理力學(xué)參數(shù)的變化范圍;(2)根據(jù)巖體的物理力學(xué)參數(shù)計(jì)算隧道各類支護(hù)的承載能力曲線;(3)根據(jù)地形地質(zhì)條件及支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù),分析計(jì)2000年第5期郭小紅:大跨度山嶺隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法—43—4結(jié)構(gòu)的承載能力曲線與隧道施工4.1結(jié)構(gòu)的承載能力曲線是施工監(jiān)測的基礎(chǔ)新奧法施工就是隨著隧道開挖面的推進(jìn),在監(jiān)測信息指導(dǎo)下,適時(shí)而安全地將支護(hù)結(jié)構(gòu)分階段地施作完成。因此作為新奧法施工的靈魂——監(jiān)控量測,必須解決如下幾個(gè)問題:(1)了解施工過程的可行性,以便合理進(jìn)行施工組織。(2)了解施工過程中已施作的各部分結(jié)構(gòu)的安全度,以確保施工安全。(3)了解結(jié)構(gòu)在使用期間的安全度,以保證工程質(zhì)量。及時(shí)間的延續(xù)而逐漸增加的,個(gè)分步施作的問題,工的安全,,不僅未能使前部分結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮作用,而且可能使后部分施作的結(jié)構(gòu)承受過多荷載,從而降低整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的安全度;結(jié)構(gòu)施作過遲,可能使已經(jīng)施作的結(jié)構(gòu)承受過多的荷載,也可能產(chǎn)生安全事故。結(jié)構(gòu)的承載能力的確定依賴監(jiān)控量測。因?yàn)樵O(shè)計(jì)提供的各部分結(jié)構(gòu)的承載能力是根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告按照一定的假設(shè)條件進(jìn)行的,免不了以片概全,在施工過程中必須依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)。只有通過監(jiān)測才能更加符合實(shí)際地評(píng)價(jià)圍巖類別,才能確定與結(jié)構(gòu)承載能力相關(guān)的圍巖的各種物理力學(xué)參數(shù)。隧道荷載從量測的角度看實(shí)際上是一種位移荷載,只有洞室周邊產(chǎn)生了壓迫結(jié)構(gòu)的位移時(shí),結(jié)構(gòu)上才有荷載作用。通過對(duì)施工過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,可以很容易得到圍巖荷載的現(xiàn)狀及其變化趨勢,如果在設(shè)計(jì)時(shí)就能夠分別給出隧道各部分結(jié)構(gòu)的承載能力,那么施工技術(shù)人員通過監(jiān)測就可充分把握施工過程中各階段的安全度,確保安全。4.2結(jié)構(gòu)承載能力曲線與施工方法的選擇對(duì)于中小跨度隧道,施工方法也許并不是很重要,因?yàn)樗淼栏鞑糠纸Y(jié)構(gòu)的承載能力較高,如雙車道隧道,即使在II類、III類圍巖條件下,一般加強(qiáng)初期支護(hù)就能夠保持洞室長時(shí)間的穩(wěn)定,能夠?yàn)楹罄m(xù)施工提供足夠的時(shí)間,但是對(duì)于更大跨度的三車道隧道,結(jié)構(gòu)的承載能力相對(duì)較低,而圍巖荷載增加比較快,如果施工方法不合理,沒有作好監(jiān)控量測工作,一旦發(fā)現(xiàn)問題往往已沒有足夠的時(shí)間補(bǔ)救了。合理的隧道施工方法,一方面是保證結(jié)構(gòu)安全,另一方面是分析在設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)模式下施工的可行性,即前部分施作的結(jié)構(gòu)是否為后部分結(jié)構(gòu)的施工提供足夠的時(shí)間,這兩個(gè)問題的解決都依賴于了解實(shí)際條件下結(jié)構(gòu)的承載力以及圍巖荷載的大小與變化趨勢。因?yàn)樗淼澜Y(jié)構(gòu)是分步施作的,上部分結(jié)構(gòu)施作到下部分結(jié)構(gòu)的施作還有一定的間隔時(shí)間,圍巖荷載也是在隨時(shí)間的變化而逐漸加大,如果僅僅知道圍巖荷,但是不知,只要提供了結(jié)構(gòu),,根據(jù)實(shí)測或推,進(jìn)而準(zhǔn)確掌握支護(hù)的受力狀況,這樣,隧道施工技術(shù)人員才真正具備選擇施工方法與速度的主動(dòng)權(quán)。4.3利用結(jié)構(gòu)的承載能力在施工過程中調(diào)整支護(hù)參數(shù)隧道施工過程中遇到如下情況時(shí)應(yīng)進(jìn)行修正設(shè)計(jì)。(1)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)承載能力遠(yuǎn)大于量測分析荷載,此時(shí)為了節(jié)約工程造價(jià),應(yīng)適當(dāng)將下部分需要施作的結(jié)構(gòu)適當(dāng)減弱。(2)前部分結(jié)構(gòu)不能為后部分結(jié)構(gòu)的施工提供足夠時(shí)間,此時(shí)為了施工安全,應(yīng)將前部分結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)或?qū)⒑蟛糠纸Y(jié)構(gòu)適當(dāng)加強(qiáng)后提前施作。(3)結(jié)構(gòu)的承載能力低于量測分析荷載時(shí),應(yīng)將初期支護(hù)或二次襯砌結(jié)構(gòu)加強(qiáng),以保證結(jié)構(gòu)在使用過程中的安全度。