【黄江2号公路隧道支护结构设计21000字（论文）】

错误!未找到引用源。。见图5.19图5.19径向弹簧、墙底约束施加牛顿-拉普森求解后的变形如图5.20图5.20全牛顿-拉普森求解后的变形查看求解后的弹簧受力表，分批多次除去受拉弹簧（正值受拉，负值受压），在重新计算，保证弹簧全部处于受压状态。确定抗力分布范围，最终除去受拉弹簧后的变形图。如图5.21图5.21采用生死单元法杀死受拉弹簧后的变形轴力结果图如图5.22图5.22轴力结果剪力结果图如图5.23图5.23剪力图弯矩结果图如图5.24图5.24弯矩图如图5.24所示，最大正弯矩出现在距离拱顶45°两侧，最大负弯矩出现在拱顶位置，弯矩关于拱顶垂线呈轴对称。如图5.22所示，轴力值全为负值，即全部受压。其中最大值出现在边墙底角处，最小值出现在拱顶处，轴力关于拱顶垂线呈轴对称。如图5.23所示，剪力在拱顶处为零，并关于拱顶垂线呈反对称。17.结构验算（1）按偏心要求，对于整体式混凝土衬砌，其偏心受压构件，轴向力的偏心距和截面厚度应满足。（2）按抗压要求，混凝土轴心、偏心受压构件的抗压强度应按下式计算：式中：（3）按抗裂要求，对于混凝土矩形截面，偏心受压构件的抗拉强度按下式计算：式中：当时，系抗压强度控制承载力，可不必按抗裂公式计算；时，系抗拉强度控制承载能力，可不必按抗压计算。①拱顶验算a.偏心验算满足要求。b.抗压验算（可不必计算）满足要求。c.抗裂验算可见左边大于右边（满足）。②侧墙验算a.偏心检验满足要求。b.抗压验算满足要求。c.抗裂验算（可不必计算）③底墙验算a.偏心检验满足要求。b.抗压验算满足要求。c.抗裂验算（可不必计算）18.验算结论本设计按最不利情况，二次衬砌承担100%荷载。经过以上验算，二次衬砌支护结构强度，结构拱顶处满足抗裂和抗压的要求，结构不需需要进行配筋计算。5.3.3Ⅴ级围岩衬砌验算对于Ⅴ级围岩，在根据经验选定支护参数后，仍需进行验算，对于Ⅴ级围岩的内力求解，采用ANSYS19.1软件数值法计算，衬砌设计图5.25，图5.25Ⅴ级围岩衬砌支护设计（单位：cm）1.设计基本资料a.岩体特征岩体为Ⅴ级围岩，围岩的弹性抗力系数，计算摩察角，岩体重度，变形模量，泊松比，粘聚力，内摩察角。b.衬砌材料初衬采用初衬选用C25混凝土；重度，弹性模量，混凝土衬砌轴心抗压强度标准值：，混凝土轴心抗拉强度标准值：。二衬选用C30防水混凝土；重度，弹性模量，混凝土衬砌轴心抗压强度标准值：，混凝土轴心抗拉强度标准值：。2.主动荷载隧道处于Ⅴ级围岩中，为深埋隧道，围岩压力为松散荷载。作用在其结构上的荷载形式为：垂直均布荷载q、水平均布侧向荷载e，侧压力系数0.4。竖向围岩压力水平围岩压力边墙底部水平围岩压力3.内力分析采用荷载结构法进行计算。荷载结构法基本假定：①按平面应变问题进行处理②结构属于小变形③弹簧单元只受压。按照隧道断面几何数据建立分析模型。单元实常数、材料属性，、。单元网格划分：拱部半圆弧划分为50份，边墙每段划分为4份，仰拱划分为20份，一共78个单元。对于拱形结构需要约束墙底的水平位移，同时为避免结构整体沉降过大，使弹簧全部受拉，往往也要对墙底的垂直位移进行约束、本模型选取节点29、52进行约束。首先在CAD中建立模型，根据规范标准断面的建议，建立二次衬砌结构几何模型，然后导入ANSYS。选用Beam单元模拟衬砌结构，对模型施加围岩垂直、水平荷载、重力，围岩、二次衬砌之间施加径向弹簧，添加边墙底端垂直、水平位移约束。数值求解，采用全牛顿-拉普森法，进行分析求解。求解后采用生死单元命令杀死全部受拉弹簧，进行第二次求解。最后，处理数据结构，得到弯矩、轴力、剪力。ANSYS数值分析过程。结构划分见图5.26图5.26单元结构划分对节点施加荷载如图5.27图5.27节点荷载施加对于拱形结构，需要约束墙底的水平位移。同时为避免结构整体沉降过大，使弹簧全部受拉，也要对墙底的垂直位移进行约束、本模型选取节点29，52进行约束。地层弹簧单元，选择单元实常数，长度1m。惯性荷载（重力加速度）Gravity取9.8。施加径向弹簧如图5.28所示。图5.28径向弹簧，墙底约束施加查看求解后的弹簧受力表，分批多次除去受拉弹簧（正值受拉，负值受拉），在重新计算，保证弹簧全部处于受压状态。确定抗力分布范围，最终计算模型。如图5.29所示。图5.29采用生死单元法杀死受拉弹簧后的变形弯矩结果如图5.30图5.30弯矩图轴力图如图5.31图5.31轴力图剪力图如图5.32图5.32剪力图如图5.30所示，最大正弯矩出现在距离拱顶45°两侧，最大负弯矩出现在拱顶位置，弯矩关于拱顶垂线呈轴对称。