【正文】 各區(qū)段豎井、斜井或其他輔助坑道的數(shù)目及其具體位置 , 努力做到依靠科技、精心組織、合理安排。 外文翻譯等相關(guān)文檔和完整的設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū) 應(yīng)附圖 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)控測(cè)測(cè)點(diǎn)布置圖等。隧道的結(jié)構(gòu)計(jì)算利用 ANSYS 軟件建立結(jié)構(gòu) —荷載模型，對(duì)隧 道的結(jié)構(gòu)安全性和結(jié)構(gòu)在修建過(guò)程中的可靠性做出評(píng)價(jià)。例如在該工程Ⅴ級(jí)圍巖中斷層破碎帶及影響帶選擇臺(tái)階法開(kāi)挖；又如礦山法隧道復(fù)合式結(jié)構(gòu)的襯砌結(jié)構(gòu)按“荷載－結(jié)構(gòu)”計(jì)算模式，按局部變形理論計(jì)算地層被動(dòng)壓力。準(zhǔn)備各種施工附圖以及編寫(xiě)好工程適用的施工組織設(shè)計(jì)： (1)組織相關(guān)管理人員認(rèn)真研究本工程各項(xiàng)目的特點(diǎn)，針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)及時(shí)討論達(dá)成共識(shí)并迅速進(jìn)行目標(biāo)分解及貫徹 進(jìn)行； 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 (2)合理安排工期并盡快展開(kāi)平行作業(yè)工序，保證各環(huán)節(jié)銜接緊密； (3)迅速出臺(tái)與本工程相關(guān)的各項(xiàng)保證制度及管理辦法； (4)結(jié)合工程進(jìn)展程度合理安排各項(xiàng)資源的投入及協(xié)調(diào)。熟悉隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的選擇、計(jì)算方法及計(jì)算內(nèi)容，學(xué)會(huì)各種工程軟件的使用（ ANSYS 軟件、 CAD 制圖軟件）。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 工程概況 工程地理位置 新建鐵路石家莊至太原客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)工程起自石家莊北站 K4+, 途徑河北省石家莊市、鹿泉市、井陘縣，再經(jīng)山西省盂縣、壽陽(yáng)縣、陽(yáng)曲縣，止于太原站 K228+213，正線(xiàn)全長(zhǎng) 公里。太行山隧道是目前我國(guó)設(shè)計(jì)的 最長(zhǎng)山嶺隧道。 以及在本設(shè)計(jì)標(biāo)段中所設(shè)的 10 個(gè)Ⅱ級(jí)圍巖橫通道和 1 個(gè)Ⅲ級(jí)圍巖橫通道。 太行山脈剝蝕中低山區(qū)內(nèi)山峰林立，綿延起伏，形成了型態(tài)各異的陡崖、峭壁、單面山。峽谷中無(wú)水，均為干谷。 地層巖性 地層的巖性對(duì)于隧道穿越山體位置的選擇、隧道具體施工方法的選擇是一個(gè)特別重要的因素，在施工前期應(yīng)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的勘測(cè)。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 表 21 設(shè)計(jì)標(biāo)段所屬范圍地層 巖性 序號(hào) 里程 巖性情況描述 1 DK69+255~DK69+460 隧道洞身所通過(guò)該段 的 地層為泥質(zhì)條帶灰?guī)r，薄至中厚層狀，弱風(fēng)化，巖體較完整。 2 DK69+46~DK70+065 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，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整，呈大塊狀整體結(jié)構(gòu)。呈塊狀結(jié)構(gòu)，巖層平緩，拱頂易坍塌落石。 5 DK73+690~DK74+040 隧道洞身位于的巖層為石灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r及頁(yè)巖，中厚層狀，弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較完整，呈塊狀結(jié)構(gòu)。 地下水情況 本設(shè)計(jì)標(biāo)段地下水對(duì)混凝土不具腐蝕性；石灰?guī)r、白云巖 地下水中的侵蝕性 CO2對(duì)混凝土具有中等腐蝕性。本設(shè)計(jì)標(biāo)段 各級(jí)圍巖區(qū)段地下 裂隙水情況見(jiàn)表 22。