下坑隧道喷混凝土支护设计课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,下坑隧道喷混凝土支护设计,下坑隧道喷混凝土支护设计,下坑隧道位于皖赣线安徽省祁门县境内，隧道穿过极严重风化破碎的千枚岩，岩层层面摺曲显著，节理裂隙发育，岩体为灰黑色、绿色，强烈风化后为黄褐色，主要由泥质组成，遇水浸泡后很快软化，围岩属,类（,f,值等于,1.02.0,），呈碎片状，覆盖层仅,20,米。由部决定：在该隧道进行“软弱围岩中喷锚支护和光面爆破试验”；经协商，确定于该隧道,DK2945+080DK2946+022,共长,42,米为试,下坑隧道位于皖赣线安徽省祁门县境内，隧道穿,验段；,1979,年,4,月正式施工，测试工作基本上同时进行，同年,10,月，试验基本结束，有关专题，均作出试验报告，,1980,年,5,月,1017,日，参加试验检查组，前往该隧道进行复查，结果是,“,各项量测的变化率，都比前一段期间大大减缓,”,。,“,进出口模注段，裂缝,5,条，长,11,米,锚喷网段未发现裂缝,”,。总的讲来，,“,支护可靠，状态良好,”,。通过下坑隧道的实践表明，对大多数岩体来说，采用光爆喷锚支护来改善围岩的稳定性是可行的，值得推广。为总结经验兹将设计情况阐述如下，谬误之处，在所难免，请不吝指教。,一、设计概况,隧道全长,65,米，全部处于线路曲线半径为,400,米的曲线上，线路纵坡为,4.3,，向出口方向为单向下坡，设计如图,1,所示。,验段；1979年4月正式施工，测试工作基本上同时进行,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,两洞口端设置明洞及洞口加强衬砌，试验原分为三段：锚喷,+,模注段（甲式）；锚喷段（丁式）；锚喷网段（乙式）。后据施工状况取消锚喷段，故实际施工仅为甲式和乙式。原设计按工程类比法选用的主要设计参数为：,1.,甲式：第一次喷层厚,8,厘米，锚杆间距,100,厘米,100,厘米，后作模注厚,25,厘米。,2.,乙式：第一次喷层厚,8,厘米，第二次喷层厚,10,厘米。共计喷层厚,18,厘米，锚杆间距,100,厘米,100,厘米，钢筋网格,20,厘米,20,厘米，钢筋直径纵向,=6,毫米，横向,=12,毫米。,二、柔性衬砌理论的初步应用,“新奥法”是建立在弹塑性理论基础上的，它首先假定：,1.,视围岩为均质的、各向同性的连续介质；,2.,只考虑自重造成的应力场；,3.,坑道形状以圆形洞室为主；,4.,坑道位于一定的深度，为无限体中的孔洞问题。,两洞口端设置明洞及洞口加强衬砌，试验原分为,（虽然这种作法是不尽合理的，但是偏于安全的）,（虽然这种作法是不尽合理的，但是偏于安全的）,A,C,D,B,ACDB,由于洞室处于符合弹性理论基本假定的围岩中，假定其开挖过程中的粘着力,C,及围岩中内摩擦角,不变，则围岩应力状态符合莫尔,库伦理论，即认为当某点应力状态的应力圆与破坏包络线,=C+tg,相切时，岩体进入塑性状态，如图,3,：由简单几何关系可得：,此式亦即是“塑性判据”。,在平面极坐标系中（图,4,）知有平衡方程：,由于洞室处于符合弹性理论基本假定的围岩中，假定其,因为围岩为各向同性的均匀连续介质，岩体似处静水压力场，,N=1,则,=0,得： （,1,）,围岩处塑性状态时：,(2),下坑隧道喷混凝土支护设计课件,(3),(3),(4),(6),(5),(4)(6)(5),(9),(7),(8),(9)(7)(8),这就是松动范围与径向抗力的关系式，亦即与所谓,Fener,方程相似。,为得最小支护抗力，还必须了解松动范围和岩体压力的关系。仍取单元体的受力状态作分析（如图,5,）。,这就是松动范围与径向抗力的关系式，亦即与所谓Fe,取,r=0,忽略高阶项得平衡方程：,(10),又由摩尔,库伦条件可得：,(11),将式（,11,）代入（,10,）经变换可得,取r=0,当,r=r0,时,r,即为作用在支护上的围岩压力,Pa,。