如图5.31所示，拱墙与上部拱圈轴力值全为负值，即拱墙以上全部受压，其中最大值出现在边墙底角处，最小值出现在拱顶处；拱墙以下与仰拱全部为正值，即全部受拉。轴力关于拱顶垂线呈轴对称。如图5.32所示，剪力在拱顶处为零，并关于拱顶垂线呈反对称。节点坐标与荷载如表5.20表5.20节点坐标与荷载STATCURRENTCURRENTCURRENTCURRENTCURRENTCURRENTELEMNINJQIQJMIMJ1-0.23436E+007-0.23440E+007-37217.0-47202.0-0.13338E+007-0.12922E+0072-0.23683E+007-0.23694E+007-0.11937E+006-0.12930E+006-0.12922E+007-0.11697E+0073-0.24077E+007-0.24096E+007-0.19651E+006-0.20634E+006-0.11697E+007-0.97128E+0064-0.24705E+007-0.24730E+007-0.26386E+006-0.27352E+006-0.97128E+006-0.70659E+0065-0.25546E+007-0.25579E+007-0.31724E+006-0.32668E+006-0.70659E+006-0.38942E+0066-0.26575E+007-0.26614E+007-0.35281E+006-0.36200E+006-0.38942E+006-37334.07-0.27760E+007-0.27806E+007-0.36721E+006-0.37608E+006-37334.00.32878E+0068-0.29064E+007-0.29117E+007-0.35759E+006-0.36609E+0060.32878E+0060.68523E+0069-0.30446E+007-0.30504E+007-0.32169E+006-0.32979E+0060.68523E+0060.10061E+00710-0.31860E+007-0.31925E+007-0.25796E+006-0.26559E+0060.10061E+0070.12640E+00711-0.33261E+007-0.33331E+007-0.16551E+006-0.17265E+0060.12640E+0070.14306E+00712-0.34599E+007-0.34674E+007-44235.0-50843.00.14306E+0070.14774E+00713-0.35827E+007-0.35906E+0070.10524E+00699199.00.14774E+0070.13767E+00714-0.36896E+007-0.36980E+0070.28152E+0060.27609E+0060.13767E+0070.11020E+00715-0.37763E+007-0.37851E+0070.48251E+0060.47770E+0060.11020E+0070.62909E+00616-0.38385E+007-0.38476E+0070.70539E+0060.70125E+0060.62909E+006-63759.017-0.38725E+007-0.38819E+0070.94672E+0060.94326E+006-63759.0-0.99468E+00618-0.38750E+007-0.38846E+0070.12025E+0070.11997E+007-0.99468E+006-0.21779E+00719-0.39362E+007-0.39460E+007-0.13045E+007-0.13066E+007-0.21779E+007-0.89179E+00620-0.40659E+007-0.40758E+007-0.82126E+006-0.82258E+006-0.89179E+006-82102.21-0.41374E+007-0.41473E+007-0.18491E+006-0.18550E+006-82102.00.10035E+00622-0.41574E+007-0.41674E+00753894.054044.00.10035E+00647183.023-0.41622E+007-0.41722E+00771631.072516.047183.0-23818.024-0.41690E+007-0.41788E+0071307.72924.2-23818.0-25903.025-0.41877E+007-0.41974E+007-0.19664E+006-0.19430E+006-25903.00.16666E+00626-0.42482E+007-0.42549E+007-87649.