【正文】 為主，局部夾有板巖，深灰、灰黑色為主，含炭質(zhì)，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，具絲絹光澤，污手，受構(gòu)造影響巖體破碎，Ⅳ級(jí)軟石， σ 0＝ 500kPa；風(fēng)化層厚 4～ 6m，Ⅲ級(jí)硬土，σ 0＝ 300kPa。 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特征 (1)工程地質(zhì)特征 隧道洞身涉及地層主要為志留系中、上統(tǒng)千枚巖夾板巖、炭質(zhì)千枚巖夾板巖、灰?guī)r等，其主要巖性特征如下： ① 千枚巖夾板巖 (S2+3ph+Sl)為隧道通過(guò)主要地層，以千枚巖為主，局部夾有板巖，青灰、灰黑色為主，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，具絲絹光澤，受構(gòu)造影響巖體破碎，Ⅳ級(jí)軟石， σ 0＝ 600kPa；風(fēng)化層厚 4～ 6m，Ⅲ級(jí)硬土， σ 0＝ 450kPa。隧道起訖里程為 DK357+082~DK362+095，全長(zhǎng) ，隧道進(jìn)口至洞身中部附近位于直線上，其他部分位于 的曲線上。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 2 章 工程概況及工區(qū)劃分 工程概況 隧道概況 兩水隧道位于甘肅省武都區(qū)白龍江左岸中山區(qū) ， 地形較為陡峻，相對(duì)高差 400m，隧道最大埋深 346m。利用鉆爆法進(jìn)行開挖，然后進(jìn)行超前支護(hù)與初支護(hù)，超前支護(hù)使用超前小導(dǎo)管注漿加固地層，初期支護(hù)包括錨噴支護(hù)，架設(shè)鋼拱架，鋼筋網(wǎng)。 對(duì)于隧道施工組織設(shè)計(jì)，本隧道使用分部臺(tái)階法進(jìn)行開挖，在施工之前要進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，探測(cè)地層巖性、軟弱層及斷層構(gòu)造位置等。 荷載計(jì)算主要包括松動(dòng)壓力的計(jì)算，即采用單線隧道按破壞階段設(shè)計(jì)時(shí)垂直壓力公式計(jì)算。 隧道施工用高壓風(fēng)高壓水及 電路，施工監(jiān)控量測(cè)主要包括洞內(nèi)圍巖及支護(hù)狀態(tài)觀察；洞內(nèi)周邊位移觀測(cè)；地表下沉量測(cè)；進(jìn)行科學(xué)的施工組織管理；主要分項(xiàng)的施工工藝包括打錨桿，噴射混凝土，鋪鋼筋網(wǎng)，架設(shè)鋼拱架；軟巖隧道特殊施工段可以進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，然后進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)，弱爆破進(jìn)行施工。其中主要包括假設(shè)噴射混凝土的類型，厚度，錨桿長(zhǎng)度，采 用砂漿錨桿，錨桿的直徑，錨桿間距 ， 并且錨桿是否設(shè)置鋼墊板，墊板的尺寸。其中 ， 噴射混凝土既能改善圍巖受力條件 ， 也提供支護(hù)力 ， 可縮性鋼拱架既對(duì)圍巖提供了支護(hù)力 ， 也可控制圍巖變形 ， 釋放部分圍巖應(yīng)力。其作用同格柵鋼拱架 ， 并對(duì)隧道穩(wěn)定提供安全儲(chǔ)備。鋼拱架主要是對(duì)松動(dòng)壓力和圍巖 過(guò)分變性的形變壓力提供支護(hù)。一般采用超前管棚或錨桿 ， 在隧道開挖前 ， 沿隧道軸向支護(hù) ， 對(duì)開挖后產(chǎn)生的松動(dòng)圈提供支護(hù)力 ， 防止松動(dòng)塊塌落 ， 惡化了圍巖的受力狀態(tài)。主要是提高噴層的承載力 ， 承受剪力和拉力 。噴射混凝土改變圍巖表面受力狀態(tài) ， 增加圍巖表面抗力 ， 防止松動(dòng)塊掉落 ， 噴射混凝土的柔性支護(hù)使圍巖在不出現(xiàn)有害的塑性變形下 ， 釋放圍巖壓力 ， 噴射混凝土還石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 可將圍巖壓力均勻的傳遞給鋼拱架、錨桿 ， 使支護(hù)結(jié)構(gòu)受力均勻。錨桿支護(hù)的目的是消除巖體結(jié)構(gòu)效應(yīng) ， 在圍巖內(nèi)形成組合拱 ， 同時(shí)錨桿對(duì)圍巖施加壓力 ， 使處于二向 應(yīng)力狀態(tài)的圍巖保持三向應(yīng)力狀態(tài)。其目的是充填裂隙 ， 提高圍巖完整性、連續(xù)性、增加圍巖的整體強(qiáng)度。 軟巖隧道支護(hù)方法現(xiàn)狀及其支護(hù)作用機(jī)理 軟巖隧道當(dāng)前支護(hù)方法分為改善圍巖自身受力條件和對(duì)圍巖直接提供支護(hù)力兩種 ： (1)改善圍巖自身受力條件 ： ① 注漿。 (3)支護(hù)體系是控制圍巖變形的關(guān)鍵。 軟弱圍巖隧道設(shè)計(jì)理論 在隧道工程的設(shè)計(jì)與施工中，除了了解軟弱圍巖隧道 “ 自穩(wěn)差、易坍塌 ” 的工程特點(diǎn)，還必須清楚地認(rèn)識(shí)到隧道不同于地面建筑物的 3 個(gè)主要特點(diǎn)： (1)隧道是由圍巖和多種支護(hù)結(jié)構(gòu)兩部分組成的，即：隧道 = 圍巖 + 支護(hù)，圍巖與支護(hù)共同承擔(dān)山體的壓力。