【正文】 建筑限界 隧道襯砌內(nèi)輪廓的設(shè)計按照《新建時速 200~250 公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)暫行規(guī)定》 [2]的一般規(guī)定，按新奧法原理設(shè)計，該隧道采用復(fù)合式襯砌，即由初期支護(hù)和二次襯及中間夾防水層組合而成的襯砌形式。隧道內(nèi)輪慮隧道限界和線間距,緩解氣動力學(xué)效應(yīng)對隧道凈空橫斷面面積的要求；養(yǎng)護(hù)維修、程技術(shù)作和其他使用要求所需空間。 74176。 9 第三章 洞門設(shè)計 洞門概述洞門是各種隧的咽喉，隧道附近的土體通常較碎散、易于失穩(wěn)，易產(chǎn)生滑或塌的現(xiàn)象。洞門可以攔截、匯集地表水，并沿排道排出洞門，入兩側(cè)排水溝，防止地表水沿洞門漫流。 洞門的設(shè)計方案 洞門形式隧道洞口位置根據(jù)隧道進(jìn)出口地形工程地質(zhì)條件，結(jié)合開挖邊仰坡的穩(wěn)定性及洞口排水的需要，本著早進(jìn)晚出 的原則確定。同量減少洞口邊開挖高度。 洞門構(gòu)造要求按《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》 [3]（TB100032022）洞門構(gòu)造要求為：1. 洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離不宜于 ，洞門端墻與仰間水溝的溝底至襯拱頂?shù)母叨炔恍?，洞門墻頂高仰坡腳不小于 。3. 洞門墻基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固地基上，埋置足夠深度?；茁裰蒙疃葢?yīng)大于邊種溝、槽基底的埋深度。 10 洞門尺寸擬定根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》 （TB100032022）規(guī)定 ，結(jié)合隧道具情況，為了保證洞門的穩(wěn)定性和排水要求，洞門構(gòu)造基礎(chǔ)設(shè)施下（見圖 ）：1. 洞門端墻厚 ，墻面傾斜均為 1:；2. 洞門端墻基礎(chǔ)嵌入地基度 ；3. 洞口仰坡坡比采用：，仰坡坡腳至洞門墻背的水平離為 1m，以防仰坡石掉落到路面上，危安全4. 洞門端墻與仰坡間水溝的溝底砌拱頂外緣的高度 ，以免落石破壞拱圈；5. 洞門墻頂高出仰坡腳 ，以防水流溢出墻頂，也可防止掉落石彈出；6. 水溝的尺寸 50cm50cm，溝底填土夯否則會水溝變形，生漏水。隧道洞門的算，通常只考的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，而對剛度無需考慮。 計算參數(shù)1. 擋土墻邊、仰坡坡度 1∶。 ，度 。最危險滑裂面與垂面之間的夾角： )tan1(tan)t1(tan )tan1()(ttant 22 ???? ????????????（） 12 aHh166。193。197。210。210。217。?代入數(shù)值可得：.tan=054?故： 176。21??? （）)tan)(tan(???? （）tt39。把數(shù)據(jù)代入上述各式，得： ).)((an????????39。所以有： .???G又因為前面計算得出： .xE90y 14 將各參數(shù)代入（）式可得： ??cK所以，端墻滿足抗滑穩(wěn)定性要求。 （）yGyZEM????? （）x0式中：Z x——Ex 對墻趾的力臂；Zy——Ey 對墻趾的力臂；ZG——G 對墻趾的力臂。3．合力偏心距及基底應(yīng)力驗算洞門基底應(yīng)力驗算，使要求洞基礎(chǔ)不能因底承載力不足而發(fā)沉陷。合力到洞門外側(cè)腳的距離： 15 （）NMay???代入（）式可得： ???a則豎向合力作用點與門墻地中心的離為： ..251?Be洞門的基底應(yīng)為： )6(max ?????????????N?根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》選基底控制應(yīng)力[σ]=故： ????max基底應(yīng)力及偏距均滿足要求。