畢業(yè)論文高速鐵路隧道工程設(shè)計(jì)

1、目錄第一章 緒論11.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀11.2 隧道的工程概況21.2.1 工程概況21.2.2 氣象特征21.2.3地層巖性21.2.4水文地質(zhì)條件31.2.6工程地址條件評(píng)價(jià)41.3 設(shè)計(jì)原則及有關(guān)技術(shù)指標(biāo)41.4設(shè)計(jì)遵循的規(guī)范6第二章 隧道洞口位置及形式選擇72.1洞門位置選擇：72.1.1.根據(jù)地形條件選擇洞口位置：72.1.2.根據(jù)地質(zhì)條件選定洞口位置：72.2洞門形式的選擇：82.3洞門確定：8第三章 隧道洞門設(shè)計(jì)及強(qiáng)度、穩(wěn)定性檢算103.1洞門設(shè)計(jì)：103.2洞門穩(wěn)定性及強(qiáng)度檢算：103.2.1進(jìn)出口洞門的檢算：進(jìn)口采用帶耳墻式洞門10第四章 隧道洞身設(shè)計(jì)及配筋134.1 級(jí)圍巖隧

2、道洞身設(shè)計(jì)及配筋134.1.1荷載計(jì)算134.1.2內(nèi)力計(jì)算144.1.3配筋計(jì)算及檢算174.2 級(jí)圍巖隧道洞身設(shè)計(jì)及配筋224.2.1荷載計(jì)算224.2.2內(nèi)力計(jì)算234.2.3 配筋計(jì)算及檢算254.3 級(jí)圍巖隧道洞身設(shè)計(jì)及配筋314.3.1荷載計(jì)算314.3.2內(nèi)力計(jì)算324.3.3配筋計(jì)算及檢算33第五章 隧道施工組織設(shè)計(jì)395.1隧道概述：395.1.1資料依據(jù)：395.1.2施工準(zhǔn)備工作405.2施工方法：405.2.1施工方法選擇的原則405.4 棄碴處理42第六章 隧道工程數(shù)量計(jì)算436.1 進(jìn)口開挖：436.2 出口挖方44第一章 緒論1.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀實(shí)現(xiàn)高速鐵路隧道修建

3、技術(shù)的創(chuàng)新與突破，是當(dāng)前中國(guó)鐵路技術(shù)進(jìn)步的重要課題之一。截至2015年底，我國(guó)已成功修建了7500多座、總長(zhǎng)超過4300 km的鐵路隧道，隧道數(shù)量和總長(zhǎng)度均居世界前列?！笆濉逼陂g，我國(guó)將修建超過3000km的鐵路隧道，其中客運(yùn)專線隧道超過1000km?，F(xiàn)階段正是我國(guó)大力修建高速客運(yùn)專線的時(shí)候,在建的有哈大線、京滬線、合武線、石太線、鄭西線、武廣線等。我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)于鐵路隧道的研究雖然已經(jīng)走在了世界的前列，但是要與日本的青函隧道（目前世界最長(zhǎng)的鐵路隧道，全長(zhǎng)53.9km，海底長(zhǎng)度23.3km）和英法海底隧道（世界第二長(zhǎng)的鐵路隧道，長(zhǎng)度50.5km，海底長(zhǎng)度37.9km）相比我國(guó)還有一定的差距。

4、對(duì)于隧道的設(shè)計(jì)與計(jì)算理論的發(fā)展，其中支護(hù)結(jié)構(gòu)體系是隧道設(shè)計(jì)的最重要的組成部分，多年來，隧道支護(hù)體系系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)從單一到多樣，計(jì)算從簡(jiǎn)到繁，從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)逐步上升到理論分析等階段。新奧法（NATM）的出現(xiàn)將噴錨支護(hù)的作用提高到一個(gè)新的理論高度，并迅速在各項(xiàng)地下工程中廣泛采用。我國(guó)在20世紀(jì)60年代中期開始采用以后，逐漸取代了耗費(fèi)大量木材的木支撐。我國(guó)又在70年代末，開始用格柵或鋼拱支撐加噴混凝土以提高支護(hù)的強(qiáng)度和剛度。隨著不良地層施工技術(shù)的發(fā)展，小導(dǎo)管注漿等超前預(yù)支護(hù)和地層加固技術(shù)已廣泛應(yīng)用。意大利、日本等國(guó)把管棚、旋噴拱、預(yù)支護(hù)（預(yù)切槽）稱作先進(jìn)的預(yù)支護(hù)技術(shù)。管棚在我國(guó)已經(jīng)成功推廣，旋噴拱

5、和預(yù)切槽正在研究實(shí)驗(yàn)階段。1.2 隧道的工程概況1.2.1 工程概況隧址位于榜山鎮(zhèn)林美村與后塘村之間，屬低山丘陵地貌，地形起伏較大，相對(duì)高差達(dá)201.1m；自然坡度為10-15度，偶見陡坡，植被發(fā)育。1.2.2 氣象特征測(cè)區(qū)屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，常年氣候溫和濕潤(rùn)，陽關(guān)充足，雨水充沛，年平均氣溫約21.2，年平均降雨量1763.90mm，四至九月暴雨較為集中，為汛期，降雨量占全年的70%-80%，沿線各地每年不同程度地受臺(tái)風(fēng)襲擊，7-9月臺(tái)風(fēng)威脅最大。1.2.3地層巖性區(qū)內(nèi)地層由新到老依次出露有：第四系全新統(tǒng)坡殘積層（Q4dl+el)，下伏燕山早期侵入花崗閃長(zhǎng)巖（52（3），各地層分述如下：&

