公路隧道设计计算书.doc

1、摘 要本设计为宿豫县玉皇隧道设计，设计为单向两车道，隧道全长135m，净宽10.75m，限高5m，衬砌内轮廓采用三心圆拱曲墙式。根据提供的工程地质资料及相关设计标准，进行了宿豫县玉皇隧道（右线）设计。在该隧道的设计中，根据规范的要求整体使用新奥法设计。初期支护采用锚喷支护：即使用锚杆和钢筋网和喷射混凝土作为初期支护，模筑混凝土作为二次衬砌，二者共同作用来形成整个隧道的结构支护体系。该隧道工程的设计内容由七部分组成。第一部分为工程概述，主要介绍隧道区的地形、地质条件，以及各类围岩的物理力学指标；设计依据及标准；第二部总体设计，根据规范的要求和标准确定隧道横断面的形式；第三部分对隧道洞门进行设计，

2、包括对洞门的几何尺寸的确定、抗滑、抗倾、以及墙身截面应力的验算；第四部分为衬砌设计与内力计算、洞身配筋计算，根据隧道的结构受力分析对隧道进行配筋等计算；第五部分为隧道爆破设计，根据地质以及隧道的要求确定隧道的爆破施工参数，炮眼布置等；第六部分为隧道附属设施设计，包括排水等。第七部分为施工组织设计，具体解释说明施工工艺。关键词：新奥法；锚喷支护；山岭隧道；复合式衬砌AbstractIt is the design of the constuction of the yuhuang tunnel .The tunnel is designed to be one-way with two lane

3、s. It is 135 meters in length, 10.75 meters in clear width with the heigth limit of 5m. The outline of the lining work adopts the type of three-circle arched wall.According to the provided engineering geology data and the correlative standard, the right line of the yuhuang tunnel is designed. The Ne

4、w Austrian Tunneling Method was adopted in this design.Using the supports and protections with anchor rod and spurting concrete：namely anchor rod and steel bar net as well as spurting concrete as initial period supports and protections, the mold building concrete as twice lining works. Both of them

5、work together to form the whole supports and protection system.The design is made up of 7 parts. The first part is concerning the outline of the project, mainly introducing the terrain, the geology condition of the tunnel area, together with physical mechanics index and stardard of each level of adj

6、acent formation.The second introduces the design of the cross section shape of the tunnel on the basis of the rule.The third part refers to the door of tunnel, including determination of the measurement of the parnal as well as examination of anti-slide and anti-tilt The forth part is composed of de

7、sign of lining work design and structure,which is based on the analysis of its inner force. The fifth part is involved with tunnel excavation. The purpose of this part is to determine the blast construction parameter and the arrangement of the blasthole. The sixth part is the design of tunnel side c

8、hapel establishment include drainage ,lighting and fire control.The last part is about the design of construction organization, demonstrating the technological process in detail.Keywords: New Austrian Tunneling Method; Supports and Protections with Anchor Rod and Spurting Concrete; Mountain tunnel;c

9、ombined liner第一章 工程概述- 1 -1.1 工程地质条件- 1 -1.1.1 地形地貌- 1 -1.1.2 地层岩性- 1 -1.1.3 区域地质构造- 1 -1.1.4 地震情况- 1 -1.1.5 水文地质条件- 1 -1.1.6 隧道围岩分类- 1 -1.1.7 围岩物理力学性质指标- 2 -1.2 工程地质评价- 2 -1.3 隧道设计说明设计标准及遵循规范- 2 -第二章 隧道整体设计- 4 -2.1 一般规定与设计原则- 4 -2.1.1 一般规定- 4 -2.1.2 设计原则- 4 -2.2 隧道横断面设计原则- 4 -2.3 隧道建筑限界- 5 -2.4 隧道衬

