淮北市西山路隧道衬砌设计.pdf

缝 生筮2 期 煤芷途j 士二旦二一 黧熬嚣鬈鬟冀l 嚣| 耋辇辫藕蔫簿鬻 雾雾 淮北市蓍瀚阐黼麟砌设计 囊裴翳麓粼辫瑟鬻蓬黧鼙鬻搿；磷雾 ，鑫意拳。善螽毒毳鬃删霉喜。。善善，馨壮馨誊。。毒善酬器i 蜘；誊 中煤设计集团南京设计研究院 陈伟绪 摘要本隧道采用复合式衬砌方式，设计在对隧道不同地段进行荷载计算的基础上，对 复合式衬砌的内外层支护分别进行了理论计算，并与工程类比法相结合确定衬砌支护参数。 关键词隧道衬砌 复合式衬砌 l 工程概况 1 ．1 工程概况 西山路是淮北市城市路网扩建工程规划建设的城市 次干道，全长1 ．9 k m ，双向四车道，设计行车速度4 0 Ⅻh ， 单向二车道设计通行能力1 8 0 r 7 p c u ，h ，穿过西山隧道。西 山为低山丘陵区，顶峰海拔标高 1 4 3 ．6 0 r n 。西山隧道设 计为上下行分离的两座独立隧道，两座隧道中心距为 4 0 m ，隧道净宽1 1 ．5 m ，净高8 ．3 m ，设计确定的隧道净断面 如图1 所示。隧道路面设计标高为 6 2 ．8 5 m 一 7 3 ．8 0 m ， 两座隧道的全长分别为0 ．3 6 5 k m 和0 ．3 7 9 k m 。 磊 隧道- } - 心线 ＼ 厂认誊 暴 一 行车中心线 ／ _ - 。⋯ 霉 “’ 监 2 ”I脯柏柏12 5 口 I i 。；，．一 i_ 一 必 世 1 1 ． ．一 图1 隧道净断面图 1 ．2 工程地质概况 1 隧道围岩质量分级 西山路隧道拟建场地围岩主要为奥陶碳酸盐岩类硬 质岩石。围岩质量分级依据岩土工程勘察规范G B 5 0 0 2 l 一9 4 中的标准评定，主要为Ⅱ～Ⅲ类 相当于公路隧道 设计规范的Ⅳ～V 类 中厚层或厚层状层间结合较好的 硬质岩石。由于受构造影响，在F 1 断层破碎带中也出现 了碎裂状结构或松散结构的v 类 相当于公路隧道设计 规范的Ⅱ类 围岩。 2 断层对隧道稳定性的影响 隧道拟建场地共出现F 1 和F 2 两条断层。其中F 1 位 于山西侧，断层带宽约l l m ，该断层破碎带被后期火成岩 侵入充填，断层带中的闪长玢岩多呈强～中等风化状， 以强风化为主，其中原岩矿物中的斜长白已高岭土化，角 闪石已绿泥石化，还保留原岩假象，但遇水崩解。F 2 位于 山东侧，断层带宽度仅0 ．2 0 。0 ．5 0 m ，且断层带中多被密实 的断层泥充填，粘聚力较好。 2 隧道衬砌设计 2 ．1 隧道衬砌形式 根据本隧道工程地质条件、围岩类别、埋置位置及施 工条件，经综合分析确定采用复合式衬砌。 本隧道复合式衬砌由内层和外层复合而成，其外层为 初期柔性支护，采用锚喷 局部地段采用钢筋网锚喷 支 护；内层为二次衬砌，采用现浇混凝土 局部地段采用现浇 钢筋混凝土 衬砌。 2 ．2 隧道不同地段的设计荷载 根据隧道进入山体后，洞顶覆盖岩体情况的不同，将 隧道划分为明洞、浅埋隧道和深埋隧道。在隧道出入口处 洞顶覆盖层薄，难以用暗挖法施工隧道，采用明洞开挖。 浅埋和深埋隧道的分界，按荷载等效高度的判定式为 耳 2 ．0 2 ．5 h q h q 0 ．4 5 磐～∞ 式中H D 深浅埋隧道分界深度； ‘ h a 荷载等效高度； r 围岩类别； c t 广宽度影响系数。 根据上述划分的不同地段，分别计算明洞、浅埋隧道 和深埋隧道的设计荷载。 2 ．2 ．1 明洞设计荷载的计算 1 拱圈回填土垂直压力 q i * h i 式中* 拱背回填土石容重 k N ／m 2 ； } l ；明洞结构上任意点i 的土柱高度。 2 拱圈回填土侧压力 万方数据 Q 堪芷遮让迎 生箍2 期 e l 7 l I l i 入 式中 侧压力系数。 3 边墙回填土侧压力 e 2 讫1 1 i 入 式中} l i 边墙计算点换算高度。 2 ．2 ．2 浅埋隧道设计荷载的计算 1 埋深小于或等于等效荷载高度k 时； 垂直压力q 州 侧向压力e 丫 H } I t ，2 舀 4 5 。