隧道初期支護計算書

xx隧道施工方法計算報告xxxx年xx月xx日（xx）目錄1主要規(guī)范12工程概況12.1隧道工程概況12.2隧道施工方法22.3隧道設(shè)計參數(shù)33計算概況33.1計算程序33.2數(shù)值模型33.3計算參數(shù)54計算結(jié)果及分析54.1各施工步應(yīng)力場54.2各施工步位移場104.3錨桿軸力變化134.4支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力及安全系數(shù)165主要結(jié)論255.1數(shù)值計算結(jié)論255.2建議工程措施251主要規(guī)范在進行隧道結(jié)構(gòu)計算分析時，主要采用了以下設(shè)計規(guī)范。(1)《市政公用工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定》2004年3月(2)《城市道路設(shè)計規(guī)范》（CJJ37-90）；(3)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTJD70-2004）；(4)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ042-94）；(5)《錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范》GB50086-2001；(6)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2004）；(7)《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》（JTJ004-89）；(8)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2002）；(9)《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》JTG/TB07-01-2006(10)《混凝土結(jié)構(gòu)防火涂料》（GA98～2005）。2工程概況2.1隧道工程概況隧道按雙向兩洞（機動）獨立隧道進行設(shè)計，左洞機動車隧道長1060米，右洞機動車隧道長1052米。隧道出口受地形制約，采用了xx方案，襯砌結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，隧道開挖步序見圖2-2所示。隧道進、出口主要通過強風(fēng)化凝灰?guī)r碎塊狀，部分為強風(fēng)化凝灰?guī)r砂土狀，圍巖的節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極破碎－破碎。圖2-1隧道出口段V級圍巖襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計圖圖2-2隧道緊急停車帶區(qū)段開挖步序圖2.2隧道施工方法隧道采用CD法開挖，中間設(shè)臨時豎撐。在圖2-2中，具體施工步序為：eq\o\ac(○,1)右洞上部弧形導(dǎo)坑開挖eq\o\ac(○,I)右洞上部弧形導(dǎo)坑初期支護；eq\o\ac(○,2)右洞上部核心土開挖eq\o\ac(○,3)右洞下臺階開挖；eq\o\ac(○,Ⅱ)右洞下臺階施作邊墻初期支護及自進式對拉錨桿eq\o\ac(○,4)右洞仰拱開挖eq\o\ac(○,Ⅲ)右洞仰拱施作初期支護；eq\o\ac(○,Ⅳ)右洞施作二次襯砌及仰拱填充eq\o\ac(○,5)左洞右導(dǎo)坑開挖；eq\o\ac(○,Ⅴ)左洞右導(dǎo)坑施作初期支護、臨時支護及自進式錨桿eq\o\ac(○,6)左洞左導(dǎo)坑上臺階開挖eq\o\ac(○,Ⅵ)左洞左導(dǎo)坑上臺階初期支護、臨時支護及錨桿eq\o\ac(○,7)左洞左導(dǎo)坑下臺階開挖eq\o\ac(○,Ⅶ)左洞左導(dǎo)坑下臺階初期支護eq\o\ac(○,Ⅷ)拆除臨時支護eq\o\ac(○,Ⅸ)左洞施作二次襯砌及仰拱填充eq\o\ac(○,Ⅹ)左洞施作邊墻及拱部二次襯砌eq\o\ac(○,Ⅺ)左洞施作邊墻及拱部二次襯砌2.3隧道設(shè)計參數(shù)隧道結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌，初期支護由噴混凝土、錨桿及鋼筋網(wǎng)組成。復(fù)合式襯砌初期支護參數(shù)系根據(jù)隧道的埋置深度、圍巖級別、跨度及受力特征，參照有關(guān)規(guī)范及國內(nèi)外經(jīng)驗擬定，具體如表2-1所示。