隧道工程课程设计

设计题目：接官亭1号铁路隧道设计专业班级：土木工程（隧道）101班专业：土木工程（隧道方向）学号：姓名：某某某指导教师：某某某大连交通大学土木与安全工程学院2013年11月8日 目录一、设计的目的1二、设计的内容及要求1三、接官亭1号铁路隧道所在位置）线路，地质围岩概况2四、隧道衬砌断面拟定3五、施工方案设计5六、Ⅴ级围岩爆破设计8七、所用文献和资料18八、图纸装订1919 《隧道工程》课程设计任务书专业班级土木隧道（101）姓名某某某学号分组12开题日期：2013年11月11日完成日期：2013年11月22日题目接官亭1号铁路（双孔单线）隧道工程设计一、设计的目的（1）掌握隧道衬砌结构设计；（2）掌握隧道施工方法；（3）掌握隧道钻爆设计过程；二、设计的内容及要求（1）根据提供的隧道工程设计区段条件，采用工程类比法设计隧道衬砌横断面，确定衬砌断面形状及各部尺寸，绘制隧道内轮廓图及隧道复合衬砌结构图；（2）根据所确定的隧道断面及其它工程条件，制定隧道施工方案，确定相应断面开挖和支护方法并绘制相应施工断面图；（3）针对所确定的开挖方法，确定各炮眼类型的炮眼数目；编制钻爆参数表；绘制钻爆设计图；绘制爆破网络图。（4）上交设计说明书及设计图纸一套。三、指导教师评语四、成绩指导教师(签章)年月日19 隧道总体设计原则1隧道轴线选择尽量避免断裂构造等大的地质病害，以工程地质和水文地质条件作为轴线选择的主要控制因素。2隧道洞口选择以地质条件和线形几何条件作为首要控制因素，避免不良地质病害的影响，减少洞口开挖。3对于傍山隧道，尽量使隧道靠近山体内侧，避免隧道洞壁产生偏压现象。隧道结构设计达到安全可靠，技术可行，不渗不漏，经济合理。4注重水保、环保与洞口景观设计，减少对自然环境的破坏，使洞门与自然景观融为一体。5积极采用新技术、新工艺、新设备。（一）接官亭1号铁路隧道所在位置）线路，地质围岩概况：1、位置和线形接官厅1号隧道位于宁武县新堡乡，隧址区属构造剥蚀基岩大起伏低中山区，海拔高程1667-1706米，相对高差39米。微地貌为基岩山梁、陡坡，隧址区基岩裸露。设计为左右线，左右线净距9-15m。左线进口里程为LK82+840，设计高程为1667.36米，出口里程为LK82+940，设计高程为1671.10米，全长100米;右线进口里程为LLYK82+840，设计高程为1572.43米，出口里程LLYK82+940，设计高程为1576.79米，全长100米。左线隧道位于R=800m的圆曲线上，右线隧道位于R=1000m的圆曲线上，隧道底板最大埋深34米。属短隧道。全线设计速度采用120Km/h。2、洞口段地质情况洞口段围岩为强风化-19 中等风化片麻岩。围岩稳定性较差，围岩级别为Ⅴ级。隧道洞口采用采用台阶式洞门。3、洞身段地质情况洞身段围岩强风化-中等风化片麻岩，岩体较破碎，块状结构，围岩稳定性较差，围岩级别为Ⅴ级。具体围岩分级见下表：表接官厅1号隧道围岩分级表里程长度（L）围岩级别LYJYK82+840~LYJYK82+940100ⅤLK82+840~LK82+940100Ⅴ接官厅1号隧道位于半山腰，交通条件较差，需修建便道出渣。隧道施工从忻州端或保德端开始施工。接官厅1号隧道出渣量不大，废渣可同路基弃方一起弃于附近弃土场。弃渣场顶部需平整，必须设置排水沟，以防止雨水的冲刷。（二）运用工程类比法选定隧道衬砌断面（接官亭隧道围岩等级为五级），4.1.本铁路隧道设计时速120km/h，采用双洞单线行车形式，隧道横断面设计主要是隧道要满足隧道建筑界限要求的设计。隧道建筑界限是为了保证隧道内各种交通的正常运行与安全，而规定的在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间范围。5.