關(guān)于某公路隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要開(kāi)通公路隧道對(duì)于提高國(guó)家運(yùn)輸效益、經(jīng)濟(jì)效益有著不可或缺的作用，修建隧道可以縮短運(yùn)行距離、提高運(yùn)輸能力，還可以減少一些交通事故的的發(fā)生。定隧道的建筑限界、輪廓大小以及相關(guān)的計(jì)算參數(shù)。求進(jìn)行詳細(xì)的類比和計(jì)算，確定了采用翼墻式洞門，并進(jìn)行了洞門穩(wěn)定性的驗(yàn)算。工程類比法進(jìn)行了不同的參數(shù)設(shè)置帶入數(shù)據(jù)模型中進(jìn)行相關(guān)計(jì)算和驗(yàn)算，在通過(guò)ANSYS數(shù)據(jù)模擬分析。情況確定相關(guān)的量測(cè)項(xiàng)目以及量測(cè)方案及注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞：齊梁洞公路隧道；ANSYS數(shù)值模擬；初期支護(hù)目錄294412.工程概況 7267843.隧道總體設(shè)計(jì) 9229533.1隧道選址 9218363.2隧道洞口選擇 9268463.3橫斷面設(shè)計(jì) 106843.3.1建筑限界 10163554.隧道洞門設(shè)計(jì) 1240374.1洞口段地質(zhì)評(píng)價(jià) 12213084.2洞門設(shè)計(jì) 13211084.2.1洞門類型選擇 1338804.2.2洞門設(shè)計(jì) 1393194.2.3土壓力計(jì)算 14213174.3洞門驗(yàn)算 16186364.3.1抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 16143434.3.2抗滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算 17144204.3.3基底合力偏心距計(jì)算 18217954.3.4基地壓力 18201004.3.5墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算 19143725.隧道支護(hù)襯砌設(shè)計(jì) 20272475.1總體設(shè)計(jì)原則 20298815.2初期支護(hù)驗(yàn)算 22261835.3圍巖壓力及襯砌計(jì)算 28175475.3襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算 2868015.3.1計(jì)算參數(shù) 2896685.3.2深淺埋判定 28282275.3.3隧道襯砌安全系數(shù)確定 30319855.4襯砌內(nèi)力計(jì)算 31258785.4.1斷面1：Ⅴ級(jí)圍巖淺埋 31189565.4.2斷面2：Ⅴ級(jí)圍巖深埋 37299915.4.3斷面3Ⅳ級(jí)圍巖深埋 4339245.5配筋計(jì)算 48245406.1一般規(guī)定 70183236.2超前注漿小導(dǎo)管 70255826.2.1超前注漿小導(dǎo)管施工原理 70313056.2.2性能特點(diǎn)及使用條件 717987.1隧道測(cè)量的一般要求 7567487.1.1監(jiān)控測(cè)量的必測(cè)項(xiàng)目 75161607.1.2監(jiān)控測(cè)量項(xiàng)目以及測(cè)量方法 75210737.1.3監(jiān)控測(cè)量間隔時(shí)間 7744707.1.4齊梁洞隧道必測(cè)項(xiàng)目 78128807.2Ⅳ級(jí)圍巖區(qū)段監(jiān)控測(cè)量設(shè)計(jì) 7970607.3Ⅴ級(jí)圍巖區(qū)段監(jiān)控設(shè)計(jì) 7921127.4施工安全性判定及信息反饋 80258568.1.1施工平面布置 82209668.1.2施工安排表 82326338.2施工方案及方法 831.1選題目的及意義隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)已成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的必然需求。公路交通作為基礎(chǔ)交通建設(shè)的重要組成部分，在過(guò)去的普遍做法是盤山繞行或切坡深挖，而這對(duì)公路安全以及汽車損耗都有較大的影響。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來(lái)的交通需求，公路隧道占比越來(lái)越多。在中國(guó)西南地區(qū)建立交通網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，將不可避免地遇到河流和山脈障礙。具有高風(fēng)險(xiǎn)，高破壞可能性和不適感的公路隧道目前是最實(shí)用和有效的解決方案之一。隧道建設(shè)是一個(gè)非常復(fù)雜的項(xiàng)目，由于項(xiàng)目建設(shè)的不確定性，存在很多風(fēng)險(xiǎn)。例如，支撐不當(dāng)和開(kāi)挖方法不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致隧道倒塌，這可能是對(duì)建筑工人生命安全和生命財(cái)產(chǎn)的重大威脅。同時(shí)，諸如水進(jìn)入天然氣區(qū)域等不良因素給中國(guó)的公路隧道建設(shè)帶來(lái)了許多潛在的安全隱患。例如，由于及時(shí)應(yīng)用和不正確的開(kāi)挖方法，隧道可能會(huì)倒塌，這對(duì)施工人員的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成極大威脅。同時(shí)，從氣漏滲水等不利因素在我國(guó)公路隧道建設(shè)中造成了許多隱患。所以在本次公路隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中極大的參考了新規(guī)范，新標(biāo)準(zhǔn)，新要求中關(guān)于設(shè)計(jì)時(shí)涉及的巖體、地下水、消防等的新技術(shù)和新思路。因此選擇了齊梁洞公路隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀響因素，是多種因素的綜合作用，需要多因素的綜合分析。1.3公路隧道支護(hù)方法發(fā)展現(xiàn)狀支護(hù)方式：噴射混凝土、錨桿支護(hù)、鋼支撐、注漿導(dǎo)管超前支護(hù)、管棚超前支護(hù)原理：混凝土粘接裂隙，保持巖體咬合提高粘結(jié)力和摩檫力；錨桿約束土體變形，向圍巖施加壓力，阻止剛度惡化；利用結(jié)構(gòu)自身剛度，約束圍巖變形；通過(guò)對(duì)導(dǎo)管內(nèi)注漿和砂漿錨桿注漿，漿液將進(jìn)入巖土體的裂隙中；采用大直徑鋼管布置在開(kāi)挖的外輪廓線,形成縱向鋼梁的作用。效果：噴射混凝土使圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，混凝土能抵抗巖體的坍塌；錨桿約束土體變形，向圍巖施加壓力，阻止剛度惡化 通過(guò)系統(tǒng)錨桿形成加固圈，共同承受外部荷載，增強(qiáng)了巖土體穩(wěn)定性；鋼支撐能確保巖土體的穩(wěn)定性；注漿導(dǎo)管超前支護(hù)可以填補(bǔ)巖石裂隙，提高力學(xué)指標(biāo)，增強(qiáng)防水性；管棚超前支護(hù)能有效的減小由于巖土體自重產(chǎn)生的側(cè)向壓力，穩(wěn)定前方地層。1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)路徑1.4.1設(shè)計(jì)內(nèi)容1.隧道的初步設(shè)計(jì):依據(jù)現(xiàn)有資料以及相關(guān)規(guī)范，將該隧道的圍巖分為Ⅳ、Ⅴ兩個(gè)等級(jí)；依據(jù)隧道工地地形、工程、水文地質(zhì)條件等確定洞口位置和類型；根據(jù)綜合因素進(jìn)行隧道建筑物邊界的斷面設(shè)計(jì)。2.隧道洞門設(shè)計(jì)、強(qiáng)度及穩(wěn)定性的驗(yàn)算：選擇合適的洞門形狀，進(jìn)行各種強(qiáng)度及穩(wěn)定性的驗(yàn)算，并保證驗(yàn)證結(jié)果符合相應(yīng)規(guī)格。3.隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)力計(jì)算以及配筋。4.隧道輔助工程設(shè)計(jì)：輔助支護(hù)采用超前管棚、超前小導(dǎo)管；隧道施工組織設(shè)計(jì)。1.4.2設(shè)計(jì)路線根據(jù)地質(zhì)資料以及相關(guān)規(guī)范，確定總體設(shè)計(jì)以及最終的施工組織設(shè)計(jì)，具體流程如圖1.1所示。圖1.1路徑設(shè)計(jì)圖

