锚杆挡土墙设计与计算实用资料

料

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XXXX工程锚杆挡土墙

计算分析报告

XXXX设计院 XXXX年XXX月

目 录

第一章 概述…………………………………………………………1 第二章 锚杆挡土墙计算理论………………………………………1 第三章 锚杆挡土墙计算……………………………………………1

第一章 概述

锚杆挡土墙是由钢筋混凝土墙面和钢锚杆组成的支挡建筑物，它是靠锚杆锚固在稳定地层内，能承受水平拉力来维持墙的平衡，因此地基承载力一般不受控制，从而能克服不良地基的困难。在高边坡的情况下，且可采用自上而下逐级开挖和施工的办法，可以避免边坡坍塌，有利于施工安全。

锚杆使用灌浆锚杆，采用钻机钻孔，毛孔直径一般为

100~150mm，锚杆材料为HRB335钢筋和由7根钢丝构成φ12.7mm的预应力钢绞线。锚杆钢筋以一根或数根钢筋组成；锚杆锚索以一束或数束钢绞线组成。锚杆插入锚孔内后再灌注水泥砂浆。灌浆锚杆亦可用于土层，但由于土层与锚杆间的握固能力较差，尚需要加压灌浆或内部扩孔的方法以提高其抗拔能力。

锚杆挡土墙的墙面，一般用肋柱和挡土板组成，其结构布置应根据工点的地形和地质条件、墙高及施工条件等因素，考虑挡土墙是否分级和每级挡土墙的高度来决定。当布置为两级或两级以上时，级间可留1~2米的平台，如图1。

肋柱的间距应考虑工地的起吊能力及锚杆的抗拔能力等因素，一

般可选用2.0~3.5米。每根肋柱根据其高度可布置多根锚杆。锚杆的位置应尽可能使肋柱所受弯矩均匀分布。

肋柱视为支承于锚杆（或支承于锚杆和地基）的简支梁或连续梁。

肋柱的底端视地基的强度及埋置深度，一般设计时假定为自由或铰支端，如基础埋置较深且为坚硬的岩石时，也可以作为固定端。当底端

固定时，应考虑地基对肋柱基础的固着作用而产生的负弯矩。

图 1

第二章 锚杆挡土墙计算理论

锚杆挡土墙计算的主要内容有：肋柱、锚杆和挡土板的内力计算；肋柱底端的支承应力检算；肋柱、挡土板、锚杆和锚头的设计等。 a) 肋柱和锚杆的内力计算

假定肋柱与锚杆联结处为一铰支点，把肋柱视为简支梁或连续梁。锚杆为轴心受拉构件。 i.

当肋柱仅有两根锚杆，且底端为自由端时，可假定按两端悬臂的简支梁计算，如图2所示。

图 2 假定肋柱为简支梁的计算草图

（1）肋柱的支点反力 RAP(Zl3) l2 RbPRA

式中 P—作用于每根肋柱上的土压力的合力 P(q0qH)L；

12 q00lcos； qHHlcos；

0、H—锚杆挡土墙墙顶及底端的单位土压力； —墙背摩擦角； l—肋柱间距； L—肋柱全长，LH； cos —肋柱竖向倾角。

Z—土压力合力的作用点至肋柱底端的长度，

ZL2q0qH 3q0qH（2）肋柱的弯矩

MAq0l12(qAq0)l12

113MBqBl32(qHqB)l3

231216令x为任意截面至肋柱顶的长度，则

MABRA(xl1)q02qHq03xx 26L取

qq02dMABRAq0xHx0 dx2L由上式求得x值，代入MAB即得AB间Mmax值。

（3）肋柱剪力 QA上l1(q0qA) QA下RAQA上 QB上RAl1l2(q0qB) 212 QB下RBQB上

ii.

视肋柱为连续梁（包括底端固定）时的内力计算 （1）求肋柱的支点弯矩

在求支点弯矩时，可采用弯矩分配法进行计算。 （2）解肋柱力矩、剪力、反力的一般公式

算得连续梁（即肋柱）各支点弯矩之后，即可用静力平衡的条件算出各截面的弯矩、剪力以及各支点的反力。

截取连续梁的第n及n+1跨作为简支梁，如图3所示，其支点反力为：

0AnAnMnMn1 lnMn1Mn ln0BnBn

在距左支点x处的截面内，其弯矩及剪力为：

0MxMxMnMn1xMn1 ln0QxQnMnMn1 ln 图 3 连续梁某一节点的内力计算

000在以上各式中，An、B0n及Mx、Qx系指由于测向土压力所引起的简

支梁支点反力及任意截面的弯矩、剪力。

连续梁第n支点反力等于来自该支点左右两端的剪力之差：

右 RnQnQ左n

右左等于ln1跨度内的左端反力An1。等于ln跨度内的右端反力BnQnQn的负值。故第n个支点反力又可用下式表示：

0RnAn1BnAn1Mn1MnMMn0 Bnn1ln1lniii. 锚杆的内力计算

截取肋柱某一支点n，如图4所示。

锚杆肋柱

图 4 锚杆拉力与支点反力的关系

由连续梁求得n支点反力为Rn。令锚杆轴向力为Nn，则

NnRn

cos()—肋柱的竖向倾角；

—锚杆对水平向的倾角。如，则NnRn。

b) 肋柱底端支承应力检算 i.

