光坑山隧道设计毕业设计.doc

第一章 隧道工程概况1.1 工程简介 本隧道位于建阳市将口镇将口村至将口芹口村，设计长度为左洞1167米，为中长隧道，左洞桩号ZK23+046ZK24+213，最大埋深148米，其中桩号ZK23+046ZK23+561为A1标段。右洞桩号YK23+026YK24+217，最大埋深140米，其中YK23+026YK23+570为A1标段。进出口采用端墙式门洞，隧道单幅宽度10.25米，隧道段基石为变粒岩、石英片岩。1.2 工程地质、水文、气象1.2.1 地形地貌本隧道场址区洞身段属剥蚀丘陵地貌，进、出口处属山间冲洪积洼地与剥蚀丘陵交汇处，进、出口两侧分布有窄长冲洪积洼地，总体地形起伏大，进洞口自然山坡度约15度30度，出洞口自然山坡坡度约20度35度，自然山坡较稳定，洞身最高点海波348.1米，沟堑较发育。洞身段地表植被发育；进口处植被较稀疏，主要为园林，种植桂花等；出口处植被发育较稀疏，主要为农田，种植水稻，局部农田荒废。1.2.2 地质构造隧道洞身段表层为少量的坡积层（Qdi），下伏基岩为上元古界麻源群变粒岩 （PT3MY),局部地段见有少量混合花岗岩，进洞口路面标高位于冲洪积层内，下伏基岩为上元古界麻源群变粒岩（PT3MY),出洞口路面标高高于冲洪积层，出洞口段表层为少量的坡积层（QDI),下伏基岩为上元古界麻源群变粒岩（PT3MY),岩层产状较不稳定。 1.2.3水文地质本隧道属于崇阳溪水系，场区附近地表发育一般，进口两侧沟谷各发育1条小溪沟，勘察期间水面宽度约0.2米，深约0.10.2米，流量约530吨/天，主要接受地下水或雨季雨水的补给，常年性流水水源，旱季时水量较少，隧址区未发现明显的泉点，民井分布。 风化带孔隙裂隙水：赋存于第四系残坡积层底部及基岩风化带，为潜水，富水性不均、富水性弱。主要接受大气降水及地下水侧向补给，受季节影响变化大。向下游地下水排泄基岩裂隙水：福存于隧道区内的基岩裂隙中，富水性、导水性较差，且不均匀，主要接受大气降水及地下水侧向补给，向下游地下水排泄。隧道左洞涌水量取1000m/d，右洞涌水量取950m/d；双洞涌水量按系数0.8进行折减，双洞涌水量取1560m/d。1.2 隧道围岩级别及支护光坑山隧道围岩类别为级，围岩结构类型、围岩长度、开挖方式及复合衬砌支护参数详见下表1.1、1.2。表1.1 光坑山隧道左线隧道分段开挖方法表序号里程（桩号）长度(米)围岩级别开挖方法支护形式1ZK23+046-ZK23+11569双侧壁导坑ZDK-1型复合式2ZK23+115-ZK23+13520双侧壁导坑Z5-1(b)型复合式3ZK23+135-ZK23+311176上下台阶开挖法Z4(b)型复合式4ZK23+311-ZK23+32110上下台阶开挖法Z4j型复合式5ZK23+321-ZK23+495174上下台阶开挖法Z4(b)型复合式6ZK23+495-ZK23+56166上下台阶开挖法 Z3（b)型复合式表1.1 光坑山隧道右线隧道分段开挖方法表序号里程（桩号）长度(米)围岩级别开挖方法支护形式7YK23+026-YK23+07650双侧壁导坑ZDK-1型复合式8YK23+076-YK23+10529双侧壁导坑Z5-1型复合式9YK23+105-YK23+11510双侧壁导坑Z5-1(b)型复合式10YK23+115-YK23+15540双侧壁导坑Z5(b)型复合式11YK23+155-YK23+320165上下台阶开挖法Z4-(b)型复合式12YK23+320-YK23+33010上下台阶开挖法Z4j型复合式13YK23+330-YK23+535205上下台阶开挖法Z4-(b)型复合式14YK23+535-YK23+57035上下台阶开挖法Z3(b)型复合式1.3 结论(1)场地整体较稳定，适宜隧道建设。(2)场区地表水、地下水水质较稳定，对混凝土结构不构成碳酸盐侵蚀性，且无结晶类、分解类腐蚀性。