根據(jù)荷載變化進(jìn)行修正設(shè)計(jì)的關(guān)系見圖2。圖2根據(jù)荷載變化趨勢進(jìn)行修正設(shè)計(jì)只要設(shè)計(jì)者提供了隧道各部分結(jié)構(gòu)的承載能力,施工人員又進(jìn)行了監(jiān)控量測,這些問題就可得到—44—公路2000年第5期圓滿解決。結(jié)構(gòu)的承載能力是設(shè)計(jì)者與施工者雙方聯(lián)系的紐帶,是雙方成為真正新奧法實(shí)踐者的基礎(chǔ)。5結(jié)構(gòu)的承載能力計(jì)算盡管現(xiàn)在有先進(jìn)的計(jì)算工具與手段,但若要精確計(jì)算隧道各部分支護(hù)的承載能力是很困難的,也是不必要的。實(shí)際需要的并不是高精度,而是結(jié)構(gòu)在給定條件下的安全度,因此只要遵循合理的原則進(jìn)行簡化計(jì)算是能滿足實(shí)際需要的。下面對(duì)隧道各部分主要結(jié)構(gòu)的承載能力計(jì)算方法作簡要敘述。5.1噴射混凝土(含鋼筋網(wǎng))的承載能力噴射混凝土的承載能力是通過與圍巖的聯(lián)合作用來體現(xiàn)的,射混凝土有多大的承載能力,:。當(dāng)噴射,也可通過提高巖體的內(nèi)摩擦角及內(nèi)聚力來計(jì)算。對(duì)于II類及III類圍巖,當(dāng)噴射混凝土層較厚,且內(nèi)部設(shè)有鋼拱架時(shí),則應(yīng)將噴混凝土層與鋼拱架視為整體計(jì)算其承載能力。5.2系統(tǒng)錨桿的承載能力當(dāng)隧道初期支護(hù)設(shè)有系統(tǒng)錨桿時(shí),應(yīng)考慮系統(tǒng)錨桿的支護(hù)作用。系統(tǒng)錨桿一般使用在巖體較差地段,通過密而長的錨桿在洞室周圍形成一個(gè)具有一定承載能力的承載拱,系統(tǒng)錨桿形成的承載拱見圖3,因此計(jì)算系統(tǒng)錨桿的承載能力應(yīng)將其與圍巖當(dāng)成一個(gè)整體來計(jì)算:力,同時(shí)應(yīng)考慮彈性抗力作用。由于系統(tǒng)錨桿一般緊隨開挖面施作,所承受的荷載大部分為變形荷載,因此荷載側(cè)壓力系數(shù)一般接近地層初始側(cè)壓力系數(shù)。強(qiáng)度校核按照砌體結(jié)構(gòu)有關(guān)原則執(zhí)行。5.3噴射混凝土及鋼拱架的承載能力噴射混凝土內(nèi)設(shè)置的鋼拱架有兩種:鋼筋拱架與型鋼拱架。鋼筋拱架一般可將其與噴射混凝土合為一體按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算,強(qiáng)度校核則按配筋計(jì)算原則進(jìn)行;算后進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算,。,即在,當(dāng)結(jié)構(gòu)具有壓向圍,圍巖對(duì)結(jié)構(gòu)有壓力作用,當(dāng)結(jié)構(gòu)具有遠(yuǎn)離圍巖的位移時(shí),圍巖對(duì)結(jié)構(gòu)有拉力作用,作用力大小與位移成正比。圖4為某座三車道隧道工字鋼拱架承載能力計(jì)算結(jié)果,從圖中可發(fā)現(xiàn),對(duì)于鋼拱架這種柔性結(jié)構(gòu),圍巖彈性抗力系數(shù)及荷載側(cè)壓力系數(shù)對(duì)其承載能力影響較小。彈性抗力系數(shù)越小,荷載側(cè)壓力系數(shù)對(duì)鋼拱架的承載能力影響越大。圖420b號(hào)工字鋼承載能力計(jì)算結(jié)果(間距1.0m)5.4二次襯砌承載能力二次襯砌承載能力的計(jì)算方法較為成熟,這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的礦山法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也涉及到與此有關(guān)的計(jì)算工作。由于公路隧道一般在二次襯砌與初期支護(hù)之間設(shè)有防水層,因此圍巖對(duì)二次襯砌的彈性圖3系統(tǒng)錨桿形成的承載拱抗力應(yīng)只考慮徑向壓力,并且按假定荷載法計(jì)算。當(dāng)然,若采用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí),也可按照溫克爾彈性地基梁理論根據(jù)各節(jié)點(diǎn)實(shí)際產(chǎn)生的徑向向外的位移計(jì)算彈性抗力。強(qiáng)度校核則按隧道規(guī)范指定的方法進(jìn)行。圖5為某座三車道隧道二次襯砌承載能力,從①由于系統(tǒng)錨桿的作用,洞室周邊圍巖承載拱厚度變得與錨桿長度相當(dāng);②由于錨桿的加筋作用,使得承載拱巖體強(qiáng)度提高。根據(jù)修正后的巖體參數(shù)計(jì)算承載拱的承載能2000年第5期郭小紅:大跨度山嶺隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法—45—圖中發(fā)現(xiàn),荷載側(cè)壓力系數(shù)對(duì)二次襯砌承載能力影響較大,而圍巖的彈性抗力系數(shù)則對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力影響較小。對(duì)于接近圓形的公路隧道二次襯砌,當(dāng)側(cè)壓力系數(shù)接近1.0時(shí),結(jié)構(gòu)的承載能力達(dá)到最大,因此公路隧道二次襯砌側(cè)壓力系數(shù)偏大對(duì)結(jié)構(gòu)受力有利,這一特點(diǎn)可能與尖拱型鐵路隧道襯砌有所不同HYPERLINK"/retype/zoom/491e26eae009581b6bd9eb5f?pn=6&x=0&y=549&raww=945&rawh=699&o=png_6_0_0_70_244_314_247_822_1146&typ