【正文】 ④ 人工配合挖掘。 ② 洞口土石方開(kāi)挖前，施工洞頂截水溝，攔截地表水。 為便于進(jìn)洞、保護(hù)原有自然環(huán) 境，維護(hù)邊、仰坡的穩(wěn)定，設(shè)計(jì)時(shí)隧道進(jìn)出口端均采用明洞襯砌 。 隧道進(jìn)、出口及軟弱圍巖段隧道開(kāi)挖前設(shè)計(jì)了超前支護(hù)措施。 隧道洞口明洞按荷載結(jié)構(gòu)法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，將明洞上部回填土作為荷載。洞口回填的原則是盡可能的消除人工開(kāi)挖痕跡，使洞口融入自然。但是，考慮到隧道洞門(mén)的施作不應(yīng)對(duì)隧道洞身施工造成影響，由經(jīng)驗(yàn)可得，一般在隧道進(jìn)洞掘進(jìn) 100m 左右后，施作洞門(mén)。所以采用三臺(tái)階法開(kāi)挖，即用三臺(tái)階法進(jìn)洞。 除此之外，施工中 要 防止塌方和涌水。處于隧道進(jìn)口端的主要巖性為砂巖頁(yè)巖互層，夾炭質(zhì)頁(yè)巖，巖體易破碎、風(fēng)化后非常軟弱，施工中需加強(qiáng)支護(hù) 。 23 根據(jù)本隧道的特點(diǎn)，并結(jié)合路基及進(jìn)出口地形地貌、工程地質(zhì)、水文條件，在充分考慮隧道進(jìn)出口綜合排水的情況下，盡量減少洞口的開(kāi)挖并考慮施工開(kāi)挖邊仰坡的穩(wěn)定性，本著 “ 早進(jìn)晚出 ” 的原則，確定隧道進(jìn)出口位置。施工中進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，采用 TSP，地質(zhì)雷達(dá)、超前鉆孔相結(jié)合的探測(cè)技術(shù)取得圍巖地質(zhì)參數(shù)，施工中注意進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和處理及時(shí)反饋信息，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。由于隧道所處地段推測(cè)有地下水發(fā)育，當(dāng)施工遇到地下水災(zāi)害時(shí)，可按地下水對(duì)隧道的不同影響及施工條件，采取引流加固、清除、注漿等不同措施或綜合治理。在拱墻設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋型號(hào) Ⅳ 級(jí) 為 Φ Ⅴ 級(jí)為 Φ8。 Ⅳ 、 Ⅴ 級(jí)圍巖地段采用小導(dǎo)管注漿超前支護(hù) ，局部危險(xiǎn)地段施做超前大管棚。 Ⅳ 級(jí)圍巖采用三臺(tái)階法施工， Ⅴ 級(jí)圍巖采用三臺(tái)階法進(jìn)行施工。 由于洞口為Ⅴ級(jí)圍巖，底層條件較差，采用上半斷面長(zhǎng)臺(tái)階法進(jìn)洞施工，上半斷面先進(jìn) 50米后，拉中槽落底，在保證巖體穩(wěn)定的條件下 ，盡興變強(qiáng)擴(kuò)大及底部開(kāi)挖，上部開(kāi)挖進(jìn)尺控制在 ，施工支護(hù)采用超前錨桿與系統(tǒng)錨桿相結(jié)合，掛網(wǎng)噴射混凝土。 按“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則，根據(jù)地形地質(zhì)條件，控制邊仰坡開(kāi)挖高度，采用翼墻式洞門(mén)。由于隧道是特長(zhǎng)隧道，所以采用雙向開(kāi)挖的方法以減少工期。) 部位厚度(cm） 設(shè)置部位 長(zhǎng)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) Ⅳ 全環(huán)/25 拱墻 2020 拱墻 格柵 ( 拱墻 ) 45﹡ 55﹡ 25 Ⅴ 全環(huán)/28 拱墻 2020 拱墻 格柵 ( 全環(huán) ) 50﹡ 60﹡ 30 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； 21 ③ 噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C25，素混凝土等級(jí)為 C25，鋼筋混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C35。經(jīng)過(guò)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 312。所以無(wú)需進(jìn)行裂縫驗(yàn)算。 經(jīng)檢算，以上 Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖襯砌結(jié)構(gòu) 配筋量對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)均能滿(mǎn)足規(guī)范要求，故可采用上述配筋。 根據(jù)工程類(lèi)比經(jīng)驗(yàn)，該隧 道初期支護(hù)采用錨噴支護(hù)，混凝土采用 C25，鋼筋網(wǎng)間距為 20m20m，鋼筋直徑為 8cm， 拱墻所有區(qū)域采用 Φ25 組合式中空注漿錨桿 ，長(zhǎng)度 L=4m，二次襯砌混凝土采用 C35，鋼筋直徑為 Φ22，仰拱填充采用 C20 混凝土。 參考混凝土和鋼筋的強(qiáng)度數(shù)據(jù)見(jiàn)表 39。 Ⅴ 級(jí)圍巖配筋： 經(jīng)配筋計(jì)算及檢算得，配筋后 K 符合安全系數(shù)的要求。 