基底应力检算

（1） 支点反力沿平行于肋柱的分力为： Rntg() （2） 肋柱自重

WaabH

式中 a、b——肋柱的宽度及厚度 H——墙高

——钢筋混凝土容重。 （3） 作用在肋柱基底上的诸力之和为：

N`Rntg()abH

（4） 基底应力为：

N`[] ab式中 []——基底的容许应力。 ii.

基脚侧向应力

为简化计算，令铰支端的反力R0作用点在基脚埋深h的中心。肋柱底端视为铰支时，故要求：

hR0cos a[V][V]KV[]

KV——视地基的坚硬程度取0.5~1.0。

c) 挡土板内力计算

挡土板是以肋柱为支座的简支梁，其计算跨度lp为挡土板两支座中心的距离，如图5。其荷载（q）取挡土板所在位置土压力的平均值，即

q1h(```) 2式中 `、``——为挡土板高h上下二边缘垂直挡土板方向的单位土压力。

2跨中最大弯矩Mmaxqlp，支座处的剪力Qqlp。

1812

图 5 挡土板弯矩剪力图

d）肋柱、挡土板的配筋计算

肋柱、挡土板是受弯构件，在各项内力（弯矩、剪力）求得后，

即可进行配筋计算。 d) 灌注锚杆的设计

一般锚杆设计的主要内容可分为锚杆截面、锚杆长度和锚头（联结）设计三部分。

锚杆截面设计、即选用钢筋的规格及所需的截面、并根据钢筋束（或钢丝束）的断面形状以及灌注管的尺寸决定钻孔直径。为提高锚杆的承载能力，可选用低合金钢或高强度钢丝。

锚杆长度设计包括有效毛固段和非锚固段两部分，有效锚固段的长度应根据抗拔的需要而决定，非锚固段的长度按建筑物与稳定地层之间的实际距离而定。

锚杆一般是向下倾斜或接近水平方向的（一般沿水平向下倾斜不大于45°角）。

锚头设计包括选择锚杆和肋柱的连接形式以及肋柱的局部承载压计算。

1、 锚杆的钢筋计算

锚杆按轴心受拉杆件设计。要求水泥沙浆（或混凝土）的裂缝不超过容许宽度，以防钢筋锈蚀。

2、 锚杆的有效锚固长度计算

在岩层中的灌注锚杆，由于岩层对于锚孔砂浆的单位摩阻力大于砂浆对钢筋的单位握固力，因而锚固长度取决于砂浆的握固力，为了保证砂浆有良好的握固力，一般采用不低于M30的水泥砂浆。为了使锚杆的锚固力大于钢筋的抗拉强度，要求

Kg(d24)dLau Kgd4u即 La

式中 La——最小锚固长度； g——钢筋的极限抗拉强度； u——钢筋与砂浆的粘结力； K——安全系数，一般取2~3； d——钢筋直径。

在半岩质或土质地层内，锚杆的抗拔能力取决于砂浆与周围地层接触面上的抗剪强度，故锚杆的有效锚固长度为：

LaKNn DK式中 K——安全系数，一般取2~3; D——锚孔直径；

K——锚固段砂浆与地层间的抗剪强度，此值应与地层内的抗剪强度比较，取用小值；

Nn——锚杆承受的拉力。

为了安全和稳定性的要求，锚杆的有效锚固长度除应满足公式计算的要求外，在岩层中，一般不应小于4米，在半岩质和土质地层中，一般不应小于5米。

第三章 锚杆挡土墙计算

（一）已知条件

1、锚杆挡土墙断面如图6所示，墙身分为上、下两级，肋柱就地灌注。间距l=3.0m。锚杆的位置根据肋柱支点及跨中弯矩大致相等的原则布置，倾角β=15°。

2、墙厚的土体为侏罗系沙溪庙组，岩性为砂质与砂质泥岩不等厚互层，岩石单轴极限饱和抗压强度分别为28~40Mpa和5~8MPa。采用γ=25KN/m3, 550。

3、构件按极限状态法（参照钢筋混凝土结构设计规范TJ2005）进行计算。

3.0010.004.005.002.004.005.004.005.004.001.002.008.003.008.003.008.003.008.008.0026.3500°3.001.0015.0015.005.003.00 图 6 计算图式

（二）土压力计算

墙背土压力按库伦公式计算，取，

tg(i)tg2(tg2ctg1)(tg2tg(i))

1i 2i

iarctg(1/1.25)

arctg(0.25)

求解：26.350

上墙：

作用在肋柱单位长度上的土压力为： 在底端q15H上上l55.63KN/m 下墙：

下墙的土压力按延长墙背法计算，从下墙墙背作延长线与墙背土坡延长线相交于一点，这点即为虚设的墙顶，距平台的垂直高度为12m，见图6。

q0l1243.78KN/m q15l2798.50KN/m

（三）肋柱的内力计算

1、上墙为两端悬臂的连续梁，如图7所示，通过有限元软件计算，求得肋柱各点的弯矩和剪力，绘制弯矩图和剪力图，见图8，计算结果见表1。弯矩单位：KN.M，剪力单位：KN。

