【正文】 張夏隧道防水系統(tǒng)由防水混凝土、防水板和施工縫、變形縫處設(shè)置的止水條、止水帶組成。（1）防水混凝土是人為地從材料和施工兩個方面著手，采取種種措施，提高其自身的密實(shí)性、抑制和減少其內(nèi)部孔隙的生成。改變孔隙的特征，堵塞滲水通路，并以自身壁厚及其憎水性來達(dá)到自防水的一種混凝土。地下工程防水應(yīng)以結(jié)構(gòu)自防水為主，而結(jié)構(gòu)自防水應(yīng)采用防水混凝土。（2）張夏隧道工程根據(jù)其埋置深度、圍巖情況防水混凝土的抗?jié)B等級為P12[4]，由于地下工程結(jié)構(gòu)自防水，其抗裂比抗?jié)B更重要，因此，在有條件的情況下，應(yīng)盡可能選用外加劑防水混凝土，并優(yōu)先采用膨脹劑防水混凝土。結(jié)構(gòu)主體連續(xù)澆注，水平施工縫留在高出拱墻與仰拱相接處以上300mm處的墻體。（3）張夏隧道工程防水混凝土結(jié)構(gòu)采用以下參數(shù)①VI級圍巖襯砌厚度40cm，V級圍巖襯砌厚度50cm；②迎水面主筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于5cm；③。 本隧道在DK428+、DK428+。表51暗挖法地下工程防水設(shè)計表工程部位防水方法主體復(fù)合式襯砌內(nèi)襯砌施工縫外貼式止水帶、遇水膨脹止水條內(nèi)襯砌變形縫、誘導(dǎo)縫中埋止水帶、遇水膨脹止水條、外貼式止水帶 ： 內(nèi)襯砌施工縫防水構(gòu)造1遇水膨脹止水條； 2外貼式止水帶； 3混凝土結(jié)構(gòu)； 4填縫材料； 內(nèi)襯砌變形縫、：、誘導(dǎo)縫防水構(gòu)造圖1中埋式止水帶； 2外貼式止水帶； 3混凝土結(jié)構(gòu)； 4填縫材料； 5遇水膨脹止水條；選用的遇水膨脹止水條具有緩脹性能，其7天的膨脹率不大于最終膨脹率的60%，遇水膨脹止水條要牢固的安裝在縫表面或預(yù)留槽內(nèi)；中埋式止水帶要確保位置準(zhǔn)確，固定牢靠。表5－2明挖法地下防水工程部位防水方法主體防水混凝土、防水涂料施工縫中埋式止水帶、外貼式止水帶后澆帶遇水膨脹止水帶、外貼式止水帶膨脹混凝土變形縫、誘導(dǎo)縫中埋式止水帶、防水嵌縫材料：1防水混凝土； 2填縫材料； 3嵌縫材料； 4背襯材料； 5中埋式止水帶； 6遇水膨脹橡膠條 7外貼防水層：1中埋式止水帶； 2外貼式止水帶；3混凝土結(jié)構(gòu)； 4填縫材料；涂料防水層涂料包括無機(jī)防水涂料和有機(jī)防水涂料兩類。本設(shè)計采用有機(jī)防水涂料，有機(jī)防水涂料用于結(jié)構(gòu)主體的迎水面。有機(jī)涂料可選用反應(yīng)型、水乳型、聚合物水泥防水涂料。二次襯砌混凝土采用防水混凝土，防水混凝土的抗?jié)B等級不小于P12；防水混凝土施工采用雙摻技術(shù)，摻加一級粉煤灰及具有補(bǔ)償收縮功能的抗裂高效防水劑，粉煤灰摻量占水泥重量不小于30%，抗裂高效防水劑摻量占水泥重量的8%～10%,混凝土施工前應(yīng)做試配試驗(yàn)。表5－3粉煤灰的技術(shù)要求序號項(xiàng)目技術(shù)要求備注1細(xì)度（％）≤20按《用于水泥和混凝土的粉煤灰》（GB/T1596）檢驗(yàn)2CI（％）按《水泥原料中氯化學(xué)分析》（JC/T420）檢驗(yàn)3需水量表（％）≤105按《用于水泥和混凝土的粉煤灰》（GB/T1596）檢驗(yàn)4燒矢量（％）≤按《水泥化學(xué)分析方法》（GB/T176）檢驗(yàn)5含水率（％）≤（干排灰）按《用于水泥和混凝土的粉煤灰》（GB/T1596）檢驗(yàn)6SO含量（％）≤3按《水泥化學(xué)分析方法》（GB/T176）檢驗(yàn)塑料防水板可選用乙烯—醋酸乙烯共聚物（EVA）、乙烯—共聚物瀝青（ECB）、聚氯乙烯（PVC）、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）類或其他性能相近的材料。本設(shè)計選用聚氯乙烯（PVC）。鋪設(shè)防水板的基層要平整、無尖物，基層平整度符合D/L=1/6~1/10的要求。