畢業論文-貴廣高速鐵路隧道設計與施工(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 裂隙很發育，巖體很破碎。總之，段內工程地質條件較差。 (1)全隧洞身均為白云巖 夾泥質白云巖、灰巖，巖體很破碎，施工中如爆破震動過大容易造成洞頂垮塌、掉塊，施工中應加強支護襯砌。 (2)隧道進、出口土層厚 2～ 6m(局部可能達 6～ 10m)，為紅黏土，因此進出口端邊、仰坡宜適當放緩并防護 ，并設置良好的截排水設施。 石家莊鐵道大學畢業設計 5 (3)全隧洞身均為可溶巖，施工中有遇到溶洞、溶隙、巖溶水的可能，隧道洞身施工中應加強截排水措施，巖溶隧道施工中加強超前地質預測預報工作，防止突水突泥災害事故發生。采取切實可行的工程處理措施防止開挖后出現地表水下滲、地下水位下降或地下水漏失等現象，從而造成嚴重環境地質問題。 (4)施工中應取地下水進行水質侵蝕性復查，判定對混凝土有無侵蝕性問題。 (5)隧道圍巖分級見表 21。 表 21 何家莊隧道圍巖分級表 里程段落 Ⅴ DK118+580～ DK119+426 846m 石家莊鐵道大學畢業設計 6 第 3 章 隧道結構設計 設計依據和設計原則 設計依據 《建筑荷載設計規范》 (GBJ9— 2022) 《鐵路隧道設計規范》 (TBJ10003— 2022) 《高速鐵路設計規范》 (TB10621— 2022) 《客運專線鐵路隧道工程施工技術指南》 (TZ214— 2022) 《混凝土結構設計規范》 (GB50010— 2022) 《地下工程防水技術規范》 (GB50108— 2022) 《 鐵 路混凝土與砌體工程施工 規 范》 (TB102102022) 設計原則 (1)隧道建筑物應按滿足 100 年正常使用的永 久性結構設計，建成的隧道應能適應運營的需要，方便養護作業，并具有必要的安全防護等措施； (2)根據工程地質和水文地質條件，結合周圍 環境狀況， 通過對技術、經濟、環保及使用功能的綜合比較， 選擇合理的結構形式 ； (3)結構設計應滿足施工、運營、 通風、 環境保護、防災等要求； (4)結構的凈空尺寸除應滿足建筑限界要求外，尚應考慮施工誤差、測量誤差、結構變形和沉陷等因素； (5)斷面形狀和襯砌形式應根據工程地質及水文地質、埋深、施工方法等條件，從地層穩定、結構受力合理和環境保護等方面綜合確定； (6)隧道結構按結構容許 應力法進行設計； (7)施工引起的地層沉降應控制在環境條件允許的范圍內； (8)隧道建設應盡量考慮減少施工中和建成后對環境造成的不良影響； (9)隧道主體工程等級為一級、防水等級為二級。 主體結構設計 石家莊鐵道大學畢業設計 7 設計思路 本設計的對象為高速鐵路何家莊隧道，根據 《鐵路隧道設計規范》設計隧道橫斷面，結合工程經驗和工程類比的方法初步確定隧道橫斷面的形式和具體尺寸，以及二次襯砌的設計參數。本隧道計劃采用有仰拱形式斷面，新奧法施工。然后判斷深淺埋，取最不利的橫截面，計算作用在結構上的荷載。最后將荷載加 到設計的結構上，利用Ansys 軟件計算內力，根據 Ansys 得出的內力圖及數據，取最不利情況進行配筋及抗裂驗算。 建筑限界及內輪廓的確定 根據 《鐵路隧道設計規范》，結合何家莊隧道為單洞雙線隧道，建筑限界圖如圖31 所示。 圖 31 隧道建筑限界圖 根據隧道建筑限界圖，并結合類似工程的設計經驗，本隧道的內輪廓設計如圖32。 石家莊鐵道大學畢業設計 8 圖 32 隧道內輪廓圖 隧道襯砌橫截面形狀及尺寸擬定 目前復合式襯砌已成為世界各國各地區高速鐵路山嶺隧道襯砌結構的主流，我國的鐵路隧道襯砌結構選型 中，在圍巖穩定性差、地下水發育地段，推薦采用復合式襯砌。 因此本隧道襯砌類型采用復合式襯砌，是 由初期支護和二次襯砌及中間夾防水層組合而成的襯砌形式 ，復合式襯砌可以滿足初期支護施作及時、剛度小、易變形的要求，且與圍巖密貼，從而能保護圍巖和加固圍巖，充分發揮圍巖的自承作用。二次襯砌后，襯砌內表面光滑平整，可以防止外層風化，裝飾內壁，增強安全感，是一種合理的結構形式。 復合式襯砌的設計應符合以下規定： (1)初期支護宜采用錨噴支護，即由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網和鋼架等支護形式組合使用。 (2)二次襯砌宜采用模筑混 凝土或模筑鋼筋混凝土結構，襯砌截面宜采用連接圓順的等厚襯砌斷面，仰拱厚度與拱墻厚度相同。 (3)在確定開挖斷面輪廓時，還應考慮初期支護厚度并預留適當的變形量。本隧1240 石家莊鐵道大學畢業設計 9 道設計的預留變形量為 10cm。 荷載計算 荷載計算的原理 隧道埋深不同，確定圍巖壓力的計算方法也不同，采用荷載結構法原理進行隧道結構檢算時，所需計算的荷載為由巖體松動、崩塌而產生的豎向和水平均布壓力，因此首先應判斷深淺埋分界。 (1)判斷深淺埋 （ 31） 式中 —— 深淺埋隧道分界的深度； —— 等效荷載高度值。 系數 2～ 在松軟的圍巖中取高限，而在較堅硬圍巖中取低限。當隧道覆蓋層厚度 時為深埋， 時為淺埋， 時為超淺埋。 （ 2） 當隧道為深埋時，采用我國《鐵路隧道設計規范》所推薦的單線、雙線、及多線鐵路隧道按破壞階段設計時垂直壓力公式： （ 32） 式中 —— 等效荷載高度值； S—— 圍巖級別，如 III 級圍巖 S =3； ?