高铁长边隧道毕业设计

第一章绪论1.1课题研究的目的、意义实现高速铁路隧道修建技术的创新与突破，是当前中国铁路技术进步的重要课题之一。截至2015年底，我国已成功修建了7500多座、总长超过4300km的铁路隧道，隧道数量和总长度均居世界前列。“十二五”期间，我国将修建超过3000km的铁路隧道，其中客运专线隧道超过1000km。现阶段正是我国大力修建高速客运专线的时候,在建的有哈大线、京沪线、合武线、石太线、郑西线、武广线等。由此可见，隧道在山区铁路线上的作用。1.2国内外发展现状我国现阶段对于铁路隧道的研究虽然已经走在了世界的前列，但是要与日本的青函隧道（目前世界最长的铁路隧道，全长53.9km，海底长度23.3km）和英法海底隧道（世界第二长的铁路隧道，长度50.5km，海底长度37.9km）相比我国还有一定的差距。对于隧道的设计与计算理论的发展，其中支护结构体系是隧道设计的最重要的组成部分，多年来，隧道支护体系系统的设计经历了结构从单一到多样，计算从简到繁，从经验设计逐步上升到理论分析等阶段。新奥法（NATM）的出现将喷锚支护的作用提高到一个新的理论高度，并迅速在各项地下工程中广泛采用。我国在20世纪60年代中期开始采用以后，逐渐取代了耗费大量木材的木支撑。我国又在70年代末，开始用格栅或钢拱支撑加喷混凝土以提高支护的强度和刚度。随着不良地层施工技术的发展，小导管注浆等超前预支护和地层加固技术已广泛应用。意大利、日本等国把管棚、旋喷拱、预支护（预切槽）称作先进的预支护技术。管棚在我国已经成功推广，旋喷拱和预切槽正在研究实验阶段。1.3论文研究的主要内容(1)认识长边隧道工程地质条件、水文地质条件、在此基础上利用荷载-结构法进行荷载计算，包括内力计算、结构配筋、裂缝检算。(2)制定区间隧道总体施工方案，包括施工方案、施工总体部署。(3)制定区间隧道结构施工方法、施工工艺。(4)防水设计。(5)监控量测设计。1.4长边隧道工程概况1.4.1工程概况该隧道位于颜盾镇长边村，属低山丘陵地貌，地形起伏较大，地面高程为19.6-91m，区间最高点为大寨尾主峰，高程91.90m，最低点为隧道进口附近的鱼塘，高程8.50m，相对高差83.4m，自然坡度10-45度，偶见陡坎，山体覆盖层较薄，植被发育良好，出口左侧为一机装厂，乱挖比较严重，隧道进出口附近分布村庄，进出口仅有小路可达，交通条件差。该隧道区属亚热带海洋性季风气候区，常年气候温和湿润，阳光充沛，年平均气温21.1度。年平均降水量1763.9mm，四至九月暴风雨较为集中，为汛期，将于量占全年的百分之八十左右，沿线各地每年不同程度受台风袭击，7-9月台风威胁最大。该隧道设计进口里程SDK1+010，出口设计里程为SDK1+861，隧道中心里程SDK1+435.5，隧道全长851m。1.4.2地层岩性区内地层由新到老依次出露有：第四系全新统坡残积层（Q4dl+el)，下伏燕山早期侵入花岗闪长岩（γ52（3）），各地层分述如下：<15-2>粉质黏土（Q4dl+el)：褐黄色、灰黄色，硬塑，成份以黏粉粒为主，含有15%中粗砂，黏性一般。主要分布在隧道区域表层，属Ⅱ级普通土，C组填料。<17-1>花岗闪长岩W4（γ52（3））：全风化，褐红色、灰黄色，原岩结构已破坏，岩芯呈土柱状，矿物以长石、石英为主、含少量黑云母，除石英矿物外，其他矿物基本分化成黏土状，遇水易软化、崩解，属Ⅲ级硬土，C组填料。<17-2>花岗闪长岩W3（γ52（3））：强风化，灰黄色、灰褐色，中粒结构，块状构造，主要矿物成分由石英、长石、角闪石及少量黑云母等组成，裂隙很发育，岩芯呈碎块状，锤击易碎，属Ⅳ级软石，A组填料。<17-3>花岗闪长岩W2（γ52（3））：弱风化，灰白色，中粒结构，块状构造，岩质新鲜，成分以长石、石英、角闪石为主，岩体裂隙较发育，岩芯呈柱状，锤击声较脆，较难碎，岩体完整程度为较破碎，属Ⅴ级次坚石，A组填料。1.4.3水文地质条件（1）地表水测区地表水主要为冲沟水，多为季节性冲沟，主要接受大气降水补给，地表水多沿沟槽排泄，沟槽内地表水流量随季节变化，雨季时较大，可增大数倍。（2）地下水地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水。测区表层第四系覆盖层较薄，以粉质黏土为主，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；地下水主要为基岩裂隙水，赋存于花岗闪长岩的裂隙中，主要接受大气降水及地下水侧向补给，水量变幅较大，由于上覆粉质黏土为较好的隔水层，地形坡度较大，大气降水多沿坡面往下径流，入渗水量较小，基岩裂隙水发育程度受基岩风化程度、裂隙发育程度、裂隙贯通性的影响，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。地下水运动主要受地形、地貌控制。1.5工程地址条件评价隧道洞身主要穿越燕山早期侵入花岗闪长岩，总体上岩体节理、裂隙一般发育，侧壁基本稳定。局部地段岩体较碎，裂隙发育，可能发生掉块，岩崩等病害，裂隙发育段有利于地下水的聚居，隧道施工中可能出现涌水，其中DK9+310～DK9+420为小凹槽，为雨水重要汇集排泄区域，凹槽最低埋深约22.3m，地面横坡约23%。地表植被较发育岩层，岩土层强度较低，遇水可能发生软化，崩解，工程地质条件一般。