2.工程概況K32+240-K32+505，全長(zhǎng)265m,屬短隧道。隧道進(jìn)口地形標(biāo)高為370.59m，出口地形標(biāo)高為373.88m，設(shè)計(jì)標(biāo)高為361.55～363.37m呈縱坡0.7%上坡；行車道寬度為雙向6m，隧道總寬度為2*(6+0.75)=13.5m；高度7m。隧道最大埋深約為59.80m，平均埋深36.80m。該隧道位于低山丘陵區(qū)，地形起伏較大，相對(duì)高差達(dá)62.87。2.1地形地貌隧道區(qū)屬于構(gòu)造侵蝕溶蝕丘陵地貌，隧道穿越一個(gè)丘陵體，所穿越丘陵體地面標(biāo)高在360-432m之間，相對(duì)高差72m。通行地段地形標(biāo)高359.46-422.33m，進(jìn)口自然斜坡坡度45-35°，坡比1∶0.7～1.0；出口處自然斜坡坡度40-30°，1∶0.6～0.85。2.2地質(zhì)構(gòu)造主要構(gòu)造形跡有褶皺、斷裂，隧道區(qū)發(fā)育有一條次級(jí)斷裂構(gòu)造，編號(hào)分別為F1，在鉆孔ZK5揭露，在隧道K32+340附近處通過(guò)，其走向290°左右,傾向185°傾角85°，整體為張性斷層,斷裂帶附近方解石脈發(fā)育，巖石擠壓強(qiáng)烈，破碎帶寬2～4.1m。斷裂構(gòu)造為非活性斷層，斷距不詳，斷層對(duì)隧道影響較大。其中還有節(jié)理裂隙對(duì)巖體的完整性有一定影響。2.3地層巖性根據(jù)地表調(diào)查及鉆孔揭露，隧道范圍內(nèi)的地層有第四系（Q4）與寒武系中統(tǒng)敖溪組的（?2a）泥質(zhì)云巖夾頁(yè)巖2.4地震根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306-2001，該區(qū)地震動(dòng)峰值加速度小于0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，即地震基本烈度小于Ⅵ度。2.5不良地質(zhì)本隧道范圍內(nèi)不良地質(zhì)主要有土體滑塌、破碎帶滑塌和偏壓。1、土體滑塌：出口段邊坡較陡，臨空較高，因局部垮塌附近居民房邊建有防護(hù)木柵欄。土體現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，但施工時(shí)易產(chǎn)生土體局部滑塌，對(duì)隧道出口穩(wěn)定性有一定的影響，應(yīng)采取措施加強(qiáng)防護(hù)，結(jié)合洞門進(jìn)行支護(hù)。2、破碎帶：本隧道中部及出口部位均發(fā)育有斷裂構(gòu)造，巖體破碎，該斷裂破碎帶對(duì)隧道的施工影響較大，應(yīng)注意在施工中作好超前預(yù)報(bào)工作。3、傍山偏壓：本隧道傍丘陵側(cè)緣通行，K32+460-K32+505段左側(cè)山體局部厚度在15-30m之間，存在偏壓現(xiàn)象，對(duì)本隧道的危害主要表現(xiàn)為可能產(chǎn)生墜落、掉塊，應(yīng)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)并及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。4、順層：本隧道區(qū)的巖層整體為單斜巖層，整體傾向北西，產(chǎn)狀280°傾角20°，隧道開(kāi)挖存在誘發(fā)順層滑塌的條件，在施工中應(yīng)加以注意。5、崩塌：本隧道區(qū)內(nèi)易崩塌巖土主要為泥質(zhì)云巖中夾的頁(yè)巖，為較軟巖，暴露易風(fēng)化，遇水易軟化、崩解，隧道開(kāi)挖存在誘發(fā)墜落、掉塊的條件，在施工中應(yīng)加以注意。2.6水文地質(zhì)條件隧址區(qū)地表水不發(fā)育，但也需在隧道出口處做好止水工作；隧道區(qū)水文地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，隧道內(nèi)存在斷裂構(gòu)造，在斷裂構(gòu)造的影響下局部地段存在突水的可能。隧道附近有一水井，隧道勘察時(shí)，水井水變渾，并出現(xiàn)少量灰白色沉淀物，說(shuō)明隧道部位有巖溶裂隙與此聯(lián)通。隧道開(kāi)挖施工時(shí)應(yīng)注意，以免對(duì)水井造成破壞。2.7圍巖分級(jí)⑴進(jìn)口段K32+240-K32+280，長(zhǎng)度40m，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)。該段一般埋深小于30m，屬淺埋段。進(jìn)洞表面土層為含碎石粉質(zhì)粘土，下伏中風(fēng)化泥質(zhì)云巖夾頁(yè)巖，及局部夾灰?guī)r透鏡體，巖質(zhì)較硬-較軟，裂隙較發(fā)育，巖體較完整-較破碎，地下水為碎屑巖基巖裂隙水，水量較貧乏。該部位的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自含碎石粉質(zhì)粘土及塊石滑塌使洞口變形及局部節(jié)理交匯部位的掉塊、墜落，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)、襯砌。⑵洞身段K32+335-K32+345，長(zhǎng)度10m，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)該段一般埋深為44.95-53.34m，圍巖多為中風(fēng)化泥質(zhì)云巖夾頁(yè)巖，及局部夾灰?guī)r透鏡體，整體為較軟-較硬質(zhì)巖，受斷層構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎-破碎，巖層產(chǎn)狀較平緩，層間結(jié)合一般，圍巖穩(wěn)定性較差。部分段落存在傍山偏壓，地下水為貧乏的碎屑巖基巖裂隙水。該部位的風(fēng)險(xiǎn)主要有局部產(chǎn)生股狀淋水-突水的可能，及局部節(jié)理交匯部位的掉塊、墜落，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)、襯砌。（3）洞身段K32+280-K32+335、K32+345-K32+440段，長(zhǎng)度150m，圍巖類別為Ⅳ級(jí)。該段一般埋深為41.7-59.8m，圍巖多為中風(fēng)化泥質(zhì)云巖夾頁(yè)巖，及局部夾灰?guī)r透鏡體，整體為較軟-較硬質(zhì)巖，節(jié)理裂隙多為不發(fā)育，局部較發(fā)育，巖體完整-較完整，巖層產(chǎn)狀較平緩，層間結(jié)合一般，圍巖穩(wěn)定性一般。部分段落存在傍山偏壓，地下水為貧乏的碎屑巖基巖裂隙水。施工時(shí)拱部無(wú)支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生小墜落-坍塌，側(cè)壁基本穩(wěn)定，爆破震動(dòng)過(guò)大易坍，應(yīng)及時(shí)支護(hù)。⑷出口段K32+440-K32+505段，長(zhǎng)度65m，圍巖類別為Ⅴ級(jí)。上覆第四系殘坡積層，為碎石土，厚度1.0-1.4m，發(fā)育有易滑土層，有產(chǎn)生局部滑塌的可能。無(wú)支護(hù)時(shí)拱部易產(chǎn)生掉塊，洞口應(yīng)及時(shí)、加強(qiáng)支護(hù)、襯砌3.隧道總體設(shè)計(jì)3.1隧道選址本設(shè)計(jì)課題為G209國(guó)道吉首至鳳凰公路改建工程齊梁洞隧道，按一級(jí)公路時(shí)速80Km/h單洞雙車道公路隧道設(shè)計(jì)。隧道位于鳳凰縣沱江鎮(zhèn)齊梁橋村，呈北-南向穿越丘陵體。本隧道起訖里程為K32+240-K32+505，全長(zhǎng)265m,屬短隧道。隧道進(jìn)口地形標(biāo)高為370.59m，出口地形標(biāo)高為373.88m，設(shè)計(jì)標(biāo)高為361.55～363.37m，呈縱坡0.7%上坡；。隧道最大埋深約為59.80m，平均埋深36.80m。該隧道位于低山丘陵區(qū)，地形起伏較大，相對(duì)高差達(dá)62.87。地表植被較發(fā)育，基巖大部裸露，進(jìn)出口皆為丘陵斜坡，有少量覆蓋層分布。隧道區(qū)交通狀況較好，進(jìn)出口端即為國(guó)道G209。3.3.1一般規(guī)定1.洞口位置應(yīng)根據(jù)工程條件，同時(shí)結(jié)合環(huán)境條件、施工條件、運(yùn)營(yíng)要求，綜合科學(xué)比較決定。2.遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”原則，不大挖大刷，確保邊坡、仰坡的穩(wěn)定性。3.設(shè)置排水溝、截水溝和路基排水綜合考慮布置。4.洞門設(shè)計(jì)要與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)。3.2隧道洞口選擇東大隧道隧道洞門主要考慮洞口地形和地質(zhì)條件，結(jié)合洞口排水，遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則，盡量采用小開(kāi)挖的進(jìn)洞方案，減少洞口邊仰坡的開(kāi)挖，保證巖（土）體的穩(wěn)定性，盡可能保持原地形的綠色植被坡面。結(jié)合本隧道的具體情況，進(jìn)口左洞采用直切式洞門，洞口永久邊仰坡防護(hù)采用拱型骨架護(hù)坡或框架鈾桿（索）防護(hù)。隧道洞口施工應(yīng)從上到下，邊升挖邊防護(hù)；洞口石質(zhì)邊坡開(kāi)挖應(yīng)盡量采用微弱爆破，土質(zhì)邊坡應(yīng)采用機(jī)械開(kāi)挖，以防止邊坡穩(wěn)定性受到影響。隧道大致為東西向，采用洞內(nèi)燈光調(diào)整內(nèi)外光線過(guò)渡及洞口植樹等減光設(shè)施，以利行車安全。3.3橫斷面設(shè)計(jì)3.3.1建筑限界隧道設(shè)計(jì)一級(jí)公路，時(shí)速為80km/h，按單向兩車道設(shè)計(jì)。根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD70—2004)選取出隧道界限的基本值。