首阳山隧道拆换拱变更设计说明

1、新建铁路兰州至重庆线兰州至广元段首阳山隧道拆换n类变更设计中铁第一勘察设计院集团有限公司2015年7月 西安 TOC o 1-5 h z 一、工程概况1（一）概况1（二）拆换变更梳理概况 1二、变更设计依据1三、设计概况1（一）工程地质1（二）水文地质概况 3（三）结构设计3四、变更设计原因4五、变更设计情况6（一）n类变更设计段落统计 6（二）拆换段揭示的地质状况 6（三）变更设计结构设计情况 6六、设计变更数量9七、拆换II类变更投资增减情况 9（一）编制范围1.0（二）编制依据1.0（三）编制原则1.0（四）概算总额及技术经济指标 1.0（五）附表10八、附件1Q新建铁路兰州至重庆线兰州

2、至广元段首阳山隧道拆换拱n类变更设计一、工程概况（一）概况隧道位于渭源县莲峰镇境内黄土高原区，穿越中低山区，地表高程 22602420m总体地形北低南高，地形陡峻，自然坡度大于45度，沟壑交织，零星分布李家岔等村庄。隧道进口位于石门水库东侧约400m处，为蒲川河右岸山前缓坡带，与莲峰镇至石门水库简易公路较近，交通条件 一般，洞身地表仅局部冲沟有便道与莲峰至古迹坪简易公路相连，交通条 件差，总体交通条件较差。隧道起讫里程为DK137+214DK141+019全长3805m 隧道进口位于 R 6000m出口位于R-4500m的曲线段上，其余地 段均位于直线上。线路纵坡依次为 12.8%。、13%。

3、、12.8 %。的单面上坡。（二）拆换变更梳理概况首阳山隧道拆换II类变更共8项，合计150m共增加金额为 万元。 二、变更设计依据1、原铁道部关于印发铁路建设项目变更设计管理办法 的通知（铁 建设2012253 号）。2、兰渝铁路公司关于委托编制兰渝铁路变更设计的函（兰渝铁工管函2015号）。3、建设、设计、监理、施工四方会勘纪要。三、设计概况（一）工程地质根据现场调查及各类勘察揭示，隧道通过范围内地层按新老顺序主要为第 四系全新统洪积沙质黄土、细圆砾土，粗圆砾土；第四系上更新统风积砂质黄土；下伏下第三系砾岩夹砂岩；详述如下：1、第四系全新统1）砂质黄土（ Qpl3）;主要分布于沿线冲沟地表

4、，层厚15m,局部呈1新建铁路兰州至重庆线兰州至广元段首阳山隧道拆换拱n类变更设计透镜体状分布于粗颗粒土层中，层厚 12m, 土黄色或褐黄色，土质不均， 夹少量砾石，稍湿一饱和，稍密一中密，级普通土，稍湿、潮湿层（7 0=150 kPa,饱和层 120kPa。2）细圆砾土（Q/6）:分布于沿线较大冲沟内，厚度18m,灰色为主， 颗粒成分主要为砾岩和灰岩，粒径 220mm约占4560%大于20mm勺占 3035%杂砂土充填，潮湿一饱和，稍密一中密，级普通土，（T 0=400kPa3）细圆砾土（Q4dl6）：主要分布于出口坡面，层厚13m,灰色及灰白 色，颗粒成分主要为砾岩和白云岩， 粒径220m

5、m约占20%大于20mm勺 占35%杂砂土充填，潮湿，稍密一中密， 级普通土， （T 0=400kPa4）细圆砾土（ Q4d16）：分布于沿线较大冲沟内，层厚17m,浅黄色， 颗粒成分主要为砾岩和石英岩， 粒彳至20 40mm约占20%-35% 4060mm 约占20% 30%大于60mmi勺占5%- 10%杂砂土填充，潮湿一饱和，稍 密一中密，级硬土， （7 0=450 kPa。5）细圆砾土（Q4d16）：主要分布于出口坡面，层厚28m,灰黄色，颗 粒成分主要为砂岩和石英岩粒径 20 40mm约占30%,4060mm约占35%, 大于60mm约占20%,杂砂土充填，潮湿，稍密一中密， 级硬土

