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隧道工程施工计算手册（必威体育精装版版，附支护参数）

第一章总则

1.1编制依据

本手册依据《公路隧道施工技术规范》（JTG/T3660-2020）、《铁路隧道初期支护技术规程》（TB10121-2020）、《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008，2011年版）、《喷射混凝土应用技术规程》（GB/T50085-2017）等现行标准，结合近年隧道工程实践编制，适用于钻爆法、CRD工法等常规施工的计算与支护参数选取。

1.2适用范围

本手册涵盖Ⅲ-Ⅴ级围岩隧道的超前支护、初期支护、二次衬砌等各分项工程的施工计算，包括参数设计、力学验算、质量控制等内容，可作为隧道施工技术人员的计算参考依据。

第二章围岩分级与压力计算

2.1围岩分级复核计算

2.1.1分级指标计算

岩体完整性系数计算

K_v=(v_{pm}/v_{pr})^2

式中：v_{pm}为岩体弹性波速（km/s），v_{pr}为岩块弹性波速（km/s）。

应用示例：某Ⅳ级围岩岩块波速5.2km/s，岩体波速3.1km/s，K_v=(3.1/5.2)^2≈0.35，符合Ⅳ级围岩K_v=0.25-0.5的指标要求。

围岩基本质量指标（BQ）计算

BQ=90+3R_c+250K_v

式中：R_c为岩石单轴抗压强度（MPa）。

修正公式：

地下水影响修正：BQ=BQ-100K_1（K_1为地下水影响系数，干燥段取0，潮湿段取0.2-0.3）

初始应力影响修正：BQ=BQ-100K_2（K_2为初始应力系数，低应力段取0）

2.1.2现场分级复核方法

采用“地质观察法+指标验证法”，掌子面开挖后按表2-1复核围岩级别：

围岩级别

岩性特征

岩体完整性

R_c（MPa）

K_v

Ⅲ级

较坚硬岩层，层理清晰

较完整（节理间距1-3m）

30-60

0.5-0.7

Ⅳ级

中硬岩层，节理较发育

较破碎（节理间距0.3-1m）

15-30

0.25-0.5

Ⅴ级

软质岩层或破碎带

破碎（节理间距＜0.3m）

＜15

＜0.25

2.2围岩压力计算

2.2.1主动土压力计算（太沙基理论）

竖向压力计算

q=\gammaH

式中：\gamma为围岩重度（kN/m3，一般取20-22），H为隧道埋深（m）。

修正公式（浅埋隧道）：q=\gammaH+\frac{B\gamma}{2K}（B为隧道跨度，K为侧压力系数）

水平压力计算

e=Kq

侧压力系数取值：Ⅲ级围岩K=0.2-0.3，Ⅳ级K=0.3-0.4，Ⅴ级K=0.4-0.5。

2.2.2深埋隧道压力计算（普氏理论）

压力拱高度计算

h=\frac{B}{2f_k}

式中：f_k为岩石坚固性系数（f_k=R_c/10）。

竖向压力计算

q=\gammah=\frac{\gammaB}{2f_k}

第三章超前支护计算与参数

3.1小导管支护计算

3.1.1导管参数设计计算

导管长度计算

L=L_1+L_2

式中：L_1为搭接长度（≥1.5m），L_2为开挖循环进尺（Ⅳ级围岩取2.5m）。

示例：Ⅳ级围岩段L=1.5+2.5=4.0m，实际采用4.5m（超设计30cm）。

注浆扩散半径计算

r=\sqrt{\frac{Q\tau}{2\piH\eta}}

式中：Q为注浆流量（L/min），\tau为注浆时间（min），H为注浆段长度（m），\eta为浆液黏度（Pa?s）。

控制标准：扩散半径≥0.5m，确保相邻导管注浆体搭接。

3.1.2小导管支护参数表（表3-1）

围岩级别

导管规格

环向间距

纵向间距

外插角

注浆参数

Ⅲ级浅埋

Φ42×4mm

30-40cm

3.0m

5-10°

水泥浆，P=0.5-0.8MPa

Ⅳ级

Φ42×4mm

30cm

2.5m

5-10°

水泥-水玻璃双液浆，P=0.5-1.0MPa

Ⅴ级

Φ50×5mm

25cm

2.0m

8-12°

水泥-水玻璃双液浆，P=1.0-1.5MPa

3.2管棚支护计算

3.2.1管棚承载力计算

单根钢管轴向承载力

N=A_ff_y

式中：A_f为钢管截面积（Φ108×6mm钢管A_f≈19.98cm2），f_y为钢材屈服强度（Q235B取235MPa）。

示例：Φ108×6mm钢管N=19.98×10^{-4}×235×10^3≈470kN

管棚间距验算

d≤\frac{N}{qL}

式中：q为竖向围岩压力（kN/m），L为管棚长度（m）。

控制标准：Ⅳ级围岩段d≤40cm，Ⅴ级围岩段d≤35cm。

3.2.2管棚支护参数表（表3-2）

适用围岩

钢管规格

长度

环向