它利用高壓噴射混凝土和打入巖層中的金屬錨桿和其他形式的聯(lián)合作用(根據(jù)地質(zhì)情況也可分別單獨采用)，以達(dá)到支撐的目的。III 級圍巖采用全斷面法施工，IV 級巖采用臺階法掘進(jìn)施工，V 級圍巖采用臨時仰拱的階法開挖。襯砌類為復(fù)合式襯砌。帶墊板（墊板采用 HPB235 鋼板） 2．鋼筋網(wǎng)按矩形布置，采用 φ8 的鋼筋，鋼筋搭接長度 30d，鋼筋網(wǎng)與錨桿焊接。2cm 4．架與巖之間的噴射混凝土保護(hù)厚度和臨空側(cè)的混凝土保護(hù)層厚度均 cm。 17 Ⅴ級圍巖初期支護(hù)計算 本隧道襯砌內(nèi)輪廓線半徑為 ，V 級圍預(yù)留變形量 100mm，初襯厚度 30cm，隧道的開挖半徑 a=+++=。計算所得的 p 值應(yīng)大阻止切滑移所需的最小支護(hù)抗力值，即 ppmin。；? b ——剪切區(qū)高度； ψ ——剪切滑移面的平均傾角，取經(jīng)驗數(shù)據(jù)：（ 見圖 ）1lntao W?????0?45862?????其中， a 見圖 ，b 為剪切區(qū)高度。l得： 30..?????scdmMPa取 60176。?t ????t MPa代入式（）中，得 2???p a 錨桿提供的支護(hù)抗力 P3 值錨桿受力破壞又有兩種情況：1. 錨桿體本身的強(qiáng)度不足而被拉斷。3???Fpet（）式中： ——錨桿的斷面面積，由于選用的是 Φ22 的鋼筋，其截面面積為F； ——錨桿的抗拉強(qiáng)度；?錨桿的抗拉強(qiáng)度；et、則 639。錨桿提供的平均支護(hù)抗力 為3p 3tSpe??（）式中 ——為錨桿抗拔力，即錨桿的錨固力。3=01??39。 39。S ??tan39。39。3123=p?式中 ——噴射混凝土層提供的徑向支護(hù)抗力39。??????dpMPab——鋼支撐提供的徑向支護(hù)力39。???paet則 39。39。塑性區(qū)的巖體，隨塑性徑向位移長而形成松散區(qū)。當(dāng)處于受力極限平衡狀態(tài)時，所求得的支護(hù)抗力即為 。? 32/KNm??——為初始應(yīng)力，設(shè)處于均質(zhì)巖體中，則y? ???yhMP——?of??? 25 ???????則 (). ?? ?? ???? ???? ?? ??? ?? ?ppMPamin?即，設(shè)計支護(hù)滿足要求。地質(zhì)條件良的圍巖依據(jù)奧法原理施工的隧道在初期支護(hù)后結(jié)構(gòu)就能基本穩(wěn)定，一般不需做二襯，但在不良特殊地質(zhì)段初期支護(hù)很難保證圍巖構(gòu)的長期穩(wěn)定，需模筑砼二次襯砌立即加強(qiáng)圍巖變形支撐。二次襯砌也承受軟弱圍巖的蠕變壓和膨脹性地壓。設(shè)計要求：V 級圍巖段，質(zhì)條件較差，穩(wěn)定性很差，除了要設(shè)計噴、錨、鋼筋網(wǎng)初期支護(hù)，還計了鋼架支撐和仰拱，并且進(jìn)行二次混凝土噴砼，由此形成聯(lián)合支護(hù)以保證隧道的穩(wěn)定和安全。襯砌的設(shè)計參數(shù)要考慮如下幾點：1. 本隧道的襯砌形式的可以選用馬蹄形的形式，即三心圓的曲墻式帶仰拱的形式；2. 荷載計算時，考慮了和圍巖壓力，以及水頭壓力；3. V級圍巖還要行配筋設(shè)計，力必須滿足要求；4. 荷載效應(yīng)組合采用長期效應(yīng)組合；5. 圍巖彈性力系數(shù)為00MN/m3。m5?.0?i Ⅴ級圍巖圍二次襯砌計算設(shè)計要求：V級圍巖段，隧道地質(zhì)條件較差，穩(wěn)定性很差，除了要設(shè)計噴、錨、鋼筋網(wǎng)初期支護(hù)，還設(shè)計了鋼架支和仰拱，并且進(jìn)行二次混凝土噴，由此形聯(lián)合支護(hù)以保證隧道的穩(wěn)定和安。此處隧道埋深為 。 ；c?45c?2?——頂板土柱兩側(cè)摩擦角， ；????——內(nèi)外側(cè)任意點地面的距離（m） ；ih——側(cè)壓力系數(shù)；?