表2-1隧道初期支護設(shè)計參數(shù)表分段支護參數(shù)緊急停車帶支護護參數(shù)初期支護中空注漿錨桿直徑(mm)φ25（對拉錨桿桿）φ22(拱部錨桿桿)長度(m)3.5（局部設(shè)）間距(cm)60×120（局局部設(shè)）C25噴射混凝凝(cm)拱、墻厚度266cm3計算概況3.1計算程序二維分析采用美國Itasca公司開發(fā)的FLAC3D軟件。FLAC3D是一種應(yīng)用于工程力學(xué)計算的顯式有限差分程序，該程序可模擬土、巖石等材料的力學(xué)行為，適用于多種材料模式及邊界條件的非規(guī)則區(qū)域的連續(xù)介質(zhì)求解問題。在求解過程中，F(xiàn)LAC3D采用動力松弛法，不需要形成剛度矩陣，避免了直接求解大型聯(lián)立方程組，便于在微機上求解較大規(guī)模的工程問題，與有限元法相比，在處理幾何非線性和大變形問題上具有明顯優(yōu)勢。另外，該套軟件在模擬支護體方面提供了梁、樁、錨桿、殼體等多種結(jié)構(gòu)單元，非常適合于研究隧道開挖等巖土工程問題。3.2數(shù)值模型根據(jù)巖石力學(xué)原理，對于地下工程的結(jié)構(gòu)分析圍巖可選用三倍或以上洞徑范圍作為數(shù)值分析的模型范圍。本次計算，圍巖選取范圍以左、右線隧道中線為基準(zhǔn)，左側(cè)、右側(cè)分別延伸到50m；上部延伸到地表；下部延伸到隧道仰拱以下50m。隧道左右有水平約束，下部有垂直約束，前方和后方均有垂直其面的約束。計算中，用8節(jié)點6面體實體單元模擬圍巖及大管棚加固區(qū)，用殼單元模擬初期支護、臨時支護。隧道計算模型中實體單元總數(shù)為1882，總節(jié)點數(shù)為3906個；結(jié)構(gòu)單元總數(shù)為495個，總節(jié)點數(shù)為546個。整體及局部模型具體如圖3-1~圖3-3所示。圖3-1隧道全局模型圖3-2隧道錨桿模型圖3-3隧道支護＋錨桿模型3.3計算參數(shù)3.3.1數(shù)值分析參數(shù)本次計算根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTGD70—2004）對圍巖及不同標(biāo)號混凝土的物理力學(xué)參數(shù)取值，圍巖、隧道初期支護及臨時支護物理力學(xué)參數(shù)詳見表3-1。表3-1數(shù)值分析材料參數(shù)材料名稱彈模E/GPa泊松比υ粘聚力C/MPPa內(nèi)摩擦角/°密度ρ/kg.m-33備注V級圍巖1500.230.125251700圍巖初期支護29.50.20//2300初期支護臨時支護29.50.20//2300中墻支護4計算結(jié)果及分析4.1各施工步應(yīng)力場各分步開挖后，計算域內(nèi)圍巖應(yīng)力分布情況如圖4-1～圖4-8所示，圖中單位為Pa。圖4-1-1右洞上部弧形導(dǎo)坑開挖后圍巖第三主應(yīng)力圖4-1-2右洞上部弧形導(dǎo)坑開挖后圍巖第一主應(yīng)力圖4-1-3右洞上部核心土開挖后圍巖第三主應(yīng)力圖4-1-4右洞上部核心土開挖后圍巖第一主應(yīng)力圖4-1-5右洞下部臺階開挖后圍巖第三主應(yīng)力圖4-1-6右洞下部臺階開挖后圍巖第一主應(yīng)力圖4-1-7右洞仰拱開挖后圍巖第三主應(yīng)力圖4-1-8右洞仰拱開挖后圍巖第一主應(yīng)力圖4-1-9左洞右導(dǎo)坑開挖后圍巖第一主應(yīng)力圖4-1-10左左洞右導(dǎo)坑開挖挖后圍巖第第三主應(yīng)力圖4-1-11左左洞左導(dǎo)坑上上臺階開挖挖后圍巖第第一主應(yīng)力圖4-1-12左左洞右導(dǎo)坑上上臺階開挖挖后圍巖第第三主應(yīng)力圖4-1-13隧隧道全部施施工完畢后后圍巖第三三主應(yīng)力圖4-1-14隧隧道全部施施工完畢后后圍巖第一一主應(yīng)力由以上各開挖步步圍巖第一一、第三主主應(yīng)力分布布情況可知知，由于隧隧道圍巖整體條件較較好，開挖挖前后僅在在局部位置置有應(yīng)力集集中現(xiàn)象。但但是從應(yīng)力力集中區(qū)與與非集中區(qū)區(qū)的應(yīng)力梯梯度上看，兩兩者相差很小小，這說明明隧道開挖挖后，隧道道周邊圍巖巖受擾動的的范圍及程程度均不大大。盡管隧道出口段段采用大管管棚進行的的超前支護護，但是隧隧道的施工工仍然導(dǎo)致致兩隧道中中間位置對對應(yīng)地表一一定范圍產(chǎn)產(chǎn)生了拉應(yīng)應(yīng)力，因此此隧道施工工期間兩隧隧道中夾巖巖柱對應(yīng)地地表可能出出現(xiàn)地表裂裂縫，因此此施工期間間應(yīng)進行地地表沉降及及地表開裂裂情況進行行監(jiān)測，如如果發(fā)現(xiàn)異異常，及時時采用應(yīng)對對工程措施施。4.2各施工工步位移場場分析隧道各個施施工步位移移場的變化化有助于了了解隧道開開挖后變形形情況，并并可與現(xiàn)場場監(jiān)測數(shù)據(jù)據(jù)進行對比比分析，進進而綜合判判定隧道圍圍巖的穩(wěn)定定性。