2.004.004.004.001.00

图 7

计算结果 表 1

单元 1 2 3 4 5 左弯距 4.77E-15 -4.95E+00 -2.82E+01 -6.03E+01 -2.72E+01

左轴力 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 左剪力 -2.22E-15 1.89E+01 4.64E+01 9.24E+01 5.38E+01 右弯距 -4.95E+00 -2.82E+01 -6.03E+01 -2.72E+01 -5.06E-14 右轴力 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 右剪力 支点反力 26 87 165 139 -7.42E+00 -4.04E+01 -7.23E+01 -8.57E+01 -3.20E-14

图 8

2、下墙视为底端简支的连续梁，如图9所示，通过有限元软件计算，求得肋柱各点的弯矩和剪力，绘制弯矩图和剪力图，见图10，计算结果见表2。弯矩单位：KN.M，剪力单位：KN。

1.003.003.003.003.002.0

图 9

下墙肋柱支点计算结果 表 2

单元 1 2 3 4 5 6 左弯距 3.11E-15 -2.25E+01 -4.75E+01 -5.03E+01 -6.32E+01 -5.81E+01 左轴力 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 左剪力 -1.42E-14 6.83E+01 9.21E+01 1.05E+02 1.28E+02 1.23E+02 右弯距 -2.25E+01 -4.75E+01 -5.03E+01 -6.32E+01 -5.81E+01 0.00E+00 右轴力 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 右剪力 -4.56E+01 -9.04E+01 -9.94E+01 -1.19E+02 -1.30E+02 -6.70E+01 支点力 113.90 182.49 204.54 246.80 252.30 67.03

图 10

（四）、肋柱的配筋计算 1、已知条件 （1）材料：

C30混泥土：轴心抗压强度设计值fc=14.3N/mm2;

