【正文】 1 第 1 章 緒論 選題 背景 目前，我國鐵路的營運里程已居世界第三位和亞洲第一位，其年貨物發(fā)送量和旅客周轉量均為世界第一，客貨周轉量分別占全社會的 35%和 53%以上。作為一個鐵道大國，根據鐵道部提出的跨越式發(fā)展思路，我國理應盡快發(fā)展高速鐵路。 而 鐵路作為國家重要的基礎設施、國民經濟大動脈和大眾化交通工具，具有占地少、能耗低、污染 小 等比較優(yōu)勢，加快鐵路發(fā)展，符合可持續(xù)發(fā)展的要求鐵路現代化是國家現代化的重要標志之一，也是現 代化的基礎性保障條件。 .鐵路的發(fā)展和現代化程度在某種意義上是衡量一個國家的現代化和社會文 明程度的標志之一。 我國以高速鐵路為重點的客運專線網為代表的新一輪鐵路建設是按照世界先進水平開展的現代化鐵路網的建設，它將極大地改變我國鐵路網建設的傳統(tǒng)標準和模式。 2021 年 10 月 ，國務院常務會議通過的《綜合交通網中長期發(fā)展規(guī)劃》，到 2020年的鐵路網規(guī)模將增加到 12 萬 km 以上，時速 200km 及以上的客運專線將達到 萬 km。 經過幾年的不懈努力， 我國 投入運營的高速鐵路已達到 6920 營業(yè)公里。其中，新建時速 250～ 350公里的高速鐵路有 4044營業(yè)公里；既有線提速達到時速 200～ 250公里的高速鐵路有 2876 營業(yè)公里。我國高速鐵路運營里程居世界第一位。正在建設中的高速鐵路有 1 萬多公里。 我國高速鐵路運營狀況總體很好。一是設備質量可靠。無論是線路基礎、通信信號、牽引供電等固定設備，還是動車組等移動設備，質量穩(wěn)定，運行平穩(wěn)。二是運輸安全穩(wěn)定。高速安全保障體系日趨完善，職工隊伍素質過硬，保持了良好的安全記錄，沒有發(fā)生旅客傷亡事故。三是經營狀況良好。高速鐵路受到廣大旅客的青睞，市場需求旺盛。目前，全國鐵路每天開行高速列車 1000 列左右，平均上座率達到 %。高速鐵路為廣大旅客創(chuàng)造了美好生活的新時空，贏得了大家的贊 譽。 并且， 高速鐵路作為現代社會的一種新的運輸方式，具有極為明顯的優(yōu)勢。在運行速度上，目前最高時速可達 350 公里，正在建設的京滬高速鐵路最高時速將達到 380 公里，堪稱陸地飛行；在運輸能力上，一個長編組的列車可以運送 1000 多人，每隔 3 分鐘就可以開出一趟列車，運力強大；在適應自然環(huán)境上，高速列車可以全天候運行，基本不受雨雪霧的影響；在列車開行上，采取 “ 公交化 ” 的模式，旅客可以隨到隨走；在節(jié)能環(huán)保上，高速鐵路是綠色交通工具，非常適應節(jié)能減排的要求。 我國鐵路建設已經進入一個黃金機遇期。落實科學發(fā)展觀，構建和諧社會 ，建設資源節(jié) 2 約型、環(huán)境友好型社會的戰(zhàn)略任務，使鐵路的比較優(yōu)勢更加突出。我國經濟社會的快速發(fā)展使鐵路運力需求增長很快。鐵道部提出的 “ 政府主導，多元化投資，市場化運作 ” 思路后，各省區(qū)市加快發(fā)展鐵路的積極性空前高漲，鐵道部已與 31 個省區(qū)市簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，為鐵路建設營造了良好的外部環(huán)境，路地合作正在向廣度和深度發(fā)展；廣泛吸納社會資金參與鐵路建設，包括民營企業(yè)在內的許多企業(yè)積極投資鐵路。 相信 今后幾年，中國高速鐵路建設將進入全面收獲時期。到 2021 年，我國鐵路營業(yè)里程將達到 11 萬公里以上，其中新建高速鐵路將達到 萬公里。到 2020 年，我國 “ 四縱四橫 ” 鐵路快速客運通道以及三個城際快速客運系統(tǒng)將全面建成，我國將完全進入 “ 高鐵時代 ” 。 客貨共 線鐵路發(fā)展狀況 客貨分線鐵路在各國鐵路發(fā)展的迅猛 。特別是自以日本新干線、法國 TGV為代表的快速鐵路投入運營以來，以安全可靠、技術創(chuàng)新、優(yōu)質服務的優(yōu)勢為鐵路的發(fā)展帶來了新的機遇，為國民經濟的發(fā)展帶來了巨大動力?？焖勹F路的成功，有力地促進了國家經濟的增長和社會進步，促進了沿線經濟發(fā)展。快速鐵路的發(fā)展規(guī)劃，不僅在歐洲、亞洲得到推廣，而且目前在美洲和澳大利亞也在進行中。