-84789.00.16666E+0060.22884E+00627-0.42235E+007-0.42293E+0070.58572E+0060.59019E+0060.22884E+006-0.19521E+00628-42103.0-46558.0-88905.0-83103.0-0.19521E+006-0.13318E+00629-66162.0-68995.0-68530.0-61785.0-0.13318E+006-86186.030-85459.0-88289.0-53595.0-42766.0-86186.0-33015.031-89408.0-91946.0-40375.0-29473.0-33015.05525.932-0.10331E+006-0.10555E+006-29157.0-18191.05525.9031652.033-0.11671E+006-0.11866E+006-17237.0-6214.531652.044592.034-0.12960E+006-0.13125E+006-4631.76439.644592.043595.035-0.14192E+006-0.14328E+0068642.719754.043595.027925.036-0.15365E+006-0.15471E+00622566.033710.027925.0-3127.5037-0.16476E+006-0.16551E+00637118.048287.0-3127.50-50253.038-0.17661E+006-0.17707E+006-34496.0-23311.0-50253.0-18356.039-0.24342E+006-0.24357E+006-19971.0-8778.4-18356.0-2492.2040-0.24352E+006-0.24337E+00610240.021433.-2492.2-19969.041-0.19909E+006-0.19864E+00626029.037214.0-19969.-54866.042-0.18804E+006-0.18729E+006-51002.0-39833.0-54866.-4744.043-0.17731E+006-0.17625E+006-35818.0-24674.0-4744.028635.044-0.16592E+006-0.16457E+006-21253.0-10142.028635.045958.045-0.15393E+006-0.15228E+006-7328.63742.6045958.047937.046-0.14136E+006-0.13941E+0065936.016959.047937.035304.047-0.12824E+006-0.12600E+00618523.029489.035304.08811.648-0.11462E+006-0.11208E+00630415.041317.08811.60-30770.049-0.11093E+006-0.10810E+00644318.055148.0-30770.0-85654.050-91190.0-88358.066527.073272.0-85654.0-0.13607E+00651-61894.0-57439.089553.095355.0-0.13607E+006-0.20275E+00652-0.42120E+007-0.42062E+007-0.59376E+006-0.58929E+006-0.20275E+0060.22387E+00653-0.42551E+007-0.42484E+00778999.081860.0.22387E+0060.16587E+00654-0.42000E+007-0.41903E+0070.19087E+0060.19