【正文】 新建貴廣鐵路下豪一號隧道隧道全長 480m，隧道進(jìn)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(huì)市黃田鎮(zhèn)境內(nèi) 。 在對隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢算時(shí)，需依據(jù)我國最新出版的《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》， 3 并結(jié)合本 隧道的工 程特點(diǎn)，利用相關(guān)計(jì)算圍巖壓 力公式，計(jì)算出坑道開挖后隧道襯砌受載情況。隨著《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的逐步實(shí)施，武 (漢 )廣 (州 )、鄭 (州 )西 (安 )、京 (北京 )津 (天津 )、石 (家莊 )太 (原 )等客運(yùn)專線先后立項(xiàng)。 在我國，高速鐵路的研究工作起步于 20 世紀(jì) 90 年代，現(xiàn)已為高速鐵路的建設(shè)做了大量的技術(shù)準(zhǔn)備。特別是自以日本新干線、法國 TGV為代表的快速鐵路投入運(yùn)營以來，以安全可靠、技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)質(zhì)服務(wù)的優(yōu)勢為鐵路的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了巨大動(dòng)力。 相信 今后幾年，中國高速鐵路建設(shè)將進(jìn)入全面收獲時(shí)期。 我國鐵路建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)黃金機(jī)遇期。目前，全國鐵路每天開行高速列車 1000 列左右，平均上座率達(dá)到 %。二是運(yùn)輸安全穩(wěn)定。正在建設(shè)中的高速鐵路有 1 萬多公里。 2021 年 10 月 ，國務(wù)院常務(wù)會(huì)議通過的《綜合交通網(wǎng)中長期發(fā)展規(guī)劃》，到 2020年的鐵路網(wǎng)規(guī)模將增加到 12 萬 km 以上，時(shí)速 200km 及以上的客運(yùn)專線將達(dá)到 萬 km。作為一個(gè)鐵道大國，根據(jù)鐵道部提出的跨越式發(fā)展思路，我國理應(yīng)盡快發(fā)展高速鐵路。 而 鐵路作為國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施、國民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)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(xiàn)代化是國家現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一，也是現(xiàn) 代化的基礎(chǔ)性保障條件。 經(jīng)過幾年的不懈努力， 我國 投入運(yùn)營的高速鐵路已達(dá)到 6920 營業(yè)公里。 我國高速鐵路運(yùn)營狀況總體很好。高速安全保障體系日趨完善，職工隊(duì)伍素質(zhì)過硬，保持了良好的安全記錄，沒有發(fā)生旅客傷亡事故。高速鐵路為廣大旅客創(chuàng)造了美好生活的新時(shí)空，贏得了大家的贊 譽(yù)。落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，構(gòu)建和諧社會(huì) ，建設(shè)資源節(jié) 2 約型、環(huán)境友好型社會(huì)的戰(zhàn)略任務(wù)，使鐵路的比較優(yōu)勢更加突出。到 2021 年，我國鐵路營業(yè)里程將達(dá)到 11 萬公里以上，其中新建高速鐵路將達(dá)到 萬公里。快速鐵路的成功，有力地促進(jìn)了國家經(jīng)濟(jì)的增長和社會(huì)進(jìn)步，促進(jìn)了沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 《鐵路主要技術(shù)政策》明確指出： 運(yùn)輸緊張的繁忙干線修建四線或多線，實(shí)行客貨分線運(yùn)輸。