【正文】 m) 軸力 (N) e0 (m) 抗壓驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 1 58123 +05 不驗(yàn)算抗壓 不合格 2 53625 +05 不驗(yàn)算抗壓 不合格 3 40729 +05 不驗(yàn)算抗壓 合格 4 21165 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 5 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 6 25865 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 7 45170 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 8 55231 +05 不驗(yàn)算抗壓 合格 9 50841 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 10 26812 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 11 21747 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 12 25642 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 13 13590 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 14 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 15 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 16 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 17 1157 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 18 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 19 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 20 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 21 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 22 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 23 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 24 +05 合格 不驗(yàn)算抗裂 25 +05 。 圖 33 ANSYS 計(jì)算 彎矩圖 圖 34 ANSYS 計(jì)算軸力圖 利用 ANSYS 進(jìn)行計(jì)算，得到的結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值如 38 表 。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 圖 32 變形圖 二次襯砌計(jì)算采用采用荷載 —— 結(jié)構(gòu)模型，襯砌采用彈性梁?jiǎn)卧M，初期支護(hù)與二次襯砌的約束采用無(wú)拉彈簧單元模擬，采用《 有限元結(jié)構(gòu)分析程序》進(jìn)行隧道襯砌結(jié)構(gòu) 的分析，將隧道襯砌模擬為置于彈性地基梁上的有限單元桿系進(jìn)行分析。組合荷載根據(jù)不同作用方向分別轉(zhuǎn)換成等效節(jié)點(diǎn)力施加在相應(yīng)的 單元結(jié)點(diǎn)上。支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用是通過(guò)彈性支承對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加約束來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種共同作用正是地下結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別。 表 37 荷載計(jì)算結(jié)果 隧道斷面所處區(qū)段里程 計(jì)算 埋深 (m) 深 /淺 埋情況 垂直荷載 (kN/m） 水平 均布 荷載 (kN/m) DK69+230~DK69+400 淺埋 襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算 C25 混 凝 土 的 容 重 γ =25kN/m3 ， Ra=19MPa ， Rw= ， Rl= Ec=， ν =，鋼筋采用 HRB335。 隧道所受圍巖壓力計(jì)算 由于所選區(qū)段埋深由深埋向淺埋過(guò)渡，所以埋深選用深、淺埋分界值 (h=),隧道寬度： B=，隧道高度 Ht=。初步假設(shè)洞身的初期支護(hù)為 10cm，二次襯砌為 35cm，初支與二襯見(jiàn)預(yù)留變形量為 4cm。 太行山隧道該區(qū)段洞身位于的巖層為竹葉狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r，薄至中厚層狀，弱風(fēng)化，巖體較完整。 利用 Excel 將公式編輯，對(duì)各級(jí)圍巖進(jìn)行驗(yàn)算看是否需要配筋。 N—— 軸向力 (N) b—— 截面的寬度 (m)?h—— 截面的厚度 (m) φ—— 構(gòu)件的縱向彎曲系數(shù)，取 φ= α—— 軸心力的偏心影響系數(shù)， (316) 若 e0/h，系抗裂強(qiáng)度控制承載能力，按下式計(jì)算 : (317) 式中， e0—— 截面偏心距 (m)； Ri—— 混凝土的抗拉極限強(qiáng)度， C35 混凝土取 ； 其他符號(hào)意義同前。 )； λ—— 側(cè)壓力系數(shù)； h—— 洞頂?shù)孛娓叨?(m)。 )； 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 bhRKN a???30200 )/(4 4 )/(5 6 )/(6 4 hehehe ?????)1/6/( 0 ?? hebhRKN i?Ht—— 隧道凈高 (m)； φ0—— 圍巖計(jì)算摩擦角 (176。） ； θ—— 圍巖兩側(cè)摩擦角 ，超淺埋時(shí)取 0； λ—— 側(cè)壓力系數(shù)； h—— 洞頂 至 地面高度 (m)； Ht— — 隧道凈高 (m)； B—— 隧道跨度 (m)。 圍巖水平均布松動(dòng)壓力按 下列公式 計(jì)算 ： (36) (37) (38) (39) 式中， β—— 產(chǎn)生最大推力時(shí)的 破裂角 （176。水平均布?jí)毫Φ慕?jīng)驗(yàn)公式 見(jiàn)表 36。 (2)深埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的計(jì)算方法 (h≥ Hp) 雙線鐵路隧道豎直均布松動(dòng)壓力按式 （ 34)計(jì)算： q=γ h （ 34） 式中， q— — 豎直均布松動(dòng)壓力 (kN/m)； γ —— 圍巖容重 (kN/m3)。 2s1 179。當(dāng)隧道覆蓋層厚度 h? Hp 時(shí)為深埋， h? Hp 時(shí)即為淺埋。 (1)隧道深、淺埋的判定原則 一般，深、淺埋隧道分界深度至少應(yīng)大于坍方的平均高度且有一定余量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)深度通常為 2～ 倍的坍方平均高度值，即： HP =(2~)hq （ 31） 式中， Hp—— 深淺埋隧道分界的深度 (m)； hq—— 等效荷載高度值 (m)。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 荷載設(shè)計(jì) 荷載計(jì)算原理 采用荷載結(jié)構(gòu)法原理進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)檢算時(shí)，所需計(jì)算的荷載為由巖體松動(dòng)、崩塌而產(chǎn)生的豎向和水平均布?jí)毫?。?dāng)無(wú)預(yù)測(cè)值時(shí) 預(yù)留變形量可 參考表 35 選用 。 (3)在確定開(kāi)挖斷面 輪廓 時(shí)，還應(yīng)考慮初期支護(hù)并預(yù)留適當(dāng)?shù)淖冃瘟?。?fù)合襯砌設(shè)計(jì)符合下列規(guī)定： (1)初期支護(hù)宜采用錨噴支護(hù)，即由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架等支護(hù)形式單獨(dú)或組合使用。噴射混凝土的 彈性模量見(jiàn)表 34。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 表 32 混凝土的彈性模量 Ec(GPa) 混凝土強(qiáng)度等級(jí) C15 C20 C25 C30 C40 C50 彈性模量 Ec 26 28 31 鋼筋強(qiáng)度和彈性模量按表 33 采用 。混凝土的剪切 彈性模量可按表 32 數(shù)值乘以 采用。25 圖 31 隧道建筑限 界及內(nèi)輪廓 工程材料 混凝土和鋼筋 混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中用混凝土的極限強(qiáng)度應(yīng)按表 31 采用。 O 123543212 20cm 1 50cm220355 230 150760776730725 78525176。 建筑限界以及內(nèi)輪廓 根據(jù)《 標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路建筑限界 》 GB 確定隧道限界。根據(jù)地層情況可采用的輔助性地層加固措施有：管棚超前支護(hù)，注漿小導(dǎo)管超石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 前支護(hù)，鎖腳錨桿，加固注漿，回填注漿等。 (2)礦山法 區(qū)間隧道一般采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)由型鋼格柵、鋼筋網(wǎng)與噴射混凝土組成，二次襯砌采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。但依據(jù)地形設(shè)計(jì)坡度時(shí)，注意應(yīng)不超過(guò)限制坡度。 (3)鐵路隧道對(duì)于行車來(lái)說(shuō)線路的坡度以平坡為最好。在一座隧道內(nèi)最好不設(shè)一個(gè)以上的曲線。應(yīng)盡可能采用較短的曲線，或是半 徑較大的曲線，使它的影響小一些。 隧道平面位置、洞口位置和縱斷面 (1)中小型隧道平面位置遵照線路選線，長(zhǎng)大隧道遵照隧道自身工程地質(zhì)選定，洞口位置選擇遵循“早進(jìn)晚出”、地質(zhì)條件良好、地勢(shì)開(kāi)闊、施工方便，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)合理之處。判斷深淺埋，取最不利的橫截面并計(jì)算作用在結(jié)構(gòu)上的荷載。計(jì)劃采用新奧法施工，隧道采用有仰拱形式斷面。當(dāng)計(jì)及地震、人防或其它偶然荷載作用時(shí)，可不驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的裂縫寬度。當(dāng)結(jié)構(gòu)處于有腐蝕性地下水時(shí)應(yīng)采取石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 抗侵蝕措施，混凝土抗侵蝕系數(shù)不低于 ； (13)在永久荷載基本荷載組合作用下，應(yīng)按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用影響進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫驗(yàn)算。