1.4设计标准及依据1.4.1主要设计标准隧道按规定的交通量设计，采用分离式单向行驶两车道隧道，本隧道按照设计时速 80km/h 的标准进行设计，根据公路工程技术标准JTG B012003 和公路隧道设计规范JTG D702004 的规定，隧道的具体建筑限界和内轮廓主要指标为：（1）公路等级：高速公路；（2）设计荷载：公路-级。（3）隧道建筑限界：建筑限界净宽：0.75+0.5+23.75+0.75+0.75=10.25m建筑限界净高：5.0m （4）洞内计算行车速度：80km/h； （5）隧道照明计算行车速度：80公里/小时。 （6）隧道路面横坡：单向坡。1.4.1设计依据（1） 福建303省道新岭-将口段光坑山隧道（左线）勘察地质资料；（2） 公路隧道设计规范（JTG D70-2004）；（3） 设计荷载等级，建筑限界尺寸和公路等级；（4） 公路隧道施工技术规范（JTG F60-2009）；（5） 公路隧道施工技术细节（JTG/T F60-2009)；（6） 锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB 50086-2011）；（7） 混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）；（8）公路隧道交通工程设计规范（JTG/T D712004）； （9）公路建设项目环境影响评价规范（JTG B032006）；（10）公路项目安全性评价指南（JTG/T B052004）；（11）公路环境保护设计规范（JTJ B042010）；（12）地下工程防水技术规范（GB501082008）；第二章 隧道总体设计2.1 一般规定隧道工程是修建在地壳表层的建筑物，其设计应该要满足公路交通规划的要求，其建筑限界，断面净空，隧道主体结构以及通风、照明等设施，应按公路隧道设计规范进行设计。结合上述工程概况综合分析，通过查阅公路隧道设计规范等书籍对光坑山隧道的建筑限界净高净宽、断面净空大小、隧道主体结构择用以及通风、照明等设施选用以及规定的在一定时间的交通量进行确定。2.2 设计原则 (1)车道数量和建筑限界净高、净宽、各部位尺寸都必须严格依据公路等级级别和设计行驶车速来确定。选用经济合理的断面内轮廓之前确认符合满足隧道功能和结构。 (2)在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查的基础上，综合比选隧道各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置等，提出推荐方按。 (3) 地质条件很差时，特长隧道的位置应控制路线走向，以避开不良地质地段；长隧道的位置亦应尽可能避开不良地质地段，并与路线走向综合考虑；中、短隧道可服从路线走向。(4)隧道内外平、纵线形应协调，以满足行车的安全、舒适要求。(5)根据隧道长度、交通量及其构成、交通方向以及环保要求等，选择合理的通风方式，确定通风、照明、交通监控等机电设施的设置规模。必要时特长隧道应作防灾专项设计。(6)应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和营运要求，对隧道内外防排水系统、消防给水系统、辅助通道、弃渣处理、管理设施、交通工程设施、环境保护等作综合考虑。(7)当隧道与相邻建筑物互有影响时，应在设计与施工中采取必要的措施。2.3 隧道的线形设计本隧道位置根据隧址区地形、地质条件、环境、造价、功能等因素综合确定，在综合考虑线形指标及工 程造价的前提下，通过实地勘察，充分研究了隧道所处地域的地形地质情况，主要考虑隧道进出口地形条件、隧址区工程地质条件、营运管理设施场地等因素拟定本隧道方案。光坑山隧道为分离式中隧道，左洞桩号ZK23+046ZK24+213，最大埋深148米，其中桩号ZK23+046ZK23+561为A1标段。右洞桩号YK23+026YK24+217，最大埋深140米，其中YK23+026YK23+570为A1标段。