1.6设计原则及有关技术指标(1)主要构件的使用年限为100年。根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，采取有效措施，保证结构刚度、强度，满足结构耐久性要求(2)根据工程地质和水文地质条件，结合周围地面建筑物，地下构筑物状况，通过对技术、经济、环保及使用功能的综合比较，合理选择结构形式。(3)结构设计应满足施工、运营、环境保护、防灾等要求。(4)结构的净空尺寸除应满足建筑限界要求外，尚应考虑施工误差、测量误差、结构变形和沉陷等因素。(5)断面形状和衬砌形式应根据工程地质及水文地质、埋深、施工方法等条件，从地层稳定、结构受力合理和环境保护等方面综合确定。(6)隧道结构按结构“破损阶段”法，以材料的极限强度进行设计。(7)施工引起的地层沉降应控制在环境条件允许的范围内。(8)隧道建设应尽量考虑减少施工中和建成后对环境造成的不利影响。(9)设计中除参照毕业设计指导书外，尚应符合《铁路隧道设计规范》或《地铁设计规范》等相关国家现行的有关强制性标准的规定。(10)隧道主体工程等级为一级、防水等级为二级，耐火等级为一级。(11)隧道结构的抗震等级按二级考虑，按抗震烈度8度设防。(12)结构设计在满足强度、刚度和稳定性的基础上，应根据地下水位和地下水腐蚀性等情况，满足防水和防腐设计要求。当结构处于有腐蚀性地下水时应采取抗侵蚀措施，混凝土抗侵蚀系数不低于0.8。(13)在永久荷载基本荷载组合作用下，应按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响进行结构构件裂缝验算。二类环境混凝土构件的裂缝宽度(迎土面)应不大于0.2mm，一类环境(非迎土面及内部混凝土构件)混凝土构件的裂缝宽度均应不大于0.3mm。当计及地震、人防或其它偶然荷载作用时，可不验算结构的裂缝宽度。(14)混凝土和钢筋混凝土结构中用混凝土的极限强度应按规范采用。区间隧道衬砌采用钢筋混凝土时其混凝土强度不应低于C30。(17)喷射混凝土强度等级不得小于C20。C20喷射混凝土的极限强度可采用：轴心抗压15MPa，弯曲抗压18MPa，抗拉1.3MPa，弹性模量为22GPa。喷射混凝土与地层的粘结力不低于0.5MPa。(注：喷射混凝土的强度等级指采用喷射大板切割法，制作成边长为10cm的立方体试块，在标准实验方法所得的极限抗压强度乘以0.95的系数；喷射混凝土与地层的粘结强度可采用预留试件拉拔法或钻心法。)1.7设计遵循的规范(1)《隧道工程》中国铁道出版社(2)《铁路路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）(3)《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）(4)《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）(5)《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）(6)《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）(7)《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）(8)《标准轨距铁路建筑限界》（GB146.2-83）(9)《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设【2005】1号）(10)《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》（TB10108-2002）(11)《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）(12)《铁路隧道防排水技术规范》（TB10119-2000）(13)《铁路混凝土工程施工技术指南》（TZ210-2005）(14)《铁路隧道运营通风设计规范》（TB1）(15)《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》（TB10424-2003）第二章隧道洞口设计2.1隧道洞口位置及形式选择2.1.1洞门位置选择一般应依据具体工点的地形、地质、水文等条件，结合工程施工安全、环境保护要求、洞口相关工程加以全面研究，综合比较其经济、技术上的合理性和安全性。同时注意在城镇附近或与公路交叉的地段应与周围景观和交叉方式相协调。1根据地形条件选择洞口位置隧道进出口线路中线应力求与地形等高线相垂直。（以减少工程量，有利于施工）。当斜交角较大时，且岩层整体性较好、无不良地质现象时，可采用斜交进洞，松散地层中不宜采用斜交洞口。傍山隧道洞口，靠山一侧边坡较高时，看是否有塌方、落石病害发生，如有应早进洞或接长明洞；对堑坡外自然坡面的稳定性要认真调查（必要时防护），特别注意洞口段的地层情况及覆盖厚度（是否受偏压）。防止坍顶和破坏山体的稳定。在漫坡地形选择洞口时，考虑洞外路基填、挖方情况，排水条件、有利于快速施工条件。结合少占农田，改土造田等要求。隧道位于城镇、风景区附近时，尽量少做长拉沟进洞，可适当延长明洞为宜。