m / 2 DK69+740~DK74+030 裂隙溶隙水 Q0= m3/dm / Q0= m3/dm / 3 DK74+030~DK74+160 構(gòu)造裂隙水 Q0=1526 m3/d； Qs= m3/d 小導(dǎo)管及徑向注漿堵水 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 施工條件 氣象特征 太行山 隧道地處溫暖帶亞潤(rùn)濕區(qū)，屬高寒山地氣候，降水稀少，氣候垂直分帶不明顯。根據(jù)盂縣氣象局統(tǒng)計(jì)資料（ 1984～ 2021 年）：盂縣地區(qū)多年最大降水量為 mm（ 1995年），多年最小降水量為 （ 1997 年），降水主要集中在 5～ 9 月份，約占全 年降水量的 64%～ 97%；土壤最大凍結(jié)深度為 。 施工用電情況 太行山隧道施工用電采用永臨結(jié)合方式，從當(dāng)?shù)刈冸娬窘右?35KV 電力線(xiàn)，保證施工用電不間斷，考慮部分（ 20%）用電采用自發(fā)電。 施工用水、施工場(chǎng)地和通信情況 本設(shè)計(jì)標(biāo)段 于 里程 DK73+ 1(寺坪 )斜井可利用附近的深井來(lái)提供 1斜井的生產(chǎn)、生活用水 。 經(jīng)調(diào)查，本設(shè)計(jì)標(biāo)段沿線(xiàn) 有通訊線(xiàn)路，施工時(shí)可以與當(dāng)?shù)仉娦挪块T(mén)聯(lián)系，接入施工現(xiàn)場(chǎng)。 本設(shè)計(jì)標(biāo)段太行山 隧道縱斷面圖 見(jiàn)附錄 B(圖號(hào) 01：太行山隧道設(shè)計(jì)標(biāo)段縱斷面圖 )。根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求，采取有效措施，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度，滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)耐久性要求； (2)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，結(jié)合周?chē)孛娼ㄖ?、地下?gòu)筑物狀況，通過(guò)對(duì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保及使用功能的綜合比較，合理選擇結(jié)構(gòu)形式； (3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足施工、運(yùn)營(yíng)、環(huán)境保護(hù)、防災(zāi)等要求； (4)結(jié)構(gòu)的凈空尺寸除應(yīng)滿(mǎn)足建筑限界要求外，尚應(yīng)考慮施工誤差、測(cè)量誤差、結(jié)構(gòu)變形和沉陷等因素； (5)斷面形狀和襯砌形 式應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)、埋深、施工方法等條件，從地層穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)受力合理和環(huán)境保護(hù)等方面綜合確定； (6)隧道結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)“破損階段”法，以材料極限強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)； (7)施工引起的地層沉降應(yīng)控制在環(huán)境條件允許的范圍內(nèi)； (8)隧道建設(shè)應(yīng)盡量考慮減少施工中和建成后對(duì)環(huán)境造成的不利影響； (9)設(shè)計(jì)中除參照本指導(dǎo)書(shū)外，尚應(yīng)符合《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》或《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)國(guó)家現(xiàn)行的有關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定； (10)隧道主體工程等級(jí)為一級(jí)、防水等級(jí)為二級(jí)，耐火等級(jí)為一級(jí)； (11)隧道結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)按二級(jí)考慮，按抗震 烈度 8 度設(shè)防； (12)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)地下水水位和地下水腐蝕性等情況，滿(mǎn)足防水和防腐蝕設(shè)計(jì)的要求。二類(lèi)環(huán)境混凝土構(gòu)件的裂縫寬度 (迎土面 )應(yīng)不大于 ，一類(lèi)環(huán)境 (非迎土面及內(nèi)部混凝土構(gòu)件 )混凝土構(gòu)件的裂縫寬度均應(yīng)不大于 。 