第4章2某公路隧道荷载结构分析.docx
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第4章2某公路隧道荷载结构分析
1、概述
1.1工程概况
某分离式双洞八车道公路隧道,隧道净宽18m,净高5.0m,设计行车速度80km/h。
Ⅲ类围岩支护参数为:
Φ50mm小导管超前支护,L=4.2m,环向间距40cm,α=5~7°;系统锚杆为Φ25mm中空注浆锚杆,L=4.0m,间距100×100cm;初衬为H150×150的钢拱架,纵向间距1.0m,C25混凝土喷层厚度0.19m;二次衬砌为厚度0.50m的C30的模筑钢筋混凝土。
仰拱为H150×150的钢拱架,纵向间距1.0m,厚度0.20m的C25混凝土喷层;二次衬砌为厚度0.50m的C30钢筋混凝土;C15片石混凝土回填。
1.2地层岩性
根据工程地质调绘及钻探揭示,隧道区地层较为简单,局部地段基岩出露地表,隧道区主要分布第四系残坡积物(Q4dl+el),基岩为燕山晚期的花岗岩侵入体(γ52(3)),岩性为二长花岗岩。
⑴砾质亚粘土(Q4dl+el):
棕红、灰褐色,土质不均,为二长花岗岩残积土,硬塑-半坚硬,局部地段夹弱风化岩残留体。
该层钻孔揭露厚度为2.00-7.00m。
纵波波速Vp=750—900m/s。
⑵全风化二长花岗岩(γ52(3)):
灰白色,浅灰黄色,原岩结构完全破坏,风化产物为砾质亚粘土或砂质亚粘土,硬塑-半坚硬。
该层钻孔揭露厚度为0.70-6.80m。
纵波波速Vp=750—900m/s。
⑶强风化二长花岗岩(γ52(3)):
灰褐色,灰黄色,主要矿物成分为长石、石英及云母,风化产物呈半岩半土状,局部可见岩石碎块,极密实。
该层钻孔揭露厚度为7.10-15.60m。
纵波速度Vp=1300—1700m/s。
⑷弱风化二长花岗岩(γ52(3)):
浅黄褐色夹肉红色,花岗结构,块状构造,主要矿物成分为长石、石英及云母,局部可见裂隙,岩质较坚硬,岩芯呈短柱状。
该层钻孔揭露厚度为2.30-8.50m。
纵波速度Vp=3000—4500m/s。
⑸微风化二长花岗岩(γ52(3)):
灰色夹肉红色,花岗结构,块状构造,主要矿物成分为长石、石英及云母,岩质坚硬,岩体较完整,岩芯呈长柱状。
钻孔揭露最大厚度83.15m,该层本次勘探未揭穿。
Vp=3000—4500m/s。
2、隧道衬砌结构计算基本数据
对于暗洞衬砌结构计算采用荷载结构法,结构简化为作用在弹性支撑上的闭合框架,Ⅱ类围岩弹性抗力系数取用K=195000kPa/m,Ⅲ类围岩弹性抗力系数取用K=350000kPa/m,Ⅳ类围岩弹性抗力系数取用K=700000kPa/m,Ⅴ类围岩弹性抗力系数取用K=1400000kPa/m。
分别按Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩衬砌结构考虑初期支护和二次衬砌共同受力,围岩压力计算如下:
2.1计算参数
1、III类围岩荷载
按矿山深埋隧道计算,其垂直均布压力为:
b=20.34(m)s=3γ=21(
)
ω=1+i(b-5)=2.534
q=191.57(
)
hq=
=9.12(m)
Hp=2.5hq=22.80(m)
∵基本段Ⅲ类围岩埋深H≥22.80(m)
∴按深埋隧道计算。
q=191.65(
)
e=0.2q=38.33(
)
2、Ⅳ类围岩荷载
按矿山深埋隧道计算,其垂直均布压力为:
b=20.03(m)s=4γ=24(
)
ω=1+i(b-5)=2.503
q=108.13(
)
e=0.1q=10.81(
)
2.2计算结果
计算情形1:
III类围岩有仰拱、底部有压力
计算简图
弯矩图(kN.m)
轴力图(kN)
剪力图(kN)
位移图(m)
计算情形2:
III类围岩有仰拱、底部无压力
计算简图
弯矩图(kN.m)
轴力图(kN)
剪力图(kN)
位移图(m)
计算情形3:
Ⅳ类围岩有仰拱、底部有压力
计算简图
弯矩图(kN.m)
轴力图(kN)
剪力图(kN)
位移图(m)
计算情形4:
Ⅳ类围岩有仰拱、底部无压力
计算简图
弯矩图(kN.m)
轴力图(kN)
剪力图(kN)
位移图(m)