【文章內(nèi)容簡介】 新奧法原理，選用復(fù)合襯砌，初期支護(hù)采用錨噴支護(hù)，使圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)形成共同承載結(jié)構(gòu)，以合理利用圍巖承載能力。通過現(xiàn)場監(jiān)控量測確定二次襯砌的支護(hù)時機(jī)。 支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定本設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)按工程類比結(jié)合本隧道工程地質(zhì)條件擬定，再通過有限元方法對所擬定的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，以確定參數(shù)的安全性及可行性。襯砌支護(hù)參數(shù)總表 項(xiàng)目 襯砌類型 初 期 支 護(hù) 二次襯砌仰 拱（cm）噴射混凝土錨桿鋼筋網(wǎng)剛架混凝土規(guī)格厚度(cm)位置規(guī)格長度（m）間距（cm）規(guī)格厚度(cm)Ⅴ洞口加強(qiáng)段C2525拱墻、仰拱Φ25中空注漿錨桿8080梅花形布置@2020拱、墻拱墻C256060Ⅴ級圍巖段C2525拱墻、仰拱Φ25中空注漿錨桿8080梅花形布置@2020拱、墻拱墻、仰拱C254545IV級圍巖段C2022拱墻Φ25中空注漿錨桿3100100梅花形布置@2525拱、墻拱墻C253535Ⅲ級圍巖段C2010拱墻Φ25中空注漿錨桿100100梅花形布置@2525局部C2535史家山隧道全隧共設(shè)置襯砌結(jié)構(gòu)類型如下：A：錨桿長350厘米，間距80厘米，噴砼厚25厘米，模筑砼厚45厘米。適用于Ⅱ類圍巖。B:錨桿長350厘米，間距80厘米，噴砼厚25厘米，模筑砼厚60厘米。適用于Ⅱ類圍巖洞口加強(qiáng)段。C：錨桿長300厘米，間距100厘米，噴砼厚22厘米，模筑砼厚35厘米。適用于Ⅲ類圍巖。D：錨桿長250厘米，間距100厘米，噴砼厚10厘米，模筑砼厚35厘米。適用于Ⅳ類圍巖。 襯砌內(nèi)力及配筋計(jì)算1. 襯砌設(shè)計(jì)根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D702004）規(guī)定，由于巖土體介質(zhì)通常具有明顯的不確定特征，巖土工程問題分析中經(jīng)驗(yàn)常起主導(dǎo)作用，規(guī)范中規(guī)定Ⅰ~Ⅴ級圍巖中復(fù)合襯砌的初期支護(hù)主要按工程類比法設(shè)計(jì)，即參照已往工程實(shí)例確定支護(hù)參數(shù)。經(jīng)驗(yàn)表明，Ⅰ~Ⅲ級圍巖具有較強(qiáng)的自支撐能力，對其施作薄層噴射混凝土和少量錨桿后即可保持穩(wěn)定，因而不必計(jì)算；Ⅳ、Ⅴ級圍巖則在根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定支護(hù)參數(shù)后仍需進(jìn)行檢驗(yàn)計(jì)算。所以，Ⅳ、Ⅴ級圍巖段襯砌在選定支護(hù)參數(shù)后，需要進(jìn)行驗(yàn)算，并通過計(jì)算配筋。2. 支護(hù)參數(shù)根據(jù)規(guī)范規(guī)定，Ⅳ級圍巖初期支護(hù)選擇為22cm厚C25噴射混凝土，拱墻鋪設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)，間距25cm25cm，拱部、側(cè)墻均設(shè)置RD255型中空螺旋注漿錨桿（外徑25mm，壁厚5mm），L=，間距100cm100cm，拱、墻設(shè)置格柵鋼拱架，鋼拱架采用15cm高格柵鋼拱架，間距1m；，400g/m2無紡?fù)凉げ?；二次襯砌為35cm厚C25鋼筋混凝土；預(yù)留變形8cm。