桥隧紧接，应考虑洞口与桥跨布局，结构处理的整体性，不能忽视桥隧工程施工相互干扰的因素。2根据地质条件选定洞口位置：洞口位置应选择在坡面稳定、地质条件较好、无不良地质现象处。不应在山体不稳或有明显偏压、滑坡、崩坍、松散堆积体、泥石流沟等地段进洞。当岩层倾斜，层理、片理结合很差或存在软弱结构面时，不宜大挖，避免斩断岩脚，以防止顺层滑动或塌方。宜尽量早进洞或设明洞引进。不能避开堆积层进洞时（不宜采用清方的办法缩短洞口）必要时接长明洞。洞口为软岩或软硬岩互层时，应适当降低边仰坡高度，以减少风化暴露面，同时对软岩坡面可作适当的防护。2.1.2洞门形式的选择洞门形式的选择应适应地形、地质的需要，同时考虑施工方法和施工需要。一般地形等高线与线路中线斜交角度在45°～65°之间，地面横坡较陡，地质条件好，无落石掉块现象时，可选择斜交洞门；当斜交角度大于65°时，地面横坡较陡，或一侧地形凸出，可考虑用台阶洞门；当斜交角度小于45°时，地面横坡较陡，边仰坡刷方较高，有落石掉块掉块威胁运营安全时，考虑接长明洞。2.1.3洞门确定从纵断面图上看出洞口接近岩脚，土层稳定性差，围岩易坍塌，故采用带耳墙式洞门。从本隧道进口地形平面图可见地形等高线与线路中心斜交角小，地面横坡较缓，在进口位置选择上主要考虑边仰坡稳定及土石方量大小，确定进出口洞纵断面图和横断面图。进洞采用斜切式，出洞采用柱式。2.2隧道洞门设计及强度、稳定性检算2.2.1洞门稳定性及强度检算：进出口洞门的检算：检算柱时取洞门端墙前之翼墙宽1m（注柱比较宽，可以考虑单位宽度）的条带“Ⅰ“，按挡土墙检算偏心、强度及稳定性。检算端墙与翼墙共同作用部分“Ⅱ“的滑动稳定性。柱式洞门稳定性及强度检算：检算条带“Ⅰ”（一）、洞门的检算：1、压力的计算（1）各项物理学指标f=0.6（2）土压力系数的计算：（3）土压力的计算：稳定性及强度的检算：倾覆稳定的验算：满足倾覆稳定的要求。滑动稳定的验算：满足滑动稳定的要求。（3）合力的偏心距的验算：满足基底合力的偏心距。（4）基底压应力的验算：满足基底压应力的要求。检算条带“Ⅱ”土压力的计算：由以上计算知：2墙身截面偏心的验算：偏心距满足墙身截面偏心的要求。应力因为出现负值，故尚因检算不考虑圬工承受拉力时受压区应力重分布的最大压应力。通过应力从分布，受压区的最大压应力满足墙身截面强度的要求。2.2.2出口洞门的检算出口采用带耳墙式洞门，检算翼墙时取洞门端墙前之翼墙宽1m的条带“Ⅰ“，按挡土墙检算偏心、强度及稳定性。检算端墙与翼墙共同作用部分“Ⅱ“的滑动稳定性。检算条带“Ⅰ”1、土压力的计算（1）各项物理学指标标f=0.6（2）土压力系数的计计算：（3）土压力的计算：：稳定性及强度的检检算：倾覆稳定的验算：：满足倾覆稳稳定的要求。滑动稳定的验算：：满满足滑动稳定定的要求。（3）合力的偏心距的的验算：满足基底合力的偏偏心距。（4）基底压应力的验验算：满足基底压应力的的要求。检算条带“Ⅱ”土压力的计算：由以上计算知：2墙身截面偏偏心的验算：：偏心距满足墙身截面偏心心的要求。应力因为出现负值，故故尚因检算不不考虑圬工承承受拉力时受受压区应力重重分布的最大大压应力。通通过应力从分分布，受压区区的最大压应应力满足墙身截面强度度的要求。第三章隧道洞身设计及配配筋3.1Ⅴ级围岩隧隧道洞身设计计及配筋3.1.1荷载计算算根据分析并结合工工程地质条件件最终选定里里程为SDK1+140处的断面作作为Ⅴ级围岩计算算截面，隧道开挖宽度B=14.55m，高度H=12.33m，埋深H1=24.8m，水位距拱拱顶6.5m。《铁路隧道设计规规范》计算围围岩松动压力力的统计公式式。式中，hq——等等效荷载高度度值；s——围岩级别，如Ⅲ级级围岩，则s＝3；γ——围岩容重，kN/m3；ω——宽度影响系系数，且；B——坑道的宽度，m；i——以B=5m为基准，B每增减减1m时的围岩压压力增减率，当B＜5m时，取i＝0.2，B＞5m时，取i＝0.1。等效荷载高度值hhq=14..04m，H1=24.8m时，，属于浅浅埋条件。计算浅埋隧道围岩岩压力此时水压力3.1.2内力计算算隧道工程建筑物是是埋置于地层层中的结构物物，它的受力力和变形与围围岩密切相关关，支护结构构与围岩作为为一个统一的的受力体系相相互约束，共共同工作。这这种共同作用用正是地下结结构与地面结结构的主要区区别。根据本本工程浅埋及及松散地层的的特点，使用用阶段结构安安全性检算采采用“荷载—结构”模式，即将将支护和围岩岩分开考虑，支支护结构是承承载主体，围围岩作为荷载载的来源和支支护结构的弹弹性支承。支支护结构与围围岩的相互作作用是通过弹弹性支承对支支护结构施加加约束来实现现的。计算模型中，二衬衬结构采用弹弹性平面梁单单元模拟，弹弹性抗力以及及地基均采用用弹簧单元模模拟。组合荷荷载根据不同同作用方向分分别转换成等等效节点力施施加在相应的的单元结点上上。荷载组合合为土压力和和水压力这两两种荷载类型型的组合形式式，结构计算算荷载为上述述进行最不利利组合。为此此将上述荷载载乘以分项系系数1.35。具体计算算模型见图。图4-1计算模型型图采用ANSYS结构分分析软件对结结构进行荷载载分析并计算算结果得隧道道断面的变形形图、轴力图图、弯矩图。图4-2变形图图4-3弯矩图图4-3轴力图3.1.3配筋计算算及检算根据内力图知道：：最大正弯矩为M＝＝7029330N·m；轴力为N=55446700NN。