刘家坪1号隧道施工组织设计

'摘要我国大规模交通设施促使铁路隧道工程理论和技术得到快速发展。如今，铁路隧道作为一门专业的工程技术已经逐渐健全和成熟起来。近十年来，随着社会的发展进步和铁路修建水平的提高，隧道工程建设显得更加突出和重要。本设计是位于陕西省绥德县的刘家坪1号线铁路隧道左线，进口桩号K49+275.0m，出口桩号K49+510.0m，隧道长度235.0m，并按双线设计。虽然该隧道全长只有235m，但它却处在刘家坪隧道群之中，设计时即要考虑隧道自身的围岩情况，还要考虑对周围一定范围内的影响，这就给设计增加了一定的难度。本铁路隧道横断面设计采用马蹄形断面形式，衬砌形式选用复合式衬砌，并采用双侧壁导坑法施工。本设计主要包括隧道概述、线路平纵断面设计、洞口位置确定和洞门形式的选择、结构设计、构造设计，以及施工组织设计六部分。隧道概述中主要介绍该铁路隧道的线路概况，包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质和围岩特性等工程地质条件。隧道线路平、纵断面设计中对线路尽量取直，以及横纵向排水坡度设计进行了简要说明。洞口位置确定和洞门形式的选择主要介绍隧道洞口应按照“早进洞，晚出洞”的原则，综合比较其经济、技术上的合理性和安全性，确定其最佳位置；依据具体工点的地形、地质、水文等条件，同时结合工程施工安全、环境保护要求、洞口相关工程加以全面研究，确定洞门的最佳形式。结构设计和衬砌结构计算是本设计的重点。首先拟定横断面的断面形式和各部分尺寸，然后计算作用在主体结构上的各种荷载，并据此按衬砌形式计算出结构的内力，并绘制内力图。构造设计中主要介绍了隧道内的附属设施，如防排水系统、避车洞、电缆槽，以及通风照明设备的设计。施工组织设计中主要包括施工方案论述、施工组织措施及施工进度计划，同时还绘制了施工组织设计图。关键词：铁路隧道双线隧道结构设计结构计算12 AbstractThelarge-scaletransportationfacilitiesofourcountryurgestherailroadtunnelengineeringtheoriesandtechniquestogetthefastdevelopment.Now,therailroadtunnelistheengineeringtechniqueofaprofessionalreadygradualsoundgetupwithmaturity.Inthelastdecade,progressalongwiththedevelopmentofthesocietytofixtheexaltationofsetupthelevelwithrailroad,thetunnelengineeringofconstructionseemtobemoreoutstandingandimportant.ThisdesignisaleftlineofLiujiapingNo.1linerailroadtunnelthatlocatesSuidecountyShanxiprovince.ThenumberofimportcampisK49+275.0meter,thenumberofexportcampisK49+510.0meter,andthetunnellengthis235.0meters,andpressapairoflinesdesign.Althoughthattunneliswholelongonlyhavethe235ms,itisplacedinLiujiapingtunnels.Whendesigning,it’snotonlyneedtoconsiderthesurroundingrockofthetunnel,butalsoneedtoconsidertheinfluencetothesurroundingsofthecertainscopeinside.Thisincreasedcertaindifficultyfordesign.Thisrailroadtunnelcrosssectiondesign“U-shaped”.Theformofliningusethecompoundlining,anduseCDmethodtoconstruct.Thisdesignmainlyincludesthegeneralsituaionofthetunnel,theplaneandthelongitudinalsectiondesignofcircuit,thechoiceofthevertical’spositionandaformofhole,thestructuredesign,thecalculationandcheckcalculateforlining,structuredesign，andtheconstructionorganizationdesign，andsoon.Theoutlineofthetunnelintroducethegeneralsituationofthemainintroductionthatrailroadtunnel.Includegeography,thegeologicofstratarock,thegeologystructure,thehydrologygeology,andthecharacteristicofsurroundingrock,andsoon.Thechoiceofthevertical’spositionandaformofholeintroducethetunnelentrancetocaveshouldaccordingtotheprincipleof"entertheholeearly,outtheholelater".Comprehensivingcomparisontheeconomy,therationalityandthesafetyonthetechnique,andassurancethebestposition.Basisconcretegeography,geology,hydrologythatworkorderetc.condition.Meanwhile,combiningtheengineeringconstructionsafety,theenvironmentalprotectionrequest,andtheengineeringofthevertical,tooverallresearch,andtoassurancethebestformoftheverticalholedoor.Theplaneandthelongitudinalsectiondesignofcircuitintroducetakingtokeeptothecircuitasfaraspossible.Then,lengthwaystohorizontaldrainedtheslopedesigntocarryonthesynopsiselucidation.Thestructuredesignandtheliningstructurecalculationsarethepointsofthisdesign.First,draftingcrosssectionformandeachpartsofsizesofthecrosssection.Second,computingthefunctiononthecorpus12 structureofvariouslotuscarry.Basisthesetopresstheformofliningtocomputeastructureofinsidedint,anddrawtheinternalforcediagram.Structuredesignmainlyintroducethesubsidiaryfacilitiesinthetunnel,suchaswaterproofanddrainagesystem,avoidthecarhole,wireway,ventilationsystemandilluminateequipments.Theconstructionorganizationdesigninmainlyincludeconstructionprojecttodiscuss,constructionorganizationmeasure,theconstructiondegreeofprogressplan,anddrawingtheconstructionorganizationdesigndiagram.Keywords:railroadtunnelbifilartunnelstructuredesignstructurecalculation12 