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文档简介

1、西南交通大学本科毕业设计某某-某某铁路客运专线岩脚隧道 单线电气化 设计年级:2003级学号:20030241姓名:韩松专业:地下工程与隧道工程指导教师:钟新樵2007院 系土木工程系专 业地下工程与隧道工程年级 2003姓名韩松题目 某某-某某铁路客运专线岩脚隧石单线电气化设计指导教师钟新樵评 语指导教师( 签章)评阅人 评 语评阅人(签章)成绩辩论委员会主任 (签章)毕业设计论文任务书班 级 03 地隧2班学生某某韩松 学号 20030241发题日期:2007年4月23 日完成日期:6 月20 日题目:某某-某某铁路客运专线岩脚隧道单线电气化设计1、本论文的目的、意义:目的:毕业设计是对大

2、学四年学习知识的检验和考察,通过 这次毕业设计使学生对本专业的知识有更深一步的了解,和更深一步的掌握,以便在以后的学习工作中能灵活的运用所学专业的知识。意义:毕业设计是大学四年来最重要的一项学习内容,是对四年所学知识的总结 与运用。通过大学四年的学习,在课程设计的根底上,运用学过的根底理论和专业知 识,结合工程实际,参考国家有关规 X、标准、工程设计图集与其他参考资料,独立 地完成所要求的设计任务。同时要系统的掌握设计计算步骤、方法,培养我们分析、 解决问题的能力,为以后的走上工作岗位,从事有关设计、施工等具体实践工作奠定 根底。2、学生应完成的任务(1_毕业设计说明书一份( 15000);(

3、2)隧道平、纵断面设计图各一 X(2号图纸);(3)隧道进、出口洞门(结构)设计图各一 X(2号图纸);(4)隧道内各级围岩支护结构图一 X(3号图纸);(5)隧道施工程序图一 X(2号图纸):(6)隧道防排水布置图一 X(3号图纸);(7) 10000子符的央文献翻译。3、设计各局部内容与时间分配:共10周第一局部布置设计任务,熟悉设计资料与要求,确定隧道内净空1周第一局部 隧道进出、口位置确实定 0.5周第三局部 隧道平、纵断面设计洞门设计 1.5周第四局部 2.5周第五局部 选择施工方法 1.5周第六局部 2周评阅与辩论 1周指导教师:钟新樵2007年4月20日 审批人:年 月 日摘 要

4、客运专线是以客运为主的快速铁路。目前在我国,铁路等级除I、U、川级外又增加了 “客运专线等级,时速200至350km/h的铁路统称为客运专线,曲线半径一般 在2200m以上。本设计是某某-某某铁路客运专线岩脚隧道 单线电气化初步设计, 设计速度为 250km/h。里程为 DK112+73 DK114+225本设计主要包括:隧道进、出口洞口位置比选与洞门形式的选择,隧道平、纵断 面设计与构造设计,V级围岩衬砌结构设计、计算与检算,施工组织设计与工程量计 算四个局部。洞口位置比选和洞门形式的选择主要根据地形条件,结合防排水要求,以“早进洞,晚出洞为原如此确定洞口位置, 并根据土压力的大小确定本隧道

5、的进口洞门形 式为挡墙式洞门。出口平、纵断面设计与构造设计主要包括平面线形和纵坡形式与坡率确实定,平面设计包括直线和曲线。,同时对建筑限界确实定做了较为详细的说明。衬砌结构设计和结构计算是本设计的重点。 首先根据规X的要求初步拟定横断面 的断面形式和各局部尺寸,计算作用在隧道结构上的荷载并将其转化为集中力,运用ANSY歎件计算出结构的内力并绘制内力图和变形图。施工组织设计主要包括施工方法选择、施工组织措施、施工进度计划和工程量计关键词:客运专线;隧道;单车道;初步设计AbstractThe passe ngertran sportati onspecial line is by thepass

6、e ngertra nsportatio n primarily fast railroad. At prese nt in our coun try, therailroad rank except I, II, III level outsidein creasedthepasse ngertra nsportati on special li ne the rank, the speed has bee n called 200to the 350km/h railroad as the passenger transportation special line,the curve ra

7、dius gen erally above 2200m.This desig n is the Xiame n - Shen zhe n railway tran sportati on specialli ne crag foot tunnel (sin gletrackelectrificatio n)the prelim in arydesig n,the speed of the desig n is 250km/h.The course is DK112+744 - DK114+225.Thisdesign mainly contains: choosing the entrance

8、 and outlet positionand the portal form;pla ne and Ion gitud inalsect ion desig n ,tect onicsdesig n;structural desig n ,calculate for the fifth level surro unding rock and check out the result; desig n for orga nizing the con struct ion and calculati on of volume.Choosing the entrance, outlet posit

