隧道毕业设计初期支护验算

1用收敛——约束法验算初期支护1.1确定计算参数（1）根据《公路隧道设计规范JTGD702004》确定的支护参数见表1表1围岩级别喷层厚度（cm）锚杆钢筋网二次衬砌厚度（cm）直径（mm）长度（m）间距（mxm）直径（mm）间距（mxm）V254240.5x2.7620x2045（2）隧道的几何尺寸及围岩的计算参数见表2表2围ULJ岩级别隧道当量半径a（cm）埋深H（m）容重Y（kN/m3）粘结C/Cr（MPa）内摩擦角（。/。r）变形模E（MPa）泊松比四初始应p0（MPa）V706142150.5/0.230/19.1110000.352.13①其中p0=Y•H，7为围岩的容重，H为隧道埋深;②表中隧道当量半径a为将隧道形状视为圆形时圆的半径，对马蹄形隧道，其计算当量半径a可用下公式求得2+F22F式中：F 隧道开挖高度，cm；B——隧道开挖宽度，cm。代入数值得：B 1280（-）2+F2 （——）2+1005.62a=- =a=——2 =706cm2F 2x1005.6（3）初期支护材料的力学性能=0.3%；C20喷射混凝土极限抗压强度R取10MPa（喷射混凝土抗压强度龄期为=0.3%；C20喷射混凝土极限应变8砂浆与围岩之间的抗剪强度T=0.4MPa；V级围岩单轴极限抗压强度R=20MPa。1.2计算隧道周边设计支护阻力P,.与径向位移Ri通过查阅相关资料可知，对于V级围岩，其径向松弛主要在距洞壁2.5m深的范围内，马蹄形隧道围岩发生松弛时，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：B+2W、( )2+(F+W)2R=——2 p 2(F+W)式中：W——为隧道围岩松弛范围对V级围岩，W=250cm；代入数值计算可得：B+2W、( )2+(F+W)2R=——2 p 2(F+W),1280+2x250、( )2+(1005.6+250)2— 2 =943cm2x(1005.6+250)当假定隧道为圆形，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，侧压力系数九=1。根据弹塑性理论和莫尔-库伦强度准则，可导出：(1)隧道围岩塑性区半径Rp和周边支护阻力pi的关系：Rp(1-sin巾一Ccos巾+Ccot巾)卜叫—p-=(―0 r 1)2sin@ra p+Ccot巾 ’式中：Rp——塑性区半径；a——隧道当量半径；p0——隧道围岩的自重应力；pt——隧道的设计支护阻力，即隧道围岩开挖后达到弹塑性应力平衡时，必须在洞壁上施加的径向支护力；C、aCr、2——隧道围岩在弹性状态和塑性状态的粘聚力和内摩擦角。

(2)隧道周边的径向位移日和隧道围岩塑性区半径尺的关系式:i P当假定塑性区围岩体积不变时，片可近似的按下式计算：a(1+^)R、日= (—p)2(psin9+Ccos9)iEa0式中：/一一隧道设计位移，即隧道围岩开挖后达到弹塑性应力平衡时，产生的塑性径向位移;E、n——隧道围岩的弹性模量和泊松比。分别代入相关数值，求得:p(1-sin9-Ccos9+Ccot9)、1-sin9rp+Ccot9irrp(1-sin9)-Ccosp+Ccot9irrp(1-sin9)-Ccos9+Ccot9p= -Ccot92.13(1-sin30°)-0.5xcos30°+0.2xcot19.11°_02*c0tl9口°1-1-sin1911°2sin19.11943706=0.767-0.577=0.19MPaa(1+四)/RN= (~^p)2(psin9+Ccos9)706x(1+706x(1+0.35)1000x1.3352x(1.71xsin30°+0.5xcos30°)=2.188cm将所求结果列入表3。表3a(cm)R(cm)R/api(MPa)N.(cm)7069431.3350.192.188查《公路隧道设计规范》第9.2.8条可知，V级围岩埋深在50〜300m时允许洞周围相对收敛值为0.6〜1.6%，即隧道周边的径向位移R.<(0.6%〜1.6%)*B=(0.6%〜1.6%)*1280:5.12〜20.48cm,由此可见，表3中数值r=2.188cm符合规范要求。i1.3计算初期支护能提供的总支护阻力p^和允许隧道洞壁产生的总径向位移匕(1)喷射混凝土层的支护阻力p^和允许洞壁产生的径向位移R，的计算施工中，喷层单层厚度按5〜6cm施工，总厚度为25cm，需喷5层，利用以下公式得计算结果(见表4)E2at-12n, —ii R2 2a2csi=1 iRn=£e(a-1)i=1式中：ai、ti——第i喷层的半径和厚度；Rc——喷射混凝土的极限抗压强度，一般可取10MPa，即喷射后第三天的强度；e2——喷射混凝土的极限应变，一般可取0.3%。表5\分层a=701cma=696cma=691cma=686cma=681cm项目t=5cmt=5cmt=5cmt=5cmt=5cmp(MPa)0.0710.0720.0720.0730.073r.(cm)2.0882.0732.0582.0432.028pn(MPa)0.361Rn(cm)10.29(2)砂浆锚杆所提供的支护阻力Pg和锚杆允许洞壁产生的径向位移r§的计算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:

p=-ggg（锚杆长度）gei式中：ps——砂浆锚杆所提供的支护阻力；\——砂浆与围岩间的抗剪强度，对于软弱围岩，一般按围岩单轴抗压强度的10〜20%取值；dg——锚杆孔的直径；1g——喷射混凝土的极限应变，一般可取0.3%；e、i——锚杆纵横向间距。假定锚杆设置后洞壁的弹性变形已全部完成。同时，围岩的最大塑性区（锚杆约束围岩变形后形成的）取决于锚杆加固后承载环厚度，则式中：日=@Q+E）（）2（psin。+Ccos。）ag E a 0日_a（1+E）（psin。+ccos。）ae E 0Rg——锚杆约束后围岩的塑性区半径。代入数值得：KTdl g—g-gei冗x0.4x4.2x300_011750x270 .NagNaea("E)(&)2(psin。+CcosNagNaeEa0706口35)x1.5112x(1.71xsin30o+0.5xcos300)1000=2.803a(1+E)(psin。+ccos。)E0706x(1+0.35) x(1.71xsin300+0.5xcos300)1000=1.228

计算结果列入表5表5a(cm)Lg(cm)Rg(cm)R/aPg(MPa)Rag(cm)Rae(cm)Rg(cm)70630010671.5110.1772.8031.2281.575注：①表中L表示锚杆的实际长度;②表中i表示锚杆纵横向平均间距;③表中%表示锚杆计算长度，参照表6确定;L/i321.33L/L5/62/35.5/10④锚杆玉树后围岩的塑性区半径R按下式确定:gB+2L、(--一)2+(F+L)22 g2(F+L)代入相关数据得:B+2L(一--)2+(F+L)22 g2(F+L)1280+1280+2x400)2+(1005.6+300)22(1005.6+300)二1067cm（3）初期支护能提供的总支护阻力p^和初期支护允许隧道洞壁产生的径向位移匕的计算通过以上计算可得:P=pn+p

式中：p式中：p初期支护能提供的总支护阻力;wNw——柔性的初期支护允许隧道洞壁产生的径向位移。代入数据得：p=pn+p=0.361+0.117=0.478MPaN=中+n=