2.4 隧道建筑限界确定2.4.1隧道横断面设计原则 三级公路和四级公路高度须取4.5m，高速公路及一、二级公路限界高度须取5m如若设计施工中设置检修道和人行道，方便施工则不设余宽；如果施工设计中不设置检修道或人行道的时候，那就必须凭照规定中的要求设定大于25cm的余宽宽度。当隧道通车形式是单个方向交通的情况下，应按要求选取单面坡，当隧道通车形式是双向交通的时候，需要取双面坡度，坡度凭据隧道的总共长度，纵、平路线情况的主要因素做主要评析确定，通常可选用1.5%2.0%。在建筑限界底边中心线水平设立于路面线形最高点时，隧道即择用的坡度为双面人字坡。单方向车道四级公路的隧道道路须设定双车道四级公路。内轮廓选用在满足隧道限界的规定的基础上，还须要符合路面及底部排水设施、洞内路面平整、装饰整洁及实用的规定，并应提供足够的空间给通风、照明、消防等设施设备的安装；同时因为围岩与支护之间应预留变形量，而施工方式方法对预留并行支护也有影响，因此预留变形量也应列入综合评析对象，使择用的断面形式（马蹄形）及各部位长度尺寸符合安全经济、合理的准则。高速公路隧道的建筑限界发挥着重要作用，需保障汽车驾驶的防灾，快捷、安全、舒适等，还要要提供汽车驾驶的空间范围，因此慎重考虑公路设备设施之间所处的空间距离关系与规范设计中须要充足调究各个种类车道的形式，以保障建筑限界功能。所有的部位包括涵括通风设备、照明设施、安全方面、监控设计以及内装饰附属建设设施等等都不允许入侵隧道建筑限界的空间范围影响驾车。光坑山隧道建筑限界取值如下表2.1和下图2.1。表2.1 建筑限界设置 （单位：m）车道宽度W侧向宽度检修道J顶角宽度左侧右侧左侧右侧左侧右侧2x3.750.500.750.750.750.500.75表2.1 公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度 单位（m）公路等级设计速度/（km/h）车道宽度W侧向宽度检修道隧道建筑限界净宽左侧右侧左侧右侧设检修道设人行道不设检修道、人行道高速公 路一 级公 路1203.7520.751.250.750.7511.001003.7520.501.000.750.7510.50803.7520.500.750.750.7510.25603.7520.500.750.750.759.75图2.1 隧道建筑限界（单位：cm）2.4.2 隧道内轮廓断面的确定查阅公路隧道设计规范,可知，隧道的内轮廓拱部为三心圆，隧道的拱部和侧墙联接圆为半径R1=555cm的半圆，仰拱与段侧墙段之间圆弧段的联接取圆R2=100cm，仰拱圆弧段取圆R3=1500cm。两车道的80km/h内轮廓图如下图2.2。图2.2 两车道80km/h内轮廓图 单位（cm）（带仰拱）2.5 小结隧道总体设计是隧道开展施工的重要部分，是由隧道所处的区域地质、水文地质条件、隧道工程概况等条件进行设计的。主要包括隧道的选址、洞口位置的选择、隧道平纵断面的设计。为下面章节隧道衬砌内力的计算、通风设计、照明、施工方法、防排水设计等提供重要依据。第三章 隧道洞门设计3.1 洞门设计要求 公路隧道设计规范关于洞口的一般规定：1、洞口位置应根据地形、地质前提；同时综合各方面情况包括：对环境将会造成的影响、洞外工程复杂程度及施工条件允许状况、正常营运时要求等，在环保、经济、技术允许的基础上比拟选定。2、“早进晚出洞”是隧道爆破掘进掌子面应遵照的原理，以充分发挥围岩自承能力。3、洞口边坡，仰坡顶部处及其易受水影响的周围坡体，须凭据实际情况布设排水沟以及截水沟，且和路基排水、洞内排水系统形成一个整体来综合布设，其目的为了防止渗水及积水的静水压力对洞门强度产生破坏。4、洞门设计应与自然环境相协调。3.2 洞门设计方案3.2.1 洞门形式选择洞门设计以“早进洞，晚出洞”为原则，最大限度地降低洞口边仰坡的开挖高度，以保证山体的稳定， 同时减小对洞口自然景观的破坏。洞门型式主要考虑使用功能和地形的协调美观，并尽可能节省投资，充分考虑该隧道洞口地形、地貌等因素。