【黃江2號公路隧道支護結構設計21000字（論文）】

錯誤!未找到引用源。。見圖5.19圖5.19徑向彈簧、墻底約束施加牛頓-拉普森求解后的變形如圖5.20圖5.20全牛頓-拉普森求解后的變形查看求解后的彈簧受力表，分批多次除去受拉彈簧（正值受拉，負值受壓），在重新計算，保證彈簧全部處于受壓狀態。確定抗力分布范圍，最終除去受拉彈簧后的變形圖。如圖5.21圖5.21采用生死單元法殺死受拉彈簧后的變形軸力結果圖如圖5.22圖5.22軸力結果剪力結果圖如圖5.23圖5.23剪力圖彎矩結果圖如圖5.24圖5.24彎矩圖如圖5.24所示，最大正彎矩出現在距離拱頂45°兩側，最大負彎矩出現在拱頂位置，彎矩關于拱頂垂線呈軸對稱。如圖5.22所示，軸力值全為負值，即全部受壓。其中最大值出現在邊墻底角處，最小值出現在拱頂處，軸力關于拱頂垂線呈軸對稱。如圖5.23所示，剪力在拱頂處為零，并關于拱頂垂線呈反對稱。17.結構驗算（1）按偏心要求，對于整體式混凝土襯砌，其偏心受壓構件，軸向力的偏心距和截面厚度應滿足。（2）按抗壓要求，混凝土軸心、偏心受壓構件的抗壓強度應按下式計算：式中：（3）按抗裂要求，對于混凝土矩形截面，偏心受壓構件的抗拉強度按下式計算：式中：當時，系抗壓強度控制承載力，可不必按抗裂公式計算；時，系抗拉強度控制承載能力，可不必按抗壓計算。①拱頂驗算a.偏心驗算滿足要求。b.抗壓驗算（可不必計算）滿足要求。c.抗裂驗算可見左邊大于右邊（滿足）。②側墻驗算a.偏心檢驗滿足要求。b.抗壓驗算滿足要求。c.抗裂驗算（可不必計算）③底墻驗算a.偏心檢驗滿足要求。b.抗壓驗算滿足要求。c.抗裂驗算（可不必計算）18.驗算結論本設計按最不利情況，二次襯砌承擔100%荷載。經過以上驗算，二次襯砌支護結構強度，結構拱頂處滿足抗裂和抗壓的要求，結構不需需要進行配筋計算。5.3.3Ⅴ級圍巖襯砌驗算對于Ⅴ級圍巖，在根據經驗選定支護參數后，仍需進行驗算，對于Ⅴ級圍巖的內力求解，采用ANSYS19.1軟件數值法計算，襯砌設計圖5.25，圖5.25Ⅴ級圍巖襯砌支護設計（單位：cm）1.設計基本資料a.巖體特征巖體為Ⅴ級圍巖，圍巖的彈性抗力系數，計算摩察角，巖體重度，變形模量，泊松比，粘聚力，內摩察角。b.襯砌材料初襯采用初襯選用C25混凝土；重度，彈性模量，混凝土襯砌軸心抗壓強度標準值：，混凝土軸心抗拉強度標準值：。二襯選用C30防水混凝土；重度，彈性模量，混凝土襯砌軸心抗壓強度標準值：，混凝土軸心抗拉強度標準值：。2.主動荷載隧道處于Ⅴ級圍巖中，為深埋隧道，圍巖壓力為松散荷載。作用在其結構上的荷載形式為：垂直均布荷載q、水平均布側向荷載e，側壓力系數0.4。豎向圍巖壓力水平圍巖壓力邊墻底部水平圍巖壓力3.內力分析采用荷載結構法進行計算。荷載結構法基本假定：①按平面應變問題進行處理②結構屬于小變形③彈簧單元只受壓。按照隧道斷面幾何數據建立分析模型。單元實常數、材料屬性，、。單元網格劃分：拱部半圓弧劃分為50份，邊墻每段劃分為4份，仰拱劃分為20份，一共78個單元。對于拱形結構需要約束墻底的水平位移，同時為避免結構整體沉降過大，使彈簧全部受拉，往往也要對墻底的垂直位移進行約束、本模型選取節點29、52進行約束。首先在CAD中建立模型，根據規范標準斷面的建議，建立二次襯砌結構幾何模型，然后導入ANSYS。選用Beam單元模擬襯砌結構，對模型施加圍巖垂直、水平荷載、重力，圍巖、二次襯砌之間施加徑向彈簧，添加邊墻底端垂直、水平位移約束。數值求解，采用全牛頓-拉普森法，進行分析求解。求解后采用生死單元命令殺死全部受拉彈簧，進行第二次求解。最后，處理數據結構，得到彎矩、軸力、剪力。ANSYS數值分析過程。結構劃分見圖5.26圖5.26單元結構劃分對節點施加荷載如圖5.27圖5.27節點荷載施加對于拱形結構，需要約束墻底的水平位移。同時為避免結構整體沉降過大，使彈簧全部受拉，也要對墻底的垂直位移進行約束、本模型選取節點29，52進行約束。地層彈簧單元，選擇單元實常數，長度1m。慣性荷載（重力加速度）Gravity取9.8。施加徑向彈簧如圖5.28所示。圖5.28徑向彈簧，墻底約束施加查看求解后的彈簧受力表，分批多次除去受拉彈簧（正值受拉，負值受拉），在重新計算，保證彈簧全部處于受壓狀態。確定抗力分布范圍，最終計算模型。如圖5.29所示。圖5.29采用生死單元法殺死受拉彈簧后的變形彎矩結果如圖5.30圖5.30彎矩圖軸力圖如圖5.31圖5.31軸力圖剪力圖如圖5.32圖5.32剪力圖如圖5.30所示，最大正彎矩出現在距離拱頂45°兩側，最大負彎矩出現在拱頂位置，彎矩關于拱頂垂線呈軸對稱。