復(fù)合式防水板施工采用無釘鋪設(shè)工藝，從拱頂向兩側(cè)鋪設(shè)，防水板鋪設(shè)要有一定松馳量。防水板超前二次襯砌10～20m施工，用自動爬行熱焊機(jī)進(jìn)行焊接，鋪設(shè)采用專用臺車進(jìn)行。塑料防水板應(yīng)符合下列要求：幅寬為3m；厚度宜為2mm；耐刺穿性、耐久性、耐水性、耐腐蝕性、耐菌性好；塑料防水板物理力學(xué)性能應(yīng)符合下表規(guī)定。表53 塑料防水板物理力學(xué)性能表項(xiàng)目拉伸強(qiáng)度/MPa≥斷裂伸長率（%）≥熱處理時變化率（％）≤低溫彎折性抗?jié)B性指標(biāo)1220020℃無裂紋 防水板縱向搭接與環(huán)向搭接處，除按正常施工外，應(yīng)再覆蓋一層同類材料的防水板材，用熱焊焊接。三層以上塑料防水板的搭接形式采用“T”型接頭?；炷琳駬v時，振搗棒不得接觸防水板，以防防水板受到損傷。第6章 支護(hù)設(shè)計與計算隧道襯砌設(shè)計應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、斷面形狀、支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工條件等，并應(yīng)充分利用圍巖的自承能力。襯砌應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證隧道長期安全使用。襯砌結(jié)構(gòu)類型和尺寸，應(yīng)根據(jù)使用要求、圍巖級別、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、隧道埋置深度、結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，并結(jié)合工程施工條件、環(huán)境條件，通過工程類比和結(jié)構(gòu)計算綜合分析確定。襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計如下[6]：（1）襯砌斷面采用曲邊墻拱形斷面。（2）對于本隧道，采用加強(qiáng)復(fù)合式襯砌（）。（3）在Ⅳ、Ⅴ級圍巖地段設(shè)仰拱。（4）圍巖較差地段的襯砌應(yīng)向圍巖較好地段延伸5～10m。表61 隧道復(fù)合式襯砌的設(shè)計參數(shù)圍巖級別初期支護(hù)二次襯砌厚度（cm）噴射混凝土（cm）錨桿（m）鋼筋網(wǎng)鋼筋拱、墻混凝土仰拱混凝土拱部、邊墻位置長度間距Ⅳ25拱、墻拱、墻@2525拱、墻4555Ⅴ28拱、墻拱、墻@2020拱、墻5060表中： ①錨桿沿隧道周邊徑邊布置，按梅花形排列，采用鋼筋。 ②鋼筋網(wǎng)按矩形布置，采用的鋼筋，鋼筋搭接長度為30d，鋼筋網(wǎng)與錨桿焊接。 ③鋼架支護(hù)間距為在1m。本隧道中，具有多種不同的圍巖地質(zhì)條件。根據(jù)實(shí)際情況，在襯砌設(shè)計時采用多種形式，在加強(qiáng)段，相應(yīng)地提高各襯砌的設(shè)計參數(shù)，適當(dāng)?shù)夭捎霉ぷ咒摷芎透駯配摷苓M(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。結(jié)構(gòu)力學(xué)方法的基本原理是：將支護(hù)和圍巖分開考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載主體，圍巖作為荷載的來源和支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性支承，與其對應(yīng)的計算模型稱為荷載－結(jié)構(gòu)模型。－結(jié)構(gòu)模型［7］本隧道采用主動荷載－結(jié)構(gòu)模型， 隧道初砌受力變形圖 隧道襯砌在圍巖壓力作用下要產(chǎn)生變形()。在隧道拱頂，其變形背向圍巖，不受圍巖的約束而自由地變形，這個區(qū)域稱為“脫離區(qū)”；而在隧道的兩側(cè)及底部，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生朝向圍巖的變形，受到圍巖的約束作用，因而圍巖對隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了約束反力(彈性抗力)，這個區(qū)域稱為“抗力區(qū)”。