第1章绪论1.1隧道线路概述刘家坪1号隧道处于吴堡到子洲的线路上，位于陕西省绥德县韭园乡刘家坪村，按左右线分离的两座独立隧道设计，左线进口桩K49+275.0m，出口桩号K49+510.0m，隧道长度235.0m；右线进口桩号YK49+288.0m,出口桩号YK49+546.0m,长度258.0m。我负责设计左线铁路隧道（双线），该隧道全程范围内路线线型为一直线，无曲线段；隧道全程范围内共包括V级和IV级两种围岩，围岩级别较差；隧址区地下水相对较贫乏，洞室一般有潮湿湿润感，局部会有微量裂隙孔隙水渗入洞室内。1.2设计依据、原则及标准1.2.1设计依据（1）由设计总体单位提供的线路平、纵面图；（2）《铁路工程设计技术手册·隧道》（1995年版）（3）《铁路隧道设计规范》（TB10003-2001）（4）《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）（5）《单线电化铁路拱形明洞门》（6）《单线电化铁路拱形明洞门衬砌》（7）《双线电化铁路隧道衬砌》1.2.2主要设计原则及标准（1）隧道方案的选择原则隧道方案的选定，受地形、工程地质、水文地质、线路技术条件、施工机具及技术水平、工期、运营养护要求，以及工程和运营费用等多种因素的影响，其它如辅助坑道及运营通风的设置条件、施工场地、弃渣处理、运输便道的利用及引入等因素亦存在不同程度的影响。（2）隧道洞口位置的选择原则隧道洞口一般应根据具体工点的地形、地质、水文的条件，结合工程施工安全、环境保护要求、洞口相关工程（洞口段衬砌形式、桥涵、路基支挡、坡面防护、排水工程、施工场地布置及便道引入，弃渣处理、施工干扰以及12 洞口结构形式等技术要求和工程大小）加以全面研究，综合比较其经济、技术上的合理性和安全性，方能确定洞口的最佳位置。（3）隧道线路平面设计原则隧道内的线路宜设计为直线，如因地形、地质等条件限制必须设为曲线时，宜采用较大的曲线半径，且以设在洞口附近为宜，在隧道内不宜设置反向曲线。隧道以外线路曲线接近洞口时，在不恶化线路的条件下，应尽量使“缓直点”至洞口距离不小于22m，以避免洞门及洞口衬砌加宽。（4）隧道线路纵断面设计原则隧道内的坡度可设置为单面坡道或人字坡道，地下水发育的长隧道宜用人字坡。隧道没尽可能设计为长坡段，当隧道位于两端货物列车以接近计算速度运行的凸形纵断面的分坡平段，允许坡段长缩短至200m。位于曲线地段的隧道，应先进行隧道折减，再进行曲线减缓。（5）洞门类型的选择原则隧道洞门应根据洞口的地形、地质条件，并结合衬砌类型及工作特点而定。当线路中线与洞口地形等高线斜交，经技术经济比较不宜采用正交洞门，且围岩分类在III级及以上，可采用斜交洞门，其端墙与线路中线的交角不应小于45°。（6）隧道衬砌设计原则隧道衬砌结构类型及尺寸，可根据围岩类别、水文地质条件、埋置深度、结构工作特点，并考虑施工条件等，通过工程类比、结构计算或必要的试验确定。（7）隧道施工组织设计原则隧道指导性施工组织设计的内容，应结合该工程达到特点和施工组织总方案确定的工期，进行具体安排，如施工场地的布置、材料供应（包括运输方案）和分布工程的施工顺序、进度、施工方法、措施意见以及有关注意事项等。隧道指导性施工组织设计应体现合理性、严肃性和实践性。1.3工程地质与水文地质1.3.1工程地质（1）地形、地貌12 隧址区地貌形态属黄土梁峁区的峁状斜梁，地面标高介于858～948m之间，相对高差90.00m，植被不发育，地形坡度35°～45°。隧道最大埋深：左线73.00m。隧址区最大冻土深度1.19m。