02-管棚支护计算书.doc

第1章 概 述

1.1 管棚法

管棚法是沿开挖轮廓周线，钻设与隧洞（道）轴线平行的钻孔，而后插入不同直径的钢管，并向管内注浆，固结管周边的围岩，并在预定的范围内形成棚架的支护体系。它的主要作用是：提高管周围的抗剪强度，现行支护围岩，把因开挖引起的松弛控制在最小范围内，其效果主要有梁效应和加固围岩效果。它可以作为大断面隧洞（道）、隧洞（道）进出口的辅助方法。

管棚法视钢管直径的不同，可以分为大直径管棚（φ100以上）和中等直径管棚（φ=80~100）。

1.2 设计基础资料

工程概况及设计基础资料 1.3 采用的主要技术规范、规程、标准

(1) 《水工隧洞设计规范》(SL279-2002)； (2) 《水工混凝土结构设计规范》(SL191-2008)； (3) 《水工建筑物荷载设计规范》(DL5077-1997)； (4) 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001） (5) 《水利水电工程锚喷支护技术规范》（SL377-2007） (6) 《水工建筑物地下开挖工程施工规范》（SL378-2007）

1.4 设计参考书籍

《锚固与注浆技术手册》· 梁炯鋆·中国电力出版社·1999

第2章 设计计算

2.1 管棚布置型式

具体形式参见(2013)10号核定单。 2.2 围岩基本情况

隧洞进口段岩体为松散堆积体，由粘性交叉的粘性土夹杂大、小块石组成，结构松散，自稳性较差且顶覆盖层较薄。 2.4 浅埋段管棚设计 2.4.1 荷载确定

由于管棚仅为隧洞超前支护，后期主要由C25钢筋混凝土衬砌承载，因此设计时仅考虑施工状况，其计算模型可以简化成图2.1所示。顶拱部位开挖台阶高度h=2.0m。

图2.1 钢管强度计算模型

地层参数：重 度 γ=20kN/m3（浅埋）

内摩擦角 φ=36° 隧洞宽度 B=8.52m 隧洞高度 H1=8..496m 隧洞埋深 hm=7.5~30m

地面荷载 q=0kN/m3，即计算时不考虑 粘 聚 力 c=10kPa

浅埋段的围岩压力按太沙基公式计算：

q0

hmtan hmtan a1 c

[1 exp()] qexp() （式2.1） tan a1a1

a1 a H1tan(45 ) （式2.2）

2

将参数代入（式2.2）计算a1：

36

a1 a H1tan(45 ) a 8.496 tan(45 ) 7.996m

22隧洞进口埋深hm=7.5m，q0 63.90kN/m2。 隧洞进口埋深hm=30m，q0|hm 30m 168.99kN/m2

考虑到当埋深大于或等于30m时，根据太沙基公式计算得到的围岩压力往往误差很大，若根据深埋隧洞岩体计算公式，垂直山岩压力主要采用《水工隧洞设计规范》 （SL279-2002）之6.2.4的公式进行计算。

q0 （0.2~0.3） B （式2.3）

式中 q0——垂直均布围岩压力，kN·m2； γ——围岩重度，20kN/m3； B——隧洞开挖宽度，m；

为安全计，垂直围岩压力系数取0.3。

由此算得 q0 = 0.3×20×8.496=50.976。远小于根据浅埋隧洞所计算得到的围岩压力。 又考虑到施工后的管棚对围岩压力的缓冲、吸收、分散等作用，以及通过管棚注浆对围岩的加固效果，通常实际围岩压力仅为按太沙基公式得到的计算值的40%~50%。本次计算为安全计，取50%。

当hm=30m，q0 0.5q0|hm 84.49kN/m2，综合隧洞进口处q0 63.90kN/m2，为安全计，取计算q0 84.49kN/m2。 2.4.2 钢管设计计算 钢管型号

根据目前现在市场钢管的供给情况，主要选用DN89×4.5、DN108×6、DN108×10、DN121×8几种钢管。钢管的屈服强度[σs]=240MPa，极限抗拉强度[σ]=380MPa，各钢管的具体规格见表2.1。

钢管最不利受力段长度L

36 L L1 0.3 L2 L1 htan(45 ) 0.8 2 tan(45 ) 1.819m

22

式中各参数如图2.2所示。

单位宽度内荷载w及截面最大弯矩Mmax

w q0 1 84.49 1 84.49kN/m2 m

Mmax

wL284.49 1.8192

34.95kN m 88

钢管最小抗弯截面模量Wmin

Wmin

Mmax34.95kN m

145.618cm3 [ s]240MPa

2.5.3 钢管参数选取

根据计算得到的Wmin和表2.1的各钢管所列的抗弯截面模量，选用合适的钢管。

若选用DN189×4.5，WZ=24.03cm3，单位宽度内钢管数n 钢管间距约为165mm；

若选用DN108×6，WZ=46.46cm3，单位宽度内钢管数n 管间距约为319mm；

若选用DN108×7，WZ=52.70cm3，单位宽度内钢管数n 管间距约为362mm；

若选用DN121×8，WZ=75.30cm3，单位宽度内钢管数n 钢管间距约为517mm.

Wmin145.618

6.06根/m，WZ24.03

Wmin145.618 3.13根/m，钢WZ46.46

Wmin145.618

2.76根/m，钢WZ52.70

Wmin145.618

1.934根/m，WZ75.30

经综合比较，推荐选用DN108×6型号钢管，实际设计中间距可采用300mm。