—— 圍巖的容重； ?—— 寬度影響系數，其值為 ? =1+i(B5)，其中 B 為坑道寬度 (m)； i—— B 每增加一米，圍巖壓 力的增減率 (以 B=5m 為基準 )，當 B5 時取 i=，B5m，取 i=。 水平均布松動壓力 e 按表 31 中的經驗公式計算 (一般取平均值 )。 表 31 水平均布松動壓力 圍巖級別 III IV V 水平均布壓力 (~)q (~)q (3)當隧道為淺埋時，分兩種情況 ①我國《鐵路隧道設計規范》推薦，當隧道埋深 h 小于或等于等效荷載高度 時(即 h ? )，圍巖垂直均布壓力為 qh?? （ 33） 式中 ? —— 圍巖容重； 1q 0. 45 2 sqh? ???? ? ? ? ?pq( 2 ~ 2. 5 )Hh?pHqh pH? pq Hhh ??qhh?qhqhqh石家莊鐵道大學畢業設計 10 h —— 隧道埋置深度。 圍巖水平均布壓力 e 按朗金公式計算 )(tan)( 02t ?? ???? Hqe （ 34） 式中 ? —— 圍巖容重； ②我國《鐵路隧道設計規范》推薦，當隧道埋深 h 大于等效高度 (即 h﹥ )時，圍巖的垂直均布松動壓力 q 計算為： q = hK? （ 35） 式中 K—— 壓力縮減系數，其值為?? tan1 BhK ?? （ 36） （ 37） B —— 隧道開挖寬度； h—— 洞頂巖體覆蓋厚度。 表 32 各級圍巖的 ? 及 0? 值 圍巖級別 Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ ? 0? (～ ) 0? (～ ) 0? (～ ) 0? 0? 60? ～ 70? 50? ～ 60? 40? ～ 50? 30? ～ 40? 求圍巖水平松動壓力： 若水平壓力按梯形分布，則作用在隧道頂部和底部的水平壓力可直接寫為 ??he?1 （ 38） ?? )( t2 Hhe ??? （ 39） ? 為側壓力系數，可由式 (36)計算。 若水平壓力均布，則 （ 310） 荷載計算 何 家莊隧道進口里程為 DK118+580，出口里程為 DK119+426，全隧處于 V 級圍巖中，因此由式 (31)及 (32)得在深淺埋分界為 2 000 0( ta n 1 ) ta nta n ta n ta n ta n???? ????? ?? ?000ta n ta nta n 1 ta n ( ta n ta n ) ta n ta n??? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?)e(ee 2121 ??qq? ? m14)]([)5( 1q ??????????? ? Bih s石家莊鐵道大學畢業設計 11 pq2. 5 =2. 5 14 = 35 mHh?? (1)里程 DK118+580 至 DK118+600 為 V 級圍巖，總長 20m，最大埋深：h=14m。 ,所以按超淺埋計算。 選取 DK118+600 里程處斷面，最大埋深 h=14m，重度選取 3kN/?? 。 由式 (33)及 (34)可得， 圍巖垂直均布壓力為： ??hq ? ? 14=259 2kN/m 圍巖水平均布壓力為： ? ? ? ?02t ?? ???? Hqe =(259+) ? ????? 2 = 2kN/m (2)里程 DK118+600 至 DK118+745 為 V 級圍巖，總長 145m， 最大埋深： h=35m， 淺埋。 選取 DK118+745 里程處斷面，最大埋深 h=35m，重度選取 3kN/?? 由表 (32)取 ??450? ， ?? ??? ? ，則 145tan ?? ， ?? 。代入式 (36)及 (37)可得 = 由式 (35)、 (38)及 (39)可得， 圍巖豎向壓力： 水平方向壓力： 按梯形分布 21 = 1 4 5 . 2 6 0k N / meh??? 22 k N /?? ??He (3)里程 DK118+745 至 DK119+036，總長 291m， 最大埋深： h=44m。屬于深埋， 取重度 ? = 3kN/m 。 由式 (32)可得， 圍巖豎向壓力： qhq ?? == 2kN/m 由表 (31)可得， 圍巖水平壓力： qe ? == 2kN/m (4)里程 DK119+036 至 DK119+392，總長 356m，最大埋深： h=35m。淺埋。選取 DK119+036 里程處斷面，最大埋深 35m，取重度 ? = 3kN/m 。 2 000 0( ta n 1 ) ta nta n ta n ta n ta n???? ????? ?? ?000ta n ta n = 0 . 2 2 3 7ta n 1 ta n ( ta n ta n ) ta n ta n??? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?2 2ta n( ) = 4 6 9 .7 7 2 k N /mhq r h B????qhh石家莊鐵道大學畢業設計 12 由表 (32)取 ??450? ， ????? ? ，則 145tan ?? ， ?? 。代入式(36)及 (37)可得