衬砌结构设计接官亭1号铁路隧道支护结构采用复合式衬砌，分初期支护和二次支护。初期支护采用喷锚支护，二次衬砌采用现浇模筑混凝土。在初期支护和二次支护之间加防水层。19 ①初期支护初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用，根据不同围岩级别区别组合。锚杆支护采用全长粘结锚杆。由工程类比法，结合《铁路隧道设计规范》，初期支护喷射混凝土材料采用C25级混凝支护参数取值如下表:根据工程类比法可初定隧道衬砌断面图如下：19 2.对初选的结构尺寸进行复核：因为接官亭铁路1号隧道为普速铁路，行车速度120km/h，根据铁路隧道横断面设计规范要求初步选定的隧道断面衬砌设计尺寸满足铁路行车限界的要求，满足隧道开挖衬砌的要求3.1．隧道纵断面设计：隧道内的线路纵断面可设置为单面坡或人字坡。2．需要用足最大坡度路段的隧道，为了争取高度，一般应设计为单面坡。3．越岭隧道，当地下水发育且地形条件允许时，应设计为人字坡。4．隧道内的坡度不宜小于3‰，以利排水。严寒地区且地下水发育的隧道，可适当加大坡度，以减少冬季排水结冰堆积的影响。接官亭铁路1号隧道设计为左右线，左右线净距9-15m。左线进口里程为LK82+840，设计高程为1667.36米，出口里程为LK82+940，设计高程为1671.10米，全长100米;右线进口里程为LLYK82+840，设计高程为1572.43米，出口里程LLYK82+940，设计高程为1576.79米，全长100米。左线隧道位于R=800m的圆曲线上，右线隧道位于R=1000m的圆曲线上，隧道底板最大埋深34米。属短隧道。全线设计速度采用120Km/h。由于本隧道进出口高差较大故采用单坡设计，由于隧道较短为100米故不设计避车洞，由于本隧道长度较短为100米，又是采用通风较好的单坡设计故接官亭铁路1号隧道采用自然通风形式。（三）施工方案设计：1、总体施工方法开挖方法：采用两台阶开挖，开挖、初喷、立架，喷锚，下循环。2、施工工序开挖→立拱（严格按照测量放线施工）→锚杆、钢筋网→超前预支护（超前、注浆）→喷射砼→下循环3、工序说明及施工技术参数1、开挖.开挖采用两台阶开挖，循环进尺0﹒75（控制好超欠挖及开挖高度），开挖注意事项：19 ①掏槽为斜眼掏槽形式，周边眼间距不得超过35cm，周边眼与二圈眼间距40cm，其它炮眼间距不得超过45cm。②上、下台阶周边眼距离单边不得超过50cm，除底板外均采用光面爆破，控制上、下台阶开挖成型。③根据围岩不同及时调整预裂爆破设计。④严格控制周边孔的角度、膨胀剂药量和间距。4、安全保证措施1、开挖钻眼前做好以下事项：（1）作业面是否处于安全状态，包括支护情况、围岩情况等。（2）钻眼机具是否完好；（3）风、水、电供给是否正常；2、钻眼必须采用湿式凿岩；3、严禁在残眼中继续钻眼；4、钻眼时应不断观察作业场所的安全情况，如有不安全因素应立即处理；5、洞内所设量测桩必须保护好，防止机械碰撞，不得悬挂任何物件；当发现量测数据有突变或异变时，要立即采取应急措施或通知施工人员撤离危险地段（按防坍险情预警处理）。6、进度保证措施1、打眼施工时必须配足风钻；2、工班交班前必须将掌子面虚碴、回弹料清理干净，保证工完料清；3、提高钻爆水平，控制开挖成型，减少超欠挖处理时间；4、加强排水工作，保证掌子面无积水；5、加强调度工作，保证车辆、施工机械洞内调度正常，无出碴车空返和堵车现象；7、施工及其它1、开挖班及支护班在施工时应严格按照技术员提供的放样数据进行施工，严格控制超欠挖及各台阶开挖高度；8、19 洞口土石方施工采用人工配合挖掘机分两次开挖，第一次开挖至起拱线位置，待拱顶以上边仰坡防护措施完成后，进行起拱线以下部分开挖。(a)施工前，按设计进行测量放线，标出起拱线位置及拱脚开挖宽度并用红油漆作出明显标志后，进行开挖作业。