9、ion and the portal form mainly based on topographic con diti on and con sideri ng waterproof and drain age requireme nt, abidanee the principle of“the earlier entrance, the late outlet .Choosea reas on able portal form based on the amount of earth pressure.Plane and Iongitudinalsection design, tecto

10、nics design mainly containsdesigning the plane alignment,grade form and gradient.Plane and Iongitudinalsect ion desig n in clude straight lines and curve lin es(R=7000m, L=1426.22m,T=714.63m, l=220m) , the grade form is uni directi on al, and gradie nt %o. At the sametime, this paper makea detailed

11、declarati on on determ in ati on of buildi ng line.The structure design and calculate for tunnel lining is the focalpoint.Accordingto the requirement of specification,define the form of crosssect ion and each size. Calculate loads on the tunnel and convert it intoconcen trated force. Make out the in

12、 ternal force and diagram by ANSYS, draw the in ternal force and deformati on diagram.The design for organizing the constructionmainly contains the choosingof job practice,measures of job practice ,con structio n schedule program, and calculati on of volume, and so on.Keywords: passe nger dedicated

13、railway line; tunn el;O ne-la ne; prelimi nary desig n目 录第1章绪论11.1设计依据与原如此1设计依据1主要设计原如此1 1.2工程地质与水文地质21.2.1 概况21.2.2 地层岩性21.2.3 地质构造与地震动参数31.2.4 水文地质条件31.2.5 环境工程地质31.2.6 隧道工程地质条件4 第2章隧道平、纵断面设计72.1隧道平面设计72.2隧道纵断面设计7隧道内纵坡形式确定7隧道内纵坡坡率确实定72.3 隧道净空确实定82.3.1 限界8第3章隧道洞口位置和洞门确实定113.1 隧道洞口位置确定的要求:113.2 隧道洞口

14、位置的比选:11方案的拟定113.2.2 方案的比选:123.3 隧道洞门的设计133.3.1 隧道洞门的设计原如此:133.3.2 隧道洞门形式的选择:13143.3.3 洞门构造与根底设置应遵循如下规定: 第4章V级围岩衬砌结构计算与检算154.1 衬砌形式确定154.2 衬砌设计规定154.3复合式衬砌154.4模型理想化174.4.1 支护结构的理想化17围岩的理想化17外荷载理想化等效节点荷载17单元和节点编号,边界条件184.5荷载计算与二次衬砌计算18深浅埋段确实定184.5.2 V级围岩衬砌结构计算:18第5章其他洞内附属设施设计235.1防排水设计235.1.1 般规定235

15、.1.2 防水 245.1.3 排水 24洞口防排水255.2 运营通风和照明255.2.1 运营通风255.2.2 照明 255.3其它设施26消防设施26第6章施工组织设计266.1概述266.1.1 编制原如此26施工原如此276.2施工方法的选择286.3各种施工工艺306.3.1 砂浆锚杆施工工艺和方法30湿喷砼施工工艺和方法306.3.3 隧道防排水板施工工艺和方法 316.4二次衬砌施工工艺和方法326.4.1 施工工艺32施工方法336.5施工进度计划356.5.1 施工进度计划概述35366.5.2 施工进度计划的编制原如此和内容 第7章工程量的计算387.1 进口洞口与洞门

16、工程量计算387.1.1 挖方量计算387.1.1.2 圬工量计算397.2 出口洞口与洞门工程量计算407.2.1 挖方量计算407.2.2 圬工量计算41设计总结43致谢44参考文献45附录1 ANSYS各节点坐标应力表46附录2 ANSYS计算隧道二次衬砌内力表49第1章绪论1.1设计依据与原如此设计依据1. 由提供的某某-某某铁路客运专线岩脚隧道平、纵断面和横断面图;2. 铁路隧道设计规X行车速度:250km/h;隧道内设整体道床、钢轨60kg/m。主要设计原如此设计原如此1在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查的根底上,综合比选隧 道各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置等,提

17、出推荐方案。2地质条件很差时,特长隧道的位置应控制路线走向,以避开不良地质地段;长隧道的位置亦应尽可能避开不良地质地段,并与路线走向综合考虑;中、短隧道可服从路线走向。3根据铁路等级和设计速度确建筑限界。在满足隧道功能和结构受力良好的前 提下,确定经济合理的断面内轮廓。4隧道内外平、纵线形应协调,以满足行车的安全、舒适要求。5根据隧道长度、交通量与其构成、交通方向以与环保要求等,选择合理的通 风方式,确定通风、照明、交通监控等机电设施的设置规模。必要时特长隧道应作防 灾专项设计。6应结合铁路等级、隧道长度、施工方法、工期和营运要求,对隧道内外防排 水系统、消防给水系统、辅助通道、弃渣处理、管理