在這些客運(yùn)專線的建設(shè)中，有必要借鑒國外客運(yùn)專線建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，修建我國高質(zhì)量的客運(yùn)專線。然后，使用 Ansys 工程軟件對隧道襯砌建模，計(jì)算并檢驗(yàn)隧道襯砌在所加荷載作用下是否滿足強(qiáng)度要求。 本隧道位于直線上，隧道內(nèi)為“ V”字坡， DK723+140（進(jìn)口）~ DK723+600 為 ‰ 下坡，隧道內(nèi)坡長為 460m； DK723+600~ DK723+620（出口）為 3‰ 上坡，隧道內(nèi)坡長為 20m。 。 a、第四系殘坡積 （ Q4el+dl） 粉質(zhì)粘土 ，棕黃 ~棕紅色，硬塑，層厚 ~2m，由絹云母石英片巖風(fēng)化而成，以粉、粘粒為主，土質(zhì)均勻性差，粘性較弱。 b、地下水地表水對混凝土的影響 根據(jù)地質(zhì)資料，隧道地下水無侵蝕性。 荷載結(jié)構(gòu)法是我國目前廣泛采用的一種主要的地下結(jié)構(gòu)計(jì)算方法 ， 它是將支護(hù)和圍巖分開考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載主體，地層對 結(jié)構(gòu)的作用只是產(chǎn)生作用在地下結(jié)構(gòu)上的荷載，以計(jì)算襯砌在荷載作用下產(chǎn)生的內(nèi)力和變形的方法 [2] 。 隧道襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容 隧道襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算的主要內(nèi)容包 括：擬定隧道結(jié)構(gòu)很斷面尺寸、支護(hù)參數(shù) ；確定圍巖壓力 ；通過建立 荷載 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，求出各級圍巖襯砌的結(jié)構(gòu)內(nèi)力 ；檢算截面強(qiáng)度，不滿足 規(guī)范 要求予以 結(jié)構(gòu) 配筋。 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(jì)算 荷載計(jì)算方法 采用荷載結(jié)構(gòu)法原理進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)檢算時(shí)，所需計(jì)算的荷載為由巖體松動(dòng)、崩塌而產(chǎn)生的豎向和水平均布壓力。當(dāng)隧道覆蓋層厚度 phH? 時(shí)為深埋， phH? 時(shí)即為淺埋。 表 33 水平均布松動(dòng)壓力經(jīng)驗(yàn)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(dòng)壓力的計(jì)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(dòng)壓力為 2 ta n()hqh B????? (37) 圍巖水平均布松動(dòng)壓力為 1eh??? (38) 2t()e h H???? (39) 式中， ? —— 破裂面傾角； 0? —— 圍巖計(jì)算 摩擦角； ?—— 圍巖 兩側(cè)摩擦角 ； ?—— 側(cè)壓力系數(shù)； h—— 洞頂?shù)孛娓叨龋? tH —— 隧道凈高。 深淺埋的分界點(diǎn)是根據(jù) pq2Hh? 的計(jì)算數(shù)據(jù)從縱斷面上確定的。 ) 兩側(cè)摩擦角 ? (176。 Ansys 軟件簡介 Ansys 軟件是一個(gè)集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元分析軟件 [4] ，該軟件很好地實(shí)現(xiàn)了前、后處理，分析求解及多種場耦合分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫功能。 