各個個施工步結(jié)結(jié)束后，圍圍巖位移場場如圖4--2-1~44-2-88所示。圖4-2-1右洞洞上部弧形形導(dǎo)坑開挖后圍圍巖位移云云圖圖4-2-2右洞洞上部核心心土開挖后后圍巖位移移云圖圖4-2-3右洞洞下部臺階階開挖后圍圍巖位移云云圖圖4-2-4右洞洞仰拱開挖后后圍巖位移移云圖圖4-2-5左洞洞右導(dǎo)坑開挖挖后圍巖位位移云圖圖4-2-6左洞洞左導(dǎo)坑上上臺階開挖挖后圍巖位位移云圖圖4-2-7隧道道全部施工工完畢后圍圍巖位移云云圖圖4-2-8隧道道臨時支護護折除后圍圍巖位移云云圖由以上各圖可知知，隧道開開挖后，隧隧道拱頂及及仰拱一定定范圍內(nèi)圍圍巖發(fā)生不不同程度的的位移。但是就各各個施工步步圍巖位移移的絕對量量值而言均均較小，隧隧道全部開開挖完畢后后，拱頂下下沉量為66.5mmm，隧道仰拱拱向上隆起起3.0mm?？傮w而言，隧道道開挖后，隧隧道周邊位位移不顯著著，滿足規(guī)規(guī)范要求。4.3錨桿軸軸力變化各施工步隧道錨錨桿軸力分分布情況如如圖4-33-1～圖4-3-所示。圖4-3-1右洞上臺階弧弧形導(dǎo)坑開開挖后錨桿桿軸力圖4-3-2右洞下臺階開挖挖后錨桿軸軸力圖4-3-3左左洞右導(dǎo)坑開挖后后錨桿軸力力圖4-3-4左左洞左導(dǎo)坑上上臺階開挖挖后錨桿軸軸力圖4-3-5左左洞左導(dǎo)坑下下臺階開挖挖后錨桿軸軸力由圖4-3-11～圖4-3-55可知，隧道道左右線各各個導(dǎo)洞分別開挖后，隧道錨桿桿軸力處于于不斷的調(diào)調(diào)整和變化化之中，這這說明錨桿桿起到了對對松散圍巖巖的加固作作用。由計算可知，右右洞開挖后后錨桿軸力力最大值為為3.62kN，右洞下臺階開挖挖后，錨桿桿軸力最大大值增大為5.077kN（對拉拉錨桿），這這說明對拉拉錨桿已經(jīng)經(jīng)開始受力力。左洞右導(dǎo)坑開挖后后，錨桿軸軸力最大值值為5.12kN，左洞左導(dǎo)坑坑上臺階開挖挖后，錨桿桿軸力最大大增大為5.199kN。隧道全部部施工完畢畢后，錨桿桿軸力最大大值調(diào)整為為4.788kN。對拉錨桿大部分分受拉，這這說明對拉拉錨桿起到到了對中夾夾巖柱的加加固作用。由此可見，在xxx段由于于隧道先進進行了大管管棚超前預(yù)預(yù)支護，在在一定程度度上提高了了圍巖的力力學(xué)指標(biāo)，因因此錨桿軸軸力的計算算值較小，均均小于錨桿桿的設(shè)計軸軸力，這說說明支護結(jié)結(jié)構(gòu)有較高高的安全儲儲備。4.4支護結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及及安全系數(shù)數(shù)臨時支護拆除前前后初期支護護及臨時支支護內(nèi)力如如圖4-4-11~圖4-4-44所示，圖圖中軸力單單位：N，彎矩單單位：N·m。隧道初期支支護單元編編號如圖4-4-5和圖4-4-6所示，結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計計算結(jié)果見見表4-4-11和表4-4--2。圖4-4-1隧隧道初期支支護及臨時時支護彎矩矩圖4-4-2隧隧道初期支支護及臨時時支護軸力力圖4-4-3最最終狀態(tài)隧隧道初期支支護及臨時時支護彎矩矩圖4-4-4最最終狀態(tài)隧隧道初期支支護及臨時時支護彎矩矩圖4-4-5左左洞初期支支護及臨時時支護單元元編號圖4-4-6右右洞初期支支護及臨時時支護單元元編號表4-4-1隧道右右洞初期支護護內(nèi)力及安安全系數(shù)單元編號位置N(kN)M(kN·m))K1右洞上臺階初期期支護-310.4661.7613.092-319.4551.7112.723-661.26615.715.894-739.7227.015.495-813.688-0.964.976-803.566-1.495.047-778.588-1.415.208-749.655-1.525.409-708.355-0.755.7010-672.2110.066.0011-626.4880.896.4512-589.7331.006.8613-545.4770.897.4114-511.9440.737.9015-472.7000.718.5516-443.1000.899.1317-408.2771.139.9318-382.4881.2210.6019-354.7001.4211.4420-336.4441.5512.0721-306.0661.5513.2722-306.0441.7113.2823-702.266-0.955.7624-670.488-0.946.0325-749.288-0.455.3926-733.099-0.905.5127-619.39