一昨 式中H - 一隧道埋深； H t 坑道高度； 广围岩计算摩擦角。 2 埋深大于等效荷载高度I l Ⅱ时 垂直压力q 佃 1 一删B 侧向压力e 1 _ 佃e 2 m 式中卜滑面摩擦角； l r 坑道底部到地面的距离。 2 ．2 ．3 深埋隧道设计荷载的计算 垂直压力q 0 ．4 5 2 6 。8 № 侧向压力e № 2 ．3 隧道衬砌设计 2 ．3 ．1 初期锚喷支护设计 初期柔性支护采用锚喷支护，锚喷支护参数按最大剪 切与极限平衡原理计算。计算步骤如下 1 选取等效圆半径R 0 ； 2 初选锚喷支护参数。包括锚杆类型、直径、长度、 间距、排距、喷厚及钢筋网格尺寸； 3 计算保持围岩极限平衡状态所需最小支护抗力 P m m ； 4 计算锚喷支护抗力。分别计算喷射混凝土、锚杆、 钢筋网抗力，锚喷支护总抗力为三部分抗力之和； 5 判定支护方案的可靠性与合理性。 2 ．3 ．2 二次衬砌设计 根据规范的规定，深埋隧道计算复合衬砌时初期支 护应按主要承载结构计算。二次衬砌，在Ⅳ类及以上围 岩可作为安全储备，按构造要求设计，在Ⅲ类及以下围岩， 应按承载结构设计。明洞和浅埋隧道二次衬砌按承载结 构设计。 二次衬砌按承载结构进行力学分析计算。首先推算 围岩压力，再用荷载结构模型计算衬砌内力，根据结 构内力确定支护参数。 2 ．3 ．3 隧道不同地段的衬砌参数 1 明洞衬砌 明洞衬砌按相应围岩隧道整体式衬砌验算，内侧衬砌 按采用现浇钢筋混凝土结构，砼强度C 3 0 ，衬砌厚度 4 0 0 呦。外侧采用锚喷加固围岩式挡墙，锚杆采用水泥砂 浆锚杆，规格讹3 0 0 0 唧，问距1 0 0 0 r 姗，喷射混凝土厚 度l ‰。 为防护一般的落石、崩塌危害，明洞洞顶应进行填土， 填土厚度应不小于2 ．0 m 。 2 浅埋隧道衬砌 浅埋地段外层支护，根据规范规定，采用钢筋网锚 喷支护，锚杆采用水泥砂浆锚杆，规格勉3 0 0 0 r r 吼，间距 1 0 0 0 H 肋，喷射混凝土厚度1 5 0 m m 。内层衬砌按浅埋隧道围 岩压力理论设计，采用4 0 0 咖厚现浇。钢筋混凝土衬砌， 砼强度C 3 0 。 3 深埋隧道衬砌 本隧道大部分地段为深埋隧道。深埋隧道外层支护， 根据规范规定，采用锚喷支护，锚杆采用水泥浆砂锚杆， 规格勉x2 5 0 0 舢，间距1 0 0 0 I 舢，喷射混凝土厚度 1 撕。二次衬砌可作为安全储备，按构造要求设计，内 层衬砌采用2 5 0 咖厚现浇混凝土衬砌，砼强度C 3 0 。 4 F l 断层破碎带衬砌 F 1 断层破碎带围岩岩性较差，围岩松散破碎、压力 大，支护困难，施工中容易产生一些塌方。甚至大塌方，在 施工过断层破碎带之前，应进行全面断面预注水泥砂浆， 其作用是稳定和加固原有不良围岩，有利于施工开挖，避 免或减少塌方，同时也减小了围岩压力，使衬砌在围岩的 充分约束下抵抗围岩荷载。 F l 断层破碎带复合衬砌按承载结构进行设计。初期 锚喷支护按照“最大剪切与极限平衡原理”进行计算，确定 采用钢筋网锚喷支护，锚杆采用水泥砂浆锚杆，规格勉 3 0 0 0 咖，间距踟0 I 姗；钢筋网直径鹤n 蚰，钢筋间距 1 5 0 r 啪；喷射混凝土厚度2 0 0 啪。二次衬砌按承载结构进 行力学分析计算，确定内层衬砌采用6 0 0 唧厚现浇钢筋 混土衬砌，砼强度C 3 0 。 2 ．4 衬砌结构防水 隧道衬砌结构设计除满足强度、耐久性要求外，还应 满足防水要求。本隧道防水采取以下措施。 1 复合式衬砌层问采用防水夹层； 2 混凝土满足抗渗要求，采用砼抗渗标号为s 6 ； 3 施工缝、变形缝等处的防渗采取专门的防水措施。 如采用钢板型施工缝，橡胶止水带组成的水变形缝等。 3 结论 西山路隧道衬砌采用复合式衬砌，设计应用近似解析 法结合工程类比确定衬砌支护参数。但复合式衬砌设计 和施工密切相关，应结合施工，通过测量、监控取得数据， 不断修改和完善设计。 责任编辑章新敏 万方数据