由此可見，圍巖對隧道襯砌結(jié)構(gòu)的變形起著雙重作用：既產(chǎn)生主動圍巖壓力使襯砌結(jié)構(gòu)變形，又產(chǎn)生被動的抗力阻止襯砌結(jié)構(gòu)變形。這種效應(yīng)的前提條件是圍巖與隧道襯砌必須全面緊密地接觸。（一）主動荷載主動荷載(永久荷載)—指長期及經(jīng)常作用的荷載。如圍巖壓力、支護(hù)結(jié)構(gòu)自重、回填土荷載、地下靜水壓力及車輛活載等。圍巖壓力是最主要的，其次是結(jié)構(gòu)自重。靜水壓力按最低水位考慮，因?yàn)榈叵滤辉降?，截面偏心越大（圓形或近似圓形的隧道）。車輛活載等一般可略去不計。附加荷載（可變荷載、偶然荷載）－指偶然的、非經(jīng)常作用的荷載。如地震力、混凝土收縮應(yīng)力等。計算荷載應(yīng)根據(jù)上述兩類荷載同時存在的情況進(jìn)行組合。（二）被動荷載－圍巖抗力 有兩種圍巖抗力計算理論，即共同變形理論和局部變形理論。a、共同變形理論 認(rèn)為施加于一點(diǎn)的荷載會引起整個彈性體表面的變形，即共同變形。視圍巖為彈性半無限體，考慮相鄰質(zhì)點(diǎn)之間的相互影響。計算復(fù)雜，很少采用。b、局部變形理論 以溫克假定為基礎(chǔ)，簡稱為“溫氏假定”（）視圍巖為一系列彼此獨(dú)立的彈簧，每個彈簧表示一個小巖柱，某一彈簧受到壓縮時所產(chǎn)生的反作用只與該彈簧有關(guān)，而與其它彈簧無關(guān)。某點(diǎn)的反作用就是圍巖的彈性抗力，它與該點(diǎn)的變形成正比，用公式表示如下 （6－1）——圍巖表面上任意一點(diǎn)的壓縮變形，m。 ——圍巖在同一點(diǎn)上所產(chǎn)生的彈性抗力，MPa。 k——比例系數(shù)，稱為圍巖的彈性抗力系數(shù)，MPa/ m。. 局部變形示意圖 采用荷載結(jié)構(gòu)法計算隧道襯砌的內(nèi)力和變形時，應(yīng)通過考慮彈性抗力等體現(xiàn)圍巖對襯砌變形的約束作用。隧道襯砌承載后的變形受到圍巖的約束，從而改善了襯砌的工作狀態(tài)，提高了襯砌的承載能力，故在計算襯砌時，應(yīng)考慮圍巖對襯砌的約束作用。采用荷載結(jié)構(gòu)模型設(shè)計時，規(guī)定通過設(shè)置彈性抗力考慮圍巖對襯砌變形的約束作用。彈性抗力、粘結(jié)力均屬圍巖對襯砌的約束力。鑒于迄今對粘結(jié)力作用的研究不多，故通常僅按彈性抗力計算，而將粘結(jié)力對襯砌的有利作用視為安全儲備。為簡化計算，彈性抗力的摩擦力對襯砌內(nèi)力的影響也不考慮，即也視為襯砌結(jié)構(gòu)的安全儲備。本隧道采用局部變形理論，即作用在某一點(diǎn)的應(yīng)力，僅僅使這一點(diǎn)發(fā)生變形，它與該點(diǎn)變形成正比，而與其它點(diǎn)無關(guān)。雖然該假定與實(shí)際情況不符，但其簡單使用，且可以滿足設(shè)計的要求。本隧道采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法及ANSYS進(jìn)行驗(yàn)算。由于隧道長度較之橫斷面尺寸要大得多，而且，又假設(shè)荷載和結(jié)構(gòu)特性沿隧道長度方向是不變的，因此，可以認(rèn)為隧道襯砌不會產(chǎn)生縱向位移，即處于平面應(yīng)變狀態(tài)。在進(jìn)行力學(xué)分析時，沿縱向取出單位長的一段作為研究對象,簡化為2維模型進(jìn)行二次襯砌模擬受力變形計算。本設(shè)計采用ANSYS進(jìn)行計算，選取的單元為V級圍巖的單元，其中需要模擬兩種材料單元：(1)梁單元BEAM3，單元的實(shí)常數(shù)如下： 面積：； IZZ：； 高度：。(2)地層彈簧COMBIN14單元的彈性系數(shù)：125286000本隧道取V級圍巖段計算，該截面設(shè)計基本參數(shù)為：邊墻厚50cm，仰拱厚60cm，橫截面上的襯砌容重為（每立方米）25kN。