10、砌内轮廓设计- 6 -第三章 洞门设计- 7 -3.1 洞口地质条件- 7 -3.2 洞门的设计方案- 7 -3.2.1 洞门形式的选择- 7 -3.2.2 洞门构造要求- 7 -3.2.3 验算满足条件- 8 -3.3 洞门结构设计计算- 9 -3.3.1 计算参数- 9 -3.3.2 建筑材料的容重和容许应力- 9 -3.3.3 洞门各部尺寸拟定- 9 -3.4 洞门验算- 9 -3.4.1 洞门土压力计算- 9 -3.4.2 抗倾覆验算- 11 -3.4.3 抗滑动验算- 12 -3.4.4 基底合力偏心矩验算- 13 -3.4.5 墙身截面偏心矩及强度验算- 13 -3.5 洞口边坡锚

11、固设计- 14 -第四章 隧道洞身初期支护设计- 15 -4.1 支护形式的选择及参数确定- 15 -4.2 、级围岩的初期支护设计- 15 -4.2.1 隧道的宽度与高度确定- 15 -4.2.2 判断隧道深、浅埋- 15 -4.2.3 隧道围岩压力计算- 16 -4.3 锚喷支护的计算与设计- 20 -4.3.1 计算，及- 20 -4.3.2 V级围岩段锚喷支护设计- 26 -4.3.3 IV级围岩段锚喷支护设计- 31 -4.3.4 构造要求- 35 -第五章 二衬设计计算- 36 -5.1 级围岩二衬受力计算与配筋设计- 36 -5.2 级围岩二衬受力计算与配筋设计- 46 -第六章

12、 钻孔爆破开挖- 59 -6.1 爆破材料的选取- 59 -6.2 级围岩爆破开挖- 59 -6.3 级围岩爆破开挖- 59 -6.3.1 炮眼直径的确定- 59 -6.3.2 炮眼深度的确定- 60 -6.3.3 炸药消耗量计算- 60 -第七章 隧道防排水设计- 63 -7.1 隧道防排水的一般规定- 63 -7.1.1 高速公路隧道防排水规定- 63 -7.1.2 隧道内排水规定- 63 -7.1.3 路面结构底部排水设施规定- 63 -7.1.4 隧道衬砌外排水设施规定- 64 -7.2 隧道防水的总体布置- 64 -7.3 洞门截排水设计- 64 -7.4 洞顶截水天沟设计- 64

13、-7.5 隧道复合式衬砌防水设计- 65 -7.6 洞内防排水设计- 65 -7.7 变形缝和施工缝处理- 66 -7.8 洞内外排水衔接- 66 -7.9 治水过程中的环境问题- 66 -第八章 施工组织设计- 67 -8.1 工程概况- 67 -8.2 预定目标承诺- 67 -8.3 编制说明- 67 -8.4 工程施工总体部署- 68 -8.4.1 施工原则- 68 -8.4.2 施工主要对策- 68 -8.5 施工指导思想- 69 -8.6 隧道工程的施工顺序- 69 -8.7 工程质量和工期的保证措施- 69 -8.7.1 质量保证措施- 69 -8.7.2 工期保证措施- 71 -

14、8.8 质量、安全保证体系- 71 -8.8.1 质量保证体系- 71 -8.8.2 安全保证体系- 72 -8.9 施工方案和施工方法- 72 -8.9.1 工程区段的划分- 72 -8.9.2 具体施工方法- 72 -8.9.3 钻爆施工- 73 -8.9.4 劳动力安排- 74 -8.9.5 洞内装饰- 74 -8.10 隧道防坍预防措施- 74 -第九章 动态设计与信息化施工- 76 -9.1 地质预报- 76 -9.2 监控量测- 76 -9.3 隧道动态设计和信息化施工- 77 -第十章 结 论- 78 -参考文献- 79 -致 谢- 80 - 80 -第一章 工程概述1.1 工程

15、地质条件1.1.1 地形地貌隧道位于宿豫县蔡集桥乡玉皇村西100m处，进口桩号K42+160，出口桩号K42+295，隧道全长135m。隧址区属中低山地貌，隧道进口段基岩直接出露。山坡坡度2030，地面标高在255.00293.50m之间，相对高差38.50m。山脊走向与等高线基本垂直，山脊上部较陡，下部较缓；进口较缓，出口较陡。 1.1.2 地层岩性隧址区分布的地层主要为白垩系上统（K2）细沙岩夹薄层泥岩。黄褐色棕红色，泥质细粒结构，厚度状构造。全-强风化岩体，节理裂隙不发育，呈微张状，岩体呈块状-碎石状；弱风化岩体，节理不发育，呈闭合状，岩体呈巨块状。1.1.3 区域地质构造隧址区属秦岭构