——產(chǎn)生最大推力時的破裂角。表 襯砌基本參數(shù)設(shè)計參數(shù) 指標(biāo)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 水工砼規(guī)范SL/T19196承載能力極限狀態(tài)γ 0 正常使用極限狀態(tài)γ 0 設(shè)計狀況系數(shù) 襯砌斷面類型 馬蹄形每段計算的分段數(shù) 10計算迭代次數(shù) 10抗力驗證要求 高 計算簡圖 31 Ⅴ級圍巖二襯計算條件表 襯砌參數(shù)襯砌參數(shù) 數(shù)據(jù)底拱半徑(m)底拱半中心角 (度)底拱厚度(m)側(cè)拱半徑 (m)側(cè)拱角度 (度)側(cè)拱厚度 (m) 頂半中心角 (度) 頂拱拱頂厚度 (m) 底拱圍巖抗系數(shù) (MN/m3)側(cè)拱圍巖彈系數(shù)： (MN/m3) 頂拱圍巖彈抗系數(shù)： (MN/m3)襯砌的彈性模量： (MPa)表 荷載參數(shù)荷載參數(shù) 數(shù)據(jù)底部山巖壓力(側(cè)) (kN/m)底部山巖壓力(中) (kN/m)側(cè)向山壓力( 上) (kN/m) 側(cè)向山巖壓力(下) (kN/m)頂部山壓力( 側(cè)) (kN/m)頂部山壓力( 中) (kN/m)內(nèi)水壓力水頭 (m)外水壓力水頭 (m)頂拱漿壓力 (kPa)頂拱灌漿壓力作用范圍角 (度)其它段灌漿壓力 (kPa) 32 襯砌容重 (kN/m3)表 荷載組合參數(shù)編號 荷載名稱 是否計算 分項系數(shù) 1 襯自重 √ 2 頂壓力 √ 3 底巖壓力 √ 4 側(cè)巖壓力 √ 5 內(nèi)水力 √ 6 外水壓力 √ 7 頂部灌漿壓力 √ 8 其余灌漿壓力 √ 表 配筋參數(shù)配筋參數(shù) 參數(shù)對配筋 是混土級 C25縱筋等級 Ⅱ級 (fy=310kPa,fyk=335kPa)箍筋計算 不計算 Ⅴ級圍巖二襯內(nèi)力配筋結(jié)果通過 理正軟件的精確計算，抗剪強(qiáng)及截面尺寸抗剪強(qiáng)度滿足求。 33 襯砌內(nèi)外側(cè)縱筋配置圖 Ⅴ級圍巖二襯內(nèi)力配筋計算表 底拱內(nèi)力配筋計算0 ( %) 滿足1 ( %) 滿足2 ( %) 滿足3 01 ( %) 滿足4 05 ( %) 滿足5 12 ( %) 滿足6 770. 0( %) 滿足7 35 ( %) 滿足8 51 ( %) 滿足9 ( 0. 20%) 滿足10 ( %) 滿足通過軟件計算，把底拱、側(cè)拱、頂拱下至上10等，并且經(jīng)3次計算，計算結(jié)果如表所示各點設(shè)定抗條和法向位一致，抗剪度及截面尺寸剪強(qiáng)度均滿足。：表 內(nèi)力配筋各配筋參數(shù) 結(jié)果參數(shù)襯砌內(nèi)側(cè)縱筋最大面積A s 襯砌外側(cè)縱筋最大面積A s1 縱筋面積總和A s 箍筋最大面積A v 截面尺寸抗剪驗算 滿足計算結(jié)論:經(jīng)過5次計算,達(dá)到各點設(shè)定抗力條件和法向位移一致 !分段軸向力N(kN)剪力Q(kN)彎矩M(kN.m)切向位移U(mm)法向位移V(mm)轉(zhuǎn)角W(度)圍巖抗力(kPa)單側(cè)縱筋A(yù)s(mm2)箍筋面積Av(mm2)抗剪驗算 35 Ⅴ級圍巖二襯裂縫計算表 底拱裂縫計算分段軸向力(kN)彎矩()圍巖抗力 (kPa)實配鋼筋 (mm)裂縫寬度 (mm)拉筋應(yīng)力(MPa)0 80 ( %) 20 1 7 ( %) 20 2 ( %) 20 3 ( %) 20 4 ( %) 20 5 ( %) 20 6 ( %) 20 7 ( %) 20 8 ( %) 20 9 ( %) 20 10 ( %) 20 側(cè)拱裂縫計算分段軸向力(kN)彎矩()圍巖抗力 (kPa)實配鋼筋 (mm)裂縫寬度 (mm)拉筋應(yīng)力 (MPa)0 ( %) 20 1 ( %) 20 2 ( %) 20 3 ( %) 20 5 ( %) 20 6 ( %) 20 7 ( %) 20 8 ( %) 20 9 ( %) 20 10 ( %)