（2）地层岩性隧址区出露地层：表部为马兰组新黄土（Q3eol），中部为离石组老黄土（Q2eol），底部为三叠系上统胡家村组褐黄～灰绿色厚层状中细粒长石砂岩，勘察深度内按风化程度可划分为强风化、弱风化和微风化三层。左右线隧道全程范围内共包括V级和IV级两种围岩，其围岩特征情况如下：①V级：左线长度80m，右线长度68m。坡积物以新黄土、老黄土、碎块为主，土质松散，结构杂乱，呈松软结构，[σ。]=140kpa。表部为马兰组新黄土，土质疏松多孔，具湿陷性，[σ。]=160kpa。第四系中更新统离石组老黄土（Q2eol），结构紧密，呈块状整体结构，柱状节理发育，孔隙退化，呈半坚硬状态。[σ。]=360kpa。②IV级：左线长度155m，右线长度190m。围岩为第四系中更新统离石组老黄土（Q2eol），土质较均，呈块状整体结构，夹含多层棕红色古土壤层和少量钙质结核。局部富集成层，柱状节理发育，呈半坚硬状态。（3）地质构造隧址区构造原属鄂尔多斯台地的一部分，下伏三叠系砂、泥岩，走向南北，产状平缓。为一向西缓倾的单斜构造，应力作用微弱，褶皱断裂不发育，新构造运动以振荡性上升为主。侵蚀切割强烈，地形破碎，总体地质构造较简单。隧址区地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度为Ⅵ度。1.3.2水文地质隧址区地下水以三叠系砂岩层中的孔隙裂隙水为主。主要接受大气降水垂直入渗补给，于地形切割深处以泉水或渗水点排泄于沟谷，富水性微弱，勘察期在勘探深度内未见明显稳定水位，水文地质条件简单。隧址区地下水相对较贫乏，洞室一般有潮湿湿润感，局部会有微量裂隙孔隙水渗入洞室内。12 第2章隧道线路平、纵断面设计2.1概述隧道平面是隧道中心线在水平面上的投影，纵断面是中心线展直后在垂直面上的投影。隧道是交通线路的一个组成部分，因此隧道的平面、纵断面除应满足明线地段的要求外，还应考虑到由于隧道内的运营、养护条件比洞外地段差的特点，应适当提高。2.2隧道线路平面设计隧道的平面形式分为直线型和曲线型两种。《铁路隧道设计规范》规定：“隧道内的线路宜设计为直线。如因地形、地质等条件限制必须设为曲线时，宜采用较大的曲线半径，且以设在洞口附近为宜，在隧道内不宜设置反向曲线。”以利施工、运营及养护。曲线是线路的薄弱环节，对隧道尤甚：曲线隧道的空间，狭长弯曲，空气流通更为不畅，列车通过时，阻力将增大；地下空间本来通风就差，采光不良，如设有曲线，则将更加昏暗、潮湿、散发异味，甚至聚集有害气体，在这种环境中从事维修线路的劳动，不仅有损人体健康，而且工作质量难以保证；曲线的存在，使得线路在列车通过后容易变形，恰恰需要更多、更精心的养护，形成一对不易解决的矛盾；如果曲线半径小，接连有反向曲线，这种不利影响将更为明显。由于本铁路隧道全长只有235.0m，并结合地形、地质等条件综合考虑，隧道内的线路全部设计为直线；同时，隧道以外线路也以直线接近洞口，避免洞门及洞口衬砌加宽。2.3隧道线路纵断面设计《铁路隧道设计规范》规定：“隧道内的坡道可设置为单面坡道或人字坡道，地水发育的长隧道宜用人字坡。”由于该铁路隧道全长只有235.0m，属于短隧道，而且隧道区域内的地下水并不丰富，相对较贫乏，所以隧道内的坡度应设置为单面坡，有利于紧坡地段争取高度及隧道运营通风。但是采用单面坡的缺点是：采用两端相向施工时，一端将为向下开挖，地层含水及施工用水不能自动排出洞12 外，如集聚到掌子面前，将严重恶化作业环境；另外，出碴时，重车上坡，效率降低。因此，在具体安排施工组织的过程中，应重点解决这些问题，充分发挥单面坡的优点。《铁路隧道设计规范》规定：“隧道纵向坡度不宜小于3‰，在寒冷及严寒地区，地下水发育的隧道宜适当加大坡度。”虽然该隧道地下水相对贫乏，但是隧址区最大冻土深度1.19m，说明处于寒冷地区。因此，综合多种因素考虑，本隧道设计纵向坡度为3.5‰。另外，《铁路隧道设计规范》还规定：“位于长大坡道上长度大于400m的隧道，其坡度不得大于最大坡度按规定折减后的数值；位于曲线地段的隧道，应先进行隧道内线路最大坡度折减，再进行曲线减缓。”由于该铁路隧道全长只有235.0m，且全程均为直线，无曲线地段，所以不用进行隧道坡度折减的计算。