温福铁路客货共线铁山隧道设计说明

《温福铁路客货共线铁山隧道设计说明》由会员分享，可在线阅读，更多相关《温福铁路客货共线铁山隧道设计说明（60页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 华 东 交 通 大 学本科毕业设计（论文）温福铁路客货共线铁山隧道设计年 级: 2010级学 号: 223姓 名:吴焱专 业:软件+道铁指导老师:方焘2014年 46月50 / 60华东交通大学土木工程学院院 系 软件学院 专 业软件+道铁年 级 2010级 姓 名 吴焱 题 目温福铁路客货共线铁山隧道设计 指导教师方焘评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语评 阅 人(签章)成 绩答辩委员会主任 (签章)毕 业 设 计 任 务 书班 级 软件+道铁-2班 学生 吴焱 学号 223 发题日期：2014年 3月 8 日 完成日期：2014年 6 月 10 日题 目 温福铁路客货共线铁山隧道设

2、计 1、 本论文的目的、意义 本次毕业设计，结合温福铁路客货共线铁山隧道地形地质条件，进行隧道洞口位置 、洞门结构、洞身初期支护与二次衬砌的设计。此次毕业设计可使同学掌握一般铁路隧道的设计流程和主要方法，锻炼学生对铁路隧道结构的设计能力。通过毕业设计的全过程，使学生具备初步直接参加大型隧道工程的设计能力，并具有一定得综合分析和解决实际问题的能力。 2、学生应完成的任务 （1） 隧道设计说明书，主要包括： 中文摘要（不少于500字）、英文摘要（要求与中文摘要对应）； 目录；前言； 工程概况、设计意图、结构计算与施工方法等。 结论 参考文献 （2）隧道设计图纸 隧道横断面设计图；比例：1：2001

3、：500 隧道纵断面设计图；比例：1：2000； 隧道进口设计图（平面图、正面图和侧面图） 比例：1：2001：500 隧道出口设计图（平面图、正面图和侧面图） 比例：1：2001：500 隧道衬砌结构图 比例：1：2001：500 结构力图 配筋图 隧道优化施工方法图 隧道优化施工组织图 （3）毕业设计指导日志、实习日志与实习报告、外文翻译 （4）其他未尽事宜、按学校文件办理 （5）设计说明书与论文要求用计算机打印 （6） 设计图纸要求：一般用CAD绘制。 3、论文各部分容与时间分配：（共 12 周）第一部分 原始资料的阅读、整理，理解基本要求 （4月7日4月19日）第二部分 隧道衬砌轮廓的

4、拟定与洞口位置选择；（4月20日4月26日） 第三部分 隧道洞门设计； （4月27日5月10日） 第四部分 隧道衬砌设计 （5月10日5月24日）第五部分 出口段结构配筋设计 （5月25日6月7日） 第六部分 隧道附属工程设计、施工组织设计 （6月8日6月10日） 第七部分 设计说明书与图纸检查、修改、输出 （6月11日6月12日） 评阅与答辩备 注指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日 温福铁路客货共线铁山隧道设计摘要温福铁路自省市至省市，全长298.4千米，由铁道部、省和省合资建设的国家I级双线电气化铁路，于2005年动工，2009年6月30日开通货车，比原计划提前8个月。途径省的

5、瑞安、萍阳、苍南，省的福鼎、霞浦、福安、罗源、连江，区间规划设立11个火车站，速度目标值200公里/小时，预留250公里/小时提速条件。温福铁路是国家“十一五”重点建设项目，是中国铁路长期规划“四纵四横”主通道沿海铁路的重要组成部分。温福铁路建成后，到的行车时间可缩短近9小时，到只需87-127分钟。温福铁路是省首条高速铁路。铁山隧道进口里程为DK1963+683，出口里程DK1964+750，隧道全长1075米。隧道主要穿越低山区，具有复杂环境条件下隧道工程特点。 根据该工程特殊地质情况与大断面隧道的特点，对隧道VI、V级围岩下的支护结构、各种围岩条件下的施工方法、监测、洞门等进行设计。本隧

6、道采用全封闭防水型衬砌结构，利用ANSYS软件，根据隧道埋深与地质的情况，得出隧道在山岭段二次衬砌中的受力与变形进行验算，并得出验算结果。高速铁路与一般铁路的最大区别是要考虑到空气动力学效应，因此在衬砌的拟定上，不仅考虑了机车车辆类型、行车条件、线路条件等，同时也结合了高速列车隧道空气动力学的影响。关键词：温福铁路；高速铁路隧道；结构验算；有限元分析。Wen-fu railway passenger line iron mountain tunnel design ABSTRACTWen-fu railway from wenzhou city in zhejiang province to