H—建筑限界高度，取5.0m；W—行車道寬度，選取3.75×2=7.5m；C—余寬，本設(shè)計(jì)為高速公路，設(shè)置檢修道，取C=0；—檢修道左側(cè)寬度，取0.75m；—檢修道右側(cè)寬度，取1m；—左側(cè)向?qū)挾?，?.75m；—右側(cè)向?qū)挾?，?m；—建筑限界左頂角寬度，==0.5m；—建筑限界右頂角寬度，==0.5m。隧道凈寬為：3.75*2+0.75+1+2=11.25m參照規(guī)范，橫向坡度可選擇為1.5%-2%，本設(shè)計(jì)中選取值為：i=2%。建筑限界如圖3.1所示：圖3.1齊梁洞公路隧道限界圖（單位：cm）根據(jù)隧道限界圖，利用五心圓法作出隧道內(nèi)輪廓圖:圖3.2隧道內(nèi)輪廓圖（單位：cm）4.隧道洞門設(shè)計(jì)4.1洞口段地質(zhì)評(píng)價(jià)隧道進(jìn)口部位巖層走向與隧道軸線走向大角度斜交，巖層主要為以中風(fēng)化泥質(zhì)云巖局部夾頁(yè)巖，及局部夾灰?guī)r透鏡體的較硬質(zhì)-較軟巖石，目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，隧道仰坡開(kāi)挖后存在誘發(fā)墜落、掉塊的條件，穩(wěn)定性差，地表有碎石土及塊石，目前基本穩(wěn)定，在隧道進(jìn)口開(kāi)挖時(shí)有局部滑塌的可能，可以采用清理+結(jié)合洞門進(jìn)行支護(hù)的手段進(jìn)行防治。隧道出口部位發(fā)育有易滑土帶，巖層主要以中風(fēng)化泥質(zhì)云巖夾頁(yè)巖，及局部夾灰?guī)r透鏡體的較硬-較軟質(zhì)巖石，暴露、遇水易軟化崩解，巖體較完整-較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體裂隙塊狀或中厚層狀結(jié)構(gòu)為主，隧道施工時(shí)易局部產(chǎn)生小規(guī)?；?，致使洞口變形。隧道開(kāi)挖存在誘發(fā)墜落、掉塊，的條件，穩(wěn)定性差，可以采用清理+結(jié)合洞門進(jìn)行支護(hù)的手段進(jìn)行防治。綜上所述本隧道進(jìn)出口工程地質(zhì)條件較差，現(xiàn)狀基本穩(wěn)定-穩(wěn)定，誘發(fā)工程滑坡的可能性較大，建議盡量早進(jìn)洞晚出洞，并結(jié)合洞門設(shè)置防護(hù)墻及在施工時(shí)及時(shí)支護(hù)襯砌。洞口基底穩(wěn)定。應(yīng)根據(jù)地形地質(zhì)條件在洞頂周邊設(shè)置防水、排水措施，以確保施工、營(yíng)運(yùn)安全。4.2洞門設(shè)計(jì)4.2.1洞門類型選擇洞門形式的選擇應(yīng)以保護(hù)隧道的自然景觀和改善入洞環(huán)境為主要目的，可以根據(jù)地形條件、施工條件，運(yùn)營(yíng)條件等多方面比較確定。本隧道進(jìn)洞為V級(jí)圍巖，地質(zhì)狀況一般，擬采用端墻式洞門。端墻式洞門易于施工，適用于軸線與坡面基本成正比，邊、仰坡率為1：0.3-1：0.5。4.2.2洞門設(shè)計(jì)（1）參數(shù)設(shè)定端墻墻體為直線型，且厚度相同，參照《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTGD70-2010）的標(biāo)準(zhǔn)端墻式洞門參數(shù)如下：（1）襯砌拱頂外緣至洞門頂部的距離取為3m,設(shè)墻高H=12m。（2）洞門墻身厚度取2.0m，洞門墻基礎(chǔ)嵌入地基深度1.73m（位于仰拱的1.5m之下）。（3）洞口仰坡坡比采用1:1.25，洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離為1.6m。洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度為1.35m。（4）洞門墻頂高出仰坡腳0.6m。洞門墻與仰坡之間的矩形水溝深0.6m，寬0.6m。（2）各項(xiàng)物理指標(biāo)f=0.4水泥砂漿砌片石洞門計(jì)算參數(shù)要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)資料確定，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)資料缺乏時(shí)，可按照表4-1選取。表4-1洞門計(jì)算參數(shù)洞門端墻材料采用水泥砂漿片石砌體，水泥砂漿的強(qiáng)度M20，地基容許壓應(yīng)=3.0MPa。洞門位置的圍巖為Ⅴ級(jí)圍巖，其仰坡率設(shè)計(jì)為1:1.25。入口洞門初設(shè)示意如圖4.1：4.2.3土壓力計(jì)算端墻式洞門取條帶I計(jì)算，并1m寬作為“驗(yàn)算條帶”，將洞門簡(jiǎn)化為圖4.2所示進(jìn)行計(jì)算：圖4.2洞門驗(yàn)算簡(jiǎn)化圖（1）土體破裂角的計(jì)算已知：tan=0.15；tan=1；tan=0.8。ω可根據(jù)下式計(jì)算：（4-1）式中：—圍巖計(jì)算摩擦角（。）；，—墻面傾角和地面坡腳（。）。代入數(shù)據(jù)到式（3-1）得：=0.672（4-2）因此，ω=33.89677°（2）側(cè)壓力系數(shù)的計(jì)算代入數(shù)據(jù)到下式：（4-3）帶入（4-3）得：=0.19488（3）主動(dòng)土壓力的計(jì)算H=12-0.6=11.4m土壓力：（4-4）式中：E—土壓力（kN）；γ—地層重度（kN/）；λ—側(cè)壓力系數(shù)；b—洞門墻計(jì)算條帶寬度（m）；ξ—土壓力計(jì)算模式不確定性系數(shù)，可取0.6。代入數(shù)據(jù)到公式（3-4）得：4.3洞門驗(yàn)算4.3.1抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算（4-5）式中：Ko—傾覆穩(wěn)定系數(shù)，Ko=1.6；My—全部垂直力對(duì)腳趾O點(diǎn)的穩(wěn)定力矩；Mo—全部水平力對(duì)腳趾O點(diǎn)的穩(wěn)定力矩。墻身重量G:G=12×2×23×1=552.0KN將從分開(kāi)，分為E1，E2：E1=9.89kNE2=1239.34kN對(duì)墻趾的力臂：對(duì)墻趾的力臂：=G對(duì)墻趾的力臂：（4-6）（4-6）（4-7）（4-8）（4-9）故抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。4.3.2抗滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算本設(shè)計(jì)中隧道端墻墻身的基地是水平的，其滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算按下式：（4-10）式中：Kc—滑動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)；N—作用于基地上的垂直力之和；E—墻后主動(dòng)土壓力之和；—基地摩擦系數(shù)。代入數(shù)據(jù)到上式可得：（4-11）經(jīng)計(jì)算，抗滑穩(wěn)定性滿足要求。4.3.3基底合力偏心距計(jì)算設(shè)作用于基底的合力法向分力為，其對(duì)墻趾的力臂為，合力偏心距為e。則：（4-12）e=（4-13）∣e∣=0.19814<=0.33m（4-14）滿足要求。4.3.4基地壓力（4-15）地基承載力為故選擇擴(kuò)大基礎(chǔ)3.6m*1m，剛性角30.96度，滿足剛性角35度要求。則實(shí)際的：因此驗(yàn)算結(jié)果滿足要求。4.3.5墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算擬取墻底附近界面截面，計(jì)算如下：（1）墻身截面偏心距e:（4-16）式中：M—計(jì)算截面以上各力對(duì)截面行心力矩的代數(shù)和；N—作用在截面上的垂直力之和。故滿足條件。（2）應(yīng)力（4-17）C30混凝土，抗拉強(qiáng)度2.01MPa，抗壓強(qiáng)度20.1MPa，故滿足墻身應(yīng)力要求，通過(guò)上述驗(yàn)算，表明前面初步擬定的洞門尺寸設(shè)計(jì)滿足要求。因此，洞門穩(wěn)定性符合要求。5.隧道支護(hù)襯砌設(shè)計(jì)5.1總體設(shè)計(jì)原則隧道采用“新奧法”原理設(shè)計(jì)，擬定的支護(hù)參數(shù)參見(jiàn)表5-1。襯砌應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，保證隧道長(zhǎng)期安全使用。根據(jù)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用以新奧法為基礎(chǔ)的復(fù)合式襯砌，以系統(tǒng)錨桿、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、格柵鋼架、工字鋼鋼架等組成的初期支護(hù)與二次模筑混凝土相結(jié)合。支護(hù)結(jié)構(gòu)分期施作，以達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效果。二次襯砌在初次支護(hù)基本穩(wěn)定后施作，初次支護(hù)承受主要荷載，二次襯砌承受部分荷載，主要作為安全儲(chǔ)備作用，二者之間還有一層防水層，起防水作用（實(shí)際內(nèi)力計(jì)算時(shí)假設(shè)荷載完全由二次襯砌承擔(dān)）。