16、造带东段，段裂构造不发育。岩层产状1718，洞走向与岩层走向夹角为1。见有一组节理，产状为： 32568;平均每米一条。节理等结构面组合易在拱顶及侧壁形成不稳定砌型体。1.1.4 地震情况根据1：400万中国地震动参数区划图（GB18306-2001），隧址区的地震基本烈度小于VI度；勘探区地震动峰值加速度为0.05g。1.1.5 水文地质条件隧址区地下水以基岩裂隙为主，赋水性相对贫乏，主要由大气降水补给，施工期间未见地下水。1.1.6 隧道围岩分类隧道围岩类别的划分，原则上按公路工程地质勘察规范(JTJ06498)进行，根据工程地质与水文地质调绘，结合钻探、岩土测试及浅层地震纵波波速值等综合

17、分析，可划分为、IV类围岩。在进出洞口段及左线中部，地形条件差、地质条件复杂，洞顶板厚度薄，为第四系冲洪积、残坡积土层及强弱风化层，受构造作用影响，岩层破碎，呈碎石状压碎结构，施工建设条件差，划分为类围岩；块石碎石状结构状页岩，划分为类围岩；在洞身顶覆盖层较厚段，为强微风化页岩，岩体相对完整，呈块状砌体结构，划分为类围岩。1.1.7 围岩物理力学性质指标 依据公路工程地质勘察规范(JTJ06498)附录F，现推荐各类围岩的物理力学性质指标表表1.1 各类围岩的物理力学性质指标表围岩类别密度（KN/m3）弹性抗力系数KMPa/m弹性模量E（静态） Gpa泊松比计算摩擦角（）摩擦系数（圬工与围岩）

18、1.7010010.50300.252.0010020.45310.32.2020020.35430.32.5050050.30550.52.701200200.20670.61.2 工程地质评价1、右线进出洞口稳定性评价进洞口段岩体均为全强风化细砂岩。风化强烈，裂隙较发育，稳定性较差，出口处围岩顶板较薄，开挖施工不当易坍塌，地表水易渗入洞。（1）主洞围岩稳定性评价洞身围岩主要划分为II、III类围岩。II类围岩稳定性差，洞室施工拱部支护不当时，易产生打坍塌及侧壁失稳现象，雨季有降水渗入时，有滴水现象及局部有线状水流渗入。III类围岩节理裂隙等结构面组合易在拱顶及侧壁形成不稳定楔形体，围岩稳定

19、性一般，洞室施工拱部支护不当时，可能发生坍塌，侧壁有时失去稳定性，属弱透水层，岩体中可出现滴水现象（一般渗流）。（2）围岩特征全强风细化沙夹泥岩，节理裂隙较发育，多呈微张状，局部泥质充填，呈碎石状松散结构块石状镶嵌结构。RQD=60%。1.3 隧道设计说明设计标准及遵循规范 1.本隧道所处路段为双向两车道高速公路，隧道建筑限界按100km/h行车速度确定。 2.本隧道施工图设计按初步设计批复意见进行优化。 3.地质资料采用垄溪隧道工程地质勘察报告 4.遵循规范公路隧道设计规范JTG D70-2004；公路隧道通风照明设计规范JTJ026.1-1999；公路工程技术标准JTJ001-97。公路工

20、程抗震设计规范JTJ004-89锚喷混凝土支护技术规范GBJ86-85地下工程防水技术规范GB50108-2001建筑灭火器配置设计规范GBJ140-90建筑电气设计技术规范JGJ16-83电气装置安装工程施工及验收规范GB50254-96 GB50259-96第二章 隧道整体设计2.1 一般规定与设计原则2.1.1 一般规定隧道设计应满足公路交通规划的要求，其建筑限界、断面净空、隧道主体结构以及通风、照明等设施，应按公路工程技术标准进行设计。当近期交通量不大时，可采取一次设计分期修建。2.1.2 设计原则（1）在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查的基础上，综合比选隧道各轴线方案的走

