青岛地铁某隧道断面支护设计_毕业设计(编辑修改稿)

青岛地铁某隧道断面支护设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

态为剥蚀斜坡，地势较平坦，场地地面标高为 —。 勘查场区地处青岛八大关景区内，香港西路与荣成路交汇处，车站沿香港西路分布西北侧为天泰体育场网球场，东北侧为军事用地，地面多为绿化带、道路，地面交通繁荣。 本暗挖车站经过的岩层主要为强 — 微风化岩花岗岩、花岗斑岩，部分山东科技大学学生毕业设计（论文） 11 地段经过青岛山派生断裂，断裂带内主要为砂土状碎裂岩 ○16 块状碎裂岩 ○17 4，其隧道围岩分级为Ⅵ级，其余段的强 — 微风化隧道围岩分级为Ⅲ— Ⅴ级。 受砂土状碎裂岩、块状碎裂岩影响隧道围岩分级为Ⅳ级，强风化上、中亚带及强风化花岗斑岩隧道围岩分级为Ⅴ级，该层岩土开挖时，拱部无支护时可产生较大的坍塌，侧壁有时会失去稳定，因此，应采用复合衬砌，施工时应注意局部岩石软硬不均匀对施工的影响。 本次场地地下水类型主要为基岩裂隙水，主要含水层为强、中风化岩带的基岩风化裂隙水。 基坑涌水量 ，属富水性较差地层。 综合评价本场地范围水文地质条件属简单类型。 综合 评价本暗挖车站岩土工程条件属中等复杂类型，暗挖范围内的岩土工程条件中等。 本车站施工时应重点注意隧道顶围岩级别为Ⅵ级和Ⅴ级地段，为眼角已坍塌，处理不当会出现大坍塌。 本场地不存在可液化土层，可不考虑地震液化问题。 本场地为可进行建筑的一般场地。 本场地属于场地基本稳定区，适合地铁站位建设。 地层物理力学参数 地层物理力学参数见表 22。 山东科技大学学生毕业设计（论文） 12 表 22 中山公园站岩土参数建议值表 岩土分层 岩土名称 时代与成因 重度γ（ KN/m3） 快剪 土体与锚固体极限摩阻力标准值 岩石与锚固体粘结强度特征值 岩层 或土层基床系数 K 地基水平抗力系数的比例系数 静止侧压力系数 泊松比 单轴极限抗压强度标准值 土石工程分级 隧道围岩分级 粘聚力C（ kPa） 内摩擦角（176。 ） 天然 饱和 干燥 qsk frb 水平 垂直 m fc fr fd （ kPa） （ kPa） （ MPa/m） MN/m4 K0 μ （ MPa） ○1 、○1 1 杂填土、素填土 Q4ml 0 15 / 8 6 6 / / / / / Ⅰ Ⅵ ○11 粉质粘土 Q3al+pl 28 11 60 / 28 20 20 4 0.31 / / / Ⅱ Ⅵ ○12 含沙粘性 土 Q3al+pl 30 20 80 / 40 35 100 2 0.3 / / / Ⅲ Ⅴ ○16 上 强风化花 岗岩 γ 53 / 45★ / 100 200 160 180 9 0.28 / / / Ⅲ Ⅴ 山东科技大学学生毕业设计（论文） 13 ○16 中 强风化花 岗岩 γ 53 23 / 45★ / 150 230 180 190 9 0.28 / / / Ⅲ Ⅴ ○16 下 强风化花 岗岩 γ 53 / 45★ / 200 250 200 200 9 0.28 / / / Ⅳ Ⅳ ○16 4 砂土状碎 裂岩 γ 53 / 35★ / 90 150 150 150 3 0.3 / / / Ⅲ Ⅴ ○17 中风化花 岗岩 γ 53 / 55★ / 350 550 500 350 5 0.26 30 26 40 Ⅴ Ⅲ ○17 2 中风化花岗岩斑岩 γ 53 / 55★ / 350 550 500 350 32 30 43 Ⅴ Ⅲ ○17 4 块状碎裂 岩 γ 53 / 50★ / 300 300 250 300 7 0.27 / / / Ⅳ Ⅳ ○18 微风化花 岗岩 γ 53 / 65★ / 500 1000 900 350 0.23 58 44 65 Ⅵ Ⅱ ○18 1 微风化煌 斑岩 Χ 53 / 65★ / 500 1000 900 350 0.23 45 40 50 Ⅵ Ⅱ ○18 2 微风化花 岗斑岩 γ 53 / 65★ / 500 1000 900 350 110 100 120 Ⅵ Ⅱ 山东科技大学学生毕业设计（论文） 14 第 3 章 初期支护设计 支护类型 隧道工程建设得以顺利 进行的保障就是隧道支护，建设隧道常用支护类型有喷射混凝土支护、锚杆、金属网、钢拱架等。 