【正文】 荷載等效高度 k p ah sa 5 3 4 5 ????? 二次襯砌的荷載按全部荷載的 50%考慮： 均布豎向荷載： 25 0 % 2 0 7 . 3 5 4 4 5 0 % 7 5 . 3 4 4 /aq h k N m?? ? ? ? ? ? ? 均布水平側(cè)向荷載 ： /e q kN m?? 華東交 通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 19頁 計算簡圖 變形圖 。 V 級圍巖襯砌結(jié)構(gòu)計算： 計算作用在襯砌結(jié)構(gòu)的主動荷載。此處用一剛性鏈桿加以約束，模擬圍巖的彈簧都必須正好設(shè)置在相互作用的區(qū)域內(nèi)，彈簧的底座都是固定不動的，以上這些就是隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)分析時的邊界條件。 邊界條件 無論何種隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，都有一定的位移邊界條件。 4．抗力系數(shù)變化點、截面厚度變化點、集中荷載作用點、勻布荷載變化點等都應(yīng)設(shè)置一個節(jié)點。 2．每個單元也要編號，單元編號從 1 開始，連續(xù)編號，中間不能間斷。 單元 和節(jié)點編號，邊界條件 單元和節(jié)點編號 在有限元分析中，為了能使計算機自動地有條不紊地進(jìn)行計算，必須對結(jié)構(gòu)的離散單元和節(jié)點進(jìn)行編號。如要將豎向勻布荷載 q置換為節(jié)點荷載，就可按下面的方法進(jìn)行：節(jié)點荷載等于勻布荷載的集度 q 乘上節(jié)點相鄰兩單元水平投影的一半，再乘上隧道結(jié)構(gòu)的計算寬度 b，平面應(yīng)變問題中， b 常取等于 1。在進(jìn)行有限元分析時，嚴(yán)格的說，應(yīng)按靜力等效的原則進(jìn)行置換，即節(jié)點荷載所作的虛功應(yīng)等于單元上荷載所做的虛功。 由于在有限元分析中，認(rèn)為作用在隧道結(jié)構(gòu)上的外荷載和內(nèi)力都通過節(jié)點進(jìn)行傳遞。 華東交 通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 17頁 圍巖的理想化 對于復(fù)合式襯砌，由 于噴層和二次襯砌之間設(shè)有防水層，因此，它們之間只傳遞法向力，不傳遞摩擦力，因此，噴層和二次襯砌之間的作用可用法向桿單元來模擬。但在經(jīng)驗不豐富時采用荷載結(jié)構(gòu)模型，本次設(shè)計采用荷載結(jié)構(gòu)模型計算。地層結(jié)構(gòu)模型將支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖視為一個整體，作為共同承載的地下結(jié)構(gòu)體系。另一類，視圍巖為承載主體，支護(hù)結(jié)構(gòu)則約束圍巖向隧道內(nèi)變形的模型，稱為地層結(jié)構(gòu)模型。 本次設(shè)計采用 V級圍巖進(jìn)行二 次襯砌結(jié)構(gòu)計算及檢算，采用 ANSYS軟件進(jìn)行計算。初期支護(hù)及二次襯砌 的支護(hù)參數(shù)可參照表 42選用，并應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場圍巖監(jiān)控量測信息對設(shè)計支護(hù)參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整。巖腳隧道的圍巖等級為 V 華東交 通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 16頁 級圍巖，所以預(yù)留變形量設(shè)置為 60mm。 3．在確定開挖斷面時，除應(yīng)滿足隧道凈空和結(jié)構(gòu)尺寸外，還應(yīng)考慮圍巖及初期支護(hù)的變形，并預(yù)留適當(dāng)?shù)淖冃瘟?。錨桿支護(hù)采用全長粘結(jié)錨桿 。 復(fù)合式襯砌 復(fù)合式襯砌是由初期支護(hù)和二次襯砌及中間夾防水層組合而成的襯砌形式。 3. 圍巖較差地段的襯砌應(yīng)向圍巖較好地段延伸 5～ 10m。 2. 隧道洞口段應(yīng)設(shè)加強襯砌。路面與仰拱之間可采用混凝土或片石混凝土填充。 1. 隧道圍巖較差地段應(yīng)設(shè)仰拱。