初期支護設計驗算

1、初期支護設計驗算1確定計算參數（工程類比法）襯砌類型圍巖級別初期支護參數二次襯砌(cm)仰拱(cm)超前支護鋼拱架 (cm/榀）錨桿(cm)錨桿間 距 （環(huán)縱） 鋼筋網（cmcm）噴C25砼(cm)S-Vb75（I18）35010080202021455042/89管棚S-a75（I18）280100100202012354542超前小導管S-a無250120150局部252510354042超前小導管 表1.1 隧道支護參數表1.2 隧道的幾何尺寸及圍巖的計算參數圍巖級別隧道尺寸（寬/高）（cm）埋深H（m）容重（KN/m3）粘結力C/Cr(MPa)內摩擦角/r()變形模量E(GPa)泊松比

2、1176/92521.0123.60.1/0.0727/141.30.31156/90561.1223.60.2/0.0739/2750.351156/90595.3623.61.5/0.750/3980.251156/90559.8123.60.2/0.0739/2750.351176/92522.8223.60.1/0.0727/141.30.3砂質頁巖容重23.6另附：25#混凝土的極限抗壓強度取12.5MPa；混凝土極限應變取；砂漿與圍巖之間的抗剪強度=1.2MPa。級圍巖的松弛范圍W=220cm；級圍巖的松弛范圍W=200cm。級圍巖的松弛范圍W=180cm第一段（里程：K67+31

3、7K67+355）2 計算隧道周邊設計支護阻力Pi與徑向位移ui（1）隧道圍巖塑性半徑Rp與周邊支護阻力Pi的關系： (1)其中：塑性區(qū)半徑 又知：B=1176cm=11.76m F=925cm=9.25m（隧道高度）則 又已知： 則公式（1）右邊 又隧道當量半徑 其中 W=0則 公式（1）轉化為 計算得： （2） 隧道周邊的徑向位移和隧道圍巖塑性區(qū)半徑的關系：當假定塑性區(qū)圍巖體積不變時，可近似的按下式計算： （2）已知： 故 （3）隧道周邊設計與支護阻力與隧道周邊的徑向位移的關系：由式（1）和式（2），將（1）式代入（2）中得到式（3）由已知數據： 整理得：由該式可知，隧道周邊徑向位移的大小

4、與支護阻力的關系：當增大時，周邊徑向位移減??；當減小時，周邊徑向位移增大，也就是說荷載值與圍巖的變形成反比。3.計算初期支護能提供的支護阻力和允許隧道洞壁產生的總徑向位移。（1） 計算噴射混凝土提供的支護阻力和噴層允許洞壁產生的徑向位移。支護阻力按薄壁圓筒計算：當噴射混凝土為多層時（分三層噴）： 1）噴射第一層混凝土時，則：2）噴射第二層混凝土時，則：3）噴射第三層混凝土時，則：（2）計算砂漿錨桿（系統(tǒng)錨桿）所提供的支護阻力和錨桿允許洞壁產生的徑向位移。假定砂漿錨桿對洞壁提供的支護阻力受砂漿與圍巖之間的抗剪強度所控制，并且在其接觸面上的剪應力分布是均勻的，則：假定錨桿設置后洞壁彈性變形已全部完

5、成，同時圍巖的最大塑性區(qū)取決于錨桿加固后承載環(huán)厚度。錨桿約束后圍巖的塑性區(qū)半徑按下式計算確定： 式中： B=11.76m F=9.25m則 則： （3）鋼支撐能提供的支護阻力和鋼支撐允許洞壁產生的位移的計算按受等距離分布集中荷載的薄壁圓筒原理來計算。1）計算支護阻力：查閱資料得知： =0.65cm 選定鋼材為HRB335型鋼 則 : s=0.75m=75cm tB=2cm則： 又查得：鋼材彈性模量ES=2.0105 MPa 取墊塊彈性模量EB=2.8104 MPa 鋼支撐翼緣寬度W=4.38cm則鋼支撐剛度： （3） 鋼支撐最大位移：由以上各式可得：4.校核： （1）初期支護提供的總支護阻力應

6、大于或等于隧道的設計支護阻力Pi： 滿足要求 （2）初期支護允許洞壁產生的徑向位移應大于或等于圍巖達到設計塑性區(qū)時洞壁產生的塑性位移： 滿足要求第二段（里程：K67+355K67+378）1.計算隧道周邊設計支護阻力Pi與徑向位移ui（1）隧道圍巖塑性半徑Rp與周邊支護阻力Pi的關系： (1)其中：塑性區(qū)半徑 又知：B=1156cm=11.56m F=905cm=9.05m（隧道高度） 則 又已知： 則公式（1）右邊 又隧道當量半徑 其中 W=0則 公式（1）轉化為 計算得： Pi=0.188MPa（2） 隧道周邊的徑向位移和隧道圍巖塑性區(qū)半徑的關系：當假定塑性區(qū)圍巖體積不變時，可近似的按下式