這是因?yàn)檐泿r具有流變性 ， 在圍巖流變過(guò)程中 ， 圍巖的強(qiáng)度降低。 (7) 來(lái)壓快 ： 軟巖隧道變形收斂速度高 ， 在很短時(shí)間內(nèi) ， 圍巖即與支護(hù)結(jié)構(gòu)接觸 ， 產(chǎn)生壓力。 (6)各位置破壞不一： 在隧道周邊不同部位 ， 變形破壞程度不同 ， 這反映了軟巖隧道所處的地應(yīng)力強(qiáng)度因方向而異和軟巖具有強(qiáng)烈的各向異性。 (4)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) ： 由于軟巖具有強(qiáng)烈的流變性和低強(qiáng)度 ， 軟巖隧道掘進(jìn)后 ， 圍巖石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 的應(yīng)力重分布持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) ， 致使軟巖隧道變形破壞持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng) ， 往 往長(zhǎng)達(dá) 1~2 年 。 (2)變形量大 ： 拱頂下沉一般大于 10cm， 有的高達(dá) 50cm， 兩幫擠 入 20cm~80cm，底鼓強(qiáng)烈。軟巖隧道失穩(wěn)破壞具有如下特征 ： (1)變形破壞方式多 ： 變形破壞方式一般有拱 頂下沉、坍塌 ， 片幫和底鼓、底圍隆破 ， 隧道表現(xiàn)出強(qiáng)烈的整體收斂和破壞。所謂流變性質(zhì) ， 是指圍巖變形在應(yīng)力不變情況下不斷增長(zhǎng) (蠕變 )， 或在變形約束情況下應(yīng)力隨時(shí)間降低 (松弛 )， 以及圍巖強(qiáng)度隨時(shí)間降低的性質(zhì)。松動(dòng)破壞是因隧道開挖后 ， 圍 巖應(yīng)力重新分布 ， 部分圍巖成為脫離母巖的分離塊體和松散體 ， 在重力作用下 ， 產(chǎn)生冒落和塌滑運(yùn)動(dòng)。 (4) 地下水的影響地下水對(duì)軟巖隧道穩(wěn)定影響分為四個(gè)方面 ： ① 對(duì)于透水圍巖來(lái)講 ， 洞室開挖形成的新自山面使地下水有了排泄通道 ， 在洞周產(chǎn)生了滲壓梯度 ，在圍巖內(nèi)產(chǎn)生了指向洞內(nèi)的推動(dòng)力 ； ② 由于靜水壓力作用 ， 飽和水部分巖體中有效壓應(yīng)力減小 ， 其應(yīng)力狀態(tài)趨于惡化 ， 抗剪強(qiáng)度減小 ； ③ 圍巖內(nèi)的水降低了裂隙面摩擦系數(shù)和粘聚力 ； ④ 地下水溶解、搬運(yùn)礦物顆?；蛲V物成分發(fā)生化學(xué)作用 ， 使圍巖強(qiáng)度進(jìn)一步惡化。 (3)軟巖隧道的失穩(wěn) ， 是隧道開挖引起的應(yīng)力重分布超出圍巖強(qiáng)度或造成圍巖過(guò)分變形而造成的。時(shí) ， 危險(xiǎn)性較大 ， 而當(dāng)節(jié)理走向與隧道軸線大角度相交 ， 則危險(xiǎn)性較小。裂隙的分布不同 ， 也對(duì)圍巖的穩(wěn)定造成不同的影響 ， 當(dāng)節(jié)理傾角大于 30176。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 (2)巖體結(jié)構(gòu)及裂隙分布的影響在地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中形成的結(jié)構(gòu)面 ， 一般情況下 ，其強(qiáng)度遠(yuǎn)低于母巖。軟巖對(duì)隧道失穩(wěn)的影響 有： (1)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響 ： 軟巖的力學(xué)特性如各向異性、塑性、擴(kuò)容性、膨脹性、流變性等 ， 都對(duì)圍巖的穩(wěn)定有重要影響。隧道范圍內(nèi)未見(jiàn)區(qū)域性大斷裂通過(guò)，但巖體受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，揉皺、褶皺發(fā)育，軟弱巖體被切割成塊狀、碎塊狀，巖體破碎，完整性差。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，隧址內(nèi)灰?guī)r有輕微溶蝕裂縫及少量的溶蝕坑洞，屬輕微溶蝕區(qū)，該隧道灰?guī)r主要以?shī)A層存在于千枚巖中，巖溶對(duì)隧道工程有一定影響。 兩水隧道位于甘肅省武都區(qū)白龍江左岸中山區(qū) ， 地形較為陡峻，相對(duì)高差 400m，隧道最大埋深 346m。然而，軟弱圍巖隧道坍方、作業(yè)人員傷亡等事故卻時(shí)有發(fā)生，隧道建設(shè)的安全現(xiàn)狀無(wú)法與當(dāng)前的形勢(shì)相適應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止目前，我國(guó)鐵路隧道通車運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度已達(dá)到 6000km，在建隧道約 6600km，規(guī)劃設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約 7600km，預(yù) 計(jì)到 2020 年，我國(guó)鐵路隧道總長(zhǎng)將達(dá) 20210km 左右，位居世界第一。 