21、向、平纵线形、洞口位置等，提出推荐方案。（2）地质条件很差时，特长隧道的位置应控制路线走向，以避免不良地质地段；长隧道的位置亦尽可能避开不良地质地段，并与隧道的走向综合考虑；中、短隧道可服从路线走向。（3）根据公路等级和设计速度的确定车道数和建筑限界。在满足隧道功能和结构良好的情况下，确定经济合理的断面内轮廓。 （4）隧道内外平、纵线形应协调，以满足行车的安全、舒适要求。（5）根据隧道长度、交通量及其构成、交通方向以及环保要求等，选择合理的通风方式，确定通风、照明、交通监控等要点设施的设置规模。必要时特长隧道应做防火专项设计。（6）应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和营运要求，对隧道内外

22、排水系统、消防结合系统、辅助通道、弃渣处理、管道设施、交通工程措施、环境保护等作综合考虑。（7）当隧道与相邻建筑物互有影响时，应在设计与施工中采取必要的措施。2.2 隧道横断面设计原则隧道横断面设计原则如下所示：（1）隧道限界高度高速公路、一级公路、二级公路取5m；三、四级公路取4.5m。（2）余宽设置当设置检修道和人行道时，不设余宽；当不设置检修道或人行道时，应设不小于25cm的余宽。（3）隧道路面横坡当隧道为单向交通时，应取单面坡，当隧道为双向交通时，可取双面坡，坡度应根据隧道的长度，平、纵线形等因素综合分析确定，一般可采用1.5%2.0%。当路面采用单面坡时，建筑限界底边线应与路面重合；

23、当采用双面坡时，建筑限界底边线应水平置于路面最高处。（4）单车道四级公路的隧道应按双车道四级公路修建。（5）隧道内轮廓设计隧道内轮廓设计除了应满足隧道限界的规定外，还应满足洞内路面、排水设施、装饰的要求，并为通风、照明、消防、监控管理等设施提供安装空间，同时考虑围岩变形、施工方法影响的预留富裕量，使确定的断面形式及尺寸符合安全经济、合理的原则。（6）公路隧道的建筑限界公路隧道的建筑限界，不仅要提供汽车行驶的空间，还要考虑汽车行驶的安全、快捷、舒适和防灾，因此要求设计中应充分研究各种车道的与公路设施之间所处的空间关系，任何部件（包括通风、照明、安全、监控和内装饰等附属设施）均不得侵入隧道建筑限界

24、之内。2.3 隧道建筑限界图2.1 公路隧道建筑限界（单位：cm）玉皇隧道为单向双车道，设计时速为100km/h，如上图2.1，根据的有关规定：隧道建筑限界高度：H=5.0m；修道高度：m；车道宽度：m；左侧向宽度：m；右侧向宽度：m；左顶角宽度：m；右侧向宽度：m；检修道左侧：m；检修道右侧：m；路面坡度：；隧道建筑限界净宽：m。 2.4 隧道衬砌内轮廓设计根据公路隧道设计规范（JTG D70-2004）规定，隧道的内轮廓拱部为单心半圆=570cm，侧墙为大半径圆弧=820cm，仰拱圆弧半径=1500cm，仰拱与侧墙间用一个小半径圆弧连接=100cm。两车道的100km/h标准内轮廓图如图2

25、.2，详图见设计A3图纸1。图2.2 两车道的100km/h标准内轮廓图（有仰拱）第三章 洞门设计3.1 洞口地质条件隧道入口，基岩直接出露，进出口洞口段，地形条件差，地址条件复杂，洞顶厚度薄，为第四系冲洪积、残坡积土层及强弱风化层，受构造影响，岩层破碎，呈碎石状压碎结构，施工建设条件差，划分为II类围岩；块石碎石状结构状页岩，划分为III类围岩；进口段岩体均为全强风化细砂岩。风化强烈，裂隙较发育，稳定性较差；出口段围岩顶板较薄，开挖施工不当易坍塌，地表水易渗入洞。所用洞门应洞门处仰坡应注意防护措施，边坡采用锚固处理。3.2 洞门的设计方案3.2.1 洞门形式的选择本隧道按分类玉皇隧道右线属短