6、lt;15-2>粉質(zhì)黏土（Q4dl+el)：褐黃色、灰黃色，硬塑，成份以黏粉粒為主，含有15%中粗砂，黏性一般。主要分布在隧道區(qū)域表層，屬級(jí)普通土，C組填料。<17-1>花崗閃長(zhǎng)巖W4（52（3）：全風(fēng)化，褐紅色、灰黃色，原巖結(jié)構(gòu)已破壞，巖芯呈土柱狀，礦物以長(zhǎng)石、石英為主、含少量黑云母，除石英礦物外，其他礦物基本分化成黏土狀，遇水易軟化、崩解，屬級(jí)硬土，C組填料。<17-2>花崗閃長(zhǎng)巖W3（52（3）：強(qiáng)風(fēng)化，灰黃色、灰褐色，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分由石英、長(zhǎng)石、角閃石及少量黑云母等組成，裂隙很發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，錘擊易碎，屬級(jí)軟石，A組填料。<17

7、-3>花崗閃長(zhǎng)巖W2（52（3）：弱風(fēng)化，灰白色，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖質(zhì)新鮮，成分以長(zhǎng)石、石英、角閃石為主，巖體裂隙較發(fā)育，巖芯呈柱狀，錘擊聲較脆，較難碎，巖體完整程度為較破碎，屬級(jí)次堅(jiān)石，A組填料。1.2.4水文地質(zhì)條件（1）地表水測(cè)區(qū)地表水主要為沖溝水，多為季節(jié)性沖溝，主要接受大氣降水補(bǔ)給，地表水多沿溝槽排泄，溝槽內(nèi)地表水流量隨季節(jié)變化，雨季時(shí)較大，可增大數(shù)倍。（2）地下水地下水主要為第四系孔隙水和基巖裂隙水。測(cè)區(qū)表層第四系覆蓋層較薄，以粉質(zhì)黏土為主，第四系孔隙潛水不發(fā)育，并且隨季節(jié)動(dòng)態(tài)變化大，由地表水補(bǔ)給；地下水主要為基巖裂隙水，賦存于花崗閃長(zhǎng)巖的裂隙中，主要接受大氣降水及地下水

8、側(cè)向補(bǔ)給，水量變幅較大，由于上覆粉質(zhì)黏土為較好的隔水層，地形坡度較大，大氣降水多沿坡面往下徑流，入滲水量較小，基巖裂隙水發(fā)育程度受基巖風(fēng)化程度、裂隙發(fā)育程度、裂隙貫通性的影響，全風(fēng)化巖屬弱含水層，富水性差，強(qiáng)風(fēng)化巖和弱風(fēng)化巖的導(dǎo)水性和富水性主要受構(gòu)造裂隙控制，具各向異性，總體地下水量不大。地下水運(yùn)動(dòng)主要受地形、地貌控制。（3）水化學(xué)特征及其侵蝕性測(cè)區(qū)段內(nèi)采取地下水進(jìn)行水質(zhì)簡(jiǎn)分析，水質(zhì)類型為HCO3-·SO42-·Cl-Na+·Ca2+型，水質(zhì)呈弱酸性，根據(jù)鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定（鐵建設(shè)2005157號(hào)），在環(huán)境作用類別為氯鹽環(huán)境和化學(xué)環(huán)境環(huán)境時(shí)，地下水對(duì)

9、鋼筋混凝土具有侵蝕性。（4）隧道涌水量預(yù)測(cè)采用大氣降水入滲法預(yù)測(cè)隧道涌水量。大氣降水入滲法：Q=2.74 FaW式中：W隧址區(qū)多年平均降水量（mm），本地區(qū)為1763.9mm。F隧道通過各含水巖體地段的滲入補(bǔ)給面積（km2）, 本隧道集水面積為1.108×3 km2。a入滲系數(shù)（根據(jù)含水巖組巖性、入滲能力取地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值，凝灰熔巖類取0.15。Q涌水量（m3/d）隧道正常涌水量為：Q=2.74 FaW=2.74×1.108×3×0.15×1763.9=2409.78（m3/d）1.2.6工程地址條件評(píng)價(jià)隧道洞身主要穿越燕山早期侵入花崗閃長(zhǎng)巖，總體上

10、巖體節(jié)理、裂隙一般發(fā)育，側(cè)壁基本穩(wěn)定。局部地段巖體較碎，裂隙發(fā)育，可能發(fā)生掉塊，巖崩等病害，裂隙發(fā)育段有利于地下水的聚居，隧道施工中可能出現(xiàn)涌水，其中DK9+310DK9+420為小凹槽，為雨水重要匯集排泄區(qū)域，凹槽最低埋深約22.3m，地面橫坡約23%。地表植被較發(fā)育巖層，巖土層強(qiáng)度較低，遇水可能發(fā)生軟化，崩解，工程地質(zhì)條件一般。1.3 設(shè)計(jì)原則及有關(guān)技術(shù)指標(biāo)(1)主要構(gòu)件的使用年限為100年。根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求，采取有效措施，保證結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度，滿足結(jié)構(gòu)耐久性要求(2)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，結(jié)合周圍地面建筑物，地下構(gòu)筑物狀況，通過對(duì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保及使用功能

11、的綜合比較，合理選擇結(jié)構(gòu)形式。(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足施工、運(yùn)營(yíng)、環(huán)境保護(hù)、防災(zāi)等要求。(4)結(jié)構(gòu)的凈空尺寸除應(yīng)滿足建筑限界要求外，尚應(yīng)考慮施工誤差、測(cè)量誤差、結(jié)構(gòu)變形和沉陷等因素。(5)斷面形狀和襯砌形式應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)、埋深、施工方法等條件，從地層穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)受力合理和環(huán)境保護(hù)等方面綜合確定。(6)隧道結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)“破損階段”法，以材料的極限強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。(7)施工引起的地層沉降應(yīng)控制在環(huán)境條件允許的范圍內(nèi)。(8)隧道建設(shè)應(yīng)盡量考慮減少施工中和建成后對(duì)環(huán)境造成的不利影響。(9)設(shè)計(jì)中除參照畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書外，尚應(yīng)符合鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范或地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范等相關(guān)國(guó)家現(xiàn)行的有關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。(10)

