【隧道围岩分级及围岩压力计算过程案例2100字】

隧道围岩分级及围岩压力计算过程案例综述1.1围岩分级通过综合定性和定量分析，划分隧道III级围岩约占22%,IV级围岩约占31%,V级围岩约占47%。具体围岩划分指标及围岩特征可见下表1.1。表1.1围岩划分指标及围岩特征表围岩级别分布地段长度/m围岩特征IIIK4+900~K4+97070中风化花岗片麻岩：麻灰色，花岗变晶结构，片麻状构造，局部裂隙较发育，结合好，岩芯较完整-完整，局部较破碎，采芯率85%。IVK4+830~K4+900、K4+970~K5+000100中风化花岗片麻岩：麻灰色，花岗变晶结构，片麻状构造，裂隙较发育，结合一般，岩芯较破碎，局部较完整，采芯率80%。VK4+760~K4+830、K5+000~K5+080150强风化花岗片麻岩：黄灰色，花岗变晶结构，片麻状构造，裂隙发育，岩芯破碎，采芯率80%、全风化花岗片麻岩：灰黄色，极易崩解呈土砂状，松散结构。1.2隧道各路段埋深确定隧道断面参数可按下式计算：；；计算得到隧道各级围岩参数如下表1.2和表1.3：表1.2各级围岩隧道参数及计算高度表围岩等级内轮廓线高度/m衬砌厚度/m预留变形量/m隧道高度H/mIII7.050.550.067.66IV8.671.360.0810.11V8.671.50.1210.29表1.3各级围岩隧道参数及计算宽度表围岩等级内轮廓线宽度/m衬砌厚度/m预留变形量/m隧道宽度B/mIII10.90.950.0611.91IV10.91.130.0812.11V10.91.250.1212.27各级围岩物理力学参数见下表1.4。表1.4各级围岩的力学性能指标力学指标围岩等级IIIIVV重度(kN/m3)23～2520～2317～20弹性抗力系数K(MPa/m)500～1200200～500100～200变形模量E(GPa)6~20.01.3~6.01~2泊松比μ0.25~0.30.3~0.350.35~0.45计算内摩擦角φ(°)60~7050~6040~50容许承载力σ。(kPa)2600～30001500～20001500～3500饱和抗压强度Rb(MPa)35.0~60.012.0~20.050.0~80.0圬工/围岩摩擦系数f0.550.450.60根据隧道纵断面图，可以得到隧道各路段的最大及最小埋设深度，隧道的埋设深度取二者的平均值来计算：表1.5隧道各路段埋深表桩号围岩等级最小埋深/m最大埋深/mK4+760~K4+830V-12.06529.755K4+830~K4+900IV29.86558.995K4+900~K4+970III50.91578.84K4+970~K5+000IV23.73549.145K5+000~K5+080V-8.25923.625隧道埋深可以按照深埋、浅埋的经验公式区分：（1.1）式中：——深浅埋隧道分界深度；——荷载等效高度。在矿山法施工的条件下，IV~V级围岩取:（1.2）I~III级围岩取:（1.3）等效高度计算隧道在实际开挖中，一般会出现超挖，因此在计算围岩压力时，在实际隧道跨和隧道高度的基础上加上超挖量，以下计算均取超挖量为0.1m。因为隧道宽度B＞5m，则围岩增减量取0.1。一般隧道塌落拱等效高度计算荷载等效高度按下式计算：（1.4）——围岩容重，；——深埋隧道竖向均布压力，。深埋隧道竖向均布压力按下式计算：（1.5）——围岩级别；——宽度影响系数；——隧道宽度/m;——以B=5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率，B<5m，取0.2;B>5m，取0.1。则等效高度也可以通过下式进行计算：（1.6） 表1.6隧道单洞等效高度及深浅埋分界深度计算表围岩等级围岩容重/kN/m开挖宽度/m宽度影响系数荷载等效高度/m深浅埋分界深度/mIII2411.911.6913.04386.0876IV2212.111.7116.159615.399V1812.271.72712.434431.086(2)连拱隧道塌落拱等效高度计算最不利情况：不考虑中隔墙作用，垂直均布压力等效高度为（1.7）最有利情况：取半结构计算垂直均布压力等效高度为（1.8）式中：——连拱总跨度的围岩增减率；——连拱总跨度一半的围岩增减率；计算结果如下：表1.7连拱隧道两种常见情况等效高度计算表围岩等级隧道总跨度/m最不利情况宽度影响系数最有利情况宽度影响系数/m/mIII25.223.0221.7615.43963.1698IV25.523.0521.77610.98726.3936V25.743.0741.78722.132812.8664表1.8连拱隧道两种常见情况分界深度表围岩等级IIIIVV最不利情况分界深度/m10.879227.46855.332最有利情况分界深度/m6.339615.98432.166通过以上计算可以得出结论：III级围岩，桩号K4+900~K4+970为深埋隧道；IV级围岩，桩号K4+830~K4+900、K4+970~K5+000为深埋隧道；V级围岩，K4+760~K4+830、K5+000~K5+080为浅埋隧道，其中桩号K4+760~K4+781、K5+027~K5+080属于的浅埋隧道，其他的为的浅埋隧道。1.3围岩压力计算隧道基本参数：III级围岩，=3.86m，计算摩擦角60°；IV级围岩，=1.01m，计算摩擦角55°；V级围岩，=1.12m，计算摩擦角45°。1.3.1深埋连拱隧道围岩压力连拱隧道顶部垂直压力：（1.9）连拱隧道中隔墙顶部垂直压力：（1.10）三角形块体自重荷载（1.11）式中：——围岩容重，kN/m；——中墙顶至地面的距离，m；——隧道顶至地面的距离，m；——附荷修正系数，取0.6；作用在衬砌上隧道侧向的围岩压力：（1.12）（1.13）式中：——拱顶侧向围岩压力，kN/m;——拱底侧向围岩压力，kN/m;——隧道开挖高度，m；——围岩计算摩擦角；作用在衬砌上中墙两侧向的围岩压力：（1.14）（1.15）式中：——中墙顶侧向围岩压力，kN/m; ——中墙底侧向围岩压力，kN/m;深埋隧道围岩压力计算结果见下表：表1.9连拱隧道深埋隧道围岩压力计算表围岩压力围岩级别IIIIV76.0752140.659232.685160.635592.6488.225.46213.983418.661136.09497.808620.011411.459928.78161.3.2浅埋连拱隧道围岩压力以路段最大埋深进行计算埋深H≤的浅埋连拱隧道顶部垂直压力：（1.16）三角形块体自重荷载（1.17）作用在衬砌上隧道侧向的围岩压力：（1.18）（1.19）式中：——拱顶侧向围岩压力，kN/m;——拱底侧向围岩压力，kN/m;——隧道开挖高度，m；——围岩计算摩擦角；作用在衬砌上中墙两侧向的围岩压力：（1.20）（1.21）式中：——中墙顶侧向围岩压力，kN/m; ——中墙底侧向围岩压力，kN/m;取最大埋深H=8.395m，计算结果见下表：表1.10连拱隧道超浅埋隧道围岩压力计算表围岩级别围岩压力V151.1171.1625.926457.705125.926438.6502（2）埋深<H<的隧道围岩压力（单洞确定）（1.22）（1.23）（1.24）式中：——侧压力系数；——滑面摩擦角，按表1.11取值；——围岩计算摩擦角；表1.11各级围岩的θ值围岩级别I~IIIIVV0.9（0.7~0.9）（0.5~0.7）中墙顶三角形块体自重荷载：（1.25）作用在衬砌上隧道侧向的围岩压力：（1.2