【正文】 附圖。 地質(zhì)概況盧家山二號(hào)隧道全程地質(zhì)較單一，為第四系殘積粉質(zhì)粘土、黃褐色、硬塑、厚度 ～ 1m，侏羅系上統(tǒng)白大畈組凝灰?guī)r，紫灰色，全風(fēng)化～弱風(fēng)化，地下水不發(fā)育。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)5第 3 章結(jié)構(gòu)計(jì)算根據(jù)隧道地質(zhì)情況，運(yùn)用工程類比法確定本隧道所有圍巖段均采用復(fù)合式襯砌，襯砌結(jié)構(gòu)必須滿足運(yùn)營(yíng)安全要求、防水要求和美觀要求。這種方法又叫作“荷載結(jié)構(gòu) ”法，這種方法是將支護(hù)和圍巖分開(kāi)考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載主體，地層對(duì)結(jié)構(gòu)的作用只是產(chǎn)生作用在地下結(jié)構(gòu)上的荷載，以計(jì)算襯砌在荷載作用下產(chǎn)生的內(nèi)力和變形的方法。 荷載計(jì)算 荷載計(jì)算公式(1)判斷深淺埋 (2~.5)pqHh?式中 p——深淺埋隧道分界的深度qh——等效荷載高度值石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)6系數(shù) 2～ 在松軟的圍巖中取高限，而在叫堅(jiān)硬圍巖中去低限。（2）當(dāng)隧道為深埋時(shí)，采用我國(guó)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》所推薦的單線、雙線、及多線鐵路隧道按破壞階段設(shè)計(jì)時(shí)垂直壓力公式式中 hq——等效荷載高度值；S——圍巖級(jí)別，如 III 級(jí)圍巖 S=3；?——圍巖的容重；w——寬度影響系數(shù)，其值為 w=1+i(B5）其中 B——坑道寬度（ m） ；i——B 每增加一米，圍巖壓力的增減率（以 B=5m 為基準(zhǔn)） ，當(dāng) B5 時(shí)取i=，B5m，取 i=。表 31 水平均布松動(dòng)壓力圍巖級(jí)別 III IV V均布?jí)毫? (~)q (~)q(3)當(dāng)隧道為淺埋時(shí)，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 ＜ qh時(shí)） ，圍巖垂直均布?jí)毫??式中 ——圍巖容重；h——隧道埋置深度。表 32 各級(jí)圍巖的 ?及 0?值圍巖級(jí)別 Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ? 0?（～） 0（～） 0（～） 0?060?～70 50?～60 40?～50 30?～40求圍巖水平松動(dòng)壓力若水平壓力按梯形分布，則作用在隧道頂部和底部的水平壓力可直接寫(xiě)為1eh???2H2022(tan1)ttant??????tanhB????00tanttan1()ta??????石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)8?為側(cè)壓力系數(shù)，可由式 31 計(jì)算若水平壓力均布，則 荷載計(jì)算盧家山二號(hào)隧道，進(jìn)口里程 DK136+155，出口里程 DK136+371，隧道全長(zhǎng)216m。 qh=?2S1 [1+i(B5)]=h ,所以按超淺埋計(jì)算。qh=?2S1 [1+i(B5)]=令 pH= qh=17mh= p，按淺埋計(jì)算選取 DK136+250 里程處斷面，h=，選取 ?=23kN/m3 0?=5?，???=44O，12()e??石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)9??， ??==圍巖豎向壓力：=水平方向壓力：按梯形分布 1eh???=???=(3)里程 DK136+250 至里程 DK136+342 為 III 級(jí)圍巖，長(zhǎng) 92m，最小埋深，最大埋深 =?2S1 [1+i(B5)]==（2~） qh=~所以按深埋計(jì)算：取 ?=23kN/m3圍巖豎向壓力：q= q=23?=圍巖水平壓力：e== =(4)里程 DK136+342 至 DK136+371 為 V 級(jí)圍巖，長(zhǎng) 29m，最大埋深 17mqh=?2S1 [1+i(B5)]=h 所以按淺埋計(jì)算，選取 ?=20kN/m3選取 DK136+342 里程處截面，h=17m ， 0?= 45?， ????2022(tan1)ttt???????00tattan1(n)tan?????????hqrB???2022(tan1)ttant??????石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)10=3圍巖豎向壓力：=圍巖水平壓力：按梯形分布 1eh???=???= 襯砌內(nèi)力計(jì)算在 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。