從這 些國家快速鐵路的發(fā)展史，對照我國鐵路建設的經驗和教訓，可以得到許多重要的啟示。 在我國，高速鐵路的研究工作起步于 20 世紀 90 年代，現已為高速鐵路的建設做了大量的技術準備。 《鐵路主要技術政策》明確指出： 運輸緊張的繁忙干線修建四線或多線，實行客貨分線運輸。在大中城市間發(fā)展客運專線，在人口稠密地區(qū)發(fā)展城際鐵路，加快形成覆蓋我國主要城市的快速客運網。 在我國鐵路發(fā)展史上首次明確提出了客貨分線的方向。隨著《中長期鐵路網規(guī)劃》的逐步實施，武 (漢 )廣 (州 )、鄭 (州 )西 (安 )、京 (北京 )津 (天津 )、石 (家莊 )太 (原 )等客運專線先后立項。在這些客運專線的建設中，有必要借鑒國外客運專線建設的經驗，修建我國高質量的客運專線。 但是，我國畢竟沒有高速鐵路修建的實踐經驗，而高速鐵路又是涉及面積廣、科技水平極高的系統(tǒng)工程，因此，我們應貫徹“先進、成熟、經濟、實用、可靠”的技術方針，開創(chuàng)我國客運專線和高速鐵路事業(yè) 。 設計 研究內容及采用 方法 本設計為鐵路隧道設計與施工，所需要解決的問題主要是隧道施工方案 ,施工組織設計及施工工藝。 在對隧道結構設計進行檢算時，需依據我國最新出版的《鐵路隧道設計規(guī)范》， 3 并結合本 隧道的工 程特點，利用相關計算圍巖壓 力公式，計算出坑道開挖后隧道襯砌受載情況。然后，使用 Ansys 工程軟件對隧道襯砌建模，計算并檢驗隧道襯砌在所加荷載作用下是否滿足強度要求。對不滿足強度要求的隧道襯砌，進行配筋計算。 在對隧道施工方案及施工工藝進行設計時，需依據我國 出版 的《鐵路隧道設計規(guī)范》和《鐵路隧道施工規(guī)范 》，并結合在隧道全長范圍內不同性質圍巖和圍巖所處的位置，來確定隧道的進洞 方案、不同圍巖段的開挖方案、不良地質處理方法、初期支護情況、二次襯砌施工方法、隧道防排水措施和環(huán)保設計 等。 4 第 2 章 工程概況 隧 道概況 新建貴廣鐵路下豪一號隧道隧道全長 480m，隧道進出口里程分別為 DK723+1DK723+620；隧線分界里程分別為： DK723+1 DK723+620，隧道位于廣東省肇慶市四會市黃田鎮(zhèn)境內 。 本隧道位于直線上，隧道內為“ V”字坡， DK723+140（進口）~ DK723+600 為 ‰ 下坡，隧道內坡長為 460m； DK723+600~ DK723+620（出口）為 3‰ 上坡，隧道內坡長為 20m。隧道內 DK723+461~ DK723+620 段設置圓曲線型豎曲線，豎曲線半徑為 25000m。豎曲 線長 l159m，豎曲線 。 隧道地質情況 1)地形地貌： 下豪一號隧道位于丘陵區(qū)，場區(qū)以構造剝蝕中低山為主，地形陡峻，植被發(fā)育，山坡自然坡度一般為 30~50176。 。其中，隧道最大埋深為 ，隧道軸線總體走向為150176。 。 2)地層巖性： 本隧道洞身穿過地層從新至老為 ：第四系殘坡積（ Q4el+dl）、奧陶系（ Oa）等地層。 a、第四系殘坡積 （ Q4el+dl） 粉質粘土 ，棕黃 ~棕紅色，硬塑，層厚 ~2m，由絹云母石英片巖風化而成，以粉、粘粒為主，土質均勻性差，粘性較弱。 b、奧 陶系（ Oa） 絹云母石英片巖，褐色夾紅褐色 ，全 ~弱風化，全風化帶層 8~31m；強風化層厚4~28m；下為弱風化。 3）地質構造：隧道區(qū)內地層單一，為單斜構造，未發(fā)現斷層、褶皺等地質構造。 4）水文地質特征： a、地下水類型及富水性 地下水類型主要為基巖裂隙水，基巖富水性差，地下水弱發(fā)育。 b、地下水地表水對混凝土的影響 根據地質資料，隧道地下水無侵蝕性。 5 5）地震動參數：根據 《 中國地震動參數區(qū)劃圖 》 （ GB183062021），隧址區(qū)地震動峰值加速度 ＜ ，地震動反應譜特征周期為 。 此外，本隧道炭化環(huán)境等級為 T2. 隧道縱斷面圖 隧道縱斷面圖，詳細標明了隧道圍巖工程分級、隧道襯砌段分級、各段開挖方法及各段水文地質條件等，參見附錄。 6 第 3 章 隧道結構設計檢算 隧道結構設計檢算原理 對隧道 結構進行設計檢算，主要是依據荷載 結構計算模式 ，通過對襯砌結構建模，計算得出襯砌結構在荷載作用下的內力和位移，利用結構最危險點的內力對襯砌強度進行檢算，對不滿足強度要求的配筋。 