第四章隧道衬砌设计.docx

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1、第四章隧道衬砌设计4.1围岩划分隧道围岩级别划分主要依据岩体弹性波速度、岩样饱和极限抗压强度、岩石质量指标，并结合围岩分化程度、完整性、坚硬程度、节理发育程度、断层及地下水影响程度等进行综合分类。依据实际资料在确定隧道围岩级别时，制定以下原则：(1)以交通部行业标准公路隧道设计规范(JTGD70-2004)提供数据为围岩级别划分标准。(2)遇断层破碎带，围岩级别较同类岩石降低12等级，影响带推至洞底以上40-80米与断层交界处。(3)为便于隧道施工，按隧道开挖过程中可能遇到的地层和构造情况分段划分评价。(4)未有钻孔控制段，参照勘测区同类岩石已有资料进行类比分级。4.2 支护形式的选择及参数确

2、定由于本隧道为高速公路隧道，根据规范可知本隧道应采用复合式衬砌，即由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式，其中初期支护采用锚喷支护二次衬砌采用模铸混凝土衬砌。同时衬砌设计参数以工程类比法并结合计算分析确定，断面型式采用等截面三心圆，对于In级围岩采用无仰拱衬砌，对于IV、V级围岩均采用带仰拱衬砌。4.2.1 初期支护布置如下：III级围岩初期支护采用径向系统锚杆，钢拱支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用普通水泥砂浆锚杆，直径为22mm,长度为2.0m,采用梅花形布置,环、纵向间距为1Om。钢筋网矩形布置，间距25cm,采用直径6.5的钢筋。HI级围岩喷射混凝土采用C20混凝土

3、，厚度为10cm。IV级围岩初期支护采用径向系统锚杆，钢拱架支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用中空注浆锚杆,直径为25mm,长度为2.5m,采用梅花形布置，环、纵向间距为1.0m。钢拱架型号为116,间距为1.0m。钢筋网矩形布置，间距25cm,采用直径6.5的钢筋。IV级围岩喷射混凝土采用C30混凝土，厚度为15cm0V级围岩初期支护采用径向系统锚杆，钢拱架支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用中空注浆锚杆,直径为25mm,长度为3.0m,采用梅花形布置,环、纵向间距为1om。钢拱架型号为120,间距为1.0m。钢筋网矩形布置，间距25cm,采用直径6.5的钢筋。V级围岩喷射混凝土采

4、用C30混凝土，厚度为25cm,4.2.2 防水层布置初衬及二衬设置防水板和无纺布；其中，无纺布密度300gm2;防水板采用易于焊接的防水卷材，厚度为1.0mm,接缝搭接长度100mm。4.2.3 二次衬砌布置In级围岩二次衬砌，采用C25素混凝土,衬砌厚度35cm；围岩预留变形量30mm；IV级围岩二次衬砌，采用C30钢筋混凝土,衬砌厚度45cm；围岩预留变形量50mm；V级围岩二次衬砌，采用C30钢筋凝土,衬砌厚度45cm；围岩预留变形量80mm；4.2.4 隧道衬砌布置图根据以上设计，可分别作出m级围岩衬砌设计图、IV级围岩衬砌设计图、V级围岩衬砌设计图，分别见图4.1、图4.2、图4.

5、3.桶龙必威26siie1i5cf1?C2M1km图4.1In级围岩衬砌设计图图4.2IV级围岩衬砌设计图4.3 图4.3V级围岩衬砌设计图4.4 确定隧道深浅埋分界线4.4.1 隧道宽度与高度与确定根据隧道设计及各级围岩衬砌设计图，可计算出隧道在各围岩级别下的宽度与高度；其中：In级围岩隧道宽度B1,1=2(5.63+0.35+0.03+1.0103+0.1)=12.22mIV级围岩隧道宽度Bw=2X(5.63+0.45+0.05+1.0103+0.15)=12.56mV级围岩隧道宽度Bv=2X(5.63+0.45+0.08+1.01030.25)=12.82m由各级围岩衬砌设计图可知：In

6、级围岩隧道高度HH1=O.52+7.78+0.35+0.03+0.1=8.77mIV级围岩隧道高度Hv=0.45+1.12+7.77+0.45+0.05+0.15=9.99mV级围岩隧道高度Hv=0.45+1.12+7.77+0.45+0.08+0.25=10.12m4.4.2 隧道深浅埋判断(1)计算各级围岩坍落拱根据规范可知坍落拱高度的计算公式为：h=0.452s-11+i(B-5)(4-1)式中：S围岩级别；B隧道宽度(m)；iB每增加Im时的围岩压力的增减率，当B5m时,取B0.1；则，In级围岩坍落拱高度hw=0.45X221+0.1X(12.22-5)=3.100m;Iv级围岩坍落