光炕山洞口地质条件一般，采用分离端墙式洞门洞门与洞口的地形、地貌应结合 良好，并与洞口地形、地貌协调一致。3.3洞口设计与计算3.3.1 计算参数表3.1 洞门端墙设计参数仰坡坡率计算摩擦角容重基底摩擦系数基底控制压应力(MPa)1：0.570250.600.801：0.7560240.500.601：150200.400.400.351：1.254345180.400.300.251：1.53840170.350.400.25（1）墙面坡度设置为10:1 , 即=6（2）仰坡坡度10.75 , 即仰坡坡角=53（3）地层重度=24kN/m3 （4）地层计算摩擦角F=60（5）基底摩擦系数f=0.50（6）基底控制应力=0.7MPa。表3.2 洞门墙主要验算规定墙身截面荷载效应值Sd结构抗力效应值Rd（按极限状态算）墙身截面荷效应值Sd结构抗力效应值Rd (按极限状态计算)墙身截面偏心距0.3倍截面厚度滑动稳定安全系数Kc1.3基底应力地基容许承载力倾覆稳定安全系数K01.6基底偏心距岩石地基B/5B/4；土质地基B/6-3.3.2洞门建筑材料的选用和相关参数1、端墙的材料择用浆砌片石，片石的强度等级为MU100，水泥砂浆的强度等级为M7.5。2、容许压应力，重度。3、洞门结构: C20砼，C25钢筋砼 洞门钢筋：HPB235钢筋，HRB335钢筋3.3.3洞门尺寸拟定根据公路隧道设计规范（JTGD702004），结合洞门所处地段的工程地质条件，拟定洞门端墙高度：H=1+7.1+1.8+2.0+0.6=12.5m，其中基底埋入地基的深度为1.0m，洞门墙顶高出仰坡2m，洞水沟的沟底至衬砌的拱顶外缘的高度是1.8m，衬砌厚度为0.6m, 端墙顶端厚度为0.5m,水沟深度为0.5m。山体仰坡坡脚至洞门墙背水平尺寸是1.8m，墙体厚度是2.0m，墙面坡度设置为10:1。3.4 洞门验算3.4.1 洞门土压力计算凭照公路隧道设计规范中洞门计算土压力的规定及要求，洞门土压力计算见图3.1。图3.1 洞门土压力计算示意图土体最危险滑裂面与土体垂直面之间的角度计算公式如下： (3.1)式中： 围岩计算摩擦角 ；洞门地面坡角；洞门墙面倾角。代入数值可得： 根据公路隧道设计规范（JTGD702004），土压力为： (3.2) (3.3) (3.5)式中： 土压力(KN)；地层重度kN/m3；这里=24kN/m3侧压力系数；墙背土体破裂角；洞门墙计算条带宽度(m)，取b=1m；土压力计算模式不确定系数，可取=0.6。把数据代入各式，得： 由三角函数关系可得：式中：-墙背摩擦角 取=3.4.2 抗倾覆验算挡土端墙计算示意简图如下图3.2所示，验算挡土墙在水平荷载作用力和竖直荷载抗力共同作用下不会发生倾覆的情况，所以应满足下式： (3.6)式中： 倾覆稳定系数，1.6；所有垂直力的力矩；所有水平力的力矩。图3.2 洞门土抗倾覆计算示意图由图可知：墙身重量G：G=12.52.0122=550kNEx对墙趾的力臂：对墙趾的力臂： G对墙趾的力臂： （满足要求）3.4.3 抗滑动验算对于水平基础底面，应按下列公式来验算滑动稳定性： （3.7）式中： 滑动稳定系数；作用于基底上的垂直力之和；墙后主动土压力之和，取；基底摩擦系数，取f=0.5。 （满足要求)3.4.4 基底偏心距与基底应力验算假设作用于基底的法向合力为，其中对墙趾的力臂为C，则合力偏心距为e： 结果： （满足要求）3.5.5 墙身截面偏心距与墙身应力验算1、墙身偏心矩 （3.8）式中： 计算截面上各作用力对截面形心计算力矩的之和；作用于截面以上垂直力之和。 则： （满足要求）2、 应力 （3.9） （满足要求）第4章 隧道洞身初期支护设计4.1 初期支护设计要求4.1.1 初期支护设计一般规定1、隧道应作衬砌抵抗围岩压力，凭照隧道围岩等级、地形地貌地质坏境、施工条件按和使用规定这些条件，光坑山隧道择取的为复合式衬砌；而复合式衬砌适用于下列的高速公路隧道、一、二级公路隧道。