【正文】 土厚度； τs——噴射混凝土剪強(qiáng)度，取 τs=（σ c 為噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度） ； s——噴射混凝土的剪切角，α s=30176。；? b ——剪切區(qū)高度； ψ ——剪切滑移面的平均傾角，取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：（ 見圖 ）1lntao W?????0?45862?????其中， a 見圖 ，b 為剪切區(qū)高度。W 為加固帶厚度，取值為： ?? sin2=cosinta224co??? ?????? ??????????????????????????? ?tt aal（）其中， 為形成加固帶時(shí)錨桿的有效長度，t 為錨桿的橫向間距（見圖 ） 。l得： 30..?????scdmMPa取 60176。，則 ?=72，??bb 19 / 81??0 ..（ ） ????? ?????? ???????????????????????????????? ?????Wm將所有數(shù)據(jù)帶入式 ，得 ?????pMPa 鋼支撐提供的支護(hù)抗力 P2 值計(jì)算時(shí)可換算成相應(yīng)的噴射混凝土支護(hù)抗力，即 2=cosin???StFpb（）式中Fs——每米隧道鋼材的當(dāng)量面積，由于 I20a 工字鋼截面面積為 ，此隧道2cm 混凝土支護(hù)抗力示意圖 20 / 81每米的用鋼量換算成截面面積為 Fs=75 ；2cm——鋼材的抗剪強(qiáng)度，一般取 = ( 為鋼材的允許抗拉強(qiáng)度)，也可用 = 15?t ?t?t ?t；s ——鋼材剪切角，一般采用 =45176。?t ????t MPa代入式（）中，得 2???p a 錨桿提供的支護(hù)抗力 P3 值錨桿受力破壞又有兩種情況：1. 錨桿體本身的強(qiáng)度不足而被拉斷。這種情況下錨桿提供的平均徑向支護(hù)抗力 p3為： 39。3???Fpet（）式中： ——錨桿的斷面面積，由于選用的是 Φ22 的鋼筋，其截面面積為F； ——錨桿的抗拉強(qiáng)度；?錨桿的抗拉強(qiáng)度；et、則 639。????pMPa2. 錨桿粘結(jié)破壞，即砂漿錨桿與孔壁間粘結(jié)力不足而破壞。錨桿提供的平均支護(hù)抗力 為3p 3tSpe??（）式中 ——為錨桿抗拔力，即錨桿的錨固力。S =DLs?? 21 / 81 ——鉆孔直徑，在此設(shè)計(jì)中取 =100mm；DD——錨固段長度，為 4m；L——孔壁與注漿體之間的極限粘結(jié)強(qiáng)度，頁巖取 =；s? s?則 =???SMN則 則取錨桿提供的平均徑向支護(hù)抗力為 39。3=01??39。3 0cos?????.??? 圍巖本身提供的支護(hù)抗力 值4p剪切滑移體滑動(dòng)時(shí)，圍巖在滑面上的抗滑力，其水平方向的分力在剪切區(qū)高度上的抗滑力 為2b4p 39。 39。42cos2sinnSSpbb?????（） 式中 ——剪切滑移體長度，其值為39。S ??tan39。 ??????????????????rSe——分別為沿滑移面的剪切應(yīng)力和垂直于滑移面的正應(yīng)力，他們的摩n??、爾包絡(luò)線為直線時(shí)的假定求出（見圖）： 22 / 81 13n13cos2in??????（）由圖()可知 ??13costan2??????將 值代入上式，得n? ??1331sitancoc?（） 包絡(luò)線圖式中的 為圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)，徑向主應(yīng)力 值隨剪切滑移面上的位置而變c?、 3?化，難以確定，所以假定 等于各支護(hù)結(jié)構(gòu)所提供的徑向支護(hù)抗力之和，即3? （） 39。39。39。3123=p?式中 ——噴射混凝土層提供的徑向支護(hù)抗力39。1p 39。??????dpMPab——鋼支撐提供的徑向支護(hù)力39。2p 23 / 81??????tFpMPab ——錨桿提供的徑向支護(hù)抗力39。???paet則 39。39。39。3123=?.??MPa將 值代入（）式得3???1 1+sin25=.3+?????將 值代入（）式得13?、 =????????????a將 值代入（）式得13?、 4???????p將 代入式（）中123 、 、 p 1234=+p ???MPa 最小支護(hù)抗力值 min按重力平衡條件求解。