12、隧道主體工程等級(jí)為一級(jí)、防水等級(jí)為二級(jí)，耐火等級(jí)為一級(jí)。(11)隧道結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)按二級(jí)考慮，按抗震烈度8度設(shè)防。(12)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)地下水位和地下水腐蝕性等情況，滿足防水和防腐設(shè)計(jì)要求。當(dāng)結(jié)構(gòu)處于有腐蝕性地下水時(shí)應(yīng)采取抗侵蝕措施，混凝土抗侵蝕系數(shù)不低于0.8。(13)在永久荷載基本荷載組合作用下，應(yīng)按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用影響進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫驗(yàn)算。二類環(huán)境混凝土構(gòu)件的裂縫寬度(迎土面)應(yīng)不大于0.2mm，一類環(huán)境(非迎土面及內(nèi)部混凝土構(gòu)件)混凝土構(gòu)件的裂縫寬度均應(yīng)不大于0.3mm。當(dāng)計(jì)及地震、人防或其它偶然荷載作用時(shí)，可不驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的裂縫寬度。(14

13、)混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中用混凝土的極限強(qiáng)度應(yīng)按采用。區(qū)間隧道襯砌采用鋼筋混凝土?xí)r其混凝土強(qiáng)度不應(yīng)低于C30。 (15)噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得小于C20。C20噴射混凝土的極限強(qiáng)度可采用：軸心抗壓15MPa，彎曲抗壓18MPa，抗拉1.3MPa，彈性模量為22GPa。噴射混凝土與地層的粘結(jié)力不低于0.5MPa。(注：噴射混凝土的強(qiáng)度等級(jí)指采用噴射大板切割法，制作成邊長(zhǎng)為10cm的立方體試塊，在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法所得的極限抗壓強(qiáng)度乘以0.95的系數(shù)；噴射混凝土與地層的粘結(jié)強(qiáng)度可采用預(yù)留試件拉拔法或鉆心法。)1.4設(shè)計(jì)遵循的規(guī)范(1)地下鐵道設(shè)計(jì)與施工陜西科學(xué)出版社(2)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范（501572003

14、）(3)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500102002）(4)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB100032001）(5)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001）(6)鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50111-2006)第二章 隧道洞口位置及形式選擇2.1洞門位置選擇：一般應(yīng)依據(jù)具體工點(diǎn)的地形、地質(zhì)、水文等條件，結(jié)合工程施工安全、環(huán)境保護(hù)要求、洞口相關(guān)工程加以全面研究，綜合比較其經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上的合理性和安全性。同時(shí)注意在城鎮(zhèn)附近或與公路交叉的地段應(yīng)與周圍景觀和交叉方式相協(xié)調(diào)。2.1.1.根據(jù)地形條件選擇洞口位置：隧道進(jìn)出口線路中線應(yīng)力求與地形等高線相垂直。（以減少工程量，有利于施工）。當(dāng)斜交角較大時(shí)，且?guī)r層整

15、體性較好、無不良地質(zhì)現(xiàn)象時(shí)，可采用斜交進(jìn)洞，松散地層中不宜采用斜交洞口。傍山隧道洞口，靠山一側(cè)邊坡較高時(shí)，看是否有塌方、落石病害發(fā)生，如有應(yīng)早進(jìn)洞或接長(zhǎng)明洞；對(duì)塹坡外自然坡面的穩(wěn)定性要認(rèn)真調(diào)查（必要時(shí)防護(hù)），特別注意洞口段的地層情況及覆蓋厚度（是否受偏壓）。防止坍頂和破壞山體的穩(wěn)定。在漫坡地形選擇洞口時(shí)，考慮洞外路基填、挖方情況，排水條件、有利于快速施工條件。結(jié)合少占農(nóng)田，改土造田等要求。隧道位于城鎮(zhèn)、風(fēng)景區(qū)附近時(shí)，盡量少做長(zhǎng)拉溝進(jìn)洞，可適當(dāng)延長(zhǎng)明洞為宜。橋隧緊接，應(yīng)考慮洞口與橋跨布局，結(jié)構(gòu)處理的整體性，不能忽視橋隧工程施工相互干擾的因素。2.1.2.根據(jù)地質(zhì)條件選定洞口位置：洞口位置應(yīng)選擇在

16、坡面穩(wěn)定、地質(zhì)條件較好、無不良地質(zhì)現(xiàn)象處。不應(yīng)在山體不穩(wěn)或有明顯偏壓、滑坡、崩坍、松散堆積體、泥石流溝等地段進(jìn)洞。當(dāng)巖層傾斜，層理、片理結(jié)合很差或存在軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí)，不宜大挖，避免斬?cái)鄮r腳，以防止順層滑動(dòng)或塌方。宜盡量早進(jìn)洞或設(shè)明洞引進(jìn)。不能避開堆積層進(jìn)洞時(shí)（不宜采用清方的辦法縮短洞口）必要時(shí)接長(zhǎng)明洞。洞口為軟巖或軟硬巖互層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低邊仰坡高度，以減少風(fēng)化暴露面，同時(shí)對(duì)軟巖坡面可作適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)。2.2洞門形式的選擇：洞門形式的選擇應(yīng)適應(yīng)地形、地質(zhì)的需要，同時(shí)考慮施工方法和施工需要。一般地形等高線與線路中線斜交角度在45° 65°之間，地面橫坡較陡，地質(zhì)條件好，無落石掉塊現(xiàn)象