2、隧道衬砌支护形式须综合评析以下的情况，如断面形状、地质条件情况、支护结构的选择、施工条件情况允许，并应充分发挥围岩的自稳自承能力。同时衬砌设计和施工及众多因素等方面需要保障足够的强度和稳定性，保障隧道做为永久性长期安全使用。3、衬砌结构类型选择和尺寸设置，应凭照下列情况（使用要求高低、围岩级别高低、工程地质和水文地质条件好坏、隧道埋深深浅、结构受力大小特点），且合并以下情况，如工程施工条件、坏境条件，通过工程经验和结构设计的计算综合评定确立。4.1.2 初期支护设计原则1、衬砌断面宜采用曲边墙拱形断面。2、隧道围岩较差地段（如、级围岩）应布设仰拱。路面与仰拱之间需要采用混凝土、碎石、片石充填。3、隧道洞口段应设加强衬砌。隧道围岩加强段的长度应根据（围岩级别、地形、地质、环境条件）综合评定确立，依照工程类比可知两车道隧道须大于10m，三车道应需大于15m。4、围岩较差段的衬砌应向围岩较好段延伸5m至10m。5、偏压衬砌段应向一般衬砌段延伸，一般不小于10m。6、如若人行或车行通道限界净宽大于3m时，为保障隧道衬砌支护稳定稳固，须在交叉段布设一节加强段衬砌，且通道加强段的衬砌须延长一段为3m的长度；而隧道行车主洞延伸一段大于5.0m的长度。 4.2 隧道深浅埋确定隧道高度H=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量；隧道宽度B=内轮廓宽+衬砌厚+预留变形量;各级围岩段的隧道开挖高度和宽度：故，级围岩：H=860+50+26+12=1024cm=10.24m； B=1110+50+12+26=1286cm=12.86m；级围岩：H=860+40+8+20=968cm=9.68m； B=1110+40+8+20=1246m=12.46m级围岩：H=860+35+5+15=950cm=9.50m； B=1110+35+5+15=1220m=12.20m判定隧道深埋隧道或者浅埋隧道，首先根据围岩级别不同的性质参数不同，查阅规范公式计算等效荷载压力；并遵照分界高度，并综合围岩压力计算的结果判断。在级围岩条件下:式中：-分界深度；-荷载等效高度， =q/ 。已知在级围岩下,围岩容重为，则围岩的坍塌高度为： (4.1) 式中：围岩的级别；围岩的重度；隧道的宽度；每增减1m时的围岩压力的增减速率，当m时取。m荷载等效高度： 故分界深度： 又因为级围岩埋置深度为80m332m，所以级围岩隧道为深埋。 在级、级围岩条件下:式中：-深浅埋隧道的分界深度；-荷载等效高度， =q/ 。已知在、级围岩下，围岩容重分别为、，则围岩的坍塌高度为：式中：围岩的级别； 围岩的重度； 隧道的宽度； 每增减时的围岩压力的增减率，当m时取。当围岩为级时，有： 荷载等效高度：故分界深度：当围岩为级时，有：荷载等效高度：故分界深度：因为级围岩埋置深度为63m420m =15.7m，所以级围岩隧道为深埋。因为级围岩埋置深度为0253m，所以埋深小于32.15m时为浅埋，大于32.15m时为深埋。4.3 围岩压力计算4.3.1 级围岩计算当时，为达到容易的计算的目的，设立围岩中破裂面是一条与水平成角的斜直线（图4.1）。岩石或土体下沉，带动旁边土体沉降，整个土体岩石沉降时，又要受到稳固岩石的阻力；分析计算的时候将粘聚力代入公式，且斜直线设定为假定破裂滑移面，同时采用计算摩擦角计算；旁边另一滑面并非破裂面，所以，滑面阻抗力要小于破裂面的阻抗力，如果其滑面的摩擦角为，那就值应小于，凭照规定，对于V级围岩。图4.1 浅埋隧道围岩压力计算示意图查阅公路隧道设计规范资料中V级围岩指标值可得如下参数：重度，弹性抗力系数变形模量泊松比计算摩擦角内摩擦角粘聚力。