长管棚的施工方法 对于 Ⅴ 级围岩，长管棚应采用 φ1088 进行超前支护，并设护拱，护拱长度为 2 米，厚度为 ，拱内预埋 φ1334 导向钢管，环向间距 50cm，仰角 1176。 ，钢管与钢拱焊接牢固。 钢管设置于衬砌拱部，管心与衬砌设计外轮廓线间距大于 30cm，平行路面中线布置。 超前小导管注浆施工方法 本标段所有 Ⅴ 、 Ⅳ 级围岩段均设计有超前小导管注浆加固，用于隧道超前支护。 超前小导管采用 φ424 钢管，长 ，环 向间距 40mm，外插角 15176。 ，纵向间距 ≥1000mm。 前端做成尖状，并在孔壁上每隔 15 厘米钻梅花形布置的溢浆孔，钢管尾端焊 Ф8 钢筋加强箍。 环间搭接长度不小于 1m。 喷射 砼 施工方法 4 、钢拱架施工方法 设计方法 本工程支护参数综合考虑围岩级别、地形地质、埋置深度、结构跨度及施工方法等因素后通过工程类比，结合计算分析后确定。 初期支护以C25 喷射 砼 、锚杆、钢筋网、格栅钢架为主要支护手段，锚杆采用全长粘结型砂浆锚杆。 超前小导管作为辅助施工设施。 山东科技大学学生毕业设计（论文） 15 施工中应最大限度保护围岩，充分发挥围岩自身承载力， 所以隧道开挖预留围岩变形量。 预留围岩变形量应根据实际情况确定，并根据量测所反馈信息调整参数。 施工误差不包括在预留围岩变形量里。 设计参数 本设计截面为 44 风道截面，设计参数如下： 预留变形量： 40 mm； C25 喷射 砼 厚度： 250 mm； 锚杆类型： D=22 mm， HPB235，砂浆锚杆； 锚杆长度： m； 锚杆间距： m m； 钢筋网类型： D=8 mm， HPB235； 钢筋网间距： 200 mm 200 mm ； 钢架规格：格栅； 钢架间距： m； 辅助施工措施：洞口 ㄩ ， D=28 mm， HPB235，超前锚杆，长 5 m，环距 m。 山东科技大学学生毕业设计（论文） 16 第 4 章 二次 衬砌 受力 计算 围岩压力 围岩压力的概念 地下硐室不同于地面建筑，位于岩体介质中，因此应当把围岩视为支护结构的共同承载部分，也就是说，应由支护结构（无论是临时的或永久的）和围岩共同组成静力承载体系。 围岩的静力作用是十分重要的，如果没有这种作用，硐室的施工将是十分困难或者是不可能的。 实际上在岩体中开挖硐室，出现围岩二次应力，同时硐室相应的产生变形和位移。 不同的地质条件和工程条件下，硐室围 岩 可能出现两种 情况： ① 硐室的变形属于弹性变形，在无支护情况下仍然能够维持稳定； ② 硐室的变形属于非弹性变形，由于围岩继续变形导致其破坏，甚至出现大量的塌落，这时就需要支护结构来约束围岩变形的继续扩展，因而支护结构受到围岩变形时产生的压力。 围岩二次应力全部作用称为围岩压力。 围岩二次应力的作用在无支护硐室中出现在硐室周围的部分区域内；在有支护结构（临时的或永久性支护）的硐室中表现为围岩和支护结构的相互作用。 目前一般工程认为的围岩压力是指由二次应力使围岩产生变形或破坏所引起的作用在衬砌上的压力，这种概念实际上是属于狭义的围岩压力。 围岩压力的形成 关于围岩压力的形成机理以及随时间发生、发展的过程可用奥地利腊布塞维奇教授的剪切滑移破坏理论来说明。 若围岩没有受到其他硐室的影响，且开挖爆破过程中没有受到破坏，则硐室周围的围岩压力随着时间的发展可以分为三个阶段，只讨论在岩体内最大压应力为垂直方向的情况。 在第一阶段，由于岩体的变形，在硐室的周围边界上产生一般的挤压。 同时，在两侧岩石内形成楔形岩块，在两个楔 形岩块有向硐室内部滑移的山东科技大学学生毕业设计（论文） 17 趋势，从而侧向产生压力，这种楔形岩块是由于两侧岩石剪切破坏而形成的。 在第二阶段，在侧向楔形块体发生某种变形以后，硐室的跨度似乎增大。 