【南岔沟隧道工程的隧道洞身初期支护设计计算3400字】

南岔沟隧道工程的隧道洞身初期支护设计计算目录TOC\o"1-3"\h\u3652南岔沟隧道工程的隧道洞身初期支护设计计算 1180381.1课题来源 172321.2Ⅳ、Ⅴ级围岩的初期支护设计 1308371.2.1隧道的宽度与高度确定 12641.2.2判断隧道深、浅埋 1117551.2.3隧道围岩压力计算 3145601.3锚喷支护的计算与设计 6293931.3.1计算，，及 6177931.3.2V级围岩段锚喷支护设计 12228101.3.3IV级围岩段锚喷支护设计 1650541.3.4构造要求 191.1课题来源任务书1.2Ⅳ、Ⅴ级围岩的初期支护设计1.2.1隧道的宽度与高度确定Bt=2+2d+2e=2×5.5＋2×0.7＋2×0.1=12.60mHt=H1+r+d+e=1.650+5.5+0.7＋0.1=7.95m式中：-拱部单心圆弧半径；d—衬砌预测厚度为0.7m；e—预留变形量取为0.1m；路面至起拱线的高度（无仰拱时）、衬砌内轮廓净高（有仰拱时）。1.2.2判断隧道深、浅埋（1）深埋和浅埋之间的V级围岩的分类是基于等效荷载的高度，并结合地质条件和施工计划等因素。等效载荷高度的计算公式如下：（1.1）式中：隧道深浅埋的界高；等效荷载高度，；垂直均布压力（kN/m3）；围岩重度kN/m3。在矿山法施工的条件下，Ⅳ-Ⅵ级围岩取；Ⅰ-Ⅲ级围岩取；所以取。（1.2）式中：围岩的等级，；围岩的重度，20kN/m3；宽度影响系数，；隧道宽度，B=12.60m。以B=5m为基准，B每加大1m时的围岩压力的变化率，当B小于5m时，取i=0.2，当B大于5m时，取i=0.1。将数据带入式1.2，得：q=0.45×2s-1×γω=0.45×25-1×20［1+0.1×（12.60-5）］=0.254MPahq===12.7m该隧道V级围岩埋深位于1.2m～18.5m之间,固为浅埋IV级围岩深埋和浅埋的划分，是依据荷载等效高度值，并综合地质条件、施工方案等要素来划分。q=0.45×2s-1×γω=0.45×24-1×20［1+0.1×（12.60-5）］=0.127MPahq===5.77mHq=2.5hq=11.425该隧道IV级围岩埋深位于18.5～28.5m之间,固为深埋。1.2.3隧道围岩压力计算（1）V级围岩围岩压力计算依照规范中的规定，浅埋荷载按两种情况计算：埋深H≤等效荷载高度时，荷载看作均布荷载，即：（1.3）式中：均布荷载（kN/m2）；隧道上覆围岩容重（kN/m3）；隧道埋深。侧向压力按均布荷载考虑时,（1.4）式中：侧向均布压力（kN/m2）；围岩计算摩擦角；隧道高度（m）。隧道埋深在到之间，隧道上覆岩体的重力为W，两侧三棱柱的重力为W1，原状岩体的整个湿滑地面的阻力为F。下沉时，两侧的阻力T或T，´作用于隧道断面顶部的总垂直压力为：（1.5）图1.1浅埋隧道围岩压力计算三棱体自重为：（1.6）式中：隧道底部到地面的长度；破裂面与水平面的夹角。据正弦定理可得：（1.7）联立公式可得：式中：侧压力系数在极限状态下找到最大阻力值。一旦获得该值，则将其替换以获得作用在隧道部分顶部的总垂直力：（1.8）由于隧道部分的摩擦力通常小于此值，并且衬砌与土之间的摩擦角也不同，因此计算时计作。当中间土块滑移时，认为较高的压力不会影响设计的结构。因此，摩擦阻力不计算隧道的部分，而仅计算隧道顶部的部分，即在计算中使用H代替h，因此可以表示为。由于，所以:（1.9）式中：隧道宽度（m）。代替为作用在支护结构上的均布荷载为：（1.10）作用在支护结构两侧的水平侧压力为：，（1.11）侧压力视为均布压力时：（1.12）埋深H小于或等于等效荷载高度时，荷载视为垂直均布荷载查得计算参数：kN/m3H=12.7m垂直均布压力侧向压力MPa围岩计算摩擦角，取50°埋深到之间，则选取第二种情况验算，查表得所需数据：，，，m，，m。将数据代入上述公式，得：（2）IV级围岩围岩压力计算当围岩为深埋时，围岩压力以松动压力和形变压力为主查得计算参数：kN/m3，m，S=4垂直均布压力式中q为垂直均布压力荷载，γ为围岩重度，h为坍落拱高度，按式取。e=0.3q=0.042MPa1.3锚喷支护的计算与设计1.3.1计算，，及在检查计算时，该隧道可以看作是圆形空腔。选择锚杆时，假定两端都有集中力，并且集中力位于锚固区内锚杆内外两端的两个同心圆上，因此它位于洞壁上的支护额外抗力，在锚杆内边缘上的力分布为，其中是锚杆内侧的半径图1.2隧道锚杆简化分布计算图平衡方程及塑性方程为：（1.13）（1.14）式中：、分别为加锚后的、值，一般可取=、由和锚杆抗剪力折算而得：（1.15）由平衡方程及塑性方程两式得：（1.16）由（1.17）将1.16代入4-17得：（1.18）设锚杆内末端的垂直应力为，且处于塑性区，则弹塑性区内，则弹塑性界面上有：（1.19）式中：为有锚杆时的塑性区的半径。