7、fuzhou, fujian province, the total length of 298.4 kilometers, by the ministry of railways, fujian and zhejiang province joint of the construction of the national class I double-track electrified railway, started in 2005, on June 30, 2009 open truck, 8 months earlier than planned. Way to zhejiang Ry

8、an, ping Yang, cangnan, fujian fuding, XiaPu, messengers, ningde, luoyuan, LianJiang, 11 interval planning to set up the railway station, the target value of speed 200 km/h, the reserved 250 km/h speed conditions.Wen-fu railway is a national key construction projects, the period of 11th five-year pl

9、an is Chinas railway medium and long-term planning been horizontal an important part of the main coastal railway.Wen-fu railway is completed, the fuzhou travel time can shorten nearly 9 hours to Shanghai, wenzhou, fuzhou to only 87-127 minutes.Railway is the first high-speed railway in fujian provin

10、ce.The import mileage of Tieshan tunnel is DK1963+683, export mileage isDK1964+750, and the total length of this tunnel is 1075 meters. This tunnel pass through low-relief terrain. This project characteistics has the complex environment. According to the special geological conditions and engineering

11、 large section of the Liuyang River Tunnel features, many things had been designed, such as the rock-supporting structure under the IV- V of the tunnel, the construction methods in all kinds of rock under the conditions, monitoring and so on. The tunnel was closed by the whole structure of water-res

12、istant lining. According to the depth and geological condition of the tunnel, the forces and deformations of the 2nd lining for the section and each size. obtained tunnel had been calculated, by the using of ANSYS software. High-speed railway with the greatest difference between conventional rail is

13、 to take into account the aerodynamic effects, and therefore the formulation of the lining, not only takes into account the type of rolling stock, road conditions, route conditions, as well as a combination of high-speed train tunnel aerodynamic effects of .Key words: Wen-fu railway；high-speed railw

14、ay tunnel; structure checking calculation;numerical analyses with the finite element method目 录第1章 绪 论11.1 设计依据与原则11.1.1 设计依据11.1.2 主要设计原则11.2 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72.2.1 隧道纵坡形式确定72.2.2 隧道纵坡坡率的确定72.3

15、 隧道净空的确定82.3.1 限界8第3章隧道洞口位置和洞门的确定113.1 隧道洞口位置确定的要求：113.2 隧道洞口位置的比选：113.2.1 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 隧道洞门的设计原则:133.3.2 隧道洞门形式的选择：133.3.3 洞门构造与基础设置应遵循下列规定：14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164.4.1 支护结构的理想化164.4.2 围岩的理想化174.4.3 外荷载理想化等效节点荷载174.4.4单元和节点编号，边界

16、条件174.5 荷载计算与二次衬砌计算184.5.1 深浅埋段的确定184.5.2 V级围岩衬砌结构计算：18第5章其他洞附属设施设计235.1 防排水设计235.1.1 一般规定235.1.2 防水235.1.3 排水245.1.4 洞口防排水245.2 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255.3.1消防设施25第6章施工组织设计266.1 概述266.1.1 编制原则266.1.2 施工原则276.2 施工方法的选择276.3 各种施工工艺296.3.1 砂浆锚杆施工工艺和方法296.3.2湿喷砼施工工艺和方法306.3.3 隧道防排水板施工工

17、艺和方法316.4 二次衬砌施工工艺和方法326.4.1 施工工艺326.4.2 施工方法326.5 施工进度计划356.5.1 施工进度计划概述356.5.2 施工进度计划的编制原则和容36第7章工程量的计算387.1 进口洞口与洞门工程量计算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 计算隧道二次衬砌力表49第1章 绪 论1.1 设计依据与原则1.1.1 设计依据1 由提供的铁路客运专线岩脚隧道平、

18、纵断面和横断面图；2 铁路隧道设计规行车速度：250km/h； 隧道设整体道床、钢轨60kg/m。1.1.2 主要设计原则1.1.2.1 设计原则1 在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查的基础上，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轮廓。4 隧道外平、纵线形应协调，以满足行车的安全、舒适要求。5 根据隧道长

19、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，对隧道外防排水系统、消防给水系统、辅助通道、弃渣处理、管理设施、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1.2.1 概况该隧道长1481m，测区属低山丘陵地貌，相对高差约30210米，最高峰标高为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

20、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。1.2.2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（52（3）c）与上侏罗统上组中段兜岭群组凝灰熔岩（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。属级普通土。广泛分布于隧道围地

