【文章內(nèi)容簡介】 模型，采用有限元 ANSYS 進(jìn)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(shí)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(jìn)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(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生朝向圍巖方向的位移時(shí)添加彈簧單元。計(jì)算時(shí)，參數(shù)選擇如表 33，計(jì)算模型圖見圖 31。200(tan1)ttant?????? ?00ttt1a(a)tna?????2thqrB???=石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)8表 33 襯砌及圍巖計(jì)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(jì)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(jìn)行計(jì)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)10表 34 Ⅳ級圍巖襯砌部分節(jié)點(diǎn)內(nèi)力節(jié)點(diǎn)號 節(jié)點(diǎn)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(jì)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(diǎn)內(nèi)力節(jié)點(diǎn)號 節(jié)點(diǎn)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(qiáng)度檢算及配筋 強(qiáng)度檢算公式根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》 ，雙線高速鐵路隧道復(fù)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(jìn)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(qiáng)度按下式進(jìn)行計(jì)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(qiáng)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)12可取 =，對于其他構(gòu)件，應(yīng)按長細(xì)比查得；? ——軸向偏心力影響系數(shù)，其值查《鐵路隧道設(shè)計(jì)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(qiáng)度按下式計(jì)算： 式中 Rl ——混凝土的抗拉極限強(qiáng)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(jì)規(guī)范》規(guī)定的安全系數(shù)及材料強(qiáng)度數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng) 時(shí)，由抗壓強(qiáng)度控制承載力，不必檢算抗裂；當(dāng) e 0e?0 時(shí)，由抗拉強(qiáng)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(qiáng)度按下列公式計(jì)算： (39。)WggKNRbA???此時(shí)，中性軸的位置按下式確定：當(dāng)軸向力作用于鋼筋 Ag 與 Ag’的重心之間時(shí)，式中的左邊第二項(xiàng)取正號，當(dāng)作用于 Ag 與 Ag’重心之外時(shí)，則取負(fù)號。 如計(jì)算中考慮受壓鋼筋時(shí)，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(jì)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(diǎn)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(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：。 39。(39。)agKNeRbhAha??????0(39。)(/2)ggWebxeh???039。(39。)gKeRAha??石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)13 表 36 混凝土和砌體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(dá)到抗壓極限強(qiáng)度 破壞原因混凝土達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度 表 37 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(dá)到計(jì)算強(qiáng)度或混凝土達(dá)到抗壓或抗剪極限強(qiáng)度 混凝土達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度 表 38 混凝土極限強(qiáng)度（MPa）混凝土強(qiáng)度等級強(qiáng)度種類 符號C15 C20 C25 C30 C40 C50抗壓 Ra 彎曲抗壓 Rw 抗拉 Rl 強(qiáng)度檢算及配筋各級圍巖二襯結(jié)構(gòu)需檢算各節(jié)點(diǎn)的安全系數(shù)，首先由 或aKNRbh???反向解出安全系數(shù) K 值，同時(shí)用得出的 K 值與規(guī)范要求 K 值進(jìn)行比較。當(dāng) Kx≥ K 時(shí)，則可以認(rèn)為是安全的，不用進(jìn)行配筋驗(yàn)算，可以按最小配筋率配筋，否則需要驗(yàn)算配筋。 （1）IV 級圍巖配筋???石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(hù)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(diǎn)號受壓區(qū)高度 X(m)計(jì)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(hù)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(diǎn)號受壓區(qū)高度 X(m)計(jì)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(hù)參數(shù)本隧道結(jié)構(gòu)形式以及支護(hù)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(jì)資料，選取支護(hù)參數(shù)如表 311石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)15表 311 盧家山二號隧道復(fù)合式襯砌支護(hù)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(qiáng)度等級為 C25，素混凝土等級為 C25，鋼筋混凝土強(qiáng)度等級為 C30。