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1、第四章隧道衬砌设计4.1围岩划分隧道围岩级别划分主要依据岩体弹性波速度、岩样饱和极限抗压强度、岩石质量指标,并结合围岩分化程度、完整性、坚硬程度、节理发育程度、断层及地下水影响程度等进行综合分类。依据实际资料在确定隧道围岩级别时,制定以下原则:(1)以交通部行业标准《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)提供数据为围岩级别划分标准。(2)遇断层破碎带,围岩级别较同类岩石降低1~2等级,影响带推至洞底以上40~80米与断层交界处。(3)为便于隧道施工,按隧道开挖过程中可能遇到的地层和构造情况分段划分评价。(4)未有钻孔控制段,参照勘测区同类岩石已有资料进行
2、类比分级。4.2支护形式的选择及参数确定由于本隧道为高速公路隧道,根据规范可知本隧道应采用复合式衬砌,即由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式,其中初期支护采用锚喷支护二次衬砌采用模铸混凝土衬砌。同时衬砌设计参数以工程类比法并结合计算分析确定,断面型式采用等截面三心圆,对于Ⅲ级围岩采用无仰拱衬砌,对于Ⅳ、Ⅴ级围岩均采用带仰拱衬砌。4.2.1初期支护布置如下:Ⅲ级围岩初期支护采用径向系统锚杆,钢拱支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用普通水泥砂浆锚杆,直径为22mm,长度为2.0m,采用梅花形布置,环、纵向间距为1.0m。钢筋网矩形布置,间距25
3、cm,采用直径6.5的钢筋。Ⅲ级围岩喷射混凝土采用C20混凝土,厚度为10cm。Ⅳ级围岩初期支护采用径向系统锚杆,钢拱架支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用中空注浆锚杆,直径为25mm,长度为2.5m,采用梅花形布置,环、纵向间距为1.0m。钢拱架型号为I16,间距为1.0m。钢筋网矩形布置,间距25cm,采用直径6.5的钢筋。Ⅳ级围岩喷射混凝土采用C30混凝土,厚度为15cm。Ⅴ级围岩初期支护采用径向系统锚杆,钢拱架支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用中空注浆锚杆,直径为25mm,长度为3.0m,采用梅花形布置,环、纵向间距为1.0m。钢拱架型号为I
4、20,间距为1.0m。钢筋网矩形布置,间距25cm,采用直径6.5的钢筋。Ⅴ级围岩喷射混凝土采用C30混凝土,厚度为25cm,4.2.2防水层布置初衬及二衬设置防水板和无纺布;其中,无纺布密度300g/m2;防水板采用易于焊接的防水卷材,厚度为1.0mm,接缝搭接长度100mm。4.2.3二次衬砌布置Ⅲ级围岩二次衬砌,采用C25素混凝土,衬砌厚度35cm;围岩预留变形量30mm;Ⅳ级围岩二次衬砌,采用C30钢筋混凝土,衬砌厚度45cm;围岩预留变形量50mm;Ⅴ级围岩二次衬砌,采用C30钢筋凝土,衬砌厚度45cm;围岩预留变形量80mm;4.2.4隧道衬砌布置
5、图根据以上设计,可分别作出Ⅲ级围岩衬砌设计图、Ⅳ级围岩衬砌设计图、Ⅴ级围岩衬砌设计图,分别见图4.1、图4.2、图4.3.图4.1Ⅲ级围岩衬砌设计图图4.2Ⅳ级围岩衬砌设计图图4.3Ⅴ级围岩衬砌设计图4.3确定隧道深浅埋分界线4.3.1隧道宽度与高度与确定根据隧道设计及各级围岩衬砌设计图,可计算出隧道在各围岩级别下的宽度与高度;其中:Ⅲ级围岩隧道宽度BⅢ=2×(5.63+0.35+0.03+1.0×10-3+0.1)=12.22mⅣ级围岩隧道宽度BⅣ=2×(5.63+0.45+0.05+1.0×10-3+0.15)=12.56mⅤ级围岩隧道宽度BⅤ=2×(5.
6、63+0.45+0.08+1.0×10-3+0.25)=12.82m由各级围岩衬砌设计图可知:Ⅲ级围岩隧道高度HⅢ=0.52+7.78+0.35+0.03+0.1=8.77mⅣ级围岩隧道高度HⅣ=0.45+1.12+7.77+0.45+0.05+0.15=9.99mⅤ级围岩隧道高度HⅤ=0.45+1.12+7.77+0.45+0.08+0.25=10.12m4.3.2隧道深浅埋判断(1)计算各级围岩坍落拱根据规范可知坍落拱高度的计算公式为:h=0.45×2S-1×[1+i(B-5)](4-1)式中:S——围岩级别;B——隧道宽度(m);i——B每增加1m时的围
7、岩压力的增减率,当B<5m时,取i=0.2,当B>5m时,取i=0.1;则,Ⅲ级围岩坍落拱高度hⅢ=0.45×22×[1+0.1×(12.22-5)]=3.100m;Ⅳ级围岩坍落拱高度hⅣ=0.45×23×[1+0.1×(12.56-5)]=6.322m;Ⅴ级围岩坍落拱高度hⅥ=0.45×24×[1+0.1×(12.82-5)]=12.830m;(2)各级围岩深浅埋判定围岩深埋和浅埋的分界,按荷载等效高度值,并结合地质条件、施工方法等因素综合判定。荷载等效高度计算公式如下:(4-2)式中:隧道深浅埋的分界高度(m);等效荷载高度(m),;垂直均布压力(kN/m
8、3);围岩重度kN/m3。q=γ×h(
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