1、第四章隧道衬砌设计第四章 隧道衬砌设计4.1围岩划分隧道围岩级别划分要紧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、断层及地下水阻碍程度等进行综合分类。依据实际资料在确信隧道围岩级别时，制定以下原那么：（1）以交通部行业标准公路隧道设计标准（JTG D70-2004）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品级，阻碍带推至洞底以上4080米与断层交壤处。（3）为便于隧道施工，按隧道开挖进程中可能碰到的地层和构造情形分段划分评判。（4）未有钻孔操纵段，参照勘测区同类岩石已有资料进行类比分级。4.2支
2、护形式的选择及参数确信由于本隧道为高速公路隧道，依照标准可知本隧道应采纳复合式衬砌，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，其中初期支护采纳锚喷支护二次衬砌采纳模铸混凝土衬砌。同时衬砌设计参数以工程类比法并结合计算分析确信，断面型式采纳等截面三心圆，关于级围岩采纳无仰拱衬砌，关于、级围岩均采纳带仰拱衬砌。4.2.1初期支护布置如下：级围岩初期支护采纳径向系统锚杆，钢拱支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采纳一般水泥砂浆锚杆，直径为22mm，长度为2.0m，采纳梅花形布置，环、纵向间距为1.0m。钢筋网矩形布置，间距25cm，采纳直径6.5的钢筋。级围岩喷射混凝土采纳C20混凝土
3、，厚度为10cm。级围岩初期支护采纳径向系统锚杆，钢拱架支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采纳中空注浆锚杆,直径为25mm,长度为2.5m，采纳梅花形布置，环、纵向间距为1.0m。钢拱架型号为I16，间距为1.0m。钢筋网矩形布置，间距25cm，采纳直径6.5的钢筋。级围岩喷射混凝土采纳C30混凝土，厚度为15cm。级围岩初期支护采纳径向系统锚杆，钢拱架支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采纳中空注浆锚杆,直径为25mm，长度为3.0m，采纳梅花形布置，环、纵向间距为1.0m。钢拱架型号为I20，间距为1.0m。钢筋网矩形布置，间距25cm，采纳直径6.5的钢筋。级围岩喷射混凝土采纳C30混
4、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300g/m2；防水板采纳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级围岩二次衬砌，采纳C25素混凝土，衬砌厚度35cm；围岩预留变形量30mm；级围岩二次衬砌，采纳C30钢筋混凝土，衬砌厚度45cm；围岩预留变形量50mm；级围岩二次衬砌，采纳C30钢筋凝土，衬砌厚度45cm；围岩预留变形量80mm；4.2.4隧道衬砌布置图依照以上设计，可别离作出级围岩衬砌设计图、级围岩衬砌设计图、级围岩衬砌设计图，别离见图4.一、图4.二、图4.3.图4.1 级围岩衬砌设计图
5、图4.2 级围岩衬砌设计图图4.3 级围岩衬砌设计图4.3确信隧道深浅埋分界限4.3.1隧道宽度与高度与确信依照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：级围岩隧道宽度2(5.63+0.35+0.03+1.010-3+0.1)12.22m级围岩隧道宽度2(5.63+0.45+0.05+1.010-3+0.15)12.56m级围岩隧道宽度2(5.63+0.45+0.08+1.010-3+0.25)12.82m由各级围岩衬砌设计图可知：级围岩隧道高度0.52+7.78+0.35+0.03+0.1=8.77m级围岩隧道高度0.45+1.12+7.77+0.45+0.
