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湖南科技大学潇湘学院毕业论文某公路隧道设计毕业论文目 录第一章 前言1第二章 地质资料22.1地形地貌22.2水文气象22.3地层岩性22.3.1第四系全新统（Qh）22.3.2第四系更系统（QP）32.3.3志留系下统（S1）32.4区域地质构造32.5水文地质条件3第三章 隧道整体设计53.1龙永高速概况53.2建筑限界53.3洞门设计63.3.1洞口位置选择63.3.2洞门选择63.3.3洞门结构计算63.4龙山端洞门端墙式验算73.4.1 计算及基本数据73.4.2端墙土压力计算 ：83.4.3抗倾覆稳定性验算：93.4.4抗滑稳定性验算：93.4.5基底偏心距验算：93.5永顺端洞门翼墙式验算103.5.1计算及基本数据103.5.2翼墙土压力计算：113.5.3抗倾覆稳定性验算：123.5.4抗滑稳定性验算：123.5.5 端墙土压力计算：123.5.6抗倾覆稳定性验算：133.5.7抗滑稳定性验算：133.5.8基底偏心距验算：143.6排水设计15第四章 初期支护设计验算164.1确定计算参数（工程类比法）164.2第一段（里程：K67+317K67+355）174.3第二段（里程：K67+355K67+378）214.4第三段（里程：K67+378K67+730）254.5第四段（里程：K67+730K67+770）294.6第五段（里程：K67+770K67+808）33第五章 隧道洞身结构内力分析及检算385.1荷载的一般规定385.1.1永久荷载395.1.2可变荷载405.1.3 偶然荷载405.2各级围岩的内力计算41第六章 施工组织设计606.1 概念606.2 概述606.3 施工方案比选606.3.1 施工方案选择所需要考虑的因素606.3.2 新奥法施工方法比选616.4施工布置636.5 总体施工方案646.6 辅助施工措施设计64第七章 附属结构设计667.1隧道照明设计667.1.1、设计依据667.1.2、隧道供电667.1.3、隧道照明667.2排水设计67参 考 文 献68致 谢69第一章 前言随着技术的不断 发展和 运营的 需要，公路隧道 趋势是 越 修越长、越修越宽，技术越来越难、越复杂。公路隧道的修建涉及到结 构、防排水、岩土、地质、地下水、空 气动力 、光学、消 防、交通工程、自动控制、环境保护、工程机构等多种学 科，是综合 复合技术，需要多学科进行联合研究、进行攻关。 目前，我国公路隧道修筑技术已有 长足的发展，对围岩动态量测反馈分析技术，组合式通风技术，运营交通简易监控 技术，新型 防水、排水、堵水技术，围岩稳定技术，支护及衬砌结构技术等都有 许多成 功实例，其中大部分成果已处于国内领先水平，还有一些成果已达到国际先进水平。 在大规模的建设过程中，国内隧道建设也暴露出一些不足。首先是规范落后于现实。公路 中的许多 规范已经陈旧，编写规范的 人多属 脱离现场较长，深刻了解内在规 律的人不多，理论不结合实际的多， 因此，不要急于编规范。中 国之大，隧道 地处情况之复杂，变化很大，用一 本规范是打不了 天下的，所以，要看清目前 规范的水 平不高 ，不要急于功利，要在发展中去总结，有量的积累，才能有质的提高， 才能有 好的规范产生，当前，国家要求各行各业，每5年必须 修改规 范的原 因也在于此。重视隧 道动态设计、动态施工。 重视隧道设计 前的水文地质调 查 、勘 测的预设计（ 初步设计）工作，必须进行施工中的地质超前预提及变位量测工作，及时 进行信息化反馈施工设计。这种动态设计、动态施工、动态 管 理是符合地下工程不确定性 客观规律的，是克服施 工中不确定 性因素的重 要手段，是确保安全、可靠、适 用、优质建成工程的关键。