(b)开挖前按要求施作洞口仰坡截、排水系统，然后用挖掘机从上至下逐层顺坡开挖，并用自卸汽车运至弃碴场弃置。(c)洞口开挖成型后，及时施作锚喷及边坡防护，稳定边坡。9.衬砌结构设计接官亭1号隧道支护结构采用复合式衬砌，分初期支护和二次支护。初期支护采用喷锚支护，二次衬砌采用现浇模筑混凝土。在初期支护和二次支护之间加防水层。①初期支护初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用，根据不同围岩级别区别组合。锚杆支护采用全长粘结锚杆。由工程类比法，结合《铁路隧道设计规范》，初期支护喷射混凝土材料采用C25级混凝支护参数取值如下表:10.不良地质地段设计对策19 隧道穿过软弱地层时，由于软弱围岩具有较大的塑性和流变性，隧道在施工过程中围岩的破坏方式、应力位移释放机理及支护方式与硬岩隧道相比有较大差别。软弱围岩在开挖后自承能力较低，必须采取超前支护措施或预加固围岩以延长围岩稳定时间进行初期支护，以防围岩深层产生松动破坏。设计和施工必须严格执行“弱爆破、短开挖、强支护、早闭合、勤量测、衬砌紧跟”的原则。（四）Ⅴ级围岩爆破设计1、分部开挖钻爆设计：Ⅴ级围岩爆破开挖顺序图如下：图1Ⅴ级围岩爆破开挖顺序图爆破参数设计1.“1”部位爆破参数1)炮眼直径炮眼直径采用：d=42mm2)掏槽方式：掏槽眼采用斜眼掏槽，其他炮眼采用直眼掏槽；3)炮眼深度及角度①掏槽眼:深1.8m；角度75°。②崩落眼：深1.7m；角度90°。③周边眼和二圈眼：深1.7m，87°。4）循环进尺循环进尺为1.5m，炮眼利用率0.9。5）掏槽眼19 图2掏槽形式及孔网参数示意图（单位：mm）掏槽形式及孔网参数如下图：掏槽孔装药量计算：按装药系数确定直孔掏槽的炮孔装药量：Q=ηlq1=0.50×1.8×0.78=0.702kg,取Q=0.75kg。6）崩落孔爆破及参数参数抵抗线：根据经验取抵抗线W=700mm。炮孔间距取：ar=（0.8～1.3）War=1.0×700=770mm，在实际爆破过程中取ar=750mm。崩落孔装药量：Q=qarwl=0.7×0.75×0.70×1.5=0.55kg，取Q=0.60kg。7）周边孔爆破及参数周边孔参数按经验公式计算孔间距：E=（8～12）d，在计算时取E=12×42=504mm，故取E=500mm。抵抗线：W=(1.0～1.5)E,在计算时取W=1.2×500=600mm。装药集中度：q=0.04～0.19kg/m，取q=0.13kg/m，故Q=0.13×1.5=0.195kg,取Q=0.30kg。8）炮孔堵塞长度l0的计算l0=（0.2～0.5）W，取l0=0.3×0.8=0.24m，在实际施工中取l0=300mm。2.“2”和“3”部位爆破参数1）炮眼直径炮眼直径采用：d=42mm2）循环进尺循环进尺为1.5m，炮眼利用率0.9。19 3)炮眼深度及角度①崩落眼：深1.7m；角度90°。②周边眼和二圈眼：深1.7m，87°。4）崩落眼爆破参数确定崩落眼抵抗线：W=(15～25)d，取W=17d=17×42=714mm，取W=750mm。确定崩落炮孔间距：ar=(1.1～1.8)W，取ar=1.1×700=770mm，取ar=750mm。崩落孔装药量：Q=qarwl=0.7×0.75×0.75×1.5=0.59kg，取Q=0.60kg。5）周边孔爆破参数设计周边孔参数按经验公式计算孔间距：E=（8～12）d，在计算时取E=12×42=504，故取E=500mm。抵抗线：W=(1.0～1.5)E,在计算时取W=1.2×500=600mm。装药集中度：q=0.04～0.19kg/m，取q=0.14kg/m，故Q=0.14×1.5=0.21kg,取Q=0.30kg。