6、，（T 0=450kPa。2、第四系上更新统1）砂质黄土（ Q3eo13）：广泛分布于山体表层，层厚 05m不等，土黄 色，土质均匀，稍湿一潮湿，稍密一中密，（。级普通土，（T0=150kPa3、下第三系1）砾岩夹砂岩（ECg+Ss）:广泛分布于工点范围内底部，棕红色、紫红 色、局部铁锈色。多呈砾岩和砂岩互层状，砾岩颗粒成分以砂岩和灰岩、 石英岩等为主，粒径一般20100mm,泥质胶结，中厚层状构造，砂岩为新建铁路兰州至重庆线兰州至广元段首阳山隧道拆换拱n类变更设计粉细粒结构，泥质胶结为主，层状构造。岩体较完整，成岩作用差，岩层 产状为N3088 W/615 S,节理较发育，一般发育23节理；

7、强风化一 弱风化，强风化层，级硬土， (0=300kp0,弱风化层， 级软石，=450kPa。(二)水文地质概况该隧道通过区地表冲沟发育，较大规模的约有 7条冲沟，常年流水仅 有2条沟，沟水流量随季节变化大。本区地下水类型为第四系松散层孔隙潜水和基岩裂隙水。隧道区为基 岩 裂隙水弱富水段，岩体的风化、构造裂隙、节理及层理等较发育，连 通性较好，为地下水的储存和运移提供了条件，地下水补给水源主要为大 气降水，局部地段为地表水入渗补给为主，地下水化学类型为HCO3Ca型及HCO3 SO42-Ca型水，矿化度为 0.3720.382/l无侵蚀性 CO2, CL- 及SO42-对混泥土无腐蚀性，隧道正

8、常涌水量2352.01m3/d,可能最大涌水量 5880.03m3/d。(三)结构设计1、隧道正洞衬砌结构按喷锚构筑法要求进行设计，采用曲墙复合式 衬砌，初期支护采用喷锚支护，喷混凝土采用 C25喷混凝土。衬砌及支护 设计参数详见下表。首阳山隧道设计支护参数表围岩 级别预留变 形量 (cm)初期支护超前支护二次衬砌衬砌钢筋喷混凝土锚杆钢筋网钢架施作 部位厚度(cm)设置 部位长度 (m)环X 纵间 距(m)设置 部位网格 间距 (crnj)设置 部位钢架 类型纵向 间距 (m)支护 种类设置 部位环向 间距 (m)拱墙 (cm)仰拱(或 底板)(cm)主筋(环)架立 筋(纵)箍筋m58拱 墙1

9、2拱 墙3.01.2 X1.5小6拱部25X254045IV810拱 墙23拱 墙3.51.2 X1.2小6拱墙20X20拱 墙2 22格栅1.2小 导 管拱 部0.54550IV加810拱 墙25、15拱 墙3.51.2 X1.2小6拱墙20X20拱 墙工18型钢1.0小 导管拱 部0.54550V1015拱 墙 仰 拱27、25拱 墙4.01.2 X1.0小8拱墙20X20全 断 面工20b0.8小 导 管拱 部0.450*555（1）22小14小8V加1015拱 墙 仰 拱27、25拱 墙4.01.2 X1.0小8拱墙20X20全 断 面工20b0.6小 导 管拱 部0.450*555（

10、1）22小14小8VI1015拱 墙 仰 拱30、27拱 墙4.01.0 X1.0小8拱墙20X20全 断 面工20b0.5小 导管拱 部0.455*605（1）22小14小8注：1、围岩级别栏中下角标“加”表示加强段，无角标表示深埋；2、拱部采用6 25中空锚杆，边墙采用 22全螺纹砂浆锚杆；3、二次衬砌栏中上角标*表示钢筋混凝土，无角标表示模筑混凝土。新建铁路兰州至重庆线兰州至广元段首阳山隧道拆换拱n类变更设计2、铁路隧道混凝土结构耐久性根据设计使用年限 100年，环境条件 和作用等级为T1,并满足高性能混凝土有关技术要求。混凝土的抗渗等级 采用P8;混凝土 56d抗冻等级不小于F300;