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。表 33 襯砌及圍巖計(jì)算參數(shù)結(jié)構(gòu)及圍巖 容重(kN/m179。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)12圖 32IV 級(jí)圍巖襯砌軸力圖圖 33IV 級(jí)圍巖襯砌彎矩圖石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)13表 34Ⅳ級(jí)圍巖襯砌部分節(jié)點(diǎn)內(nèi)力節(jié)點(diǎn)號(hào) 節(jié)點(diǎn)位置 軸力(N) 彎矩(N*m)1 拱頂 1768000 25056022 拱肩 2295600 23482065 墻腳 1260200 138690（2）里程 DK136+342 至 DK136+371該段為 V 級(jí)圍巖，淺埋，選取里程 DK136+342 處橫截面計(jì)算，以下是采用ansys 有限元軟件得到的軸力圖和彎矩圖。①混凝土和砌體矩形截面中心及偏心受壓構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度按下式進(jìn)行計(jì)算：石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)15aKNRbh???式中 K——安全系數(shù)；N——軸向力（MN ） ；Ra——混凝土或砌體的抗壓極限強(qiáng)度（MPa ） ；?——構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)，對(duì)于隧道襯砌，明洞拱圈及墻背回填緊密的邊墻，可取 =，對(duì)于其他構(gòu)件，應(yīng)按長(zhǎng)細(xì)比查得；?——軸向偏心力影響系數(shù)，其值查《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》可得；h——截面的厚度（ m） ；b——截面的寬度(m)。對(duì)混凝土矩形構(gòu)件，按現(xiàn)行《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的安全系數(shù)及材料強(qiáng)度數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng) 0e? 時(shí)，由抗壓強(qiáng)度控制承載力，不必檢算抗裂；當(dāng)e0 時(shí)，由抗拉強(qiáng)度控制承載力，不必檢算抗壓。)WggKNRbxA???此時(shí)，中性軸的位置按下式確定：當(dāng)軸向力作用于鋼筋 Ag 與 Ag’的重心之間時(shí)，式中的左邊第二項(xiàng)取正號(hào)，當(dāng)???0(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：式中 N——軸向力（MN）。的重心到軸向力作用點(diǎn)的距離 (m)。 39。)agKNeRbhAha???表 36 混凝土和砌體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度安全系數(shù)材料種類 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+附加荷載混凝土或砌體達(dá)到抗壓極限強(qiáng)度 破壞原因混凝土達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度 表 37 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度安全系數(shù)荷載組合 主要荷載主要荷載+附加荷載039。)gKeRAha??石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)17鋼筋達(dá)到計(jì)算強(qiáng)度或混凝土達(dá)到抗壓或抗剪極限強(qiáng)度 混凝土達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度 表 38 混凝土極限強(qiáng)度（MPa）混凝土強(qiáng)度等級(jí)強(qiáng)度種類 符號(hào)C15 C20 C25 C30 C40 C50抗壓 Ra 彎曲抗壓 Rw 抗拉 Rl 強(qiáng)度檢算及配筋各級(jí)圍巖二襯結(jié)構(gòu)需檢算各節(jié)點(diǎn)的安全系數(shù)，首先由 aKNRbh???或反向解出安全系數(shù) K 值，同時(shí)用得出的 K 值與規(guī)范要求 K 值進(jìn)行比較。（1）IV 級(jí)圍巖配筋根據(jù)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)%bh=900mm 2。