7、拱高度hv=0.45231+0.1(12.56-5)=6.322m；V级围岩坍落拱高度hv=0.45241+0.1(12.82-5)=12.830m；(2)各级围岩深浅埋判定围岩深埋和浅埋的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判定。荷载等效高度计算公式如下：Hp=(2Z5)hq(4-2)式中：HP一隧道深浅埋的分界高度(m)；.一等效荷载高度(m),h=H;q一垂直均布压力(kN/m3)；丫一围岩重度kNmq=Xh(4-3)式中：q一一垂直均布压力围岩重度kN/m3；h一一坍落拱高度(m)由式(41)计算矿山法施工的条件下，在矿山法施工的条件下，IV-VI级围岩取Hp=2

8、.5hq；I-In级围岩取Hp=2hqIn级围岩等效荷载高度hq=9=3=25xj100=3.100m;qY25隧道分界高度Hp=2*hq=6.200m;由于本隧道HI级围岩埋深为10.1221.52m,故III级围岩为深埋。IV级围岩等效荷载高度hq=9=8=20*6322=6322q20隧道分界高度Hp=2.5hq=15.805m;由于本隧道IV级围岩埋深为021.52m,故IV级围岩部分浅埋、部分深埋。V级围岩等效荷载高度hq=9=上砂=19x12830=12830q19隧道分界高度Hp=2.5hq=32.075m;由于本隧道IV级围岩埋深为04.45m,故V级围岩为浅埋。4.3.3隧道

9、衬砌验算本隧道设计中的衬砌验算均采用直刚法验算。(I)In级围岩衬砌验算：输入数据如下：3016110112-4.902687.98010-5.632436.016230.350.351212-5.530334.721738.260.350.35112225.6081.09.00.350.3531*6.5e530*2.95e612.52.540.00.300001000.01900.0350.03.62.42.75170.05170.0输入数据如下：*theCheCk*jdePesigmapsigma0.1384E-020.8750E-010.7709E+020.5170E+04nodeePe

10、kPk10.261E-020.157E+000.262E+020.240E+0120.103E-010.157E+000.260E+020.240E0130.899E-020.157E+000.271E+020.240E+0140.121E-020.157E+000.292E+020.240E0150.235E-020.157E+000.305E+020.240E0160.438E-020.157E+000.320E+020.240E+0170.125E-010.157E+000.327E+020.240E+0180.653E-010.157E+000.263E+020.240E+0190.8

11、08E-010.157E000.930E+020.360E+01100.665E-010.157E+000.297E020.240E+01110.316E-010.157E000.383E+020.240E01120.122E-010.157E+000.443E+020.240E+01130.512E-010.157E+000.381E+020.240E+01140.72IE-O10.157E+000.194E030.360E+0115no0.293E+000.157E+000.129E020.360E+01160.72IE-O10.157E+000.194E+030.360E+01170.5

12、12E-010.157E+000.381E+020.240E+01180.122E-010.157E+000.443E+020.240E01190.316E-010.157E+000.383E+020.240E+01200.665E-010.157E+000.297E+020.240E+01210.808E-010.157E000.930E+020.360E+01220.653E-010.157E+000.263E+020.240E+01230.125E-010.157E+000.327E+020.240E+01240.438E-020.157E+000.320E+020.240E01250.

13、235E-020.157E+000.305E+020.240E+01260.121E-020.157E+000.292E+020.240E+01270.899E-020.157E+000.271E+020.240E+01280.103E-010.157E+000.260E+020.240E+01290.261E-020.157E+000.262E+020.240E+01jdePesigmapsigma0.1384E-020.8750E-010.7709E+020.5170E+04验算合格。可知，HI级围岩衬砌设计合格。(2) N级围岩衬砌深埋段验算输入数据如下：3016110112-4.902

14、687.98010-5.632436.016230.450.451212-5.530334.721738.260.450.45112225.6081.09.00.350.3531*6.5e530*2.95e601 2.02.530.00.300001000.02000.0350.0输出数据如下:*theCheCk*jdePesigmapsigma0.2542E-020.1125E+000.8433E+020.5170E+04nodeePekPk10.542E-020.202E+000.252E+020.240E+0120.135E-010.202E+000.252E+020.240E+0130.968E-020.157