由此得：（1.20）此外，考虑锚杆内端分布力，则有：（1.21）由1.20、1.21两式得有锚杆时的塑性区半径为：（1.22）当锚杆的内端在塑性区域而不是在松动区域时，存在锚杆时的最大松动半径为：（1.23）当锚杆内端位于松动区时则有：（1.24）有锚杆时洞壁位移：（1.25）（1.26）对于点锚式锚杆，根据锚杆与围岩的联合变形理论，可以得到锚杆的轴向力和内外位移。：（1.27）（1.28）（1.29）式中：；；；由于锚杆是集中载荷，因此围岩的位移实际上是不规则的。在添加锚杆的洞壁处位移最小。如果锚杆装有支撑板，则锚杆端会产生局部压力变形，因此在计算锚杆的拉力时，必须乘以小于1的安全系数，即：（1.30）该系数与岩质和锚杆间距有关，岩质差时取。图1.3加锚区与非加锚区洞壁围岩位移比较由Q即能算出，即：（1.31）式中：e、为锚杆的横向间距；i为锚杆的纵向间距。当锚杆有预拉力作用时，则：（1.32）显然，以上公式要求锚杆的拉力小于锚杆的锚力。计算时，需要Excel试算求出、及，并按所给公式求出洞壁位移：（1.33）及锚杆拉力：（1.34）通过从砂浆向锚杆传递剪切力来拉紧全长粘结锚杆。计算Pa对于一般的围岩，锚杆和围岩具有相同的位移，而忽略了围岩和锚杆之间的相对形变。但是锚杆的轴向力在整个长度上是不规则的。锚杆中有一个中性点，在该点处的剪应力为零。两端的锚杆在所有方向上承受剪切力。锚杆在中性点的拉伸应力等于最大轴向力，锚杆两端均为零。锚杆轴力与位移如下：图1.4锚杆内力及位移分布锚杆上任意一点的位移为：（1.35）当（1.36）当（1.37）当（1.38）当（1.39）式中：是锚杆的最大轴向力的半径，其中剪力为零由此计算得锚杆最大轴力为：（1.40）可用等效力来代替，求得：（1.41）由此得：（1.42）1.3.2V级围岩段锚喷支护设计（1）设计参数的确定计算可知，V级围岩压力MPa,但是，一旦整合到支护中，它将受到各种自然因素的影响，例如自然灾害的影响，温度的变化，雨水的影响等。，取1.0MPa，依据公路规范查得MPa，，MPa。，设计时简便验算，将隧道看成圆形洞室，依照设定好的内轮廓和限界参数，设，m，m锚杆的间隔距离，m锚杆的规格选用，m2，弹性模量MPa，抗拉强度MPa，抗剪强度MPa，安全系数k=0.6,用混凝土进行喷层，,弹性模量MPa，无锚杆时的初始围岩位移取围岩预留变形的0.3倍，所以m，有锚杆时的隧道位移m。计算，，由公式1.39得：m由公式1.42得：由公式1.22得有锚杆的塑性区半径将代入=通过Excel表格试算得：，将带入，，的表达式反求出洞壁位移为： （3）锚杆的设计与计算要让锚杆完全发挥支护能力，就要让锚杆受到的拉力尽可能的达到其的抗拉强度，并有一定的安全系数。（1.43）锚杆的抗拉安全系数应在1~1.5之间。（满足要求）根据计算，锚杆具有最佳长度，可以使作用在喷层上的力最小化。为了防止锚杆和围岩塌陷，锚杆的长度应大于疏松区域的厚度，并具有一定的安全性。，即要求：。（1.44）代入数据得：（满足要求）锚杆间距e，i应满足下列要求：，（1.45）（满足要求）这种情况会导致锚杆成为加固区域的实际厚度，并防止锚杆之间的围岩塌陷。另外，e,i选择还应该让喷层具有一定的厚度以发挥喷层的作用。1.3.3IV级围岩段锚喷支护设计（1）设计参数的确定IV级围岩压力P=q=0.141MPa，考虑到初始支撑过程中会遇到各种偶然因素，例如自然灾害的影响，温度的变化，雨季的影响等。取：P=q=2MPa，查找规范得c=0.7MPa,=39°，E=MPa.µ=0.35，设计时为了简化计算，将隧道看成圆形洞室，依照隧道内轮廓和建筑限界的计算参数，设r0=5.11m,ri=1.96m,rc=8.11m，锚杆的间隔距离i=1.2m，e=1.2m锚杆的规格选用，m2，弹性模量Ea=2.1×105MPa，抗拉强度fst=188MPa，抗剪强度τa=335MPa，安全系数k=0.8，使用C20的混凝土进行浇筑，弹性模量Ec=28×104MPa,µc=0.2,抗压强度设计值Rh=13.5MPa无锚杆支护时的围岩µ0=0.015m，有锚杆时的隧道位移=0.8µ0=0.012m。（2）计算，，由公式1.22得：由公式1.22得无锚杆的塑性区半径：代入参数，通过试算得：，将带入，，的表达式反求出，，。洞壁位移为：（3）锚杆的设计与计算为让锚杆充分发挥作用，应使锚杆应力尽量接近锚杆的抗拉强度，并有一定的系数。（1.46）锚杆的抗拉安全系数应在1~1.5之间。（满足要求）按本法计算，锚杆有一个最佳长度，在这一长度时将使喷层受力最小。为防止锚杆和围岩一起塌落，f，即要求：。