最大负弯矩为MM=-8188600N··m；轴力为N=45444500NN；衬砌单元截面为bb×h=10000mm5550mm，考虑挠度度影响的轴向向力偏心距增增大系数，对对隧道衬砌取取=1.0，衬砌混凝凝土等级为C35，混凝土弯弯曲抗压强==14.3MMpa，钢筋采用HRB4000，抗拉、抗抗压强度=3360MPaa，=0.56。取=35mmm，则=5155mm。=1\*CHINESENUM3一、配筋计算1．结构承受最大正正弯矩的配筋筋计算：矩形截面的配筋计计算：M=7022930N··mN=555467000N初始偏心距e0::；所以要考虑附加偏偏心矩的影响响，故取此时的初始偏心矩矩为：；大小偏心心距的判别：：按《铁路隧隧道设计规范范》（TB100003—2001）有：所以按小偏心计算算。此时离纵向力较远远的一侧钢筋筋取：由于N=55467000N〈故可不按离轴向力力较远一侧混混凝土先压坏坏情况验算面面积选为充分发挥混凝土土的受压特点点——补充如下方方程：＝0.56；取：41256；非少筋。满足要求！2．结构承受最大负负弯矩的配筋筋计算：矩形截面的配筋计计算：M=-8118600NN·mN=455445000N初始偏心距e0::；大小偏心心距的判别：：按《铁路隧隧道设计规范范》（TB100003—2001）有：所以按大偏心计算算。设纵向受受拉钢筋的面面积为As‘（离轴力N比较近）；；离轴力比较较远的钢筋面面积为As；根据平衡方程得：：；；公式中：;为充分发挥混凝土土的受压特点点——补充如下方方程：＝0.56；联解以上方程得：：式中：；；取：51570；非少筋。满足要求！以上是隧道衬砌的的最大正弯矩矩和最大负弯弯矩的配筋计计算，但对于于一个就要承承受最大正弯弯矩又要承受受最大负弯矩矩的构件来说说，它的上缘缘筋就应该是是其承受最大大负弯矩时的的受拉筋，同同样，它的下下缘筋就应该该是其承受最最大正弯矩时时的受拉筋。根据上面的计算可可以得知：对对于本设计衬衬砌的配筋应应该是：5Φ20二．Ⅴ级围岩衬砌安全性性评价：1.抗拉检算：由于，不需要检算算抗压强度，只只要检算抗拉拉强度和裂缝缝。根据《铁路隧道设设计规范》（TB100003—2001）的规定：：隧道衬砌大大偏心受压混混凝土构件，在在最后的检算算主要是受拉拉裂缝的检算算，主要裂缝缝检算合格，就就可以不验算算此项。2.裂缝验算：（1）、最大正弯矩裂裂缝检算因为：所以不需要进行裂裂缝验算。（2）、最大负弯矩裂裂缝检算因为：所以不需要进行裂裂缝验算。3.截面强度检算根据《铁路隧道设设计规范》（TB100003—2001）的有关规规定：钢筋混混凝土矩形截截面的偏心构构件（），其其截面强度检检算应按照以以下公式进行行：其中：K－安全系系数，按规范范有关规定采采用；－混凝土弯曲抗压压极限强度；；—钢筋的抗拉或抗压压计算强度；；－受拉和受压区钢钢筋的截面面面积；在本设计中，以上上参数的取值值为：（1）最大正弯矩K＝2.4，＝21..0MPa,,=520MMPa,,b=1000mmm,代入计算有：左边边<右边满足要求！（2）最大负弯矩相关参数如下：K＝2.4，＝21..0MPa,,=520MMPa,,b=1000mmm带入计算有：左边边〈右边满足要求！对于本设计的衬砌砌配筋就按以以上计算的选选取，对称配配筋每侧钢筋筋为5Φ20。3.2Ⅳ级围岩隧隧道洞身设计计及配筋3.2.1荷载计算算根据分析隧道平面面图、隧道纵纵断面图、隧隧道横断面图图并结合工程程地质条件最最终选定里程程为SDK1+390处的断面作作为Ⅳ级围岩计算算截面，隧道开挖宽度B=14.33m，高度Ht=12..2m，埋深59.2m，地下水位位靠近拱顶。《铁路隧道设计规规范》计算围围岩松动压力力的统计公式式。式中，hq——等等效荷载高度度值；s——围岩级别，如Ⅲ级级围岩，则s＝3；γ——围岩容重，kN/m3；ω——宽度影响系系数，且；B——坑道的宽度，m；i——以B=5m为基准，B每增减1m时的围岩压压力增减率，当B＜5m时，取i＝0.2，B＞5m时，取i＝0.1。等效荷载高度值hhq=6.995m，H1=599.2m时，，属于深深埋条件。垂直荷载水平荷载拱顶顶处仰拱处3.2.2内力计算算采用ANSYS结构分分析软件对结结构进行荷载载分析并计算算结果得隧道道断面的变形形图、轴力图图、弯矩图。图4-5变形图图4-6弯矩图图4-7轴力图3.2.3配筋计计算及检算根据内力图知道：：最大正弯矩为M＝＝1818220N·m；轴力为N=17113800NN。最大负弯矩为M==-1387710N·m；轴力为N=15113900NN；衬砌单元截面为bb×h=10000mm5000mm，考虑挠度度影响的轴向向力偏心距增增大系数，对对隧道衬砌取取=1.0，衬砌混凝凝土等级为C35，混凝土弯弯曲抗压强==14.3MMpa，钢筋采用HRB4000，抗拉、抗抗压强度=3360MPaa，=0.56。取=35mmm，则=4655mm。1．结构承受最大正正弯矩的配筋筋计算：矩形截面的配筋计计算：M=1811820N··mN=177138000N初始偏心距e0::；所以要考虑附加偏偏心矩的影响响，故取此时的初始偏心矩矩为：；大小偏心距的判别别：按《铁路路隧道设计规规范》（TB100003—2001）有：所以按小偏心计算算。