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(fēng)化～弱風(fēng)化，地下水不發(fā)育。盧家山二號隧道進(jìn)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(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)；DK136+207 DK136+250 為 IV 級圍巖段，擬采用臺(tái)階法進(jìn)行爆破開挖，且采用超前注漿小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)；DK136+250DK136+342 為 III 級圍巖段，擬采用臺(tái)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(jìn)晚出”的原則優(yōu)化方案。隧道進(jìn)口里程 DK136+155 地面標(biāo)高為 ，內(nèi)軌軌頂面標(biāo)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(xiàng)有：①準(zhǔn)確定出洞口的位置，按設(shè)計(jì)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(shí)用錨桿加固并掛雙層鋼筋網(wǎng)噴射混凝土進(jìn)行防護(hù)。④人工配合挖掘機(jī)按照審計(jì)坡度、尺寸進(jìn)行洞門及明洞土方開挖。先用挖掘機(jī)按照測量放線開始粗刷，預(yù)留部分有人工進(jìn)行修整。⑤噴混凝土之前，先用高壓風(fēng)對受噴面進(jìn)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)17圖 41 邊仰坡施工流程圖(2)仰拱施工和明洞襯砌 設(shè)計(jì)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(jì)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(tái)車澆筑混凝土，臺(tái)車在工廠內(nèi)訂制加工，施工時(shí)根據(jù)現(xiàn)場情況再做局部改進(jìn)，以便于施工、拆模和移動(dòng)。臺(tái)車要現(xiàn)場拼裝檢驗(yàn)合格，將模板準(zhǔn)確定位。精確測量安裝軌道。②鋼筋安裝。模板安裝完成后，進(jìn)行鋼筋安裝施工，鋼筋安裝時(shí)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(hù)層厚度。③外模安裝。該明洞襯砌外模設(shè)計(jì)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?；炷猎跀嚢枵炯邪韬?，由混凝土運(yùn)輸罐車運(yùn)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(jì)高度石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)18盧家山二號隧道 V 級圍巖段采用 CRD 法進(jìn)行開挖。該方法是將隧道分側(cè)分層進(jìn)行開挖，分部封閉成環(huán)。每開挖一部均及時(shí)施作錨噴支護(hù)、安設(shè)鋼架、施作中隔壁、安裝底部臨時(shí)仰拱。一側(cè)超前的上、中部，待初期支護(hù)完成且噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度 70%以上時(shí)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(bào)2 測量放線3 隧道頂部超前小導(dǎo)管注漿加固4 左側(cè)上部開挖與初期支護(hù)，設(shè)置臨時(shí)仰拱5 左側(cè)中部開挖與初期支護(hù)，設(shè)置臨時(shí)仰拱6 右側(cè)上部開挖與初期支護(hù)，設(shè)置臨時(shí)仰拱7 右側(cè)中部開挖與初期支護(hù)，設(shè)置臨時(shí)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(shí)仰拱11 澆筑仰拱施作二次襯砌石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)19各部開挖時(shí)，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(shí)設(shè)置臨時(shí)仰拱，并盡量縮短成環(huán)時(shí)間；中隔壁和中間臨時(shí)仰拱在灌注二次襯砌前，應(yīng)逐段拆除，拆除時(shí)應(yīng)加強(qiáng)量測。CRD 法施工中開挖方式為人工配合機(jī)械開挖，2 部和 4 部采用人工配合小型機(jī)械，大型機(jī)械輔助進(jìn)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(jì)輪廓線。右側(cè)滯后左側(cè)控制在 10m 以內(nèi)。每側(cè)上部臺(tái)階長度控制在10m，中部臺(tái)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(jìn)。 臺(tái)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(tái)階法施工，爆破開挖。臺(tái)階開挖法是將隧道設(shè)計(jì)斷面分兩次或三次開挖，其中上臺(tái)階超前一定距離后，上下臺(tái)階同時(shí)并進(jìn)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(tái)階開挖，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)支護(hù)及早封閉，所以采用短臺(tái)階法開挖。臺(tái)階長度定為 12m。IV 級圍巖段 爆破設(shè)計(jì) Ⅲ級圍巖段爆破設(shè)計(jì)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(dòng)，綜合研究地址情況、開挖斷面大小、開挖進(jìn)尺快慢、爆破器材性能、鉆眼機(jī)具和出渣能力等因素，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)。爆破開挖全部選用 2 號巖石銨梯炸