初期支護(hù)設(shè)計(jì)驗(yàn)算

初期支護(hù)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算確定計(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)表表初期支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)表圍巖級(jí)別噴層后度(cm)錨桿鋼筋網(wǎng)二次襯砌厚度(cm)直徑(mm)長(zhǎng)度(m)間距(mxm)直徑(mm)間距(mxm)V25424X620x2045(2)隧道的幾何尺寸及圍巖的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表表隧道設(shè)計(jì)參數(shù)表隧道圍巖當(dāng)量半埋深H容重Y粘結(jié)C/Cr內(nèi)摩擦角變形模E泊松初始應(yīng)Po級(jí)別徑。(m)(kN/m3)(MPa)(。/勿)(MP〃)比P(MPa)(cm)V706951830/1000①其中Po=『H,7為圍巖的容重，H為隧道埋深；②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(-)2+F2

a=2——

2F式中：F隧道開(kāi)挖高度，cm;B隧道開(kāi)挖寬度，cmo代入數(shù)值得：(-)2+F2(1??2)2+1005.62a=-=a==943cm2F 2x1005.6(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WMPa(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=0.3%;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=20MPao計(jì)算隧道周邊設(shè)計(jì)支護(hù)阻力pz.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：(b+2W)2+(f+w)2R=Zp2(F+W)式中：W——為游道圍巖松弛范圍對(duì)V級(jí)圍巖，W=250cm;代入數(shù)值計(jì)算可得：(g+2W)2+(F+W)2Rn=—— 〃 2(b+W)1280+2x250)2+(1005.61280+2x250)2+(1005.6+250)22x(1005.6+250)=943cm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);1=1。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p,的關(guān)系：_,Po(l-sin。-Ccos°+Gcot勿)一( 7^ / )a Pi+Crcot"式中：Rp——塑性區(qū)半徑；a——隧道當(dāng)量半徑；p?！淼绹鷰r的自重應(yīng)力；P,——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；c、。、c,、外——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)半徑凡,的關(guān)系式：當(dāng)假定塑性區(qū)圍巖體積不變時(shí)，出可近似的按下式計(jì)算：U.= + (―)2(p()sin°+Ccos°)Ea式中：出——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)生的塑性徑向位移；E、4——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：Po(1_sin°)-Ccos°+C,cot“

l-sin。/r

2sin由PRp=(pO(l—sin0—Ccos<+C.cotG))Po(1_sin°)-Ccos°+C,cot“

l-sin。/r

2sin由P-Crcot(f)rPi=o1.71(1—sin30。)—0.5xcos30。+0.2xcot19.11。Pi=olTinl9.11「Q432sin19.ii°/———706706x(1+0.35)

WOO=MPaui="1+4)(—)2(p0sin。+Ccos°)

Ea706x(1+0.35)

WOOx1.3352x(1.71xsin30°+0.5xcos30°)將所求結(jié)果列入表。表隧道襯砌計(jì)算參數(shù)表a(cm)Rp(cm)RplaP^MPa)%(cm)706943查《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》第條可知，V級(jí)圍巖埋深在50?300m時(shí)允許洞周圍相對(duì)收斂值為?％,即隧道周邊的徑向位移<(0.6%-1.6%)xB=(0.6%-1.6%)x1280=5.12-20.48c/n,由此可見(jiàn)，表3中數(shù)值〃產(chǎn)符合規(guī)范要求。計(jì)算初期支護(hù)能提供的總支護(hù)阻力外和允許隧道洞壁產(chǎn)生的總徑向位移(1)噴射混凝土層的支護(hù)阻力p,和允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移人的計(jì)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(jì)算結(jié)果(見(jiàn)表)2clit—廣Z=1表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ax=701cma2=696cma、-691cma4=686cma5=681cm項(xiàng)目 \tx=5cmt2=5cmt3-5cm%=5cmt5=5cmPsi(MPa)uXcni)P：(MPa)u：(cm)?J式中:…——第i噴層的半徑和厚度；心——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；J——噴射混凝土的極限應(yīng)變，一般可取％。(2)砂漿錨桿所提供的支護(hù)阻力p,和錨桿允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移4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：Ps-^r式中：p8——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，一般按圍巖單軸抗壓強(qiáng)O度的10?20%取值；程——錨桿孔的直徑；L——噴射混凝土的極限應(yīng)變，一般可?。ィ籓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u—u—ugagae〃(1+石)/4、2/ ?，一八式中：=---(一)~(Posin。+Ceos。)Ctuae=——--Ip。sm。+Ccos。)E人——錨桿約束后圍巖的塑性區(qū)半徑。代入數(shù)值得:Pg=7lT?d?lPg=7lT?d?lSOO50x270uaga(l+E)R2~~^uaga(l+E)R2~~^(7(p()sin°+Ccos°)706x(1+035)

WOO706x(1+0.35)

1666706x(1+035)

WOO706x(1+0.35)

1666xl.5112x(1.71xsin30°+0.5xcos30°)a(l+E).乂個(gè)4uae=---(Posin。+Ccos。)Ex(1.7lxsin30°+0.5xcos300)計(jì)算結(jié)果列入表。表錨桿提供的支護(hù)阻力和錨桿允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移表a(cm)(cm)叫(cm)R/aoPg(MPa)(cm)(cm)(cm)7063001067注：①表中L表示錨桿的實(shí)際長(zhǎng)度;②表中i表示錨桿縱橫向平均間距;③表中4表示錨桿計(jì)算長(zhǎng)度，參照表確定;O表錨桿計(jì)算長(zhǎng)度表LU32LIL55/62/310④錨桿玉樹(shù)后圍巖的塑性區(qū)半徑(按下式確定：O（等與+（尸+4『2S+4）O代入相關(guān)數(shù)據(jù)得：（亨y+djR=—乙 —g2（尸+4）1280+2x400）2+（10056+300）22（1005.6+300）=1067cm(3)初期支護(hù)能提供的總支護(hù)阻力p“.和初期支護(hù)允許隧道洞壁產(chǎn)生的徑向位移心的計(jì)算通過(guò)以上計(jì)算可得：Pw=P：+PgUw= +Ug式中：——初期支護(hù)能提供的總支護(hù)阻力；uw——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：Pw=