【正文】 面擬定、荷載確定、計(jì)算模型的建立、襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算及整理、結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算。 二、基本要求 ，掌握特長(zhǎng)鐵路隧道的主要施工方法及其適用條件； 算方法及計(jì)算內(nèi)容； 。 太行山隧道位于直線上，左線、右線隧道的縱向設(shè)計(jì)坡度基本一致，除進(jìn)口段長(zhǎng) 74m 的坡度為 6‰ 的上坡，出口段長(zhǎng) 68m 的坡度為 11‰ 的上坡，其余部分的坡度為 13‰ 的上坡。 在太行山隧道施工過(guò)程中，工作人員通過(guò)采用長(zhǎng)隧道硬質(zhì)圍巖快速施工技術(shù)、長(zhǎng)距離掘進(jìn)施工通風(fēng)技術(shù)研究、雙車(chē)道斜井無(wú)軌運(yùn)輸快速施工技術(shù)、軌道斜井有軌運(yùn)輸快速施工技術(shù)、長(zhǎng)隧道控制測(cè)量技術(shù)等，以及多斜井多工作面同時(shí)開(kāi)挖的高效組織模式，為國(guó)際和國(guó)內(nèi)形成膨脹巖石膨脹勢(shì)判定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)提供了寶貴的參考依據(jù)，為中國(guó)特長(zhǎng)隧道建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。進(jìn)入新世紀(jì) 后 ，越來(lái)越多的特長(zhǎng)隧道相繼建成 ： 2021 年 挪威 的 萊爾多（ Laerdal） 隧道全長(zhǎng) 24500m； 1980 年 瑞士 的 圣哥達(dá)（ Saint－ Gothard） 隧道全長(zhǎng) 16918m； 1978年 奧地利 的 阿爾貝格（ Arlberg） 隧道全長(zhǎng) 13972m。 隧道的修建，不僅給地理資源節(jié)約了空間，而且給各種運(yùn)輸節(jié)約了時(shí)間。做到與施工單位、監(jiān)理單位和設(shè)計(jì)單位協(xié)作，合理運(yùn)用施工人員、機(jī)具、物料、資金和信息，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量與造價(jià)在保證工期和安全施工的前提下的最佳解決方法。例如在該工程Ⅴ級(jí)圍巖中斷層破碎帶及影響帶選擇臺(tái)階法開(kāi)挖；又如礦山法隧道復(fù)合式結(jié)構(gòu)的襯砌結(jié)構(gòu)按“荷載－結(jié)構(gòu)”計(jì)算模式，按局部變形理論計(jì)算地層被動(dòng)壓力。 六、進(jìn)度計(jì)劃 第 1 周 熟悉資料，查閱文獻(xiàn)，選擇設(shè)計(jì)區(qū)段； 第 2 周 寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告； 第 3 周 外文翻譯 ； 第 4~7 周 隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ； 第 8～ 11 周 施工組織設(shè)計(jì)； 第 12 周 文整； 第 13 周 答辯。 本次設(shè)計(jì)主要介紹了關(guān)于太行山隧道 (DK69+255～ DK74+160)標(biāo)段的設(shè)計(jì)與施工。 關(guān)鍵詞： 特長(zhǎng) 隧道 全斷面法 臺(tái)階法 施 工組織 Abstract With the rapid development of society, people demand for railway transport system has been growing. Long railway tunnel’s construction in the traffic field of domestic and international have occupied an important position. Currently in the world, more and more representative of the long railway tunnel such as the Laerdal in Norway Lyle and the Saint－ Gothard tunnel in Switzerland39。 20 世紀(jì)初期，歐美一些國(guó)家形成的鐵路網(wǎng)，瑞士和意大利間的修建了辛普朗鐵路隧道長(zhǎng) 公里。設(shè)計(jì)時(shí)速為 80 公里，走完全程大約需要 15 分鐘的時(shí)間； 2021 年 8 月 23 日上午中國(guó)最長(zhǎng)的鐵路隧道—— 2021 公里的烏鞘嶺特長(zhǎng)隧道實(shí)現(xiàn)雙線開(kāi)通，其中左線彈性整體道床設(shè)計(jì)時(shí)速為200km/h；東秦嶺隧道位于秦嶺山脈深處 ,是西南鐵路的“咽喉”動(dòng)脈工程 ,也是我國(guó)已通車(chē)的長(zhǎng)大雙線鐵路隧道之一，該隧道全長(zhǎng) km。 