Ⅴ級圍巖段初期支護(hù)選擇為25cm厚C25噴射混凝土，拱、墻鋪設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)，間距20cm20cm，墻拱部、側(cè)墻均設(shè)置RD255型中空螺旋注漿錨桿（外徑25mm，壁厚5mm），L=，間距80cm80cm，拱、墻設(shè)置鋼拱架，鋼拱架采用I18工字鋼，；，400g/m2無紡?fù)凉げ?；二次襯砌為60cm厚C25鋼筋混凝土；預(yù)留變形10cm。3. 襯砌內(nèi)力計(jì)算(1) 設(shè)計(jì)基本資料本隧道設(shè)計(jì)單洞雙向兩車道隧道方案，隧道平面線型為直線，%的單面坡。隧道最大埋深約65m，最小埋深約12m。本計(jì)算書驗(yàn)算斷面類型為Ⅳ級圍巖復(fù)合式襯砌和V級圍巖復(fù)合式（加強(qiáng)）襯砌，～。 Ⅳ級圍巖段（加強(qiáng)）襯砌斷面圖（單位：cm） Ⅴ級圍巖段（加強(qiáng)）襯砌斷面圖（單位：cm）a. 巖體特性Ⅳ級圍巖：隧道埋深為深埋；埋深，計(jì)算摩擦角，巖體重度，圍巖的彈性反力系數(shù)?；讎鷰r彈性反力系數(shù)。Ⅴ級圍巖：隧道埋深為淺埋；埋深，計(jì)算摩擦角，巖體重度，圍巖的彈性反力系數(shù)?；讎鷰r彈性反力系數(shù)。采用C25鋼筋混凝土，重度，彈性模量。混凝土襯砌軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值?；炷翗O限抗壓強(qiáng)度，極限抗拉強(qiáng)度。,，，,隧道斷面加寬。(2) 結(jié)構(gòu)計(jì)算采用MIDAS/GTS有限元分析軟件對史家山隧道Ⅳ級圍巖復(fù)合式襯砌和Ⅴ級圍巖復(fù)合式襯砌進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，隧道計(jì)算模型采用荷載結(jié)構(gòu)法。邊界條件采用一定剛度的彈簧（只能受壓）模擬地層對結(jié)構(gòu)變形的約束作用。本隧道的地下水主要為第四紀(jì)松散孔隙水和基巖裂隙水。水量隨降雨變化，地下水位則隨季節(jié)變化。針對本隧道的水文地質(zhì)情況和巖性特點(diǎn)，分別采用相應(yīng)的防排水原則：主要采用“以排為主，防、排、截、堵相結(jié)合，綜合治理”的原則。地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)型式、受力條件、地下水情況等因素，對結(jié)構(gòu)整體可能出現(xiàn)的最不利組合進(jìn)行計(jì)算。本次計(jì)算主要考慮了結(jié)構(gòu)自重、地層壓力等永久荷載。1) 荷載計(jì)算① 結(jié)構(gòu)自重：為沿襯砌橫斷面分布的豎向荷載；② 豎向地層壓力：暗挖隧道按圍巖等級、覆蓋層厚度、開挖毛洞寬度判別隧道是淺埋或深埋，分別按淺埋或深埋計(jì)算豎向地層壓力。③ 水平地層壓力：暗挖隧道按圍巖等級、覆蓋層厚度、開挖毛洞寬度判別隧道是淺埋或深埋，分別按淺埋或深埋計(jì)算水平地層壓力。 ④ 側(cè)向地層抗力和地基反力：根據(jù)結(jié)構(gòu)型式及其在荷載作用下的變形、結(jié)構(gòu)的剛度、施工方法及加固措施合理確定。2) 計(jì)算模型采用主動荷載加地層彈性約束模型按平面桿系有限元法進(jìn)行計(jì)算。地層與結(jié)構(gòu)的共同作用采用地層彈簧模擬，~。3) 驗(yàn)算襯砌截面形式。(3) 計(jì)算參數(shù)隧道二次襯砌采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土標(biāo)號為C25，鋼筋為HRB335。根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》可以得到，彈性模量=；鋼筋混凝土材料重度=25。 深埋隧道荷載結(jié)構(gòu)計(jì)算模型 淺埋隧道荷載結(jié)構(gòu)計(jì)算模型驗(yàn)算襯砌截面形式 圍巖級別類型襯砌厚度配筋拱墻（mm）仰拱（mm）Ⅳ正洞（深埋）350350Φ20@250Ⅴ正洞（淺埋）600600Φ22@250根據(jù)計(jì)算可以得到作用在隧道結(jié)構(gòu)上的荷載。