下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件

下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計

下坑隧道位于皖贛線安徽省祁門縣境內(nèi)，隧道穿過極嚴(yán)重風(fēng)化破碎的千枚巖，巖層層面摺曲顯著，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體為灰黑色、綠色，強(qiáng)烈風(fēng)化后為黃褐色，主要由泥質(zhì)組成，遇水浸泡后很快軟化，圍巖屬Ⅱ～Ⅲ類（f值等于1.0～2.0），呈碎片狀，覆蓋層僅20米。由部決定：在該隧道進(jìn)行“軟弱圍巖中噴錨支護(hù)和光面爆破試驗”；經(jīng)協(xié)商，確定于該隧道DK2945+080～DK2946+022共長42米為試下坑隧道位于皖贛線安徽省祁門縣境內(nèi)，隧道穿

驗段；1979年4月正式施工，測試工作基本上同時進(jìn)行，同年10月，試驗基本結(jié)束，有關(guān)專題，均作出試驗報告，1980年5月10~17日，參加試驗檢查組，前往該隧道進(jìn)行復(fù)查，結(jié)果是“各項量測的變化率，都比前一段期間大大減緩”?！斑M(jìn)出口模注段，裂縫5條，長11米……錨噴網(wǎng)段未發(fā)現(xiàn)裂縫”。總的講來，“支護(hù)可靠，狀態(tài)良好”。通過下坑隧道的實踐表明，對大多數(shù)巖體來說，采用光爆噴錨支護(hù)來改善圍巖的穩(wěn)定性是可行的，值得推廣。為總結(jié)經(jīng)驗茲將設(shè)計情況闡述如下，謬誤之處，在所難免，請不吝指教。一、設(shè)計概況隧道全長65米，全部處于線路曲線半徑為400米的曲線上，線路縱坡為4.3‰，向出口方向為單向下坡，設(shè)計如圖1所示。驗段；1979年4月正式施工，測試工作基本上同時進(jìn)行下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件

兩洞口端設(shè)置明洞及洞口加強(qiáng)襯砌，試驗原分為三段：錨噴+模注段（甲式）；錨噴段（丁式）；錨噴網(wǎng)段（乙式）。后據(jù)施工狀況取消錨噴段，故實際施工僅為甲式和乙式。原設(shè)計按工程類比法選用的主要設(shè)計參數(shù)為：1.甲式：第一次噴層厚8厘米，錨桿間距100厘米×100厘米，后作模注厚25厘米。2.乙式：第一次噴層厚8厘米，第二次噴層厚10厘米。共計噴層厚18厘米，錨桿間距100厘米×100厘米，鋼筋網(wǎng)格20厘米×20厘米，鋼筋直徑縱向φ=6毫米，橫向φ=12毫米。

二、柔性襯砌理論的初步應(yīng)用“新奧法”是建立在彈塑性理論基礎(chǔ)上的，它首先假定：

1.視圍巖為均質(zhì)的、各向同性的連續(xù)介質(zhì)；

2.只考慮自重造成的應(yīng)力場；

3.坑道形狀以圓形洞室為主；

4.坑道位于一定的深度，為無限體中的孔洞問題。兩洞口端設(shè)置明洞及洞口加強(qiáng)襯砌，試驗原分為（雖然這種作法是不盡合理的，但是偏于安全的）（雖然這種作法是不盡合理的，但是偏于安全的）ACDBACDB由于洞室處于符合彈性理論基本假定的圍巖中，假定其開挖過程中的粘著力C及圍巖中內(nèi)摩擦角φ不變，則圍巖應(yīng)力狀態(tài)符合莫爾——庫倫理論，即認(rèn)為當(dāng)某點應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)力圓與破壞包絡(luò)線τ=C+σtgφ相切時，巖體進(jìn)入塑性狀態(tài)，如圖3：由簡單幾何關(guān)系可得：此式亦即是“塑性判據(jù)”。在平面極坐標(biāo)系中（圖4）知有平衡方程：由于洞室處于符合彈性理論基本假定的圍巖中，假定其

因為圍巖為各向同性的均勻連續(xù)介質(zhì)，巖體似處靜水壓力場，N=1則τ=0

得：（1）

圍巖處塑性狀態(tài)時：

(2)