如圖5.31所示，拱墻與上部拱圈軸力值全為負值，即拱墻以上全部受壓，其中最大值出現在邊墻底角處，最小值出現在拱頂處；拱墻以下與仰拱全部為正值，即全部受拉。軸力關于拱頂垂線呈軸對稱。如圖5.32所示，剪力在拱頂處為零，并關于拱頂垂線呈反對稱。節點坐標與荷載如表5.20表5.20節點坐標與荷載STATCURRENTCURRENTCURRENTCURRENTCURRENTCURRENTELEMNINJQIQJMIMJ1-0.23436E+007-0.23440E+007-37217.0-47202.0-0.13338E+007-0.12922E+0072-0.23683E+007-0.23694E+007-0.11937E+006-0.12930E+006-0.12922E+007-0.11697E+0073-0.24077E+007-0.24096E+007-0.19651E+006-0.20634E+006-0.11697E+007-0.97128E+0064-0.24705E+007-0.24730E+007-0.26386E+006-0.27352E+006-0.97128E+006-0.70659E+0065-0.25546E+007-0.25579E+007-0.31724E+006-0.32668E+006-0.70659E+006-0.38942E+0066-0.26575E+007-0.26614E+007-0.35281E+006-0.36200E+006-0.38942E+006-37334.07-0.27760E+007-0.27806E+007-0.36721E+006-0.37608E+006-37334.00.32878E+0068-0.29064E+007-0.29117E+007-0.35759E+006-0.36609E+0060.32878E+0060.68523E+0069-0.30446E+007-0.30504E+007-0.32169E+006-0.32979E+0060.68523E+0060.10061E+00710-0.31860E+007-0.31925E+007-0.25796E+006-0.26559E+0060.10061E+0070.12640E+00711-0.33261E+007-0.33331E+007-0.16551E+006-0.17265E+0060.12640E+0070.14306E+00712-0.34599E+007-0.34674E+007-44235.0-50843.00.14306E+0070.14774E+00713-0.35827E+007-0.35906E+0070.10524E+00699199.00.14774E+0070.13767E+00714-0.36896E+007-0.36980E+0070.28152E+0060.27609E+0060.13767E+0070.11020E+00715-0.37763E+007-0.37851E+0070.48251E+0060.47770E+0060.11020E+0070.62909E+00616-0.38385E+007-0.38476E+0070.70539E+0060.70125E+0060.62909E+006-63759.017-0.38725E+007-0.38819E+0070.94672E+0060.94326E+006-63759.0-0.99468E+00618-0.38750E+007-0.38846E+0070.12025E+0070.11997E+007-0.99468E+006-0.21779E+00719-0.39362E+007-0.39460E+007-0.13045E+007-0.13066E+007-0.21779E+007-0.89179E+00620-0.40659E+007-0.40758E+007-0.82126E+006-0.82258E+006-0.89179E+006-82102.21-0.41374E+007-0.41473E+007-0.18491E+006-0.18550E+006-82102.00.10035E+00622-0.41574E+007-0.41674E+00753894.054044.00.10035E+00647183.023-0.41622E+007-0.41722E+00771631.072516.047183.0-23818.024-0.41690E+007-0.41788E+0071307.72924.2-23818.0-25903.025-0.41877E+007-0.41974E+007-0.19664E+006-0.19430E+006-25903.00.16666E+00626-0.42482E+007-0.42549E+007-87649.