兩 水隧道的襯砌結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌， 斷面形式為曲墻拱形斷面 ， 預(yù)留變形量為 35cm， 初期支護(hù)采用錨、噴、網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu) ，二次襯砌厚度為 60cm，主筋采用 5Φ 22，縱向連接筋采用 Φ 14，箍筋采用 Φ 8。 指導(dǎo)教師簽字 時(shí) 間 年 月 日 摘要 軟巖對(duì)隧道施工過(guò)程中隧道的穩(wěn)定性有很大的影響， 因此隧道施工過(guò)程中的開挖和支護(hù)方法很重要，本設(shè)計(jì)針對(duì)軟巖和兩水隧道本身的特點(diǎn)，采用鉆爆法施工，三臺(tái)階法開挖斷面，從開挖到支護(hù)完成的整個(gè)過(guò)程，充分體現(xiàn)“新奧法”的精髓，以保證隧道本身的穩(wěn)定性。 為了保證供電正常 ， 滿足施工需要 ， 配置了 3 路供電線路 ， 主供電線路 為 35kV 的 線路 ，供電 能力 為 2050kVA， 潛在供電能力 3950kVA。 出渣方式采用無(wú)軌運(yùn)輸，裝渣設(shè)備采用德國(guó)產(chǎn) ITC312H4 挖裝機(jī) 1 臺(tái) ， 裝渣時(shí)間 34min/車。上臺(tái)階施工至 3～ 5m 后，開挖中部臺(tái)階，接長(zhǎng)鋼架，施作洞身結(jié)構(gòu)的初期支護(hù)及封底，工序與上臺(tái)階相同。周邊眼間距為 500mm，輔助眼間距為 700mm，掏槽眼間距為 500mm。分四個(gè)斷面分別進(jìn)行光面爆破，一共布置 170 個(gè)炮眼。采用工字型鋼 I20b，每榀間距為 ，預(yù)留變形量為 35cm。然后根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行二次襯砌，不間斷進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)。弄清地質(zhì)情況以后進(jìn)行開挖。算出荷載以后，要進(jìn)行配筋，即根據(jù)計(jì)算出來(lái)的內(nèi)力值進(jìn)行配筋，根據(jù)容許應(yīng)力法進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)最后 進(jìn)行強(qiáng)度檢算和抗裂檢算。 四、主要研究方法 對(duì)于隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 首先 利用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建立計(jì)算模型，即使用階段結(jié)構(gòu)安全性檢算采用“荷載 — 結(jié)構(gòu)”模式，二襯結(jié)構(gòu)采用彈性平面梁?jiǎn)卧M，彈性抗力以及隧底地基均采用彈簧單元模擬，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。 二、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 軟弱圍巖對(duì)隧道失穩(wěn)的影響 ： (1)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響：軟巖的力學(xué)特性如各向異性、塑性、擴(kuò)容性、膨脹性、流變性等 ， 都對(duì)圍巖的穩(wěn)定有重要影響； (2)巖體結(jié)構(gòu)及裂隙分布 的影響在地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中形成的結(jié)構(gòu)面 ， 一般情況下 ， 其強(qiáng)度遠(yuǎn)低于母巖； (3)軟巖隧道的失穩(wěn) ， 是隧道開挖引起的應(yīng)力重分布超出圍巖強(qiáng)度或造成圍 巖過(guò)分變形而造成的； (4)地下水的影響 。隧道范圍內(nèi)未見(jiàn)區(qū)域性大斷裂通過(guò)，但巖體受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，揉皺、褶皺發(fā)育，軟弱巖體被切割成塊狀、碎塊狀，巖體破碎，完整性差。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，隧址內(nèi) 圍巖級(jí)別 主要 為 Ⅴ 級(jí) 圍巖，洞內(nèi) 灰?guī)r有輕微溶蝕裂縫及少量的溶蝕坑洞，屬輕微溶蝕區(qū)，該隧道灰?guī)r主要以?shī)A層存在于千枚巖中，巖溶對(duì)隧道工程有一定影響。 三、主要技術(shù)指標(biāo) (另見(jiàn)具體資料 ) 四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn) 《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》； 《鐵路隧道施工規(guī)范》； 3.