下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件(3)(3)(4)(6)(5)(4)(6)(5)(9)(7)(8)(9)(7)(8)這就是松動范圍與徑向抗力的關(guān)系式，亦即與所謂Fener方程相似。為得最小支護(hù)抗力，還必須了解松動范圍和巖體壓力的關(guān)系。仍取單元體的受力狀態(tài)作分析（如圖5）。這就是松動范圍與徑向抗力的關(guān)系式，亦即與所謂Fe

取Σσr=0

忽略高階項得平衡方程：

(10)

又由摩爾——庫倫條件可得：

(11)

將式（11）代入（10）經(jīng)變換可得取Σσr=0當(dāng)r=r0時σr即為作用在支護(hù)上的圍巖壓力Pa。假定松動范圍的巖體C=0，φ仍與未松動時φ不變，上式簡化為：(12)式中：γ——巖體容重（T/m3）

R——松弛區(qū)半徑（m）

P0——初始應(yīng)力（靜水壓力場P0=γh）當(dāng)r=r0時σr即為作用在支護(hù)上的圍巖壓力Pa。假定松動范

求最小抗力即求式（9）和式（12）兩曲線之交點，如圖6。解上述方程是比較費事的，為簡化計算，可以假定某些系數(shù)，使用圖解法，使復(fù)雜的計算簡單化。令a1=C·ctgφ；

a2=（P0+a）(1-sinφ);

求最小抗力即求式（9）和式（12）兩曲線之交點，下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件∴Pimin=a3（1－M） （13）取再令本隧道計算中取C=4.5T/m2，Po=γh=50T/m2φ=25°，則n=1.472，對M取0.1-1得f1（M）諸值作曲線如圖7?！郟imin=a3（1－M） （13）下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件

式中：PB1——第一次噴層支抗護(hù)力τB——噴層抗剪強(qiáng)度（72小時抗壓強(qiáng)度為142kg/cm2）φ——剪切面傾角（只考慮噴合取φ=0）α——巖體剪切角（由于滑移面與最大主應(yīng)力跡線處 處成）（參見圖８）d——第一次噴層厚８cmb——剪切區(qū)高度b＝2RCcosp=8.06米ρ——滑移體與洞壁交點與縱軸所成圓心角，此時 ρ=α=32.5°

下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件圖8ψlθργαψγ0圖8ψlθργαψγ0PM=0.1SCπdL/et=10.7T/m2＞Pimin式中：L——粘結(jié)長度（取200cm）

d——錨桿孔直徑（取3.4cm）

SC——巖石單軸抗壓強(qiáng)度（50kg/cm2）

et——錨桿縱橫間距（1×m2）也就是說第一次噴層開裂后，巖層仍處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。作為永久支護(hù)，應(yīng)以不產(chǎn)生裂紋為目的。設(shè)計中考慮錨噴網(wǎng)的共同作用。圖8表示圓形洞體滑移線與洞體的關(guān)系。PM=0.1SCπdL/et=10.7T/m2＞Pimindx=cosθdr-rsinθdθdy=sinθdr-rcosθdθ又滑面的切線斜率：dx=cosθdr-rsinθdθ又滑面的切線斜率：故

積分得

（14）對于φ=25°的下坑千枚巖地層，如前所述，滑移面與最大主應(yīng)力跡線處成 ，按（14）式作圖9，再取L/RC=0.458交該曲線得ρ=55°，重復(fù)上述計算，則b=2RCcosρ=5.0米。故下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件

噴層支護(hù)抗力：

式中各項符號意義同前，但d取二次噴層厚10厘米，τB取28天抗壓強(qiáng)度的10%為20T/m2，φ考慮錨噴網(wǎng)取錨桿抗力：由于網(wǎng)格與錨桿焊接，只要錨桿在初期支護(hù)中未曾被破壞，錨桿不可能被單根撥出，圖10可見，錨桿提供的抗力系平均承擔(dān)剪切區(qū)高度b上的徑向抗力，采用下式計算：噴層支護(hù)抗力：

式中：PM——錨桿抗力

FM——一根錨桿斷面積0.00038m2σp——錨桿抗拉強(qiáng)度38000T/m2ω——錨桿平均傾角ω=（90°－p）=17.5°e·t——錨桿間距１×１（米２）a（如圖10）其值

