隧道通風課程畢業(yè)設計蘭理工.doc

第2章 用收斂約束法驗算初期支護2.1確定計算參數（1）根據公路隧道設計規(guī)范JTGD702004確定的支護參數見表2.1表1 支護參數表 圍巖級別噴層厚度（cm）錨桿鋼筋網二次襯砌厚度（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見表2.2 表2.2 隧道的幾何尺寸及圍巖的計算參數表圍巖級別隧道當量半徑（cm）埋深H（m）容重（）粘結C/Cr（）內摩擦角（）變形模量E（MP）泊松比初始應（）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。代入數值得：=781cm（3）初期支護材料的力學性能C20噴射混凝土極限抗壓強度取10（噴射混凝土抗壓強度齡期為3天）；C20噴射混凝土極限應變；砂漿與圍巖之間的抗剪強度；V級圍巖單軸極限抗壓強度R=20。2.2計算隧道周邊設計支護阻力與徑向位移通過查閱相關資料可知，對于級圍巖，其徑向松弛主要在距洞壁2.5m深的范圍內，馬蹄形隧道圍巖發(fā)生松弛時，其等代圓的計算當量半徑（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；代入數值計算可得：=當假定隧道為圓形，圍巖視為各向同性、均勻、連續(xù)、初始地應力只考慮圍巖的自重應力，側壓力系數。根據彈塑性理論和莫爾-庫倫強度準則，可導出：（1） 隧道圍巖塑性區(qū)半徑和周邊支護阻力的關系見式（2.3）： （2.3）式中：塑性區(qū)半徑； 隧道當量半徑； 隧道圍巖的自重應力； 隧道的設計支護阻力，即隧道圍巖開挖后達到彈塑性應力平衡時，必須在洞壁上施加的徑向支護力； 隧道圍巖在彈性狀態(tài)和塑性狀態(tài)的粘聚力和內摩擦角。（2） 隧道周邊的徑向位移和隧道圍巖塑性區(qū)半徑的關系式：當假定塑性區(qū)圍巖體積不變時，可近似的按式（2.4）計算： （2.4）式中：隧道設計位移，即隧道圍巖開挖后達到彈塑性應力平衡時，產生的塑性徑向位移； 隧道圍巖的彈性模量和泊松比。分別代入相關數值，求得： 可得 =0.884-0.577=0.307 = =3.198cm將所求結果列入表2.3。表2.3 78110181.2940.3073.198查公路隧道設計規(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中數值=3.198cm符合規(guī)范要求。2.3計算初期支護能提供的總支護阻力和允許隧道洞壁產生的總徑向位移（1）噴射混凝土層的支護阻力和允許洞壁產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阻力和錨桿允許洞壁產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力分布是均勻的，則： （2.6）式中：砂漿錨桿所提供的支護阻力；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）代入相關數據得：=1150cm=3.278 = =1.511 =3.278-1.511=1.767計算結果列入表2.6表2.678146011501.4730.2413.2781.5111.767（3）初期支護能提供的總支護阻力和初期支護允許隧道洞壁產生的徑向位移的計算通過以上計算可得：式中：初期支護能提供的總支護阻力； 柔性的初期支護允許隧道洞壁產生的徑向位移。代入數據得：=0.337+0.241=0.578=11.409+1.767=13.176cm2.4初期支護總阻力和位移的校核由以上計算可知，=0.5