17、時(shí)，可選擇斜交洞門；當(dāng)斜交角度大于65°時(shí)，地面橫坡較陡，或一側(cè)地形凸出，可考慮用臺(tái)階洞門；當(dāng)斜交角度小于45°時(shí)，地面橫坡較陡，邊仰坡刷方較高，有落石掉塊掉塊威脅運(yùn)營(yíng)安全時(shí)，考慮接長(zhǎng)明洞。2.3洞門確定：1.進(jìn)出口確定：從縱斷面圖上看出洞口接近巖腳，土層穩(wěn)定性差，圍巖易坍塌，故采用帶耳墻式洞門。從本隧道進(jìn)口地形平面圖可見地形等高線與線路中心斜交角小，地面橫坡較緩，在進(jìn)口位置選擇上主要考慮邊仰坡穩(wěn)定及土石方量大小，確定進(jìn)出口洞縱斷面圖和橫斷面圖。位置如圖：從圖中可見無論從開挖量大小還是從邊仰坡穩(wěn)定考慮，同時(shí)為考慮遵循“早進(jìn)洞”原則、減小隧道長(zhǎng)度及經(jīng)濟(jì)問題，故進(jìn)口位置選擇在D

18、K8+607里程處，出口位置選擇在DK9+757里程處。圖（31） 圖（32）第三章 隧道洞門設(shè)計(jì)及強(qiáng)度、穩(wěn)定性檢算3.1洞門設(shè)計(jì)：進(jìn)洞口采用一般隧道門，該處土層穩(wěn)定性差，圍巖易坍塌，故可采用帶耳墻翼墻式洞門。出洞口采用一般隧道門，該處埋深較淺，圖層比較穩(wěn)定，故可采用明洞門。3.2洞門穩(wěn)定性及強(qiáng)度檢算：3.2.1進(jìn)口洞門的檢算檢算翼墻時(shí)取洞門端墻前之翼墻寬1m的條帶“，按擋土墻檢算偏心、強(qiáng)度及穩(wěn)定性。檢算端墻與翼墻共同作用部分“的滑動(dòng)穩(wěn)定性。檢算條帶“”1.壓力的計(jì)算（1）各項(xiàng)物理學(xué)指標(biāo)f=0.6（2）土壓力系數(shù)的計(jì)算：（3）土壓力的計(jì)算：穩(wěn)定性及強(qiáng)度的檢算：傾覆穩(wěn)定的驗(yàn)算： 滿足傾覆穩(wěn)定的要

19、求?；瑒?dòng)穩(wěn)定的驗(yàn)算： 滿足滑動(dòng)穩(wěn)定的要求。（3）合力的偏心距的驗(yàn)算：滿足基底合力的偏心距。（4）基底壓應(yīng)力的驗(yàn)算：滿足基底壓應(yīng)力的要求。檢算條帶“”土壓力的計(jì)算：由以上計(jì)算知： 2 墻身截面偏心的驗(yàn)算：偏心距滿足墻身截面偏心的要求。應(yīng)力因?yàn)槌霈F(xiàn)負(fù)值，故尚因檢算不考慮圬工承受拉力時(shí)受壓區(qū)應(yīng)力重分布的最大壓應(yīng)力。通過應(yīng)力從分布，受壓區(qū)的最大壓應(yīng)力滿足墻身截面強(qiáng)度的要求。3.2.1出口洞門的檢算檢算翼墻時(shí)取洞門端墻前之翼墻寬1m的條帶“，按擋土墻檢算偏心、強(qiáng)度及穩(wěn)定性。檢算端墻與翼墻共同作用部分“的滑動(dòng)穩(wěn)定性。檢算條帶“”1.壓力的計(jì)算（1）各項(xiàng)物理學(xué)指標(biāo)f=0.6（2）土壓力系數(shù)的計(jì)算：（3）土壓

20、力的計(jì)算：穩(wěn)定性及強(qiáng)度的檢算：傾覆穩(wěn)定的驗(yàn)算： 滿足傾覆穩(wěn)定的要求。滑動(dòng)穩(wěn)定的驗(yàn)算： 滿足滑動(dòng)穩(wěn)定的要求。（3）合力的偏心距的驗(yàn)算：滿足基底合力的偏心距。（4）基底壓應(yīng)力的驗(yàn)算：滿足基底壓應(yīng)力的要求。檢算條帶“”土壓力的計(jì)算：由以上計(jì)算知： 2 墻身截面偏心的驗(yàn)算：偏心距滿足墻身截面偏心的要求。應(yīng)力因?yàn)槌霈F(xiàn)負(fù)值，故尚因檢算不考慮圬工承受拉力時(shí)受壓區(qū)應(yīng)力重分布的最大壓應(yīng)力。通過應(yīng)力從分布，受壓區(qū)的最大壓應(yīng)力滿足墻身截面強(qiáng)度的要求。第四章 隧道洞身設(shè)計(jì)及配筋4.1 級(jí)圍巖隧道洞身設(shè)計(jì)及配筋4.1.1荷載計(jì)算根據(jù)分析并結(jié)合工程地質(zhì)條件最終選定里程為DK8+720處的斷面作為級(jí)圍巖計(jì)算截面，隧道開挖寬