-84789.00.16666E+0060.22884E+00627-0.42235E+007-0.42293E+0070.58572E+0060.59019E+0060.22884E+006-0.19521E+00628-42103.0-46558.0-88905.0-83103.0-0.19521E+006-0.13318E+00629-66162.0-68995.0-68530.0-61785.0-0.13318E+006-86186.030-85459.0-88289.0-53595.0-42766.0-86186.0-33015.031-89408.0-91946.0-40375.0-29473.0-33015.05525.932-0.10331E+006-0.10555E+006-29157.0-18191.05525.9031652.033-0.11671E+006-0.11866E+006-17237.0-6214.531652.044592.034-0.12960E+006-0.13125E+006-4631.76439.644592.043595.035-0.14192E+006-0.14328E+0068642.719754.043595.027925.036-0.15365E+006-0.15471E+00622566.033710.027925.0-3127.5037-0.16476E+006-0.16551E+00637118.048287.0-3127.50-50253.038-0.17661E+006-0.17707E+006-34496.0-23311.0-50253.0-18356.039-0.24342E+006-0.24357E+006-19971.0-8778.4-18356.0-2492.2040-0.24352E+006-0.24337E+00610240.021433.-2492.2-19969.041-0.19909E+006-0.19864E+00626029.037214.0-19969.-54866.042-0.18804E+006-0.18729E+006-51002.0-39833.0-54866.-4744.043-0.17731E+006-0.17625E+006-35818.0-24674.0-4744.028635.044-0.16592E+006-0.16457E+006-21253.0-10142.028635.045958.045-0.15393E+006-0.15228E+006-7328.63742.6045958.047937.046-0.14136E+006-0.13941E+0065936.016959.047937.035304.047-0.12824E+006-0.12600E+00618523.029489.035304.08811.648-0.11462E+006-0.11208E+00630415.041317.08811.60-30770.049-0.11093E+006-0.10810E+00644318.055148.0-30770.0-85654.050-91190.0-88358.066527.073272.0-85654.0-0.13607E+00651-61894.0-57439.089553.095355.0-0.13607E+006-0.20275E+00652-0.42120E+007-0.42062E+007-0.59376E+006-0.58929E+006-0.20275E+0060.22387E+00653-0.42551E+007-0.42484E+00778999.081860.0.22387E+0060.16587E+00654-0.42000E+007-0.41903E+0070.19087E+0060.19