按照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D702004）(詳見附錄)考慮二襯承受圍巖壓力的比例如下：IV級圍巖40%，V級圍巖60%。永久荷載表 圍巖等級類型水壓力（MPa）圍巖壓力豎向荷載q1(KPa)側(cè)向荷載E1(KPa)側(cè)向荷載E2(KPa)Ⅳ正洞（深埋）—Ⅴ正洞（淺埋）—作用于二襯的永久荷載 圍巖等級類型水壓力（MPa）圍巖壓力豎向荷載q1(KPa)側(cè)向荷載E1(KPa)側(cè)向荷載E2(KPa)Ⅳ正洞（深埋）—Ⅴ正洞（淺埋）—(4) Ⅳ級圍巖復(fù)合式襯砌計(jì)算1) 襯砌內(nèi)力 彎矩圖（單位：KNm） 軸力圖（單位：KN） Ⅳ級圍巖復(fù)合式襯砌內(nèi)力值 構(gòu)件計(jì)算內(nèi)力彎距（kNm）軸力（kN）內(nèi)側(cè)外側(cè)拱頂拱腰墻腳仰拱2) 襯砌驗(yàn)算① 拱頂又，，可得 ()② 拱腰又，可得， ()③ 墻角偏心檢查各截面位置均滿足安全系數(shù)K2，偏心距均小于，不用驗(yàn)算裂縫寬度。Ⅳ級圍巖復(fù)合式襯砌設(shè)計(jì)滿足結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力和抗裂要求，設(shè)計(jì)方案是合理的。(5) Ⅴ級圍巖復(fù)合式襯砌計(jì)算1) 襯砌內(nèi)力 彎矩圖（單位：KNm） 軸力圖（單位：KN） Ⅴ級圍巖復(fù)合式襯砌內(nèi)力值 構(gòu)件計(jì)算內(nèi)力彎距（kNm）軸力（kN）內(nèi)側(cè)外側(cè)拱頂拱腰墻腳仰拱2) 襯砌驗(yàn)算① 拱頂又，，可得② 拱腰又，可得③ 墻角偏心檢查各截面位置均滿足安全系數(shù)K2，偏心距均小于，不用驗(yàn)算裂縫寬度。V級圍巖復(fù)合式襯砌設(shè)計(jì)滿足結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力和抗裂要求，設(shè)計(jì)方案是合理的。(6) Ⅲ級圍巖段襯砌設(shè)計(jì)根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D702004）規(guī)定，由于巖土體介質(zhì)通常具有明顯的不確定特征，巖土工程問題分析中經(jīng)驗(yàn)長起主導(dǎo)作用，規(guī)范中規(guī)定Ⅰ~Ⅴ級圍巖中復(fù)合襯砌的初期支護(hù)主要按工程類比法設(shè)計(jì)，即參照已往工程實(shí)例確定支護(hù)參數(shù)。經(jīng)驗(yàn)表明，Ⅰ~Ⅲ級圍巖具有較強(qiáng)的自支撐能力，對其施作薄層噴射混凝土和少量錨桿后即可保持穩(wěn)定，因而不必計(jì)算；Ⅳ、Ⅴ級圍巖則在根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定支護(hù)參數(shù)后仍需進(jìn)行檢驗(yàn)計(jì)算。所以，Ⅲ級圍巖段襯砌在選定支護(hù)參數(shù)后，只需要進(jìn)行構(gòu)造配筋即可。1) 支護(hù)參數(shù)根據(jù)規(guī)范規(guī)定，Ⅲ級圍巖段初期支護(hù)選擇為10cm厚C25噴射混凝土，拱、鋪設(shè)8鋼筋網(wǎng)，間距25cm25cm，局部設(shè)置錨桿；，400g/㎡無紡布；二次襯砌為35cm厚C25鋼筋混凝土。2) 配筋計(jì)算根據(jù)規(guī)范規(guī)定，%，所以Ⅲ級圍巖段：，選用514，間距250mm。 Ⅲ級圍巖配筋圖(單位：mm)4. 配筋計(jì)算(1) Ⅳ級圍巖配筋計(jì)算根據(jù)內(nèi)力圖可得：最大正彎矩為M=m，軸力為N=；最大負(fù)彎矩為 M=m，軸力為N=；1) 按結(jié)構(gòu)承受的最大正彎矩配筋計(jì)算 矩形截面的配筋計(jì)算：M=，N=b =1000mm，h =350mm；初始偏心距：。根據(jù)所取的計(jì)算模型，因?yàn)樗匀∑木卦龃笙禂?shù)。設(shè)， ()故可按大偏心受壓情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。