因此，在岩体内形成了一个垂直椭圆形的高压力区，在椭圆曲线与硐室周界线间的岩体发生了松动。 在第三个阶段，硐顶和硐底的松动岩体开始变形，并向硐内移动，硐顶松动岩石在重力作用下有掉落的趋势，围岩压力逐渐增加。 以上内容就是围岩压力的形成机理。 可见，围岩压力的形成与硐室开挖后岩体的变形、松动和破坏是分不开的。 围岩压力的形成是由于围岩的过大变形和破坏而引起的。 当岩石比较坚硬完整时，重分布后的应力一般都在岩石的弹性极限以内。 围岩应力重分布过程之中所产生的弹性变形在开挖过程中就完成了，也就没有围岩压力。 如果岩石的强度较低，围岩应力重分布过程中不仅产生弹性变形，还产生了较长时间内才能完成的塑性变形，支护的结果就是限制了这种变形的继续发展，故而产生了围岩压力。 围岩压力的分类 围岩压力可分为四种：松动压力、塑形变形压力、冲击压力和膨胀压力。 围岩压力的确定方法 隧道开挖前，地层中各点的应力保持着相对的平衡，地层处于相对静止状态，称为原始应力状态。 它是由上覆地层自重、地壳运动的残余应力及地下水活动等因素决定的。 为了研究方便，仅考虑由上覆地层自重所形成的原始应力，并取深度H 处得一个单元体来做应力分析。 该单元体受到三对大小相同、方向相反的压力作用，因此该单元体处于力的平衡状态和变形运动的相对静止状态。 山东科技大学学生毕业设计（论文） 18 在上覆地层自重作用下，竖直压力 zp 为 zpH 式中  ——上覆地层的平均重度  3kN m ； H ——从地面到单元体所处的深度（ m ）。 由于单元体的侧向变形受到周围地层的限制，便产生了侧向压力，按下式计算 z y zp p p H    式中  ——侧压力系数。 根据侧向应变为零的条件，并把地层假定为各向 同性的弹性体，可以推导出  计算公式，即 1   式中  ——地层岩石的泊松比。 隧道开挖后，围岩原来保持的平衡状态受到破坏，由相对静止状态变成显著运动状态，由于围岩在应力以及应变方面开始了一个新的变化运动，出现了围岩应力的重分布和围岩开挖空间的变形，力图达到新的平衡。 变形的大小性质及大小是不同的。 在竖硬且完整的岩石中，围岩岩体本身强度足以承受隧道周边应力，这时围岩是自承的，不需要支撑或衬砌提供外加平衡力。 在松软的或裂隙围岩中，由于围岩体破碎，再加上在开挖时受到爆破振动，因而在隧道周边一定范围内岩体遭到严重破坏，同 时，围岩体本身强度低，不足以抵抗围岩的周边应力，因此这一部分岩体在隧道开挖后开始产生向内的变形运动，并逐渐出现松动和坍塌，松动或坍塌的山东科技大学学生毕业设计（论文） 19 岩体对支护结构施加压力，此压力即为围岩压力。 围岩压力的确定方法 围岩压力的确定目前常用有下列三种方法： （ 1）直接测量法它是一种切合实际的方法，也是研究发展的方向，但由于受量测设备和技术水平的制约，目前还不能普遍采用。 （ 2）经验法或工程类比法它是根据大量以前工程的实际资料的统计和总结，按不同围岩分级提出围岩压力的经验数值，作为后建隧道工程确定围岩压力的根据的方法。 该法 目前使用较多的方法。 （ 3）理论估算法它是在实践的基础上从理论上研究围岩压力的方法。 由于地质条件的不确定性，影响围岩压力的因素又非常多，这些因素本身及它们之间的组合也带有一定的偶然性，企图建立一种完善的和合适各种实际情况的通用围岩压力理论及计算方法是困难的，因此，现有的围岩压力理论都不十分切合实际情况。 目前我国隧道工程设计计算中，一般都是以某种简化的假设为前提，考虑几个主要因素的影响，通过经验公式计算或受力分析，使其结果相对地接近实际围岩压力的情况。 围岩的成拱作用 我国现行隧道设计规范用数理统计的方 法给出计算各级围岩坍塌高度的经验公式  10 .4 5 2 1 5sh i B      式中 s ——围岩级别 B ——隧道宽度 i ——B 每增减 1m 时围岩压力的增减率，以 5Bm 的围岩垂直均布压力为准，当 5Bm 时，取  ，当 5Bm 时，取 。 山东科技大学学生毕业设计（论文） 20 坍落拱的形成充分说明了围岩的自承能力。 根据这一点，人们认为，只要支护结构能把塌落拱范围内可能坍落。