26、隧道，基本服从于路线走向，路线与地形等高线基本正交，洞门按受力结构设计。洞门形式结合实际地形、地质情况选定。根据洞门所处地段的地形地貌及工程地质条件，遵从“早进洞，晚出洞”的设计原则，并考虑洞门的实用、经济、美观等因素，因此本隧道使用端墙式洞门。端墙式洞门简图见图3.1。图3.1 端墙式洞门简图3.2.2 洞门构造要求按公路隧道设计规范（JTG-2004），洞门构造要求为：（1）洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1.0m，洞门墙顶高出仰坡脚不小于0.5m。（2）洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔；洞门墙的厚度可按

27、计算或结合其他工程类比确定。（3）洞门墙基础必须置于稳固地基上，应视地基及地形条件，埋置足够的深度，保证洞门的稳定。基底埋入土质地基的深度不小于1.0m，嵌入岩石地基的深度不小于0.5m；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25m。基底埋置深度应大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。（4）松软地基上的基础，可采取加固基础措施。洞门结构应满足抗震要求。3.2.3 验算满足条件采用挡墙式洞门时，洞门墙可视为挡土墙，按极限状态验算，并应验算绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。验算时应符合表3.1和表3.2（公路隧道设计规范JTG2004）的规定，并应符合公路路基设计规范、公路砖石及混凝土桥涵设计规范、公路桥

28、涵地基与基础设计规范的有关规定。表3.1 洞门墙设计参数仰坡坡率计算摩擦角容重基底摩擦系数基底控制压应力(Mpa)1：0.570250.600.801：0.7560240.500.601：150200.400.400.351：1.254345180.400.300.251：1.53840170.350.400.25表3.2 洞门墙主要验算规定墙身截面荷载效应值 结构抗力效应值（按极限状态算）墙身截面荷效应值 结构抗力效应值(按极限状态计算)墙身截面偏心距倍截面厚度滑动稳定安全系数基底应力地基容许承载力倾覆稳定安全系数基底偏心距岩石地基B/5B/4；土质地基B/6-3.3 洞门结构设计计算3.3

29、.1 计算参数计算参数如下：（1）边、仰坡坡度1：0.75；（2）仰坡坡角，；（3）地层容重kN/m3（4）地层计算摩擦角；（5）基底摩擦系数0.5；（6）基底控制应力。3.3.2 建筑材料的容重和容许应力（1）端墙的材料为水泥砂浆片石砌体，片石的强度等级为MU100，水泥砂浆的强度等级为M10。（2）容许压应力，重度。3.3.3 洞门各部尺寸拟定根据公路隧道设计规范（GTJ-2004），结合洞门所处地段的工程地质条件，拟定洞门端墙高度：，其中基底埋入地基的深度为1.0m，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为1m，洞门墙顶高出仰坡坡脚1m，墙厚1.5m，设计仰坡1：0.75具体见图3.1。3.4

30、 洞门验算3.4.1 洞门土压力计算根据公路隧道设计规范（JTG2004），洞门土压力计算图示具体见图3.2。图3.2 洞门土压力计算图最危险滑裂面与垂直面之间的夹角： （3.1）式中： 围岩计算摩擦角 ；洞门后仰坡坡角；洞门墙面倾角。代入数值可得： 故：。根据公路隧道设计规范（JTG2004），土压力为： （3.2）式中： 土压力；地层重度；侧压力系数；墙背土体破裂角；洞门墙计算条带宽度，取b=1m；土压力计算模式不确定系数，可取。把数据代入各式，得：由三角函数关系可得：。洞门土压力： 式中：-墙背摩擦角 = 。3.4.2 抗倾覆验算端墙计算简图如图3.3所示，挡土墙在荷载作用下应不致绕墙底