21、表。凝灰熔岩（J3dl2b）：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（52（3）c）：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，属级硬土。强风化层进口附近处厚08m，出口附近厚014m，为级软石，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，属级次坚石。1.2.3地质构造与地震动参数隧道测区未见断层出露，在隧道洞身位置DK11

22、2+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，地震动反应谱特征周期为0.40s。1.2.4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。由于洞身围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、裂隙贯通性的影响

23、。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HCO3-.Cl-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, 属HCO3-.Cl-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，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。1.2.5 环境工程地质该隧道围植被茂密，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

24、，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。1.2.6 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，测区围覆盖层一般厚02m，下伏基岩为燕山早期第三次侵入黑云母花

25、岗岩（52（3）c）与上侏罗统上组中段兜岭群组凝灰熔岩（J3dl2b），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，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，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

26、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围长度（m）地层与构造围岩分级主要工程地质问题建议工程措施备注1DK112+744 +79046凝灰熔岩与黑云母花岗岩地下水侵蚀性、浅埋、花岗岩全、强风化层遇水易软化、洞身围岩上软下硬加强对水样的复查，加强围岩支护2DK112+79081020凝灰熔岩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3DK112+810 +86050凝灰熔岩地下水侵蚀性加强对水样的复查4DK112+860DK113+830970凝灰熔岩地下水侵蚀性加强对水样的复查5DK113+830+86030凝灰熔岩地下水侵蚀性加强对水样的复查，加强围岩支护6DK

27、113+860 +91050凝灰熔岩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+910DK114+070160黑云母花岗岩地下水侵蚀性加强对水样的复查，加强围岩支护8DK114+07013060黑云母花岗岩地下水侵蚀性加强对水样的复查，加强围岩支护9DK114+13022595黑云母花岗岩地下水侵蚀性、浅埋、花岗岩全、强风化层遇水易软化、洞身围岩上软下硬加强对水样的复查，加强围岩支护（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，

28、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基本承载力0kPa天然密度g/cm3凝聚力ckPa摩擦角（）钻孔桩极限摩阻力i（KPa）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1801.85221860/1:11:1.25粉质黏土(Q4el+dl)硬塑1801.85221860/1:11:1.25凝灰熔岩（J3dl2b）W42201.9252265/1:1.25W34002.3/45150/1:0.75W212002.6/65/20/1:0.3黑云母花岗岩（52（3）c）W42001.9202565/1:1.2

29、5W34002.3/45150/1:0.75W215002.65/65/30/1:0.3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，避免小半径曲线，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，断面不统一以与它们的相互过渡都给施工增加难度。岩脚隧道线路因地形、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+650DK114+23

30、0为曲线段，其曲线要素如下：圆曲线半径 R=7000m曲线长 L=1426.22m切线长 T=714.63m缓和曲线长 l=220m2.2 隧道纵断面设计2.2.1 隧道纵坡形式确定隧道纵坡是采用单向坡还是人字坡，国两种情况均有。地下水发育的长隧道宜用人字坡。隧道坡度不宜小于3。隧道纵面线形受隧道进、出洞口地形、地质控制，既要尽可能减小隧道纵坡以利营运通风，又要满足隧道排水需要。由于岩脚隧道全长位于2700米的长坡道上，坡度为3.5，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。2.2.2 隧道纵

31、坡坡率的确定隧道纵面线形应考虑行车安全性、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3.5单向坡。2.3 隧道净空的确定2.3.1 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 限界的制定原则1 限界应依据车辆的轮廓尺寸和

32、技术参数、施工方法、设备安装等综合因素进行分析计算确定。2 限界一般是按平直线路的条件进行制定。而曲线的限界应在直线地段限界的基础上根据车辆的有关尺寸以与不同曲线半径、超高分别进行加宽和加高。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的安全留量等，都应分别进行研究确定。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部分组成。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

33、电、通风、通信、排水等的需要而修建的，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围，其制定的基础是机车车辆限界（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

34、隧道净空比隧道限界稍大一些，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、中间部分向曲线侧偏移。另外，由于曲线地段上线路外轨要设超高（克服离心力），引车辆在垂直位置的倾斜，而造成限界向曲线侧产生偏移。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。与直线隧道衬砌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基本原则。这样可以使施工简便。2.3.1.4单

35、线电气化岩脚隧道的净空确定 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轮廓取标准净空断面。 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）2.2m（高）的安全空间。安全空间包括安放施工设施（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通的救援通道，用于自救或外部救援，尺寸为1.5m（宽）2.2m（高），要求距中心线最少2.3m，在救援通道位置包括放施（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。本设计取200cm16