6、05+0.159.99m级围岩隧道高度0.45+1.12+7.77+0.45+0.08+0.2510.12m4.3.2隧道深浅埋判定（1）计算各级围岩坍落拱依照标准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）； i B每增加1m时的围岩压力的增减率，当B5m时，取i=0.1；那么，级围岩坍落拱高度h=0.45221+0.1(12.22-5)=3.100m； 级围岩坍落拱高度h=0.45231+0.1(12.56-5)=6.322m； 级围岩坍落拱高度h=0.45241+0.1(12.82-5)=12.830m；（2）各级围岩深
7、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、施工方式等因素综合判定。荷载等效高度计算公式如下： （4-2）式中：隧道深浅埋的分界高度（m）；等效荷载高度（m），；垂直均布压力（kN/m3）；围岩重度kN/m3。q=h （4-3）式中：q垂直均布压力围岩重度kN/m3； h坍落拱高度（m）由式（4-1）计算矿山法施工的条件下，在矿山法施工的条件下，-级围岩取；-级围岩取。级围岩等效荷载高度=m； 隧道分界高度Hp=2*hq=6.200m；由于本隧道级围岩埋深为10.1221.52m，故级围岩为深埋。级围岩等效荷载高度= 隧道分界高度HP=2.5hq=15.805m；由于本隧道
8、级围岩埋深为021.52m，故级围岩部份浅埋、部份深埋。级围岩等效荷载高度= 隧道分界高度HP=2.5hq=32.075m；由于本隧道级围岩埋深为04.45m，故级围岩为浅埋。4.3.3隧道衬砌验算本隧道设计中的衬砌验算均采纳直刚法验算。（1）级围岩衬砌验算： 输入数据如下：30 1 6 1 1 0 1 1 2 -4.90268 7.98010 -5.63243 6.01623 0.35 0.35 1 2 1 2 -5.53033 4.72173 8.26 0.35 0.35 1 12 2 2 5.60 81.0 9.0 0.35 0.35 31*6.5e5 30*2.95e6 0 1 2.5
9、 2.5 4 0.0 0.3 0 0 0 0 1000.0 1900.0 350.0 3.6 2.4 2.7 5170.0 5170.0 输入数据如下：* the check * jd e pe sigma psigma 0.1384E-02 0.8750E-01 0.7709E+02 0.5170E+04 node e pe k pk 1 0.261E-02 0.157E+00 0.262E+02 0.240E+01 2 0.103E-01 0.157E+00 0.260E+02 0.240E+01 3 0.899E-02 0.157E+00 0.271E+02 0.240E+01 4 0.
10、121E-02 0.157E+00 0.292E+02 0.240E+01 5 0.235E-02 0.157E+00 0.305E+02 0.240E+01 6 0.438E-02 0.157E+00 0.320E+02 0.240E+01 7 0.125E-01 0.157E+00 0.327E+02 0.240E+01 8 0.653E-01 0.157E+00 0.263E+02 0.240E+01 9 0.808E-01 0.157E+00 0.930E+02 0.360E+01 10 0.665E-01 0.157E+00 0.297E+02 0.240E+01 11 0.316E
11、-01 0.157E+00 0.383E+02 0.240E+01 12 0.122E-01 0.157E+00 0.443E+02 0.240E+01 13 0.512E-01 0.157E+00 0.381E+02 0.240E+01 14 0.721E-01 0.157E+00 0.194E+03 0.360E+01 15 no 0.293E+00 0.157E+00 0.129E+02 0.360E+01 16 0.721E-01 0.157E+00 0.194E+03 0.360E+01 17 0.512E-01 0.157E+00 0.381E+02 0.240E+01 18 0.
12、122E-01 0.157E+00 0.443E+02 0.240E+01 19 0.316E-01 0.157E+00 0.383E+02 0.240E+01 20 0.665E-01 0.157E+00 0.297E+02 0.240E+01 21 0.808E-01 0.157E+00 0.930E+02 0.360E+01 22 0.653E-01 0.157E+00 0.263E+02 0.240E+01 23 0.125E-01 0.157E+00 0.327E+02 0.240E+01 24 0.438E-02 0.157E+00 0.320E+02 0.240E+01 25 0
13、.235E-02 0.157E+00 0.305E+02 0.240E+01 26 0.121E-02 0.157E+00 0.292E+02 0.240E+01 27 0.899E-02 0.157E+00 0.271E+02 0.240E+01 28 0.103E-01 0.157E+00 0.260E+02 0.240E+01 29 0.261E-02 0.157E+00 0.262E+02 0.240E+01 jd e pe sigma psigma 0.1384E-02 0.8750E-01 0.7709E+02 0.5170E+04验算合格。可知，级围岩衬砌设计合格。（2）级围岩衬
14、砌深埋段验算 输入数据如下：30 1 6 1 1 0 1 1 2 -4.90268 7.98010 -5.63243 6.01623 0.45 0.45 1 2 1 2 -5.53033 4.72173 8.26 0.45 0.45 1 12 2 2 5.60 81.0 9.0 0.35 0.35 31*6.5e5 30*2.95e6 0 1 2.0 2.5 3 0.0 0.3 0 0 0 0 1000.0 2000.0 350.0 3.6 2.4 2.7 5170.0 5170.0 输出数据如下： * the check * jd e pe sigma psigma 0.2542E-02 0