本隧道是按時速 250km/m 設(shè)計，內(nèi)凈空較大 ,故采用復(fù)合式襯砌 。 5． 洞門結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足抗震要求?；茁裰蒙疃葢?yīng)大于墻邊各種溝、槽基底的埋置 深度。 3． 洞門墻基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固地基之上，應(yīng)視地形及地質(zhì)條件，埋置足夠的深度，保證洞門的穩(wěn)定。 華東交 通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 14頁 洞門構(gòu)造及基礎(chǔ)設(shè)置應(yīng)遵循下列規(guī)定 ： 1． 洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水 平距離不宜小于 ，洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度不小于 ，洞門墻頂高出仰坡腳不小于 。又由于洞門的邊坡刷坡較大，故在洞門兩側(cè)修筑擋土墻。目前，我國公路隧道的洞門形式有：端墻式、翼墻式、臺階式、柱式、削竹式、喇叭口式等。故選方案三。且該地段坡度較陡，不利于施工機具的展開和工程機械的作業(yè)，又不符合“早進(jìn)洞，晚出洞”的原則。 方案二：洞門的埋深是三種方案中最大的，洞門比較穩(wěn)定。 隧道出口的方案比選 方案一：方案一的開挖量是三種方案中最少的，工程量也是最少的，符合“早進(jìn)洞，晚出洞”的原則，也符合 “宜長不宜短” 的設(shè)計原則 ；但洞門的埋深較淺，洞門不穩(wěn)定。 方案三：方案三的開挖高度位于一、二方案之間，開挖量不大，且洞門較一方案穩(wěn)定，避免了“大挖大刷”，經(jīng)濟(jì)上也較三方案劃算。但洞門的邊仰坡的開挖量較大，刷坡過長，經(jīng)濟(jì)上不劃算。 方案的比選： 隧道進(jìn)口方案的比選 方案一：方案一的開挖量是三種方案中最少的，工程量也是最少的，符合“早進(jìn)洞，晚出洞”的原則，也符合 “宜長不宜短”的設(shè)計原 則 ；但洞門的埋深較淺，洞門不穩(wěn)定。遵循以上洞口位置的要求和結(jié)合安全，經(jīng)濟(jì)性綜合考慮后，分別對隧道進(jìn)口和出口各 擬定三種方案進(jìn)行比選。 進(jìn)口段洞身位于花崗巖殘積層、全、強風(fēng)化層中，屬淺埋段，洞口附近左邊有危巖落石，工程地質(zhì)條件較差。 華東交 通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 11頁 第 3 章 隧道洞口位置和洞門的確定 隧道洞口位置確定的要求： 隧道洞口位置應(yīng)根據(jù) 地形 ,地質(zhì) ,水文條件 ,同時結(jié)合環(huán)境保護(hù) ,洞外有關(guān)工程及施工條件 ,運營要求 ,通過綜合分析比較確定 . 隧道應(yīng)早進(jìn)洞 ,晚出洞 ,同時應(yīng)符合下列要求 : 1. 隧道洞口的設(shè)置 ,應(yīng)減少對原有坡面的破壞； 2. 當(dāng)洞口處有坍方 ,落石 ,泥石流等威脅時 ,應(yīng)盡早進(jìn)洞； 3. 線路跨溝或沿溝進(jìn)洞時 ,應(yīng)結(jié)合防排水工程 ,確定洞口位置； 4. 漫坡地形的洞口位置 ,宜結(jié)合棄渣的處理 ,填方利用 ,排水以及有利施工等因素 ,綜合分析確定； 5. 洞口段應(yīng)結(jié)合地形 ,地質(zhì)條件和施工方法等確定加固措施 ,必要時可采取地表注漿 . 隧道洞口 位置的比選： 方案的擬定 該隧道的基巖風(fēng)化層厚度變化大，全風(fēng)化層進(jìn)口附近處厚 10~25m，出口附近厚10~15m，強風(fēng)化層進(jìn)口附近處厚 0~8m，出口附近厚 0~14m。但不能利用預(yù)留的空間來滿足隧道施建設(shè)的施工誤差。本設(shè)計取 200cm 160cm 的接援通道。 2. 救援通道 在隧道側(cè)邊位置設(shè)置貫通的救援通道，用于自救或外部救援，尺寸為 （寬） （高），要求距中心線最少 ，在救援通道位置內(nèi)包括放施（ 安放設(shè)施空間）或?qū)挾葹? 安放開關(guān)柜的空間。 華東交 通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 10頁 各種預(yù)留空間要求如下： 1. 