0第二章 地质资料2.1地形地貌该隧道地貌属于构造剥蚀作用形成的中低山地貌。隧道段内地形起伏大。山高坡陡，冲沟发育，冲沟走向以南东向为主，次为北东向，呈“V”字形沟谷，隧道轴线通过地段地面标高440.00537.38m，最大高差97.38m，隧道最大埋深86.26m，位于K67+600处，地形坡度4560。山坡植被发育，主要为松木及灌木丛。隧道龙山端洞口段处于南西向冲沟斜坡上部，边坡坡角4560，左线隧道轴线与地形等高线右交角约71，洞口轴线与地形的关系属坡面正交型，左侧有轻微偏压。其中左洞ZK67+253ZK67+257段部分洞顶出露地表，ZK67+257ZK67+280段为洞口段，埋深约020.00m；右洞K67+317K67+355段为洞口段，埋深约029.00m。隧道永顺端洞口段处于北东向冲沟斜坡上部，边坡坡角约5060，左线隧道轴线与地形等高线右交角约75，洞口轴线余地行的关系属于坡面正交型，偏压不明显。做东ZK67+783ZK67+805段为洞口段。埋深约0.5021.00m；右洞K67+780K67+810段为洞口段，埋深约037.00m，K67+810K67+815段部分洞顶路出地表。G209国道经过隧道出口段，隧道进口段距G209国道约126m，交通较为方便。2.2水文气象本隧道区属于中亚热带山区季风湿润气候区，四季分明，热量较足，雨量充沛，降雨集中，强度高。4月至8月为雨季，历年平均降水量1326.31468.4mm，年平均蒸发量1379.021390.03mm。7月8月气温最高，极端最低气温-8.5，极端最高气温39.9，年平均气温27.627.8，全年有霜期8090天。大干溪号隧道区水系较发育，隧道左侧约125108m处有一条与隧道轴线近平行的冲沟，冲沟内常年有水，溪水流量约30m/d，雨季时溪水陡涨。隧道进、出口外侧有一条与隧道近垂直的的小冲沟，该冲沟内一般无水，主要排泄山坡汇聚的地表水。2.3地层岩性根据本次工程地质调绘和钻孔揭露，遂址区内底层由上而下为第四系全新统的种植土，第四系更新统碎石志留系下统砂质页岩等，现由新到老分布如下： 2.3.1第四系全新统（Qh）种植土：灰褐色、褐黄色，稍湿，结构较松散，含少量碎石及植物根茎，厚度00.70m。 2.3.2第四系更系统（QP）碎石：灰色、灰褐色、褐黄色，稍湿，稍密中密状，碎石含量约65%，块径4060mm，大者约150m，成分主要为砂质页岩、石英砂岩等，呈次棱角状，泥质含量约25%，厚度09.30m，隧道进口段及地势低洼的山坡上均有分布。 2.3.3志留系下统（S1）砂质页岩：夹石英细沙岩或互层，砂质结构、片状构造，薄中层状。-1强风化层：褐黄色、青灰色、灰褐色，节理、裂隙发育，岩体较完整，岩芯多呈碎块状、块状，少量呈短柱状，厚度0.8017.40m不等。-2中风化层：青灰色、灰绿色，岩质较硬，节理、裂隙较发育，岩体较完整，岩芯多呈柱状，部分呈块状，厚度9.7014.40m。-3微风化层：深灰色、青灰色，岩质较硬，节理、裂隙稍发育，岩体完整，岩芯多呈长柱短柱状，该层未揭穿。上述各地层特征及其分布规律详见 大干溪号隧道工程地质纵断面图及大干溪号隧道龙山端洞口段、永顺端洞口段工程地质横断面图。2.4区域地质构造根据1:20万永顺幅区域地质图及区域地质报告，路线通过区域主要构造体系为扬子准地台八面山褶皱带之武陵褶皱束，而褶皱多属北北东向构造：对本路线有影响的褶皱主要是盐井一首车背斜，核部为寒武纪和奥陶纪地层，翼部为志留纪地层。本路线区域性断裂构造主要有大农车一儒家寨扭性断裂和盐井一首车压扭性断裂。其中：大农车一儒家寨扭性断裂长约26km，除具有顺时针的扭动外，断裂线上常有挤压破碎现象，岩层直立，产状很乱，岩石破碎，局部可见糜棱岩，断层泥水平错距约200500m，破碎带宽约3050m。