321E+0060.16587E+006-23313.055-0.41842E+007-0.41743E+007-364.861251.70-23313.0-23750.056-0.41779E+007-0.41679E+007-72041.0-71156.0-23750.046783.057-0.41733E+007-0.41633E+007-54226.0-54077.046783.00.10013E+00658-0.41532E+007-0.41432E+0070.18533E+0060.18474E+0060.10013E+006-82155.059-0.40820E+007-0.40721E+0070.82252E+0060.82120E+006-82155.0-0.89178E+00660-0.39525E+007-0.39427E+0070.13066E+0070.13045E+007-0.89178E+006-0.21779E+00761-0.38846E+007-0.38750E+007-0.11997E+007-0.12025E+007-0.21779E+007-0.99466E+00662-0.38819E+007-0.38725E+007-0.94326E+006-0.94672E+006-0.99466E+006-63737.063-0.38476E+007-0.38385E+007-0.70124E+006-0.70539E+006-63737.00.62911E+00664-0.37851E+007-0.37763E+007-0.47770E+006-0.48251E+0060.62911E+0060.11021E+00765-0.36980E+007-0.36896E+007-0.27609E+006-0.28152E+0060.11021E+0070.13767E+00766-0.35906E+007-0.35827E+007-99197.0-0.10524E+0060.13767E+0070.14774E+00767-0.34674E+007-0.34599E+00750844.044236.00.14774E+0070.14306E+00768-0.33331E+007-0.33261E+0070.17265E+0060.16551E+0060.14306E+0070.12640E+00769-0.31925E+007-0.31860E+0070.26559E+0060.25796E+0060.12640E+0070.10061E+00770-0.30504E+007-0.30446E+0070.32979E+0060.32169E+0060.10061E+0070.68525E+00671-0.29117E+007-0.29064E+0070.36609E+0060.35759E+0060.68525E+0060.32879E+00672-0.27806E+007-0.27760E+0070.37608E+0060.36722E+0060.32879E+006-37324.073-0.26614E+007-0.26575E+0070.36200E+0060.35282E+006-37324.0-0.38941E+00674-0.25579E+007-0.25546E+0070.32669E+0060.31724E+006-0.38941E+006-0.70658E+00675-0.24730E+007-0.24705E+0070.27352E+0060.26386E+006-0.70658E+006-0.97127E+00676-0.24096E+007-0.24077E+0070.20634E+0060.19652E+006-0.97127E+006-0.11697E+00777-0.23694E+007-0.23683E+0070.12930E+0060.11937E+006-0.11697E+007-0.12922E+00778-0.23440E+007-0.23436E+00747204.037219.0-0.12922E+007-0.13338E+0074.结构验算取模型危险边墙角微面积，则，所以,。(1)计算参数纵向取，,，，钢筋采用HRB335，。(2)求弯矩设计值对称结构，,，则,有附加弯矩影响。设计值为(3)判定大小偏心属大偏心。