21、度B=14.5m，高度H=12.3m，埋深H1=32m。鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算圍巖松動(dòng)壓力的統(tǒng)計(jì)公式。式中，hq等效荷載高度值；s圍巖級(jí)別，如級(jí)圍巖，則s3；圍巖容重，kN/m3；寬度影響系數(shù)，且；B坑道的寬度，m ；i以B=5m為基準(zhǔn)，B每增減1m時(shí)的圍巖壓力增減率，當(dāng)B5m時(shí)，取i0.2，B5m時(shí)，取i0.1。等效荷載高度值hq=14.04m，H1=32m時(shí)，屬于淺埋條件。計(jì)算淺埋隧道圍巖壓力此時(shí)4.1.2內(nèi)力計(jì)算隧道工程建筑物是埋置于地層中的結(jié)構(gòu)物，它的受力和變形與圍巖密切相關(guān)，支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖作為一個(gè)統(tǒng)一的受力體系相互約束，共同工作。這種共同作用正是地下結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別。根據(jù)本工程

22、淺埋及松散地層的特點(diǎn)，使用階段結(jié)構(gòu)安全性檢算采用“荷載結(jié)構(gòu)”模式，即將支護(hù)和圍巖分開考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載主體，圍巖作為荷載的來源和支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性支承。支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用是通過彈性支承對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加約束來實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算模型中，二襯結(jié)構(gòu)采用彈性平面梁?jiǎn)卧M，彈性抗力以及地基均采用彈簧單元模擬。組合荷載根據(jù)不同作用方向分別轉(zhuǎn)換成等效節(jié)點(diǎn)力施加在相應(yīng)的單元結(jié)點(diǎn)上。荷載組合為永久荷載、可變荷載和偶然荷載這三種荷載類型的組合形式，結(jié)構(gòu)計(jì)算荷載為上述三類荷載同時(shí)存在的可能性進(jìn)行最不利組合。為此將上述荷載乘以分項(xiàng)系數(shù)1.35。具體計(jì)算模型見圖。圖4-1 計(jì)算模型圖采用ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載

23、分析并計(jì)算結(jié)果得隧道斷面的變形圖、軸力圖、彎矩圖。圖4-2 變形圖圖4-3 彎矩圖圖4-4 軸力圖4.1.3配筋計(jì)算及檢算根據(jù)內(nèi)力圖知道：最大正彎矩為M183045N·m；軸力為N=1745900N。最大負(fù)彎矩為 M=-189587N·m；軸力為N=1453400N；襯砌單元截面為b×h=1000mm500mm，考慮撓度影響的軸向力偏心距增大系數(shù)，對(duì)隧道襯砌取=1.0，襯砌混凝土等級(jí)為C35，混凝土彎曲抗壓強(qiáng)=14.3Mpa，鋼筋采用HRB400，抗拉、抗壓強(qiáng)度=360MPa，=0.56。取=50mm，則=450mm。一、配筋計(jì)算 1結(jié)構(gòu)承受最大正彎矩的配筋計(jì)算：

24、矩形截面的配筋計(jì)算：M=183045N·m N=1745900N 初始偏心距e0: ；所以要考慮附加偏心矩的影響，故取此時(shí)的初始偏心矩為：； 大小偏心距的判別： 按鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB100032001）有：所以按小偏心計(jì)算。此時(shí)離縱向力較遠(yuǎn)的一側(cè)鋼筋?。河捎贜=775381N故可不按離軸向力較遠(yuǎn)一側(cè)混凝土先壓壞情況驗(yàn)算面積選為充分發(fā)揮混凝土的受壓特點(diǎn)補(bǔ)充如下方程：0.56；?。?1017；非少筋。非超筋。滿足要求！2結(jié)構(gòu)承受最大負(fù)彎矩的配筋計(jì)算：矩形截面的配筋計(jì)算：M=189587N·m N=1453400N 初始偏心距e0: ；所以要考慮附加偏心矩的影響，故取此時(shí)的初

25、始偏心矩為：； 大小偏心距的判別： 按鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB100032001）有：所以按大偏心計(jì)算。設(shè)縱向受拉鋼筋的面積為As（離軸力N比較近）；離軸力比較遠(yuǎn)的鋼筋面積為As；根據(jù)平衡方程得：； ； 公式中：; 為充分發(fā)揮混凝土的受壓特點(diǎn)補(bǔ)充如下方程：0.56；聯(lián)解以上方程得： 式中：；但根據(jù)規(guī)范要求，鋼筋混凝土的配筋不得小于規(guī)定得最小配筋（構(gòu)造配筋）。所以，此處按構(gòu)造配筋：?。?1256；非少筋。非超筋。滿足要求！以上是隧道襯砌的最大正彎矩和最大負(fù)彎矩的配筋計(jì)算，但對(duì)于一個(gè)就要承受最大正彎矩又要承受最大負(fù)彎矩的構(gòu)件來說，它的上緣筋就應(yīng)該是其承受最大負(fù)彎矩時(shí)的受拉筋，同樣，它的下緣筋就應(yīng)該是

26、其承受最大正彎矩時(shí)的受拉筋。根據(jù)上面的計(jì)算可以得知：對(duì)于本設(shè)計(jì)襯砌的配筋應(yīng)該同樣是：420非少筋。非超筋。驗(yàn)算合格！二級(jí)圍巖襯砌安全性評(píng)價(jià)：1.抗拉檢算：由于，不需要檢算抗壓強(qiáng)度，只要檢算抗拉強(qiáng)度和裂縫。根據(jù)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB100032001）的規(guī)定：隧道襯砌大偏心受壓混凝土構(gòu)件，在最后的檢算主要是受拉裂縫的檢算，主要裂縫檢算合格，就可以不驗(yàn)算此項(xiàng)。2.裂縫驗(yàn)算：（1）、最大正彎矩裂縫檢算因?yàn)椋核圆恍枰M(jìn)行裂縫驗(yàn)算。（2）、最大負(fù)彎矩裂縫檢算因?yàn)椋核圆恍枰M(jìn)行裂縫驗(yàn)算。3.截面強(qiáng)度檢算根據(jù)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB100032001）的有關(guān)規(guī)定：鋼筋混凝土矩形截面的偏心構(gòu)件（），其截面強(qiáng)