盐井一首车压扭性断裂基本沿盐井一首车背斜轴部延伸，断层面倾向东，倾角约5070，于K65+100K65+300区段被大农车一儒家寨扭性断裂错开200m左右，并使断层面倾向西，倾角约70，沿断裂线上，岩层倾角均变陡，成直立、倒转状态，岩石受挤压破碎成角砾岩，角砾岩多成棱角半滚圆状、排列很规则，两旁岩石常见拖曳小褶曲，挤压破碎带宽510m不等。遂址区内地震活动比较少，根据国家质量技术监督局颁发的中国地震动参数区划图（GB 18306一2001），本区地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，对应未来50年超越概率10%的地震基本烈度小于度。2.5水文地质条件大干溪号隧道岩性单一，主要为砂质页岩，水文地质条件较简单，为一个水文地质单元。第三章 隧道整体设计3.1龙永高速概况龙永高速公路全长91.2公里，起自龙山县甘 壁寨村，止于永顺县泽 家镇海 洛村，向北顺接 湖北恩施至来凤高 速公路；向南与张家界至花垣高速公路以及永顺至吉首高速公路相连。龙永高速 公路全线采用双向四车道高 速公路标准建设，设 计时速80公里。桥隧长度占主线总里程的58.7%。3.2建筑限界根据公路隧 道设计规范，隧道 高度5m，行车道宽 度3.75m，双车道布置，净宽10.25米，其中左侧 向宽度为0.5m，右侧向宽度 为0.750m，左侧检 修道宽度为0.75m，右侧检修道 宽度为0.75m，不设侧向 余宽。图2.1 大干溪号隧道建筑限界图（单位：cm）3.2.1隧道内轮廓隧道内轮廓设计除应满足隧道建筑限界 的规定以外，还应满足洞内路面、排水设施、装饰的需要，并为通风、照明、消防、监控、运营管理等 设施提供安装空间，同时考虑围岩 变形、施工方法影响的 预留 富裕量，使 确定的断面形式及尺寸符合安全、经济、合理的原则。 本隧道采用公路隧道设计规 范附录 B提供 的v=80km/h情况 下的标准断面，断面 为单心圆，R1=5.43m，R2=7.93m，R3=1m，R4=15m，断面 周长为30.94m，面积 为62.67m2。 图2.2 大干溪号隧道内轮廓示意图（单位：cm）3.3洞门设计3.3.1洞口位 置选择（1）洞门部分在地质上 通常是不稳定的。应考虑 避开滑坡、崩塌、泥石流 等不良地质地段。（2）要遵循“早进洞晚出洞”的原则，选择洞口位置。（3）为使洞口段衬砌结构受力条件较好，应使隧道中线与地形等高线正交，正交洞口的边、仰坡开挖较小而且均衡。（4）隧道在洞口附近考虑施工场地、弃渣场地以及便道的位置，对组织施工时的难易程度和进度有很大影响。3.3.2洞门选择隧道洞门形式的选择 和隧道洞口的地形，地质条件以 及隧道照明需要有关，洞门附近围岩一般比较松碎 松软，所以应根据实际情况，选择合适的洞门形式，并对边仰坡进 行适当护坡。洞门是隧 道的咽喉，也是外露 部分，要适当 进行洞门和动口环 境的美化和协调 。山岭隧道常用的洞门 形式主要有端墙式、翼墙式 、台阶式、柱式、削竹式和喇叭口式。本隧道龙山 端洞门采用端墙式， 永顺端 洞门采用翼墙式。3.3.3洞门结构计算验算时依据下表的规定，并应符合公路路基设计规范、公路砖石及混凝土桥涵设计规范、公路桥涵地基与基础设计规范的有关规定。洞门验算表如表2.1表2.1 洞门墙的主要检算规定表墙身截面荷载效应值Sd结构抗力效应值Rd（按极限状态计算）墙身截面荷载效应值Sd结构抗力效应值Rd（按极限状态计算）墙身截面偏心距e0.3倍截面厚度滑动稳定安全系数1.3基底应力地基容许承载倾覆稳定安全系数1.6基底偏心距e岩石地基H/5B/4；土质地基B/6（B为墙底厚度）洞门设计计算参数数按现场试验资料采用。缺乏的试验资料，参照表2.2选用。