HRB335钢筋：抗拉强度设计值fy=300N/mm2，直径为20mm。

（2）构件强度设计安全系数：K=1.4（基本安全系数）×1.2（附加安全系数）＝1.7。

（3）肋柱的截面尺寸为：h×b=500mm×400mm。

2、肋柱按最大弯矩Ｍmax＝63.2KN.m，最大剪力Qmax＝123KN配筋。

(1) 最大弯矩处截面的配筋计算 截面有效高度等于 h050026474mm

KMmax107.44106as0.0836 22fcbh014.3400474112as1120.06390.0874

Asbh0fc/fy0.0874*400*474*14.3790mm2

300222选用４φ２０，Ag4**20/41256mm790mm（可）

（２）检算裂缝宽度

skMk63.2106122N/mm2 20.87h0As0.87474420/4Ate0.5bh0.5400*500105

teAs12560.01256 Ate105deq420220 41*201.10.65ftktesk1.10.652.010.2474

0.01256122maxcr0.2mm

skEs(1.9c0.08deqte)2.10.247412220(1.9500.08)0.07mm0.012562.0105（3）检算截面的抗剪强度

Qmax1.7123209KN

h04741.1854 b4000.25cfcbh00.251.014.3400474677820N677.82KNQmax

满足受剪截面的要求。

80048004h()()1

h0800110.7hftbh0.711.43400474189789.6N190KNQmax，不需要配置

箍筋，只配置构造箍筋。 （五）挡土板设计 1、已知条件

（1）挡土板长度l=3.0m，矩形截面尺寸：b=100cm，h=20cm 。 （2）挡土板按下墙顶以下15.0米处土压力计算：

qh32.8KN/m

（3）斜截面受剪的强度设计安全系数：

K1.7

（4）材料：混凝土 ——C30，钢筋——HRB 335钢筋，20mm。 2、板的配筋计算 （1）计算弯矩及剪力

11MmaxKql21.732.83262.73KN.M

8811QmaxKql1.732.8383.64KN.M

22（2）计算纵向受力钢筋

h020044156mm

Mmax62.73106as0.18 22fcbh014.31000156112as1120.180.2

Asbh0fc/fy0.2*1000*156*14.31487.2mm2

300选用5φ18，Ag5**202/41571mm21487.2mm2（可）

（3）检算裂缝宽度

skMk36.9106173N/mm2 20.87h0As0.87156520/4Ate0.5bh0.51000*200105

teAs15710.01571 Ate105deq520220 51*201.10.65ftktesk1.10.652.010.62

0.01571173maxcr0.2mm

skEs(1.9c0.08deqte)2.10.6217320(1.9440.08)0.2089mm0.015712.0105（4）检算截面的抗剪强度

h01560.1564 b10000.25cfcbh00.251.014.31000156677820N557.7KNQmax

满足受剪截面的要求。

80048004h()()1

h0800110.7hftbh0.711.431000156156156N156KNQmax83.64，不需

要配置箍筋，只配置构造箍筋。

（六）锚杆

1、锚杆的钢筋计算 （1）锚杆拉力

上墙的锚杆采用：HRB335 φ25mm钢筋，fy=300N/mm2。 最大拉力：Nmax165165165KN

cos()cos(1514)下墙的锚杆采用：φ12.7mm预应力钢绞线，极限张拉荷载Pu=184kN。

最大拉力：Nmax252.3252.3252.3KN

cos()cos(1514)（2）锚杆的钢筋数量： 上墙：

钢筋的安全系数：K=2.2。 钢筋的根数：nKN 2fyD/4计算结果见表3。 下墙：

预应力锚索的安全系数：Fs1=2.5 锚索的束数：nFs1Pt Pu计算结果见表4。 （3）锚杆的锚固长度

如图6所示，设墙后破裂体的破裂面为稳定岩层的分界线。锚杆周边的抗剪强度200kPa。安全系数K=2.5。

根据锚固体与孔壁的抗剪强度确定的锚固段长度

laKPt

dh 计算结果见表3和表4。

上墙锚杆计算结果 表 3

锚杆轴向锚固段φ25钢设计锚固段设计钢筋锚杆序号 承载力长度筋根数 长度(m) 根数 (KN) (m) 1 26 1 0 5 2 2 87 2 1 5 2 3 165 4 2 5 2 4 139 4 2 5 2

下墙锚索计算结果 表 4

设计锚固力锚索序号 (KN) 1 2 3 4 5 113.90 182.49 204.54 246.80 252.30 计算锚固计算设计锚设计锚索段长度锚索固段长根数 (m) 根数 度(m) 3 2 8 4 5 2 8 4 5 3 8 4 7 3 8 4 7 3 8 4

明沟污水截流工程

顶管工作井施工方案

工作坑开挖

顶管坑支护设计及计算

1．

顶管坑支护设计

顶管坑结构尺寸（长×宽=L×B）：主干线（D1500）顶管坑8m×5m。施工中顶管坑结构尺寸根居检查井的类型调节开坑尺寸来满足顶进需要, 开挖前，根据顶坑的管内底标高，考虑导轨高度、顶管坑底板厚度等计算出顶管坑实际槽底标高（H）。

顶管坑采用C25钢筋砼厚度30cm.在工作井、接收井分别设置4口大口径降水井进行降水,深度15m, 降水时间30天,保证施工时工作面无水。

根顶管坑上部设锁口圈梁，圈梁宽800mm，高500mm，圈梁采用16Φ20为主筋，Φ8＠200箍筋，混凝土强度等级C25。为了顶管工作坑下部钢架能与锁口圈梁连接，锁口圈梁向下预留钢筋接头，方法是在槽底向下打孔，插入800mm长φ20钢筋，

间距1000mm。预留钢筋锚入锁口长度不小 于400mm。坑壁采用格栅挂钢筋网片倒挂逆作法，分层开挖，分层锚喷混凝土进行支护，结构厚度为250mm，格栅每750mm设一道，并在坑底设一道格栅。竖向用Φ20钢筋连接（采用搭接焊），间距为1m。钢格栅主筋采用Φ20、每断面4根，每榀钢格栅纵筋与横筋之间采用波浪型连接。沿钢格栅内侧主筋外缘满铺Φ6@100钢筋网片，并与主筋焊接成一体。竖井施工中应沿竖井壁设置“土钉”长1.5 m 的Φ20锚杆，呈梅花状布置，间隔1.5 m，并在喷射混凝土前与网片及钢格栅焊接牢固，以满足结构整体受力的要求，注意各网片相互搭接坑底要设一道钢格栅，本工程喷射混凝土设计强度等级为C20，中粗砂、豆石（粒径在0.5～1.0cm）配比为水泥（PO32.5）砂子豆石=122，速凝剂掺量为水泥重量的5%，水泥、砂子豆石和速凝剂采用人工搅

拌，混合料要随拌随用，不掺速凝剂的干料其存放时间不应超过45分钟，喷射作业应分层，分片分段依次进行，喷射顺序应自上向下，沿水平方向螺旋式移动，回旋直径应为300mm左右，一圈压半圈，一次喷射厚度不得大于100mm,分三层喷满，每次喷1m，不得在一处堆积，要求喷射密实不得露筋，锚喷厚度不得小于250mm厚。喷射前必须穿雨衣，带胶皮手套，戴防护眼镜和防尘口罩，喷射前必须检查设备，材料是否齐全完好。喷射时管道不准有死弯,非操作人

员不得在附近停留,喷枪在任何情况下严禁对人。喷射机司机必须做到开始时先送风，再开机，再供料，结束时应待料喷完后再关风。向喷射机供料应连续均匀，机器正常运转时，料具内应保持有足够的料，喷射机的工作风压满足喷头处的压力在0.1Mpa左右，喷射作

业完毕或因故中断时必须把喷射机和运料管内的积料清理干净。喷射时施工操作遵守以下规定：喷射时经常保持喷头有良好的工作性能；喷头与受喷面保持垂直，保持在0.6～1.0m的距离，喷射混凝土时需控制好水灰比，保持混凝土表面平整，每次开挖喷射混凝土前，应将前次喷射混凝土的接茬部位凿毛，清除表面粘附的泥土，以保障接茬处混凝土的密实。