由，得到受壓區(qū)高度而 ()顯然又 ()顯然有。取，故選擇每側(cè)鋼筋為520，即，間距250mm。2) 結(jié)構(gòu)承受最大負(fù)彎矩的配筋計(jì)算 混凝土C25，偏心受壓，HRB335鋼材M=m；N=。初始偏心距：。根據(jù)所取的計(jì)算模型，因?yàn)?所以取偏心矩增大系數(shù)。設(shè)，故可按大偏心受壓情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。由 ,得到受壓區(qū)高度：而由同樣有 。取，故選擇每側(cè)鋼筋為520，即，間距250mm。 Ⅳ級圍巖配筋圖(單位：mm)(2) Ⅴ級圍巖配筋計(jì)算根據(jù)內(nèi)力圖可得：最大正彎矩為M=m，軸力為N=；最大負(fù)彎矩為 M=m，軸力為N=；1) 按結(jié)構(gòu)承受的最大正彎矩配筋計(jì)算矩形截面的配筋計(jì)算：M=，N=；b=1000mm，h=600mm；初始偏心距：。根據(jù)所取的計(jì)算模型，因?yàn)?所以取偏心矩增大系數(shù)。設(shè)，故可按大偏心受壓情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。由，得到受壓區(qū)高度而 （）由式 （）顯然有。故可按構(gòu)造配筋，取，故選擇每側(cè)鋼筋為522，即，間距250mm。2) 結(jié)構(gòu)承受最大負(fù)彎矩的配筋計(jì)算混凝土C25，偏心受壓，HRB335鋼材M=m；N=。矩形截面的配筋計(jì)算：M=，N=；b=1000mm，h=600mm；初始偏心距：。根據(jù)所取的計(jì)算模型，因?yàn)?所以取偏心矩增大系數(shù)。設(shè)，故可按大偏心受壓情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。由，得到受壓區(qū)高度而由同樣有 。故可按構(gòu)造配筋，取，故選擇每側(cè)鋼筋為522，即，間距250mm。 Ⅴ級圍巖配筋圖(單位：mm) 支護(hù)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算(1) Ⅴ級圍巖復(fù)合式襯砌段地段該段主要為Ⅴ級圍巖淺埋段，水文地質(zhì)條件一般。該段屬淺埋段，其驗(yàn)算采用MIDAS/GTS有限元分析軟件程序1) 建模參數(shù)：圍巖：變形模量 E= GPa 泊松比μ=比重γ=19 kN/m3 摩擦角φ=25176。粘聚力C=100 kPa錨桿：長度L= 半徑R=25mm彈性模量E=210 GPa初期支護(hù)：C25混凝土：彈性模量E=23GPa 泊松比μ=比重γ=22 kN/m3二次襯砌：C25混凝土：彈性模量E= 泊松比μ=比重γ=23 kN/m3本隧道Ⅴ級圍巖地帶采用中壁墻法施工，施工組織設(shè)計(jì)圖見附圖SJ23。隧道左右方圍巖寬度和下方圍巖高度均取為開挖高度的23倍左右即30m安全。由于圍巖不穩(wěn)定，這類圍巖中隧道采用中墻壁法開挖。共分為12個施工步。： Ⅴ級圍巖網(wǎng)格劃分圖 (2) 錨桿軸力采用Φ25中空注漿錨桿，其彈性模量E=210GPa。錨桿斷面積A==，HRB335鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為280Mpa，=，所以錨桿具有足夠的安全度，整個系統(tǒng)錨桿受力分布合理。滿足設(shè)計(jì)要求。. 錨桿最終階段軸力圖（單位：kN）(3) 初噴混凝軸力和彎矩圖噴射混凝土采用C25混凝土，彈性模量E=23GPa，泊松比ν=。在MIDAS/GTS有限元分析軟件中是定義為梁單元來進(jìn)行計(jì)算的。 初噴混凝土軸力圖（單位：kN） kPa。 kPa。 初噴混凝土彎矩圖（單位：kNm）其中最小值為+m。最大值為 m。 隧道的施工量測1) 施工量側(cè)是新奧法的重要組成部分，量側(cè)的目的： a．掌握圍巖力學(xué)形態(tài)的變化和規(guī)律；b．掌握支護(hù)的工作狀態(tài)；c．作出工程預(yù)報(bào)