11、混凝土强度等级低于C30时, 其56d电通量应小于2000C;混凝土强度等级为 C38C45时，其56d电通 量应小于1500c四、变更设计原因变更设计地质原因主要体现在高地应力、岩体完整程度、岩石物理力 学性质、受区域地质构造影响程度、岩层产状、地震、大气降水及地下水 等多方面，详述如下：1、高地应力隧道位于区域高地应力区，洞身最大水平主应力值为5.16 12.61MPa,最小水平主应力值为 3.37.7MPa,最大水平主应力方向为 N43 WN58 W与隧道洞轴线方向（N39 W小角度相交，大断面开挖 后，收敛变形大，属高地应力软岩大变形。2、岩体完整程度变化大原勘察地质调绘、物探以及钻探

12、揭示该段以三叠系板岩为主，节理较 发育，岩体较完整-较破碎，层间结合紧密，实际开挖揭示板岩受构造影4新建铁路兰州至重庆线兰州至广元段首阳山隧道拆换拱n类变更设计响较重，岩体仅局部较完整，大部分较破碎 -破碎，且有弯折、扭曲及揉 皱现象，板理间结合力较差，并多夹有软弱泥化夹层，加之节理、裂隙发 育，节理面多有泥质充填，造成岩体完整性变化频繁，多呈层状、碎石、 块石状结构，局部受构造影响严重段，岩体破碎-极破碎，呈角砾、粉末状。3、岩石物理力学性质差围岩以薄层状为主，变余泥质、钙质结构，变余泥质结构板岩单轴饱 和抗压强度较低，一般为 4.3917.7MPa,属于软岩、较软岩，而钙质结 构板岩单轴饱

13、和抗压强度一般 22.7 36.3MPa,属较软岩、硬岩。岩石软 硬不均，层间结合差，影响围岩整体稳定性。4、岩体受区域地质构造影响较重该套地层分布于区域合作一岷县断裂带（F3）、舟曲一金厂一石峡断 裂带（F4）之间，受构造影响较重，岩层多有揉皱变形现象，节理、裂隙 较发育-发育，多处分布层间挤压破碎带或泥化夹层。5、岩层产状该段受构造影响，岩层扭曲变形，产状多变，走向与洞轴线夹角较小 或基本一致，对围岩稳定性影响较大，边墙自稳能力差。6、5.12汶川地震现今强烈的差异性构造活动导致了多次大地震的发生，如5.12汶川地震后据统计共发生5.0级以上的地震19次，对区域内岩体工程性质的 影响极大。

14、地震中地应力的释放，导致不均质的弹塑性岩体体积扩展、岩 石拉裂、结构面张开，尤其是断带附近的岩体，会不同程度的进一步碎裂 化，使岩体的完整性变差；同时基岩裂隙水渗透空间的扩大，更加恶化了 围岩的地质条件。止匕外，山体对地震波的放大作用还进一步加剧了地震地新建铁路兰州至重庆线兰州至广元段首阳山隧道拆换拱n类变更设计质效应。五、变更设计情况（一）II类变更设计段落统计首阳山隧道拆换n类变更段落如下表:序号工点名称起点里程终点里程长度（吊备注1首阳山隧道DK137+234.0DK137+240.06.02首阳山隧道DK137+253.0DK137+272.019.03首阳山隧道DK137+749.0

15、DK137+768.019.04首阳山隧道DK137+790.0DK137+810.020.05首阳山隧道DK137+546.0DK137+564.018.06首阳山隧道DK137+590.0DK137+610.020.07首阳山隧道DK137+763.0DK137+792.029.08首阳山隧道DK137+961.0DK137+980.019.0（二）拆换段揭示的地质状况1、首阳山隧道 DK137+23分DK137+24听换段DK137+23分DK137+24股揭示地层为砾岩夹砂岩，砾岩和砂岩互层,砾岩颗粒成分以砂岩和灰岩、石英岩等为主，砂岩以粉细粒结构，泥质胶 结为主，层状构造。成岩作用差

16、。2、首阳山隧道 DK137+253-DK137+27淅换段DK137+253- DK137+27锻揭示地层为砾岩夹砂岩，节理较发育，岩体 多被挤压呈碎石状，围岩自稳能力差。新建铁路兰州至重庆线兰州至广元段首阳山隧道拆换拱n类变更设计3、首阳山隧道 DK137+749-DK137+76昕换段DK137+74*DK137+76殷开挖揭示围岩为砾岩夹砂岩，岩体稳定性较 差，拱部有夹层，受构造作用影响较重，节理较发育。4、首阳山隧道 DK137+790-DK137+81听换段DK137+790- DK137+810段开挖揭示围岩为砾岩夹砂岩，节理裂隙发 育，开挖后拱部有掉块。5、首阳山隧道 DK13