916.136.2128-712.0888.045.6929-627.999-0.176.4230-592.6330.496.8131-549.4221.157.3732-515.8441.227.8533-475.5331.198.5234-444.6771.149.1135-409.1991.179.9036-383.8331.2810.5737-322.0331.5312.6138-312.9331.4612.9839-357.1771.4311.36續(xù)表4-4-1隧道道右洞初期支支護內(nèi)力及及安全系數(shù)數(shù)單元編號位置N(kN)M(kN·m))K40-339.7771.4911.95136右洞下臺階初期期支護-412.755-4.989.81137-530.188-11.967.39138-622.100-13.376.33139-650.611-8.326.21140-424.1554.769.56141-491.71114.617.65142-647.655-2.096.26143-622.566-0.626.49144-581.699-0.376.94145-541.111-1.177.48146-482.299-3.058.43147-430.177-3.739.45148-460.633-6.398.76149-350.844-1.8411.58150-602.433-11.816.58151-557.055-11.147.11152-629.033-3.826.46153-629.033-8.246.42154-517.71115.467.26155-464.4996.458.69156-593.799-0.236.79157-614.6220.036.56158-527.555-2.007.69159-560.400-1.427.23160-434.077-1.999.35161-478.744-2.718.49227右洞仰拱初期支支護-218.6771.6718.59228-136.6111.2229.74229-82.320.2649.25230-65.720.2261.72231-48.140.2184.33232-36.460.22111.48233-23.090.33174.58234-12.910.42285.72235-1.760.42-97.842365.010.33-293.3552379.940.28381.1023811.570.32328.7923911.840.31324.51續(xù)表4-4-1隧道道右洞初期支支護內(nèi)力及及安全系數(shù)數(shù)單元編號位置N(kN)M(kN·m))K240右洞仰拱初期支支護10.570.26367.532417.080.26504.722422.850.31-176.699243-4.490.35-221.766244-12.170.32315.31245-24.460.34164.98246-36.410.38111.44247-54.960.1873.79248-73.06-0.0455.24249-98.200.2141.22250-119.2660.6934.08251-179.6771.6922.60252-269.3001.5015.09表4-4-2隧隧道左洞初期支支護及臨時時支護內(nèi)力力及安全系系數(shù)單元編號位置N(kN)M(kN·m))K253左洞右導(dǎo)初期支支護-649.955-3.266.25254-727.011-11.595.52255-805.755-15.014.94256-849.000-10.364.77257-874.488-2.924.64258-875.9440.114.60259-868.0441.664.66260-855.9880.544.72261-837.900-0.744.82262-821.144-0.754.92263-797.577-0.695.06264-776.877-0.655.20265-748.966-0.585.39266-724.900-0.585.57267-692.966-0.765.83268-666.155-0.936.07269-629.988-0.786.41270-598.299-0.426.75271-558.2220.187.23272-527.6660.507.65273-493.7550.778.19274-469.1770.788.62275-439.6330.849.20276-417.0330.979.71表4-4-2隧隧道左洞初期支支護及臨時時支護內(nèi)力力及安全系系數(shù)單元編號位置N(kN)M(kN·m))K277-342.23314.219.96278-319.3889.1811.85279-391.0550.9010.36280-372.4550.8910.87281-352.8663.2311