18、设施、交通工程设施、环境保护 等作综合考虑。7 当隧道与相邻建筑物互有影响时,应在设计与施工中采取必要的措施。1.2工程地质与水文地质概况该隧道长1481m测区属低山丘陵地貌,相对高差约 30210米,最顶峰标高为 222 m,山坡的自然坡度为1040,局部为较陡,进、出口为缓坡,被全、强风化 层所覆盖,其余地段大部基岩裸露,缓坡与山顶杂草,竹木丛生,植被茂密,进口有 水泥路通达,交通较为方便,出口处有山间小路,交通不便。地层岩性测区覆盖层为第四系全新统:坡、洪积Q4dl+pl粉质黏土与坡、残积Q4dl+el 粉质黏土;下伏基岩为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩 y23c与上侏罗统上组 中段兜岭

19、群组凝灰熔岩J3dl2b,各层岩性由新至老分述如下:坡、洪积层Q4dl+pl粉质黏土:褐黄色,硬塑,其中夹有少量的花岗岩质角 砾,厚26m。属U级普通土。分布于隧道进口附近低洼沟槽处。坡、残积层Q4dl+el粉质黏土:褐黄色、褐红色,硬塑,其中夹有少量的 花岗岩质角砾,厚02m。属U级普通土。广泛分布于隧道 X围内地表。凝灰熔岩J3dl :暗绿色、灰色、灰白色、黄褐色,碎屑结构,块状构造,节理裂隙发育极其发 育,节理面呈锈黄色,有次生矿物,隧道测区内主要出露弱风化带,与下伏黑云母花 岗岩呈角度不整合接触。 黑云母花岗岩Y23c:灰白色,中粗粒花岗结构,块状构造,主要由斜长石、钾长石、石英和黑云

20、母与 少量锆石组成,全风化层厚度变化较大,进口附近处厚1025m,出口附近厚1015m, 属川级硬土。强风化层进口附近处厚 08m,出口附近厚014m,为W级软石,夹粒 径0.53m的弱风化球状体。弱风化层节理裂隙较发育,岩体较破碎,属V级次坚石。地质构造与地震动参数隧道测区内未见断层出露,在隧道洞身位置DK112+779m与DK113+883m处为凝灰熔岩与黑云母花岗岩的接触带,接触带附近地下水发育,岩体较破碎。测区处地震动峰值加速度为0.10g,地震动反响谱特征周期为0.40s。水文地质条件一地表水进口处附近紧邻漳江,出口处亦紧邻山间河流,洪水期水量均较大。低丘地表水 为地表沟水,为间歇性

21、流水,无常年流水,水量随季节变化大。二地下水地下水主要为表现为第四系孔隙水与基岩裂隙水两类:地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水。由于洞身X围内第四系覆盖层厚度不 大,以粘性土为主,第四系孔隙潜水不发育,并且随季节动态变化大,由地表水补给。 基岩裂隙水发育程度受基岩风化程度、裂隙发育程度、裂隙贯穿性的影响。全风化岩 属弱含水层,富水性差,强风化岩和弱风化岩的导水性和富水性主要受构造裂隙控制, 具各向异性,总体地下水量不大,但分布不均,局部可能水量较大。三水化学特征与其侵蚀性根据相邻工点取地表水作水质分析,属 HCO.CI-Na+型,对砼具中等溶出型与中 等硫酸型酸性侵蚀。取地下水作水质简分析,

22、属HCO.CI-Na+.Ca2+型,对砼具中等溶 出型与中等硫酸型酸性侵蚀。根据铁路混凝土结构耐久性设计规 X在环境作用类别为化学腐蚀环境时, 水中相关离子对钢筋混凝土结构的腐蚀作用等级为H1。环境工程地质该隧道X围内植被茂密,灌木杂草丛生,水土保持良好,环境工程地质条件好, 铁路建设易造成植被破坏,水土流失,对环境地质造成一定程度上的破坏, 具体表现 为:1. 隧道施工将会大量砍伐林木、破坏植被,易造成水土流失。2. 隧道洞身开挖,降低地下水位,对附近居民的生活用水与植物生长造成一定 影响。3. 隧道施工将会产生大量的弃渣,弃渣应定点堆放;弃渣场的选择至关重要, 选择不当,将会诱发新的环境地

23、质问题,如:滑坡、泥石流等。4. 隧道施工可能诱发地面塌陷与地表水漏失等破坏地质环境条件的问题。5. 花岗岩可能存在放射性,隧道开挖会对周围环境产生一定影响。隧道工程地质条件一隧道工程地质概况与工程地质条件评价测区属丘陵地貌,地形稍有起伏,测区 X围覆盖层一般厚o2m下伏基岩为燕 山早期第三次侵入黑云母花岗岩丫 523c与上侏罗统上组中段兜岭群组凝灰熔岩Jadl 2b,基岩风化层厚度变化大,全风化层进口附近处厚1025m出口附近厚ioi5m强风化层进口附近处厚o8m出口附近厚oi4m花岗岩残积层与全、强风 化具有遇水软化、崩解,强度急剧降低的特点,隧道进出口均从覆盖层与全、强风化 层中穿过;隧