假定松动范围的岩体,C=0,，,仍与未松动时,不变，上式简化为：,(12),式中：,岩体容重（,T/m,3,）,R,松弛区半径（,m,）,P,0,初始应力（静水压力场,P,0,=h,）,当r=r0时r即为作用在支护上的围岩压力Pa。假定松动范,求最小抗力即求式（,9,）和式（,12,）两曲线之交点，如图,6,。,解上述方程是比较费事的，为简化计算，可以假定某些系数，使用图解法，使复杂的计算简单化。,令,a,1,=Cctg,；,a,2,=,（,P,0,+a,）,(1-sin),;,求最小抗力即求式（9）和式（12）两曲线之交点，,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,Pimin=a3,（,1,M,）（,13,）,取,再令,本隧道计算中取,C=4.5T/m2,，,P,o,=h=50T/m2=25,，,则,n=1.472,，对,M,取,0.1-1,得,f1,（,M,）诸值作曲线如图,7,。,Pimin=a3（1M）（13）,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,式中：,PB1,第一次喷层支抗护力,B,喷层抗剪强度（,72,小时抗压强度为,1,42kg/cm,2,）,剪切面倾角（只考虑喷合取,=0,）,岩体剪切角（由于滑移面与最大主应力迹线处处成 ）（参见图）,d,第一次喷层厚,cm,b,剪切区高度,b,2R,C,cosp=8.06,米,滑移体与洞壁交点与纵轴所成圆心角，此时,=32,.,5,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,图,8,l,0,图8l0,P,M,=0.1S,C,dL/et=10.7T/m,2,P,imin,式中：,L,粘结长度（取,200cm,）,d,锚杆孔直径（取,3.4cm,）,SC,岩石单轴抗压强度（,50kg/cm,2,）,et,锚杆纵横间距（,1m,2,）,也就是说第一次喷层开裂后，岩层仍处于基本稳定状态。,作为永久支护，应以不产生裂纹为目的。设计中考虑锚喷网的共同作用。,图,8,表示圆形洞体滑移线与洞体的关系。,PM=0.1SCdL/et=10.7T/m2Pimin,dx=cosdr-rsind,dy=sindr-rcosd,又滑面的切线斜率：,dx=cosdr-rsind又滑面的切线斜率：,故,积分得,（,14,）,对于,=25,的下坑千枚岩地层，如前所述，滑移面与最大主应力迹线处成，,按（,14,）式作图,9,，再取,L/R,C,=0.458,交该曲线得,=55,，重复上述计算，则,b=2R,C,cos=5.0,米。,故,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,喷层支护抗力：,式中各项符号意义同前，但,d,取二次喷层厚,10,厘米，,B,取,28,天抗压强度的,10%,为,20T/m,2,，,考虑锚喷网取,锚杆抗力：由于网格与锚杆焊接，只要锚杆在初期支护中未曾被破坏，锚杆不可能被单根拨出，图,10,可见，锚杆提供的抗力系平均承担剪切区高度,b,上的径向抗力，采用下式计算：,喷层支护抗力：,式中：,P,M,锚杆抗力,F,M,一根锚杆断面积,0.00038m,2,p,锚杆抗拉强度,38000T/m,2,锚杆平均倾角,=,（,90,p,）,=17.5,et,锚杆间距,（米,）,a,（如图,10,）其值,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,钢筋网抗力系指横向（环向）钢筋的剪切区上提供的平均分配在剪切区高度上的抗剪力即：,式中：,Fy,一根机工向钢筋断面,12,，,Fy=0.000113,米,2,y,钢筋抗剪强度,23800T/m,2,E,钢筋横向间距取,0.2,米。其余符号同前。