有下公式： (4.2) 侧压力系数为： (4.3)作用在支护结构上的竖直均布荷载如下: (4.4) KN/m2所以作用在支护结构两侧的水平压力为： (4.5) 侧压力视为均布压力时： (4.6) 当隧道为深埋时： 竖直压力为： KN/m2 水平压力为： KN/m2 4.3.2 级围岩计算查阅公路隧道设计规范资料中IV级围岩指标值可得如下参数：重度， 竖直压力为： KN/m2 水平压力为： KN/m2 4.3.3 级围岩计算查阅公路隧道设计规范资料中级围岩指标值可得如下参数：重度，竖直压力为： KN/m2 水平压力为： KN/m24.4 支护形式的选择及参数的确定支护形式选择须合理，根据隧道各方面要求，如围岩地质条件、施工条件，按照公路隧道设计规范中的规定，并采用信息化指导施工新奥法原理设计，该隧道采用复合式衬砌，即是防水板位于喷锚支护和素混凝土或钢筋混凝土之间的情况，且初期支护的各类别参数情况,初步取设计参数如表4.1。表4.1 表隧道初期支护的设计参数项 目单位围 岩 级 别VIVIII喷射混凝土C20混凝土cm252010径向锚杆直 径mm252220长 度cm350300250锚杆布置cm60120100120120120钢筋网直 径mm钢筋布置cm202020202525钢拱架类型-I20bI14-4.5 初期支护计算采用剪切滑移破坏法计算，如下图4.2.图4.2 剪切滑移破坏法示意图因为隧道支护由锚杆、钢支撑、喷射混凝土联合支护，假定它们的总支护抗力与围岩自稳能力各部分相加，即： (4.7)式中：所提供的总支护抗力；喷射混凝土提供的支护抗力；型钢拱架提供的支护抗力；锚杆提供的支护抗力；围岩自稳能力。计算所得的值应不小于大于围岩稳定所须最小支护抗力值，即。4.5.1 喷射混凝土提供的支护抗力P1值 (4.8)式中：喷射混凝土厚度； 喷射得混凝土抗剪强度值，取（取混凝土的抗压强度）； 喷射混凝土的剪切角，； 剪切区高度； 剪切滑移面的平均倾角，取经验数据： (4.9) (4.10)其中，W为加固带厚度，取值为： (4.11)式中：加固带时锚杆的有效长度，t锚杆的横向间距；不同围岩的有效长度参数有所区别，包括长度选取和喷射混凝土厚度等，则对于级围岩，为形成加固带时锚杆的有效长度，t为锚杆的横向间距；预留变形量12cm，初衬厚度26cm，二衬厚度50cm， 隧道的开挖半径a=5.55+0.12+0.26+0.50=6.43m。 同理对于级围岩，形成加固带时锚杆的有效长度，t为锚杆的横向间距；预留变形量8cm，初衬厚度20cm，二衬厚度40cm， 隧道的开挖半径a=5.55+0.08+0.20+0.40=6.23m。同理对于级围岩，形成加固带时锚杆的有效长度，t为锚杆的横向间距； 预留变形量5cm，初衬厚度20cm，二衬厚度40cm， 隧道的开挖半径a=5.55+0.05+0.15+0.35=6.10m。 4.5.2 钢支撑提供的支护抗力P2值计算时可换算成相应的喷射混凝土支护抗力，即 (4.12)式中：Fs每米隧道钢材的当量面积；I20b型钢，取79cm2；钢材的抗剪强度，一般取= (为钢材的允许抗拉强度)，也可用= 15；钢材剪切角，一般采用=45。得KN/m2 对于级围岩：对于级围岩：4.5.3 锚杆提供的支护抗力P3值锚杆受力破坏又有两种情况：（1）锚杆强度不足被拉断，这种情况下锚杆提供的平均径向支护抗力P3为： (4.13)式中：锚杆的断面面积； 锚杆的抗拉强度；。 锚杆纵向及横向间距； 对于级围岩有： 对于级围岩有：对于级围岩有 （2）锚杆粘结破坏，即砂浆锚杆与孔壁间粘结力不足而破坏。锚杆提供的平均支护抗力P为： (4.14) (4.15)式中：为锚杆抗拔力，即锚杆的锚固力。 钻孔直径，在此设计中取； 锚固段长度； 孔壁与注浆体之间的极限粘结强度,； 则对于级围岩有： 则对于级围岩有： KN 则对于级围岩有： 两者取较小值，则对于级围岩有： 则对于级围岩有：则对于级围岩有：4.5.4 围岩本身提供的支护抗力P4值剪切滑移体滑移时，该水平方向的分力在剪切区高度上产生的抗滑力为： (4.16)式中：剪切滑移体长度，其值为 ； (4.17) 、分别为沿滑移面的剪切应力和垂直于滑移面的正应力。