表2.2 洞门设计计算参数数表仰坡坡率计算摩擦角(O)重度(kN/m3)基底摩擦系数f基底控制压应力(MPa)1:0.570250.600.801:0.7560240.500.601:150200.400.400.351:1.254345180.400.300.2s1:1.53840170.350.400.253.4龙山端洞门端墙式验算3.4.1 计算及基本数据、地质特征：级围岩，端墙背后采用粗颗粒土回填。仰坡坡率1:0.75地层容重=24kN/m3地层计算摩擦角=60基底摩擦系数=0.50基底设计控制压应力=0.60 Mpa、建筑材料容重： 墙端的材料为水泥砂浆片石砌体，片石的强度等级为Mu100，水泥砂浆的 强度等级为M10。 容许压应力【a】=2.2Mpa，重度=22kN/ m3。、 洞门主要验算：洞门结构按挡土墙计算允许应力，并验算绕墙趾倾覆及基底滑动的稳定性。验算符合下列标准：墙身截面荷载效应Sd 结构抗力效应值Rd墙身截面偏心距e 0.3截面宽度基底应力地基允许承载力基底偏心距e岩石基底B/4，土质B/6滑动稳定系数Kc 1.3 倾覆稳定系数K0 1.63.4.2端墙土压力计算 ：大干溪号隧道永顺端洞口处设计翼墙式洞门，尺寸拟定墙厚B=2m，墙背倾角=6，墙高高H=12米，其中基底埋入地基的深度为1.2m,洞门墙顶高出仰坡坡脚1.5m，洞门与仰坡间的的水沟深度为0.4m,仰坡坡角=53.13，具体见图纸。围岩计算摩擦角=60，基底摩擦系数f=0.5, tan =0.1, tan=1.33, tan=1.73,洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为a=2m洞门墙计算条带宽度b=1m最危险破裂面与垂直面之间的夹角= 0.40 (=21.90)2/（0.4-0.1）6.67 m=0.079=2.67m=87.98kN(每延米)式中： E土压力（kN）; 地层重度（kN/m3） 侧压力系数； 墙背土体破裂角； b洞门墙计算条带宽度（m），取b=1m； 土压力计算模式不确定系数，可取=0.6。3.4.3抗倾覆稳定性验算：由于土压力和冻胀力不同时考虑，这里我们考虑土压力的计算。端墙自重：G=121222=528kN力臂： 2.0+tan612=1.63m12=4m土压力大小：E =87.98 kN（每延米）=2.45 1.6 （满足）故抗倾覆稳定性满足要求3.4.4抗滑稳定性验算： kN kN 3.511.3(满足) 式中： 墙背摩擦角=故抗滑稳定性满足要求3.4.5基底偏心距验算： Ex对墙趾的力臂： Ey对墙趾的力臂： G对墙趾的力臂： （930.672-321.48）/563.78=1.08 1.3(满足)式中： 墙背摩擦角 故抗滑稳定性满足要求3.5.5 端墙土压力计算：最危险破裂面与垂直面之间的夹角=0.585 (=30.32)1.8/（0.585-0.1）3.71 m=0.18=1.8m=159.23kN(每延米)式中： E土压力（kN）; 地层重度（kN/m3） 侧压力系数； 墙背土体破裂角； b洞门墙计算条带宽度（m），取b=1m； 土压力计算模式不确定系数，可取=0.6。3.5.6抗倾覆稳定性验算：由于土压力和冻胀力不同时考虑，这里我们考虑土压力的计算。端墙自重：G=1211.522=396kN翼墙自重：G=（91.86.3-90.91.8）/222=962.28kN力臂： 1.5+tan612+5.4=6.78m翼墙力臂：=4.212=4m土压力大小：E =159.23kN（每延米） = 8.801.6（满足）故抗倾覆稳定性满足要求3.5.7抗滑稳定性验算： kN kN 3.181.3(满足) 式中： 墙背摩擦角 =故抗滑稳定性满足要求3.5.8基底偏心距验算： Ex对墙趾的力臂： Ey对墙趾的力臂： G对墙趾的力臂： （602.582-321.48）/431.78=0.65 合力在中心线的右侧 计算结果满足要求= ，计算结果满足要求。