下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件鋼筋網(wǎng)抗力系指橫向（環(huán)向）鋼筋的剪切區(qū)上提供的平均分配在剪切區(qū)高度上的抗剪力即：

式中：Fy——一根機(jī)工向鋼筋斷面φ12，F(xiàn)y=0.000113米2τy——鋼筋抗剪強(qiáng)度23800T/m2E——鋼筋橫向間距取0.2米。其余符號同前。總支護(hù)抗力ΣP=PB+PM+Py=37.65T/m2

本設(shè)計安全系數(shù)鋼筋網(wǎng)抗力系指橫向（環(huán)向）鋼筋的剪切區(qū)上提供的下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件拱部：B（隧道開挖寬度）=6.26米，h（隧道開挖高度）=7.16米，巴屯調(diào)查結(jié)果認(rèn)為對鐵路隧道ESR取1，即當(dāng)量尺寸B/ESR=6.26，得支護(hù)類型為31型（4），又因為RQD/Jn=2.0＞1.5，由表1選用支護(hù)形式為S（mr）7.5~25厘米，較地質(zhì)同志原推薦略有出入。注：RQD——巖石質(zhì)量指標(biāo)，RQD=115-3.3JV,JV節(jié)理組數(shù)/立方米，下坑JV為27。Jn——節(jié)理組數(shù)取12，Jr—節(jié)理粗糙系數(shù)取20，Ja—節(jié)理蝕變系數(shù)，取4JW——節(jié)理含水析減系數(shù)取1；SRF—應(yīng)力析減系數(shù)，取5拱部：B（隧道開挖寬度）=6.26米，h（隧道開對于邊墻：巴屯調(diào)查認(rèn)為，邊墻和拱部有一定的關(guān)系，他們利用所謂“邊墻質(zhì)量”來調(diào)整這一關(guān)系，則對0.1＜Q＜10的邊墻質(zhì)量采用2.5Q，則“Q”=0.5，壞地層，當(dāng)量尺寸為h/ESR=7.16，（h—墻高），同理得推薦支護(hù)類型《27》型（4）,又據(jù)h/ESR=7.16＜12由表1得支護(hù)形式為B（utg）1米+S（mr）5~7.5厘米，較地質(zhì)同志提供的亦不盡相同（utg—灌漿錨桿）。可見，本設(shè)計理論檢算是可行的，也基本符合巴屯提出的經(jīng)驗數(shù)字，設(shè)計是可以信賴的。對于邊墻：巴屯調(diào)查認(rèn)為，邊墻和拱部有一定的關(guān)系，下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件下坑隧道噴混凝土支護(hù)設(shè)計課件可見如若由實驗室得出εp和c、φ的關(guān)系曲線后可據(jù)（15）式解得彈塑性邊界R，再由（9）＇解得Pi后作Pi－ua曲線，找其Pimin對應(yīng)的ua，并取ua＇＜ua（為控制變形值，應(yīng)盡量不使Pi過大）本隧道依據(jù)上述方法，參照現(xiàn)場量測結(jié)果，在特定假設(shè)條件下（因未作三軸抗壓試驗）就支護(hù)抗力和塑性半徑進(jìn)行過試算，當(dāng)采用變形為0.02米時Pi近似為4kg/cm2，此時R為6.4米，與原計算數(shù)據(jù)亦趨接近。關(guān)于“巴屯”方法，我們考慮在使用中尚應(yīng)注意其圖表和公式的一致性。本隧道在使用巴屯方法中，按其經(jīng)驗公式計算有如下情況：可見如若由實驗室得出εp和c、φ的關(guān)系曲線后可據(jù)

或而使用“巴屯”的“估計支護(hù)壓力經(jīng)驗方法”（4）應(yīng)為P拱頂=2.2-5.5kg/cm2可見以公式計算結(jié)果相差較大，故我們認(rèn)為，采用此法在選用Jn及Jr值時應(yīng)慎重?！逹=+（Jr）Q=+（Jn）則

P拱頂=ψ（Jr）或P拱頂=ψ＇（Jn）為了說明問題，仍假定Q=0.2為定值推算Jr及Jn的取用范圍

P拱頂=2.2-5.5kg/cm2

則2.2≤