隧道初期支护验算

1、地道早期支护验算地道早期支护验算7/7地道早期支护验算精选文档第三章早期支护构造验算3.1确立计算参数1）依据公路地道设计规范JTGD702004确立的支护参数见表3.1表3.1早期支护构造设计参数表锚杆钢筋网二次衬砌围岩喷层厚度（cm）直径长度间距直径间距厚度级别（mm）（m）（mm）（mm）（mm）（cm）V254240.52.76202045（2）地道的几何尺寸及围岩的计算参数见表3.2表3.2地道设计参数表地道围岩当量半埋深H容重粘结C/Cr内摩擦角变形模E泊松初始应p0级别径（m）（kN/m3）（MPa）（/r）（MPa）比（MPa）cm）V70695180.5/0.230/19.1

2、110000.351.71此中p0gH，为围岩的容重，H为地道埋深；表中地道当量半径a为将地道形状视为圆形时圆的半径，对马蹄形地道，其计算当量半径a可用下式求得(B)2F2a22F式中：F地道开挖高度，cm；B地道开挖宽度，cm。代入数值得：(B)2F2(1280)21005.62a2=a2=943cm2F21005.6（3）早期支护资料的力学性能C20发射混凝土极限抗压强度Rcs取10MPa（发射混凝土抗压强度龄期为3天）；.精选文档C20发射混凝土极限应变s0.3%；沙浆与围岩之间的抗剪强度g0.4MPa；V级围岩单轴极限抗压强度R=20MPa。3.2计算地道周边设计支护阻力pi与径向位移

3、ui经过查阅有关资料可知，关于V级围岩，其径向废弛主要在距洞壁2.5m深的范围内，马蹄形地道围岩发生废弛时，其等代圆的计算当量半径Rp（塑性区的塑性半径）可用下式计算：(B2W)2(FW)2Rp22(FW)式中：W为地道围岩废弛范围对V级围岩，W=250cm；代入数值计算可得：(B2W)2(FW)2Rp22(FW)(12802250)2(1005.6250)2=2943cm2(1005.6250)当假设地道为圆形，围岩视为各向同性、均匀、连续、初始地应力只考虑围岩的自重应力，侧压力系数1。依据弹塑性理论和莫尔-库伦强度准则，可导出：（1）地道围岩塑性区半径Rp和周边支护阻力pi的关系：Rpp0

4、(1sinCcosCrcotr)1sin(2sinapiCrcot)rrr式中：Rp塑性区半径；地道当量半径；p0地道围岩的自重应力；pi地道的设计支护阻力，即地道围岩开挖后达到弹塑性应力均衡时，必.精选文档须在洞壁上施加的径向支护力；C、Cr、r地道围岩在弹性状态和塑性状态的粘聚力和内摩擦角。2）地道周边的径向位移ui和地道围岩塑性区半径Rp的关系式：当假设塑性区围岩体积不变时，ui可近似的按下式计算：a(1)Rp2(p0sinCcos)ui()Ea式中：ui地道设计位移，即地道围岩开挖后达到弹塑性应力均衡时，产生的塑性径向位移；E、地道围岩的弹性模量和泊松比。分别代入有关数值，求得：Rpp

5、0(1sinCcosCrcotr)1sinr2sinr可得a(piCrcot)rpip0(1sin)CcosCrcotrCrcotr1sinrRp2sinrapi1.71(1sin30)0.5cos300.2cot19.111sin19.119432sin19.11706=0.754-0.577=0.177MPaa(1)Rp)2(p0sinCcos)ui(Ea=706(10.35)1.3352(1.71sin300.5cos30)1000=2.188cm将所求结果列入表3.3。表3.3地道衬砌计算参数表a(cm)Rp(cm)Rp/api(MPa)ui(cm)7069431.3350.1772.

6、188查公路地道设计规范第条可知，V级围岩埋深在50300m时同意洞四周.精选文档相对收敛值为0.61.6%，即地道周边的径向位移ui(0.6%1.6%)B(0.6%1.6%)12805.1220.48cm，因而可知，表3中数值ui=2.188cm切合规范要求。3.3计算早期支护能供给的总支护阻力pw和同意地道洞壁产生的总径向位移uw1）发射混凝土层的支护阻力ps和同意洞壁产生的径向位移us的计算施工中，喷层单层厚度按56cm施工，总厚度为25cm，需喷5层，利用以下公式得计算结果（见表3.4）nn2atit2psi2Rcs2aii1usnns(aiti)1表3.4发射混凝土层供给的支护力和洞

7、壁同意的径向位移表分层项目psi(MPa)usi(cm)pns(MPa)usn(cm)式中：a1701cma2696cma3691cma4686cma5681cmt15cmt25cmt35cmt45cmt55cm0.0710.0720.0720.0730.0732.0882.0732.0582.0432.0280.36110.29ai、ti第i喷层的半径和厚度；Rcs发射混凝土的极限抗压强度，一般可取10MPa，即发射后第三天的强度；s发射混凝土的极限应变，一般可取0.3%。2）沙浆锚杆所供给的支护阻力pg和锚杆同意洞壁产生的径向位移ug的计算假设沙浆锚杆对洞壁供给的支护阻力受沙浆与围岩之间的

8、抗剪强度所控制，而且在.精选文档其接触面上的剪应力散布是均匀的，则：gdglgpgei式中：pg沙浆锚杆所供给的支护阻力；沙浆与围岩间的抗剪强度，关于脆弱围岩，一般按围岩单轴抗压强度的1020%取值；dg锚杆孔的直径；lg发射混凝土的极限应变，一般可取0.3%；e、i锚杆纵横向间距。假设锚杆设置后洞壁的弹性变形已所有达成。同时，围岩的最大塑性区（锚杆拘束围岩变形后形成的）取决于锚杆加固后承载环厚度，则uguaguae式中：uaga(1E)Rg)2(p0sinCcos)E(auaea(1E)(p0sinCcos)ERg锚杆拘束后围岩的塑性区半径。代入数值得：pggdglgei0.44.23000

9、.117=27050uaga(1E)Rg)2(p0sinCcos)E(a=706(10.35)1.5112(1.71sin300.5cos30)1000=2.803uaea(1E)(p0sinCcos)E706(10.35)(1.71sin300.5cos30)=1000.精选文档=1.228计算结果列入表3.5。表3.5锚杆供给的支护阻力和锚杆同意洞壁产生的径向位移表aLgRgpgagaeg(cm)Rg/a(cm)(cm)(MPa)(cm)(cm)(cm)70630010671.5110.1772.8031.2281.575注：表中L表示锚杆的实质长度；表中i表示锚杆纵横向均匀间距；表中Lg

10、表示锚杆计算长度，参照表3.6确立；表3.6锚杆计算长度表L/i321.33Lg/L5/62/35.5/10锚杆玉树后围岩的塑性区半径Rg按下式确立：(B2L)2(FLg)2Rg22(FLg)代入有关数据得：(B2L)2(FLg)22RgLg)2(F(12802400)2(1005.6300)222(1005.6300)=1067cm（3）早期支护能供给的总支护阻力pw和早期支护同意地道洞壁产生的径向位移uw的计算经过以上计算可得：pwpsnpg.精选文档uwusnug式中：pw早期支护能供给的总支护阻力；uw柔性的早期支护同意地道洞壁产生的径向位移。代入数据得：pwpsnpg=0.361+0.117=0.478MPauwusnug=10.29+1.575=11.865cm3