墙身截面偏心矩e 式中： M计算截面以上各力对截面形心力矩的代数之后； N作用于截面以上垂直力之后。80.372-35.780.75=133.905396+35.78=431.78kN将数据代入墙身偏心矩E的公式，可得：，计算结果满足要求。应力3.6排水设计隧道排水应根 据防排堵截结合，因地制宜，综合治理的 原则，采用切实 可靠地设计和施工措施，达到防水可靠排水畅通 经济合理的目的。在洞 口仰坡5m以外，设置天沟，并加以铺砌。对洞顶 地表的陷穴，深穴加以 回填，对裂缝进 行堵塞。对洞顶天然 沟槽加以整治，是山洪 宣泄畅通。在地表水 上游设截水导流沟。在仰 坡到洞顶处2m左右设计 排水沟。边坡设计排 水沟。第四章 初期支护设计验算4.1确定计算参数（工程类比法）衬砌类型围岩级别初期支护参数二次衬砌(cm)仰拱(cm)超前支护钢拱架 (cm/榀）锚杆(cm)锚杆间 距 （环纵） 钢筋网（cmcm）喷C25砼(cm)S-Vb75（I18）35010080202021454542超前小导管S-a75（I18）280100100202012353542超前小导管S-a无250125150局部25251035无42超前小导管表4.1 隧道支护参数表4.2 隧道的几何尺寸及围岩的计算参数围岩级别隧道尺寸（宽/高）（cm）埋深H（m）容重（kN/m3）粘结力C/Cr(MPa)内摩擦角/r()变形模量E(GPa)泊松比1176/92521.0123.60.1/0.0727/141.30.31156/90561.1223.60.2/0.0739/2750.351156/90595.3623.61.5/0.750/3980.251156/90559.8123.60.2/0.0739/2750.351176/92522.8223.60.1/0.0727/141.30.3另附：25#混凝土的极限抗压强度取12.5MPa；混凝土极限应变取；砂浆与围岩之间的抗剪强度=1.2MPa。砂质页岩容重23.6级围岩的松弛 范围W=220cm；级围岩的松弛范 围W=200cm;级围岩 的松弛范围 W=180cm;4.2第一段（里程：K67+317K67+355）4.2.1计算隧道周 边设计支护阻力Pi与径向位移（1）隧道围岩塑 性半径Rp与周边支 护阻力P i的关 系： (4.1)其中：塑性区半径 又知：B=1176cm=11.76m F=925cm=9.25m（隧道高度）则 又已知： 则公式（4.1）右边 又隧道当量半径 其中 W=0则 公式（4.1）转化为 计算得： （2） 隧道周边 的径向位移和隧道围岩塑 性区半径的关系：当假 定塑性区围岩体 积不变时，可近似的按 下式计算： （4.2）已知： 故 （3）隧道周 边设计与 支护 阻力与隧道周边 的径向位 移的关系：由式（4.1）和式（4.2），将（4.1）式代入（4.2）中得到式（4.3）由已知数据： 整理得：由该 式可知，隧道周 边径向位移的大 小与支护阻力的 关系：当增大时，周边径 向位移减小；当减小时，周边径向 位移增大，也就是 说荷载值与围岩的变 形成反比。4.2.2计算初期 支护能提供 的支护阻力和允许 隧道洞壁 产生的总 径向位移。（1） 计算喷射 混凝土提供的 支护阻力和喷 层允许洞壁 产生的径向 位移。支护阻力 按薄壁圆筒计算：当喷射混凝 土为多层时（分三层喷）： 1）喷射第一层混凝土时，则：2）喷射第二层混凝土时，则：3）喷射第三层混凝土时，则：（2）计算 砂浆锚杆（系统锚杆）所 提供的支护阻力和锚杆允 许洞壁产生的径向位移。