7、計算： （2）已知： 故 （3）隧道周邊設計與支護阻力與隧道周邊的徑向位移的關系：由式（1）和式（2），將（1）式代入（2）中得到式（3） 由已知數據： 整理得：由該式可知，隧道周邊徑向位移的大小與支護阻力的關系：當增大時，周邊徑向位移減??；當減小時，周邊徑向位移增大，也就是說荷載值與圍巖的變形成反比。2.計算初期支護能提供的支護阻力和允許隧道洞壁產生的總徑向位移。（1）計算噴射混凝土提供的支護阻力和噴層允許洞壁產生的徑向位移：支護阻力按薄壁圓筒計算：當噴射混凝土為多層時（分二層噴，噴12cm厚，每層厚6cm）： 根據已求解的 a=5.94m 代入上式中，得： （2）計算砂漿錨桿（系統(tǒng)錨桿）所

8、提供的支護阻力和錨桿允許洞壁產生的徑向位移。假定砂漿錨桿對洞壁提供的支護阻力受砂漿與圍巖之間的抗剪強度所控制，并且在其接觸面上的剪 應力分布是均勻的，則：假定錨桿設置后洞壁彈性變形已全部完成，同時圍巖的最大塑性區(qū)取決于錨桿加固后承載環(huán)厚度,則ug、ue可按下式計算 其中：a=5.94m =0.35 P0=1.44MPa =39 E=5000MPa C=0.2MPa錨桿約束后圍巖的塑性區(qū)半徑按下式計算確定： 式中：l=2.8m lg=2.8m B=11.56m F=9.05m 則： 則： （3）鋼支撐能提供的支護阻力和鋼支撐允許洞壁產生的位移的計算按受等距離分布集中荷載的薄壁圓筒原理來計算。1）

9、計算支護阻力：查閱資料得知： =0.65cm 選定鋼材為HRB335型鋼 則 : s=0.75m=75cm tB=2cm則： 又查得：鋼材彈性模量ES=2.0105 MPa 取墊塊彈性模量EB=2.8104 MPa 鋼支撐翼緣寬度W=4.38cm則鋼支撐剛度： 鋼支撐最大位移：由以上各式可得：3.校核：（1）初期支護提供的總支護阻力應大于或等于隧道的設計支護阻力Pi: 滿足要求（2）初期支護允許洞壁產生的徑向位移應大于或等于圍巖達到設計塑性區(qū)時洞壁產生的塑性位移: 滿足要求第三段（里程：K67+378K67+730）1計算隧道周邊設計支護阻力Pi與徑向位移ui（1）隧道圍巖塑性半徑Rp與周邊支

10、護阻力Pi的關系： (1)其中：塑性區(qū)半徑 又知：B=11.56m F=9.05m（隧道高度）則 又已知： 則公式（1）右邊 又隧道當量半徑 其中 W=0則 公式（1）轉化為 計算得： Pi=0MPa（2）隧道周邊的徑向位移和隧道圍巖塑性區(qū)半徑的關系：當假定塑性區(qū)圍巖體積不變時，可近似的按下式計算： （2）已知： 故 （3）隧道周邊設計與支護阻力與隧道周邊的徑向位移的關系：由式（1）和式（2），將（1）式代入（2）中得到式（3） 由已知數據： 整理得：由該式可知，隧道周邊徑向位移的大小與支護阻力的關系：當增大時，周邊徑向位移減??；當減小時，周邊徑向位移增大，也就是說荷載值與圍巖的變形成反比。2

11、.計算初期支護能提供的支護阻力和允許隧道洞壁產生的總徑向位移。（1）計算噴射混凝土提供的支護阻力和噴層允許洞壁產生的徑向位移：支護阻力按薄壁圓筒計算：當噴射混凝土為單層時 根據已求解的 a=5.94m 單層混凝土噴射厚度為10cm代入上式中，得：（2）計算砂漿錨桿（系統(tǒng)錨桿）所提供的支護阻力和錨桿允許洞壁產生的徑向位移。假定砂漿錨桿對洞壁提供的支護阻力受砂漿與圍巖之間的抗剪強度所控制，并且在其接觸面上的剪應力分布是均勻的，則：假定錨桿設置后洞壁彈性變形已全部完成，同時圍巖的最大塑性區(qū)取決于錨桿加固后承載環(huán)厚度,則ug、ue可按下式計算 其中： a=5.940m =0.25 P0=2.25MPa

12、 =50 E=8000MPa C=1.5MPa錨桿約束后圍巖的塑性區(qū)半徑Rg按下式計算確定： 式中：l=2.5m lg=2.5m B=11.56m F=9.05m則： 則： 由以上各式可得：3.校核： （1）初期支護提供的總支護阻力應大于或等于隧道的設計支護阻力Pi: 滿足要求。 （2）初期支護允許洞壁產生的徑向位移應大于或等于圍巖達到設計塑性區(qū)是洞壁產生的塑性位移: 滿足要求。第四段（里程：K67+730K67+770）1.計算隧道周邊設計支護阻力Pi與徑向位移ui（1）隧道圍巖塑性半徑Rp與周邊支護阻力Pi的關系： (1)其中：塑性區(qū)半徑 又知：B=1156cm=11.56m F=905c