24、道洞身位置DK112+779r与DK113+883mt为凝灰熔岩与黑云母花岗岩的 接触带,附近地下水发育,岩体破碎;花岗岩可能存在放射性,地下水对砼具中等溶 出型与中等硫酸型酸性侵蚀;除隧道进、出口与接触带附近工程地质条件较差外, 其 余地段工程地质条件较好。二隧道工程围岩分级与主要工程地质问题分析表6-1隧道工程围岩分级与主要工程地质问题分析编号里程X围长度m地层与构造围岩主要工程地质问题建议工程措施备注凝灰熔地下水侵蚀性、浅埋、加强对水1DK112+744 +79046岩与黑V花岗岩全、强风化层样的复查,云母花遇水易软化、洞身围加强围岩2DK112+79081020凝灰熔岩IV地下水侵蚀性

25、与接触带影响加强对水样的复查,加强围岩3DK112+810 +86050凝灰熔MU 岩出地下水侵蚀性加强对水样的复查4DK112+860DK113+830970凝灰熔岩n地下水侵蚀性加强对水样的复查5DK113+830+86030凝灰熔岩出地下水侵蚀性加强对水样的复查,加强围岩6DK113+860 +91050凝灰熔岩IV地下水侵蚀性与接触带影响加强对水 样的复查,加强围岩 支护7DK113+910DK11,+0704 160黑云母花岗岩出地下水侵蚀性加强对水样的复查,8DK114+07013060黑云母花岗岩V地下水侵蚀性加强对水样的复查,9DK114+13022595黑云母花岗岩V地下水侵

26、蚀性、浅埋、花岗岩全、强风化层加强对水样的复查,三隧道进出口工程地质条件进口段洞身位于花岗岩残积层、全、强风化层中,属浅埋段,洞口附近左边有危 岩落石,工程地质条件较差。出口段洞身位于花岗岩残积土与强风化层中,埋深很浅,施工中成拱困难,极易 坍方,工程地质条件较差。四物理力学参数值表1-2 物理力学参数值地层 代号地层 岩性岩性状态根本 承载 力(T 0kPa天然密度P 3g/cm凝聚 力ckPa内摩擦 角0 钻孔桩 极限摩 阻力TiKPsO饱和 极限 抗压 强度(MPa)临时 边坡 率永久边 坡率粉质黏土(Q4dl+pl )硬塑180221860/1:11:1.25粉质黏土(Q4el+dl)

27、硬塑180221860/1:11:1.25凝灰熔岩J3dl 2bW4220252265/W3400/45150/1:W21200/65/20/1:0.3黑云母花 冈岩丫 53cW4200202565/W3400/45150/1:W215005/65/30/1:0.3第2章隧道平、纵断面设计2.1隧道平面设计隧道平面线形凡在地形、地质条件可能情况下,应尽量采用直线或大半径曲线, 防止小半径曲线,这主要是基于两点理由:第一、取直线于通风有利,如果曲线尤其是小半径曲线,通风阻力增大,对自然 通风不利,同时会增大机械通风量;第二、如果隧道取较小半径曲线,通常需设置超高和加宽,这将使施工变得复杂, 断面

28、不统一以与它们的相互过渡都给施工增加难度。岩脚隧道内线路因地形、地质等条件限制而需设计成曲线,里程DK112+744DK113+650为直线段,里程DK113+650-DK114+23Q为曲线段,其曲线要素如下:1圆曲线半径R=7000m2.3.4缓和曲线长l=220m2.2隧道纵断面设计隧道内纵坡形式确定隧道纵坡是采用单向坡还是人字坡,国内两种情况均有。地下水发育的长隧道宜 用人字坡。隧道坡度不宜小于3%。,且满足隧规要求:“位于长大坡道上长度大于400m的隧道,其坡度不得大于最大坡度按规定折减后的数值,也满足隧道通 风与排水需要,故采用单面坡方案。隧道内纵坡坡率确实定隧道纵面线形应考虑行车

29、安全性、营运通风规模、施工作业效率和排水要求,隧 道纵坡不应小于0.3%, 一般情况不应大于3%受地形等条件限制时,铁路的中、短隧 道可适当加大,但不宜大于 4%当采用较大纵坡时,必须对行车安全性、通风设备和营运费用、施工效率的影响等作充分的技术经济综合论证。结合本隧道实际情况,岩脚隧道是中隧道,采用坡度为的单向坡2.3 隧道净空确实定231限界2.3.1.1 限界定义限界是确定车道周围构筑物净空的大小,是管线和设备安装相互位置的依据, 是专业间共同遵守的技术规定,它应经济、合理、安全可靠。2.3.1.2 限界的制定原如此1限界应依据车辆的轮廓尺寸和技术参数、施工方法、设备安装等综合因素进展