《隧道工程》朱永全 宋玉香編； 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》； 5．《鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè) .隧道》 五、進(jìn)度計(jì)劃 第 1 周 熟悉資料，查閱文獻(xiàn)，選擇設(shè)計(jì)區(qū)段； 第 2 周 寫出開題報(bào)告；第 3 周 外文翻譯 ；第 4~8 周 隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ； 第 9～ 13 周 施工組織設(shè)計(jì)； 第 14 周 文整；第 15 周 答辯 教研室主任簽字 時(shí) 間 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 題 目 軟巖隧道設(shè)計(jì)與施工 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè) 一、研究背景 兩水隧道位于甘肅省武都區(qū)白龍江左岸中山區(qū) ， 地形較為陡峻，相對(duì)高差 400m，隧道最大埋深 346m。 。 ：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。 ：包括設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的主要規(guī)范規(guī)程及主要原則。 畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 軟巖隧道設(shè)計(jì)與施工 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱 副教授 評(píng) 定 成 績(jī) 指導(dǎo)教師 得分 評(píng)閱人 得分 答辯小組組長(zhǎng) 得分 Design and Construction of Soft Rock Tunnel 軟巖隧道設(shè)計(jì)與施工 成績(jī)： 院長(zhǎng) (主任 ) 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 題 目 軟巖隧道設(shè)計(jì)與施工 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè) 土木工程 承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位 土木工程學(xué)院 導(dǎo)師 姓名 導(dǎo)師 職稱 副教授 隧 道名稱： 兩水隧道斜井工區(qū) 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容 以 兩水隧道斜井工區(qū) 為工程背景，主要進(jìn)行以下內(nèi)容： (包括國(guó)內(nèi)外軟巖隧道發(fā)展現(xiàn)狀及典型工程實(shí)例、與自己的研究對(duì)象有關(guān)的不良地質(zhì)隧道的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀等 )。 。 ：包括襯砌斷面擬定、荷載確定、計(jì)算模型的建立、襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算及整理、結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算。 應(yīng)附圖：工程平面圖、地質(zhì)縱剖面圖，襯砌結(jié)構(gòu)橫剖面圖，計(jì)算模型及計(jì)算結(jié)果圖，施工方法圖平、橫、剖面圖，典型工法步序圖、施工監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置圖等。 二、基本要求 ，掌握軟巖隧道的主要施工方法及其適用條件； 方法及計(jì)算內(nèi)容； 中主要施工工藝及施工步序。隧址區(qū)總體上山勢(shì)陡峻，地面起伏較大，基巖裸露，降水量較小，地下水補(bǔ)給來(lái)源不足。隧址處位于武都山字型構(gòu)造體系前弧，受多期次構(gòu)造的復(fù)合，揉皺及構(gòu)造節(jié)理發(fā) 育，其展布與區(qū)域構(gòu)造線基本一致，以近東西和北西西向?yàn)橹鳌? 本設(shè)計(jì)所選區(qū)段為兩水隧道斜井工區(qū)，隧道洞身里程 DK358+894~DK360+231， 總長(zhǎng)為1337m， 工程難點(diǎn)是控制隧道的大變形，同時(shí)保證工期。 軟巖隧道失穩(wěn)破壞特征 ： (1)變形破壞方式多 ； (2)變形量大 ； (3)變形速度高 ； (4)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) ； (5)圍巖破壞范圍大 ； (6)各位置破壞不一 ； (7) 來(lái)壓快 ； 軟弱圍巖隧道設(shè)計(jì)理論 ： (1)隧道是由圍巖和多種支護(hù)結(jié)構(gòu)兩部分組成的，即：隧道 = 圍巖 + 支護(hù)，圍巖與支護(hù)共同承擔(dān)山體的壓力 ； (2)隧