表5-1隧道復(fù)合式襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)圍巖級(jí)別初期支護(hù)二次襯砌厚度（cm）噴射混凝土厚度（cm）錨桿（m）鋼筋網(wǎng)鋼架拱墻混凝土仰拱混凝土拱部邊墻仰拱位置長(zhǎng)度間距Ⅰ5-局部2.030-Ⅱ5-8-局部2.0-2.530-Ⅲ8-12-拱、墻2.0-3.01.0-1.5局部@25*25-35-Ⅳ12-15-拱、墻2.5-3.01.0-1.2拱墻@25*25拱、墻3535Ⅴ15-25-拱、墻3.0-4.00.8-1.2拱墻@20*20拱、墻、仰拱4545Ⅵ通過(guò)實(shí)驗(yàn)、計(jì)算確定初期支護(hù)采用錨噴支護(hù)，由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)與鋼架等支護(hù)形式組合使用，初期支護(hù)必須與周圍巖體大面積牢固接觸，保證支護(hù)-圍巖作為一個(gè)統(tǒng)一的支護(hù)體系而共同工作。因此應(yīng)允許圍巖與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有限的變形，以充分發(fā)揮圍巖的承載作用而減少支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力，對(duì)圍巖的變形進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)及時(shí)調(diào)整和修正支護(hù)參數(shù)與施工方法，適應(yīng)不斷變化的圍巖，根據(jù)圍巖的變形情況及時(shí)施作。二次襯砌采用模筑混凝土，襯砌截面采用連接圓順的等厚襯砌斷面，仰拱厚度與拱墻厚度相同。采用工程類比法進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)算。隧道復(fù)合式襯砌參數(shù)以及預(yù)留變形量按下表選取：表5-2預(yù)留變形量（mm）圍巖級(jí)別雙車道隧道三車道隧道四車道隧道ⅠⅡ-10-5030-80Ⅲ30-5050-8080-120Ⅳ50-8080-120120-150Ⅴ80-120100-150150-250Ⅵ現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)確定表5-3隧道復(fù)合式襯砌設(shè)計(jì)參數(shù)圍巖級(jí)別初期支護(hù)二次襯砌現(xiàn)澆混凝土厚度噴射混凝土厚度（cm）錨桿（m）鋼筋網(wǎng)鋼架間距（cm）拱、墻仰拱拱、墻仰拱位置長(zhǎng)度縱向間距Ⅵ通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算確定Ⅴ20-2515-20拱、墻3.0-3.50.6-0.820*2060-8045（鋼筋混凝土）20-255-10拱、墻3.0-3.50.8-1.020*2080-10045Ⅳ20-22-拱、墻2.5-3.00.8-1.020*20100-1204018-20-拱、墻2.5-3.01.0-1.220*20120-1504015-18-拱、墻2.5-3.01.0-1.225*25局部35-Ⅲ10-12-拱、墻2.5-3.01.0-1.225*25-35-8-10-拱、墻2.5-3.01.2-1.525*25-35-Ⅱ5-8-局部2.0-2.5-局部-30-Ⅰ530-最終設(shè)計(jì)選用如表：表5-4襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選用參數(shù)表圍巖等級(jí)初期支護(hù)二次襯砌預(yù)留變形量Ⅳ級(jí)圍巖深埋段φ20藥卷錨桿L=3.0m，φ6.5鋼筋網(wǎng)25cm*25cm，格柵拱架間距120cm，20cm厚度C25噴射混凝土C30防水鋼筋混凝土，襯砌厚40cm7cmⅤ級(jí)圍巖淺埋段φ25中空注漿錨桿L=3.5m，φ6.5鋼筋網(wǎng)20cm*20cm，I20b型鋼拱架間距60cm，28cm厚度C25噴射混凝土C30防水鋼筋混凝土，襯砌厚50cm12cmⅤ級(jí)圍巖深埋段φ25中空注漿錨桿L=3.5m，φ6.5鋼筋網(wǎng)20cm*20cm，I18型鋼拱架間距80cm，21cm厚度C25噴射混凝土C30防水鋼筋混凝土，襯砌厚50cm10cm防水層均選用無(wú)紡?fù)敛寂c防水板。5.2初期支護(hù)驗(yàn)算根據(jù)隧道圍巖的地質(zhì)條件，按最不利v級(jí)圍巖進(jìn)行：φ25中空注漿錨桿L=3.5m，φ6.5鋼筋網(wǎng)20cm*20cm，I18型鋼拱架間距80cm，21cm厚度C25噴射混凝土，Ⅴ級(jí)圍巖的松弛范圍W=220cm:（1）隧道圍巖塑性半徑Rp與周邊支護(hù)阻力Pi的關(guān)系：(1)其中：塑性區(qū)半徑又知：B=1187cm=11.87mF=872cm=8.72m（隧道高度）則又已知：則公式（1）右邊又隧道當(dāng)量半徑其中W=0則公式（1）轉(zhuǎn)化為計(jì)算得：隧道周邊的徑向位移和隧道圍巖塑性區(qū)半徑的關(guān)系：當(dāng)假定塑性區(qū)圍巖體積不變時(shí)，可近似的按下式計(jì)算：（2）已知：故（3）隧道周邊設(shè)計(jì)與支護(hù)阻力與隧道周邊的徑向位移的關(guān)系：由式（1）和式（2），將（1）式代入（2）中得到式（3）由已知數(shù)據(jù)：整理得：由該式可知，隧道周邊徑向位移的大小與支護(hù)阻力的關(guān)系：當(dāng)增大時(shí)，周邊徑向位移減??；當(dāng)減小時(shí)，周邊徑向位移增大，也就是說(shuō)荷載值與圍巖的變形成反比。3.計(jì)算初期支護(hù)能提供的支護(hù)阻力和允許隧道洞壁產(chǎn)生的總徑向位移。計(jì)算噴射混凝土提供的支護(hù)阻力和噴層允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移。支護(hù)阻力按薄壁圓筒計(jì)算：當(dāng)噴射混凝土為多層時(shí)（分三層噴）：1）噴射第一層混凝土?xí)r，，則：2）噴射第二層混凝土?xí)r，，則：3）噴射第三層混凝土?xí)r，，則：（2）計(jì)算砂漿錨桿（系統(tǒng)錨桿）所提供的支護(hù)阻力和錨桿允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移。假定砂漿錨桿對(duì)洞壁提供的支護(hù)阻力受砂漿與圍巖之間的抗剪強(qiáng)度所控制，并且在其接觸面上的剪應(yīng)力分布是均勻的，則：假定錨桿設(shè)置后洞壁彈性變形已全部完成，同時(shí)圍巖的最大塑性區(qū)取決于錨桿加固后承載環(huán)厚度。錨桿約束后圍巖的塑性區(qū)半徑按下式計(jì)算確定：式中：B=11.87mF=8.75m則則：（3）鋼支撐能提供的支護(hù)阻力和鋼支撐允許洞壁產(chǎn)生的位移的計(jì)算按受等距離分布集中荷載的薄壁圓筒原理來(lái)計(jì)算。1）計(jì)算支護(hù)阻力：查閱資料得知：χ=0.65cm選定鋼材為HRB335型鋼則:s=0.75m=75cmtB=2cm則：又查得：鋼材彈性模量ES=2.0×105MPa取墊塊彈性模量EB=2.8×104MPa鋼支撐翼緣寬度W=4.38cm則鋼支撐剛度：鋼支撐最大位移：由以上各式可得：4.校核：（1）初期支護(hù)提供的總支護(hù)阻力應(yīng)大于或等于隧道的設(shè)計(jì)支護(hù)阻力Pi：滿足要求（2）初期支護(hù)允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移應(yīng)大于或等于圍巖達(dá)到設(shè)計(jì)塑性區(qū)時(shí)洞壁產(chǎn)生的塑性位移：滿足要求5.3圍巖壓力及襯砌計(jì)算5.3襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算5.3.1計(jì)算參數(shù)圍巖的物理力學(xué)參數(shù)根據(jù)規(guī)范按圍巖取值，如表5-5，本鐵路隧道圍巖計(jì)算斷面為Ⅴ級(jí)，按平均值取值，水平壓力系數(shù)見(jiàn)表5-6所示取值。表5-5各級(jí)巖質(zhì)圍巖的基本物理力學(xué)參數(shù)表5-6圍巖水平壓力圍巖級(jí)別ⅣⅤⅥ水平均布?jí)毫?0.15～0.3)q(0.30～0.5)q(0.5～1.0)q5.3.2深淺埋判定（1）隧道深淺埋判定(5.1)式中：；；考慮預(yù)留變形量和超挖的影響，坑道寬度B按14m計(jì)算。本隧道Ⅳ級(jí)圍巖：Ⅴ級(jí)圍巖：本公路隧道Ⅳ級(jí)圍巖最大埋深必大于臨界深度，按深埋隧道考慮；進(jìn)口段Ⅴ級(jí)圍巖埋深小于Hp，大于hq，按淺埋圍巖壓力計(jì)算；洞身段Ⅴ級(jí)圍巖埋深按大于Hp，按深埋圍巖壓力計(jì)算。1）斷面2：Ⅴ級(jí)圍巖深埋隧道圍巖壓力計(jì)算①解得：②2）斷面3：Ⅳ級(jí)圍巖深埋隧道圍巖壓力計(jì)算：①解得：②3）斷面1：Ⅴ級(jí)圍巖淺埋隧道（洞口段）圍巖壓力計(jì)算①垂直壓力產(chǎn)生最大推力時(shí)的破裂角側(cè)壓力系數(shù)則垂直壓力：②側(cè)向壓力按公式計(jì)算為內(nèi)外側(cè)任意點(diǎn)到實(shí)際地面高度隧道圍巖的平均壓力為：5.3.3隧道襯砌安全系數(shù)確定一般來(lái)說(shuō)，隧道襯砌的內(nèi)力求出后，安全系數(shù)計(jì)算根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD3370.1—2018）規(guī)定，按下式檢算。