6）炮孔堵塞长度l0的计算l0=（0.2～0.5）W，取l0=0.3×0.8=0.24m，在实际施工中取l0=300mm。3.“4”和“5”部位爆破参数1）炮眼直径炮眼直径采用：d=42mm2）循环进尺循环进尺为1.5m，炮眼利用率0.9。3)炮眼深度及角度①崩落眼：深1.7m；角度90°。②周边眼和二圈眼：深1.7m，87°。4）崩落眼爆破参数确定崩落眼抵抗线：W=(15～25)d，取W=19d=19×42=798mm，取W=800mm。确定崩落炮孔间距：ar=(1.1～1.8)W，取ar=1.1×800=880mm，取ar=800mm。崩落孔装药量：Q=qarwl=0.7×0.75×0.75×1.5=0.59kg，取Q=0.60kg。5）周边孔爆破参数设计19 周边孔参数按经验公式计算孔间距：E=（8～12）d，在计算时取E=12×42=504，故取E=500mm。抵抗线：W=(1.0～1.5)E,在计算时取W=1.2×500=600mm。装药集中度：q=0.04～0.19kg/m，取q=0.14kg/m，故Q=0.14×1.5=0.21kg,取Q=0.30kg。6）炮孔堵塞长度l0的计算l0=（0.2～0.5）W，取l0=0.3×0.8=0.24m，在实际施工中取l0=300mm。4.“6”部位爆破参数1）炮眼直径炮眼直径采用：d=42mm2）循环进尺循环进尺为1.5m，炮眼利用率0.9。3)炮眼深度及角度①崩落眼：深1.7m；角度90°。②周边眼和二圈眼：深1.7m，87°。4）崩落眼爆破参数确定崩落眼抵抗线：W=(15～25)d，取W=17d=21×42=882mm，取W=950mm。确定崩落炮孔间距：ar=(1.1～1.8)W，取ar=1.1×950=1045mm，取ar=1000mm。崩落孔装药量：Q=qarwl=0.55×0.75×0.75×1.5=0.463kg，取Q=0.45kg。（由于自由面增加，单耗降低20％）5）周边孔爆破参数设计周边孔参数按经验公式计算孔间距：E=（8～12）d，在计算时取E=12×42=504，故取E=500mm。抵抗线：W=(1.0～1.5)E,在计算时取W=1.2×500=600mm。装药集中度：q=0.04～0.19kg/m，取q=0.14kg/m，故Q=0.14×1.5=0.21kg,取Q=0.30kg。6）炮孔堵塞长度l0的计算l0=（0.2～0.5）W，取l0=0.3×0.8=0.24m，在实际施工中取l0=300mm。19 2.炮眼布置图如下图所示：图3“1”爆破炮眼布置图1.“1”爆破炮眼布置图Ⅴ级围岩上台阶钻爆参数表炮眼名称炮眼个数(个)炮眼深度（m）雷管段别（段）雷管个数(个)单孔药卷数（个）单孔装药量（Kg）合计装药量（Kg）掏槽眼61.81650.754.5二次掏槽眼81.83850.756.0崩落眼111.751140.66.6121.771240.67.2121.791240.67.2101.7111040.66.061.713640.63.6周边眼191.7151920.35.7合计848446.8注：当周边眼采用间隔装药结构时，雷管数量增加一倍。2.“2”和“3”爆破炮眼布置图图4Ⅴ级围岩下台阶爆破炮孔布置图19 “2”和“3”钻爆参数表炮眼名称炮眼个数(个)炮眼深度（m）雷管段别（段）雷管个数(个)单孔药卷数（个）单孔装药量（Kg）合计装药量（Kg）崩落眼61.71640.63.681.73840.64.8101.751040.66.0101.771040.66.0101.791040.66.0周边眼181.7111820.35.4合计626231.8注：当周边眼采用间隔装药结构时，雷管数量增加一倍。3．