塑性區(qū)的巖體，隨塑性徑向位移長而形成松散區(qū)。松散區(qū)的巖體由于重力作用而形松散壓力，為?？拥赖姆€(wěn)，用支護(hù)力與它平衡（如圖 54） 。當(dāng)處于受力極限平衡狀態(tài)時(shí)，所求得的支護(hù)抗力即為 。minp當(dāng)滑移體處于受力極平衡狀態(tài)時(shí) 24 / 81 開挖支護(hù)后坑道受力示意圖 min0i 10()()21ybabpGhrRrp?????????????????（()則： ??????????????????1)1(2min ????bayRpp()式中：——為圍巖的重度，此處為 5 級圍巖，取 。? 32/KNm??——為初始應(yīng)力，設(shè)處于均質(zhì)巖體中，則y? ???yhMP——?of??? 25 / 81???????則 (). ?? ?? ???? ???? ?? ??? ?? ?ppMPamin?即，設(shè)計(jì)支護(hù)滿足要求。 Ⅲ、Ⅳ圍巖初襯計(jì)算同理，可得出各級圍巖條件下初期支護(hù)，見下表 26 / 81 各級圍巖初期支護(hù)參數(shù)表圍巖級別噴混凝土 鋼筋網(wǎng)( )8?錨桿 2?鋼架設(shè)置部位/厚度（ cm）網(wǎng)格間距（cm ） （環(huán) 縱）?設(shè)置部位長度（m）間距（環(huán)縱） （m）?規(guī)格 每榀間距（ m）Ⅲ 拱墻/15 —拱部3 — —Ⅳ拱墻、仰拱/25@ 20?拱墻 .2?20a?工字鋼（拱墻）Ⅴ拱墻、仰拱/30@拱墻4 工字鋼（全環(huán)） 27 / 81第五章 二次襯砌計(jì)算 緒論二次襯砌是為了保證隧用中永久穩(wěn)全、美觀,同時(shí)也是作全儲(chǔ)備的一種工程措施。地質(zhì)條件良的圍巖依據(jù)奧法原理施工的隧道在初期支護(hù)后結(jié)構(gòu)就能基本穩(wěn)定，一般不需做二襯，但在不良特殊地質(zhì)段初期支護(hù)很難保證圍巖構(gòu)的長期穩(wěn)定，需模筑砼二次襯砌立即加強(qiáng)圍巖變形支撐。初期支也很封閉體內(nèi)水系而導(dǎo)致隧道內(nèi)仍有滲漏水，此時(shí)需要防排水系統(tǒng)結(jié)合二次襯砌來保隧道的不滲水不漏水。二次襯砌也承受軟弱圍巖的蠕變壓和膨脹性地壓。在出現(xiàn)較大自然的變化，如地震、山體出現(xiàn)了偏壓及過大的壓力水等等破壞力很強(qiáng)的自然災(zāi)害時(shí)，隧道初期支護(hù)不能完全保證圍巖的穩(wěn)定，這就需要二次襯砌以加強(qiáng)山體變化的支撐穩(wěn)定。設(shè)計(jì)要求：V 級圍巖段，質(zhì)條件較差，穩(wěn)定性很差，除了要設(shè)計(jì)噴、錨、鋼筋網(wǎng)初期支護(hù)，還計(jì)了鋼架支撐和仰拱，并且進(jìn)行二次混凝土噴砼，由此形成聯(lián)合支護(hù)以保證隧道的穩(wěn)定和安全。 計(jì)算條件二次襯砌的計(jì)算條件包括了的各部分尺寸，計(jì)算內(nèi)容，載算和配筋情況等，計(jì)算時(shí)把相關(guān)數(shù)據(jù)輸入軟，并選用合適的襯砌形式計(jì)算。襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)要考慮如下幾點(diǎn)：1. 本隧道的襯砌形式的可以選用馬蹄形的形式，即三心圓的曲墻式帶仰拱的形式；2. 荷載計(jì)算時(shí)，考慮了和圍巖壓力，以及水頭壓力；3. V級圍巖還要行配筋設(shè)計(jì)，力必須滿足要求；4. 荷載效應(yīng)組合采用長期效應(yīng)組合；5. 圍巖彈性力系數(shù)為00MN/m3。 隧道深淺埋類型的確定 hHp)~(?（）式中——淺埋隧道分深度（m） ；pH—— 荷載等效高度，即塌落拱的高度：h 28 / 81??)5(?????BihS()—— 圍巖級別；S—— 隧道寬度，本隧道取 ；—— 每增減 1m 時(shí)圍巖壓力的增減率，當(dāng) 時(shí)，取 ，當(dāng)i mB5??i 時(shí)，取 。m5?.0?i Ⅴ級圍巖圍二次襯砌計(jì)算設(shè)計(jì)要求：V級圍巖段，隧道地質(zhì)條件較差，穩(wěn)定性很差，除了要設(shè)計(jì)噴、錨、鋼筋網(wǎng)初期支護(hù)，還設(shè)計(jì)了鋼架支和仰拱，并且進(jìn)行二次混凝土噴，由此形聯(lián)合支護(hù)以保證隧道的穩(wěn)定和安。 