321E+0060.16587E+006-23313.055-0.41842E+007-0.41743E+007-364.861251.70-23313.0-23750.056-0.41779E+007-0.41679E+007-72041.0-71156.0-23750.046783.057-0.41733E+007-0.41633E+007-54226.0-54077.046783.00.10013E+00658-0.41532E+007-0.41432E+0070.18533E+0060.18474E+0060.10013E+006-82155.059-0.40820E+007-0.40721E+0070.82252E+0060.82120E+006-82155.0-0.89178E+00660-0.39525E+007-0.39427E+0070.13066E+0070.13045E+007-0.89178E+006-0.21779E+00761-0.38846E+007-0.38750E+007-0.11997E+007-0.12025E+007-0.21779E+007-0.99466E+00662-0.38819E+007-0.38725E+007-0.94326E+006-0.94672E+006-0.99466E+006-63737.063-0.38476E+007-0.38385E+007-0.70124E+006-0.70539E+006-63737.00.62911E+00664-0.37851E+007-0.37763E+007-0.47770E+006-0.48251E+0060.62911E+0060.11021E+00765-0.36980E+007-0.36896E+007-0.27609E+006-0.28152E+0060.11021E+0070.13767E+00766-0.35906E+007-0.35827E+007-99197.0-0.10524E+0060.13767E+0070.14774E+00767-0.34674E+007-0.34599E+00750844.044236.00.14774E+0070.14306E+00768-0.33331E+007-0.33261E+0070.17265E+0060.16551E+0060.14306E+0070.12640E+00769-0.31925E+007-0.31860E+0070.26559E+0060.25796E+0060.12640E+0070.10061E+00770-0.30504E+007-0.30446E+0070.32979E+0060.32169E+0060.10061E+0070.68525E+00671-0.29117E+007-0.29064E+0070.36609E+0060.35759E+0060.68525E+0060.32879E+00672-0.27806E+007-0.27760E+0070.37608E+0060.36722E+0060.32879E+006-37324.073-0.26614E+007-0.26575E+0070.36200E+0060.35282E+006-37324.0-0.38941E+00674-0.25579E+007-0.25546E+0070.32669E+0060.31724E+006-0.38941E+006-0.70658E+00675-0.24730E+007-0.24705E+0070.27352E+0060.26386E+006-0.70658E+006-0.97127E+00676-0.24096E+007-0.24077E+0070.20634E+0060.19652E+006-0.97127E+006-0.11697E+00777-0.23694E+007-0.23683E+0070.12930E+0060.11937E+006-0.11697E+007-0.12922E+00778-0.23440E+007-0.23436E+00747204.037219.0-0.12922E+007-0.13338E+0074.結構驗算取模型危險邊墻角微面積，則，所以,。(1)計算參數縱向取，,，，鋼筋采用HRB335，。(2)求彎矩設計值對稱結構，,，則,有附加彎矩影響。設計值為(3)判定大小偏心屬大偏心。