??????????????⊙??装??????????⊙??订?????????⊙??线??????????????? 整理可得： 11[P1??b0(H?d)]b02(H?d)?k2P2H33b12?b1??01(2H?d)?(2H?d)611[107.4??24?(10?0.5)](10?0.5)??1.5?186.02?1033b12?b1??01(2?10?0.5)?24(2?10?0.5)6 ?b1?0.155m 所以，挡土墙底面宽度b1?0.155m。 3.2.6.挡土墙底面应力条件 挡土墙的应力应满足以下条件： ?max?e??N(1?e)?1.2f （3-23） BBB?c （3-24） 20M??M?c??N （3-25） 式中：?max——基底最大应力； e——水平基底偏心距； B——水平基底宽度； f——地基承载力设计值，f=1000kPa。 b1P2?(M?H)?N?23?[1?]?1.2f b1?N6b1则有： ?max?4?Pb1?6?M?2HP2?1.2fb12111??4[?b0(H?d)??b1(H?d)?P1]?2HP2?6[?b0(H?d)(b1?b0)?(H?d)(b1?b0)2222 2212(b1?b0)??b1db1?Pb?HP2]?1.2fb12 113323带入数值整理可得：
第21 页 共83 页 铁道工程系
??????????????⊙??装??????????⊙??订?????????⊙??线??????????????? 11?4[?24?(8?0.5)??24?b1(8?0.5)?107.4]?2?8?186.02?6[24?(8?0.5)221242212(b1?)?(8?0.5)(b1?1)(b1?1)??24?b1?0.5?b1?107.4b1??8?186.02]?1200b12223323?b1?0.078b1?0.478?02 ?b1?0.653m 所以，挡土墙底面宽度b1?0.653m 3.2.7.挡土墙底面宽度的确定 挡土墙的底面宽度b1必须同时满足抗滑、抗倾覆、基底最大应力的条件为： b1?2.1m,b1?0.155m,b1?0.653m 所以基底底面宽度至少大于2.1m，由于挡土墙的墙高H=8.0m，规范规定b1=（1/2-1/3）H取b1=3.5m，挡土墙的尺寸简图如图3-4。 10040350图3-4 挡土墙尺寸简图 800 4.衬砌结构内力计算与结构设计 本隧道施工方法采用新奥法施工，新奥法是一种施工理念，强调充分发挥围岩 的自我承载能力，与初期支护、二期支护一起作用形成一个整体的隧道承载系统，本隧道的围岩级别主要为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，根据规范所规定的范围和计算结果确定隧道支护结构的施工参数。
第22 页 共83 页 铁道工程系
??????????????⊙??装??????????⊙??订?????????⊙??线??????????????? 计算所选取的断面位处隧道Ⅳ级围岩区域，节理发育较完全，埋深60米，岩石坚硬系数fi=2，内摩擦角υ=60?，容重24kNm3，侧向岩层地基系数，基底岩层地基系数f=0.5。根据工程地质条件，综合考虑经济、施工条件与施工机械等因素，本隧道采用复合式衬砌的支护结构。初期支护采用锚喷支护的结构形式，二次支护体系为钢筋混凝土的曲墙拱结构。 4.1.初次衬砌设计 根据隧道岩层性质及周围工程地质条件，由工程类比的方法，参照国家标准的《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 500086-2001），初期支护选用tcm厚的钢筋网喷射混凝土，设置锚杆长为l0，间距1×0.5米的ф25锚杆，其中钢筋网为ф6.5的单层钢筋网。 4.1.1设计参数的确定 如果隧道按深埋埋隧道计算则有q??h?24?60?1440kPa?1.44MPa,而隧道H?60?11.56，其中a为隧道的半跨，隧道属于深埋隧道，围岩的竖向均匀压力qq?0.45?2s?1??w ?kN? （4-1） 按下式计算： 式中：s——围岩的级别，根据地质条件围岩属于Ⅳ级，取 s=4； γ——围岩的容重，根据地质条件围岩取24kNm3； ω——宽度影响系数，ω=1+i(B-5)； B——隧道的宽度，取B=11.56m； i以B=5为基准，B每增减1m时的围岩压力的增减率，当B?5m时取i=0.2，当B?5m时，取i=0.1。 代入数据有： q?0.45?24?1?24??1?0.1??11.56?5???0.45?23?24?1.655?144.1152kPa?0.1441152MPa 考虑到在初期支护时有各种偶然的因素，如地震的影响，温差的变化，雨季时水的影响等，其有关计算参数如下：q?15MPa， c?0，??60?，E?2?103MPa，a?0.8u0?0.04m，设计时无锚杆时隧道的位移u0?0.05m，有锚杆时隧道的位移u0 第23 页 共83 页 铁道工程系
??????????????⊙??装??????????⊙??订?????????⊙??线??????????????? 为了简化计算，将隧道看成是圆形洞室，r0?5.93m，ri?5.78m，rc?8.43m，锚杆之间的e?0.5m,i?1m, As?3.14cm,安全系数k?22，锚杆的弹性模量为3Ea?2.1?105MPa，抗剪切强度?a?312MPa,围岩的单轴抗压强度Rc?20MPa，围岩的弹性抗力系数Ec?3?104MPa?c?0.3。 4.1.2.确定围岩塑性区加锚后的c，φ值 ?1???60?312?106?3.14?10?4c1?c??0? ei0.5?1?0.196Mpa?aAs4.1.3.计算pi,pa，Q 设计时若采用点式锚杆可看成锚杆两端有集中力，假设集中力分布于锚固区锚杆内外两端两个同心圆上，如图4-1所示。 i 图4-1 隧道锚杆简化分布力计算图 由此在洞壁上产生的支护附加抗力pa，而在锚杆内边分布力为rcpi，其中：rcr0为锚杆内端半径，平衡方程及塑性方程为： d?r?r?????0 （4-2） rr?r?c1ctg?1?sin?1? （4-3） ???c1ctg?1?sin?1由上面两式得：
第24 页 共83 页 铁道工程系
??????????????⊙??装??????????⊙??订?????????⊙??线??????????????? ln??r?c1ctg?1??2sin?1lnr?c、 （4-4） 1?sin?1当r?r0时，?r?pa?pi得积分常数： c'?ln?pa?pi?c1ctg?1??2sin?1lnr0 （4-5） 1?sin?12sin?11?sin?1将（4-4）代入（4-3）式得： ?r??pa?pi?c1ctg?1????r????r0??c1ctg?1 （4-6） 全锚杆内端点的径向应力为?c，并位于塑性区内，则弹塑性区内，则弹性、塑性界面上有： ?r???c?c1ctg?1????R????r0?a02sin?11?sin?1?c1ctg?1 （4-7） ?p?1?sin?1??c1cos?1 式中：R0a——有锚杆时的塑性区半径。 由此得： ?rc?c??p?c1ctg?1??1?sin?1???Ra?0????2sin?11?sin?1 （4-8） r0?c1ctg?1?parc此外，由（4-5）并考虑锚杆内端分布力，则有： ?rc?c??pa?pi?c1ctg?1???r?0????2sin?11?sin?1?c1ctg?1?r0pa （4-9） rc2sin?11?sin?1由（4-7）、（4-8）两式得有锚杆时的塑性区半径为： ????p?c1ctg?1??1?sin?1?aR0?rc?2sin?1?rc?1?sin?1r0??p?p?cctg??????paia11???rcr?0?????rc???a???R???0???? （4-10） 当锚杆内端位于塑性区之内时，且在松动区之外时，有锚杆时的最大松动半径
第25 页 共83 页 铁道工程系