17、8+546DK138+564W换段DK138+546 DK138+56锻初支开裂严重，局部初支出现混凝土掉块、 钢架扭曲现象。6、首阳山隧道 DK138+590-DK138+61听换段DK138+590- DK138+61股初支开裂严重，局部初支出现混凝土掉块、 钢架扭曲现象。7、首阳山隧道 DK140+763-DK140+79淅换段DK140+763- DK140+79锻揭示地层为砾岩夹砂岩，节理较发育，岩体 多被挤压呈碎石状，围岩自稳能力差，拱顶有渗水。DK140+763-DK140+770 为V级加强围岩、DK140+770- DK140+79妫VI级围岩。8、首阳山隧道DK140+96

18、HDK140+98听换段DK140+96HDK140+98股揭示地层为砾岩夹砂岩，砾岩和砂岩互层， 节理发育，层状构造，成岩作用差。新建铁路兰州至重庆线兰州至广元段首阳山隧道拆换拱n类变更设计（三）变更设计结构设计情况首阳山隧道拆换拱n类变更拆换前后支护措施见下表。首阳山隧道拆换前后支护参数表序 号工程段落长度 （m）围岩 级别拆换前支护参数拆换后支护参数备注1DK137+234DK137+2406.0V +拱部设42超前小导管并预注浆， 长4m 环向间距 40cm；全环喷射 C25碎，厚27cm；全环采用工 20b 型钢钢架，间距1板0.6m；拱墙设 置8钢筋网；边墙采用 22砂浆 锚杆，长

19、4.0m,间距1.2 x 1.0m； 锁脚采用长4.0m22锚杆。拱部设42超前小导管并预注浆， 长4m,环向间距 40cm；全环喷射C25碎，厚27cm；全环采用工 20b 型钢钢架，间距1板0.6m；拱墙设 置8钢筋网；边墙采用 22砂浆 锚杆，长4.0m,间距1.2 x 1.0m； 锁脚采用长4.0m22锚杆；拱墙 设长4.0m径向注浆管，间距 1.2m x 1.2m （环x纵）2DK137+25”DK137+27219.0IV +拱部设42超前小导管并预注浆， 长4m 环向间距 50cm；全环喷射 C25碎，厚25cm；全环采用工18型 钢钢架，间距1根/1.0m ；拱墙设置 6钢筋网

20、；边墙采用 22砂浆锚 杆，长4.0m,间距1.2 x 1.2m；锁 脚采用长4.0m22锚杆。拱部设42超前小导管并预注浆， 长4m,环向间距 50cm；全环喷射 C25碎，厚25cm；全环采用工 20b 型钢钢架,间距1板/0.8m ;拱墙 设置6钢筋网；边墙采用 22砂 浆锚杆，长4.0m,间距1.2 x 1.2m； 锁脚采用长4.0m22锚杆；拱墙设长4.0m径向注浆管，间距 1.2m x 1.2m （环x纵）3DK137+74”DK137+76819.0V拱部设42超前小导管并预注浆， 长4m 环向间距 50cm；全环喷射 C25碎，厚25cm；全环采用工 20b 型钢钢架，间距1根

21、/0.8m ;拱墙设 置6钢筋网；边墙采用 22砂浆 锚杆，长4.0m,间距1.2 x 1.2m； 锁脚采用长4.0m22锚杆。拱部设42超前小导管并预注浆， 长4m,环向间距 50cm；全环喷射 C25碎，厚25cm；全环采用工 20b 型钢钢架,间距1板/0.8m ;拱墙 设置6钢筋网；边墙采用 22砂 浆锚杆，长4.0m,间距1.2 x 1.2m； 锁脚采用长4.0m22锚杆；拱墙设长4.0m径向注浆管，间距 1.2m x 1.2m （环x纵）4DK137+790-DK137+81020.0V拱部设42超前小导管并预注浆， 长4m 环向间距 40cm；全环喷射 C25碎，厚30cm；全环