30、分析计算确定。2限界一般是按平直线路的条件进展制定。而曲线的限界应在直线地段限界的根 底上根据车辆的有关尺寸以与不同曲线半径、超高分别进展加宽和加高。3在制定限界时,对结构施工、测量、变形误差,设备制造和安装误差,设计、 施工、运营过程中难于预计的其它因素在内的安全留量等,都应分别进展研究确定。2.3.1.3 铁路隧道的净空。建筑限界是指隧道衬砌等任何建筑物不得侵入的一种限界。铁路隧道由主体建筑物和附属建筑物两局部组成。主体建筑物是为了保持坑道稳定,提供铁道足够的交通空间而修筑的。 一般由洞 身衬砌和洞门包括洞外的接长明洞组成;附属建筑物是为养护维修、供电、通风、 通信、排水等的需要而修建的,

31、包括大小避车间,电缆沟槽,通风机房与风道,通信 要求的无人增音站洞,供电要求的承力索的下锚装置和维修接触网使用的绝缘梯车洞 等。1. 直线隧道净空。铁路隧道净空是指隧道衬砌内轮廓所包络的空间。新建铁路隧道的净空是根据国家标准规定的铁路隧道建筑界限, 并考虑远期隧道内轨道的类型的要求确定。建筑界限是隧道结构衬砌不得侵入的一种空间 X围,其制定的根底是机车车辆限界车 辆限界是车辆形式在平直路段上运动的最大包络线,再在车辆限界外侧考虑洞内设 备通信、照明等设置尺寸要求,拟定出设置接近限界,最后在设备限界外侧考虑隧道内线路的可能偏移和施工、测量方法的误差,确定建筑限界。一般隧道净空比隧道限界稍大一些,

32、因为净空除了满足限界尺寸要求外,还应该 考虑衬砌结构受力合理等因素。2. 曲线隧道净空加宽列车行使在曲线上,由于车辆是刚性体造成车辆中心线两转向架中心轴连线与线路中心线出现偏移,在车辆两端向曲线外侧偏移、中间局部向曲线内侧偏移。另外,由于曲线地段上线路外轨要设超高克制离心力,引车辆在垂直位置的 倾斜,而造成限界向曲线内侧产生偏移。因此为了保证列车安全通过曲线隧道, 必须将隧道净空作适当的加宽。 这就是曲线隧道断面加宽。结合本隧道的曲线要素,加宽值为15cm与直线隧道内衬砌内轮廓各段的几何尺寸可能多的保持一致是曲线隧道断面加宽的根本原如此。这样可以使施工简便。231.4某某某某单线电气化岩脚隧道

33、的净空确定某某-某某客运专线岩脚隧道是是单线电气化隧道,按250km/h客货共线铁路兼顾双箱运输的双线隧道内轮廓取标准净空断面。工髙述恢跖輔戈矍道单碰:JESKJF及内轮扇各种预留空间要求如下:1. 安全空间 在隧道侧边位置设置尺寸为 0.8m宽x2.2m高的安全空间 安全空间内包括安放施工设施0.3m宽或开关柜0.4m宽的空间。2. 救援通道 在隧道侧边位置设置贯穿的救援通道,用于自救或外部救援,尺 寸为1.5m宽x 2.2m高,要求距中心线最少2.3m,在救援通道位置内包括放施0.3m安放设施空间或宽度为0.4m安放开关柜的空间。建筑限界和救援通道交叉 无关,因为救援通道只在车辆停止时使用

34、。本设计取200cmx 160c m的接援通道。3. 技术作业空间 沿隧道衬砌预留宽为0.3m环形空间,用于安放施工辅助设施 如立脚手架,作为预留的衬砌补强或安装建筑材料的空间。但不能利用预留的空间来满足隧道施建设的施工误差。本设计为0.3m。第3章隧道洞口位置和洞门确实定3.1 隧道洞口位置确定的要求:隧道洞口位置应根据地形,地质,水文条件,同时结合环境保护,洞外有关工程与 施工条件,运营要求,通过综合分析比拟确定.隧道应早进洞,晚出洞,同时应符合如下要求:1. 隧道洞口的设置,应减少对原有坡面的破坏;2. 当洞口处有坍方,落石,泥石流等威胁时,应尽早进洞;3. 线路跨沟或沿沟进洞时,应结合

35、防排水工程,确定洞口位置;4. 漫坡地形的洞口位置,宜结合弃渣的处理,填方利用,排水以与有利施工等因素,综 合分析确定;5. 洞口段应结合地形,地质条件和施工方法等确定加固措施,必要时可采取地表注 浆.3.2 隧道洞口位置的比选:方案的拟定该隧道的基岩风化层厚度变化大,全风化层进口附近处厚 1025m,出口附近厚 1015m,强风化层进口附近处厚08m,出口附近厚014m。隧道进口有水泥路通达, 交通较为方便,出口处有山间小路,交通不便。进口段洞身位于花岗岩残积层、全、强风化层中,属浅埋段,洞口附近左边有危 岩落石,工程地质条件较差。出口段洞身位于花岗岩残积土与强风化层中,埋深很浅,施工中成拱