安全空間 在隧道側(cè)邊位置設(shè)置尺寸為 （寬） （高）的安全空間。這樣可以使施工簡便。結(jié)合本隧道的曲線要素，加寬值為 15cm。 因此為了保證列車安全通過曲線隧道，必須將隧道凈空作適當(dāng)?shù)募訉挕? 2. 曲線隧道凈空加寬 列車行使在曲線上， 由于車輛是剛性體造成車輛中心線（兩轉(zhuǎn)向架中心軸連線）與線路中心線出現(xiàn)偏移，在車輛兩端向曲線外側(cè)偏移、中間部分向曲線內(nèi)側(cè)偏移。建筑界 華東交 通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 限是隧道結(jié)構(gòu)（襯砌）不得侵入的一種空間范圍，其制定的基礎(chǔ)是機車車輛限界（車輛限界是車輛形式在平直路段上運動的最大包絡(luò)線），再在車輛限界外側(cè)考慮洞內(nèi)設(shè)備（通信、照明等）設(shè)置尺寸要求，擬定出設(shè)置接近限界，最后在設(shè)備限界外側(cè)考慮隧道內(nèi)線路的可能偏移和施工、測量方法的誤差，確定建筑限界。 鐵路隧道凈空是指隧道襯砌內(nèi)輪廓所包絡(luò)的空間。一般由洞身襯砌和洞門（包括洞外的接長明洞）組成；附屬建筑物是為養(yǎng)護(hù)維修、供電、通風(fēng)、通信、排水等的需要而修建的，包括大小避車間，電纜溝槽，通風(fēng)機房及風(fēng)道，通信要求的無人增音站洞，供電要求的承力索的下錨裝置和維修接觸網(wǎng)使用的絕緣梯車洞等。鐵路隧道由主體建筑物和附屬建筑物兩部分組成。 鐵路隧道的凈空。而曲線的限界應(yīng)在直線地段限界的基礎(chǔ)上根據(jù)車輛的有關(guān)尺寸以及不同曲線半徑、超高分別進(jìn)行加寬和加高。 限界的制定原則 1 限界應(yīng)依據(jù)車輛的輪廓尺寸和技術(shù)參數(shù)、施工方法、設(shè)備安裝等綜合因素進(jìn)行分析計算確定。 結(jié)合本隧道實際情況，巖腳隧道是中隧道，采用坡度為的 ‰ 單向坡。由于巖腳隧道全長位于 2700 米的長坡道上，坡度為 ‰，且滿足《隧規(guī)》要求：“位于長大坡道上長度大于 400m 的隧道，其坡度不得大于最大坡度按規(guī)定折減后的數(shù)值”，也滿足隧 道通風(fēng)及排水需要，故采用單面坡方案。隧道坡度不宜小于 3‰。 巖腳 隧道內(nèi)線路因地形、地質(zhì)等條件限制而需設(shè)計成曲線，里程 DK112+744～DK113+650 為直線段，里程 DK113+650～ DK114+230 為曲線段，其曲線要素如下： ⒈圓曲線半徑 R=7000m ⒉曲線長 L= ⒊切線長 T= ⒋緩和曲線長 l=220m 隧道縱斷面設(shè)計 隧道內(nèi)縱坡形式確定 隧道縱坡是采用單向坡還是人字坡，國內(nèi)兩種情況均有。 （四）物理力學(xué)參數(shù)值 華東交 通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 表 12 物理力學(xué)參數(shù)值 地層 代號 地 層 巖性 巖性狀態(tài) 基本承載力σ 0 kPa 天然 密度ρ g/cm3 凝聚力 c kPa 內(nèi)摩擦角φ （ 176。 （二）隧道工程圍巖分級及主要工程地 質(zhì)問題分析 表 61 隧道工程圍巖分級及主要工程地質(zhì)問題分析 編號 里程范圍 長度（ m） 地層及構(gòu)造 圍巖分級 主要工程地質(zhì)問題 建議工程措施 備注 1 DK112+744~ +790 46 凝灰熔巖及黑云母花崗巖 Ⅴ 地下水侵蝕性、淺埋、花崗巖全、強風(fēng)化層遇水易軟化、洞身圍巖上軟下硬 加強對水樣的復(fù)查，加強圍巖支護(hù) 華東交 通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 2 DK112+790~810 20 凝灰熔巖 Ⅳ 地下水侵蝕性及接觸帶影響 加強對水樣的復(fù)查，加強圍巖支護(hù) 3 DK112+810~ +860 50 凝灰熔巖 Ⅲ 地下水侵蝕性 加強對水樣的復(fù)查 4 DK112+860~DK113+830 970 凝灰熔巖 Ⅱ 地下水侵蝕性 加強對水樣的復(fù)查 5 DK113+830~+860 30 凝灰熔巖 Ⅲ 地下水侵蝕性 加強對水樣的復(fù)查，加強圍巖支護(hù) 6 DK113+860~ +910 50 凝灰熔巖 Ⅳ 地下水侵蝕性及接觸帶影響