當(dāng)由抗壓強(qiáng)度控制，即QUOTEe=MN≤0.2h時(shí)式中：K——混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全系數(shù)；N——軸向力，kN；φ——構(gòu)件的縱向彎曲系數(shù)，對(duì)于隧道襯砌，可取φ=1；α——軸向力的偏心影響系數(shù),按附注多項(xiàng)式計(jì)算得到；b——截面寬度，m（通常取1m）；h——截面厚度；e——計(jì)算截面的偏心距（m），e=My——計(jì)算截面重心至受壓邊緣的距離（m）；——混凝土抗壓極限強(qiáng)度，kPa。當(dāng)由抗拉強(qiáng)度控制，即QUOTEe=MN≥0.2h時(shí)式中：——混凝土抗拉極限強(qiáng)度，kPa。5.4襯砌內(nèi)力計(jì)算5.4.1斷面1：Ⅴ級(jí)圍巖淺埋1.建模取隧道二次襯砌中軸線，等分為80個(gè)單元，80個(gè)節(jié)點(diǎn)。2.定義材料（1）定義單元類型荷載-結(jié)構(gòu)模型中的二次襯砌采用梁?jiǎn)卧?，本隧道設(shè)計(jì)計(jì)算采用Beam3單元類型，計(jì)算后可直接讀取彎矩與軸力。（2）設(shè)置單元實(shí)常數(shù)；；。（3）定義材料特性；；。（4）施加約束對(duì)于圍巖彈性反力進(jìn)行模擬，施加徑向桿單元，選擇Link10單元，長(zhǎng)度為1m，彈性模量，將桿單元外端采用固端約束。通過(guò)計(jì)算得出的襯砌內(nèi)力，將垂直、水平的面荷載轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)荷載并將荷載施加到模型中，如下表所示：表5-7Ⅴ級(jí)圍巖淺埋節(jié)點(diǎn)荷載序號(hào)fx（N）fy（N）113668.7358561.05222729.3755536.1934510.0853879.9046290.7851935.9058064.7149019.9069828.8644774.20711594.0140279.68813351.3938498.97915094.2134604.21017029.4429502.141118554.5324082.271225248.6719634.401340178.5917037.211454501.9811601.791561594.696104.161663529.9258561.051764206.4355536.191864789.6353879.901965450.59-2400.62064704.09-8330.0822163724.32-15507.872261251.55-21761.432361998.04-29731.432462417.95-37534.382558561.05-43270.812655536.19-48864.212753879.90-55909.972851935.90-62667.662949019.90-65956.483044774.20-72570.133140279.68-78799.693238498.97-80864.213334604.2-84969.233429502.14-89566.383524082.27-93227.303619634.40-95675.913717037.21-94704.673811601.79-98604.64396104.16-101977.484058561.05-100154.034155536.19-99732.924253879.90-99600.8943-11889.50-98928.7244-16461.79-96936.2245-20971.87-94835.7046-25380.86-92231.0547-29657.66-89158.2848-33764.39-85594.3949-36788.25-82748.6850-41446.08-77144.2851-45870.62-71117.7752-48242.30-67060.7653-51267.16-61491.3654-54019.87-55574.8955-56694.81-49512.3756-58669.92-42910.7257-60334.98-36081.0158-62075.80-29347.3359-63288.86-22301.5760-64175.32-15159.7861-64719.64-7934.9862-64921.82-2148.5363-64781.8558561.0564-64291.9655536.1965-63475.4853879.9066-61368.1951935.9067-53895.4549019.9068-39214.3644774.2069-24852.0940279.6870-18452.4438498.9771-16726.1734604.272-14992.1229502.1473-13250.3024082.2774-11500.7019634.4075-9735.5517037.2176-7962.6211601.7977-6632.926104.1678-4416.7658561.0579-2185.0555536.1980-864.1353879.90將荷載添加到每個(gè)單元：圖5.1節(jié)點(diǎn)荷載圖4.求解及計(jì)算結(jié)果分析（1）變形圖圖5.2變形圖（2）軸力圖圖5.3軸力圖(N)（3）剪力圖圖5.4剪力圖(N)（4）彎矩圖圖5.5彎矩圖(N?m)查詢計(jì)算的襯砌軸力，仰拱底部為軸力最大部位，其大小為1732kN，拱頂為軸力最小部位，其值為1184.6kN，軸力總體上可看做從拱底至拱頂逐漸減小的變化趨勢(shì)。分析襯砌彎矩，拱頂為正彎矩最大部位，其值為202kN?m，負(fù)彎矩最大部位為拱肩，為-310kN?m。（內(nèi)側(cè)拉為正，壓為負(fù)）各節(jié)點(diǎn)軸力及彎矩見(jiàn)下表：挑選具有代表性的襯砌受力如拱底、拱頂?shù)冗M(jìn)行分析及計(jì)算，得到以下結(jié)果：表5-8典型節(jié)點(diǎn)內(nèi)力、安全系數(shù)表位置單元混凝土結(jié)構(gòu)厚度（m）軸力（kN）彎矩（kN?m）安全系數(shù)拉壓控制是否安全拱頂40C300.5-1184.62021.69拉否拱肩30C300.5-1220-205.379.59壓是邊墻20C300.5-1521.215.458.55壓是拱腳10C300.5-1637134.457.97拉是拱底1C300.5-173254.727.51壓是由以上結(jié)果可知，隧道襯砌拱頂?shù)陌踩禂?shù)小于規(guī)范規(guī)定值，受拉控制，因此應(yīng)進(jìn)行配筋來(lái)保證安全系數(shù)，以保證結(jié)構(gòu)安全。5.4.2斷面2：Ⅴ級(jí)圍巖深埋1.建模取隧道二次襯砌中軸線，等分為80個(gè)單元，80個(gè)節(jié)點(diǎn)。2.定義材料（1）定義單元類型荷載-結(jié)構(gòu)模型中的二次襯砌采用梁?jiǎn)卧?，本隧道設(shè)計(jì)計(jì)算采用Beam3單元類型，計(jì)算后可直接讀取彎矩與軸力。（2）設(shè)置單元實(shí)常數(shù)；；。（3）定義材料特性；；。4.施加約束模擬圍巖彈性反力，施加徑向桿單元，選擇Link10單元，長(zhǎng)度為1m，彈性模量，將桿單元外端采用固端約束。通過(guò)計(jì)算得出的襯砌內(nèi)力，將垂直、水平的面荷載轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)荷載并將荷載施加到模型中，見(jiàn)下表4-9所示：表5-9Ⅴ級(jí)圍巖深埋節(jié)點(diǎn)荷載序號(hào)fx(N)fy(N)136696.80-20034.98216619.51-21828.83326676.12-24592.62436732.72-27217.98546784.71-28625.2565832.09-30420.1076879.47-32054.4587922.23-33640.6798955.77-34812.631010104.66-35800.021111009.00-36834.561214981.65-37554.341323840.53-38079.341432339.52-38402.321536547.49-38522.281637696.38-38439.231738097.79-38148.551838444.84-37664.081938836.03-2306.882038394.09-8004.872137811.73-14902.442236344.47-20911.862336787.42-28570.702437036.57-36068.062534748.03-41581.512632954.18-46956.542731970.40-53727.232830816.90-60221.102929086.65-63381.523026567.41-69736.983123900.52-75724.333222844.91-77707.253320532.3-81652.013417505.51-86069.693514289.55-89587.683611650.35-91940.703710109.27-91006.41386884.08-94755.09393621.99-97996.26401361.13-96244.0341-1421.11-95839.3242-4267.95-95712.4543-7054.80-95066.5244-9767.83-93151.8145-12444.95-91134.2946-15060.09-88630.3247-17597.79-85677.5248-20034.98-82251.8049-21828.83-79518.1550-24592.62-74131.5851-27217.98-68341.3252-28625.25-64442.6953-30420.10-59090.7354-32054.45-53404.2755-33640.67-47579.456-34812.63-41235.4857-35800.02-34672.4058-36834.56-28201.6059-37554.34-21430.9160-38079.34-14567.9461-38402.32-7624.2362-38522.28-2064.6563-38439.23-20034.9864-38148.55-21828.8365-37664.08-24592.6266-36414.68-27217.9867-31979.63-28625.2568-23268.40-30420.1069-14746.34-32054.4570-10949.02-33640.6771-9924.71-34812.6372-8895.79-35800.0273-7862.25-36834.5674-6824.10-37554.3475-5776.72-38079.3476-4724.73-38402.3277-3935.74-38522.2878-2620.75-38439.2379-1296.53-38148.5580-512.15-37664.08將荷載添加到每個(gè)單元后計(jì)算得到：4.