36、困难,极易坍方,工程地质条件较差。遵循以上洞口位置的要求和结合安全,经济性综合考虑后, 分别对隧道进口和出口各拟定三种方案进展比选。进口方案的拟定:方案一:设在 DK112+739处方案二:设在 DK112+749处方案三:设在DK498+744处出口方案的拟定:方案一:设在 DK114+220处方案二:设在 DK114+230处方案三:设在DK114+225处具体的位置见如下图hs 1、2、3、4。方案的比选:3.2.2.1 隧道进口方案的比选方案一:方案一的开挖量是三种方案中最少的,工程量也是最少的,符合“早进 洞,晚出洞的原如此,也符合“宜长不宜短的设计原如此;但洞门的埋深较浅, 洞门不

37、稳定。方案二:洞门的埋深是三种方案中最大的, 洞门比拟稳定。但洞门的边仰坡的开 挖量较大,刷坡过长,经济上不划算。且该地段坡度较陡,不利于施工机具的展开和 工程机械的作业,又不符合“早进洞,晚出洞的原如此。方案三:方案三的开挖高度位于一、二方案之间,开挖量不大,且洞门较一方案 稳定,防止了“大挖大刷,经济上也较三方案划算。应当选方案三。3.2.2.2 隧道出口的方案比选方案一:方案一的开挖量是三种方案中最少的,工程量也是最少的,符合“早进 洞,晚出洞的原如此,也符合“宜长不宜短的设计原如此;但洞门的埋深较浅, 洞门不稳定。且洞口 W和W的分界处,地质条件差。方案二:洞门的埋深是三种方案中最大的

38、, 洞门比拟稳定。但洞门的边仰坡的开 挖量较大,刷坡过长,经济上不划算。且该地段坡度较陡,不利于施工机具的展开和 工程机械的作业,又不符合“早进洞,晚出洞的原如此。方案三:方案三的开挖高度位于一、二方案之间,开挖量不大,且洞门较一方案 稳定,防止了“大挖大刷,经济上也较三方案划算。应当选方案三。3.3 隧道洞门的设计331隧道洞门的设计原如此:1. 隧道洞口应设置洞门,其结构形式有端墙式,柱式,翼墙式,台阶式,选用时应根 据洞口的地形,地质条件和工作特点而定;2. 当线路中线与洞口地形等高线斜交,经技术经济比拟不宜采用正交洞门,且围岩 分类在四类与以上时,可采用斜交洞门,其端墙与线路中线的交角

39、不应小于 45度. 在松软地层中,不宜采用斜交洞门;3. 设置通风帘幕的洞门或通风道洞门与隧道洞门相连时,洞门的结构形式应结合通风设备和要求一并考虑;4. 位于城镇,风景区,车站附近的洞门,必要时应考虑环境协调和建筑美观的要求;隧道洞门形式的选择:洞门的形式很多,从构造形式、建筑材料以与相对位置等可以划分许多类型。目 前,我国公路隧道的洞门形式有:端墙式、翼墙式、台阶式、柱式、削竹式、喇叭口 式等。它们的适用条件与特征如表 3-1 :表3-1各种洞门形式项目端墙式翼墙式台阶式柱式削竹式喇叭口式适用 的围 岩条 件洞门周围 地形平缓地形地质条件 较好,洞口周 围开阔;积雪 地带易吹入雪特征易于施

40、工抗滑、抗倾 覆性能较 好可减少靠山 侧仰坡开挖 高度,一般与偏压衬砌配 合使用洞口受地形 限制,无法布置翼墙式洞 门模型板、 配筋较费 事,耗资较大模型板、配筋 较费事,耗资 大岩脚隧道进出口属V级围岩,比拟破碎,软弱,再综合考虑其他地质情况、地形条件、各种洞门形式的适用条件以与经济条件后,该隧道采用端墙式洞门形式。又由于洞门的边坡刷坡较大,故在洞门两侧修筑挡土墙。祥图见hs 5、6。333洞门构造与根底设置应遵循如下规定:1. 洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m,洞门端墙与仰坡之间水沟的 沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于 1.0m,洞门墙顶高出仰坡脚不小于0.5m。2. 洞门墙

41、应根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔;洞门墙的厚度可按计算或 结合其他工程类比确定。3. 洞门墙根底必须置于稳固地基之上,应视地形与地质条件,埋置足够的深度,保 证洞门的稳定。基底埋入土质地基的深度不应小于 1.0m,嵌入岩石地基的深度不应小于 0.5m; 基底标高应在最大冻结线以下不小于 0.25m;地基为冻胀土层时,应进展防冻胀处理。 基底埋置深度应大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。4. 松软地基上的根底,可采取加固根底措施。5. 洞门结构应满足抗震要求。第4章V级围岩衬砌结构计算与检算4.1 衬砌形式确定依据铁路隧道设计规 X之规定:“铁路隧道应作衬砌,根据隧道围岩地质条 件、施工条