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 3 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)原則 設(shè)計(jì)依據(jù) 《 客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南 》 (TZ214— 2022) 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB50010— 2022) 《建筑荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GBJ9— 2022) 《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》 (GB50108— 2022) 《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》 (TBJ10003— 2022) 《 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范 》 (TB10621— 2022) 設(shè)計(jì)原則 (1)主要構(gòu)件設(shè)計(jì)使用年限為 100 年。 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(chǎng)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(chǎng)購(gòu)買；主體工程所采用的砂，在合格砂場(chǎng)購(gòu)買。 1斜井井口附近的地形比較開(kāi)闊，施工場(chǎng)地可在井口附近布置。施工前期采用自發(fā)電以保證施工用電。 交通情況 本設(shè)計(jì)標(biāo)段交通便利，在 DK73+ 處的 1斜井 (寺坪斜井 )井口與 314 省道相鄰。四季分明，夏季炎熱少雨，冬季寒冷干燥，年降水量在 350～ 800mm。m； Qs= m3/dm； Qs= m3/d 表 22 各設(shè)計(jì)區(qū)段裂隙水 情況 序號(hào) 區(qū)段里程 地下水形式 地下水水量 備注 1 DK69+255~DK69+740 雨季時(shí)有基巖 裂隙水 Q0= m3/d角礫狀泥灰?guī)r (膏溶角礫巖 )對(duì)混凝土具有硫酸鹽弱腐蝕性。 6 DK74+040~DK74+160 隧道洞身位于的巖層為斷層破碎帶及影響帶，巖體極破碎， 呈散體狀結(jié)構(gòu)。 4 DK70+210~DK73+690 隧道洞身位于的巖層為竹葉狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r及白云巖，薄至中厚層狀，弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體完整，呈大塊狀整體結(jié)構(gòu)。 3 DK70+065~DK70+210 隧道洞身位于的巖層為竹葉狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r，薄至中厚層狀，弱風(fēng)化，巖體較完整。呈塊狀結(jié)構(gòu)，巖層平緩，拱頂易坍塌落石。 太行山隧道 本設(shè)計(jì)標(biāo)段所屬范圍地層巖性見(jiàn)表 21。山上植被較為茂密，基巖裸露，呈現(xiàn)山地地貌的典型特征。峽谷深切，多呈“ V”字型，地形起伏較大，最大高 差約 600 余米。 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(shì)特點(diǎn)呈現(xiàn)為西高東低，中西部最高的不對(duì)稱三角形。 工程數(shù)量 本設(shè)計(jì)標(biāo)段工程范圍為新建石家莊至太原鐵路客運(yùn)專線重點(diǎn)工程，包括 1寺坪斜井 (DK73+=寺斜 0+00， L=)及太行山隧道 DK69+255～ DK74+160段正洞的施工、竣工和缺陷修復(fù)，長(zhǎng)度 4905 雙延米， 包含隧道通風(fēng)、設(shè)備安裝、 監(jiān)控量測(cè) 等工程。太行山隧道 設(shè)計(jì)為雙洞單線鐵路隧道，隧道起止里程為DK69+255～ DK97+094(左線 )、 YDK69+271～ YDK97+119(右線 )，兩線間距 35m，隧道全長(zhǎng) 27839m,位于石太客運(yùn)專線小寨車站和盂縣車站之間，通過(guò)該段太行山山脈的主峰越宵山。掌握 隧道施工中主要施工工藝及施工步序，了解施工組織設(shè)計(jì)的編制與應(yīng)用。 預(yù)期目 標(biāo) 通過(guò)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(zhǎng)鐵路隧道的主要施工方法及其適用條件。 明確各種施工工藝的主要技術(shù)指標(biāo)和施工中的運(yùn)輸方式、考慮各種變形影響。 根據(jù)工程環(huán)境和圍巖地質(zhì)條件對(duì)隧道選擇不同施工方法、初期支護(hù)、二次襯砌以及其他防護(hù)措施等。 主要研究方法 根據(jù) 設(shè)計(jì) 隧道 的 工程環(huán)境、施工要求及相應(yīng)的水文地質(zhì)條件，擬定隧道的襯砌斷面 形式 、荷載確定并且建立計(jì)算模型。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。包括主要施工方法、施工工序和工法轉(zhuǎn)換等內(nèi)容。 施工組織設(shè)計(jì) 施工組織主要內(nèi)容：包括施工總體部署（主要應(yīng)包括施工準(zhǔn)備、施工場(chǎng)地布置、施工臨時(shí)設(shè)施設(shè)計(jì)、不同區(qū)段的施工方法等），主要施工方法、工序及工藝 (包括爆破、出碴運(yùn)輸、超前支護(hù)、噴射混凝土、錨桿、鋼架、防排水、二次襯砌、施工監(jiān)測(cè)等 )，施工輔助作業(yè)、不良地質(zhì)地段的工程措施、機(jī)械配套、指導(dǎo)性施工進(jìn)度計(jì)劃等。 本設(shè)計(jì)標(biāo)段為太行山隧道的進(jìn)口段，起止里程為 DK69+255～ DK74+160，全長(zhǎng)4905m(共計(jì)： 9810m)，旅客列車設(shè)計(jì)行車速度 250km/h。 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。秦嶺隧道全長(zhǎng) 18456m，最大埋深1600m，是目前我國(guó)洞身最長(zhǎng)、埋置最深、工程規(guī)模最