15、.1125E+00 0.8433E+02 0.5170E+04 node e pe k pk 1 0.542E-02 0.202E+00 0.252E+02 0.240E+01 2 0.135E-01 0.202E+00 0.252E+02 0.240E+01 3 0.968E-02 0.157E+00 0.202E+02 0.240E+01 4 0.947E-03 0.157E+00 0.218E+02 0.240E+01 5 0.167E-02 0.157E+00 0.227E+02 0.240E+01 6 0.514E-02 0.157E+00 0.236E+02 0.240E+01 7
16、 0.149E-02 0.157E+00 0.254E+02 0.240E+01 8 0.583E-01 0.157E+00 0.202E+02 0.240E+01 9 0.770E-01 0.157E+00 0.780E+02 0.360E+01 10 0.654E-01 0.157E+00 0.220E+02 0.240E+01 11 0.328E-01 0.157E+00 0.279E+02 0.240E+01 12 0.893E-02 0.157E+00 0.330E+02 0.240E+01 13 0.459E-01 0.157E+00 0.288E+02 0.240E+01 14
17、0.647E-01 0.157E+00 0.264E+02 0.240E+01 15 no 0.283E+00 0.157E+00 0.937E+01 0.360E+01 16 0.647E-01 0.157E+00 0.264E+02 0.240E+01 17 0.459E-01 0.157E+00 0.288E+02 0.240E+01 18 0.892E-02 0.157E+00 0.330E+02 0.240E+01 19 0.328E-01 0.157E+00 0.279E+02 0.240E+01 20 0.654E-01 0.157E+00 0.220E+02 0.240E+01
18、 21 0.770E-01 0.157E+00 0.780E+02 0.360E+01 22 0.583E-01 0.157E+00 0.202E+02 0.240E+01 23 0.149E-02 0.157E+00 0.254E+02 0.240E+01 24 0.514E-02 0.157E+00 0.236E+02 0.240E+01 25 0.167E-02 0.157E+00 0.227E+02 0.240E+01 26 0.947E-03 0.157E+00 0.218E+02 0.240E+01 27 0.968E-02 0.157E+00 0.202E+02 0.240E+0
19、1 28 0.135E-01 0.202E+00 0.252E+02 0.240E+01 29 0.542E-02 0.202E+00 0.252E+02 0.240E+01 jd e pe sigma psigma 0.2542E-02 0.1125E+00 0.8433E+02 0.5170E+04验算合格。可知，级围岩衬砌设深埋段设计合格。（3）级围岩衬砌浅埋段验算 输入数据如下：30 1 6 1 1 0 1 1 2 -4.90268 7.98010 -5.63243 6.01623 0.45 0.45 1 6 1 2 -5.53033 4.72173 8.26 0.45 0.45 1
20、8 2 2 5.60 81.0 9.0 0.45 0.45 31*1.5e5 30*2.95e6 0 0 2.0 2.5 15.805 50.0 36.0 10.0 1 0 0 0 0 1200.0 1900 350.0 2.4 2.0 2.7 153.1 153.1输出数据如下：* the check * jd e pe sigma psigma 0.1193E-02 0.1125E+00 0.4055E+03 0.1531E+03 node e pe k pk 1 0.730E-03 0.202E+00 0.478E+01 0.200E+01 2 0.160E-01 0.202E+00 0
21、.456E+01 0.200E+01 3 0.271E-01 0.202E+00 0.440E+01 0.200E+01 4 0.338E-01 0.202E+00 0.430E+01 0.200E+01 5 0.370E-01 0.202E+00 0.427E+01 0.200E+01 6 0.370E-01 0.202E+00 0.429E+01 0.200E+01 7 0.343E-01 0.202E+00 0.442E+01 0.200E+01 8 0.260E-02 0.202E+00 0.512E+01 0.200E+01 9 0.577E-01 0.202E+00 0.437E+
22、01 0.200E+01 10 0.124E+00 0.202E+00 0.969E+01 0.240E+01 11 0.114E+00 0.202E+00 0.132E+02 0.240E+01 12 0.509E-01 0.202E+00 0.553E+01 0.200E+01 13 0.309E-01 0.202E+00 0.640E+01 0.200E+01 14 0.874E-01 0.202E+00 0.524E+01 0.200E+01 15 no 0.345E+00 0.202E+00 0.240E+01 0.240E+01 16 0.108E+00 0.202E+00 0.1
23、87E+02 0.240E+01 17 0.655E-01 0.202E+00 0.561E+01 0.200E+01 18 0.156E-01 0.202E+00 0.637E+01 0.200E+01 19 0.916E-01 0.202E+00 0.309E+02 0.240E+01 20 0.126E+00 0.202E+00 0.929E+01 0.240E+01 21 0.932E-01 0.202E+00 0.244E+02 0.240E+01 22 0.555E-02 0.202E+00 0.503E+01 0.200E+01 23 0.351E-01 0.202E+00 0.