42、件和使用要求可分别采用喷锚衬砌、整体式衬砌、复合式衬砌。本隧道是 按时速250km/m设计,内净空较大,故采用复合式衬砌。4.2 衬砌设计规定衬砌设计应符合如下规定:衬砌断面宜采用曲边墙拱形断面。1. 隧道围岩较差地段应设仰拱。仰拱曲率半径应根据隧道断面形状、地质条件、 地下水、隧道宽度等条件确定。路面与仰拱之间可采用混凝土或片石混凝土 填充。当隧道边墙底以下为整体性较好的坚硬岩石时,可不设仰拱。2. 隧道洞口段应设加强衬砌。加强衬砌段的长度应根据地形、地质和环境条件 确定。3. 围岩较差地段的衬砌应向围岩较好地段延伸510m4. 偏压衬砌段应向一般衬砌段延伸,延伸长度应根据偏压情况确定,一般

43、不小于10m4.3复合式衬砌复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌与中间夹防水层组合而成的衬砌形式。复合式衬砌设计应符合如下规定:1 初期支护宜采用锚喷支护,即由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形 式单独或组合使用。锚杆支护采用全长粘结锚杆。2. 二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构,衬砌截面宜采用连接圆 顺的等厚衬砌断面,仰拱厚度宜与拱墙厚度一样。3. 在确定开挖断面时,除应满足隧道净空和结构尺寸外,还应考虑围岩与初期 支护的变形,并预留适当的变形量。预留变形量的大小可根据围岩级别、断面大小、 埋置深度、施工方法和支护情况等,采用工程类比法预测。岩脚隧道的围岩等级为级围岩,所以预留变形

44、量设置为 60mm4 复合式衬砌可采用工程类比法进展设计,并通过理论分析进展验算。初期支 护与二次衬砌的支护参数可参照表 4-2选用,并应根据现场围岩监控量测信息对设计 支护参数进展必要的调整。表4-1岩脚隧道复合式衬砌设计参数围 岩 级 别初期支护二次衬砌厚度cm喷射混凝土厚 度cm锚杆m钢筋网钢架拱、墙混 凝土仰拱混 凝土拱部、边 墙仰 拱位置长度间距V25一拱、墙拱、墙 10X 10拱墙仰拱4545岩脚隧道为V级围岩,故按照上表中V级围岩的规定值进展计算。本次设计采用V级围岩进展二次衬砌结构计算与检算,采用ANSY软件进展计算。 地下结构的计算模型有两类,一类是以支护结构作为承载主体,围

45、岩作为荷载同时考虑其对支护结构的变形约束作用模型,称为荷载结构模型。另一类,视围岩为承 载主体,支护结构如此约束围岩向隧道内变形的模型,称为地层结构模型。荷载结构模型认为围岩对支护结构变形的约束作用是通过弹性支承来表现的, 而 围岩的承载能力如此在确定围岩压力和弹性支承的约束能力时间接地考虑。 地层结构 模型将支护结构与围岩视为一个整体,作为共同承载的地下结构体系。它符合当前的 施工技术水平,采用快速和早强的支护技术可以限制围岩的变形,从而阻止围岩松动 压力的产生,特别适用于新奥法施工的支护结构锚喷支护和复合式衬砌。 但在经 验不丰富时采用荷载结构模型,本次设计采用荷载结构模型计算。4.4模型

46、理想化441支护结构的理想化对于复合式衬砌,当喷层较薄如 5cm以下时,可以离散化为杆单元,当喷层 较厚如5cm以上时,可以离散化为梁单元;二次衬砌与整体式衬砌一样,离散化 为梁单元,喷层和二次衬砌之间用杆单元连接; 喷层和二次衬砌底面处理可按整体式 隧道衬砌底面处理。围岩的理想化对于复合式衬砌,由于喷层和二次衬砌之间设有防水层, 因此,它们之间只传递 法向力,不传递摩擦力,因此,喷层和二次衬砌之间的作用可用法向杆单元来模拟。外荷载理想化等效节点荷载隧道支护结构所承受的外荷载,除了结构的自重外,主要就是围岩压力,这里要 着重指出的,就是在确定围岩压力的大小和分布规律时, 除了根据围岩的级别外,

47、还 必须根据地质构造、施工方法等多种因素综合考虑。由于在有限元分析中,认为作用在隧道结构上的外荷载和内力都通过节点进展传 递。所以隧道结构理想化的另一个重要内容,就是将作用在单元中间的荷载,无论是分布荷载或是集中荷载都应置换成作用在单元节点上的荷载,称为节点荷载。在进展有限元分析时,严格的说,应按静力等效的原如此进展置换,即节点荷载所作的虚功 应等于单元上荷载所做的虚功。但在实际中,也常按简支分配的原如此进展置换。如 要将竖向匀布荷载q置换为节点荷载,就可按下面的方法进展:节点荷载等于匀布荷 载的集度q乘上节点相邻两单元水平投影的一半,再乘上隧道结构的计算宽度b,平面应变问题中,b常取等于1。

