【關鍵字】安全
3 安全度分析
根據標準圖的設計說明，隧道按照噴錨構筑法原理，襯砌結構由初支和二次襯砌組成，支護參數主要以工程類比為主，并輔以結構數值分析檢算。計算時，初期支護為主要承載結構。Ⅱ~Ⅲ級圍巖二次襯砌作為安全儲備，按承受圍巖荷載的30% 檢算；Ⅳ~Ⅴ級圍巖二次襯砌作為承載結構，分別按承受圍巖荷載的50%~70% 檢算，得出荷載與結構安全系數。
3.1 圍巖壓力計算
襯砌荷載根據隧道的地形和地質條件、埋置深度、結構特征和施工方法等因素，按有關公式計算或按工程類比確定，主要考慮圍巖壓力、結構自重、圍巖約束襯砌變形的彈性反力等，不考慮列車活載、凍脹力、地下水壓等附加荷載。當施工發現其與設計不符時，應及時修正。對復雜地質條件的隧道，必要時應通過實地量測確定荷載的計算值及其分布規律，本圖考慮在淺埋地段的隧道視具體情況采用加強襯砌。
3.1.1 深埋隧道圍巖壓力計算
計算深埋隧道襯砌時，圍巖壓力按松散壓力考慮，其垂直及水平勻布壓力可按下列規定確定。
（1）豎直壓力
（3-1）
式中： q——圍巖垂直勻布壓力（kPa）；
γ——圍巖重度（kN/m3）；
h——圍巖壓力計算高度（m）；
S——圍巖級別；
ω——寬度影響系數，；
B——坑道寬度（m）；
i——坑道寬度每增減1m時的圍巖壓力增減率。當B<5m時，取i＝0.2，B>5m時，可取i=0.
1。
（2）側壓力
水平勻布壓力可按下式計算確定。
（3-2）
式中：——側壓力系數，其取值參照圍巖級別分別取值。
3.1.2 淺埋隧道圍巖壓力計算
地面基本水平的淺埋隧道，所受的荷載具有對稱性。其計算為：
（1）豎直壓力
（3-3）
（3-4）
（3-5）
（3-6）
（3-7）
（3-8）
（2）側壓力
（3-9）
式中: q——垂直壓力（N/m2）；
γ——圍巖重度（N/m3）；
h——洞頂地面高度(m)；
θ——洞頂土柱兩側摩揩角（°）；
λ——側壓力系數，按照圍巖級別分別取值；
hi——內外側任意點至地面的距離(m)；
——圍巖計算摩揩角（°）；
β——產生最大推力時的破裂角（°）；
——深埋隧道垂直荷載計算高度（m）；
S——圍巖級別；
ω——深埋隧道的寬度影響系數；
B——隧道開挖跨度（m）。
3.2 安全度計算方法
3.2.1 混凝土安全系數計算
按照《隧道設計規范》（TB10003-2005）中混凝土安全系數計算。
按抗壓強度計算的安全系數為：
（3-10）
按抗拉強度計算的安全系數為：
（3-11）
式中：K——安全系數；
——穩定系數，對襯砌結構取=1.0；
N——荷載設計值產生的軸向力；
b——截面寬度（m）；
h——截面高度（m）；
——混凝土抗壓極限強度，按鐵隧規范取值,在鐵路隧道設計規范31頁；
——軸向力偏心距M/N；
——混凝土抗拉極限強度，按鐵隧規范取值；
——軸向力偏心影響系數，偏心影響系數的計算公式如下：
（3-12）
3.2.2 鋼筋混凝土安全系數計算
鋼筋混凝土隧道襯砌偏心受壓構件，按照偏心距大小及鋼筋配筋率等因素的不同，可以分為大偏心受壓破壞和小偏心受壓破壞。首先按照隧道規范和混凝土規范區別大小偏心，然后代入各自的極限狀態方程，經過整合將大小偏心的極限狀態表達式合為一個。因此依據鋼筋混凝土襯砌截面破壞形態建立其相應的極限狀態表達式。
鋼筋混凝土安全系數的計算公式為：
（3-13）
式中：——為系數，在這里取1.0；
、——為受拉區的鋼筋合力點至截面近邊的距離（m）；
——為附加偏心距，大小為，單位是mm；
——為截面有效高度，，h為截面高度（m）；
——為鋼筋強度設計值；
——為受壓區鋼筋面積。
3.3 基本參數
各級圍巖的物理力學指標見表3-1，圍巖水平均布壓力見表3-2，圍巖的計算摩擦角和內摩擦角見表3-3，混凝土的極限強度見表3-4，鋼筋的強度和彈性模量見表3-5。
表3-1 各級圍巖的物理力學指標
圍巖級別 | 重度（kN/m3） | 彈性反力系數（MPa/m） | 變形模量（GPa） | 泊松比 |
Ⅱ | 26 | 1500 | 26.5 | 0.225 |
Ⅲ | 24 | 850 | 13 | 0.275 |
Ⅳ | 21.5 | 350 | 3.7 | 0.325 |
Ⅴ | 18.5 | 150 | 1.5 | 0.4 |
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表3-2 圍巖水平勻布壓力
圍巖級別 | Ⅰ~Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ | Ⅴ | Ⅵ |
水平勻布壓力 | 0 | <0.15q | （0.15~0.30）q | （0.30~0.50）q | （0.50~1.00）q |
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表3-3 圍巖的計算摩擦角和內摩擦角
圍巖級別 | Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ | Ⅴ | Ⅵ |
| 0.9 | 0.9 | 0.9 | （0.7~0.9） | （0.5~0.7） | （0.3~0.5） |
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表3-4 混凝土的極限強度（MPa）
強度等級 | C15 | C20 | C25 | C30 | C35 | C40 | C50 |
抗 壓 | 12.0 | 15.5 | 19.0 | 22.5 | 26 | 29.5 | 36.5 |
彎曲抗壓 | 15.0 | 19.4 | 24.2 | 28.1 | 32.5 | 36.9 | 45.6 |
抗 拉 | 1.4 | 1.7 | 2.0 | 2.2 | 2.45 | 2.7 | 3.1 |
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表3-5 鋼筋的強度和彈性模量
鋼筋種類 | 屈服強度 （MPa） | 抗拉極限強度（MPa） | 抗拉或抗壓計算強度（MPa） | 彈性模量 （GPa） | 延伸率（%） |
HPB235（Q235） | 240 | 380 | 210 | 210 | 25 |
HRB335（20MnSi） | 340 | 520 | 300 | 200 | 16 |
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3.4 各標準圖安全系數計算結果
按照以上的計算方法及相關數據，進行各標準圖的安全度檢算，計算出每個斷面的每個截面單元的安全系數，根據控制截面的安全系數的大小檢算襯砌結構的安全性能。
3.4.1 時速200公里客貨共線鐵路單線隧道復合式襯砌
