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隧道横断面设计

隧道支护设计

一、锚喷支护的特点

⑴ 及时性：喷射砼，如早强，能迅速给围岩提供支护抗力；

⑵  粘贴性：喷射砼与围岩能全面密贴粘结，粘结力一般可达70kg/cm3；

⑶ 柔性：容易调节围岩变形，可控制围岩塑性变形适度发展，发挥自承能力；

⑷ 深入性：锚杆可深入围岩一定深度加固围岩，形成承载圈；

⑸ 灵活性：支护类型、参数、数量可灵活调整。

⑹ 封闭性：可阻止水对围岩的侵蚀而引起风化等。

二、锚杆的力学作用

 ① 悬吊作用

 ② 减跨作用

 ③ 组合梁作用

 ④ 整体加固作用

①悬吊作用：将不稳定岩层悬吊在坚固岩层上，阻止围岩移动滑落。 

② 减跨作用：在隧道顶板岩层中打入锚杆，相当于在顶板上增加了支点，使隧道跨度减小，从而使顶板岩体应力减小。 

③ 组合梁作用：在岩层中打入锚杆，将若干薄弱岩层锚固在一起，类似将叠合的板梁变成组合梁，提高岩层的承载力。 

④ 整体加固作用：锚杆群锚入围岩后，其两端附近岩体形成圆锥形压缩区，按照一定间距排列的锚杆在锚固力作用下构成一个均匀的压缩带，即承载环。

三、喷混凝土支护结构

⑴喷射砼的作用

    ① 充填裂隙加固围岩；

    ② 找平，封闭围岩表面防止风化；

    ③ 喷砼与围岩组成共同承载结构。

⑵ 局部稳定原理

危石除用锚杆支护外，也可用喷射混凝土层支护。在危石重力作用下混凝土喷层可能出现冲切破坏和撕裂破坏。 

⑶整体稳定原理

喷混凝土层与围岩体表面紧密粘结、咬合、使洞室表面岩体形成较平顺的整体，依靠结合面处的抗拉、抗压、抗剪能力，与岩体密贴组成“组合结构”或“整体结构物”共同工作。 

铁道部科学研究院西南研究所用模拟试验证实，在初始地应力的侧压力系数N>0.25，且垂直方向的初始地应力大于水平方向的初始地应力的那种软弱围岩中常见的情况下，软弱围岩稳定的丧失常常也是从两侧边墙产生剪切楔体开始的。

这就是说，一般所认为的地下洞室坍塌的主要危险来自洞顶，支护的重点也应放在拱顶的概念以及设计普通混凝土衬砌时所采用的以垂直方向为主的山体压力作为荷载来进行计算的做法并不一概正确。

锚杆加固试验发现试体的破坏荷载及破坏形态与不加锚杆时相差无几（加载至0.6 —0.7MPa时喷层出现纵向裂纹，加载至1.0MPa左右时，边墙喷层剥落，洞体坍塌），锚杆的加固作用并不显著。后改为在边墙预计会出现剪切楔体的部位用锚杆加固，发现试体的承载能力大大提高，一直加载到1.4MPa以上时，尚未出现洞体坍塌。只在锚杆之间的喷层上出现局部裂纹。

锚杆加固在围岩中形成的“承载环”厚度与锚杆长度及间距的关系

锚杆喷射混凝土支护技术规范

新奥法思想核心：

（1）保护围岩

（2）调动和发展围岩的自承能力

隧道衬砌计算

关于计算轴线确定的工程实例

结构计算跨度、计算轴线的形式，有时候对工程的经济性有着巨大的影响。下面用一个工程实例来说明这个问题。

水电站压力钢管经常有岔管，如示意图, 图示某水电站岔管外包钢筋混凝土工程的布置图。为了工程总体布置的要求，钢岔管的外面要用钢筋混凝土包着，以便在它的上面修建其他建筑物和来往交通的需要。

最初的设计，对于1—1、2—2、3—3断面取计算断面。如图，计算图形取为方圆形，计算轴线取结构的中线，荷载除了承担单位长的荷载以外，还近似的假定承担相邻的三角区的荷载。计算出结构厚度需要4m，算出的钢筋密密麻麻的摆了几层，就这样连修了两个水电站。

为什么会算出这样的结果呢？

1、计算跨度采用了中--中的办法，在试算的过程中，随着结构厚度的增加，计算跨度也飞快的增加，底板长度达到10几米，底板中点的负弯矩非常大，导致了结构厚度有4m之多。

2、没有充分考虑圆形钢管的外形，反而使用了城门洞下端的直角形状，增加了跨度，夸大了结构受力的不利影响。

3、外荷载的确定不合理，夸大了外荷载。

在第三个工程设计中，除了纠正以上不妥之处以外，还对不利的断面A—A

计算结果，结构厚度不到1m，而且全部都是构造配筋。同时，还用三维弹性力学有限元程序SAP5，对结构进行了分析，结果整个结构不出现拉应力，进一步证明了所做的结构力学的分析大体还是正确的。这次改进设计，节约工程造价上百万元，彻底避免了以后类似工程的巨大浪费。

第23条混凝土和钢筋混凝土结构构件的计算按单一安全系数极限状态设计方法进行。

第24条对不能或不宜作为杆件体系计算内力而由弹性力学方法或结构试验确定其应力分布的结构可参照附录四的方法按应力图形配置钢筋。

一、当应力图形接近线性分布时应换算为截面内力按第23条的规定进行配筋计算。

二、当应力图形偏离线性分布较大时可按拉应力图形面积ω1计算钢筋用量其计算公式如下：

三、当应力图形的受拉区高度大于或等于应力图形总高度的2/3时应按受拉区应力图形的全部面积计算钢筋用量大体积结构中的孔口除外。

四、当应力图形的受拉区当应力图形的受拉区高度小于应力图形总高度2/3的且最大拉应力小于或等于混凝土许可拉应力[R1]时可不配置受拉钢筋或仅配置适量的构造钢筋。

五、受拉钢筋的配置方式应根据应力分布图形及结构受力特点等具体情况确定对厚板大体积结构中的孔口等一般可集中配置在受拉区边缘但对于深梁等类结构还应适当分布在拉应力较大的范围内在施工方便的前提下宜尽量设置直径较细间距较密的级钢筋及号钢钢筋使有利于防止裂缝开展钢筋应伸入拉应力小于混凝土许可拉应力的区域并有一定延伸长度其长度可参照第七章第四节的有关规定。

防水混凝土存在的问题

 1）、抗渗等级

①片面强调混凝土抗压强度和抗渗等级。

②混凝土质量欠佳，地下工程底板和墙体的混凝土不密实。

③设计与施工是复杂的系统工程，确保基坑工程安全是首要任务，结构防水的设计与施工必须考虑、服从这个重要前提。

 2）、裂缝

 研究表明，钢筋混凝土裂缝宽度在0.2～0.3mm时，一般不会影响结构承载力，但防水能力就值得探讨了。根据调查资料，在由裂缝引起的各种不利后果中，渗漏水占60%。

 3）、耐久性

地铁结构的耐久性设计，目前还达不到完全定量的程度。设计时，除满足本章有关条文要求外，尚应根据环境类别，从材料、构造、施工质量和使用阶段的维护与检测等方面加强宏观控制。