內(nèi)力計(jì)算過程 通過 Ansys 軟件對襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算的全過程為：首先，依照截面尺寸，利用結(jié)構(gòu)荷載模式對襯砌結(jié)構(gòu)建立模型；然后依據(jù)計(jì)算得出 的豎直和水平均布壓力對模型加載，并進(jìn)行計(jì)算；最后，查看計(jì)算結(jié)果，同時(shí)輸出內(nèi)力圖。 11 圖 31 Ⅳ級圍巖襯砌彎矩圖 ( ) 圖 32 Ⅳ級圍巖襯砌軸力圖 (N ) 確定拱頂處截面為最危險(xiǎn)截面， 10 N mM ? ? ?， 10 NN ??。 截面檢算結(jié)果 表 37 混凝土 容許應(yīng)力和 極限強(qiáng)度 (MPa ) 混凝土等 級 受拉容許應(yīng)力 ( w1? ) 受壓容許應(yīng)力 ( w? ) 抗拉極限強(qiáng)度 ( 1R ) 抗壓極限強(qiáng)度 ( aR ) C30 C40 － (1)Ⅳ、Ⅴ圍巖襯砌截面檢算情況見表 39。 大偏心受壓配筋計(jì)算公式為 39。is2he e a?? ? ? (318) 1cNx fb?? (319) 式中， sA ， 39。 15 截面配筋結(jié)果 軸向力偏心距增大系數(shù) ? 取為 。 表 39 大小偏心判斷 圍巖級別 0e (m) ae (m) ie (m) ie? 大、小 偏心判斷 Ⅳ 大偏心 Ⅴ (淺埋 ) 大偏心 襯砌截面都為大偏心受壓，根據(jù)式 (317)、 (318)和 (319)，可對截面進(jìn)行配筋計(jì)算，詳細(xì)情況見表 311。sA ( 2mm ) Ⅳ － 280 Ⅴ (淺埋 ) － 1640 表 311 中計(jì)算得出的配筋值都為負(fù)值，所以需采用最小配筋率來對截面進(jìn)行配筋。min? —— 最小配筋率，在隧道工程中，其值取 % C30 的混凝土 tf 值為 ， C40 的混凝土 tf 值為 ， HRB335 鋼筋 yf值為 300MPa 。sA ( 2mm ) 所選用的鋼筋 (面積 / 2mm ) Ⅳ % 900 3Φ 20(941) Ⅴ (淺埋 ) % 1000 3Φ 22(1140) 由于選用的是兩側(cè)對稱配筋，每一延米襯砌截面上的鋼筋布置示意圖如圖 311。進(jìn)場后主要工作為清理現(xiàn)場、迅速修建臨時(shí)設(shè)施、接樁復(fù)測、架接水電等。 施工主要材料準(zhǔn)備計(jì)劃 除甲供材料外，施工單位有能力在市場上擇優(yōu)選購材料進(jìn)場 ,并按總工期的計(jì)劃安排，超前做出材料計(jì)劃，做好周密的進(jìn)場計(jì)劃和周期性儲(chǔ)備計(jì)劃與落實(shí)，以滿足各階段工程進(jìn)度的需求，為此采取以下措施： (1)物管人員選配素質(zhì)高、業(yè)務(wù)精，責(zé)任心強(qiáng)，且有豐富的市場經(jīng)驗(yàn)的同志擔(dān)任，嚴(yán)把物資材料關(guān)。 (4)保證現(xiàn)場需求量最大、控制整個(gè)工程進(jìn)度關(guān)鍵材料商品砼和鋼材的供應(yīng)。施工前應(yīng)逐一排除崩塌、落石等安全隱患。 本隧道根據(jù)業(yè)主提供的施工招標(biāo)圖紙及地勘資料，洞口地質(zhì)條件較差，對洞口淺埋、軟弱風(fēng)化破碎地段進(jìn)行地表預(yù)加固。但是，考慮到隧道洞門的施作不應(yīng)對隧道洞身施工造成影響，由經(jīng)驗(yàn)可得，一般在隧道進(jìn)洞掘進(jìn) 100m左右后，施作洞門。明洞洞身襯砌前先作仰拱，確保明洞邊墻有足夠的地基承載力，避免整體下沉和拱圈開裂。明洞采用人工進(jìn)行回填，蛙式打夯機(jī)分層夯實(shí) 。 （ 3）明洞結(jié)構(gòu)采用多組合防水措施，結(jié)構(gòu)圬工采用防水鋼筋混凝土，明洞環(huán)縱向施工縫、變形縫等防水薄弱環(huán)節(jié)應(yīng)加強(qiáng)防水措施。洞門端墻、柱墻施工前，先完成洞頂水溝、截水溝的施工，邊、仰坡的防護(hù)。 而設(shè)計(jì)隧道段處于“ Ⅴ — Ⅵ — Ⅴ ”級圍巖地段，所以下面對兩種 級別圍巖的開挖方法設(shè)計(jì)如下： Ⅳ級圍巖段開挖方法 隧道全長范圍內(nèi)，Ⅳ級圍巖 只 有 一 段，一段起訖里程為 DK723+277~DK723+441，全長 164m。同時(shí)，在上臺(tái)階開挖時(shí)，應(yīng)采用小藥量的松動(dòng)爆破，盡量減少對圍巖的擾動(dòng)。