(4)求及所以，受压区按构造要求配筋，取，选筋，箍筋（）。选（）则配筋率：，满足要求。(5)抗裂验算不验算。配筋图见图5.33所示。图5.33配筋图6隧道辅助工程措施6.1一般规定1.注浆材料种类及适用条件地质条件松散地层断层带弱渗透地层黏土层材料类别单液泥水浆水玻璃渗透性好低毒化学溶液高压劈裂注浆2.辅助措施及适用条件周围的岩石较弱，力学性质较差，无法发挥其支撑能力。为了创造良好的施工环境，有必要通过辅助工程来改善力学性能。辅助工程措施包括土壤稳定措施，见表6.1。表6.1辅助工程措施及其适用条件辅助工程施工适用条件地层稳定措施管棚法Ⅴ级和Ⅳ级围岩，无自稳能力，或者浅埋隧道及其地面有荷载超前导管法超前导管法Ⅴ级围岩，自稳能力弱超前钻孔注浆法Ⅴ级和Ⅵ级软弱围岩地段、断层破碎地段、水下隧道或富水围岩地段、坍方或涌水事故处理地段以及其他不良地质地段超前锚杆法Ⅵ~Ⅴ级围岩，开挖数小时内可能剥落或局部坍塌拱脚导管锚固法Ⅴ级围岩，自稳能力低地表锚杆与注浆加固法Ⅴ级围岩浅埋地段和深埋≤50m的隧道墙式遮挡法浅埋隧道，且隧道上方两侧（或一侧）地面有建筑物根据黄江2号公路隧道的工程概况及各种措施的适用条件，决定地层稳定措施采用超前注浆小导管。6.2超前注浆小导管6.2.1超强注浆小导管施工原理（1）施工前用混凝土封闭开挖面。（2）沿周边打小导管。（3）小导管注浆，并等待浆液硬化。（4）开挖作业。6.2.2性能特点及适用条件性能特点：1.将岩块胶结为整体2.堵塞裂隙，起到堵水作用3.阻隔地下水渗流通道适用条件：（1）一般软弱破碎围岩（2）地下水丰富的软弱破碎围岩。6.2.3小导管布置及安装1.杆体采用热轧无缝钢管。2.杆体外径为。3.小导管壁上每隔15cm交错钻的注浆孔，前端制成锥形尾部应预留100cm长的无孔止浆段。4.杆体长度为350cm,掌子面稳定性极差时也可采用500cm。5.纵向搭接长度取100cm,特殊情况下可采用150~200cm。6.环向间距为40cm。7.超前小钢管与超前小导管设置范围为衬砌中线两侧各为60°区域。当地形地质条件明显不对称时应采用不对称布置,当地质条件较差时可设置双层小导管及加大纵向搭接长度。8.外插角采用15°。7监控测量隧道监测测量是指对隧道开挖后围岩压力变化，衬砌结构的应力和变形以及拱拱塌陷的实时了解，通过测量获得的数据反过来可以指导下一个阶段的发展、建造。黄江2号公路隧道分别穿过III，IV和V级围岩。因此，监控和测量就显得尤为重要。通过监控和测量，我们可以1.准确的掌握围岩、衬砌结构的受力情况以及变形情况。2.预测工程事故险情。3.了解各级围岩的自稳时间，指导下一步施工作业。4.完善设计方案。7.1隧道测量的一般要求7.1.1监控测量的必测项目监控测量的必测项目如表7.1表7.1监控测量的必测项目必测项目地质及支护状况观察周边收敛量测拱顶下沉量测地表下沉测量目的观察产状，结构裂缝等了解收敛情况了解断面变形形态隧道开挖对地表下沉的影响7.1.2监控测量项目及其测量方法监控测量项目及量测方法如表7.2表7.2监控测量项目及量测方法序号项目名称方法及工具布置1地质和支护状态观察岩性、结构面产状及支护裂缝观察和描述，地质罗盘等开挖后及初期支护后进行2周边位移各种类型收敛计每5~100m一个断面，每个断面2~3对测点3拱顶下沉水准仪、水准尺、钢尺或测杆每5~100m一个断面4地表下沉水准仪、水准尺每5~100m一个断面，每断面至少11个测点，每隧道至少2个断面。中线每5~20m一个测点5围岩内部位移（地表设点）地面钻孔中安设各类位移计每代表性地段一个断面，每断面3~5个钻孔6围岩内部位移（洞内设点）洞内钻孔中安设单点、多点杆式或钢弦式位移计每5~100m一个断面，每断面2~11个测点7围岩压力及两层支护间压力各种类型压力盒每代表性地段一个断面，每断面15~20个钻孔8钢支撑内力及外力支柱压力计或其他测力计每10梠钢拱支撑一对测力计9支护、衬砌内应力、表面应力及裂缝测量各类混凝土内应变计、应力计、测缝计及表面应力解除法每5~100m一个断面，每断面11个测点10锚杆或锚索内力及抗拔力各类电测锚杆、锚杆测力计及拉拔计必要时进行11围岩弹性波测试各种声波仪及配套探头在代表性地段设置7.1.3监控测量间隔时间监控量测间隔时间如表7.3序号项目名称量测间隔时间1~15d16d~1个月1~3个月3个月以上1地质和支护状态观察每次爆破后进行2周边位移1~2次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