31、脚O点产生倾覆时应满足下式： （3.3）式中： 倾覆稳定系数，1.6；全部垂直力对墙趾O点的稳定力矩；全部水平力对墙趾O点的稳定力矩。图3.3 端墙计算简图由图3.3可知：墙身重量：kN； kNm kNm。代入式（3.3）得： （满足要求）3.4.3 抗滑动验算对于水平基底，按如下公式验算滑动稳定性： （3.4）式中： 滑动稳定系数；作用于基底上的垂直力之和；墙后主动土压力之和，取；F基底摩擦系数，取f=0.5。由图3.3可知： （满足要求）3.4.4 基底合力偏心矩验算设作用于基底的合力法向分力为，其对墙趾的力臂为，合力偏心距为，则：合力在中心线的右侧。计算结果满足要求。MPa，计算结果满足

32、要求。3.4.5 墙身截面偏心矩及强度验算（1）墙身偏心矩 （3.5）式中： 计算截面以上各力对截面型心力矩的代数和；作用于截面以上垂直力之和。将数据代入墙身偏心矩的公式，得可：，计算结果满足要求。（2）应力 （3.6） （满足要求）3.5 洞口边坡锚固设计根据工程类比法对洞口边坡进行锚固处理，加固方案为锚杆、钢网、喷射混凝土的复合式锚固，参数为：喷射的混凝土10cm; 选用8钢筋网、间距为20m20cm；选用504注浆小导管，长4.0m，按梅花形布置，间距120cm120cm。第四章 隧道洞身初期支护设计4.1 支护形式的选择及参数确定由于该隧道为高速公路隧道，隧道洞口围岩级别为，V级，隧道

33、洞身围岩为V、级围岩，其中V、围岩一般无自稳能力成洞条件差易发生忠大塌方，级围岩自稳能力差成洞条件差，易诱发小塌方，级围岩属硬质岩稳定性好，、级围岩初期支护为主要承载结构和二次衬砌与之共同承载，按承载结构设计。、类围岩由初期支护受力，二次衬砌按构造要求设计，作为安全储备。根据公路使用要求，隧道围岩地质条件和施工条件，按照按照公路隧道设计规范（JTG D70-2004）中衬砌结构设计规定，按新奥法原理设计，该公路隧道应采用复合式衬砌，即由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式，其中初期支护采用喷、锚、网、钢架支护。4.2 、级围岩的初期支护设计4.2.1 隧道的宽度与高度确定 m m

34、式中：-拱部圆弧半径；d衬砌厚度预估为0.7m；e预留变形量取为0.1m；路面至起拱线的高度（无仰拱时）、衬砌内轮廓净高（有仰拱时）。4.2.2 判断隧道深、浅埋（1）V级围岩深埋和浅埋的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判定。荷载等效高度计算公式如下： （4.1）式中：隧道深浅埋的分界高度；等效荷载高度，；垂直均布压力（kN/m3）；围岩重度kN/m3。在矿山法施工的条件下，-级围岩取；-级围岩取；所以取。 （4.2）式中：围岩的级别，；围岩的重度，20 kN/m3；宽度影响系数，；隧道宽度， m。以B=5m为基准，B每增加1m时的围岩压力的增减率，当B5m时，取i=

35、0.1。将数据带入式4.2，得： m由于该隧道V级围岩埋深为1.2m18.5m, 所以V级围岩为浅埋（2）IV级围岩深埋和浅埋的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判定。 m m 由于该隧IV级围岩埋深为18.528.5 m,所以IV级围岩为深埋。4.2.3 隧道围岩压力计算（1）V级围岩围岩压力计算按照公路隧道设计规范（JTG D70-2004）中规定，浅埋隧道荷载分下述两种情况分别计算：埋深（H）小于或等于等效荷载高度时，荷载视为垂直均布压力，即： （4.3）式中：垂直均布压力（kN/m2）；隧道上覆围岩容重（kN/m3）；隧道埋深。侧向压力按均布荷载考虑时, （4.