由于N=17138000N〈故可不按离轴向力力较远一侧混混凝土先压坏坏情况验算面面积选为充分发挥混凝土土的受压特点点——补充如下方方程：＝0.56；取：41017；非少筋。非超筋。满足要求求！2．结构承受最大负负弯矩的配筋筋计算：矩形截面的配筋计计算：M=-1338710NN·mN=155139000N初始偏心距e0::；所以要考虑附加偏偏心矩的影响响，故取此时的初始偏心矩矩为：；大小偏心心距的判别：：按《铁路隧隧道设计规范范》（TB100003—2001）有：所以按小偏心计算算。此时离纵向力较远远的一侧钢筋筋取：由于N=15139000N〈故可不按离轴向力力较远一侧混混凝土先压坏坏情况验算面面积选为充分发发挥混凝土的的受压特点——补充如下方方程：＝0.56；取：41017；非少筋。非超筋。满足要求求！以上是隧道衬砌的的最大正弯矩矩和最大负弯弯矩的配筋计计算，但对于于一个就要承承受最大正弯弯矩又要承受受最大负弯矩矩的构件来说说，它的上缘缘筋就应该是是其承受最大大负弯矩时的的受拉筋，同同样，它的下下缘筋就应该该是其承受最最大正弯矩时时的受拉筋。根据上面的计算可可以得知：对对于本设计衬衬砌的配筋应应该是：4Φ18非少筋。非超筋。验算合格！二．衬砌安全性评评价：1．抗压强度检算：：根据《铁路隧道设设计规范》（TB100003—2001）的规定：：混凝土矩形形截面轴心和和偏心受压构构件的抗压强强度应按照以以下公式进行行：其中：－混凝土的的抗压极限强强度；K－－安全系数；；B——截面宽度；；H——截面厚度；；φ—构件纵向弯曲系数数；α—轴向力的偏心影响响系数；由于，不需要检算算抗压强度，只只要检算抗拉拉强度和裂缝缝。2.裂缝验算：（1）最大正弯矩裂缝缝检算因为：所以不需要进行裂裂缝验算。（2）最大负弯矩裂缝检检算因为：所以不需要进行裂裂缝验算。3截面强度检算根据《铁路隧道设设计规范》（TB100003—2001）的有关规规定：钢筋混混凝土矩形截截面的偏心构构件（），其其截面强度检检算应按照以以下公式进行行：其中：K－安全系系数，按规范范有关规定采采用；－混凝土弯曲抗压压极限强度；；—钢筋的抗拉或抗压压计算强度；；－受拉和受压区钢钢筋的截面面面积；在本设计中，以上上参数的取值值为：（1）最大正弯矩K＝2.4，＝21..0MPa,,=520MMPa,,b=1000mmm,x==119.88mm;代入计算有：左边边<右边满足要求！（2）最大负弯矩相关参数如下：K＝2.4，＝21..0MPa,,=520MMPa,,b=1000mmm，x=1005.8mmm带入计算有：左边边〈右边满足要求！对于本设计的衬砌砌配筋就按以以上计算的选选取对称配筋筋每侧钢筋为为4Φ18。3.3Ⅲ级围岩隧道洞身设设计及配筋3.3.1荷载计算算根据分析隧道平面面图、隧道纵纵断面图、隧隧道横断面图图并结合工程程地质条件最最终选定里程程为SDK1+490处的断面作作为Ⅲ级围岩计算算截面，隧道开挖宽度B=14.11m，高度Ht=12..1m，埋深108m，地下水位位靠近拱顶。《铁路隧道设计规规范》计算围围岩松动压力力的统计公式式。式中，hq——等等效荷载高度度值；s——围岩级别，如Ⅲ级级围岩，则s＝3；γ——围岩容重，kN/m3；ω——宽度影响系系数，且；B——坑道的宽度，m；i——以B=5m为基准，B每增减减1m时的围岩压压力增减率，当B＜5m时，取i＝0.2，B＞5m时，取i＝0.1。等效荷载高度值hhq=3.444m，H1=108m时，，属于深深埋条件。垂直荷载水平荷载考虑水压力的作用用后水平荷载拱顶处处仰拱拱处3.3.2内力计算算采用ANSYS结构分分析软件对结结构进行荷载载分析并计算算结果得隧道道断面的变形形图、轴力图图、弯矩图。图4-8变形图图4-9弯矩图图4-10轴力图图3.3.3配筋计算算及检算根据内力图知道：：最大正弯矩为M＝＝848355N·m；轴力为N=10004300NN。最大负弯矩为MM=-504400N·m；轴力为N=10887000NN；衬砌单元截面为bb×h=10000mm4550mm，考虑挠度度影响的轴向向力偏心距增增大系数，对对隧道衬砌取取=1.0，衬砌混凝凝土等级为C35，混凝土弯弯曲抗压强==14.3MMpa，钢筋采用HRB4000，抗拉、抗抗压强度=3360MPaa，=0.56。取=35mmm，则=4155mm。1．结构承受最大正正弯矩的配筋筋计算：矩形截面的配筋计计算：M=848835N·mN=100043000N初始偏心距e0::；所以要考虑附加偏偏心矩的影响响，故取此时的初始偏心矩矩为：；大小偏心心距的判别：：按《铁路隧隧道设计规范范》（TB100003—2001）有：所以按小偏心计算算。此时离纵向力较远远的一侧钢筋筋取：由于N=10043000N〈故可不按离轴向力力较远一侧混混凝土先压坏坏情况验算面面积选为充分发挥混凝土土的受压特点点——补充如下方方程：＝0.56；取：41017；非少筋。非超筋。满足要求求！2．结构承受最大负负弯矩的配筋筋计算：矩形截面的配筋计计算：M=-500400N··mN=100870000N初始偏心距e0::；所以要考虑附加偏偏心矩的影响响，故取此时的初始偏心矩矩为：；大小偏心心距的判别：：按《铁路隧隧道设计规范范》（TB100003—2001）有：所以按小偏心计算算。