13、m=9.05m（隧道高度） 則 又已知： 則公式（1）右邊 又隧道當量半徑 其中 W=0則 公式（1）轉化為 計算得： Pi=0.180MPa（3） 隧道周邊的徑向位移和隧道圍巖塑性區(qū)半徑的關系：當假定塑性區(qū)圍巖體積不變時，可近似的按下式計算： （2）已知： 故 （3）隧道周邊設計與支護阻力與隧道周邊的徑向位移的關系：由式（1）和式（2），將（1）式代入（2）中得到式（3） 由已知數據： 整理得：由該式可知，隧道周邊徑向位移的大小與支護阻力的關系：當增大時，周邊徑向位移減?。划敎p小時，周邊徑向位移增大，也就是說荷載值與圍巖的變形成反比。2.計算初期支護能提供的支護阻力和允許隧道洞壁產生的總徑向

14、位移。（1）計算噴射混凝土提供的支護阻力和噴層允許洞壁產生的徑向位移：支護阻力按薄壁圓筒計算：當噴射混凝土為多層時（分二層噴，噴12cm厚，每層厚6cm）： 根據已求解的 a=5.94m 代入上式中，得： （2）計算砂漿錨桿（系統(tǒng)錨桿）所提供的支護阻力和錨桿允許洞壁產生的徑向位移。假定砂漿錨桿對洞壁提供的支護阻力受砂漿與圍巖之間的抗剪強度所控制，并且在其接觸面上的剪 應力分布是均勻的，則：假定錨桿設置后洞壁彈性變形已全部完成，同時圍巖的最大塑性區(qū)取決于錨桿加固后承載環(huán)厚度,則ug、ue可按下式計算 其中：a=5.94m =0.35 P0=1.44MPa =39 E=5000MPa C=0.2M

15、Pa錨桿約束后圍巖的塑性區(qū)半徑按下式計算確定： 式中：l=2.8m lg=2.8m B=11.56m F=9.05m 則： 則： （3）鋼支撐能提供的支護阻力和鋼支撐允許洞壁產生的位移的計算按受等距離分布集中荷載的薄壁圓筒原理來計算。1）計算支護阻力：查閱資料得知： =0.65cm 選定鋼材為HRB335型鋼 則 : s=0.75m=75cm tB=2cm則： 又查得：鋼材彈性模量ES=2.0105 MPa 取墊塊彈性模量EB=2.8104 MPa 鋼支撐翼緣寬度W=4.38cm則鋼支撐剛度： 鋼支撐最大位移：由以上各式可得：3.校核：（1）初期支護提供的總支護阻力應大于或等于隧道的設計支護阻

16、力Pi: 滿足要求（2）初期支護允許洞壁產生的徑向位移應大于或等于圍巖達到設計塑性區(qū)時洞壁產生的塑性位移: 滿足要求第五段（里程：K67+770K67+808）（1）隧道圍巖塑性半徑Rp與周邊支護阻力Pi的關系： (1)其中：塑性區(qū)半徑 又知：B=1176cm=11.76m F=925cm=9.25m（隧道高度）則 又已知： 則公式（1）右邊 又隧道當量半徑 其中 W=0則 公式（1）轉化為 計算得： （3） 隧道周邊的徑向位移和隧道圍巖塑性區(qū)半徑的關系：當假定塑性區(qū)圍巖體積不變時，可近似的按下式計算： （2）已知： 故 （3）隧道周邊設計與支護阻力與隧道周邊的徑向位移的關系：由式（1）和式（

17、2），將（1）式代入（2）中得到式（3）由已知數據： 整理得：由該式可知，隧道周邊徑向位移的大小與支護阻力的關系：當增大時，周邊徑向位移減?。划敎p小時，周邊徑向位移增大，也就是說荷載值與圍巖的變形成反比。3.計算初期支護能提供的支護阻力和允許隧道洞壁產生的總徑向位移。（2） 計算噴射混凝土提供的支護阻力和噴層允許洞壁產生的徑向位移。支護阻力按薄壁圓筒計算：當噴射混凝土為多層時（分三層噴）： 1）噴射第一層混凝土時，則：2）噴射第二層混凝土時，則：3）噴射第三層混凝土時，則：（2）計算砂漿錨桿（系統(tǒng)錨桿）所提供的支護阻力和錨桿允許洞壁產生的徑向位移。假定砂漿錨桿對洞壁提供的支護阻力受砂漿與圍巖之間的抗剪強度所控制，并且在其接觸面上的剪應力分布是均勻的，則：假定錨桿設置后洞壁彈性變形已全部完成，同時圍巖的最大塑性區(qū)取決于錨桿加固后承載環(huán)厚度。錨桿約束后圍巖的塑性區(qū)半徑按下式計算確定： 式中： B=11.76m F=9.25m則 則： （3）鋼支撐能提供的支護阻力和鋼支撐允許