(4)求及所以，受壓區按構造要求配筋，取，選筋，箍筋（）。選（）則配筋率：，滿足要求。(5)抗裂驗算不驗算。配筋圖見圖5.33所示。圖5.33配筋圖6隧道輔助工程措施6.1一般規定1.注漿材料種類及適用條件地質條件松散地層斷層帶弱滲透地層黏土層材料類別單液泥水漿水玻璃滲透性好低毒化學溶液高壓劈裂注漿2.輔助措施及適用條件周圍的巖石較弱，力學性質較差，無法發揮其支撐能力。為了創造良好的施工環境，有必要通過輔助工程來改善力學性能。輔助工程措施包括土壤穩定措施，見表6.1。表6.1輔助工程措施及其適用條件輔助工程施工適用條件地層穩定措施管棚法Ⅴ級和Ⅳ級圍巖，無自穩能力，或者淺埋隧道及其地面有荷載超前導管法超前導管法Ⅴ級圍巖，自穩能力弱超前鉆孔注漿法Ⅴ級和Ⅵ級軟弱圍巖地段、斷層破碎地段、水下隧道或富水圍巖地段、坍方或涌水事故處理地段以及其他不良地質地段超前錨桿法Ⅵ~Ⅴ級圍巖，開挖數小時內可能剝落或局部坍塌拱腳導管錨固法Ⅴ級圍巖，自穩能力低地表錨桿與注漿加固法Ⅴ級圍巖淺埋地段和深埋≤50m的隧道墻式遮擋法淺埋隧道，且隧道上方兩側（或一側）地面有建筑物根據黃江2號公路隧道的工程概況及各種措施的適用條件，決定地層穩定措施采用超前注漿小導管。6.2超前注漿小導管6.2.1超強注漿小導管施工原理（1）施工前用混凝土封閉開挖面。（2）沿周邊打小導管。（3）小導管注漿，并等待漿液硬化。（4）開挖作業。6.2.2性能特點及適用條件性能特點：1.將巖塊膠結為整體2.堵塞裂隙，起到堵水作用3.阻隔地下水滲流通道適用條件：（1）一般軟弱破碎圍巖（2）地下水豐富的軟弱破碎圍巖。6.2.3小導管布置及安裝1.桿體采用熱軋無縫鋼管。2.桿體外徑為。3.小導管壁上每隔15cm交錯鉆的注漿孔，前端制成錐形尾部應預留100cm長的無孔止漿段。4.桿體長度為350cm,掌子面穩定性極差時也可采用500cm。5.縱向搭接長度取100cm,特殊情況下可采用150~200cm。6.環向間距為40cm。7.超前小鋼管與超前小導管設置范圍為襯砌中線兩側各為60°區域。當地形地質條件明顯不對稱時應采用不對稱布置,當地質條件較差時可設置雙層小導管及加大縱向搭接長度。8.外插角采用15°。7監控測量隧道監測測量是指對隧道開挖后圍巖壓力變化，襯砌結構的應力和變形以及拱拱塌陷的實時了解，通過測量獲得的數據反過來可以指導下一個階段的發展、建造。黃江2號公路隧道分別穿過III，IV和V級圍巖。因此，監控和測量就顯得尤為重要。通過監控和測量，我們可以1.準確的掌握圍巖、襯砌結構的受力情況以及變形情況。2.預測工程事故險情。3.了解各級圍巖的自穩時間，指導下一步施工作業。4.完善設計方案。7.1隧道測量的一般要求7.1.1監控測量的必測項目監控測量的必測項目如表7.1表7.1監控測量的必測項目必測項目地質及支護狀況觀察周邊收斂量測拱頂下沉量測地表下沉測量目的觀察產狀，結構裂縫等了解收斂情況了解斷面變形形態隧道開挖對地表下沉的影響7.1.2監控測量項目及其測量方法監控測量項目及量測方法如表7.2表7.2監控測量項目及量測方法序號項目名稱方法及工具布置1地質和支護狀態觀察巖性、結構面產狀及支護裂縫觀察和描述，地質羅盤等開挖后及初期支護后進行2周邊位移各種類型收斂計每5~100m一個斷面，每個斷面2~3對測點3拱頂下沉水準儀、水準尺、鋼尺或測桿每5~100m一個斷面4地表下沉水準儀、水準尺每5~100m一個斷面，每斷面至少11個測點，每隧道至少2個斷面。中線每5~20m一個測點5圍巖內部位移（地表設點）地面鉆孔中安設各類位移計每代表性地段一個斷面，每斷面3~5個鉆孔6圍巖內部位移（洞內設點）洞內鉆孔中安設單點、多點桿式或鋼弦式位移計每5~100m一個斷面，每斷面2~11個測點7圍巖壓力及兩層支護間壓力各種類型壓力盒每代表性地段一個斷面，每斷面15~20個鉆孔8鋼支撐內力及外力支柱壓力計或其他測力計每10梠鋼拱支撐一對測力計9支護、襯砌內應力、表面應力及裂縫測量各類混凝土內應變計、應力計、測縫計及表面應力解除法每5~100m一個斷面，每斷面11個測點10錨桿或錨索內力及抗拔力各類電測錨桿、錨桿測力計及拉拔計必要時進行11圍巖彈性波測試各種聲波儀及配套探頭在代表性地段設置7.1.3監控測量間隔時間監控量測間隔時間如表7.3序號項目名稱量測間隔時間1~15d16d~1個月1~3個月3個月以上1地質和支護狀態觀察每次爆破后進行2周邊位移1~2次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