27、度檢算應(yīng)按照以下公式進(jìn)行：其中：K安全系數(shù)，按規(guī)范有關(guān)規(guī)定采用；混凝土彎曲抗壓極限強(qiáng)度；鋼筋的抗拉或抗壓計(jì)算強(qiáng)度；受拉和受壓區(qū)鋼筋的截面面積；在本設(shè)計(jì)中，以上參數(shù)的取值為：（1）最大正彎矩K2.4，21.0MPa,=520MPa,b=1000mm, x=122.1mm;代入計(jì)算有：左邊2190160N；右邊2564100N;左邊<右邊滿足要求?。?）最大負(fù)彎矩相關(guān)參數(shù)如下：K2.4，21.0MPa,=520MPa,b=1000mm ， x=130m帶入計(jì)算有：左邊=1901060N右邊=3163100N顯然左邊右邊滿足要求！ 對(duì)于本設(shè)計(jì)的襯砌配筋就按以上計(jì)算的選取，對(duì)稱配筋每側(cè)鋼筋為42

28、0。4.2 級(jí)圍巖隧道洞身設(shè)計(jì)及配筋4.2.1荷載計(jì)算根據(jù)分析隧道平面圖、隧道縱斷面圖、隧道橫斷面圖并結(jié)合工程地質(zhì)條件最終選定里程為DK8+780處的斷面作為級(jí)圍巖計(jì)算截面，隧道開挖寬度B=14.3m，高度Ht=12.2m，埋深48m鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算圍巖松動(dòng)壓力的統(tǒng)計(jì)公式。式中，hq等效荷載高度值；s圍巖級(jí)別，如級(jí)圍巖，則s3；圍巖容重，kN/m3；寬度影響系數(shù)，且；B坑道的寬度，m ；i以B=5m為基準(zhǔn)，B每增減1m時(shí)的圍巖壓力增減率，當(dāng)B5m時(shí)，取i0.2，B5m時(shí)，取i0.1。等效荷載高度值hq=6.95m，H1=48m時(shí)，屬于深埋條件。垂直荷載 水平荷載 考慮水壓力的作用后垂直荷載

29、 水平荷載 拱頂處 仰拱處 4.2.2內(nèi)力計(jì)算采用ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載分析并計(jì)算結(jié)果得隧道斷面的變形圖、軸力圖、彎矩圖。圖4-5 變形圖圖4-6 彎矩圖圖4-7 軸力圖4.2.3 配筋計(jì)算及檢算根據(jù)內(nèi)力圖知道：最大正彎矩為M176180N·m；軸力為N=1964000N。最大負(fù)彎矩為M=-14595N·m；軸力為N=1453400N；襯砌單元截面為b×h=1000mm450mm，考慮撓度影響的軸向力偏心距增大系數(shù)，對(duì)隧道襯砌取=1.0，襯砌混凝土等級(jí)為C35，混凝土彎曲抗壓強(qiáng)=14.3Mpa，鋼筋采用HRB400，抗拉、抗壓強(qiáng)度=360MPa，=0

30、.56。取=35mm，則=415mm。1結(jié)構(gòu)承受最大正彎矩的配筋計(jì)算：矩形截面的配筋計(jì)算：M=176180N·m N=1964000N初始偏心距e0: ；所以要考慮附加偏心矩的影響，故取此時(shí)的初始偏心矩為：；大小偏心距的判別：按鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB100032001）有：所以按小偏心計(jì)算。由于N=1964000N故可不按離軸向力較遠(yuǎn)一側(cè)混凝土先壓壞情況驗(yàn)算面積選為充分發(fā)揮混凝土的受壓特點(diǎn)補(bǔ)充如下方程：0.56；?。?1017；非少筋。非超筋。滿足要求！2結(jié)構(gòu)承受最大負(fù)彎矩的配筋計(jì)算：矩形截面的配筋計(jì)算：M=-145950N·m N=1453400N 初始偏心距e0: ；所

31、以要考慮附加偏心矩的影響，故取此時(shí)的初始偏心矩為：； 大小偏心距的判別： 按鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB100032001）有：所以按小偏心計(jì)算。此時(shí)離縱向力較遠(yuǎn)的一側(cè)鋼筋?。河捎贜=1453400N故可不按離軸向力較遠(yuǎn)一側(cè)混凝土先壓壞情況驗(yàn)算面積選 為充分發(fā)揮混凝土的受壓特點(diǎn)補(bǔ)充如下方程：0.56；?。?1017；非少筋。非超筋。滿足要求！以上是隧道襯砌的最大正彎矩和最大負(fù)彎矩的配筋計(jì)算，但對(duì)于一個(gè)就要承受最大正彎矩又要承受最大負(fù)彎矩的構(gòu)件來說，它的上緣筋就應(yīng)該是其承受最大負(fù)彎矩時(shí)的受拉筋，同樣，它的下緣筋就應(yīng)該是其承受最大正彎矩時(shí)的受拉筋。根據(jù)上面的計(jì)算可以得知：對(duì)于本設(shè)計(jì)襯砌的配筋應(yīng)該同樣是：