此时离纵向力较远远的一侧钢筋筋取：由于N=10870000N〈故可不按离轴向力力较远一侧混混凝土先压坏坏情况验算面面积选为充分发挥混凝土土的受压特点点——补充如下方方程：＝0.56；取：41017；非少筋。非超筋。满足要求求！以上是隧道衬砌的的最大正弯矩矩和最大负弯弯矩的配筋计计算，但对于于一个就要承承受最大正弯弯矩又要承受受最大负弯矩矩的构件来说说，它的上缘缘筋就应该是是其承受最大大负弯矩时的的受拉筋，同同样，它的下下缘筋就应该该是其承受最最大正弯矩时时的受拉筋。根据上面的计算可可以得知：对对于本设计衬衬砌的配筋应应该同样是：：4Φ18非少筋。非超筋。验算合格！二．衬砌安全性评评价：根据《铁路隧道设设计规范》（TB100003—2001）的规定：：混凝土矩形形截面轴心和和偏心受压构构件的抗压强强度应按照以以下公式进行行：其中：－混凝土的的抗压极限强强度；K－－安全系数；；B——截面宽度；；H——截面厚度；；φ—构件纵向弯曲系数数；α—轴向力的偏心影响响系数；最大正弯矩和最大大负弯矩均属属于小偏心，需需按下面方式式检算。（1）最大正弯矩：K=2.0N=100043000N满足要求。（2）最大负弯矩：K=2.0N=100870000N所以有满足要求。对于本设计的衬砌砌配筋选取对对称配筋每侧侧钢筋为4Φ18。第四章隧道施工组织设计计5.1施工准备工工作施工准备工作应根根据调查资料料，对洞外相相邻工程、既既有建筑及其其他设施的拆拆迁作出施工工安排；研究究和分析施工工地段交通运运输条件的利利用程度，并并对拟建施工工运输道路作作出比选方案案；根据洞口口可供施工场场地布置的条条件提出分期期用地、材料料供应、供水水和节约能源源等方案；对对施工中和运运营后周围环环境的影响（污污水、废气、噪噪声等）提出出必要的防治治措施。同时应考虑修建临临时运输便道道、轻型轨道道，临时房屋屋、临时通信信、给水、照照明、附属企企业、料库以以及施工场地地平整，材料料机具配备运运送，洞外天天沟、侧沟及及场地排水，改改移道路及拆拆迁建筑物等等的工程数量量及需要时间间，这些工作作可与洞外土土石方同步进进行，在进洞洞前应先对洞洞口工程作出出安排；凡对对隧道出渣有有干扰的桥涵涵（含泄水洞洞）要先安排排施工4.2总体施工方案Ⅲ级水平成层围岩采采用台阶法施施工。台阶分分为上下台阶阶两部开挖支支护；周边眼眼间距40cm，采取间隔隔装药，光面面爆破钻爆施施工。上台阶阶每循环进尺尺不得超过3m，上台阶长长度3～10m，高度5～6m；下台阶长长度40～60m；仰拱距掌掌子面距离不不得大于90m；二衬至掌掌子面距离不不得大于120m。下台阶一一次开挖长度度不得超过4m，及时喷砼砼支护。Ⅳ级围岩采用台阶法法施工。台阶阶分为上下台台阶两部开挖挖支护。周边边眼间距40cm，采取间隔隔装药，光面面爆破钻爆施施工。上台阶阶每循环进尺尺不得大于2榀钢架间距距，上台阶长长度3～10m，高度4～5m；下台阶长长度20～30m，下台阶一一次开挖长度度不得大于2榀钢架，及及时喷砼支护护。隧道开挖挖后初期支护护应及时施作作封闭成环，仰仰拱开挖前必必须完成钢架架锁脚锚管，每每循环进尺不不得大于3m，仰拱距掌掌子面距离不不得大于35m；二衬至掌掌子面距离不不得大于90m。Ⅴ级围岩台阶法分为为上、中、下下三部开挖支支护+临时仰拱施施工，也叫三三台阶增设临临时仰拱工法法。上台阶高高度3.5m以内，长度3～5m；中下台阶阶高度3～4m，长度2～3m；施工采取取短台阶循环环进尺。上台台阶开挖支护护每循环不得得大于1榀钢架；边边墙每循环开开挖支护进尺尺不得大于2榀钢架。隧隧道开挖后初初期支护应及及时施作封闭闭成环，仰拱拱开挖前必须须完成钢架锁锁脚锚管，每每循环进尺不不得大于3m，仰拱距掌掌子面距离不不得大于35m；二衬至掌掌子面距离不不得大于70m开挖上台阶→施作作上部初期支支护→监控量测→开挖下台阶→施作下部初初期支护→开挖仰拱→施作仰拱初初期支护→仰拱混凝土土浇筑→仰拱填充混混凝土施工→监控量测评评估→矮边墙施工→施作二次衬衬砌4.3施工工艺4.2.1小导管管超前注浆(1)超前小导管管设计参数超前小导管规格：：采用直径Φ42mm的无缝钢管管制作，长度度3.5m，前端做成成尖形，每隔隔20cm钻眼，各排排小导管拱搭搭接长度1.2m。钢管沿开挖轮廓线线在拱部布置置，环向间距距33.3ccm，外插角，注注浆材料选用用M20水泥砂浆。(2)超前小导管管施工测量放样，在设计计孔位上标记记，采用风枪枪钻孔，将小小导管沿孔打打入。注浆前前先喷射5cm厚混凝土封封闭掌子面，先先用高压水冲冲洗清除管内内杂物，然后后再注浆，注注浆由下向上进行。浆浆液用拌合机机拌合。然后后采用小型机机具开挖，每每次进尺0.5m。注浆过程程中若出现堵堵管现象，则则应及时清理理锚杆、注浆浆软管和注浆浆泵。4.3.2初期期支护(1)喷射混凝土土本工程喷射混凝土土均采用湿喷喷施工工艺，采采用TK500型湿喷机。混混凝土采用C20混凝土，混混凝土在拌合合站集中拌合合。①喷射混凝土前的准准备工作。a喷射混凝土前撬去去掌子面危石石和欠挖处理理。用高压风风清除杂物。b施工所需的机具设设备及原材料料均已配备齐齐全，并且机机具设备能够够正常运行，原原材料经检验验合格，粗骨骨料加工拌合合前要再次过过筛，以防止止超径骨料混混入，造成堵堵塞。细骨料料堆放在防雨雨料库，以控控制含水量，且且满足施工需需要。