【文章內(nèi)容簡介】 模型，采用有限元 ANSYS 進行模擬。單元類型為二維梁單元，梁單元寬度為單位寬度，梁的高度按二次襯砌實際厚度考慮。圍巖抗力采用彈簧單元模擬，彈簧施加范圍及數(shù)量根據(jù)試算中結(jié)構(gòu)的變形情況進行調(diào)整和優(yōu)化，圍巖彈性抗力系數(shù)按規(guī)范選值，僅當結(jié)構(gòu)產(chǎn)生朝向圍巖方向的位移時添加彈簧單元。計算時，參數(shù)選擇如表 33，計算模型圖見圖 31。200(tan1)ttant?????? ?00ttt1a(a)tna?????2thqrB???=石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計8表 33 襯砌及圍巖計算參數(shù)結(jié)構(gòu)及圍巖 容重(kN/m179。)彈性抗力系數(shù)K(MPa/m)彈性模量 (GPa) 泊松比C30 混凝土 23 —— 31 Ⅳ級圍巖 350 —— ——Ⅴ級圍巖 150 —— ——圖 31 計算模型圖（1）里程 DK136+207 至 DK136+250該段為 IV 級圍巖，淺埋，選取里程 DK136+250 處橫截面進行計算，以下是采用 ansys 有限元軟件得到的軸力圖和彎矩圖。石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計9圖 32 IV 級圍巖襯砌軸力圖圖 33 IV 級圍巖襯砌彎矩圖石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計10表 34 Ⅳ級圍巖襯砌部分節(jié)點內(nèi)力節(jié)點號 節(jié)點位置 軸力(N) 彎矩(N*m)1 拱頂 1768000 25056022 拱肩 2295600 23482065 墻腳 1260200 138690（2）里程 DK136+342 至 DK136+371 該段為 V 級圍巖，淺埋，選取里程 DK136+342 處橫截面計算，以下是采用ansys 有限元軟件得到的軸力圖和彎矩圖。 圖 34 V 級圍巖襯砌軸力圖石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計11圖 35 V 級圍巖襯砌彎矩圖表 35 V 級圍巖襯砌部分節(jié)點內(nèi)力節(jié)點號 節(jié)點位置 V 級圍巖淺埋 彎矩（N*m）1 拱頂 1813900 16882054 墻腳 1917200 21911067 仰拱 1446700 236060 二次襯砌強度檢算及配筋 強度檢算公式根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》 ，雙線高速鐵路隧道復合式襯砌，需按照破壞階段或容許應(yīng)力法對隧道結(jié)構(gòu)截面進行檢算。①混凝土和砌體矩形截面中心及偏心受壓構(gòu)件的抗壓強度按下式進行計算： aKNRbh???式中 K——安全系數(shù)；N——軸向力（MN） ；Ra——混凝土或砌體的抗壓極限強度（MPa） ；—— 構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)，對于隧道襯砌，明洞拱圈及墻背回填緊密的邊墻，?石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計12可取 =，對于其他構(gòu)件，應(yīng)按長細比查得；? ——軸向偏心力影響系數(shù)，其值查《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》可得；?h——截面的厚度（m） ；b——截面的寬度(m) 。 ②從抗裂要求出發(fā)，混凝土矩形截面偏心受壓構(gòu)件的抗拉強度按下式計算： 式中 Rl ——混凝土的抗拉極限強度； ——截面偏心距。