32、418非少筋。非超筋。驗(yàn)算合格！二襯砌安全性評(píng)價(jià)：1抗壓強(qiáng)度檢算：根據(jù)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB100032001）的規(guī)定：混凝土矩形截面軸心和偏心受壓構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度應(yīng)按照以下公式進(jìn)行：其中：混凝土的抗壓極限強(qiáng)度； K安全系數(shù)； B截面寬度； H截面厚度；構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)；軸向力的偏心影響系數(shù)；由于，不需要檢算抗壓強(qiáng)度，只要檢算抗拉強(qiáng)度和裂縫。2.裂縫驗(yàn)算：（1）最大正彎矩裂縫檢算因?yàn)椋核圆恍枰M(jìn)行裂縫驗(yàn)算。（2） 最大負(fù)彎矩裂縫檢算因?yàn)椋核圆恍枰M(jìn)行裂縫驗(yàn)算。3 截面強(qiáng)度檢算根據(jù)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB100032001）的有關(guān)規(guī)定：鋼筋混凝土矩形截面的偏心構(gòu)件（），其截面強(qiáng)度檢算應(yīng)按照以下公

33、式進(jìn)行：其中：K安全系數(shù)，按規(guī)范有關(guān)規(guī)定采用；混凝土彎曲抗壓極限強(qiáng)度；鋼筋的抗拉或抗壓計(jì)算強(qiáng)度；受拉和受壓區(qū)鋼筋的截面面積；在本設(shè)計(jì)中，以上參數(shù)的取值為：（1）最大正彎矩K2.4，21.0MPa,=520MPa,b=1000mm, x=137.3mm;代入計(jì)算有：左邊4713600N；右邊28833000N;左邊<右邊滿足要求?。?）最大負(fù)彎矩相關(guān)參數(shù)如下：K2.4，21.0MPa,=520MPa,b=1000mm ， x=101.7m帶入計(jì)算有：左邊=4238160N右邊=21357000N左邊右邊滿足要求！對(duì)于本設(shè)計(jì)的襯砌配筋就按以上計(jì)算的選取對(duì)稱配筋對(duì)稱配筋每側(cè)鋼筋為418。4.3

34、 級(jí)圍巖隧道洞身設(shè)計(jì)及配筋4.3.1荷載計(jì)算根據(jù)分析隧道平面圖、隧道縱斷面圖、隧道橫斷面圖并結(jié)合工程地質(zhì)條件最終選定里程為DK8+950處的斷面作為級(jí)圍巖計(jì)算截面，隧道開挖寬度B=14.1m，高度Ht=12.1m，埋深102m鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算圍巖松動(dòng)壓力的統(tǒng)計(jì)公式。式中，hq等效荷載高度值；s圍巖級(jí)別，如級(jí)圍巖，則s3；圍巖容重，kN/m3；寬度影響系數(shù)，且；B坑道的寬度，m ；i以B=5m為基準(zhǔn)，B每增減1m時(shí)的圍巖壓力增減率，當(dāng)B5m時(shí)，取i0.2，B5m時(shí)，取i0.1。等效荷載高度值hq=3.44m，H1=102m時(shí)，屬于深埋條件。垂直荷載 水平荷載 考慮水壓力的作用后垂直荷載 水平

35、荷載 拱頂處 仰拱處 4.3.2內(nèi)力計(jì)算采用ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載分析并計(jì)算結(jié)果得隧道斷面的變形圖、軸力圖、彎矩圖。圖4-8 變形圖圖4-9 彎矩圖圖4-10 軸力圖4.3.3配筋計(jì)算及檢算根據(jù)內(nèi)力圖知道：最大正彎矩為M104850N·m；軸力為N=1467100N。最大負(fù)彎矩為 M=-88988N·m；軸力為N=1327800N；襯砌單元截面為b×h=1000mm400mm，考慮撓度影響的軸向力偏心距增大系數(shù)，對(duì)隧道襯砌取=1.0，襯砌混凝土等級(jí)為C35，混凝土彎曲抗壓強(qiáng)=14.3Mpa，鋼筋采用HRB400，抗拉、抗壓強(qiáng)度=360MPa，=0.5

36、6。取=35mm，則=365mm。1結(jié)構(gòu)承受最大正彎矩的配筋計(jì)算：矩形截面的配筋計(jì)算：M=104850N·m N=1467100N初始偏心距e0: ；所以要考慮附加偏心矩的影響，故取此時(shí)的初始偏心矩為：； 大小偏心距的判別： 按鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB100032001）有：所以按小偏心計(jì)算。此時(shí)離縱向力較遠(yuǎn)的一側(cè)鋼筋?。河捎贜=1467100N故可不按離軸向力較遠(yuǎn)一側(cè)混凝土先壓壞情況驗(yàn)算面積選為充分發(fā)揮混凝土的受壓特點(diǎn)補(bǔ)充如下方程：0.56；?。?1017；非少筋。非超筋。滿足要求！2結(jié)構(gòu)承受最大負(fù)彎矩的配筋計(jì)算：矩形截面的配筋計(jì)算：M=-88988N·m N=132780

37、0N 初始偏心距e0: ；所以要考慮附加偏心矩的影響，故取此時(shí)的初始偏心矩為：； 大小偏心距的判別： 按鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB100032001）有：所以按小偏心計(jì)算。此時(shí)離縱向力較遠(yuǎn)的一側(cè)鋼筋?。河捎贜=1327800N故可不按離軸向力較遠(yuǎn)一側(cè)混凝土先壓壞情況驗(yàn)算面積選為充分發(fā)揮混凝土的受壓特點(diǎn)補(bǔ)充如下方程：0.56；?。?1017；非少筋。非超筋。滿足要求！以上是隧道襯砌的最大正彎矩和最大負(fù)彎矩的配筋計(jì)算，但對(duì)于一個(gè)就要承受最大正彎矩又要承受最大負(fù)彎矩的構(gòu)件來說，它的上緣筋就應(yīng)該是其承受最大負(fù)彎矩時(shí)的受拉筋，同樣，它的下緣筋就應(yīng)該是其承受最大正彎矩時(shí)的受拉筋。根據(jù)上面的計(jì)算可以得知：對(duì)于本