则对于级围岩：剪切滑移曲面半径：它们按摩尔包络线为直线时的假定求出： (4.18)由下图可知： (4.19)将值代入上式（4.19）得： (4.20)式中的c、F为围岩物理力学指标，V级围岩中c=0.1Mpa，F=25，径向主应力s3值随剪切滑移面上的位置而变化，难以确定，所以假定s3等于各支护结构所提供的径向支护抗力之和，即 式中：P1为喷射混凝土层提供的径向支护抗力，MPa；P2为钢支撑提供的径向支护力， MPa；P3为锚杆提供的径向支护抗力，MPa。 图 4.3 强度包络线图则： 1、3代入（4.18）式得： =1.26MPa同理可得，级围岩中： =1.98MPa级围岩中： 综上，级围岩中：级围岩中： 级围岩中： 4.4.5 最小支护抗力值Pmin在重力平衡条件下求解。塑性区范围内的岩体，随着塑性竖向位移增加而形成一定范围的松散区。松散区的岩体由于重力作用而形成松散压力，为保持坑道的稳定，用支护力与它平衡。当处于受力极限平衡状态时，所求得的支护抗力即为。当滑移体处于受力极限平衡状态时：卡斯特纳公式： (4.21) (4.22)则 (4.23)图4.4 隧道支护后受力示意图式中：为围岩的重度，此处级围岩，取，级围岩，取，级围岩，取； 为初始应力，设处于均质岩体中，则取 塑性系数， 岩石单轴抗压强度 则对于级围岩： 设计支护满足要求。对于级围岩： 设计支护满足要求。则对于级围岩： 设计支护满足要求。第五章 二次衬砌计算隧道二次衬砌采用理正岩土软件计算结果如下：5.1 级围岩衬砌内力计算二次衬砌分担荷载比例为60%。5.1.1 计算简图图5.1 计算简图5.1.2计算参数表5.1 基本参数项目数据承载能力极限状态01.0规范标准砼规范GB50010-2002衬砌断面类型马蹄形每段计算的分段数10计算迭代次数10抗力验证要求高表5.2 衬砌参数参数数据参数数据底拱半径15.000(m)顶拱半中心角89.900(度)底拱半中心角18.070(m)顶拱拱顶厚度0.500(m)底拱厚度0.500(m)底拱围岩弹抗系数200.000(MN/m3)侧拱半径8.050(m)侧拱围岩弹抗系数200.000(MN/m3)侧拱角度17.390(m)顶拱围岩弹抗系数200.000(MN/m3)侧拱厚度0.500(m)衬砌的弹性模量28000.000(MPa)表5.3 荷载参数参数数据底部山岩压力(侧)0.000(kN/m)底部山岩压力(中)0.000(kN/m)侧向山岩压力(上)63.670(kN/m)侧向山岩压力(下)84.280(kN/m)顶部山岩压力(侧)291.9.000(kN/m)顶部山岩压力(中)291.9.000(kN/m)内水压力水头0.000(m)外水压力水头0.000(m)外水压力折减系数()0.100顶拱灌浆压力20.000(kPa)顶拱灌浆压力作用范围角60.000(度)其它段灌浆压力0.000(kPa)衬砌容重24.000(kN/m3)表5.4 荷载组合参数编号荷载名称是否计算分项系数1衬砌自重1.002顶岩压力1.003底岩压力1.004侧岩压力1.005内水压力1.006外水压力1.007顶部灌浆压力1.008其余灌浆压力1.00表5.5 配筋参数参数数据参数数据对称配筋是配筋计算as65(mm)混凝土等级C25配筋调整系数1.00纵筋等级HRB335(fy=300kPa，fyk=335kPa)裂缝计算计算拉结筋计算计算最大裂缝宽度允许值0.40(mm)拉结筋等级HPB235(fy=210kPa，fyk=235kPa)单侧拟采用纵筋直径22拉结筋间距100(mm)砼保护层厚度50(mm)5.1.3 内力配筋计算纵筋面积和配筋率结果中，如果出现红色数字，则表示配筋率大于2.5%经过4次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致! 