顶管坑设置I30a工字钢环撑一道,位置在坑口下2.5m处，八字斜撑四角满布与环撑满焊。 工作井施工完毕比后，浇筑C30钢筋砼靠背墙，高3m，埋入底板1m，厚0.75m，宽4m。 （锚喷混凝土顶管工作坑圈梁详见下图：锚喷混凝土顶管工作坑结构平剖面图、格栅配筋图）。

锚喷混凝土顶管工作井结构平剖面示意图I30a斜撑C20锚喷混凝土厚度 250B=4500 45度角斜撑长3米，\"八\"字角度为45度与环撑接点满焊I30a钢圈环撑L=7500 工字钢导轨I30@3m枕木800mm×500mm钢筋砼顶圈梁钢筋格栅1.2吋钢管锚杆1.2吋锚杆入土1.5m1.2吋钢管锚杆锚喷墙中部设一道榀架工字钢盘撑φ20连接钢筋Φ6100×100mm钢筋网片φ8@20016φ201.5m长 20锚杆，间距Φ1.5m,梅花状布置圈梁配筋图Φ6钢筋网片 规格100×100厚300mm，钢筋混凝土封底单位：mm竖井结构剖面施工图

蹬筋蹬筋栅格配筋图栅格钢架展开图栅格断面栅格钢架间距0.5m，长度2m；钢架之间采用波浪形连接；纵向连接筋 20，间距1m内层放置钢筋网 6，100×100，内外层放置。栅格钢架图

2.顶管坑支护计算

计算模型的建立

对于钢筋混凝土格栅梁和工字钢环撑的验算采用1/2分担法，即每道梁或撑承担其控制范围内土压力的作用。其中对钢筋混凝土格栅梁假定为两端固定，工字钢环撑梁为四支点连续梁。

1）钢筋混凝土格栅梁配筋及结构尺寸抗弯性验算：

本工作坑-5.5m至-6.5m的位置为顶管坑后背承受压力最大的部位，因此该范围的钢筋混凝土格栅是计算检验的重点。

故选取-6m位置，格栅层高为b=0.24m的钢筋混凝土格栅梁进行计算： -6m位置的主动土压力为：

eaHtg2452Ctg4522 4040206tg245213.18tg4513.756KN/m222

钢筋混凝土格栅梁所受均布载荷为：

qeah13.7560.243.301KN/m

钢筋混凝土格栅梁实际承受最大弯距为：

Mmax121ql3.3019.6212.676KNm2424

l ——格栅（顶管工作坑）的长度=9.6m

钢筋混凝土格栅最大计算弯距为（正截面受弯承载力计算模型）：

Mfcmbxh0x/2fy'As'h0as'69.94kNm

2f9.6N/mmcm式中：

混凝土强度设计值c20；（按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2000）） 钢筋抗拉（压）强度设计值；（按《混凝土结构设计规范》

fyfy'300N/mm2（GB50010-2000））

as'——受压格栅主筋至锚喷墙表距离；

h0——格栅截面有效高度（格栅受拉筋至土层距离）

；

b——格栅截面的宽度（格栅纵筋竖直间距+20mm）； As——受拉区钢筋截面面积（2根）；

X——混凝土受压区高度；

b22020240mm;h02002510235mm;as'251035mm

AsAs'23.14102628mm2

x2as'70mm

MmaxM

钢筋混凝土格栅梁配筋及结构尺寸符合抗弯要求。 2）钢筋混凝土格栅梁配筋及结构尺寸变形验算：

钢筋混凝土格栅梁所受最大变形（受弯构件挠度验算模型）为：

ql43.3011039.641lf0.01mll 6384Bs3846.9510960250钢筋混凝土格栅梁配筋及结构尺寸符合变形要求。 其中：

钢筋混凝土格栅梁（受弯构件）短期刚度：

BsEsAsh026aE1.150.213.5f

2105628235267.10.011

1.150.580.213.50.746.95Mpa

式中：

Es2.0105N/mm2 钢筋弹性模量

裂缝间纵向钢筋应变不均匀系数1.10.65ftktesk1.10.651.780.58

0.013172.42105钢筋与混凝土的弹性模量的比值aE2.81047.1

As628mm20.011 纵向受拉钢筋配筋率：bh0240mm235mm受拉翼缘面积与腹板有效面积的比值：'f2000.74 270有效受拉混凝土截面面积的纵向受拉钢筋配筋率：

te6280.013 200240按载荷短期效应组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋的应力的等效应力：

skMk22.13kNm172.4Mpa

0.87h0As0.87235mm628mm23）工字钢环撑梁计算

工字钢环撑梁为四支点连续梁，梁长9m。

-2.5m位置土压力为：

eaHtg2452Ctg45

224040202.5tg245213.18tg451.4KN/m2

22工字钢环撑梁所受最大均布载荷为：

2.5m位置：qeah1.40.30.42KN/m 工字钢环撑梁所受最大弯距为：

-2.5m位置：Mmax0.14ql10.140.42924.76KNm Ⅰ30工字钢的抗弯截面系数：Wz472.3cm3校核工字钢环撑梁的正应力强度： -4m位置：max

2Mmax26.84Mpa160Mpa Wz满足正应力强度条件。

二、安全技术措施

施工前应制定安全技术防护措施，并对顶管工程的作业人员进行安全技术操作培训学习后，方可进行施工。要有详细的安全交底单，一式三份，施工员、安全员、施工队三方签字有效。