求解及計(jì)算結(jié)果分析（1）變形圖圖5.6變形圖（2）軸力圖圖5.7軸力圖(N)（3）剪力圖圖5.8剪力圖(N)（4）彎矩圖圖5.9彎矩圖(N?m)分析襯砌軸力，仰拱底部為軸力最大部位，其大小為1692.1kN，拱頂為軸力最小部位，其值為1024.1kN，軸力總體上可看做從拱底至拱頂逐漸減小的變化趨勢(shì)。分析襯砌彎矩，拱頂為正彎矩最大部位，其值為244.53kN?m，負(fù)彎矩最大部位為拱肩，為-290.35kN?m。（內(nèi)側(cè)拉為正，壓為負(fù)）挑選具有代表性的襯砌受力如拱底、拱頂?shù)冗M(jìn)行分析及計(jì)算，得到以下結(jié)果：表5-10典型節(jié)點(diǎn)內(nèi)力、安全系數(shù)表位置單元混凝土結(jié)構(gòu)厚度（m）軸力（kN）彎矩（kN?m）安全系數(shù)拉壓控制是否安全拱頂40C300.5-1024.10244.530.84拉否拱肩30C300.5-1275.20-168.291.95拉否邊墻20C300.5-1508.9040.967.75壓是拱腳10C300.5-1564.10-141.845.78拉是拱底1C300.5-1624.3024.697.20壓是由以上結(jié)果可知，明洞襯砌拱頂?shù)陌踩禂?shù)小于規(guī)范規(guī)定值，受拉控制，因此應(yīng)進(jìn)行配筋來(lái)保證安全系數(shù)，以保證結(jié)構(gòu)安全。5.4.3斷面3Ⅳ級(jí)圍巖深埋5.4.3.1Ⅳ級(jí)圍巖深埋手算（結(jié)構(gòu)力學(xué)方法）1.建模取隧道二次襯砌中軸線，等分為80個(gè)單元，80個(gè)節(jié)點(diǎn)。2.定義材料（1）定義單元類型荷載-結(jié)構(gòu)模型中的二次襯砌采用梁?jiǎn)卧?，本隧道設(shè)計(jì)計(jì)算采用Beam3單元類型，計(jì)算后可直接讀取彎矩與軸力。（2）設(shè)置單元實(shí)常數(shù)單元截面面積：；截面慣性矩：；截面高度：。（3）定義材料特性C30混凝土彈性模量；泊松比；材料密度：。3.施加約束模擬圍巖彈性反力，施加徑向桿單元，選擇Link10單元，長(zhǎng)度為1m，彈性模量，將桿單元外端采用固端約束。通過(guò)計(jì)算得出的襯砌內(nèi)力，將垂直、水平的面荷載轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)荷載并將荷載施加到模型中，如下表所示：表5-11Ⅳ級(jí)圍巖深埋節(jié)點(diǎn)荷載序號(hào)fx(N)fy(N)115509.59-50345.17245547.31-48962.44315539.15-47331.21413330.98-45438.73513321.55-43928.56616310.84-40952.84713900.13-37754.1821848.14-35600.36924473.61-32643.751024790.93-29502.361130440.71-26284.51241437.97-22779.9136584.82-19154.23148932.26-15579.541510094.52-11839.171610411.84-50345.171710522.72-48962.441810618.30-47331.211910726.62-1274.42010604.28-4422.162110443.70-8232.622210038.44-11552.432310160.79-15783.442410229.60-19925.24259597.50-22971.06269101.76-25940.41278830.31-29680.77288511.71-33268.21298033.81-35014.14307337.99-38525.11316601.39-41832.18326309.55-42928.16335671.08-45107.38344835.07-47547.86353946.81-49491.32363217.86-50791.21372792.21-50275.08381901.40-52345.98391000.40-54136.5140375.94-53167.9641-392.51-52944.9442-1178.82-52874.8543-1948.55-52518.0244-2697.90-51460.2745-3437.05-50345.1746-4159.64-48962.4447-4860.56-47331.2148-5533.44-45438.7349-6029.18-43928.5650-6792.55-40952.8451-7517.68-37754.152-7906.37-35600.3653-8402.11-32643.7554-8853.25-29502.3655-9291.65-26284.556-9615.34-22779.957-9888.06-19154.2358-10173.53-15579.5459-10372.34-11839.1760-10517.62-8047.8361-10606.83-4211.8962-10639.96-1140.5863-10617.02-50345.1764-10536.73-48962.4465-10402.92-47331.2166-10057.56-45438.7367-8832.86-43928.5668-6426.79-40952.8469-4072.98-37754.170-3024.15-35600.3671-2741.23-32643.7572-2457.04-29502.3673-2171.57-26284.574-1884.83-22779.975-1595.54-19154.2376-1304.98-15579.5477-1087.06-11839.1778-723.85-50345.1779-358.10-48962.4480-141.45-47331.21將荷載添加到每個(gè)單元。4.求解及計(jì)算結(jié)果分析（1）變形圖圖5.10變形圖（2）軸力圖圖5.11軸力圖(N)（3）剪力圖圖5.12剪力圖(N)（4）彎矩圖圖5.13彎矩圖(N?m)分析襯砌軸力，仰拱底部為軸力最大部位，其大小為567.54kN，拱頂為軸力最小部位，其值為960.45kN，軸力總體上可看做從拱底至拱頂逐漸減小的變化趨勢(shì)。分析襯砌彎矩，拱頂為正彎矩最大部位，其值為119.76kN?m，負(fù)彎矩最大部位為拱肩，為-126.29kN?m。（內(nèi)側(cè)拉為正，壓為負(fù)）各節(jié)點(diǎn)軸力及彎矩如下表：挑選具有代表性的襯砌受力如拱底、拱頂?shù)冗M(jìn)行分析及計(jì)算，得到以下結(jié)果：表5-12典型節(jié)點(diǎn)內(nèi)力、安全系數(shù)表位置單元混凝土結(jié)構(gòu)厚度（m）軸力（kN）彎矩（kN?m）安全系數(shù)拉壓控制是否安全拱頂40C300.4-567.54119.761.37拉否拱肩30C300.4-744.50-102.212.13拉否邊墻20C300.4-922.672911.27壓是拱腳10C300.4--936.73-80.716.13拉是拱底1C300.4-960.27-5.4510.83壓是由以上結(jié)果可知，襯砌拱頂、拱肩的安全系數(shù)小于規(guī)范規(guī)定值，受拉控制，因此應(yīng)進(jìn)行配筋來(lái)保證安全系數(shù)，以保證結(jié)構(gòu)安全。5.5配筋計(jì)算取襯砌縱向1m單元，計(jì)算襯砌結(jié)構(gòu)配筋：中性軸的位置按下式確定：按上述公式計(jì)算配筋時(shí)，需滿足：受壓區(qū)高度：截面強(qiáng)度要求：式中：K－安全系數(shù)；M－彎矩(MN?m)；；或?qū)τ谛∑氖軌簶?gòu)件截面強(qiáng)度：式中：K－安全系數(shù)；－混凝土的受壓彈性模量；H－構(gòu)件的高度（m）；α－與偏心距有關(guān)的系數(shù)，計(jì)算公式，。