c机电检查：喷前进进行电器及机机械设备检查查和试转，检检查各部分连连接是否符合合要求，施工工作业场所配配备充足照明明及通风设备备。②湿喷法喷射混凝土土a喷射机械安设调整整好后，先注注水、通风，清清除管道内杂杂物，清除掌掌子面杂物尘尘埃。b喷射混凝土大堆料料要储放于储储料棚内，避避免露天堆放放、淋雨、环环境污染和倒倒运材料而引引起的泥污染染集料，引起起堵管和强度度降低等现象象。c喷射前，先开风，再再送料，后开开速凝剂阀门门，以易粘结结、回弹小、表表面湿润光泽泽为准。严禁禁随意增加速速凝剂和防水水剂渗量，尽尽量用新鲜的的水泥，存放放较长时间将将会影响喷射射混凝土的凝凝结时间。d喷射机的工作风压压严格控制在在0.3～0.5MPPa范围内。严严格控制好喷喷嘴与受喷面面的距离和角角度。喷嘴与与受喷坡面垂垂直，有钢筋筋时角度可调调至左右，喷喷嘴与受喷坡坡面距离控制制在0.8-00.9m范围内。喷喷射顺序自下下而上，料束束呈旋转轨迹迹运动，旋转转半径30cm，一圈压半半圈，纵向按按蛇形状布设设。喷射过程程中因及时检检查混凝土的的回弹率和实实际配合比。喷喷射混凝土的的回弹率：边边墙不应大于于15%，拱部不应应大于25%。e喷射层厚度边墙77～10cm，拱部5～7cm，厚度过大大会削弱混凝凝土颗粒间的的凝聚力，促促使喷层因自自重过大而脱脱落，或拱顶顶处于围岩面面间形成空隙隙；如果一次次喷射厚度过过小，则骨料料容易回弹，后后一层与前一一层喷射时间间间隔12～20min。影响喷层层厚度的主要要原因时混凝凝土坍落度、速速凝剂的作用用效果和气温温。喷射混凝凝土厚度采用用预埋钢筋法法测设，不够够设计厚度的的重新加喷补补够。f喷射混凝土终凝22h后，对喷射射混凝土进行行养护，喷射射混凝土由专专人湿润养护护，养护时间间不小于14天，以减少少由于水化热热引起的开裂裂，若发现裂裂纹用红油漆漆作上标识，进进行观察和监监测，确定其其是否继续发发展并找出原原因进行处理理。对不再发发展的裂纹，采采取在其附近近加设土钉或或加喷一层混混凝土的办法法处理，以策策安全。(2)砂浆锚杆各段钢架之间用钢钢板栓接，接接头部位增设设1根注浆锚管管，端头与格格栅主筋焊接接，起锁口作作用，以发挥挥格栅钢架的的空间受力效效应。在拱脚脚上下各1.5m范围内，按按设计要求施施作长3m间距0.8×00.8m的砂浆锚杆杆。①砂浆锚杆施工方法法：采用锚杆杆台车钻孔，人人工安装锚杆杆。钻孔完成成后利用高压压水清孔，清清孔后采用后后退式注浆，以以保证孔内浆浆液饱满。②施工的技术措施：：孔径要与锚锚杆直径相匹匹配，锚杆孔孔径应大于设设计的锚杆直直径15mm，孔深比锚锚杆长15cm。孔向应按按设计方向钻钻进，垂直岩岩面。(3)钢筋网①钢筋网的制作。钢钢筋网片采用用Ⅰ级6钢筋焊制，在在钢筋加工场场内集中加工工。先用钢筋筋调直机把钢钢筋调直，再再截成钢筋条条，钢筋网片片尺寸根据拱拱架间距和网网片之间搭接接长度综合考考虑确定。钢钢筋焊接前要要先将钢筋表表面的油渍、漆漆污、水泥浆浆和用锤敲击击能剥落的浮浮皮、铁锈等等均清除干净净；加工完毕毕后的钢筋网网片应平整，钢钢筋表面无削削弱钢筋截面面的伤痕。②成品的存放。制作作成型的钢筋筋网片必须轻轻抬轻放，避避免摔地产生生变形。钢筋筋网片成品应应远离加工场场地，堆放在在指定的成品品堆放场地上上。存放和运运输过程中要要避免潮湿的的环境，防止止锈蚀、污染染和变形。③挂网。按图纸标定定的位置挂设设加工好的钢钢筋网片，钢钢筋片随初喷喷面的起伏铺铺设，绑扎固固定于锚固装装置上，再把把钢筋片焊接接成网，网片片搭接长度为为2个网格。(3)钢拱架①钢架的制作a拱架加工的焊接不不得有假焊，焊焊缝表面不得得有裂纹、焊焊瘤等缺陷，钢钢架接头应焊焊接密实、焊焊缝饱满，接接头处应贴10×100cm钢板并焊接接密实，每榀榀钢架加工完完成后应试拼拼，周边误差差为±3cm，平面翘曲曲应小于2cm，偏差超出出规定或焊接接质量达不到到要求的钢架架严禁使用。b主要施工技术要求求：型钢拱架架和钢筋网片片的钢筋种类类、型号、直直径和间距等等应符合设计计要求。所有有加工好的钢钢架必须标示示明确，将各各单元名称用用红油漆标注注于钢架两侧侧，如：A单元应标注“A”，临时钢架A单元应标注“临A”。②钢架的安装a格栅拱架利用平板板车运进洞内内，人工配合合机械在台架架上进行逐榀榀安装。立拱拱时各节钢架架联结牢固、位位置正确。钢钢架安装必须须严格按照设设计间距0.5m一榀进行架架设。每榀钢钢架安装时，要要认真定位，不不偏、不斜，轮轮廓要符合设设计要求。b安装前应彻底清除除底脚下的虚虚碴及杂物。底底脚标高不足足时，不得用用洞碴回填，必必要时可用混混凝土加固基基底。确保钢钢架底脚置于于牢固的基础础上。c拼装可在开挖面以以后进行，各各节钢架间连连接板必须设设置橡胶垫板板，并同钢架架连接板密贴贴，然后用螺螺栓螺母连接接牢固，螺栓栓连接时螺母母方向应交错错开布置。钢钢架与锁脚钢钢管焊接牢固固，相邻钢架架之间采用纵纵向钢筋进行行连接，呈梅梅花形布置，焊焊接采用点焊焊，同格栅钢钢筋焊接牢固固。d分步开挖施工时，拱拱架拱脚应打打设φ42mm的锁脚锚管管，锚杆长度度2.5m，每侧脚板板处数量为2根，并采用φ22“U”形钢筋同钢钢架满焊连接接。下半部开开挖后钢架应应及时接长落落底至基岩。e钢架与围岩间的间间隙应用喷混混凝土充填密密实；喷射混混凝土应全部部覆盖钢架，保保护层厚度不不得小于4cm。