表5.6 底拱内力配筋计算（从中心向左等分10段）分段轴向力N(kN)剪力Q(kN)弯矩M(kN.m)切向位移U(mm)法向位移V(mm)转角W(度)围岩抗力(kPa)单侧纵筋As(mm2)箍筋面积Av(mm2)抗剪验算0-1669.3820.00095.7340.0000.2020.0000.01000.0156.3满足1-1668.008-41.112105.575-0.0630.2380.0090.01000.0156.3满足2-1663.985-76.001133.658-0.1290.3550.0200.11000.0156.3满足3-1657.317-97.286175.360-0.1990.5730.0340.11000.0156.3满足4-1649.539-95.459222.092-0.2780.9230.0530.21000.0156.3满足5-1640.643-58.330260.146-0.3701.4410.0760.21000.0156.3满足6-1632.31428.834269.417-0.4822.1530.1000.41000.0156.3满足7-1626.421182.136222.436-0.6193.0630.1240.51000.0156.3满足8-1625.334416.36584.284-0.7874.1370.1390.71000.0156.3满足9-1631.817740.446-185.793-0.9905.2600.1350.91000.0156.3满足10-1648.7451150519-630.071-1.2286.2210.0991.13289.0664.6满足 表5.7侧拱内力配筋计算（从下向上等分10段）分段轴向力N(kN)剪力Q(kN)弯矩M(kN.m)切向位移U(mm)法向位移V(mm)转角W(度)围岩抗力(kPa)单侧纵筋As(mm2)箍筋面积Av(mm2)抗剪验算0-1893.615-670.481-630.071-5.8702.6090.0990.43109.9266.1满足1-1865.922-602.270-473.793-5.8952.7960.0730.51720.2156.3满足2-1841.093-522.460-336.297-6.0132.8810.0530.51000.0156.3满足3-1819.285-439.771-218.717-6.1332.8930.0400.51000.0156.3满足4-1800.551-356.842-121.413-6.2522.8570.0320.51000.0156.3满足5-1784.879-275.339-44.214-6.3692.7920.0280.51000.0156.3满足6-1772.214-196.42413.368-6.4842.7140.0270.51000.0156.3满足7-1762.478-120.31852.0036.5962.6350.0290.41000.0156.3满足8-1755.583-47.07172.397-6.7052.2630.0320.41000.0156.3满足9-1751.44523.58975.217-6.8132.5030.0360.41000.0156.3满足10-1749.98992.03461.050-6.9182.4540.0390.43289.0156.3满足 表5.8 顶拱内力配筋计算（从拱脚向拱顶等分10段）分段轴向力N(kN)剪力Q(kN)弯矩M(kN.m)切向位移U(mm)法向位移V(mm)转角W(度)围岩抗力(kPa)单侧纵筋As(mm2)箍筋面积Av(mm2)抗剪验算0-1750.147-88.98061.050-6.9232.4420.0930.41000.0156.3满足1-1748.106166.549-44.182-7.3621.8890.0410.31000.0156.3满足2-1727.401171.923-182.921-7.7041.1740.0240.21000.0156.3满足3-1678.58476.936-289.419-7.9020.032-0.0140.01000.0156.3满足4-1593.596-58.360-293.490-7.870-1.719-0.0600.01000