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 依據(jù)隧道施工的相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，例如《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鐵路隧道施工規(guī)范》、《客運(yùn)專(zhuān)線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》等對(duì)隧道進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：二次襯砌斷面的幾何尺寸擬定、荷載計(jì)算、計(jì)算模型的建立、襯砌結(jié)構(gòu)的計(jì)算及其對(duì)計(jì)算結(jié)果的整理，通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析和強(qiáng)度檢算，對(duì)不符合要求的結(jié)構(gòu)的進(jìn) 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 行配筋計(jì)算。 依據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鐵路隧道施工規(guī)范》及具體工程環(huán)境及其水文地質(zhì)條件將項(xiàng)目劃分為不同的區(qū)段，并設(shè)計(jì)各區(qū)段豎井、斜井或其他輔助坑道的數(shù)目及其具體位置 , 努力做到依靠科技、精心組織、合理安排。隧道的結(jié)構(gòu)計(jì)算利用 ANSYS 軟件建立結(jié)構(gòu) —荷載模型，對(duì)隧 道的結(jié)構(gòu)安全性和結(jié)構(gòu)在修建過(guò)程中的可靠性做出評(píng)價(jià)。準(zhǔn)備各種施工附圖以及編寫(xiě)好工程適用的施工組織設(shè)計(jì)： (1)組織相關(guān)管理人員認(rèn)真研究本工程各項(xiàng)目的特點(diǎn)，針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)及時(shí)討論達(dá)成共識(shí)并迅速進(jìn)行目標(biāo)分解及貫徹 進(jìn)行； 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 (2)合理安排工期并盡快展開(kāi)平行作業(yè)工序，保證各環(huán)節(jié)銜接緊密； (3)迅速出臺(tái)與本工程相關(guān)的各項(xiàng)保證制度及管理辦法； (4)結(jié)合工程進(jìn)展程度合理安排各項(xiàng)資源的投入及協(xié)調(diào)。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 工程概況 工程地理位置 新建鐵路石家莊至太原客運(yùn)專(zhuān)線工程起自石家莊北站 K4+, 途徑河北省石家莊市、鹿泉市、井陘縣，再經(jīng)山西省盂縣、壽陽(yáng)縣、陽(yáng)曲縣，止于太原站 K228+213，正線全長(zhǎng) 公里。 以及在本設(shè)計(jì)標(biāo)段中所設(shè)的 10 個(gè)Ⅱ級(jí)圍巖橫通道和 1 個(gè)Ⅲ級(jí)圍巖橫通道。峽谷中無(wú)水，均為干谷。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 表 21 設(shè)計(jì)標(biāo)段所屬范圍地層 巖性 序號(hào) 里程 巖性情況描述 1 DK69+255~DK69+460 隧道洞身所通過(guò)該段 的 地層為泥質(zhì)條帶灰?guī)r，薄至中厚層狀，弱風(fēng)化，巖體較完整。呈塊狀結(jié)構(gòu)，巖層平緩，拱頂易坍塌落石。 地下水情況 本設(shè)計(jì)標(biāo)段地下水對(duì)混凝土不具腐蝕性；石灰?guī)r、白云巖 地下水中的侵蝕性 CO2對(duì)混凝土具有中等腐蝕性。m / 2 DK69+740~DK74+030 裂隙溶隙水 Q0= m3/dm / 3 DK74+030~DK74+160 構(gòu)造裂隙水 Q0=1526 m3/d； Qs= m3/d 小導(dǎo)管及徑向注漿堵水 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 施工條件 氣象特征 太行山 隧道地處溫暖帶亞潤(rùn)濕區(qū)，屬高寒山地氣候，降水稀少，氣候垂直分帶不明顯。 