0e對混凝土矩形構(gòu)件，按現(xiàn)行《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的安全系數(shù)及材料強度數(shù)值計算結(jié)果表明：當 時，由抗壓強度控制承載力，不必檢算抗裂；當 e 0e?0 時，由抗拉強度控制承載力，不必檢算抗壓。③混凝土矩形截面的大偏心受壓構(gòu)件（x≤） ，其截面強度按下列公式計算： (39。)WggKNRbA???此時，中性軸的位置按下式確定：當軸向力作用于鋼筋 Ag 與 Ag’的重心之間時，式中的左邊第二項取正號，當作用于 Ag 與 Ag’重心之外時，則取負號。 如計算中考慮受壓鋼筋時，則混凝土受壓區(qū)的高度應(yīng)大于等于 2a’,如不符合，應(yīng)按下式計算：式中 N——軸向力（MN）。 e,e’——鋼筋 Ag 與 Ag 的重心到軸向力作用點的距離(m)。39。 ④鋼筋混凝土矩形截面的小偏心受壓構(gòu)件（x） ，其截面強度應(yīng)按下式計算：。 39。(39。)agKNeRbhAha??????0(39。)(/2)ggWebxeh???039。(39。)gKeRAha??石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計13 表 36 混凝土和砌體結(jié)構(gòu)的強度安全系數(shù)材料種類 混凝土 砌體荷載組合 主要荷載主要荷載+ 附加荷載主要荷載主要荷載+附加荷載混凝土或砌體達到抗壓極限強度 破壞原因混凝土達到抗拉極限強度 表 37 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強度安全系數(shù)荷載組合 主要荷載主要荷載+附加荷載鋼筋達到計算強度或混凝土達到抗壓或抗剪極限強度 混凝土達到抗拉極限強度 表 38 混凝土極限強度（MPa）混凝土強度等級強度種類 符號C15 C20 C25 C30 C40 C50抗壓 Ra 彎曲抗壓 Rw 抗拉 Rl 強度檢算及配筋各級圍巖二襯結(jié)構(gòu)需檢算各節(jié)點的安全系數(shù)，首先由 或aKNRbh???反向解出安全系數(shù) K 值，同時用得出的 K 值與規(guī)范要求 K 值進行比較。當 Kx≥ K 時，則可以認為是安全的，不用進行配筋驗算，可以按最小配筋率配筋，否則需要驗算配筋。 （1）IV 級圍巖配筋???石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計14根據(jù)規(guī)范要求受壓構(gòu)件全部縱向配筋最小配筋率可知，單側(cè)縱向鋼筋面積不應(yīng)%bh=900mm 2。采用對稱配筋，取每側(cè)4根 鋼筋，則單側(cè)的縱向鋼筋20?面積As=As’=1256mm 2,保護層厚度取40mm，縱向鋼筋采用Φ10@250，箍筋采用φ8@表 39 IV 級圍巖配筋檢算表節(jié)點號受壓區(qū)高度 X(m)計算彎矩（Nm）配筋后的安全系數(shù)1 250560 22 234820 65 138690 經(jīng)檢算，以上配筋量對應(yīng)的安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求，故可采用上述配筋。配筋圖見附圖。（2） V 級圍巖配筋根據(jù)規(guī)范要求受壓構(gòu)件全部縱向配筋最小配筋率可知，全部縱向鋼筋面積不應(yīng)小于 %bh=1000mm2。采用對稱配筋，取每側(cè) 4 根 鋼筋，則單側(cè)的縱向鋼2?筋面積 As=As’=1520mm2,保護層厚度取 50mm，縱向鋼筋采用 Φ12@250，箍筋采用φ10@表 310 V 級圍巖配筋檢算表節(jié)點號受壓區(qū)高度 X(m)計算彎矩（Nm）配筋后的安全系數(shù)1 168820 54 219110 67 236060 經(jīng)檢算，以上配筋量對應(yīng)的安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求，故可采用上述配筋。