36、4）式中：侧向均布压力（kN/m2）；围岩计算摩擦角；隧道高度（m）。隧道埋深大于小于，见公路隧道设计规范（JTG D70-2004）附录E图E.0.2-1，隧道上覆岩体EFHG的重力为W，两侧三棱体或的重力为，未扰动岩体整个滑动土体的阻力为F，当下沉，两侧受阻力或，作用于HG面上的垂直压力总值为： （4.5）图4.1 浅埋隧道围岩压力计算三棱体自重为： （4.6）式中：隧道底部到地面的距离（）；破裂面与水平面的夹角（）。据正弦定理可得： （4.7）将式4.6代入式4.7可得：式中：侧压力系数；其他符号意义同前。至此，极限最大阻力值可求得。得值后，代入式4-7可求得作用在HG面上的总垂直力：

37、（4.8）由于GC、HD与EG、EF相比往往较小，而且衬砌与土之间的摩擦角也不同，前面分析时按计，当中间土块下滑时，由HF及EG面转递，考虑压力稍大些对设计的结构也偏于安全，因此，摩阻力不计隧道部分而只计洞顶部分，即在计算中用H代替h，这样式4.8为：。由于，所以: （4.9）式中：隧道宽度（m）。换算为作用在支护结构上的均布荷载为： （4.10）作用在支护结构两侧的水平侧压力为： ， （4.11）侧压力视为均布压力时： （4.12）埋深H小于或等于等效荷载高度时，荷载视为垂直均布荷载 查得计算参数：kN/m3 H=13垂直均布压力 MPa 侧向压力MPa 围岩计算摩擦角，取50埋深大于小于按

38、上述第二种情况计算，依据公路隧道设计规范（JTG D70-2004）查表A.0.4-1得所需数据：，m，。将数据代入上述公式，得：。（2）IV级围岩围岩压力计算当隧道深埋时，主要的围岩压力为松动压力和形变压力。查得计算参数：kN/m3，m，S=4垂直均布压力 式中q为垂直均布压力（kN/m2），为围岩重度（kN/m3）， h为坍落拱高度（m），按式取。MPae=0.3q=0.043MPa4.3 锚喷支护的计算与设计4.3.1 计算，及设计过程中为了简化计算，将隧道看成是圆形洞室，当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4.2所示，由此在洞壁上产生

39、的支护附加抗力，而在锚杆内边分布力为，其中为锚杆内端半径。图4.2 隧道锚杆简化分布计算图平衡方程及塑性方程为： （4.13） （4.14）式中：、分别为加锚后的、值，一般可取=、由和锚杆抗剪力折算而得： （4.15）由平衡方程及塑性方程两式得： （4.16）由 （4.17）将4.16代入4-17得： （4.18）令锚杆内端点的径向应力为，并位于塑性区内，则弹塑性区内，则弹塑性界面上有： （4.19）式中：为有锚杆时的塑性区的半径。由此得： （4.20）此外，考虑锚杆内端分布力，则有： （4.21）由4.20、4.21两式得有锚杆时的塑性区半径为： （4.22）当锚杆内端位于塑性区之内，且在松

40、动区之外时，有锚杆时的最大松动半径为： （4.23）当锚杆内端位于松动区时则有： （4.24）有锚杆时洞壁位移： （4.25） （4.26）对于点锚式锚杆，可按锚杆与围岩的共同变形理论获得锚杆的轴力与内外位移： （4.27） （4.28） （4.29）式中：；由于锚杆是集中荷载，其围岩变位实际上是不均匀的，在加锚杆的洞壁处位移量最小，如果锚杆设有托板，则锚端还会有局部承压变形，因此在计算锚杆拉力时应乘以一个小于1的安全系数，即： （4.30）其中k与岩质和锚杆间距有关，岩质差时取。图4.3 加锚区与非加锚区洞壁围岩位移比较由Q即能算出，即： （4.31）式中：e、i分别为锚杆的横向和纵向间距。当锚杆有预拉力作用时，则： （4.32）显然，上述式子要求锚杆拉力小于锚杆锚固力。计算时，需要通过试算求出、及，并按下式求出洞壁位移： （4.33）及锚杆拉力： （4.34）全长粘结式锚杆通过砂浆对锚杆的剪力传递而使锚杆处于受