36、0cm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的确定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,通过综合分析比较确定. 隧道应早进洞,晚出洞,同时应符合下列要求: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,应结合防排水工程,确定洞口位置；4

37、. 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：3.2.1 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，施工中成拱困难，极易坍方，工程地质条件

38、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行比选。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处具体的位置见下图hs1、2、3、4。3.2.2 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”的原则，也符合“宜长不宜短”的设计原则；但洞门的埋深较浅，洞门不稳定。方案二：洞门的埋深是三

39、种方案中最大的，洞门比较稳定。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”的原则。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，避免了“大挖大刷”，经济上也较三方案划算。故选方案三。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”的原则，也符合“宜长不宜短”的设计原则；但洞门的埋深较浅，洞门不稳定。且洞口W3和W4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，洞门比较稳定。但洞门的边仰坡的开挖量

40、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”的原则。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，避免了“大挖大刷”，经济上也较三方案划算。故选方案三。3.3 隧道洞门的设计3.3.1 隧道洞门的设计原则: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,经技术经济比较不宜采用正交洞门,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不应小于45度.在松软地层中,不宜采用斜交洞门

41、；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；3.3.2 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轴线与坡面基本正交，边仰坡坡率为1：0.31：0.5边仰坡坡率为1：0.751：1.5边仰坡坡率为1：0.51：1.25边仰坡坡率为

42、1：0.51：0.75洞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级围岩，比较破碎，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hs5、6。3.3.3 洞门构造与基础设置应遵循下列规定：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

43、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。3洞门墙基础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，应进行防冻胀处理。基底埋置深度应大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。4松软地基上的基础，可采取加固基础措施。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之规定：“铁路隧道

44、应作衬砌，根据隧道围岩地质条件、施工条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，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下列规定：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510m。4. 偏压衬砌段应向一般衬砌段延伸，

45、延伸长度应根据偏压情况确定，一般不小于10m。4.3 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下列规定：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V

46、级围岩，所以预留变形量设置为60mm。4复合式衬砌可采用工程类比法进行设计，并通过理论分析进行验算。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行必要的调整。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25拱、墙3.51.0拱、墙1010拱墙仰拱4545岩脚隧道为V级围岩，故按照上表中V级围岩的规定值进行计算。本次设计采用V级围岩进行二次衬砌结构计算与检算，采用ANSYS软件进行计算。地下结构的计算模型有两类，一类是以支护结构作为

47、承载主体，围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，支护结构则约束围岩向隧道变形的模型，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体现的，而围岩的承载能力则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 模型理想化4

48、.4.1 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。4.4.2 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。4.4.3 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

49、岩的级别外，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力都通过节点进行传递。所以隧道结构理想化的另一个重要容，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。在进行有限元分析时，严格的说，应按静力等效的原则进行置换，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则进行置换。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行：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。但对拱

50、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。4.4.4单元和节点编号，边界条件4.4.4.1单元和节点编号在有限元分析中，为了能使计算机自动地有条不紊地进行计算，必须对结构的离散单元和节点进行编号。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，中间不能间断。2每个单元也要编号，单元编号从1开始，连续编号，中间不能间断。 3一个单元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

51、节点连接的基底，即为第j号基底单元。4.4.4.2 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，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4.5.1 深浅埋段的确定宽度影响系数：荷载等效高度：浅埋隧道分界深度：由此可知：本隧道洞门段的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，

52、即 。荷载等效高度 二次衬砌的荷载按全部荷载的50%考虑：均布竖向荷载： 均布水平侧向荷载： 计算简图变形图弯矩图轴力图剪力图4.5.2.1 截面检算，按抗拉控制检算。 （4-1）式中 K安全系数，由规查得； N轴向力（KN）；E轴向力偏心矩； d截面厚度（m）；构件纵向弯曲系数，对于贴壁式隧道衬砌、明洞拱圈与墙背紧密回填的边墙，可取，对于其它构件，应根据其长细比按规选用；混凝土的抗拉极限强度，按规采用； b截面宽度（m）。本设计中相关取值如下：经检算，满足条件。第5章 其他洞附属设施设计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

53、、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”的原则，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞外应形成一个完整通畅的防排水系统。 2、当采取防排水工程措施时，应注意保护自然环境。当隧道渗漏水引起地表水减少，影响居民生产、生活用水时，应对围岩采取堵水措施，减少地下水的渗漏。5.1.2 防水1. 隧道地表沟