38、設(shè)計(jì)襯砌的配筋應(yīng)該同樣是：418非少筋。非超筋。驗(yàn)算合格！二襯砌安全性評(píng)價(jià)：根據(jù)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB100032001）的規(guī)定：混凝土矩形截面軸心和偏心受壓構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度應(yīng)按照以下公式進(jìn)行：其中：混凝土的抗壓極限強(qiáng)度； K安全系數(shù)； B截面寬度； H截面厚度；構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)；軸向力的偏心影響系數(shù)；最大正彎矩和最大負(fù)彎矩均屬于小偏心，需按下面方式檢算。（1）最大正彎矩：K=2.0 N=1467100N 滿足要求。（2）最大負(fù)彎矩：K=2.0 N=1327800N 所以有滿足要求。對(duì)于本設(shè)計(jì)的襯砌配筋選取對(duì)稱配筋每側(cè)鋼筋為418。第五章 隧道施工組織設(shè)計(jì)5.1隧道概述：隧址位于榜山鎮(zhèn)林美村與后

39、塘村之間，屬低山丘陵地貌，地形起伏較大，相對(duì)高差達(dá)201.1m；自然坡度為10-15度，偶見陡坡，植被發(fā)育。本隧道起點(diǎn)里程為DK8+597，訖點(diǎn)里程為DK9+767，全長(zhǎng)932m，位于直線上，隧道縱坡度為-1%。其主要巖性為：1.粉質(zhì)黏土：褐黃色、灰黃色，硬塑，成份以黏粉粒為主，含有15%中粗砂，黏性一般。主要分布在隧道區(qū)域表層，屬級(jí)普通土，C組填料。2.花崗閃長(zhǎng)巖W4：全風(fēng)化，褐紅色、灰黃色，原巖結(jié)構(gòu)已破壞，巖芯呈土柱狀，礦物以長(zhǎng)石、石英為主、含少量黑云母，除石英礦物外，其他礦物基本分化成黏土狀，遇水易軟化、崩解，屬級(jí)硬土，C組填料。3.花崗閃長(zhǎng)巖：強(qiáng)風(fēng)化，灰黃色、灰褐色，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造

40、，主要礦物成分由石英、長(zhǎng)石、角閃石及少量黑云母等組成，裂隙很發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，錘擊易碎，屬級(jí)軟石，A組填料。4.花崗閃長(zhǎng)巖：弱風(fēng)化，灰白色，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖質(zhì)新鮮，成分以長(zhǎng)石、石英、角閃石為主，巖體裂隙較發(fā)育，巖芯呈柱狀，錘擊聲較脆，較難碎，巖體完整程度為較破碎，屬級(jí)次堅(jiān)石，A組填料。5.1.1資料依據(jù)：（1）施工期限，根據(jù)指導(dǎo)性施工組織安排本隧道施工的總期限。（2）設(shè)計(jì)和施工規(guī)范及有關(guān)技術(shù)原則。（3）初步設(shè)計(jì)（擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)）或技術(shù)設(shè)計(jì)以及施工調(diào)查資料。（4）概算定額或統(tǒng)計(jì)分析資料。5.1.2施工準(zhǔn)備工作施工準(zhǔn)備工作應(yīng)根據(jù)調(diào)查資料，對(duì)洞外相鄰工程、既有建筑及其他設(shè)施的拆遷作出施工安排；

41、研究和分析施工地段交通運(yùn)輸條件的利用程度，并對(duì)擬建施工運(yùn)輸?shù)缆纷鞒霰冗x方案；根據(jù)洞口可供施工場(chǎng)地布置的條件提出分期用地、材料供應(yīng)、供水和節(jié)約能源等方案；對(duì)施工中和運(yùn)營(yíng)后周圍環(huán)境的影響（污水、廢氣、噪聲等）提出必要的防治措施。同時(shí)應(yīng)考慮修建臨時(shí)運(yùn)輸便道、輕型軌道，臨時(shí)房屋、臨時(shí)通信、給水、照明、附屬企業(yè)、料庫以及施工場(chǎng)地平整，材料機(jī)具配備運(yùn)送，洞外天溝、側(cè)溝及場(chǎng)地排水，改移道路及拆遷建筑物等的工程數(shù)量及需要時(shí)間，這些工作可與洞外土石方同步進(jìn)行，在進(jìn)洞前應(yīng)先對(duì)洞口工程作出安排；凡對(duì)隧道出渣有干擾的橋涵（含泄水洞）要先安排施工。5.2施工方法：5.2.1施工方法選擇的原則隧道施工方法應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料、開挖斷面的大小、襯砌類型、隧道長(zhǎng)度、工期要求等綜合因素研究確定。對(duì)地質(zhì)條件變化較大的隧道，選用的施工方法，應(yīng)有較大的適應(yīng)性，當(dāng)需要變更施工方法時(shí)，以較少影響施工進(jìn)度為原則，一般不宜考慮多種施工方法，但應(yīng)考慮對(duì)某些地層變化情況所采用相應(yīng)的輔助施工方法。隧道采用鉆爆法施工，一般選用全斷面法，臺(tái)階法和導(dǎo)坑法，但應(yīng)優(yōu)先選用全斷面及臺(tái)階法，應(yīng)盡量減少對(duì)地層的多次擾動(dòng)和破壞。本隧道施工方法為上導(dǎo)坑法開挖，噴錨施工支護(hù)。1.洞口開挖：洞口開挖前應(yīng)作好天溝等防排水設(shè)施，再進(jìn)行開挖邊、仰坡，盡早修建洞門，以策安全。施工時(shí)應(yīng)逐段