一）工作坑

1）开挖工作坑土方前应按安全技术交底要求了解地下管线、人防等构筑物的情况，按要求坑探，掌握管线、构筑物的具体位置。作业中应避开管线和构筑物。

2）开挖工作坑土方作业前必须检查工作坑周围场地，场地应符合排管、运管、吊运、出土、排水、防汛的安全要求。

3）分层开挖并及时分层支撑。支撑前必须检查坑壁土体的稳定性，确认安全。

4）工作坑必须按安全技术交底要求安装支撑。安装工作坑支撑时必须设专人指挥。工作坑四壁支撑框架必须牢固，支撑结构必须符合安全技术交底的要求。前方管口可拆卸支撑板必须使用整板。

5）顶管工作坑支撑时，钢梁下料长度应准确，水平撑的四脚不得有空隙，如因钢梁的长度不够时，接缝要双面焊，必须焊加强板，严禁搭接。圈梁和立梁接触时，立梁上必须有托。横撑和八字的外角必须焊防滑角铁。

三、冬季防护措施

由于采用的是泥水平衡施工工艺，故在此季节施工时，在泥水输送管道外侧包裹上棉毡用来防冻，

并且将泥浆池抬高，保证泥水输送管道有上倾角度，以免管道内存水，冻胀。在顶管内多处设置碘钨灯，用来照明和提高管道内温度。在泥浆池处需用土工布搭设保温棚。工人宿舍需设置取暖设备等。

通风设计及配电方案

1. 通风设计 1.1. 通风标准

隧道在整个施工过程中，作业环境应符合下列职业健康及安全标准：

➢ 空气中氧气含量，按体积计不得小于20%。

➢ 粉尘容许浓度，每立方米空气中含有10%以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg。每立方米空气中含有10%以下的游离二氧化硅的矿物性粉尘不得大于4mg。

➢ 瓦斯隧道施工通风应符合铁道部现行《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120）的有关规定。

➢ 瓦斯隧道装药爆破时，爆破地点20m内，风流中瓦斯浓度必须小于1.0%；总回风道风流中瓦斯浓度应小于0.75%。

➢ 开挖面瓦斯浓度大于1.5%时，所有人员必须撤至安全地点并加强通风。 （瓦斯爆炸的几个条件：①瓦斯浓度在5～16%之间，低于5%，高于15%不会爆炸。②有火源（瓦斯的引火温度为650℃～750℃）。③氧气的浓度12%（不低于）。供电设备的“三专”、“两闭锁”。施工中必须采用电力双循环和单独的照明系统，应用矿用许可炸药和矿用许可的电雷管（单独存放））

➢ 有害气体最高容许浓度：

1) 一氧化碳最高容许浓度为30mg/m3；在特殊情况下，施工人员必须进入开挖工作面时，浓度可为100mg/m3，但工作时间不得大于30min；

2) 二氧化碳按体积计不得大于0.5%； 3) 氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m3以下。 ➢ 隧道内气温不得高于28℃。 ➢ 隧道内噪声不得大于90dB。 1.2. 通风方式

通风机通风系统的基本布置形式有压入式、抽出式（或压出式）、混合式。 ➢ 压入式

通风机或局部扇风机把新鲜空气经风筒压入工作面，污浊空气沿隧洞流出。 压入式通风优点：有效射程大，冲淡和排出炮烟的作用比较强，可以用柔性

风管。

压入式通风缺点：长距离掘进排出炮烟需要的风量大，通风排烟时间较长，回风流污染整个隧道。

压入式通风须注意以下两点：

1）通风机安装位置应与洞口保持一定距离，一般应大于30m；

2）风筒出口与工作面保持一定距离，可以控制在40～70m，伸缩式风筒可尽量工作面。

➢ 抽出式

通风机或局部扇风机经风筒把工作面的污浊空气抽出，新鲜风流沿隧道流出。

抽出式通风的优点：在有效吸程内排烟效果好，排除炮烟所需的风量小，回风流不污染隧道。

抽出式通风的缺点：必须用硬质风筒，有效吸程很短，与工作面布置冲突，不宜布置在瓦斯隧道内。

➢ 巷道式通风

轴流风机射流风机在开挖长隧道时，为了缩短通风距离，利用辅助坑道或钻孔等作为通风的进

平导风或出风管路的通风方式。

➢ 正洞混合式通风

正洞射流风机采用压入式和抽出式和巷道式通风配合的通风方式。

适合于大断面长距离隧道通风，但布置复杂，维修养护工作量大。

轴流风机 正洞正洞3＃斜通2＃斜通射流风机平导射流风机风 门射流风机射流风机1.3. 通风计算

➢ 压入式或抽出式通计算 (1)

