初期支護計算

1、隧道初期支護設計4.1 設計計算公式4.1.1隧道設計與的相關性如果假設隧道是一個的圓形，那么就可以設定初始地應力只是單一的自重應力（各向勻稱，質(zhì)地均勻且具有連續(xù)性），取壓力系數(shù)。查閱相關準則和理論資料得：（1）和的關系見公式(1) (1)式中：隧道塑性區(qū)半徑，cm； 隧道當量半徑，cm； 圍巖的自重應力，(為容重，；為隧道埋深，m)； 設計支護阻力，MPa； 彈性狀態(tài)、塑性狀態(tài)、凝聚力(MPa)、內(nèi)摩擦角()。（2） 隧道周邊和的關系見公式(2)假定塑性區(qū)的圍巖體積保持不變，可按下式計算的近似值： (2)式中：設計塑性徑向位移，cm； 彈性模量、泊松比； 其余同前。（3）隧道周邊與的計算式見

2、公式(3)由(1)式(2)式聯(lián)立得公式(3): (3)式中：符號同前。由以上關系式可知，的大小與存在線性關系：隨增大而減小；反過來減小時，就會隨之增大。我們可以得出一個結論，那就是荷載與圍巖的變形存在反比關系。收斂約束法允許圍巖變形，適用于柔性的隧道圍巖支護。再有公式(3)中，和的大小均未知，方程存在無數(shù)組解。所以塑性區(qū)在實際設計中的計算公式(1)和(2)是由公式(3)分解而來，在另外考慮和求解和。這是因為直接就可以用現(xiàn)場測量的方法取得。4.1.2和隧道洞壁的求解(1) 支護阻力和徑向位移計算公式見(4)、(5)單層 (4) 多層(分層噴) (5)式中：i噴層半徑、厚度，cm； 抗壓強度極限，

3、取3。(2) 支護阻力和徑向位移計算如公式(6)和、(7)砂漿、圍巖產(chǎn)生抗剪強度決定支護阻力，剪應力分布均勻，則： (6)式中：錨桿支護阻力，MPa； 砂漿、圍巖產(chǎn)生的抗剪強度，取1020，MPa； 錨桿孔直徑，cm； 錨桿計算長度，cm； 縱、橫向錨桿間距，cm。洞壁在設置錨桿時需要人為精確控制，而且彈性變形也會因為錨桿設置有偏差，如果兩者得到精確控制，如果錨桿裝完同時彈性變形完成。同時，錨桿加固后承載環(huán)厚度可以決定圍巖的最大塑性區(qū)，則可按（7）式計算： (7)式中： 圍巖約束塑性區(qū)半徑，cm 其余同前。(3) 由以上(4)(7)式可得： (8) (9)式中：初支總支護阻力，MPa； 隧道壁

4、柔性初支徑向位移，cm； 其余同上。4.2 設計計算原則收斂約束法，目前適用于大多數(shù)隧道復合式襯砌計算，初期支護只能被單一確定，這也是它的一個弊端。由巖石力學理論、工程實踐中得出，初支復合襯砌中在穩(wěn)定圍巖中至關重要，為了安全必須在圍巖基本穩(wěn)定基礎下進行二次支護。因此，收斂約束法計算規(guī)則如下：(1) 應不小于隧道的。即有下式： (10)(2) 初期支護允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移應大于或等于圍巖達到設計塑性區(qū)時洞壁產(chǎn)生的塑性位移。即有下式： (11)4.3 收斂約束法計算算例4.3.1 確定計算參數(shù)(1)支護參數(shù)見表1 圍巖類別噴層厚度(cm)錨 桿鋼筋網(wǎng)二次襯砌厚度(cm)直徑(mm)長度(m)間距

5、(mm）直徑(mm)間距(mm)20223.01.01.06.5202040 (2)圍巖計算、幾何尺寸見表2 圍巖類別隧道當量半徑(cm)埋深(m)容重(kN/m)粘結力(MPa)內(nèi)摩擦角(度)變形模量(MPa)泊松比初始應力(MPa)726107201.5/0.835/26.1150000.32.14注：初始應力;圓形隧道半徑，如圖1，計算公式(12) (12)式中：F、B 隧道開挖高度、寬度，cm 圖一 馬蹄形隧道計算當量半徑圖其中，F(xiàn) =1052.1cm,B =1297.3cm,所以=726cm。(3)初支材料力學特性，可取(適合抗壓強度且3天齡期的混凝土)；=3；圍巖與砂漿之間的抗剪強

6、度=0.6MPa；=30MPa。4.3.2 與的計算查詢資料得，類圍巖的徑向松弛主要位于距離洞壁2m以內(nèi)，馬蹄形隧道出現(xiàn)松弛時，其等代圓的計算當量半徑(塑性半徑)按式(13)計算： (13)式中：隧道圍巖松弛范圍，cm，； 其它同上。通過式(1)和(2)可得和，見表3.(cm)(cm)(MPa)(cm)7266260.8620.030.344查詢公路隧道設計規(guī)范得，類圍巖埋深為107m時，隧道周邊水平相對收斂值允許為0.41.2%，即隧道周邊的徑向=0.344cm，(0.4%1.2%)B=4.8614.59cm，符合規(guī)范要求。4.3.3 初支和隧道洞壁計算(1)噴射層的和洞壁的計算噴射施工混凝

7、土4層，每層5cm。通過式(4)、(5)得。分層項目=721cm=5cm=716cm=5cm=711cm=5cm=706cm=5cm(MPa)0.0690.0700.0700.070(MPa)2.1482.1332.1182.103(MPa)=0.279(cm)=8.502(3) 砂漿錨桿和錨桿洞壁的計算通過式(6)、(7)得。(cm) (cm)(cm)(MPa)(cm)(cm)(cm)7262509611.0.1790.8130.4640.349為了使計算結果更加精確，可以借助表6的錨桿計算長度。321.335/62/35.5/10注：為實際錨桿長度；為縱橫向錨桿平均間距；為錨桿計算長度；圍巖約束塑性區(qū)半徑由(14)得