【正文】 ， ? —— 破裂面傾角； 0? —— 圍巖計(jì)算 摩擦角； ?—— 圍巖 兩側(cè)摩擦角 ； ?—— 側(cè)壓力系數(shù)； h—— 洞頂?shù)孛娓叨龋? tH —— 隧道凈高。 各圍巖段荷載計(jì)算 結(jié)果 根據(jù)式 (32)和 (33)，計(jì)算可得各種級(jí)別的等效荷載高度值 qh ，具體情況 見(jiàn)表 9 34。 表 34 寬度影響系數(shù) ? 和 圍巖等效荷載高度值qh 圍巖級(jí)別 寬度影響系數(shù) 等效荷載高度值 (m ) Ⅳ Ⅴ 根據(jù)計(jì)算得出的等效荷載高度值 qh ，不難判斷出各圍巖的深淺埋情況。 隧道基本處于 淺埋情況， 因部分隧道地質(zhì)情況不良故采用特殊方法開(kāi) 挖。 深淺埋的分界點(diǎn)是根據(jù) pq2Hh? 的計(jì)算數(shù)據(jù)從縱斷面上確定的。 根據(jù)縱斷面圖 各段 圍巖最大埋深判斷各級(jí)圍巖深淺埋 情況見(jiàn)表 35。 表 35 深淺埋判斷情況 圍巖級(jí)別 起訖里程 深淺埋判定 Ⅴ DK723+140 DK723+277 淺埋 Ⅳ DK723+277 DK723+327 深 埋 Ⅳ DK723+327 DK723+357 淺埋 Ⅳ DK723+357 DK723+368 深埋 Ⅳ DK723+368 DK368+441 淺埋 Ⅴ DK723+441 DK723+620 淺埋 各級(jí)圍巖的部分物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表 36。 表 36 圍巖 部分 物理力學(xué)指標(biāo) 圍巖級(jí)別 重度 ? ( 3kN/m ) 彈性反力系數(shù) K (MPa/m ) 計(jì)算摩擦角 0? (176。 ) 兩側(cè)摩擦角 ? (176。 ) Ⅳ 360 55 / Ⅴ 150 45 / (1)對(duì)表 35 中的深埋隧道按照式 34 和表 33 中的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出襯砌結(jié)構(gòu)所受荷載，對(duì)于本隧道只有 Ⅳ 圍巖 段 中部分?jǐn)嗝嫣幱谏盥?，所以容易得出： ???q ~)~( ?? qe (2)表 35 中的淺埋情況 在 Ⅳ 、 Ⅴ級(jí)圍巖段 都有出現(xiàn) ，淺埋計(jì)算值應(yīng)取淺埋條件下最大埋深： 在 Ⅳ 級(jí)圍巖中，由縱斷面圖中得出在 DK723+300 處的 h 值， h=。根據(jù) 10 式 (37)， (38)和 (39)， 得出 q= mkN e1= mkN e2= mkN 同理，在 Ⅴ 級(jí)圍巖中，由縱斷面圖中得出在 DK723+277 處的 h 值， h=。由式 (37)， (38)和 (39)，得出 q= mkN e1= mkN e2= mkN 內(nèi)力計(jì)算 對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)建立模型，進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，是通過(guò)使用 Ansys 軟件完成。 Ansys 軟件簡(jiǎn)介 Ansys 軟件是一個(gè)集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元分析軟件 [4] ，該軟件很好地實(shí)現(xiàn)了前、后處理，分析求解及多種場(chǎng)耦合分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)功能。它是世界上第一個(gè)通過(guò) ISO9001 質(zhì)量認(rèn)證的分析設(shè)計(jì)類(lèi)軟件，被廣泛應(yīng)用于土木工程、機(jī)械制造、材料成形、石油化工、輕工、造 船、航空航天、電子等多個(gè)行業(yè)。 Ansys 軟件主要包括 3 個(gè)部分：前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊。其中，前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以多種圖形方式顯示出來(lái)，而且還可以將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。 內(nèi)力計(jì)算過(guò)程 通過(guò) Ansys 軟件對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算的全過(guò)程為：首先，依照截面尺寸，利用結(jié)構(gòu)荷載模式對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)建立模型；然后依據(jù)計(jì)算得出 的豎直和水平均布?jí)毫?duì)模型加載，并進(jìn)行計(jì)算；最后，查看計(jì)算結(jié)果，同時(shí)輸出內(nèi)力圖。 輸出結(jié)果和確定最危險(xiǎn)截面 計(jì)算輸出的結(jié)果主要是依靠圖形來(lái)表示的，也可以在內(nèi)力數(shù)據(jù)表中精確查到。對(duì)于Ⅱ級(jí)圍巖襯砌，在拉應(yīng)力和壓應(yīng)力圖中，較容易找到應(yīng)力最大的點(diǎn)，也就是最可能受到破壞的最危險(xiǎn)點(diǎn)。