“4”和“5”爆破炮眼布置图图5“4”和“5”爆破炮眼布置示意图“4”和“5”钻爆参数表炮眼名称炮眼个数(个)炮眼深度（m）雷管段别（段）雷管个数(个)单孔药卷数（个）单孔装药量（Kg）合计装药量（Kg）崩落眼81.71840.64.819 61.73640.63.6周边眼101.751020.33.0底板眼61.77640.63.6合计303015.0注：当周边眼采用间隔装药结构时，雷管数量增加一倍。4．“6”爆破炮眼布置图图6“6”爆破炮眼布置示意图“6”钻爆参数表炮眼名称炮眼个数(个)炮眼深度（m）雷管段别（段）雷管个数(个)单孔药卷数（个）单孔装药量（Kg）合计装药量（Kg）崩落眼41.71430.451.841.73430.451.851.75530.452.2561.77630.452.771.79730.453.15底板眼151.7111530.457.5合计414119.2注：当周边眼采用间隔装药结构时，雷管数量增加一倍。（三）炮眼装药结构图19 在爆破装药过程中出了周边眼可采用连续装药或间隔装药外，其他炮眼均采用连续装药，周边眼的具体装药结构形式根据在实际施工中爆破效果相应的采用连续或间隔装药。具体装药结构示意图见下图：图7炮眼装药结构图（四）主要经济技术指标断面积（m2）90.15比钻眼量(个/m2)2.4循环进尺(m)1.5炸药单耗(Kg/m3)0.83炮眼数（个）217每延米炸药消耗量（kg/m）75.8爆破方量(m3)135.23每延米雷管消耗量（个/m）144.7炸药总量(Kg)112.8每延米需要炮孔长度（m）246.87（五）起爆网路及方法炮孔经验收合格后，方可进行装药起爆。起爆网络：采用簇并联网路（见下图），每组雷管数量不超过15发。起爆方法：采用2发瞬发电雷管起爆。起爆方法：采用2发瞬发电雷管起爆。图8起爆网络图19 4，接官亭铁路1号隧道总炮眼布置图：5、爆破安全保证措施（一）、钻孔安全保证措施(1)开挖人员到达工作地点时，首先由安全员检查工作面是否处于安全状态。详细检查支护是否牢固，顶板和两帮是否稳定，如有松动的石、土块或裂缝予以清除或支护。19 (2)使用风动凿岩机钻眼，先检查机身、螺栓、卡套、弹簧和支架是否正常完好。管与接头是否牢固，有无漏风，钻杆有无不直、带伤以及钻孔堵塞现象。需要架支架的时候必须将支架安置妥当。风钻卡钻时，需用板钳拔出，不可敲打。未关风前不得拆除钻杆。严禁在残眼中继续钻眼。(3)施钻过程中，高压风的使用必须严格按照作业班规程进行检查，避免出现高压风管漏风伤人、高压风不慎吹眼伤人事故的发生，遵照安全第一的原则，在发现高压风风路不正常的情况下，严禁进行作业，待排除故障后继续施工。(4)隧道内施工时，在台架上作业时要遵守高空作业的安全规程规定，台架上焊防护栏。（二）、爆破安全保证措施(1)洞内爆破必须统一指挥，并由经过专业培训且持有爆破操作合格证之专业爆破人员进行作业。工班人员参与安全警戒。(2)爆破作业人员，严禁穿着化纤衣物。、(3)进行爆破时，所有人员必须撤离现场。(4)洞内每天放炮次数要有明确规定，装药离放炮时间不得过久。(5)装药前检查爆破作业面附近的支护是否牢固。炮眼内泥浆、石粉要吹洗干净。如遇到有照明不足，发现流沙、泥流未经妥善处理，或可能有大量溶洞水涌出时，严禁装药爆破。(6)爆破后15min以后，才准许检查人员进入作业面，检查有无盲炮及可疑现象；有无残余炸药或雷管；顶板两帮有无松动石块；支护有无损坏与变形。在妥善处理并确认无误后，其他工作人员才准许进入工作面。(7)当发现盲炮时，必须由原爆破人员按规定处理；装药时使用木质或竹质炮棍装药，严禁火种。无关人员与机具等均撤至安全地点所用文献和资料：①TB10204-2002铁路隧道施工规范②铁路隧道设计规范③隧道爆破施工方案④王府山隧道爆破施工方案19 ⑤隧道工程（朱永全）第二版19