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路 以石太客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)太行山隧道為對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)?！惰F路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)隧道橫斷面，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)初步確定隧道橫斷面的具體尺寸，以及二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)。最后將荷載加到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上，利用 Ansys 軟件計(jì)算內(nèi)力，取最不利情況配筋以及抗裂驗(yàn)算。 (2)一般情況下隧道內(nèi)的線(xiàn)路最好采用直線(xiàn)，但是，受到某些地形的限制，或是地質(zhì)的原因，往往不得不采用曲線(xiàn)。隧道在曲線(xiàn)兩端應(yīng)設(shè)緩和曲線(xiàn)時(shí)，最好不使洞口恰恰落在緩和曲線(xiàn)上。尤其是不宜設(shè)置反向曲線(xiàn)或復(fù)合曲線(xiàn)。但是，天然地形是起伏不定的，為了能適應(yīng)天然地形的形狀以減少工程數(shù)量，只好隨著地形的變化設(shè)置與之相適 應(yīng)的線(xiàn)路坡度。 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)隧道的建筑限界根據(jù)已定的車(chē)輛類(lèi)型、行車(chē)速度、施工方法及地質(zhì)條件等按相關(guān)規(guī)范或暫行規(guī)定確定。初期支護(hù)與二次襯砌間鋪設(shè)全包防水層。 (3)隧道支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)按工程類(lèi)比選定，襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)按工程類(lèi)比 初選，并通過(guò)結(jié)構(gòu)受力檢算。 本區(qū)段的建筑限界及內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)見(jiàn)圖 31。1r =4502r =8371O2O176。 表 31 混凝土的極限強(qiáng)度 (MPa) 強(qiáng)度種類(lèi) 符號(hào) 混凝土強(qiáng)度等級(jí) C15 C20 C25 C30 C40 C50 抗壓 Ra 彎曲抗壓 Rw 抗拉 Rl 混凝土的彈性模量應(yīng)按表 32 采用?；炷恋牟此杀瓤刹捎?(v=)。 表 33 鋼筋的 強(qiáng)度和彈性模量 鋼筋種類(lèi) 屈服強(qiáng)度 (MPa) 抗拉極限強(qiáng) 度 (MPa) 抗拉或抗壓計(jì)算強(qiáng)度(MPa) 彈性模量(GPa) 延伸率 (%) HPB235(Q235) 240 380 260 210 25 HRB335(20MnSi) 340 520 360 200 16 噴射混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不得小于 C20。 表 34 噴射混凝土的彈性模量 (GPa) 噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí) C20 C25 C30 彈性模量 21 23 25 隧道襯砌橫截面形狀及尺寸擬定 襯砌 類(lèi)型采用復(fù)合式襯砌，其為由初期支護(hù)和二次襯砌及中間夾防水層組合而成的襯砌形式。 (2)二次襯砌宜采用模筑混凝土或模筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，襯砌界面宜采用連接園順的等厚襯砌斷面，仰拱厚度宜與拱墻厚度相同。預(yù)留變形量的大小可根據(jù)圍巖級(jí)別、斷面大小、埋置深度、施工方法和支護(hù)情況等，采用工程類(lèi)比法預(yù)測(cè)。 表 35 預(yù)留變形量 （ mm） 圍巖級(jí)別 單線(xiàn)隧道 雙線(xiàn)隧道 Ⅱ — 10～ 50 Ⅲ 20～ 50 50～ 80 Ⅳ 50～ 80 80～ 120 Ⅴ 80～ 120 100～ 150 注：圍巖破碎取大值；圍巖完整取小值。豎向和水平均布?jí)毫Φ挠?jì)算，根據(jù)隧道的埋深不同，選擇不同的計(jì)算公式 。 系數(shù) 2～ 在松軟的圍巖中取高限，而在較堅(jiān)硬圍巖中取低限。等效高度值按式 (32)和式 (33)計(jì)算： hq = 179。 ω （ 32） ω =1+i（ B5） （ 33） 式中， hq—— 等效荷載高度值 (m)； S—— 圍巖級(jí)別； ω—— 寬度影響系數(shù)； B—— 隧道 寬度 (m)； i—— B 每增加 1m 時(shí)，圍巖壓力的增減率 (以 B=5m 為基準(zhǔn) )，當(dāng) B5m 時(shí)，取i=， B5m 時(shí)，取 i=。 