开挖下台台阶时，应在在钢架拱脚下下设混凝土垫垫块，混凝土土垫块、岩石石和钢架连接接密实、牢固固。4.3.2二次衬衬砌(1)钢筋骨架制制作骨架钢筋的连接采采用搭接双面面焊，钢筋骨骨架制作时的的分段原则为为：根据钢筋筋的定尺长度度，合理安排排，尽量做到到节省材料，减减少焊接的数数量及作业时时间。接头错错开1.0m，主钢筋接接头根数在同同一截面不超超过总数的50%。(2)钢筋骨架安安装人工把分段后的环环形钢筋搬运运至施工现场场，钢筋骨架架分段对接采采用双面搭接接焊，焊缝长长度不少于5d。骨架钢筋筋采用高强度度砂浆垫块使使骨架钢筋有有足够的保护护层。安装时时骨架中心位位置要与桩位位中心相符，其其允许误差为为±20mm。钢筋骨架架横向要与隧隧道横断面方方向平行。(3)混凝土浇筑筑混凝土的塌落度控控制在14～16cm，根据混凝凝土灌注部位位不同，墙部部混凝土坍落落度宜小，拱拱部混凝土坍坍落度宜大。在在保证混凝土土可泵性的情情况下，尽量量减小混凝土土的坍落度，并并提高混凝土土的和易性、保保水性，避免免混凝土泌水水。混凝土采用泵送，用用分层、左右右交替对称浇浇注，每层浇浇筑厚度不得得大于1m。两侧高差差控制在50cm以内。接头头管箍避免接接触不当造成成爆脱，管路路用方木支垫垫高出地面，穿穿过台车时管管箍不与台车车构件相接触触。混凝土输输送管路端部部设置一根软软管，软管管管口至浇筑面面垂距控制在在1.5m以内，以避避免混凝土集集料堆积和产产生离析。混混凝土开盘前前先泵送同级级砂浆，砂浆浆量为在电览览沟底顶面上上平铺2cm，以保证电电览沟底顶面面混凝土同拱拱墙混凝土的的连接，防止止模板缝隙漏漏浆造成混凝凝土泛砂或露露骨；同时起起到润湿输送送泵和管路的的作用。振捣采用定人定位位用插入式振振动器捣固，保保证混凝土密密实；拱顶及及反弧段辅以以附着式平板板振动器振捣捣。灌注过程程中严禁用振振动棒拖拉混混凝土。(4)拆模按施工规范采用最最后一盘封顶顶混凝土试件件达到的强度度来控制。当当不承受外荷荷载时，混凝凝土强度需达达到5MPa或在拆模时时混凝土表面面和棱角不被被损坏并能承承受自重时拆拆模；拆模时时先拆两侧模模板，最后拆拆顶模，支撑撑按先后顺序序放松，防止止由于支撑丝丝杆放松不当当使台车模板板扭曲，造成成混凝土表面面粘连擦伤。当当衬砌施作时时间提前，承承受有围岩压压力时，按规规范要求进行行。(5)混凝土养护护拆模前用水冲洗模模板外表面，拆拆模后用高压压水喷淋混凝凝土表面，以以降低温度，养养护期不少于于7天。4.4编制施工组组织设计的基基本原则1.采用分部开挖时，导导坑断面尺寸寸应根据运输输要求、地质质条件、支护护类型、设备备外型尺寸及及技术条件，人人行安全及管管路布置等因因素确定。若若需作为通风风之用，则应应核算其面积积。2.隧道施工程序的安安排，应适应应地质条件的的变化和保证证施工安全，工工程质量以及及进度等要求求，一般采用用平行作业。3.道施工出碴及运料料，应根据施施工方法、机机具设备、运运量要求等选选择装碴及运运输方式。4.隧道施工防排水设设施宜与运营营防排水系统统考虑.5.施工通风方式应根根据坑道长度度、施工方法法和通风设备备等因素确定定.6.隧道施工供电照明明应符合下列列要求:（1）隧道施工供电电电压一般可用用400/3300v三相四线系系统,动力线电压压一般采用380v。（2）输电线路的容许许电压降,在线路末端端不应超过10%.（3）洞内照明线路的的电压,在作业地段段的额定电压压不超过36v,在成洞段或或不作业地段段可用220v。第五章防水施工工工艺5.1EVA复合防防水板施工工工艺(1)施工准备①在二次衬砌施工前前对初支表面面进行复喷，使使初支面平顺顺。②洞外防水卷材检验验a外观检查：检查卷卷材是否有变变色、波纹、斑斑点、刀痕、撕撕裂、小孔等等外观缺陷；；卷材品种规规格是否与设设计相符。b取样复试：按规定定取样检查卷卷材物理力学学性能。(2)初期支护止止水对暗挖初期支护表表面首先采取取注浆的方式式对渗漏较大大的部位止水水，做到初支支表面无成股股的流水。然然后用堵漏材材料对渗水部部位封堵。(3)基面处理①铺设防水板的基面面应无明水流流，否则应进进行初支背后后回填注浆或或表面刚性封封堵处理，待待表面上无明明水流后才能能进行下道工工序。②铺设防水板的基面面应平整，铺铺设防水板前前应对基面进进行找平处理理，处理。方法可采用喷射混混凝土或砂浆浆抹面的方法法，处理后的的基面应满足足下列条件：：D/L≤1/100式中，D——相邻邻两凸面间凹凹进去的深度度；L———相邻两凸凸面间最短距距离。③基面上不得有尖锐锐的毛刺部位位，特别是喷喷射混凝土表表面经常出现现较大的尖锐锐石子等硬物物，应凿除干干净或用1:2.5的水泥砂浆浆覆盖处理，避避免浇注混凝凝土时刺破防防水板。④基面上不得有铁管管、钢筋、铁铁丝等凸出物物存在，否则则应从根部割割除，并在割割除部位用水水泥砂浆覆盖盖处理。⑤变形缝两侧各5ccm的范围内基基面应全部采采用1:2.5的水泥砂浆浆找平，便于于背贴式止水水带的安装以以及保证分区区效果。⑥当仰拱初衬表面水水量较大时，为为避免积水将将铺设完成的的防水板浮起起，宜在仰拱拱初衬表面设设置临时排水水沟。(4)铺设缓冲层层①铺设防水板前先铺铺设缓冲层，缓缓冲层材料采采用单位重量量为的短纤土土工布，用水水泥钉或膨胀胀螺栓和与防防水板相配套套的圆垫片将将缓冲层固定定在基面上，固