進(jìn)行完配筋計(jì)算后，還要進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算（當(dāng)時(shí)可不必裂縫驗(yàn)算）：式中：；根據(jù)以上計(jì)算過(guò)程得出襯砌的初步配筋與裂縫寬度：表5-13襯砌配筋與裂縫表位置軸力（kN）彎矩（kN?m）結(jié)構(gòu)厚度（m）配筋量裂縫寬度（mm）是否滿足裂縫寬度要求Ⅴ級(jí)淺埋拱頂-1184.62020.51000無(wú)需驗(yàn)算-Ⅴ級(jí)深埋拱頂-1023.10244.530.51000無(wú)需驗(yàn)算-拱肩-1275.20-168.290.51000無(wú)需驗(yàn)算-Ⅳ級(jí)深埋拱頂-567.54119.760.48000.39否拱肩-744.50-102.210.4800無(wú)需驗(yàn)算-各襯砌配筋圖（每延米）（1）該隧道地處Ⅴ級(jí)深埋（洞身段）為構(gòu)造配筋，選擇5根HRB400，φ25鋼筋，間隔200mm。（2）該隧道地處Ⅴ級(jí)淺埋（進(jìn)出口段）為構(gòu)造配筋，選擇4根HRB400，φ25鋼筋，間隔200mm。（3）該隧道地處Ⅳ級(jí)深埋（洞身段）為構(gòu)造配筋，選擇4根HRB400，φ25鋼筋，間隔250mm。補(bǔ)充：斷面3Ⅳ級(jí)圍巖深埋手算（結(jié)構(gòu)力學(xué)方法）1.1襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算1.1.1襯砌幾何要素（1）擬定襯砌幾何尺寸內(nèi)輪廓線半徑；內(nèi)徑所畫圓曲線的終點(diǎn)截面與豎直軸的夾角截面厚度外輪廓線半徑：拱軸線半徑：拱軸線各段圓弧中心角：（2）半拱軸線長(zhǎng)度及分段軸長(zhǎng)分段軸線長(zhǎng)度：半拱軸線長(zhǎng)度：將半拱軸線等分為8段，每段軸長(zhǎng)為：（3）各分塊接縫（截面）中心幾何要素①與豎直軸夾角另一方面，角度閉合差。圖1-1襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算圖示②接縫中心點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算：見(jiàn)表1-1。1.1.4位移計(jì)算（1）單位位移單位位移值計(jì)算如下：表1-1單位位移計(jì)算表截面σsinαcosσxydI00°0.001.000.000.000.600.0255.560.000.0055.56115.820.270.961.390.190.600.0255.5610.732.0779.08231.470.520.852.680.760.600.0255.5642.1031.90171.66345.620.710.703.771.630.600.0255.5690.72148.13385.12459.770.860.504.632.750.600.0255.56152.78420.14781.25573.930.960.285.184.040.600.0255.56224.52901.381411.98688.081.000.035.405.430.600.0255.56301.591631.212295.947102.230.98-0.215.276.760.600.0255.56375.822542.293349.48890°1.000.004.088.150.600.0255.56452.943692.774654.20444.441651.199381.8913184.26計(jì)算精度校核為：（2）載位移①每一楔塊上的作用力豎向力：（校核）水平壓力：自重力：②外荷載在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力的計(jì)算見(jiàn)表1-2及表1-3。表1-2載位移計(jì)算表截面集中力力臂00.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.001178.0019.426.340.750.800.11-134.19-15.50-0.680.000.000.000.00-150.372162.0719.4218.220.690.810.31-111.25-15.67-5.62191.426.34-253.70-3.58-540.203131.1819.4221.960.580.790.47-79.70-15.29-13.24378.9124.56-416.24-21.49-1086.164104.8519.4235.450.440.710.60-46.57-13.73-21.29535.5152.52-455.72-58.66-1682.12566.4919.4240.810.280.580.69-18.72-11.19-28.17659.7881.96-364.33-113.60-2218.13624.0919.4243.59-0.100.410.732.51-1.97-31.65745.69128.77-163.75-178.63-2591.6270.1819.4243.83-0.160.230.740.03-4.46-32.27789.21172.3699.60-230.30-2765.0280.0019.4231.270.00-0.060.630.001.13-23.53808.81216.19375.69-300.12-2711.86表1-3載位移計(jì)算表截面00.00001.0000.00000.00000.00000.00000.000010.27260.9621191.41896.339353.81646.099041.717420.52200.8530378.912724.5576191.792420.9476176.844830.71470.6994535.509552.5151382.728636.7291345.999640.86400.5034659.783981.9629570.053344.2805525.772850.96090.2769745.6916128.7702716.535135.6565680.878660.99940.0335789.2071172.3636788.73365.7742782.959470.9773-0.2119808.8055216.1931790.4456-45.8113836.256981.00000.0000828.2268253.4648828.22680.0000828.2268基本結(jié)構(gòu)中，主動(dòng)荷載產(chǎn)生彎矩的校核為：另外，從表1-4中得到閉合差0③主動(dòng)荷載位移計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表1-4表1-4主動(dòng)荷載位移計(jì)算表截面00.000055.55560.000010.00000.00000.00001-150.371455.555610.72781.1931-8353.9733-1613.1543-9961.12552-540.197955.555642.10001.7578-30011.0185-22742.3316-52753.36833-1086.156855.555690.71672.6329-60342.0927-98532.5606-158874.69594-1682.124555.5556152.77793.7500-93451.4359-256991.4486-350442.88465-2218.131155.5556224.52245.0414-123229.6041-498020.1181-621249.72616-2591.624155.5556301.58916.4286-144312.5654-783415.1145-927721.75797-2765.022855.5556375.81701.7647-153612.5007-1039142.5736-1192754.98428-2711.856955.5556452.93939.1529-150658.8372-1228306.5660-1378965.2710-7639728673-4692735.8136所以閉合差（3）載位移—單位彈性抗力及相應(yīng)的摩擦力引起的位移①各接縫處的抗力強(qiáng)度抗力上的零點(diǎn)假定在接縫3處，最大抗力值假定在接縫5處，；各截面最大抗力值由下式計(jì)算：最大抗力值以下各截面抗力值計(jì)算：②各楔塊上抗力集中力按下式近似計(jì)算：③抗力集中力與摩擦力的合力按下式計(jì)算：其作用方向與抗力集中力的夾角。將的延長(zhǎng)線與豎直軸有兩個(gè)夾角，將分解為水平力與豎直力：以上計(jì)算列入表1-5。表1-5彈性抗力及摩擦力計(jì)算表截面30.000.000.000.000.000.000.000.000.000.0040.570.291.500.430.4461.370.920.380.400.1751.000.791.491.171.2079.850.980.181.180.2160.880.941.491.401.4393.201.00-0.061.43-0.0870.510.691.501.041.06101.010.96-0.291.01-0.3180.000.251.350.340.35119.000.87-0.480.31-0.17④單位抗力所引起相應(yīng)的摩擦力在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力計(jì)算：彎矩：軸力：計(jì)算見(jiàn)表1-6及表1-7。表1-6計(jì)算表截面40.48-0.21-0.2151.97-0.860.66-0.79-1.65續(xù)表1-6計(jì)算表63.42-1.492.15-2.580.75-1.08-5.1574.75-2.073.59-4.292.25-3.220.81-0.86-10.4485.71-2.494.75-5.693.53-5.062.15-2.280.90-0.32-15.83表1-7計(jì)算表截面459.77240.86400.50340.16790.14510.40270.2027-0.0576573.92610.96090.27690.37890.36411.58140.4379-0.0738688.07970.99940.03350.29110.29093.01000.10080.19017102.23330.9773-0.2119-0.0105-0.01034.0222-0.85230.8418890°1.00000.0000-0.1796-0.17964.32730.0000-0.1796⑤單位抗力及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的載位移計(jì)算見(jiàn)表1-8。