计算通风需要量

取下面四种计算中的最大值作为通风管末端需风量Qi ①按洞内最多作业人数计算： Q=qmk(m3/min)；

式中 q-每人每分钟呼吸所需空气量q=3m3/min

m-同时工作人数

k-风量备用系数，取k=1.15

②按稀释和排除内燃机废气计算风量：

供风量应足够将内燃设备所排放的废气全面稀释和排出，使有害气体降至允许浓度以下，计算可按下式计算：

QTiKNii1N式中: K-功率通风计算系数,我国暂行规定为2.8～3.0m3/min Ni-各台柴油机械设备的功率 Ti-利用率系数

根据不同的工况的组合，计算出配置的内燃设备功率，按内燃机械工作需要新鲜空气量计算

一个工作面内燃设备配置表

机械名称 PC－200挖掘机 ZLC50B装载机 15自卸汽车 砼罐车 配置台数 工作台数 单机功率（kW） 1 2 8 4 1 1 4 2 110 145 150 85 内燃机利用系数Ti 0.6 0.50 0.45 0.50 ③、按允许最低平均风速需风量计算 Q=60AV；

式中 Q－需风量 m3/min

A—隧道断面积，m2。

V－最低平均风速，m/s；按允许最低平均风速全断面开挖取

0.15m/s，辅助坑道取0.25m/s，但均不应大于6m/s；

④、按稀释炮烟需风量计算 按一次爆破最大炸药用量验算: 压入式： a．Q7.83G(AL)2（a.B.H.伏洛宁公式） t式中 Q－工作面风量（m3/min）

t－洞内排烟时间(min) G－同时爆破的炸药量(kg) A－巷道断面积

L－通风区段长度，不得大于极限长度

b．Q7.83G(AL)2K（ 添加淋水系数K的B.H.伏洛宁公式） tL极限K'G；K’－紊流扩散系数，取0.8； 500Ac．吴中立公式（简化型）

Q18GAL t式中符号意义同前，适用范围：L≤150～200m。

d．按照爆破后稀释一氧化碳（CO）至许可最高浓度的计算公式： 该方法考虑到放炮后的瞬间工作面附近一段距离内即已充满了炮烟。（这段距离即炮烟抛掷长度L抛）

Q500GKL抛At

L抛＝15+G/5

K－风量备用系数，取1.10。

e．赖涤泉（隧道施工通风与防尘）

2.253G(AL)2K QtP2式中 P－风管漏风系数

L－隧道长度或临界长度，取两者最小值。

L临界GbK' 12.5AP2吸出式通风： a．Q18GAL抛（a．B．H伏洛宁公式） t电雷管起爆：L抛＝15+G/5

火雷管起爆：L抛＝15+G b．日本公式

Q吸0.368bG Rct式中 R－效率系数，吸出式R＝0.4

b－爆破1kg炸药生成的CO量，b＝40L/kg炸药； c－巷道内容许的CO浓度，c＝0.008%；

混合式通风： a．Q混压7.83GAL吸 t式中L吸－吸出式风管末端到工作面的距离，m；

Q混压－压入风机应送入的风量，m/min， Q混吸＝1.1～1.2Q混压

3

式中Q混吸－吸出风机应吸出的吸风管口风量，m3/min。 b．日本公式

Q混吸0.368bG

Rct式中 R－效率系数，吸出式R＝0.6 (2)高海拨地区的风量修正

由于高海拔地区的大气压力降低，故对总风量Q高应按下式修正：

Q高760Qj P高式中Q高－高海拔地区需要的风量，m3/min；

P高－高海拔地区的大气压力，mmHG 空气密度也要适当修正。 (3)漏风计算

在风管的接头，缝合等处都存在漏风现象，所以在进行风压计算和选择风机时，必须进行漏风计算。

风管漏风系数Pc1/1l/100，

β－达西系数，一般取0.015；

l－风管长度m 通风机供风量Qj=PcQi； (4).风机风压

通风机的风压用来克服沿途所以的阻力，在数值上等于风道（或风管）的沿程摩擦阻力和局部阻力之和。

Hf=H摩擦+HD+H其他＝RfQjQi/3600+HD+H其他

式中 Qj—通风机供风量，取设计风量，m3/min； Qi—管道末端流出风量，m3/min；

HD—隧道内阻力损失，可取50； H其他—其他阻力损失，可取60；

380.00225kg/m风阻系数Rf=6.5αL/D，摩阻系数；D－风

5

管直径，m。L－通风管长度，m。

(5)风机功率计算 W=QHK/（60η） 式中：Q—风机供风量 H—风机工作风压

η—风机工作效率，取80% K—功率储备系数，取1.05 (6)通风设备选择

通风设备应在风机功率计算结果下选择，还应满足风量和风压的要求，并以符合性能曲线图最佳点为宜。

➢ 巷道式通风计算 (1)通风阻力计算

pciLi/diVi/2

2式中：ξ—局部阻力系数

λi—隧道内沿程磨擦阻力系数； Li—隧道的长度，m；

di—隧道内的水力直径，m；di＝4×A/U，隧道断面周长U；断面净空A。 Vi—隧道内所需满足的风速m/s；

Q最大=Q最低循环风速+Q其它掌子面；Vi= Q最大/A/60； ρ—空气容重；取1.273kg/m3 (2)选取某型射流风机。

Pj正=ρ·V2j·φ·（1-ψ）·K，pa；

式中 Pj正－单台通风机克服的阻力

K—喷流系数；

Vj—射流风机出口风速； m/s

φ—面积比； φ=Fj/Fs；Fj—射流风机的出面积；横断面积；

ψ—速度比 ； ψ正=Vs/Vj；Vs—洞内风速； m/s