荷載結構法是我國目前廣泛采用的一種主要的地下結構計算方法 ， 它是將支護和圍巖分開考慮，支護結構是承載主體，地層對 結構的作用只是產生作用在地下結構上的荷載，以計算襯砌在荷載作用下產生的內力和變形的方法 [2] 。其設計原理是按圍巖分級或實用公式確定圍巖壓力，圍巖對支護結構變形的約束作用是通過彈性支撐來體現的，而圍巖的承載能力則在確定圍巖壓力和彈性支撐的約束能力時間接考慮 。 它以承受巖體松動、崩塌而產生的豎向和側向主動壓力為主要特征?？?的來說 ， “ 結構 —荷載 ” 模型概念清晰，計算簡便，容易被工程師們所接受，至今仍很通用。 隧道襯砌結構計算內容 隧道襯砌結構計算的主要內容包 括：擬定隧道結構很斷面尺寸、支護參數 ；確定圍巖壓力 ；通過建立 荷載 結構計算模型，進行力學計算，求出各級圍巖襯砌的結構內力 ；檢算截面強度，不滿足 規(guī)范 要求予以 結構 配筋。 各 級圍巖襯砌段 基本情況 表 31 下豪一號 隧道 各 圍巖 級別及開挖方法 起訖里程 所使用 襯砌類型 長度 (m) 所采用的施工方法 DK723+140 DK723+162 Ⅴ 22 明挖法 DK723+162 DK723+202 Ⅴ 40 三臺階臨時仰拱法 （四步） DK723+202 DK723+277 Ⅴ 75 三臺階臨時仰 拱法 DK723+277 DK723+441 Ⅳ 164 臺階法 （三步） DK723+441 DK723+561 Ⅴ 120 三臺階臨時仰拱法 （三步） DK723+561 DK46+591 Ⅴ 30 三臺階臨時仰拱法 （四步） DK723+591 DK723+601 Ⅴ 10 明挖法 7 DK723+601 DK723+620 Ⅴ 19 明挖法 根據所給的縱斷面圖紙，可確定出新建貴廣鐵路下豪一號隧道各級圍巖襯砌段的位置、長度、方法和每一段的埋深等，詳情見表 31。 在下豪一號 隧道全長范圍內，隧道襯砌的 內輪廓線是一致的，由于襯砌的厚度，初期支護的厚度和預留變形量不同，隧道開挖輪廓線是不同的，坑道的凈跨和凈高 見也不同 。Ⅳ級和Ⅴ級圍巖的襯砌形式和襯砌詳細尺寸見附錄 B 中圖 02，圖 03。 表 32 襯砌凈寬和凈高 (m) 襯砌類型 坑道凈寬 坑道凈高 Ⅳ Ⅴ 荷載計算 荷載計算方法 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。豎向和水平均布壓力的計算，根據隧道的埋深不同，計 算公式也不相同。 (1)隧道深、淺埋的判定原則 一般，深、淺埋隧道分界深度至少應大于坍方的平均高度且有一定余量，根據經驗，這個深度通常為 2~ 倍的坍方平均高度值，即 pq(2 ~ )Hh? (31) 式中， pH —— 深淺埋隧道分界的深度； qh —— 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 phH? 時為深埋， phH? 時即為淺埋。 因為新建貴廣鐵路一號 隧道為雙線隧道，等效高度值的計算公式為 1q 2 Sh ??? ? ? (32) 1 ( 5)iB? ? ? ? (33) 式 中， qh —— 等效荷載高 度值； S —— 圍巖級別 ； ?—— 寬度影響系數 ； B—— 坑道寬度，以 m 計； 8 i—— B 每增加 1m 時，圍巖壓力的增減率 (以 5mB? 為基準 )，當 5mB? 時，取 ? ， 5mB? 時，取 ? 。 (2)深埋隧道圍巖松動壓力的計算方法 雙線鐵路隧道豎直均布松動壓力公式為 qqh?? (34) 式中， q —— 豎直均布松動壓力； ? —— 圍巖容重。 水平均布松動壓力 e 可根據豎直均布松動壓力求得，小寨隧道水平均布壓力的經驗公式見表 33。 表 33 水平均布松動壓力經驗公式 圍巖級別 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 水平均布壓力 0 (3)淺埋隧道圍巖松動壓力的計算方法 2000 0ta n ( ta n 1 )ta n ta n ta n ta n???? ?? ??? ? (35) 000ta n ta nta n [ 1 ta n ( ta n ta n ) ta n ta n ]??? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? (36) 圍巖 豎直均布松動壓力為 2 ta n()hqh B????? (37) 圍巖水平均布松動壓力為 1eh??? (38) 2t()e h H???? (39) 式中