表1-8單位抗力所引起的相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的載位移計(jì)算表截面積分系數(shù)1/34-0.207555.5556152.77793.75-11.5278-31.7014-43.229325-1.652955.5556224.52245.0414-91.8279-371.1131-462.941246-5.150855.5556301.58916.4286-286.1558-1553.4251-1839.58122續(xù)表1-8單位抗力所引起的相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的載位移計(jì)算表7-10.444455.5556375.8171.7647-580.2449-3925.1831-4505.427648-15.827955.5556452.93939.1529-879.3285-7169.0779-8048.40581-1849.0848-13050.5006-14899.5850校核為：（4）墻底（彈性地基上的剛性梁）位移單位彎矩作用下的轉(zhuǎn)角：主動(dòng)荷載作用下的轉(zhuǎn)角：?jiǎn)挝豢沽跋鄳?yīng)摩擦力作用下的轉(zhuǎn)角：1.1.5解力法方程襯砌矢高：計(jì)算力法方程的系數(shù)為：求解方程為：1.1.6計(jì)算主動(dòng)荷載和被動(dòng)荷載分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力計(jì)算公式為：計(jì)算過(guò)程列入表1-9、1-10表1-9主、被動(dòng)荷載作用下襯砌彎矩計(jì)算表截面00.0000632.15090.0000632.15090.0000-3.9520.0000-3.9521-150.3714632.150949.8358531.61530.0000-3.9520.4647-3.48732-540.1979632.1509195.5754281.52840.0000-3.9521.8238-2.12823-1086.1568632.1509421.4239-32.5820.0000-3.9523.9299-0.02214-1682.1245632.1509709.7285-340.2451-0.2075-3.9526.61842.45895-2218.1311632.15091043.0170-542.9632-1.6529-3.9529.72644.12156-2591.6241632.15091401.0299-564.4433-5.1508-3.95213.06503.96227-2765.0228632.15091745.8547-381.0172-10.4444-3.95216.28061.88428-2711.8569632.15092104.125724.4197-15.8279-3.95219.6216-0.1583表1-10主、被動(dòng)荷載作用下所引起的襯砌軸力計(jì)算表截面00.0000258.0831258.08310.00002.46072.4607141.7174248.3018296.01920.00002.36742.36742176.8448220.1449396.98970.00002.09902.09903345.9996180.5033526.50290.00001.72101.72104525.7728129.9190655.6918-0.05761.23871.1811續(xù)表1-10主、被動(dòng)荷載作用下所引起的襯砌軸力計(jì)算表5680.878671.4632752.3418-0.07380.68140.60766782.95948.6458791.60520.19010.08240.27257836.2569-54.6878781.56910.8418-0.52140.32048828.22680.0000828.2268-0.17960.0000-0.17961.1.7最大抗力值的求解首先求出最大抗力方向內(nèi)的位移。接縫5處的位移修正：計(jì)算過(guò)程列入表1-9，位移值為：最大抗力值為：表1-11最大抗力位移修正計(jì)算表截面積分系數(shù)1/3035119.52254-219.55574.0414141932.0384-881.31241129534.20696-193.73903.8483113656.4886-745.56584215973.81278-118.23343.283652451.6116-388.23122續(xù)表1-11最大抗力位移修正計(jì)算表3-1810.112559-1.22782.4085-4359.6561-2.957244-18902.52068136.60571.2914-24410.7152176.412625-30164.64635228.97240.00000.00000.00004279269.7674-1841.65391.1.8計(jì)算襯砌總內(nèi)力按下式計(jì)算襯砌總內(nèi)力：計(jì)算過(guò)程列入表1-12。計(jì)算精度的校核：表1-12襯砌內(nèi)力計(jì)算表截面0632.15-583.5648.59258.08363.35621.430.082699.570.001531.62-514.9416.68296.02349.57645.590.03926.39178.892281.53-314.25-26.73396.99309.94706.93-0.04-1484.72-1125.123-32.58-3.26-35.85526.50254.13780.63-0.05-1991.41-3251.774-340.25363.0922.84655.69174.40830.090.031268.893489.455-542.96608.5965.62752.3489.72842.060.083645.7914734.086-564.44585.0620.62791.6140.24831.840.021145.646219.227-351.02278.22-92.25781.5741.31828.880.11-6044.07-22706.33824.42-23.371.04828.23-26.52801.710.0058.05473.28245.09-1988.311.1.9襯砌截面強(qiáng)度檢算檢算幾個(gè)控制截面：（1）拱頂（截面0）（2）截面7（3）墻底（截面8）偏心檢查其他各截面偏心距均小于0.45d。1.2襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖由表中計(jì)算得到的內(nèi)力按照一定的比例繪制M和N圖，如下圖1-2所示：圖1-2襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖6.隧道輔助施工設(shè)計(jì)6.1一般規(guī)定1.注漿材料種類及適用條件地質(zhì)條件材料類別松散地層單液泥水漿斷層帶水玻璃弱滲透地層滲透性好低毒化學(xué)溶液粘土層高壓劈裂注漿2.輔助措施及適用條件軟弱圍巖力學(xué)性質(zhì)差，不能發(fā)揮本身的支承能力，需通過(guò)輔助工程來(lái)提高力學(xué)性質(zhì)，從而給施工帶來(lái)良好的環(huán)境。輔助工程措施包括地層穩(wěn)定措施。詳見(jiàn)表6.1。根據(jù)工程概況及上述表格，決定地層穩(wěn)定措施采用超前注漿小導(dǎo)管。6.2超前注漿小導(dǎo)管6.2.1超前注漿小導(dǎo)管施工原理（1）施工前用混凝土封閉開(kāi)挖面。（2）沿周邊打小導(dǎo)管。（3）小導(dǎo)管注漿，并等待漿液硬化。（4）開(kāi)挖作業(yè)。6.2.2性能特點(diǎn)及使用條件性能特點(diǎn)：1.將巖塊膠結(jié)為整體2.堵塞裂隙，起到堵水作用3.阻隔地下水滲流通道適用條件；（1）一般軟弱破碎圍巖（2）地下水豐富的軟弱破碎圍巖。6.2.3小導(dǎo)管布置及安裝1.桿體采用熱軋無(wú)縫鋼管。2.桿體外徑為。3.小導(dǎo)管壁上每隔交錯(cuò)鉆的注漿孔，前端制成錐形尾部應(yīng)預(yù)留長(zhǎng)的無(wú)孔止?jié){段。4.桿體長(zhǎng)度為,掌子面穩(wěn)定性極差時(shí)也可采用。5.縱向搭接長(zhǎng)度取,特殊情況下可采用。6.環(huán)向間距為。7.超前小鋼管與超前小導(dǎo)管設(shè)置范圍為襯砌中線兩側(cè)各為60°區(qū)域。當(dāng)?shù)匦蔚刭|(zhì)條件明顯不對(duì)稱時(shí)應(yīng)采用不對(duì)稱布置,當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差時(shí)可設(shè)置雙層小導(dǎo)管及加大縱向搭接長(zhǎng)度。8.外插角采用15°。小導(dǎo)管示意圖見(jiàn)圖6.2，布置圖見(jiàn)圖6.3和圖6.4。圖6.2小導(dǎo)管示意圖（單位:cm）

7.監(jiān)控量測(cè)隧道監(jiān)控量測(cè)是指在隧道開(kāi)挖過(guò)后對(duì)隧道周圍圍巖壓力變化，襯砌結(jié)構(gòu)受力和變