表 39IV 級(jí)圍巖配筋檢算表節(jié)點(diǎn)號(hào)受壓區(qū)高度 X(m)計(jì)算彎矩（N配筋圖見(jiàn)附圖。采用對(duì)稱配筋，取每側(cè) 4 根 2?鋼筋，則單側(cè)的縱向鋼筋面積 As=As’=1520mm2,保護(hù)層厚度取 50mm，縱向鋼筋采用 Φ12250，箍筋采用φ10m）配筋后的安全系數(shù)1 168820 54 219110 67 236060 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)19經(jīng)檢算，以上配筋量對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求，故可采用上述配筋。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 311表 311 盧家山二號(hào)隧道復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)表噴射混凝土 錨桿 鋼筋網(wǎng) 鋼架 二次襯砌襯砌類型聚丙烯纖維摻量(kg/m179。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)20第 4 章隧道施工 總體方案合武線盧家山二號(hào)隧道全程地質(zhì)較單一，為第四系殘積粉質(zhì)粘土、黃褐色、硬塑、厚度 ～1m ，侏羅系上統(tǒng)白大畈組凝灰?guī)r，紫灰色，全風(fēng)化～弱風(fēng)化，地下水不發(fā)育。DK136+155DK136+170 和里程 DK136+359DK136+371 段為 V 級(jí)圍巖超淺埋段，擬采用明挖法施工,修建拱式明洞；DK136+170DK136+207 和DK136+342DK136+359 為 V 級(jí)圍巖段，擬采用 CRD 法施工，施工采用超前注漿小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)；DK136+207DK136+250 為 IV 級(jí)圍巖段，擬采用臺(tái)階法進(jìn)行爆破開(kāi)挖，且采用超前注漿小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)；DK136+250DK136+342 為 III級(jí)圍巖段，擬采用臺(tái)階法爆破施工。隧道進(jìn)口里程 DK136+155 地面標(biāo)高為 ，內(nèi)軌軌頂面標(biāo)高，里程 DK136+155～DK136+170 修筑拱式明洞。(1)邊仰坡施工注意事項(xiàng)有：①準(zhǔn)確定出洞口的位置，按設(shè)計(jì)放出邊、仰坡及洞臉開(kāi)挖邊線。③仰坡開(kāi)挖采用 1： 坡度放坡，仰坡開(kāi)挖后及時(shí)用錨桿加固并掛雙層鋼筋網(wǎng)噴射混凝土進(jìn)行防護(hù)。先用挖掘機(jī)按照測(cè)量放線開(kāi)始粗刷，預(yù)留部分有人工進(jìn)行修整。邊仰坡施工具體工序見(jiàn)圖 41。施工仰拱前，先施作調(diào)平層，然后安裝鋼筋，施工仰拱混凝土。明洞襯砌施工如下：①襯砌模板安裝。臺(tái)車(chē)要現(xiàn)場(chǎng)拼裝檢驗(yàn)合格，將模板準(zhǔn)確定位。②鋼筋安裝。注意檢查鋼筋保護(hù)層厚度。該明洞襯砌外模設(shè)計(jì)采用木模板。④澆筑混凝土。采用輸送泵灌入，由下至上分層澆筑搗固。 法施工盧家山二號(hào)隧道 V 級(jí)圍巖段采用 CRD 法進(jìn)行開(kāi)挖。每開(kāi)挖一部均及時(shí)施作錨噴支護(hù)、安設(shè)鋼架、施作中隔壁、安裝底部臨時(shí)仰拱。工藝流程圖見(jiàn)圖 42。CRD 法施工中開(kāi)挖方式為人工配合機(jī)械開(kāi)挖，2 部和 4 部采用人工配合小型機(jī)械，大型機(jī)械輔助進(jìn)行。右側(cè)滯后左側(cè)控制在 10m 以內(nèi)。下部開(kāi)挖，根據(jù)仰拱施工離掌子面的距離不超過(guò) 30m 的原則跟進(jìn)。臺(tái)階開(kāi)挖法是將隧道設(shè)計(jì)斷面分兩次或三次開(kāi)挖，其中上臺(tái)階超前一定距離后，上下臺(tái)階同時(shí)并進(jìn)的施工方法。臺(tái)階長(zhǎng)度定為 12m。爆破開(kāi)挖全部選用 2 號(hào)巖石銨梯炸藥，藥卷直徑選用 32mm。隧道爆破參數(shù)及炮眼布置如下 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)（1）炮眼直徑炮眼直徑的大小直接影響鉆眼速度、工作面的炮眼數(shù)目、單位耗藥量、爆落巖石的塊度和隧道輪廓的平整性。炮眼數(shù)目確定的原則是在保證爆破效果的前提下，盡可能減小炮眼數(shù)目。炮眼總數(shù) qSN???=?=，所以炮眼數(shù)取 140 個(gè)。周邊眼數(shù) N 周 的確定，需先確定周邊眼的間距 E。一般情況下，間距 E=（10～15）d，d 是炮孔直徑。所以取 N 周 1=35，N 底 1=26。炮眼總數(shù) qS