48、但对拱脚节点荷载,就只将剩下的半个单元长的分布 荷载作为集中力移至拱脚节点上,而又常略去迁移力时所产生的力矩。444单元和节点编号,边界条件在有限元分析中,为了能使计算机自动地有条不紊地进展计算,必须对结构的离散单元和节点进展编号。单元和节点的划分与编号,应注意以下几点;1 每个节点都要编号,节点编号从 1开始,连续编号,中间不能连续。2 每个单元也要编号,单元编号从 1开始,连续编号,中间不能连续。3个单元内不能包含有两种不同的材料特性。4抗力系数变化点、截面厚度变化点、集中荷载作用点、匀布荷载变化点等都 应设置一个节点。5. 与第i号节点连接的弹簧,即为第i号弹簧单元,与第j号节点连接的基

49、底, 即为第j号基底单元。444.2 边界条件无论何种隧道支护结构系统,都有一定的位移边界条件。所谓边界条件就是通常 所说的结构支承方式。此处用一刚性链杆加以约束,模拟围岩的弹簧都必须正好设置 在相互作用的区域内,弹簧的底座都是固定不动的,以上这些就是隧道支护结构分析 时的边界条件。4.5荷载计算与二次衬砌计算深浅埋段确实定宽度影响系数:w 1 i(B 5)10.1(8.8 5)1.35荷载等效高度:h 0.45 2s 10.45 25 1 1.35 12.6m浅埋隧道分界深度:H p 2h 25.2m由此可知:本隧道洞门段的V级围岩属于浅埋隧道,其余属于深埋隧道4.5.2 V级围岩衬砌结构计

50、算:计算作用在衬砌结构的主动荷载。作用在结构上的荷载形式为均布竖向荷载q和均布水平侧向荷载e,其侧压系数为0.15,即e 0.15 q荷载等效高度ha 0.41 1.79s 0.41 1.795 7.5344kpa二次衬砌的荷载按全部荷载的50%考虑:2均布竖向荷载:q ?ha?50% 20 7.3544 50% 75.344kN/m均布水平侧向荷载:e 0.15q11.3016kN/m2计算简图变形图3TEP=1=1T IME-1H1E1JMIN =-AS428ELEH=1CElLEH-lANJTJ 22 00718; 07; 10弯矩图x_-141 丄 JL-S47631S87476161

51、1011793ZO4Z8ANJin 22 zo71$;帖;托L INE珥宓333TEP=13E =1T IME=1If IMJ血丄 ELEH=4IUM - 1-1J647ELEIf 书 2-326641-285975-2453101-04645-163979-30630S-Z6S643一2仝4977-1S43丄2-143547轴力图ANJTJH 22 20070苹;QO-42810-Z3783-33297=142 70-47571427047S72378333297gs-H-l 342810LINE3TEP=15E =1T IME-1Q1QJMIN =-42ftlOELEH=S3M 菇=4E9

52、XQ剪力图4.521截面检算d 0.45m, 0.45d0.45 0.45 0.203mMmax 75847N m , N max 43977 N0.1720.45d0.203m439772e 0.172 0.2d0.09m,按抗拉控制检算2KN(6e d) 1.75 RLbd4-1式中K 安全系数,由规X查得;N 轴向力KN;E轴向力偏心矩;d 截面厚度;构件纵向弯曲系数,对于贴壁式隧道衬砌、明洞拱圈与墙背严密回填的边墙,可 取 1,对于其它构件,应根据其长细比按规 X选用;Rl 混凝土的抗拉极限强度,按规 X采用;b截面宽度m。本设计中相关取值如下:K 2.4,N439772,e0.172

53、,d0.45,1 Rl 2.0, b 1KN (6e d) 2.4 439772 (6 0.1720.45)614273.523N m1.75 Rbd21.75 1 2.0 1061 0.452708750N m经检算,KN (6e d) 1.75 RLbd2,满足条件。第5章 其他洞内附属设施设计5.1防排水设计在铁路隧道质量检验评定标准中, 隧道渗漏水对工程质量评定影响极大。 它直接 影响到隧道外观质量、机电通讯设施的正常运行与行车安全, 由于排水不畅,地下水 压力还会加大隧道衬砌结构受力, 影响到隧道衬砌结构的营运安全, 对黄土与软岩隧 道,它还会改变围岩的力学特性,影响隧道衬砌结构稳定,因此,防排水设计的好坏 关系到隧道工程的成败。5.1.1 一般规定1、隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合,因地制宜,综合治理的原如此,保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行

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