配筋圖見附圖 隧道的結(jié)構(gòu)形式以及支護參數(shù)本隧道結(jié)構(gòu)形式以及支護參數(shù)的選取采用了工程類比的方法。經(jīng)過查閱相關(guān)地質(zhì)情況的設(shè)計資料，選取支護參數(shù)如表 311石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計15表 311 盧家山二號隧道復合式襯砌支護參數(shù)表噴射混凝土 錨桿 鋼筋網(wǎng) 鋼架 二次襯砌襯砌類型聚丙烯纖維摻量(kg/m179。)部位厚度(cm）設(shè)置部位長度(m)間距(m) (環(huán)縱)網(wǎng)格間距(cm)設(shè)置部位規(guī)格間距(m)拱墻(cm)仰拱/底板(cm)預(yù)留變形量(cm)Ⅲ 全環(huán)/15拱墻 1 2525拱部 — —40 55/ 5Ⅳ 全環(huán)/25拱墻 1 2020拱墻格柵(拱墻) 45﹡ 55﹡ 8Ⅴ 全環(huán)/28拱墻 2020拱墻格柵(全環(huán)) 50﹡ 60﹡ 10注：①表中帶﹡者為鋼筋混凝土；②所有仰拱噴射混凝土中均摻加合成纖維；③噴射混凝土強度等級為 C25，素混凝土等級為 C25，鋼筋混凝土強度等級為 C30。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計16第 4 章 隧道施工 總體方案合武線盧家山二號隧道全程地質(zhì)較單一，為第四系殘積粉質(zhì)粘土、黃褐色、硬塑、厚度 ～1m，侏羅系上統(tǒng)白大畈組凝灰?guī)r，紫灰色，全風化～弱風化，地下水不發(fā)育。盧家山二號隧道進口里程 DK136+155，出口里程 DK136+371，全長216m。DK136+155DK136+170 和里程 DK136+359DK136+371 段為 V 級圍巖超淺埋段，擬采用明挖法施工,修建拱式明洞；DK136+170 DK136+207 和 DK136+342DK136+359為 V 級圍巖段，擬采用 CRD 法施工，施工采用超前注漿小導管進行預(yù)支護；DK136+207 DK136+250 為 IV 級圍巖段，擬采用臺階法進行爆破開挖，且采用超前注漿小導管進行預(yù)支護；DK136+250DK136+342 為 III 級圍巖段，擬采用臺階法爆破施工。 開挖方法和工序 明挖法洞口段施工應(yīng)按照“早進晚出”的原則優(yōu)化方案。隧道進口里程 DK136+155 地面標高為 ，內(nèi)軌軌頂面標高 ，里程 DK136+155～DK136+170 修筑拱式明洞。地質(zhì)條件為第四系坡積粉質(zhì)粘土，采用明挖法施工。(1)邊仰坡施工注意事項有：①準確定出洞口的位置，按設(shè)計放出邊、仰坡及洞臉開挖邊線。②洞口土石方開挖前，施工洞頂截水溝，攔截地表水。③仰坡開挖采用 1： 坡度放坡，仰坡開挖后及時用錨桿加固并掛雙層鋼筋網(wǎng)噴射混凝土進行防護。④人工配合挖掘機按照審計坡度、尺寸進行洞門及明洞土方開挖。先用挖掘機按照測量放線開始粗刷，預(yù)留部分有人工進行修整。⑤噴混凝土之前，先用高壓風對受噴面進行沖洗，清理干凈受噴面的浮土和松散結(jié)構(gòu)。邊仰坡施工具體工序見圖 41。石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計17圖 41 邊仰坡施工流程圖(2)仰拱施工和明洞襯砌 設(shè)計明洞的輪廓與隧道相一致，但是結(jié)構(gòu)截面的厚度比洞身隧道大。 施工仰拱前，先施作調(diào)平層，然后安裝鋼筋，施工仰拱混凝土。施工計劃在仰拱完成后，一次性將邊墻和襯砌混凝土澆筑到位，避免形成施工縫，利于防水。