施工用電情況 太行山隧道施工用電采用永臨結(jié)合方式，從當(dāng)?shù)刈冸娬窘右?35KV 電力線，保證施工用電不間斷，考慮部分（ 20%）用電采用自發(fā)電。 經(jīng)調(diào)查，本設(shè)計(jì)標(biāo)段沿線 有通訊線路，施工時(shí)可以與當(dāng)?shù)仉娦挪块T(mén)聯(lián)系，接入施工現(xiàn)場(chǎng)。根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求，采取有效措施，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度，滿足結(jié)構(gòu)耐久性要求； (2)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，結(jié)合周?chē)孛娼ㄖ?、地下?gòu)筑物狀況，通過(guò)對(duì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保及使用功能的綜合比較，合理選擇結(jié)構(gòu)形式； (3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足施工、運(yùn)營(yíng)、環(huán)境保護(hù)、防災(zāi)等要求； (4)結(jié)構(gòu)的凈空尺寸除應(yīng)滿足建筑限界要求外，尚應(yīng)考慮施工誤差、測(cè)量誤差、結(jié)構(gòu)變形和沉陷等因素； (5)斷面形狀和襯砌形 式應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)、埋深、施工方法等條件，從地層穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)受力合理和環(huán)境保護(hù)等方面綜合確定； (6)隧道結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)“破損階段”法，以材料極限強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)； (7)施工引起的地層沉降應(yīng)控制在環(huán)境條件允許的范圍內(nèi)； (8)隧道建設(shè)應(yīng)盡量考慮減少施工中和建成后對(duì)環(huán)境造成的不利影響； (9)設(shè)計(jì)中除參照本指導(dǎo)書(shū)外，尚應(yīng)符合《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》或《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)國(guó)家現(xiàn)行的有關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定； (10)隧道主體工程等級(jí)為一級(jí)、防水等級(jí)為二級(jí)，耐火等級(jí)為一級(jí)； (11)隧道結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)按二級(jí)考慮，按抗震 烈度 8 度設(shè)防； (12)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)地下水水位和地下水腐蝕性等情況，滿足防水和防腐蝕設(shè)計(jì)的要求。 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路 以石太客運(yùn)專(zhuān)線太行山隧道為對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后將荷載加到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上，利用 Ansys 軟件計(jì)算內(nèi)力，取最不利情況配筋以及抗裂驗(yàn)算。隧道在曲線兩端應(yīng)設(shè)緩和曲線時(shí)，最好不使洞口恰恰落在緩和曲線上。但是，天然地形是起伏不定的，為了能適應(yīng)天然地形的形狀以減少工程數(shù)量，只好隨著地形的變化設(shè)置與之相適 應(yīng)的線路坡度。初期支護(hù)與二次襯砌間鋪設(shè)全包防水層。 本區(qū)段的建筑限界及內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)見(jiàn)圖 31。 表 31 混凝土的極限強(qiáng)度 (MPa) 強(qiáng)度種類(lèi) 符號(hào) 混凝土強(qiáng)度等級(jí) C15 C20 C25 C30 C40 C50 抗壓 Ra 彎曲抗壓 Rw 抗拉 Rl 混凝土的彈性模量應(yīng)按表 32 采用。 