【正文】 ，即Ⅳ、Ⅲ級圍巖壓力計算 同Ⅴ級圍巖計算原理相同，根據(jù)以上的理論分析和規(guī)范規(guī)定的設計要求，Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅱ加寬段四圍巖段錨噴支護設計與計算的結果列表如下：： 圍巖參數(shù)設計取值：圍巖級別sⅣⅢ初始應力p (Mpa) 22粘聚力c （Mpa） 內(nèi)摩擦角 δ (o) 3646變形模量E (Mpa) +03+04泊松比 μ圍巖重度γ (KN/m3) 2224隧道寬度mB=2r1+2d+2e (m)隧道高度mHt=H1+r1+d+e (m)外輪半徑ro=B/2 (m) 內(nèi)輪廓半徑 ri=ro襯砌厚度 (m)襯砌厚度d （m） m) ite element method。(477)3）噴層厚度t： (478)式中：~。 (475)2）作為噴層的強度校核，要求噴層內(nèi)壁切向應力小于噴層混凝土抗壓強度，按壁厚筒理論有： (476) 式中： 噴層混凝土抗壓強度設計值； 噴層混凝土內(nèi)壁半徑。（4）噴層的設計與計算1）噴層除作為結構起到承重作用外，還要求向圍巖提供足夠的反力，以維持圍巖的穩(wěn)定性，為了驗證圍巖的穩(wěn)定，需要計算最小抗力以及圍巖的穩(wěn)定性安全系數(shù)，松動區(qū)內(nèi)滑體重力G為： (472)由式（450）得： (473)代入數(shù)據(jù)，進行試算得： (474)要求的值應在2~。 3）錨桿間距應滿足下列要求： (469)代入設計數(shù)據(jù),得:= ，(滿足要求)； (470)= ，(滿足要求)。2）按本法計算，錨桿有一個最佳長度，這一長度時將使噴層受力最小。（3）錨桿的設計與計算1）為了錨桿充分發(fā)揮作用，應使錨桿應力盡量接近錨桿的抗拉強度，并有一定的長度。）254變形模量E (Mpa)+035泊松比 μ5圍巖重度 γ (KN/m3)187隧道寬度 B=2r1+2d+2e (m)8隧道高度 Ht=H1+r1+d+e (m)9外輪廓半徑 ro=B/2 (m)10內(nèi)輪廓半徑ri=ro襯砌厚度 (m)11襯砌厚度 d (m)序號設計參數(shù)內(nèi)容取值1錨桿的設計長度 (m) 2錨桿內(nèi)端半徑 rc (m)3錨桿間距設計 exi (mxm)4錨桿間距設計 e或i (m)5錨桿直徑 φ (m)6單根錨桿橫截面面積As (mm2)7彈性模量 Ea (Mpa)+058抗拉強度 σp (Mpa)2689抗剪強度 τa (Mpa )33510安全系數(shù) K序號參數(shù)設計內(nèi)容取值（續(xù)上表）1泊松比 μc2彈性模量 Ec （Mpa） +043抗壓強度設計值 Rh （Mpa） 4無錨桿時圍巖位移m uo （m）5說明：Ⅴ級圍巖 ua0= ⅠⅣ級圍巖 ua0=6有錨桿時圍巖位移m ua0 （m）（2）計算：主要是通過用Rao分別表示,然后通過試算Rao，從而再反代入求得。要求：t噴層的設計厚度。（2）作為噴層的強度校核，要求噴層內(nèi)壁切向應力小于噴層混凝土抗壓強度，按厚壁筒理論有： (451)式中：； 噴層混凝土抗壓強度設計值； 噴層混凝土內(nèi)壁半徑。松動區(qū)內(nèi)滑體重力G為： (448)式中：b單位寬度，常取b=。為防止錨桿和圍巖一起坍落，錨桿的長度必須大于松動區(qū)的厚度，而且有一定的安全度，即要求：； (445)（3）錨桿間距e、i應滿足下列要求：； (446) ； (447)此條件能保持錨桿有一定的實際加固區(qū)厚度，并防止錨桿間距的圍巖發(fā)生塌落，此外的合理選擇還應使噴層具有適當?shù)暮穸?，這樣才能充分發(fā)揮噴層作用。計算時需要通過試算求出，并按照下式求出洞壁位移： (443) （1）為了錨桿充分發(fā)揮作用，應使錨桿應力盡量接近錨桿的抗拉強度，并有一定的系數(shù),即： (444)錨桿的抗拉安全系數(shù)應在1～。由Q即能算出pa，即： (441) 式中：e、i分別為錨桿的橫向和縱向間距。以及塑性條件式（422）可得： =p(1sin) (428)由式（427）和式（428）可得: (429)此外，由式（425）并考慮錨桿內(nèi)端的分布力，則： (430)按式（429）與式（430）得有錨桿的塑性區(qū)半徑為： (431)當錨桿內(nèi)端位于塑性區(qū)之內(nèi)時，并且在松動區(qū)之外時，有錨桿時的最大松動區(qū)半徑為； (432) 當錨桿內(nèi)端位于松動區(qū)時，則有： (433)有錨桿時的洞壁位移 (434) (435) (436)對于點錨式錨桿，可按錨桿與圍巖共同變形理論獲得錨桿軸力：Q= (437) (438) (439) 式中:錨桿外端位移；錨桿內(nèi)端位移；錨桿的彈性模量；單根錨桿的截面積；錨固前洞壁位移值。 將式（424）代入（423）式中，得： (425)令錨桿內(nèi)端點的徑向應力為σc，并位于塑性區(qū)內(nèi)，則彈塑性界面上有： (426)式中：——有錨桿時塑性區(qū)半徑。 