月3拱頂下沉1~2次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月4地表下沉開挖面距量測斷面前后<2B時，1~2次/d開挖面距量測斷面前后<5B時，1次/2d開挖面距量測斷面前后>5B時，1次/周5圍巖內部位移（地表設點）開挖面距量測斷面前后<2B時，1~2次/d開挖面距量測斷面前后<5B時，1次/2d開挖面距量測斷面前后>5B時，1次/周6圍巖內部位移（洞內設點）1~2次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月7圍巖壓力及兩層支護間壓力1次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月8鋼支撐內力及外力1次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月9支護、襯砌內應力、表面應力及裂縫測量1次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月10錨桿或錨索內力及抗拔力————11圍巖彈性波測試————7.3Ⅲ級圍巖監控測量設計按照《隧道監控量測規程》Ⅲ級圍巖的監測項目為2次/天，監測間距30m；各項監測布置方式為：1、洞內外觀察。2、拱頂下沉也結合水準儀和鋼掛尺進行，安裝見圖7.23、凈空變化監測，對隧道的凈空變化監測采用各個臺階設置一條水平線再設置斜線監測如圖7.1。圖7.1Ⅲ級圍巖凈空變化監測圖7.2拱頂下沉監測7.3Ⅳ級圍巖監控測量設計按照《隧道監控量測規程》Ⅳ級圍巖的監測項目為2次/天，監測間距10m；各項監測布置方式為：1、洞內外觀察；2、拱頂下沉應該結合水準儀和鋼掛尺進行，如圖7.2；3凈空變化監測，對隧道的凈空變化監測采用各個臺階設置一條水平線再設置斜線監測，如圖7.3。圖7.3Ⅳ級圍巖凈空變化監測7.4Ⅴ級圍巖區段監控量測設計按照《隧道監控量測規程》Ⅴ級圍巖的監測項目為2次/天，監測間距10m；各項監測布置方式為：1、洞內外觀察；3、拱頂下沉也結合水準儀和鋼掛尺進行，安裝同圖7.6；3凈空變化監測，對隧道的凈空變化監測采用各個臺階設置一條水平線再設置斜線監測，見圖7.4。圖7.4Ⅴ級圍巖凈空變化監測7.5監控量測信息反饋監控量測信息反饋流程圖如圖7.9圖7.9監控量測信息反饋流程圖8.施工組織設計8.1施工準備（1）施工便道通往黃江二號公路隧道的入口交通便利，可以將現有道路用作施工道路。在遵守規范的基礎上，可以擴展和修改通道的構建路徑。一方面，它可以為村民提供便利，另一方面，它可以減少土地占用并節省資金。符合施工要求的，可以在部分重新安置的道路上修建臨時通道，并且已修建的通道必須位于路基的紅線內，以方便攜帶物料的車輛通過。如果條件困難，可以采用土地征用的方法來修建通往被征用土地的臨時通道。在施工期間，注意維修通往施工的道路，保證良好的生命安全，并在人行道和下車的道路上放置慢動作標志。（2）施工用水居民的水源可以作為生活用水，運河的水可以作為建筑用水。當水壓不足時，請考慮建造一個泵站和一個高位水池以提供高壓水。（3）施工用電必須保證建筑用電首先，請與當地的能源部門聯系，以通過變壓器輸入建筑用電。其次準備發電設備以避免停電。（4）通訊設施?在山區，信號相對較弱，因此無線電接收機可以用作主要的通信方式。8.1.1施工平面布置為了充分利用巖石和開挖的土壤，在黃江2號公路隧道出入口的左側安裝了混凝土攪拌站。為了確保施工的能源消耗，在黃江2號公路隧道進出口右側設置變壓器，將變壓器分別安裝在黃江2號公路隧道的入口和出口。為方便施工隊的施工在黃江2號公路隧道的進出口處分別安裝了和1300m2的移動式會議室。8.1.2施工安排表表8.1臨時工程表序號名稱1黃江2號公路隧道進口混凝土拌合站2黃江2號公路隧道出口混凝土拌合站3黃江2號公路隧道進口鋼筋加工廠4黃江2號公路隧道出口鋼筋加工廠5黃江2號公路隧道進口臨時駐地6黃江2號公路隧道出口臨時駐地7黃江2號公路隧道進口施工便道8黃江2號公路隧道出口施工便道9黃江2號公路隧道進口活動板房10黃江2號公路隧道進口活動板房11黃江2號公路隧道進口休閑中心12黃江2號公路隧道進口休閑中心表8.2主要機械設備表序號設備名稱1發電機2通風機3鑿巖機4水平鉆機5混凝土噴射設備6穿行式模板襯砌臺車7錨桿機8注漿機表8.3人員計劃表工種工程項目施工準備設備安裝線