根據(jù)工程類(lèi)比經(jīng)驗(yàn)，該隧道初期支護(hù)采用錨噴支護(hù)，混凝土采用 C25，鋼筋網(wǎng)間圍巖級(jí)別 危險(xiǎn)點(diǎn) 軸力 (N) 彎矩（ N?M） As X 偏心 K 配筋 Ⅳ 深埋 8 +05 +05 1256 小 4Φ20 14 +06 +05 1256 小 30 +06 +05 1256 小 42 +05 +05 1256 大 19 距為 20m20m，鋼筋直徑為 6cm，拱部錨桿采用 Φ22 組合中空錨桿，長(zhǎng)度 L=，邊墻錨桿采用 Φ22 全螺紋砂漿錨桿，長(zhǎng)度 L=，二次襯砌混凝土采用 C35，鋼筋直徑為 Φ20，仰拱填充采用 C20 混凝土。 參考混凝土和鋼筋的強(qiáng)度數(shù)據(jù)見(jiàn)表 37。 所以按 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)小于 %bh0=900mm仰拱為 1100mm2。)ggK N e R A h a?? 18 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度安全系數(shù) 參考表 36。) ( / 2 )g g g WR A e A e R b x e h x? ? ?039。 表 35 混凝土和砌體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度安全系數(shù) 材料種類(lèi) 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 破壞原因 混凝土或砌體達(dá)到抗壓極限強(qiáng)度 混凝土達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度 0( 39。 39。gA 的重心之間，尚應(yīng)符合下式要求： ? ?20039。gA 的重心到幾面最近邊緣的距離（ m）。)a g gKNe R bh R A h a? ? ? (316) 式中， 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： 2021. 5 39。 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： （ 315） 式中 ， N—— 軸向力（ MN）； e， e’—— 鋼筋 Ag 與 Ag39。 01lR bhKN eh?? ? 17 ③ 鋼筋 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。 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： （ 312） 式中 ， Rl —— 混凝土的抗拉極限強(qiáng)度； 0e —— 截面偏心距 (m)。 強(qiáng)度檢算公式 根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，雙線(xiàn)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(duì)隧道結(jié)構(gòu)截面進(jìn)行檢算。ggAA? ， 39。計(jì)算圍巖襯砌若需要配筋均采用兩側(cè)鋼筋對(duì)稱(chēng)布置。 圖 35 Ⅴ 級(jí) 圍巖襯砌 節(jié)點(diǎn)編號(hào)圖 15 圖 36 Ⅴ 級(jí) 圍巖襯砌 計(jì)算模型圖 圖 37 Ⅴ 級(jí) 圍巖 深埋襯砌彎矩圖 (N 圖 31 Ⅳ 級(jí) 圍巖襯砌 節(jié)點(diǎn)編號(hào)圖 13 圖 32 Ⅳ 級(jí) 圍巖襯砌 計(jì)算模型圖 圖 33 Ⅳ 級(jí) 圍巖 深埋襯砌彎矩圖 (N 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。 e= e= Nm 檢算： h=﹥ (2～ ) Hq 屬于深埋 由深埋隧道公式得： 垂直壓力： q = (N/m2) 水平壓力： e =(N/m2) 襯砌內(nèi)力計(jì)算 2 000 0( ta n 1 ) ta nta n ta n ta n ta n???? ????? ? 12 在 Ⅳ 、 Ⅴ 級(jí)圍巖段，二次襯砌按主要承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算采用荷載 — 結(jié)構(gòu)模型，采用有限元 ANSYS 進(jìn)行模擬。 表 32 水平均布松動(dòng)壓力 圍巖級(jí)別 Ⅳ Ⅴ 均布?jí)毫? ⑴ Ⅳ 圍巖 選取斷面位置： DK373+ 埋深 H= 因?yàn)榇藬嗝嫖挥趪鷰X大隊(duì)，淺部人文干擾較大；洞身主要處于頁(yè)巖夾炭質(zhì)頁(yè)巖地層中，該段電阻率值較高，推測(cè)為頁(yè)巖夾灰?guī)r透鏡體的綜合反映，斷面屬于危險(xiǎn)斷面，所以選為計(jì)算截面。 圍巖水平均布?jí)毫?e 按朗金公式計(jì)算 e=（ q＋ ? Ht） tan2 （ 45? － 0? ） (36) ② 我國(guó)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦，當(dāng)隧道埋深 h 大于等效高度 qh （即 h﹥ hq）時(shí)，圍巖的垂直均布松動(dòng)壓力 q 計(jì)算為： q = hk? (37) 式中 ， k—— 壓力縮減系數(shù)，其值為 k=1－ (38) (39) tanhB??? ?000ta n ta nta n 1 ta n ( ta n ta n ) ta n ta n??? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? 11 (310) B —— 隧道開(kāi)挖高度 (m)； H —— 洞頂巖體覆蓋厚度 (m)。 ，分兩種情況 ① 我國(guó)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦，當(dāng)隧道埋深 h 小于或等于等效荷載高度 qh 時(shí)（即 h ＜ qh 時(shí)），圍巖垂直均布?jí)毫? qh?? (35) 式中 ， ? —— 圍巖容重 (kN/m179。)； ? —— 圍巖容重 (kN/m179。通過(guò)查閱《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》得到各級(jí)圍巖的計(jì)算參數(shù)。 所以：深埋隧道，埋深對(duì)圍巖壓力沒(méi)有影響，因此任意選取截面進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)隧道覆蓋層厚度h? Hp 時(shí)為深埋， h? Hp 時(shí)為淺埋 。 (1)深、淺埋判定依據(jù) 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 (2 ~ )pqHh? (31) 式中， Hp—— 深淺埋隧道分界的深度 (m)； hq—— 等效荷載高度值 (m)。 表 31 隧道圍巖分級(jí) 起訖里程 長(zhǎng)度（ m） 圍巖級(jí)別 DK372+800～ DK373+215 415 Ⅳ DK373+215～ DK373+275 60 Ⅴ DK373+275～ DK373+725 450 Ⅳ DK373+725～ DK373+800 75 Ⅴ DK373+800～ DK374+165 365 Ⅳ 計(jì)算參數(shù)及荷載計(jì)算 ： Ⅳ 級(jí)圍巖：噴射混凝土采用的是 C25，厚度為 25cm，二次襯砌采用 C35 鋼筋混凝土，拱 部 厚度為 ，仰拱厚度 ，另外仰拱用 C20 混凝土填充，寬度 B 為1422cm， H=1198cm， 圍巖重度為 ，二次襯砌混凝土的密度為 2500kg/m3，其彈 性模量為 ，泊松比為 ， 沿隧道縱向 取單位長(zhǎng)度 1m 的隧道模型，彈性反力系數(shù)為 350MPa/m。 依據(jù)天平山隧道 研究段 的縱斷面圖，在圍巖級(jí)別和地質(zhì)條件不同的 2 個(gè)地段選取襯砌進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 隧道襯砌結(jié)構(gòu)檢算的主要內(nèi)容為：根據(jù)具體的工程對(duì)象，弄清隧道結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)和地質(zhì)參數(shù)，包括結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)、彈簧的彈性常數(shù)、上覆土的深度和容重、地面荷載、混凝土材料的容重和彈性模量以及土體的側(cè)壓力系數(shù)等參數(shù)；然后建立幾何模型，劃分單元并加上彈簧單元，加上自重和約束條件，加上荷載并進(jìn)行求解；接下來(lái) 9 對(duì)計(jì)算的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，重點(diǎn)考察結(jié)構(gòu)變形圖，根據(jù)彈簧單元只能受壓的性質(zhì)重新修改模型并重新求解，這一步要反復(fù) 進(jìn)行直到得出最終結(jié)果；最后對(duì)計(jì)算結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，繪出結(jié)構(gòu)的軸力圖、彎矩圖，并導(dǎo)出內(nèi)力數(shù)據(jù)，根據(jù)分析的結(jié)果，按照相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度和變形的驗(yàn)算，如果不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行配筋計(jì)算。鋼軌采用 70kg/m，高強(qiáng)耐磨鋼軌，一次鋪設(shè)超長(zhǎng)無(wú)縫線(xiàn)路。 8 第 3 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主要設(shè)計(jì)依據(jù)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)依據(jù) (1)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》 (TB100032021) (2)《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》 (TZ2042021) (3)《新建鐵路工程測(cè)量規(guī)范》 (TB1010199) (4)《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則》 (TBJ10892) (5)《鐵路噴射混凝土技術(shù)施工規(guī)范》 (6)《鐵路隧道施工規(guī)范》 (TB102042021) (7)《鐵路隧道防排水設(shè)計(jì)規(guī)范 》 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 鐵路等級(jí)： Ⅰ 級(jí) ； 正線(xiàn)數(shù)目：雙線(xiàn) ； 牽引種類(lèi)：電力 ；