假定 砂浆锚杆 对洞壁提供的 支护阻力受砂浆与围 岩之间的抗剪 强度所控制，并且在 其接触面 上的剪应力 分布是均匀的，则：假定锚杆设置后洞 壁弹性变形已全部完成，同时围岩的最大塑性 区取决于锚杆加固后承 载环厚度。锚杆约束后围 岩的塑性区半径按下式计 算确定： 式中： B=11.76m F=9.25m则 则： （3）钢支撑能 提供的支护阻力和钢支撑允许洞 壁产生的位移的计算 按受等距离 分布集中荷载的薄壁 圆筒原理来计算。1）计算支护阻力：查阅资料得知： =0.65cm 选定钢材为HRB335型钢 则 : s=0.75m=75cm tB=2cm则： 又查得：钢材弹性模量ES=2.0105 MPa 取垫块弹性模量EB=2.8104 MPa 钢支撑翼缘宽度W=4.38cm则钢支撑刚度： 2）钢支撑最大位移：由以上各式可得：4.2.3校核：（1）初期支护提供的 总支护阻力应大于或等 于隧道的设计 支护阻力Pi： 满足要求（2）初期支护允许洞 壁产生的径向位移应大于或等于围岩 达到设计塑性 区时洞壁产生的塑性位移： 满足要求4.3第二段（里程：K67+355K67+378）4.3.1计算隧道周边设计支护阻力Pi与径向位移ui（1）隧道围岩 塑性半径Rp与周边支护阻 力Pi的关系： (4.1)其中：塑性区半径 又知：B=1156cm=11.56m F=905cm=9.05m（隧道高度） 则 又已知： 则公式（4.1）右边 又隧道当量半径 其中 W=0则 公式（4.1）转化为 计算得： Pi=0.188MPa（2） 隧道 周边的径向 位移和隧道围岩塑 性区半 径的关系：当假定 塑性区 围岩体积不变 时，可近 似的按下式计 算： （4.2）已知： 故 （3）隧道周边 设计与支 护阻力与隧道 周边的径向 位移的关系：由式（4.1）和式（4.2），将（4.1）式代入（4.2）中得到式（4.3） 由已知数据： 整理得：由该 式可知，隧道周边 径向位移的大小 与支护阻力的关系：当增大时，周边径 向位移减小；当减 小时，周边径向位移增大，也就是说荷 载值与围岩 的变形成反比。4.3.2计算初 期支护能提供的 支护阻力和允许隧道 洞壁产生的总径向位移。（1）计算喷射混凝 土提供的支护阻力和喷层允许洞壁 产生的径向位移：支护阻力 按薄壁圆筒计算：当喷射混凝土 为多层时（分二层喷，喷12cm厚，每层厚6cm）： 根据已求解的 a=5.94m 代入上式中，得： （2）计算砂 浆锚杆（系统锚杆）所提供的支 护阻力和锚杆允许洞 壁产生的径向位移。假定 砂浆锚杆对洞壁提 供的支护阻力受砂浆与围岩之间的抗剪强 度所控制，并且在其接触 面上的剪 应力分布 是均匀的，则：假定锚杆设置后洞壁弹 性变形已全部完成，同时围岩的最大 塑性 区取决于锚杆加固后承 载环厚度,则ug、ue可按下式计算 其中：a=5.94m =0.35 P0=1.44MPa =39 E=5000MPa C=0.2MPa锚杆约 束后围岩 的塑性区半径按下式计算 确定： 式中：l=2.8m lg=2.8m B=11.56m F=9.05m 则： 则： （3）钢支撑能提供 的支护阻力和钢支撑允许洞壁 产生的位移的计算按 受等距离分布集 中荷载的薄 壁圆筒原理来计算。1）计算支护阻力：查阅资料得知： =0.65cm 选定钢材为HRB335型钢 则 : s=0.75m=75cm tB=2cm则： 又查得：钢材弹 性模量ES=2.0105 MPa 取垫块 弹性模量EB=2.8104 MPa 钢支撑翼 缘宽度W=4.38cm则钢 支撑刚度： 2） 钢支撑最大位移：由以上各式可得：4.3.3校核：（1）初期支护提 供的总支护阻力应大于或等于隧道的 设计支护阻力Pi: 满足要求（2）初期支护允 许洞壁产生的径向位移应大于或等于 围岩达到设计塑性区时洞壁产生的塑性位移: 