圍巖壓力的確定：淺埋隧道分界深度： ??.()??????h m(~.)3867~pH確定隧道在Ⅴ級圍巖淺埋段，且取最大處計(jì)算圍巖壓力，則以 為例計(jì)240?DK算圍巖壓力，并計(jì)算二次襯砌支護(hù)及配筋。此處隧道埋深為 。?He2e12 圍巖壓力分布圖 29 / 81)tan1(???BHq??淺 ()iihe()? ???????tan)tan(tan1t ccc????()??tant)1(tat2ccc()式中——Ⅴ級圍巖取 ；?319kN/m??——Ⅴ級圍巖取 176。， ；c?45c?2?——頂板土柱兩側(cè)摩擦角， ；????——內(nèi)外側(cè)任意點(diǎn)地面的距離（m） ；ih——側(cè)壓力系數(shù)；?——產(chǎn)生最大推力時(shí)的破裂角。?2(tan451)tantant .?????????..(ta.)?? ???? ???? ??.(02tn17.) ????q ??ekPa? 30 / 81 Ⅴ級圍巖二襯理正驗(yàn)算本設(shè)計(jì)利用理正巖土 版軟件算隧道二次襯砌。表 襯砌基本參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù) 指標(biāo)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 水工砼規(guī)范SL/T19196承載能力極限狀態(tài)γ 0 正常使用極限狀態(tài)γ 0 設(shè)計(jì)狀況系數(shù) 襯砌斷面類型 馬蹄形每段計(jì)算的分段數(shù) 10計(jì)算迭代次數(shù) 10抗力驗(yàn)證要求 高 計(jì)算簡圖 31 / 81 Ⅴ級圍巖二襯計(jì)算條件表 襯砌參數(shù)襯砌參數(shù) 數(shù)據(jù)底拱半徑(m)底拱半中心角 (度)底拱厚度(m)側(cè)拱半徑 (m)側(cè)拱角度 (度)側(cè)拱厚度 (m) 頂半中心角 (度) 頂拱拱頂厚度 (m) 底拱圍巖抗系數(shù) (MN/m3)側(cè)拱圍巖彈系數(shù)： (MN/m3) 頂拱圍巖彈抗系數(shù)： (MN/m3)襯砌的彈性模量： (MPa)表 荷載參數(shù)荷載參數(shù) 數(shù)據(jù)底部山巖壓力(側(cè)) (kN/m)底部山巖壓力(中) (kN/m)側(cè)向山壓力( 上) (kN/m) 側(cè)向山巖壓力(下) (kN/m)頂部山壓力( 側(cè)) (kN/m)頂部山壓力( 中) (kN/m)內(nèi)水壓力水頭 (m)外水壓力水頭 (m)頂拱漿壓力 (kPa)頂拱灌漿壓力作用范圍角 (度)其它段灌漿壓力 (kPa) 32 / 81襯砌容重 (kN/m3)表 荷載組合參數(shù)編號 荷載名稱 是否計(jì)算 分項(xiàng)系數(shù) 1 襯自重 √ 2 頂壓力 √ 3 底巖壓力 √ 4 側(cè)巖壓力 √ 5 內(nèi)水力 √ 6 外水壓力 √ 7 頂部灌漿壓力 √ 8 其余灌漿壓力 √ 表 配筋參數(shù)配筋參數(shù) 參數(shù)對配筋 是混土級 C25縱筋等級 Ⅱ級 (fy=310kPa,fyk=335kPa)箍筋計(jì)算 不計(jì)算 Ⅴ級圍巖二襯內(nèi)力配筋結(jié)果通過 理正軟件的精確計(jì)算，抗剪強(qiáng)及截面尺寸抗剪強(qiáng)度滿足求。具體結(jié)如表～。 33 / 81 襯砌內(nèi)外側(cè)縱筋配置圖 Ⅴ級圍巖二襯內(nèi)力配筋計(jì)算表 底拱內(nèi)力配筋計(jì)算0 ( %) 滿足1 ( %) 滿足2 ( %) 滿足3 01 ( %) 滿足4 05 ( %) 滿足5 12 ( %) 滿足6 770. 0( %) 滿足7 35 ( %) 滿足8 51 ( %) 滿足9 ( 0. 20%) 滿足10 ( %) 滿足通過軟件計(jì)算，把底拱、側(cè)拱、頂拱下至上10等，并且經(jīng)3次計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表所示各點(diǎn)設(shè)定抗條和法向位一致，抗剪度及截面尺寸剪強(qiáng)度均滿足。表 側(cè)拱內(nèi)力配筋計(jì)算0 ( %) 滿足1 ( %) 滿足2 ( %) 滿足3 ( %) 滿足4 ( %) 滿足5 ( %) 滿足6 ( %) 滿足分分段軸向力N(kN)剪力Q(kN)彎矩M()切向位移U(mm)