水平均布松動(dòng)壓力 e 可根據(jù)豎直均布松動(dòng)壓力由經(jīng)驗(yàn)公式求得。 表 36 水平均布松動(dòng)壓力經(jīng)驗(yàn)公式 圍巖級(jí)別 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 水平勻布?jí)毫?e 0 ＜ (～ )q (～ )q 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 )tan/ (t a n)1(t a ntantantan 00200 ?????? ????]}tantan)tan( t a ntan1[/ { t a n)tan( t a n 000 ????????? ?????pq Hhh ??)t a n/ (t a n)1(t a nt a nt a nt a n 00200 ?????? ??????he ?1?? )(2 tHhe ??]}tantan)tan( t a ntan1[/ { t a n)tan( t a n 000 ????????? ?????)/ta n( 2 Bhhq ??? ????he ?1?? )(2 tHhe ??(3)淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的計(jì)算方法 : ①超 淺埋隧道 (h≤ hq) 圍巖豎直均布松動(dòng)壓力按公式 (35)計(jì)算： q=γ h (35) 式中， q—— 豎直均布松動(dòng)壓 力 (kN/m) γ —— 圍巖容重 (kN/m3)。） ； φ0—— 圍巖計(jì)算摩擦角 （176。 ② 淺埋隧道 ( ) (310) (311) 圍巖豎直均布松動(dòng)壓力按式 (312)計(jì)算 ： (312) 圍巖水平均布松動(dòng)壓力按公式 (313)和公式 (314)計(jì)算： (313) (314) 式中， β—— 產(chǎn)生最大推力時(shí)的 破裂角 (176。 )； B—— 隧道跨度 (m)； θ—— 圍巖兩側(cè)摩擦角 (176。 結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算 采用破損階段法進(jìn)行配筋計(jì)算，步驟如下： 檢驗(yàn)是否配筋 由截面內(nèi)力計(jì)算偏心距 e0=M/N，比較 e0/h 與 大小 若 e0/h≤ ，系抗壓強(qiáng)度控制承載能力，按 315 式計(jì)算： (315) 式中， Ra—— 混凝土的抗壓極限強(qiáng)度， C35 混凝土取 K—— 安全系數(shù)，對(duì)于由抗壓強(qiáng)度控制承載能力時(shí)， K=；抗拉強(qiáng)度控制承載能力時(shí)， K=。 若在不同的情況下，上面兩式滿(mǎn)足，則不需配筋，直接采用素混凝土；若不滿(mǎn)足，則需配筋。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 Ⅲ級(jí)圍巖結(jié)襯砌構(gòu)內(nèi)力計(jì)算和強(qiáng)度驗(yàn)算 區(qū)段里程： DK69+230~DK69+400 圍巖級(jí)別：Ⅲ 級(jí) 圍巖容重： 24kN/m3 圍巖彈性抗力系數(shù)： 850MPa/m 圍巖似摩擦角： 70176。呈塊狀結(jié)構(gòu)，巖層平緩，拱頂易坍塌落石。拱墻、仰拱襯砌選用 C25 混凝土，仰拱填充選用 C20 混凝土。 根據(jù)荷載計(jì)算公式 (31)~(314)，結(jié)合隧道所處地理環(huán)境情況得出荷載計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 37。 隧道工程建筑物是埋置于地層中的結(jié)構(gòu)物，它的受力和變形與圍巖密切相關(guān)，支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖作為一個(gè)統(tǒng)一的受力體系相互約束，共同工作。根據(jù)本工程的特點(diǎn)，使用階段結(jié)構(gòu)安全性檢算采用“荷載－結(jié)構(gòu)”模式，即將支護(hù)和圍巖分開(kāi)考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載主體，圍巖作為荷載的來(lái)源和支護(hù)結(jié)構(gòu)彈性支承。 在 ANSYS 計(jì)算模型中，二次襯砌采用彈性平面梁?jiǎn)卧M，彈性抗力以及隧道底部地基均采用彈簧單元模擬。 由 ANSYS 建模生成的變形圖見(jiàn)圖 32。Ⅲ 級(jí) 圍巖截面計(jì)算的內(nèi)力 圖如圖 3 34。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 表 38 結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值表 節(jié)點(diǎn)號(hào) 彎矩 (N17