满足要求4.4第三段（里程：K67+378K67+730）4.4.1计算隧道周 边设计支护阻力Pi与径 向位移ui（1）隧道围岩塑 性半径Rp与周边支护阻 力Pi的关系： (4.1)其中：塑性区半径 又知：B=11.56m F=9.05m（隧道高度）则 又已知： 则公式（4.1）右边 又隧道当量半径 其中 W=0则 公式（4.1）转化为 计算得： Pi=0MPa（2）隧道周边的 径向位移和隧道围岩塑 性区半径的关系：当假定塑性区围 岩体积不变时，可近似的按 下式计算： （4.2）已知： 故 （3）隧道周边设计 与支护阻力与隧道周边的 径向位移的关系：由式（4.1）和式（4.2），将（4.1）式代入（4.2）中得到式（4.3） 由已知数据： 整理得：由该式可知，隧道周 边径向位移的大小与支护 阻力的关系：当增大时，周边 径向位移减小；当减小时，周边径向 位移增大，也就是说荷载值与围岩的变形成反比。4.4.2计算初期支护能 提供的支护阻力和允许隧道洞壁产生的总径 向位移。（1）计算喷 射混凝土提供的支护阻力和喷层允 许洞壁产生的径向 位移：支护阻力按薄壁 圆筒计算：当喷射混凝土为单层时 根据已求解的 a=5.94m 单层混凝土喷射厚度为10cm代入上式中，得：（2）计算砂浆 锚杆（系统锚杆）所提供的 支护阻力和锚杆允许洞 壁产生的径向位移。假定砂浆 锚杆对洞壁提供的支护 阻力受砂浆与围岩之间的抗 剪强度所控制，并且在其接触面 上的剪应力分布是 均匀的，则：假定锚杆设置 后洞壁弹性变形已全部完成，同时围岩 的最大塑性区取决于锚杆加固 后承载环厚度,则ug、ue可按下 式计算 其中： a=5.940m =0.25 P0=2.25MPa =50 E=8000MPa C=1.5MPa锚杆约束后围岩的 塑性区半径Rg按下式 计算确定： 式中：l=2.5m lg=2.5m B=11.56m F=9.05m则： 则： 由以上各式可得：4.4.3校核： （1）初期支护提 供的总 支护阻力应大于或等于隧道的设 计支护 阻力Pi: 满足要求。（2）初期支 护允许洞壁 产生的径向 位移应大于或等于围 岩达到设计塑 性区是洞壁产生的塑性位移: 满足要求。4.5第四段（里程：K67+730K67+770）4.5.1计算隧道周边 设计支护阻力Pi与径向位移ui（1）隧道围岩塑 性半径Rp与周边支 护阻力Pi的关系： (4.1)其中：塑性区半径 又知：B=1156cm=11.56m F=905cm=9.05m（隧道高度） 则 又已知： 则公式（4.1）右边 又隧道当量半径 其中 W=0则 公式（4.1）转化为 计算得： Pi=0.180MPa（2）隧道周边 的径向位移和隧道围岩塑 性区半径的关系：当假定塑性区围岩 体积不变时，可近似的按下 式计算： （4.2）已知： 故 （3）隧道周 边设计与支护阻力与隧道周 边的径向位移的关系：由式（4.1）和式（4.2），将（4.1）式代入（4.2）中得到式（4.3） 由已知数据： 整理得：由该 式可知，隧道周边径向位移 的大小与支护阻力的关系：当增大时，周 边径向 位移减小；当减小时，周边径向位移增大，也就是说荷载值与围岩的变形成反比。4.5.2计算初期支护能提供 的支护阻力和允许隧道洞壁产生的总 径向位移。（1）计算喷射混凝土提供 的支护阻力和喷层允许洞 壁产生的径 向位移：支护阻 力按薄壁圆筒计算：当喷射混凝土 为多层时（分二层喷，喷12cm厚，每层厚6cm）： 根据已求解的 a=5.94m 代入上式中，得： （2）计算砂浆锚杆（系统锚杆）所提供的支护阻力和锚杆允许洞壁产生的径向位移。