1、隧道初期支護(hù)設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)計(jì)算公式4.1.1隧道設(shè)計(jì)與的相關(guān)性如果假設(shè)隧道是一個(gè)的圓形，那么就可以設(shè)定初始地應(yīng)力只是單一的自重應(yīng)力（各向勻稱，質(zhì)地均勻且具有連續(xù)性），取壓力系數(shù)。查閱相關(guān)準(zhǔn)則和理論資料得：（1）和的關(guān)系見公式(1) (1)式中：隧道塑性區(qū)半徑，cm； 隧道當(dāng)量半徑，cm； 圍巖的自重應(yīng)力，(為容重，；為隧道埋深，m)； 設(shè)計(jì)支護(hù)阻力，MPa； 彈性狀態(tài)、塑性狀態(tài)、凝聚力(MPa)、內(nèi)摩擦角()。（2） 隧道周邊和的關(guān)系見公式(2)假定塑性區(qū)的圍巖體積保持不變，可按下式計(jì)算的近似值： (2)式中：設(shè)計(jì)塑性徑向位移，cm； 彈性模量、泊松比； 其余同前。（3）隧道周邊與的計(jì)算式見

2、公式(3)由(1)式(2)式聯(lián)立得公式(3): (3)式中：符號(hào)同前。由以上關(guān)系式可知，的大小與存在線性關(guān)系：隨增大而減小；反過(guò)來(lái)減小時(shí)，就會(huì)隨之增大。我們可以得出一個(gè)結(jié)論，那就是荷載與圍巖的變形存在反比關(guān)系。收斂約束法允許圍巖變形，適用于柔性的隧道圍巖支護(hù)。再有公式(3)中，和的大小均未知，方程存在無(wú)數(shù)組解。所以塑性區(qū)在實(shí)際設(shè)計(jì)中的計(jì)算公式(1)和(2)是由公式(3)分解而來(lái)，在另外考慮和求解和。這是因?yàn)橹苯泳涂梢杂矛F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方法取得。4.1.2和隧道洞壁的求解(1) 支護(hù)阻力和徑向位移計(jì)算公式見(4)、(5)單層 (4) 多層(分層噴) (5)式中：i噴層半徑、厚度，cm； 抗壓強(qiáng)度極限，

3、取3。(2) 支護(hù)阻力和徑向位移計(jì)算如公式(6)和、(7)砂漿、圍巖產(chǎn)生抗剪強(qiáng)度決定支護(hù)阻力，剪應(yīng)力分布均勻，則： (6)式中：錨桿支護(hù)阻力，MPa； 砂漿、圍巖產(chǎn)生的抗剪強(qiáng)度，取1020，MPa； 錨桿孔直徑，cm； 錨桿計(jì)算長(zhǎng)度，cm； 縱、橫向錨桿間距，cm。洞壁在設(shè)置錨桿時(shí)需要人為精確控制，而且彈性變形也會(huì)因?yàn)殄^桿設(shè)置有偏差，如果兩者得到精確控制，如果錨桿裝完同時(shí)彈性變形完成。同時(shí)，錨桿加固后承載環(huán)厚度可以決定圍巖的最大塑性區(qū)，則可按（7）式計(jì)算： (7)式中： 圍巖約束塑性區(qū)半徑，cm 其余同前。(3) 由以上(4)(7)式可得： (8) (9)式中：初支總支護(hù)阻力，MPa； 隧道壁

4、柔性初支徑向位移，cm； 其余同上。4.2 設(shè)計(jì)計(jì)算原則收斂約束法，目前適用于大多數(shù)隧道復(fù)合式襯砌計(jì)算，初期支護(hù)只能被單一確定，這也是它的一個(gè)弊端。由巖石力學(xué)理論、工程實(shí)踐中得出，初支復(fù)合襯砌中在穩(wěn)定圍巖中至關(guān)重要，為了安全必須在圍巖基本穩(wěn)定基礎(chǔ)下進(jìn)行二次支護(hù)。因此，收斂約束法計(jì)算規(guī)則如下：(1) 應(yīng)不小于隧道的。即有下式： (10)(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。即有下式： (11)4.3 收斂約束法計(jì)算算例4.3.1 確定計(jì)算參數(shù)(1)支護(hù)參數(shù)見表1 圍巖類別噴層厚度(cm)錨 桿鋼筋網(wǎng)二次襯砌厚度(cm)直徑(mm)長(zhǎng)度(m)間距

5、(mm）直徑(mm)間距(mm)20223.01.01.06.5202040 (2)圍巖計(jì)算、幾何尺寸見表2 圍巖類別隧道當(dāng)量半徑(cm)埋深(m)容重(kN/m)粘結(jié)力(MPa)內(nèi)摩擦角(度)變形模量(MPa)泊松比初始應(yīng)力(MPa)726107201.5/0.835/26.1150000.32.14注：初始應(yīng)力;圓形隧道半徑，如圖1，計(jì)算公式(12) (12)式中：F、B 隧道開挖高度、寬度，cm 圖一 馬蹄形隧道計(jì)算當(dāng)量半徑圖其中，F(xiàn) =1052.1cm,B =1297.3cm,所以=726cm。(3)初支材料力學(xué)特性，可取(適合抗壓強(qiáng)度且3天齡期的混凝土)；=3；圍巖與砂漿之間的抗剪強(qiáng)

6、度=0.6MPa；=30MPa。4.3.2 與的計(jì)算查詢資料得，類圍巖的徑向松弛主要位于距離洞壁2m以內(nèi)，馬蹄形隧道出現(xiàn)松弛時(shí)，其等代圓的計(jì)算當(dāng)量半徑(塑性半徑)按式(13)計(jì)算： (13)式中：隧道圍巖松弛范圍，cm，； 其它同上。通過(guò)式(1)和(2)可得和，見表3.(cm)(cm)(MPa)(cm)7266260.8620.030.344查詢公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范得，類圍巖埋深為107m時(shí)，隧道周邊水平相對(duì)收斂值允許為0.41.2%，即隧道周邊的徑向=0.344cm，(0.4%1.2%)B=4.8614.59cm，符合規(guī)范要求。4.3.3 初支和隧道洞壁計(jì)算(1)噴射層的和洞壁的計(jì)算噴射施工混凝

7、土4層，每層5cm。通過(guò)式(4)、(5)得。分層項(xiàng)目=721cm=5cm=716cm=5cm=711cm=5cm=706cm=5cm(MPa)0.0690.0700.0700.070(MPa)2.1482.1332.1182.103(MPa)=0.279(cm)=8.502(3) 砂漿錨桿和錨桿洞壁的計(jì)算通過(guò)式(6)、(7)得。(cm) (cm)(cm)(MPa)(cm)(cm)(cm)7262509611.0.1790.8130.4640.349為了使計(jì)算結(jié)果更加精確，可以借助表6的錨桿計(jì)算長(zhǎng)度。321.335/62/35.5/10注：為實(shí)際錨桿長(zhǎng)度；為縱橫向錨桿平均間距；為錨桿計(jì)算長(zhǎng)度；圍巖約束塑性區(qū)半徑由(14)得