表 33 鋼筋的 強(qiáng)度和彈性模量 鋼筋種類(lèi) 屈服強(qiáng)度 (MPa) 抗拉極限強(qiáng) 度 (MPa) 抗拉或抗壓計(jì)算強(qiáng)度(MPa) 彈性模量(GPa) 延伸率 (%) HPB235(Q235) 240 380 260 210 25 HRB335(20MnSi) 340 520 360 200 16 噴射混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不得小于 C20。 (2)二次襯砌宜采用模筑混凝土或模筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，襯砌界面宜采用連接園順的等厚襯砌斷面，仰拱厚度宜與拱墻厚度相同。 表 35 預(yù)留變形量 （ mm） 圍巖級(jí)別 單線隧道 雙線隧道 Ⅱ — 10～ 50 Ⅲ 20～ 50 50～ 80 Ⅳ 50～ 80 80～ 120 Ⅴ 80～ 120 100～ 150 注：圍巖破碎取大值；圍巖完整取小值。 系數(shù) 2～ 在松軟的圍巖中取高限，而在較堅(jiān)硬圍巖中取低限。 ω （ 32） ω =1+i（ B5） （ 33） 式中， hq—— 等效荷載高度值 (m)； S—— 圍巖級(jí)別； ω—— 寬度影響系數(shù)； B—— 隧道 寬度 (m)； i—— B 每增加 1m 時(shí)，圍巖壓力的增減率 (以 B=5m 為基準(zhǔn) )，當(dāng) B5m 時(shí)，取i=， B5m 時(shí)，取 i=。 表 36 水平均布松動(dòng)壓力經(jīng)驗(yàn)公式 圍巖級(jí)別 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 水平勻布?jí)毫?e 0 ＜ (～ )q (～ )q 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 )tan/ (t a n)1(t a ntantantan 00200 ?????? ????]}tantan)tan( t a ntan1[/ { t a n)tan( t a n 000 ????????? ?????pq Hhh ??)t a n/ (t a n)1(t a nt a nt a nt a n 00200 ?????? ??????he ?1?? )(2 tHhe ??]}tantan)tan( t a ntan1[/ { t a n)tan( t a n 000 ????????? ?????)/ta n( 2 Bhhq ??? ????he ?1?? )(2 tHhe ??(3)淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的計(jì)算方法 : ①超 淺埋隧道 (h≤ hq) 圍巖豎直均布松動(dòng)壓力按公式 (35)計(jì)算： q=γ h (35) 式中， q—— 豎直均布松動(dòng)壓 力 (kN/m) γ —— 圍巖容重 (kN/m3)。 ② 淺埋隧道 ( ) (310) (311) 圍巖豎直均布松動(dòng)壓力按式 (312)計(jì)算 ： (312) 圍巖水平均布松動(dòng)壓力按公式 (313)和公式 (314)計(jì)算： (313) (314) 式中， β—— 產(chǎn)生最大推力時(shí)的 破裂角 (176。 結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算 采用破損階段法進(jìn)行配筋計(jì)算，步驟如下： 檢驗(yàn)是否配筋 由截面內(nèi)力計(jì)算偏心距 e0=M/N，比較 e0/h 與 大小 若 e0/h≤ ，系抗壓強(qiáng)度控制承載能力，按 315 式計(jì)算： (315) 式中， Ra—— 混凝土的抗壓極限強(qiáng)度， C35 混凝土取 K—— 安全系數(shù)，對(duì)于由抗壓強(qiáng)度控制承載能力時(shí)， K=；抗拉強(qiáng)度控制承載能力時(shí)， K=。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 Ⅲ級(jí)圍巖結(jié)襯砌構(gòu)內(nèi)力計(jì)算和強(qiáng)度驗(yàn)算 區(qū)段里程： DK69+230~DK69+400 圍巖級(jí)別：Ⅲ 級(jí) 圍巖容重： 24kN/m3 圍巖彈性抗力系數(shù)： 850MPa/m 圍巖似摩擦角： 70176。拱墻、仰拱襯砌選用 C25 混凝土，仰拱填充選用 C20 混凝土。 隧道工程建筑物是埋置于地層中的結(jié)構(gòu)物，它的受力和變形與圍巖密切相關(guān)，支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖作為一個(gè)統(tǒng)一的受力體系相互約束，共同工作。 在 ANSYS 計(jì)算模型中，二次襯砌采用彈性平面梁?jiǎn)卧M，彈性抗力以及隧道底部地基均采用彈簧單元模擬。Ⅲ 級(jí) 圍巖截面計(jì)算的內(nèi)力 圖如圖 3 3