第4章_2某公路隧道荷载结构分析

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=3  γ=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=4  γ=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）