假定砂浆 锚杆对洞壁提供的支护阻力受砂浆 与围岩之间的抗剪强度 所控制，并且 在其接触 面上的剪 应力分布是均匀的，则：假定锚杆设 置后洞壁弹性变形已 全部完成，同时围岩 的最大塑性区 取决于锚杆加固后承 载环厚度,则ug、ue可按下 式计算 其中：a=5.94m =0.35 P0=1.44MPa =39 E=5000MPa C=0.2MPa锚杆约 束后围岩 的塑性区半径按下式计 算确定： 式中：l=2.8m lg=2.8m B=11.56m F=9.05m 则： 则： （3）钢支撑能提 供的支护阻力和钢支撑允 许洞壁产生的位 移的计算按 受等距离分布集中 荷载的薄壁圆筒原 理来计算。1）计算支护阻力：查阅资料得知： =0.65cm 选定钢材为HRB335型钢 则 : s=0.75m=75cm tB=2cm则： 又查得：钢材弹性模量ES=2.0105 MPa 取垫块弹性模量EB=2.8104 MPa 钢支撑翼缘宽度W=4.38cm则钢支撑刚度： 2） 钢支撑最大位移：由以上各式可得：4.5.3校核：（1）初期支护提供 的总支护阻力应大于或 等于隧道的设计支 护阻力Pi: 满足 要求（2）初期支护允许洞 壁产生的径向位 移应大于或等 于围岩达到设计塑 性区时洞壁产生的塑性位移: 满足要求4.6第五段（里程：K67+770K67+808）4.6.1计算隧道周边设 计支护阻力Pi与径向位移ui（1）隧道围岩塑 性半径Rp与周边支 护阻力Pi的关系： (4.1)其中：塑性区半径 又知：B=1176cm=11.76m F=925cm=9.25m（隧道高度）则 又已知： 则公式（4.1）右边 又隧道当量半径 其中 W=0则 公式（1）转化为 计算得： （2）隧道周边的径 向位移和隧道围岩塑 性区半径的关系：当假 定塑性区围岩 体积不变时，可近似的 按下式计算： （4.2）已知： 故 （3）隧道周边 设计与支护阻力与隧道周边的径 向位移的关系：由式（4.1）和式（4.2），将（4.1）式代入（4.2）中得到式（4.3）由已知数据： 整理得：由该式 可知，隧道周边径向位 移的大小与支护阻 力的关系：当增大时，周边径 向位移减小；当减小时，周边 径向位移增大，也就是说 荷载值与围岩的 变形成反比。4.6.2.计算初期 支护能提供的支护阻力和允许隧 道洞壁产生的总径向位移。（1）计算喷射混 凝土提供的支护阻力和喷层允许洞 壁产生的径向位移。支护阻力按薄 壁圆筒计算：当喷射混凝 土为多层时（分三层喷）： 1）喷射第一层混凝土时，则：2）喷射第二层混凝土时，则：3）喷射第三层混凝土时，则：（2）计算砂浆锚 杆（系统锚杆）所提供的 支护阻力和锚杆允许洞壁 产生的径向位移。假定砂浆锚 杆对洞壁提供的支护阻力受砂 浆与围岩之间的抗剪强度所控 制，并且在其接触面上的剪应力 分布是均匀的，则：假定锚杆设 置后洞壁弹性变形已全 部完成，同时围 岩的最大塑性区取决于锚杆加固后承载 环厚度。锚杆约束后 围岩的塑性区半径按下式计算确定： 式中： B=11.76m F=9.25m则 则： （3）钢支撑能 提供的支护阻力和钢支撑允许洞 壁产生的位移的计算按受等距离分布集 中荷载的薄壁圆 筒原理来计算。1）计算支护阻力：查阅资料得知： =0.65cm 选定钢材为HRB335型钢 则 : s=0.75m=75cm tB=2cm则： 又查得：钢材弹性模量ES=2.0105 MPa 取垫块弹性模量EB=2.8104 MPa 钢支撑翼缘宽度W=4.38cm则钢支撑刚度： 2）钢支撑最大位移：由以上各式可得：4.6.3校核：（1）初期支 护提供的总支护阻力应大于或等 于隧道的设计支护阻力Pi： 满足要求（2）初期支 护允许洞壁产 生的径 向位移应大于或等于围岩 达到设计塑性区时洞壁产生的塑性位移： 满足要求第五章 隧道洞身结构内力分析及检算5.1荷载的一般规定隧道结构上的荷载按表5.1分级：1）、 隧道荷载应根据 隧道所处的地形、地质