,总支护抗力,P=P,B,+P,M,+P,y,=37.65T/m,2,本设计安全系数,钢筋网抗力系指横向（环向）钢筋的剪切区上提供的,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,拱部：,B,（隧道开挖宽度）,=6.26,米，,h,（隧道开挖高度）,=7.16,米，巴屯调查结果认为对铁路隧道,ESR,取,1,，即当量尺寸,B/ESR=6.26,，得支护类型为,31,型（,4,），又因为,RQD/Jn=2.0,1.5,，由表,1,选用支护形式为,S,（,mr,）,7.525,厘米，较地质同志原推荐略有出入。,注：,RQD,岩石质量指标，,RQD=115-3.3JV,JV,节理组数,/,立方米，下坑,JV,为,27,。,Jn,节理组数取,12,，,Jr,节理粗糙系数取,20,，,Ja,节理蚀变系数，取,4,JW,节理含水析减系数取,1,；,SRF,应力析减系数，取,5,拱部：B（隧道开挖宽度）=6.26米，h（隧道开,对于边墙：巴屯调查认为，边墙和拱部有一定的关系，他们利用所谓“边墙质量”来调整这一关系，则对,0.1,Q,10,的边墙质量采用,2.5Q,，则“,Q”=0.5,，坏地层，当量尺寸为,h/ESR=7.16,，（,h,墙高），同理得推荐支护类型,27,型,（,4,）,又 据,h/ESR=7.16,12,由表,1,得支护形式为,B,（,utg,）,1,米,+S,（,mr,）,57.5,厘米，较地质同志提供的亦不尽相同（,utg,灌浆锚杆）。,可见，本设计理论检算是可行的，也基本符合巴屯提出的经验数字，设计是可以信赖的。,对于边墙：巴屯调查认为，边墙和拱部有一定的关系，,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,可见如若由实验室得出,p,和,c,、,的关系曲线后可据（,15,）式解得弹塑性边界,R,，再由（,9,）解得,Pi,后作,Pi,ua,曲线，找其,Pimin,对应的,ua,，并取,ua,ua,（为控制变形值，应尽量不使,Pi,过大）,本隧道依据上述方法，参照现场量测结果，在特定假设条件下（因未作三轴抗压试验）就支护抗力和塑性半径进行过试算，当采用变形为,0.02,米时,Pi,近似为,4kg/cm,2,，此时,R,为,6.4,米，与原计算数据亦趋接近。,关于“巴屯”方法，我们考虑在使用中尚应注意其图表和公式的一致性。本隧道在使用巴屯方法中，按其经验公式计算有如下情况：,可见如若由实验室得出p和c、的关系曲线后可据,或,而使用“巴屯”的“估计支护压力经验方法”,（,4,）,应为,P,拱顶,=2.2-5.5kg/cm,2,可见以公式计算结果相差较大，故我们认为，采用此法在选用,J,n,及,J,r,值时应慎重。,Q=+,（,J,r,）,Q=+,（,J,n,）则,P,拱顶,=,（,J,r,）或,P,拱顶,=,（,J,n,）,为了说明问题，仍假定,Q=0.2,为定值推算,J,r,及,J,n,的取用范围,P,拱顶,=2.2-5.5 kg/cm,2,则,2.2 5.5,得,0.622Jr1.555,可取,1.5,又由 ,5.5,得,8.38Jn52,可取,9,、,12,或,15,，也就是说，当,Q=0.2,时,Jr,、,Jn,的值受到限制，反之如若,Jr,、,Jn,选定,Q,值就受限制，因此在选用六个基本参数时应该全盘考虑，不可顾此失彼（边墙压力也同样有此问题，此处不赘述）。可见，巴屯方法的引用尚应进一步探讨,。,则2.2 5.5得0.622,下坑隧道喷混凝土支护设计课件,本隧道设计施工力求仿“新奥法”，经对乙式断面分析结果表明，据以施工的主要设计参数是可靠的，也属基本合理。如前所述，“新奥法”是以弹塑性理论为基础的，由于其假设条件与千变万化的围岩性质有着很大的差异，我们认为，在目前情况下作此类设计，似应以多种办法加以校核和适当加大安全系数的办法为好。,参 考 资 料,1,西科所，圆形洞室软弱围岩弹塑性分析,1975.10,2,89002,部队,“,喷锚支护整体加固岩洞的设计方法,”,1977.9,3,日本,施工技术,新奥法的支护理论,隧道译丛, 1979,第一期,4,巴屯等隧道支护所需的岩体工程分类,隧道译丛,1975,第,6,期,1976,第,1,期,本隧道设计施工力求仿“新奥法”，经对乙式,