.51282-340.7556.9211.61283左洞右導(dǎo)仰拱初初支-272.2552.5714.92284-291.5772.6413.93285-244.4222.3916.61286-254.1552.4015.98287-237.4449.5914.52288-238.2336.2516.13289-277.4551.4514.64290-236.8334.8916.67291-496.3116.568.14292-559.4665.537.26293-321.6992.8912.63294-350.5003.1111.59295-393.3114.6310.30296-433.0775.919.32297左洞中墻臨時支支護-487.90017.007.42298-457.57738.26-1.82299-464.77715.407.89300-382.1009.5310.13301-519.022-2.797.83302-523.644-17.986.94303-526.977-38.59-2.13304-530.577-44.55-1.55305-531.999-46.28-1.44306-534.244-42.44-1.74307-535.200-25.116.01308-536.655-11.575.45310-514.53330.98-1.43311-493.322-4.026.33312-385.155-4.868.01313-559.800-15.874.89314-560.000-23.39-4.20315-552.777-11.805.30316-550.2112.345.68317左洞中墻臨時支支護-557.577-29.45-1.83318-556.277-26.08-2.63續(xù)表4-4-2隧隧道左洞初期支支護及臨時時支護內(nèi)力力及安全系系數(shù)單元編號位置N(kN)M(kN·m))K364左洞左導(dǎo)坑上臺臺階初期支支護-245.31110.7513.57365-158.4229.45-12.97366-98.9911.83-4.44367-91.356.82-11.72368-88.101.1045.92369-90.261.5144.37370-99.971.6640.08371-112.3771.6435.84372-131.9441.6030.68373-150.6111.4326.96374-177.7551.3122.87375-202.5771.3320.07376-237.5221.3017.11377-268.5221.2115.12378-310.0110.7813.07379-345.0660.3711.71380-388.988-0.0710.37381-423.655-0.129.52382-464.500-0.198.68383-494.944-0.198.15384-528.6331.087.66385-551.4882.227.36386-503.3441.668.06387-442.588-0.169.11389左洞臨時橫撐-240.32215.44-2.67390-165.788-3.2517.90391-166.477-6.0314.84392-166.477-9.95-4.50393-167.044-11.72-3.22394-166.600-13.39-2.53395-166.999-13.69-2.44396-166.700-12.96-2.68397-166.900-11.76-3.20398-166.811-8.66-6.41399-166.822-5.9814.89400-238.1334.0612.67401-307.4111.4510.17402-167.355-0.5218.66403-167.1333.6417.46續(xù)表4-4-2隧隧道左洞初期支支護及臨時時支護內(nèi)力力及安全系系數(shù)單元編號位置N(kN)M(kN·m))K459左洞左導(dǎo)坑下臺臺階初期支支護-473.400-8.558.42460-512.711-9.307.78461-339.1222.2111.99462-403.300-2.9210.08463-528.377-5.947.67464-517.188-1.927.84465-487.8442.218.32466-453.7221.828.94467-414.4550.519.75468-390.788-0.9310.36469-93.692.0941.84470-112.9221.9135.45471-68.772.3353.06472-76.512.4048.59473-64.6713.12-3.25474-64.317.94-6.51475-219.9663.4618.26476-121.6118.60-10.08477-144.0992.1427.94478-174.900