由此。淺埋隧道當(dāng)洞頂距地面高度為20米時（即最不利位置時）的作用來計算荷載，將襯砌結(jié)構(gòu)劃分為62個梁單元，進(jìn)行編號。 地基反力作用由彈簧模擬，是被動力。由于二次襯砌后的初次襯砌回填一般不容易保證其均勻性，所以切向摩擦力難以確定，則考慮切向摩擦力設(shè)計的結(jié)果偏于安全。 圍巖彈簧模型該彈簧模型只有徑向設(shè)置，不記摩擦力。需注意彈簧只能受壓不能受拉，當(dāng)計算后存在受拉彈簧時，使其與襯砌脫落，再計算。反復(fù)這一過程直到所有彈簧都受壓；在計算方面，就是用逐次逼近的方法求得，即先假定襯砌的某些區(qū)域的變形指向圍巖，與圍巖有相互作用而設(shè)置彈簧單元，求出襯砌的變形輪廓。然后從沒有相互作用的區(qū)域去掉彈簧單元，在有相互作用而原先未設(shè)置彈簧單元的區(qū)域加上彈簧單元，再進(jìn)行計算。如此反復(fù)進(jìn)行計算，直到彈簧單元都正好設(shè)置在相互作用的區(qū)域?yàn)橹梗挥肁NSYS時，采用全牛頓拉普森法求解(nropt)。由于結(jié)構(gòu)的軸向?qū)ΨQ性，且荷載在軸向也呈正對稱分布（不考慮偏壓情況）。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，可簡化為半邊結(jié)構(gòu)計算。由于在施工過程中，為了施工運(yùn)輸?shù)姆奖悖ㄈ绯鲈赡軙炔蛔鲅龉?，因?yàn)橛山Y(jié)構(gòu)力學(xué)可分析出仰拱會從邊墻分一部份由外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力；不考慮仰拱，在邊墻連接仰拱處添加彈性支座模擬地基反力。由于仰拱與底面地基的摩擦力很大，且水平壓力相對很小,不會產(chǎn)生水平位移，所以加了水平位移約束；如基底圍巖過于松軟時，有先做仰拱穩(wěn)定 整體模型坑底部，然后再建邊墻的施工方法，這時應(yīng)考慮仰拱對隧道襯砌內(nèi)力的影響。最后，考慮到實(shí)際情況，一次襯砌也會在施工階段及結(jié)構(gòu)使用的相當(dāng)一段時期承受部分荷載。在這段時期二次襯砌的仰拱也早已施工完成，所以仍然在計算時考慮仰拱的作用。為了使設(shè)計模型更加直觀，并考慮到可能有偏壓地段需要計算，仍取整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計算。 在ANSYS中本隧道的圍巖取1米，： 計算模型(1) 根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》附錄e所示淺埋隧道圍巖壓力計算，計算參數(shù)如下：圍巖級別：V級； 坑道跨度B：。 圍巖重度r：25KN/m。洞頂?shù)孛娓叨萮：35m； 頂板土柱兩側(cè)摩擦角: 27176。 圍巖計算摩擦角: 45176。 淺埋隧道圍巖壓力計算根據(jù)上圖，設(shè)隧道上覆巖土體EFHG的重力為W，兩側(cè)三棱巖體FDB的重力為W1，未擾動巖土體對滑動土體的阻力為F，當(dāng)EFHG下沉，兩側(cè)受到的阻力為T，則作用在HG面上的垂直壓力總值為Q[1] （6－3－1）三棱體自重為 （6－3－2）式中 h——坑道底部到地面的距離（m）。 β——破裂面與水平面的夾角（176。）。根據(jù)正弦定理 （6－3－4）將（7－3－2）代入式（7－3－4）可得 （6－3－5）式中 ——側(cè)壓力系數(shù)，按下式計算 將式（6－3－5）代入式（6－3－1）可求得作用在HG面上的總垂直壓力Q （6－3－6）由于GC、HD與EG、EF相比往往較小，而且襯砌與巖土體之間的摩擦角也不同，前面分析時均按計，當(dāng)中間土塊下滑時，由FH及EG面?zhèn)鬟f，考慮壓力稍大些對設(shè)計的結(jié)構(gòu)也偏于安全，因此，摩阻力不計隧道部分而只計洞頂部分，即在計算中用H代替h,這樣式（6－3－6）可寫為 （6－3－7）由于 所以式中 ——隧道寬度（m） 淺埋隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上的均布荷載 （6－3－8）式中 q——作