24、437E+01 0.200E+01 24 0.383E-01 0.202E+00 0.422E+01 0.200E+01 25 0.385E-01 0.202E+00 0.420E+01 0.200E+01 26 0.353E-01 0.202E+00 0.424E+01 0.200E+01 27 0.285E-01 0.202E+00 0.433E+01 0.200E+01 28 0.172E-01 0.202E+00 0.449E+01 0.200E+01 29 0.270E-03 0.202E+00 0.474E+01 0.200E+01 jd e pe sigma psigma 0.1
25、147E-02 0.1125E+00 0.4097E+03 0.1531E+03验算合格。可知，级围岩衬砌浅埋段设计合格。（4）级围岩衬砌验算输入数据如下：30 1 6 1 1 0 1 1 2 -4.90268 7.98010 -5.63243 6.01623 0.5 0.5 1 2 1 2 -5.53033 4.72173 8.26 0.45 0.45 1 12 2 2 5.60 81.0 9.0 0.5 0.5 31*1.5e5 30*2.95e6 0 0 1.9 2.5 4.45 50.0 20.0 10.0 1 0 0 0 0 1000.0 1900.0 350.0 2.4 2.0 2
26、.7 153.1 153.1输出数据如下：* the check * jd e pe sigma psigma 0.1571E-02 0.1250E+00 0.1535E+03 0.1531E+03 node e pe k pk 1 0.244E-03 0.225E+00 0.129E+02 0.200E+01 2 0.372E-01 0.202E+00 0.104E+02 0.200E+01 3 0.389E-01 0.225E+00 0.119E+02 0.200E+01 4 0.182E-01 0.225E+00 0.130E+02 0.200E+01 5 0.119E-01 0.225
27、E+00 0.137E+02 0.200E+01 6 0.623E-01 0.225E+00 0.119E+02 0.200E+01 7 0.124E+00 0.225E+00 0.284E+02 0.240E+01 8 0.146E+00 0.225E+00 0.192E+02 0.240E+01 9 0.135E+00 0.225E+00 0.245E+02 0.240E+01 10 0.969E-01 0.225E+00 0.124E+02 0.200E+01 11 0.404E-01 0.225E+00 0.162E+02 0.200E+01 12 0.228E-01 0.225E+0
28、0 0.181E+02 0.200E+01 13 0.785E-01 0.225E+00 0.154E+02 0.200E+01 14 0.111E+00 0.225E+00 0.565E+02 0.240E+01 15 no 0.581E+00 0.225E+00 0.441E+01 0.240E+01 16 0.146E+00 0.225E+00 0.252E+02 0.240E+01 17 0.147E+00 0.225E+00 0.246E+02 0.240E+01 18 0.113E+00 0.225E+00 0.519E+02 0.240E+01 19 0.545E-01 0.22
29、5E+00 0.157E+02 0.200E+01 20 0.124E-01 0.225E+00 0.170E+02 0.200E+01 21 0.738E-01 0.225E+00 0.129E+02 0.200E+01 22 0.118E+00 0.225E+00 0.343E+02 0.240E+01 23 0.137E+00 0.225E+00 0.212E+02 0.240E+01 24 0.123E+00 0.225E+00 0.273E+02 0.240E+01 25 0.704E-01 0.225E+00 0.106E+02 0.200E+01 26 0.102E-01 0.225E+00 0.126E+02 0.200E+01 27 0.318E-01 0.225E+00 0.115E+02 0.200E+01 28 0.383E-01 0.202E+00 0.974E+01 0.200E+01 29 0.369E-02 0.225E+00 0.120E+02 0.200E+01 jd e pe sigma psigma 0.1485E-02 0.1250E+00 0.1627E+03 0.1531E+03验算合格。可知，级围岩衬砌段设计合格。