Ⅴ類圍巖穩(wěn)定性差，施工難度大，施工時(shí)按“短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉、強(qiáng)支護(hù)、勤量測”的原則掌握，施工前，沿拱部開挖輪廓線 10cm 處以外插角 5176。 隧道施工應(yīng)堅(jiān)持“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、勤量測”的總原則，確保施工安全有序的進(jìn)行。 在 復(fù)合式襯砌段在施工時(shí)，須進(jìn)行監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)控量測的結(jié)果進(jìn)行分析，確定二次襯砌的時(shí)機(jī)及調(diào)整支護(hù)參數(shù)。 圖 41 臺(tái)階法施工工藝流程圖 超挖 欠挖 不滿足 施工準(zhǔn)備 爆破效果 裝碴運(yùn)輸 上下臺(tái)階初支護(hù) 監(jiān)控 量測 初噴混凝土 上臺(tái)階鉆眼 通風(fēng) 排煙 測量放線 裝藥爆破 超前地質(zhì)預(yù)報(bào) 下循環(huán)開挖 爆破設(shè)計(jì) 處理欠挖 加強(qiáng)支護(hù) 調(diào)整爆破參數(shù) 22 二、 臺(tái)階法施工工序說明 圖 42 臺(tái)階法工序圖 （ 1）開挖 1 部臺(tái)階 ,施作 1 部洞身結(jié)構(gòu)的初期支護(hù)。 三、 臺(tái)階法施工要求 （ 1）隧道施工應(yīng)堅(jiān)持“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的原則。施工中應(yīng)解決好上下臺(tái)階的施工干擾問題，下部應(yīng)減少對上部圍巖、支護(hù)的攏動(dòng)。 （ 8）下臺(tái)階施工 時(shí)要保證初支鋼架整體順接平直，螺栓連接牢靠。這樣就能夠順利完成長、短臺(tái)階法的轉(zhuǎn)換。開挖進(jìn)尺控制在每循環(huán) 2~3m 拱架。按照設(shè)計(jì)要求施作鎖腳錨桿和系統(tǒng)錨桿，噴射砼。仰拱按每循環(huán) 5m 組織施工。 （ 3）開挖方式采用若爆破，爆破時(shí)嚴(yán)格控制炮眼深度及裝藥量。 （ 7）施工時(shí)根據(jù)現(xiàn)場情況，必要時(shí)在臨時(shí)仰拱中增設(shè)鋼架。 （ 2）上臺(tái)階施工至適當(dāng)距離后，開挖 2 部臺(tái)階，接長鋼架，施作洞身結(jié) 構(gòu)的初期支護(hù)及封底，參照工序①進(jìn)行。 四、三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工要求 （ 1）隧道施工應(yīng)堅(jiān)持“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的原則。 （ 5）各步臺(tái)階一次開挖長度宜控制在 2m~3m 之間，第 3 部臺(tái)階開挖后仰拱應(yīng)緊跟。 (2)每一循環(huán)炮眼深度計(jì)算公式 周邊炮眼與輔助炮眼的眼底應(yīng)在同一垂直面上，掏槽炮眼應(yīng)加深 10~20cm[9] 。233L l b?? (48) 式中， 1L —— 掏槽眼的長度； ?—— 掏槽眼與開挖面的夾角； B—— 同一平面上的兩掏槽眼眼口的距離； b—— 同一平面上的兩掏槽眼眼底的距離，取為 ； 39。 根據(jù)式 (41)，可得計(jì)算炮眼數(shù)量，結(jié)果見表 46。各種形式炮眼間距和個(gè)數(shù)情況見表 48。 表 45 計(jì)算炮眼數(shù)量 圍巖級別 裝藥量 系數(shù) ? 上臺(tái)階 中臺(tái)階 下臺(tái)階 總個(gè)數(shù) 斷面面積 ( 2m ) 炮眼數(shù)量 斷面面積 ( 2m ) 炮眼數(shù)量 斷面面積 ( 2m ) 炮眼數(shù)量 Ⅴ 149 193 154 496 炮眼 深度和長度見表 47。 表 47 炮眼布置具體個(gè)數(shù) 圍巖 級別 掏槽眼 輔助眼 周邊眼 總個(gè)數(shù) 頂面間距 (m) 個(gè)數(shù) 間距 (m)