【正文】 物資供應(yīng)情況 物資可利用隧道旁的 314 省道運(yùn)輸， 油料和火工品等材料可由供貨商直接供應(yīng)至各工區(qū)；棄碴場擋護(hù)工程用的塊石、片石及主體工程用碎石在盂縣附近材料質(zhì)量合格的石場購買；主體工程所采用的砂，在合格砂場購買。四季分明，夏季炎熱少雨，冬季寒冷干燥，年降水量在 350～ 800mm。角礫狀泥灰?guī)r (膏溶角礫巖 )對 混凝土具有硫酸鹽弱腐蝕性。呈塊狀結(jié)構(gòu)，巖層平緩，拱頂易坍塌落石。 工程地質(zhì)和水文條件 地形地貌 太行山隧道位于太行山脈中南段剝蝕低山和低中山區(qū)，沿線總的地勢特點(diǎn)呈現(xiàn)為西高東低，中西部最高的不對稱三角形。 預(yù)期目標(biāo) 通過本次設(shè)計(jì)，讓自己掌握隧道設(shè)計(jì)原則及有關(guān)技術(shù)指標(biāo)和特長鐵路隧道的主要施工方法及其適用條件。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。 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。s , as well as has been built and put into use this year39。 Design and Construction of Long Railway Tunnel 特長鐵路隧道設(shè)計(jì)與施工 摘 要 隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人們對鐵路交通系統(tǒng)的需求量已 變得 越來越大。 關(guān)鍵詞： 特長 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。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 日上午中國最長的鐵路隧道—— 2021 公里的烏鞘嶺特長隧道實(shí)現(xiàn)雙線開通，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 是我國已通車的長大雙線鐵路隧道之一，該隧道全長 km。 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。準(zhǔn)備各種施工附圖以及編寫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； (2)合理安排工期并盡快展開平行作業(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)。 以及在本設(shè)計(jì)標(biāo)段中所設(shè)的 10 個(gè)Ⅱ級圍巖橫通道和 1 個(gè)Ⅲ級圍巖橫通道。 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。 地下水情況 本設(shè)計(jì)標(biāo)段地下水對混凝土不具腐蝕性；石灰?guī)r、白云巖地下水中的侵蝕性 CO2對混凝土具有中等腐蝕性。m / 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 施工條件 氣象特征 太行山 隧道地處溫暖帶亞潤濕區(qū)，屬高寒山地氣候，降水稀少，氣候垂直分帶不明顯。 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聯(lián)系，接入施工現(xiàn)場。 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路 以石太客運(yùn)專線太行山隧道為對象 進(jìn)行設(shè)計(jì)。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。初期支護(hù)與二次襯砌間鋪設(shè)全包防水層。 表 31 混凝土的極限強(qiáng)度 (MPa) 強(qiáng)度種類 符號(hào) 混凝土強(qiáng)度等級 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。 (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。 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。 表 36 水平均布松動(dòng)壓力經(jīng)驗(yàn)公式 圍巖級別 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 水平勻布壓力 e 0 ＜ (～ )q (～ )q )t a n/ ( t a n)1( t a nt a nt a nt a n 00200 ?????? ????]}t a nt a n)t a n( t a nt a n1[/ { t a n)t a n( 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 ??]}t a nt a n)t a n( t a nt a n1[/ { t a n)t a n( 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)。 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=。拱墻、仰拱襯砌選用 C25 混凝土，仰拱填充選用 C20 混凝土。 在 ANSYS 計(jì)算模型中，二次襯砌 采用彈性平面梁單元模擬，彈性抗力以及隧道底部地基均采用彈簧單元模擬。m，軸力值 ： N=105N。02039。200???????　　　　　　　　bfeeAfehehxcdssssdss 55 ????????? NbxfN cdu 所以滿足要求。拱墻襯砌選用 C25 混凝土，底板墊層選用 C20 混凝土。 m) 軸力 (N) e0(m) 抗壓驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 1 23958 +05 不驗(yàn)算抗壓 合格 2 21940 +05 不驗(yàn)算抗壓 合格 3 16174 178。 ANSYS 建模生成的變形圖見圖 35。根據(jù)構(gòu)造要求箍筋間距 S 應(yīng)滿足： S≤15d＝ 1516=240 mm， S≤b=450mm，故選用箍筋間距選用： S=250 mm。????????? ?? ssdcdu AfAfN ?　　　　　　 由于 55 ????? NN u ,所以滿足要求。 設(shè) as=a’s=40mm， h0=has=35040=310mm。Ⅲ 級圍巖截面計(jì)算的內(nèi)力 圖如圖 3 34。 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。 Ⅲ級圍巖結(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 圍巖級別：Ⅲ 級 圍巖容重： 24kN/m3 圍巖彈性抗力系數(shù)： 850MPa/m 圍巖似摩擦角： 70176。 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。 ω （ 32） ω =1+i（ B5） （ 33） 式中， hq—— 等效荷載高度值 (m)； S—— 圍巖級別； 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 35 預(yù)留變形量 （ mm） 圍巖級別 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。 表 33 鋼筋的強(qiáng)度和彈性模量 鋼筋種類 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)度等級不得小于 C20。 本區(qū)段的建筑限界及內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)見圖 31。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。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。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)合周圍地面建筑物、地下構(gòu)筑物狀況，通過對技術(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、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環(huán)境造成的不利影響； (9)設(shè)計(jì)中除參照本指導(dǎo)書外，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)隧道主體工程等級為一級、防水等級為二級，耐火等級為一級； (11)隧道結(jié)構(gòu)的抗震等級按二級考慮，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。 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。m / 2 DK69+740~DK74+030 裂隙溶隙水 Q0= m3/d呈塊狀結(jié)構(gòu)，巖層平緩，拱頂易坍塌落石。峽谷中無水，均為干谷。 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、壽陽縣、陽曲縣，止于太原站 K228+213，正線全長 公里。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，對隧道的結(jié)構(gòu)安全性和結(jié)構(gòu)在修建過程中的可靠性做出評價(jià)。 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)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》等對隧道進(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