月3拱顶下沉1~2次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月4地表下沉开挖面距量测断面前后<2B时，1~2次/d开挖面距量测断面前后<5B时，1次/2d开挖面距量测断面前后>5B时，1次/周5围岩内部位移（地表设点）开挖面距量测断面前后<2B时，1~2次/d开挖面距量测断面前后<5B时，1次/2d开挖面距量测断面前后>5B时，1次/周6围岩内部位移（洞内设点）1~2次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月7围岩压力及两层支护间压力1次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月8钢支撑内力及外力1次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月9支护、衬砌内应力、表面应力及裂缝测量1次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月10锚杆或锚索内力及抗拔力————11围岩弹性波测试————7.3Ⅲ级围岩监控测量设计按照《隧道监控量测规程》Ⅲ级围岩的监测项目为2次/天，监测间距30m；各项监测布置方式为：1、洞内外观察。2、拱顶下沉也结合水准仪和钢挂尺进行，安装见图7.23、净空变化监测，对隧道的净空变化监测采用各个台阶设置一条水平线再设置斜线监测如图7.1。图7.1Ⅲ级围岩净空变化监测图7.2拱顶下沉监测7.3Ⅳ级围岩监控测量设计按照《隧道监控量测规程》Ⅳ级围岩的监测项目为2次/天，监测间距10m；各项监测布置方式为：1、洞内外观察；2、拱顶下沉应该结合水准仪和钢挂尺进行，如图7.2；3净空变化监测，对隧道的净空变化监测采用各个台阶设置一条水平线再设置斜线监测，如图7.3。图7.3Ⅳ级围岩净空变化监测7.4Ⅴ级围岩区段监控量测设计按照《隧道监控量测规程》Ⅴ级围岩的监测项目为2次/天，监测间距10m；各项监测布置方式为：1、洞内外观察；3、拱顶下沉也结合水准仪和钢挂尺进行，安装同图7.6；3净空变化监测，对隧道的净空变化监测采用各个台阶设置一条水平线再设置斜线监测，见图7.4。图7.4Ⅴ级围岩净空变化监测7.5监控量测信息反馈监控量测信息反馈流程图如图7.9图7.9监控量测信息反馈流程图8.施工组织设计8.1施工准备（1）施工便道通往黄江二号公路隧道的入口交通便利，可以将现有道路用作施工道路。在遵守规范的基础上，可以扩展和修改通道的构建路径。一方面，它可以为村民提供便利，另一方面，它可以减少土地占用并节省资金。符合施工要求的，可以在部分重新安置的道路上修建临时通道，并且已修建的通道必须位于路基的红线内，以方便携带物料的车辆通过。如果条件困难，可以采用土地征用的方法来修建通往被征用土地的临时通道。在施工期间，注意维修通往施工的道路，保证良好的生命安全，并在人行道和下车的道路上放置慢动作标志。（2）施工用水居民的水源可以作为生活用水，运河的水可以作为建筑用水。当水压不足时，请考虑建造一个泵站和一个高位水池以提供高压水。（3）施工用电必须保证建筑用电首先，请与当地的能源部门联系，以通过变压器输入建筑用电。其次准备发电设备以避免停电。（4）通讯设施 在山区，信号相对较弱，因此无线电接收机可以用作主要的通信方式。8.1.1施工平面布置为了充分利用岩石和开挖的土壤，在黄江2号公路隧道出入口的左侧安装了混凝土搅拌站。为了确保施工的能源消耗，在黄江2号公路隧道进出口右侧设置变压器，将变压器分别安装在黄江2号公路隧道的入口和出口。为方便施工队的施工在黄江2号公路隧道的进出口处分别安装了和1300m2的移动式会议室。8.1.2施工安排表表8.1临时工程表序号名称1黄江2号公路隧道进口混凝土拌合站2黄江2号公路隧道出口混凝土拌合站3黄江2号公路隧道进口钢筋加工厂4黄江2号公路隧道出口钢筋加工厂5黄江2号公路隧道进口临时驻地6黄江2号公路隧道出口临时驻地7黄江2号公路隧道进口施工便道8黄江2号公路隧道出口施工便道9黄江2号公路隧道进口活动板房10黄江2号公路隧道进口活动板房11黄江2号公路隧道进口休闲中心12黄江2号公路隧道进口休闲中心表8.2主要机械设备表序号设备名称1发电机2通风机3凿岩机4水平钻机5混凝土喷射设备6穿行式模板衬砌台车7锚杆机8注浆机表8.3人员计划表工种工程项目施工准备设备安装线