(3)射流风机台数的计算 所需射流机台数 ：n=△Pc/△Pj

式中：n一射流风机台数

△Pc一通风阻力 2. 配电方案

➢ 总体变压器配置

变压器的容量，可按下式计算: P变＝1.05P计

式中 P变－变压器容量（KVA）

1.05－功率损失系数。

现场临时供电，包括施工动力用电和照明用电

P计＝(1..05~1.1)（KP11cos＋K2P2K3P3K4P4） 简化公式：P1计＝(1.24)（K1Pcos＋K2P2） P计－计算用电量（kw）； 1.24－用电不均衡系数

P1－全部施工动力用电设备额定用电量之和，

P2－电焊机额定容量（KVA）

S—隧道

FPP3－洞内照明设备额定用电量之和 －洞外照明设备额定用电量之和。

4K1－全部施工动力用电设备同时使用系数 K2－电焊机同时使用系数 K3－洞内照明设备同时使用系数 K4－洞外照明设备同时使用系数。

cos－用电设备功率因素，施工最高为0.75～0.78，一般为0.65～

0.75。

同时使用系数

用电名称 数量 3～10台 电动机 11～30台 30台以上 空圧机、碎石机等 挖掘机、装碴机、提升机 搅拌机、喷射机等 通风机 抽水机 加工厂动力设备 电焊机 洞内照明 洞外照明 10台以下 10台以上 5台以下 5台以上 10台以下 10台以上 3～10台 10台以上 K2 K3 K4 K1 需要系数 0.7 0.6 0.5 0.75 0.7 0.6 0.5 0.7 0.6 0.8 0.7 0.5 0.6 0.5 1.0 0.87 ➢ 高压进洞

导线上引起的电压降必须控制在允许范围内，以防止在远处的用的设备不能启动。一般电压380/220V，有效供电距离在500m以内。当隧道内用电设备与变压器距离超过500m，必须采取高压进洞措施。

具体供电距离L可根据配电导线截面的电压降公式反算。

一般照明允许电压降为2.5%～5%；电动机电压降不超过±5%；对现场临时

网路取7%。隧道规范中允许有10%的电压降。

配电导线截面的电压降可按下式计算，

P•L:≤＝7%

C•S－导线电压降（％）

，即计算用电量 P－各段线路负荷计算功率（KW）L－各段线路长度（m），即供电距离；

C－材料内部系数，根据线路电压和电流种类选取。 材料内部系数

线路额定电压（V） 380/220 220 110 36 线路系统及电流种类 三相四线 系数C值 铜线 77 12.8 3.2 0.34 铝线 46.3 7.75 1.9 0.21 3. 高压风输送 工程施工压缩空气需要量可按下式计算：

Q1m•K•q

式中Q1－压缩空气需要量（m3/min）； m－某型号风动工具的数量；

K－同一时间开动使用系数。

q－某型号风动工具的空气消耗量（m3/min） 同一时间开动使用系数K

联结的工具器具数 K 1 1 2～3 0.9 4～6 0.8 7～10 0.7 11～20 0.6 25以上 0.5 空气压缩机生产率计算 工程施工使用的空气压缩机生产率按下式计算： P=（1.3～1.5）Q

式中P－空气压缩机生产率（m3/min） Q－压缩空气需要量（m3/min）

1.3～1.5－考虑网路的损失系数，包括漏气损失、空压机内风量损失。

根据计算的压缩空气需要量，即可选择空气压缩机的规格及台数。冬期施工时空气的消耗与空气管道的冷却有关，应增加20～25%。

根据需要压缩空气流量，可按下表选择压缩空气输送管管径。压缩空气输送管道最大长度不应超过1.5～2.0km，以不超过0.5km较适宜。

压缩空气管道计算直径选择表

压缩空气流量表3（m/min） 6 7 8 9 10 15 20 25 50 100 管径 50 70 80 100 125 150 200 250 300 压缩空气管道的长度（m） 10 20 50 100 管道计算直径（mm） 33 33 37 37 40 43 49 54 70 88 40 40 43 43 46 52 58 64 82 106 流量 300～555 705～1040 975～1400 1045～2130 2300～3350 3200～4800 6100～9400 9600～13800 13000～19900 43 46 49 49 52 64 76 76 94 119 49 54 58 58 58 70 82 88 106 137 200 58 64 64 64 70 82 88 100 125 162 300 64 70 70 76 76 88 100 106 131 176 400 64 70 76 76 82 94 106 113 143 180 500 70 76 76 82 82 94 113 119 143 192 压缩空气管径流量压降表 3.87～7.16 9.10～13.16 12.7～18.06 18.7～27.5 29.6～43.2 41.4～62.0 78.7～121.0 124.0～178.0 168.0～252.0 压力损失 0.00008～0.00030 0.00009～0.00 0.00008～0.00017 0.00006～0.00013 0.000045～0.00009 0.000030～0.00007 0.000025～0.000055 0.000016～0.000036 0.000014～0.000027