明洞襯砌施工如下：①襯砌模板安裝。采用整體式模板臺車澆筑混凝土，臺車在工廠內(nèi)訂制加工，施工時根據(jù)現(xiàn)場情況再做局部改進，以便于施工、拆模和移動。臺車要現(xiàn)場拼裝檢驗合格，將模板準確定位。精確測量安裝軌道。②鋼筋安裝。模板安裝完成后，進行鋼筋安裝施工，鋼筋安裝時注意不得污染模板，對模板內(nèi)的其他雜物應(yīng)清除干凈。注意檢查鋼筋保護層厚度。③外模安裝。該明洞襯砌外模設(shè)計采用木模板。背部橫撐采用鋼管，在定位后固定，由于高度較高，增加部分斜撐，防止脹模。④澆筑混凝土。混凝土在攪拌站集中拌和，由混凝土運輸罐車運輸。采用輸送泵灌入，由下至上分層澆筑搗固。⑤拆模養(yǎng)生。 CRD 法施工放樣施工洞頂截水溝刷坡清除坡面浮土、浮石鉆孔、安裝 22 砂漿錨桿?初噴 4cm 混凝土鋪設(shè)第一層鋼筋網(wǎng) 噴射混凝土鋪設(shè)第二次鋼筋網(wǎng)噴混凝土至設(shè)計高度石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計18盧家山二號隧道 V 級圍巖段采用 CRD 法進行開挖。該方法是將隧道分側(cè)分層進行開挖，分部封閉成環(huán)。每開挖一部均及時施作錨噴支護、安設(shè)鋼架、施作中隔壁、安裝底部臨時仰拱。一側(cè)超前的上、中部，待初期支護完成且噴射混凝土達到設(shè)計強度 70%以上時再開挖隧道的另一側(cè)的上、中部，然后開挖一側(cè)的下部，最后開挖另一側(cè)的下部，左右交替開挖。工藝流程圖見圖 42。 圖 42 CRD 法施工工藝流程1 超前地質(zhì)預(yù)報2 測量放線3 隧道頂部超前小導管注漿加固4 左側(cè)上部開挖與初期支護，設(shè)置臨時仰拱5 左側(cè)中部開挖與初期支護，設(shè)置臨時仰拱6 右側(cè)上部開挖與初期支護，設(shè)置臨時仰拱7 右側(cè)中部開挖與初期支護，設(shè)置臨時仰拱8 左側(cè)仰拱開挖9 右側(cè)仰拱開挖10 拆除中隔壁和臨時仰拱11 澆筑仰拱施作二次襯砌石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計19各部開挖時，周邊輪廓要盡量圓順以減小應(yīng)力集中；每部開挖完成后要及時設(shè)置臨時仰拱，并盡量縮短成環(huán)時間；中隔壁和中間臨時仰拱在灌注二次襯砌前，應(yīng)逐段拆除，拆除時應(yīng)加強量測。CRD 法施工中開挖方式為人工配合機械開挖，2 部和 4 部采用人工配合小型機械，大型機械輔助進行。先開挖邊墻處，再開挖中隔壁一側(cè)，預(yù)留 30cm，采用人工開挖至設(shè)計輪廓線。右側(cè)滯后左側(cè)控制在 10m 以內(nèi)。每側(cè)上部臺階長度控制在10m，中部臺階控制在 10m 以內(nèi)。下部開挖，根據(jù)仰拱施工離掌子面的距離不超過30m 的原則跟進。 臺階法施工盧家山二號隧道 III 級圍巖段和 IV 級圍巖段均采用采用臺階法施工，爆破開挖。臺階開挖法是將隧道設(shè)計斷面分兩次或三次開挖，其中上臺階超前一定距離后，上下臺階同時并進的施工方法。盧家山二號隧道 III 級圍巖段地質(zhì)條件為侏羅系上統(tǒng)大畈組凝灰?guī)r，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，地下水不發(fā)育，分三層臺階開挖，因為要實現(xiàn)支護及早封閉，所以采用短臺階法開挖。臺階長度定為 12m。IV 級圍巖段 爆破設(shè)計 Ⅲ級圍巖段爆破設(shè)計III 級圍巖段采用鉆爆法開挖，為了減少超挖和控制對圍巖的擾動，綜合研究地址情況、開挖斷面大小、開挖進尺快慢、爆破器材性能、鉆眼機具和出渣能力等因素，在此基礎(chǔ)上進行鉆爆設(shè)計。爆破開挖全部選用 2 號巖石銨梯炸