22、采用工 20b 型钢钢架，间距1根/0.8m ;拱墙设 置8钢筋网；边墙采用 22砂浆 锚杆，长4.0m,间距1.2 x 1.0m； 锁脚采用长4.0m22锚杆。拱部设42超前小导管并预注浆， 长4m,环向间距 40cm；全环喷射 C25碎，厚30cm；全环采用工 20b 型钢钢架,间距1板/0.8m ;拱墙 设置8钢筋网；边墙采用 22砂 浆锚杆，长4.0m,间距1.2 x 1.0m； 锁脚采用长4.0m22锚杆；拱墙 设长4.0m径向注浆管，间距 1.2m x 1.2m （环x纵）5DK138+546-DK138+56418.0V +拱部设42超前小导管并预注浆，长4m 环向间距 40cm

23、；全环喷射 C25碎，厚27cm；全环采用工 20b型钢钢架，间距1板0.6m；拱墙设 置8钢筋网；边墙采用 22砂浆 锚杆，长4.0m,间距1.2 x 1.0m； 锁脚采用长4.0m22锚杆。拱部设42超前小导管并预注浆，长4m,环向间距 40cm；全环喷射C25碎，厚27cm；全环采用工 20b型钢钢架，间距1板0.6m；拱墙设 置8钢筋网；边墙采用 22砂浆锚杆，长4.0m,间距1.2 x 1.0m；锁脚采用长4.0m22锚杆；拱墙 设长4.0m径向注浆管，间距 1.2m x 1.2m （环x纵）6DK138+590-DK138+61020.0V +拱部设42超前小导管并预注浆，长4m

24、环向间距 40cm；全环喷射 C25碎，厚27cm；全环采用工 20b型钢钢架，间距1板0.6m；拱墙设 置8钢筋网；边墙采用 22砂浆 锚杆，长4.0m,间距1.2 x 1.0m； 锁脚采用长4.0m22锚杆。拱部设42超前小导管并预注浆，长4m,环向间距 40cm；全环喷射 C25碎，厚27cm；全环采用工 20b 型钢钢架，间距1板0.6m；拱墙设 置8钢筋网；边墙采用 22砂浆 锚杆，长4.0m,间距1.2 x 1.0m； 锁脚采用长4.0m22锚杆；拱墙设长4.0m径向注浆管，间距 1.2mx 1.2m （环x纵）7DK140+76”DK140+79229.0VI拱部设42超前小导管

25、并预注浆，长4m 环向间距 40cm；全环喷射 C25碎，厚30cm；全环采用工 20b型钢钢架，间距1板0.6m；拱墙设 置8钢筋网；边墙采用 22砂浆 锚杆，长4.0m,间距1.0 x 1.0m； 锁脚采用长4.0m22锚杆。拱部设 42超的小导管并预注浆， 长4m,环向间距 40cm；全环喷射C25碎，厚27cm；全环采用工 20b 型钢钢架，间距1板0.6m；拱墙设 置8钢筋网；边墙采用 22砂浆 锚杆，长4.0m,间距1.0 x 1.0m； 锁脚采用长4.0m22锚杆；拱墙 设长4.0m径向注浆管，间距 1.2m x 1.2m （环x纵）58DK140+961DK140+98019.

26、0V +拱部设42超前小导管并预注浆， 长4m 环向间距 40cm；全环喷射 C25碎，厚27cm；全环采用工 20b 型钢钢架，间距1板0.6m；拱墙设 置8钢筋网；边墙采用 22砂浆 锚杆，长4.0m,间距1.2 x 1.0m； 锁脚采用长4.0m22锚杆。拱部设42超前小导管并预注浆， 长4m,环向间距 40cm；全环喷射 C25碎，厚27cm；全环采用工 20b 型钢钢架，间距1板0.6m；拱墙设 置8钢筋网；边墙采用 22砂浆 锚杆，长4.0m,间距1.2 x 1.0m； 锁脚采用长4.0m22锚杆；拱墙设长4.0m径向注浆管，间距 1.2m x 1.2m （环x纵）5新建铁路兰州至重庆线兰州至广元段首阳山隧道拆换拱n类变更设计六、设计变更数量1、首阳山隧道拆换变更设计工程数量如下表。首阳山隧道拆换变更设计工程数量表序号工程部位及材料单IV级V级VI级合计1围岩长度m19109221502钢架板数根32166372353施 作 的 初 期 支喷混凝土网喷C25混凝土m315772819910834小8钢筋kg2166102172495148785I20b型钢钢架工20b型钢kg27573120519328351809276连接钢筋22 HRB335钢筋kg15877013231410914