隧道毕业设计初期支护验算

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1、隧道毕业设计初期支护验算1用收敛一一约朿法验算初期支护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(2)隧道的几何尺寸及岩的计算参数见表2表2①其中pO???H，？为围岩的容重，H为隧道埋深；②表屮隧道当量半径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?F2a?2F式中：F隧道开挖高度，cm;B隧道开挖宽度，cm。代入数值得：B12802()2?F2()?1005.62=a?=706cma?2F2?1005.6(3)初期支护材料的力学性能C20喷射混凝土极限抗

2、压强度Res取lOMPa(喷射混凝土抗压强度龄期为3天)；C20喷射混凝土极限应变?s?0.3%;砂浆与围岩之间的抗剪强度?g?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pi与径向位移?i通过査阅相关资料可知，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?2W2)?(F?W)2Rp?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?2W2)?(F?W)2Rp?2(F

3、?W)(1280?2?2502()?(1005.6?250)2?943cm=2?(1005.6?250)当假定隧道为圆形，围岩视为各向同性、均匀、连续、初始地应力只考虑闱岩的自重应力，侧压力系数??1。根据弹塑性理论和莫尔-库伦强度准则，可导出：(1)隧道岩塑性区半径Rp和周边支护阻力pi的关系:RppO(l?sin??Ccos??Crcot?r)2sin?rr?()api?Crcot?rl?sin?式中••Rp—一塑性区半径；a一一隧道当量半径；岩开挖后达到弹塑性应力平衡P0一一隧道围岩的自重应力；pi一一隧道的设计支护阻力，即隧道必须在洞壁上施

4、加的径向支护力;C、？、Cr、？「一一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?i和隧道围岩塑性区半径Rp的关系式：当假定塑性区围岩体积不变时，？i可近似的按下式计算：?i?a(l??)Rp2()(p0sin??Ccos?)Ea式中：？i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、？一一隧道围岩的弹性模量和泊松比。分别代入相关数值，求得：RppO(l?sin??Ccos??Crcot?r)2sin?rr?()可得api?Crcot?rl?sin?pi??Crcot?r=pi??0.

5、2?cotl9.11?=0.767-0.577=0.19MPaa(l??)Rp2?i?()(p0sin??Ccos?)Ea=706?(l?0.35)?1.3352?(1.71?sin30??0.5?cos30?)1000=2.188cm将所求结果列入表3。表3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?i?(0.6%〜1.6%)?B?(0.6%〜1.6%)?1280?5.12〜20.48cm，由此可见，表3中数值?i=2.188cm符合规范要求。1.3计算初期

6、支护能提供的总支护阻力pw和允许隧道洞壁产生的总径向位移?w(1)喷射混凝土层的支护阻力ps和允许洞壁产生的径向位移?s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)2aiti?t2p??Rcs22ai?li?sn???s(ai?ti)式中：ai、ti一一第i喷层的半径和厚度；Res一一喷射混凝土的极限抗压强度，一般可取lOMPa,即喷射后第三天的强度；?s——喷射混凝土的极限应变，一般可取0.3%。表5（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?g的计算假定砂浆锚杆对洞

7、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，贝IJ:??gdglgei（锚杆长度）式中：pg——砂浆锚杆所提供的支护阻力；?g—一砂浆与围岩间的抗剪强度，对于软弱围岩，一般按围岩单轴抗强度的10〜20%取值；dg一一锚杆孔的直径；lg一一喷射混凝土的极限应变，一般可取0.3%e、铺杆纵横向间距假定锚杆设置后洞壁的弹性变形己全部完成。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?g??ag??ae式中：?ag??ae?a(l?E)Rg2()(p0sin??Ccos?)Ea

8、a(l?E)(pOsi?n?CEc?os)Rg一一锚杆约束后围岩的塑性区半径。代入数值得：pg???gdglgei?0.1