圖 平衡方程及塑性方程為： (421) (422) 式中：加錨后圍巖的c值； 加錨后圍巖的值。結合工程實際情況，綜合考慮了地質(zhì)情況，長沙地鐵3號線初期支護選擇的是錨噴支護，錨噴支護能很好的起到支撐作用，而且能改善圍巖的自穩(wěn)能力，是工程施工中經(jīng)常用到的一種支護方法。復合式支護結構式根據(jù)支護結構原理要先柔后剛的思想，通常初期支護一般采用錨噴支護，讓圍巖釋放掉大部分變形和應力，然后在施加二次襯砌，一般采用現(xiàn)澆混凝土支護或高強鋼架，承受余下的圍巖變形和地壓，以維持圍巖的穩(wěn)定。國內(nèi)廣泛應用的錨噴支護類型有如下6種：a、錨桿支護；b 、噴射混凝土支護；c、錨桿噴射混凝土支護；d、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護；e、錨桿鋼支撐噴射混凝土支護；f、錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護和最終支護一般都是承載結構。（2）柔性支護結構柔性支護結構是根據(jù)現(xiàn)代支護原理而提出來的，它既能及時地進行支護，限制圍巖過大變形而出現(xiàn)松動，又允許圍巖出現(xiàn)一定的變形，同時還能根據(jù)圍巖的變化情況及時調(diào)整參數(shù)，所以，它是適應現(xiàn)代支護原理的支護形式，錨噴支護是一種主要的柔性支護類型，其他如預制的薄型混凝土支護、硬塑性材料支護及鋼支撐等亦均屬于柔性支護。泵灌混凝土支護因取消了回填層，故能和圍巖大面積牢固接觸，是當前比較通用的一種支護形式。貼壁式結構圍巖沒有直接接觸的保護和承載結構，一般容易出現(xiàn)事故。剛性支護只有很少的柔性而且?guī)缀蹩偸峭耆ёo，這類支護通常采用現(xiàn)澆混凝土，有的采用石砌塊或混凝土砌塊。按支護作用機理，目前采用的支護大致可以歸納以下3類。這兩個要求密切相關聯(lián)的。此外，支護結構必須能夠提供一個能滿足使用要求的工作環(huán)境，保持隧道內(nèi)部的干燥和清潔。而對于作用在支護結構上的變形壓力、松動壓力及穩(wěn)定塊體的荷載等都應當采用不同的計算方法。5）現(xiàn)代支護結構原理要求按巖體的不同地質(zhì)和力學特征選用不同的支護方式、力學模型、相應的計算方法以及不同的施工方法。4）現(xiàn)代監(jiān)控量測和監(jiān)控設計是現(xiàn)代支護結構原理中的一項重要內(nèi)容。采用柔性薄型支護、分次支護或封閉支護以及深入到圍巖內(nèi)部進行加固的錨桿支護，都具有充分發(fā)揮圍巖材料承載力的效用。因此，現(xiàn)代支護結構原理一方面要求采用快速支護，緊跟作業(yè)面支護，甚至根據(jù)圍巖的穩(wěn)定情況采取預先支護等手段限制圍巖進入松動狀態(tài)；另一方面卻要求采用分次支護、柔性支護、調(diào)節(jié)仰拱施作時間等手段允許圍巖進入一定程度的塑性，以充分發(fā)揮圍巖的自承能力。2）充分發(fā)揮圍巖自承能力是現(xiàn)代支護結構原理的一個基本觀點，并由此降低圍巖壓力以改善支護的受力性能?，F(xiàn)代支護結構的原理包含的主要內(nèi)容有以下幾個方面：1）現(xiàn)代支護結構原理是建立在圍巖與支護共同作用的基礎上，即把圍巖與支護看成是由兩種材料組成的復合體，且把圍巖通過巖體支撐環(huán)作用成為結構體系的重要部分。由于設計隧道為單線隧道，計算屬相均布（壓力）作用時應采用以下公式： (419)式中 ——豎向圍巖壓力 ——圍巖重度 ——計算圍巖高度當為單線鐵路隧道時 （420）式中 S——圍巖級別的等級根據(jù)以上公式，計算各級圍巖壓力：①對于III級圍巖，②對于IV級圍巖，③對于V級圍巖，因此豎向均布（壓力）作用①對于III級圍巖，②對于IV級圍巖，③對于V級圍巖，水平均布（壓力）作用①對于III級圍巖，①對于IV級圍巖，②對于V級圍巖，將所得結果整理，如下表所示圍巖級別IIIIVV豎向均布壓力水平均布壓力 錨噴支護的計算與設計隨著巖石力學的發(fā)展和錨噴支護的應用，逐漸形成了以巖石力學理論為基礎的，支護與圍巖共同作用的現(xiàn)代支護結構原理，應用這一原理就能充分發(fā)揮圍巖的自承力，從而能獲得極大地經(jīng)濟效果。 (415) 作用在支護結構兩側的水平側壓力為。至此，極限最大阻力T值可求得。作用于HG面上的垂直壓力總值Q淺為： =W=W (46) 淺埋隧道圍巖壓力的計算三棱體自重為： (47)式中：h隧道底部到地面的距離(m)；破裂面與水平面的夾角。側向壓力e按均布荷載考慮：e=γ(H+) (45)式中：e為均布側向壓力(kNm2)； 圍巖的計算摩擦角(kN)； Ht隧道高度(m)。水平均布壓力的計算：按照《鐵路隧道施工規(guī)范》（TB 102042002）確定。垂直均布壓力的計算：q= (43)式中：S——圍巖級別； γ——圍巖的重度；ω——寬度影響系數(shù)，=1+i(B5)； B——隧道寬度；i——以B=5m為基準，B每