對(duì)于其他級(jí)別圍巖襯砌，找到一個(gè)彎矩和軸力都較大的截面，即為最危險(xiǎn)截面。 11 圖 31 Ⅳ級(jí)圍巖襯砌彎矩圖 ( ) 圖 32 Ⅳ級(jí)圍巖襯砌軸力圖 (N ) 確定拱頂處截面為最危險(xiǎn)截面， 10 N mM ? ? ?， 10 NN ??。 11345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576777879808128283848586878889 90 91 92 93949596979899100XYZ File: Drawing1 +07+07+07+07951374879517807660735804663947592090MAY 15 202118:11:35LINE STRESSSTEP=1SUB =1TIME=1NI NJMIN =+07ELEM=20MAX =592090ELEM=8811345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576777879808128283848586878889 90 91 92 93949596979899100XYZ File: Drawing1 1494721189708846757965274623040335426404594547125050MAY 15 202118:12:05LINE STRESSSTEP=1SUB =1TIME=1MI MJMIN =149472ELEM=40MAX =125050ELEM=57 12 圖 33 Ⅴ級(jí)圍巖 (淺埋 )襯砌彎矩圖 ( ) 圖 34 Ⅴ 級(jí)圍巖 (淺埋 )襯砌 軸力圖 (N ) 確定拱頂處截面為 最危險(xiǎn)截面， 10 N mM ? ? ?， 10 NN ?? 襯砌截面簡(jiǎn)算 11345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576777879808128283848586 8788 89 90 91 92 93 94 9596979899100XYZ File: 3 +07+07+07+07+07+07+07+07+07+07MAY 15 202118:46:49LINE STRESSSTEP=1SUB =1TIME=1NI NJMIN =+07ELEM=6MAX =+07ELEM=111345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576777879808128283848586 8788 89 90 91 92 93 94 9596979899100XYZ File: 3 3760782919932079081238223973744348128433212518296603380688MAY 15 202118:47:14LINE STRESSSTEP=1SUB =1TIME=1MI MJMIN =376078ELEM=41MAX =380688ELEM=24 13 截面檢算方法 (1)Ⅱ級(jí)圍巖襯砌力學(xué)計(jì)算輸出的結(jié)果為應(yīng)力值，截面檢算按下列公式進(jìn)行 1max w1??? (310) 3max w??? (311) 式中， 1max? ， 3max? —— 最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力； w1? —— 混凝土受拉容許應(yīng)力； w? —— 混凝土受壓容許應(yīng)力。 (2)其他圍巖襯砌截面檢算公式 0e M N? (312) 抗壓強(qiáng)度檢算公式為 aKN R bh??? (313) 抗裂強(qiáng)度檢算公式為 10 bhKN eh?? ? (314) 式中， 0e —— 檢算截面偏心距； K —— 安全系數(shù)； ?—— 構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)； ?—— 軸向力偏心系數(shù)； b—— 截面寬度； h—— 截面高度。 說(shuō)明：當(dāng) 0 ? 時(shí)，由抗壓強(qiáng)度控制承載能力，不必檢算抗裂；當(dāng) 0 ? 時(shí)，由抗拉強(qiáng)度控制承載能力，不必檢算抗壓。 截面檢算結(jié)果 表 37 混凝土 容許應(yīng)力和 極限強(qiáng)度 (MPa ) 混凝土等 級(jí) 受拉容許應(yīng)力 ( w1? ) 受壓容許應(yīng)力 ( w? ) 抗拉極限強(qiáng)度 ( 1R ) 抗壓極限強(qiáng)度 ( aR ) C30 C40 － (1)Ⅳ、Ⅴ圍巖襯砌截面檢算情況見(jiàn)表 39。其中安全系數(shù) K 取 ，構(gòu)件縱向彎曲系數(shù) ? 取 ，由于采用每延米襯砌作為一個(gè)分析單元，截面寬度 b 取 1m，截面高度 h 即為襯砌厚度。 14 表 38 襯砌截面強(qiáng)度檢算 圍巖 級(jí)別 M ( ) N (kN ) 0e (m) (m) 檢算 形式 KN ( 610? ) 10? ? ( 610? ) 是否需要配筋 Ⅳ 149 1040 抗裂 是 Ⅴ（淺埋） 381 1950 抗裂 是 襯砌截面配筋計(jì)算 截面配筋方法 依據(jù)以上表 39 的計(jì)算結(jié)果，在小寨隧道全長(zhǎng)范圍內(nèi)，只需對(duì)Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)圍巖襯砌配筋，配筋時(shí)兩側(cè)鋼筋對(duì)稱(chēng)布置