12 第3章隧道洞口位置确定及洞门形式选择3.1隧道洞口位置的选择原则“洞口”是指洞门所在位置边仰坡刷坡范围及洞口衬砌(或非正常衬砌地段)和洞外附属工程地段的统称。一般应依据具体工点的地形、地质、水文等条件，同时结合工程施工安全、环境保护要求、洞口相关工程加以全面研究，综合比较其经济、技术上的合理性和安全性，方能确定洞口的最佳位置。一般情况下，隧道宜“早进洞，晚出洞”，同时应符合下列要求：（1）隧道洞口的设置，应减少对原有坡面的破坏，当不能避免时，应着重考虑边坡及仰坡的稳定，边坡、仰坡的开挖高度不应过大；（2）当洞口处有塌方、落石、泥石流等威胁时，洞口段可延长，并设置明洞或支挡建筑物；（3）线路跨沟或沿沟进洞时，应结合防排水工程，确定洞口位置；（4）漫坡地形的洞口位置，宜结合弃碴的处理、填方利用、排水以及有利施工等因素，综合分析确定；（5）洞口段结合地形、地质条件和施工方法，必要时应采取地表注浆等加固措施。3.2洞口位置选择洞口是隧道的重要部位，一方面它是环境较差的洞身和地表的连接处，施工、运营、养护人员及设备都从这里进入，要求保持安全畅通；另一方面，它位于岩体浅表，受风化等影响，稳定性较差，易出病害。因此，当隧道走向方案确定后，两端洞口仍可在左右前后稍作移动，以求得到最佳位置。3.2.1进口洞口位置选择对于该隧道进口洞口的位置，我拟定了三种方案进行比选，详图见《进口洞门纵、横断面比选图》。（1）方案一：12 DK49+270处，从横断面看，设计隧道线路的路肩标高位于地面线以上，若要在此修筑洞口，则要回填大量的土方，费时费力，这显然与上述选择原则相违背。（2）方案二：DK49+275处，从横断面看，地面线从左到右呈下降趋势，但变化比较平缓，偏压力不会很大；从纵断面看，拟定洞门高度为8.6m（拟定的比较保守，实际洞门应比这高），则需要回填一部分土方，建议采用明洞门。（3）方案三：DK49+280处，从横断面看，地面线从左侧到右侧陡然下降，属于悬崖陡壁，由于洞口处多为离石组老黄土，围岩比较松软，稳定性较差～一般，不易在此修筑洞门，要避开。因此，根据地形条件，结合防排水要求，以“早进洞”为原则，该隧道进口洞口位置应该选择方案二，洞口设在DK49+275处，并根据洞口地形地貌情况，在洞口段设置一段长6m的明洞；为保证边仰坡的稳定，尽量恢复洞口自然景观。3.2.2出口洞口位置选择对于该隧道出口洞口的位置，我也拟定了三种方案进行比选，详图见《出口洞门纵、横断面比选图》。（1）方案一：DK49+505处，从横断面看，地面线从左到右呈上升趋势，存在一定的偏压力；从纵断面看，同样拟定洞门高度为8.6m，则可采用暗挖进洞的方法进行施工，但实际洞门应该会高些，这就有可能无法采用暗挖进洞的方法，施工方法有待进一步考虑。（2）方案二：DK49+510处，从横断面看，地面线从左到右呈上升趋势，同样存在一定的偏压力；从纵断面看，同样拟定洞门高度为8.6m（拟定的比较保守，实际洞门应比这高），则需要回填一部分土方，建议采用明洞门。（3）方案三：12 DK49+515，从横断面看，其地形呈现凹形，有点类似于沟谷，这里可能是地质构造的薄弱环节，而且是天然的过水通道，洞口不易设置在沟底；从纵断面看，需要回填大量的土方，从而增加施工工程量。因此，根据地形条件，结合防排水要求，以“晚出洞”为原则，该隧道出口洞口位置应该选择方案二，洞口设在DK+275处，并根据洞口地形地貌情况，在洞口段设置一段长9m的明洞；为保证边仰坡的稳定，也应尽量恢复洞口自然景观。3.3洞门形式选择隧道洞门根据结构形式，可分为端墙式、柱式、翼墙式、台阶式等；而洞门类型根据地形、地质，并结合衬砌类型及工作特点，可分为一般隧道门、明洞门、棚洞门和特殊洞门等。本铁路隧道进出口洞口处的地形、地质情况较为相似，土质较均，大孔、虫孔、垂直节理发育，具湿陷性，呈松软结构，施工开挖易坍塌，处理不当会出现大的坍塌。通过综合考虑，采用“不对称挡墙翼墙式明洞门”，使翼墙和端墙筑成一整体，以便共同作用，提高洞门抗滑移和抗倾覆的能力。因为进出口洞门处都是V级围岩，所以边仰坡取1：1.25，最大刷坡高度不超过10m，用正六边形预制混凝土空心块铺设，空心植草。明洞段边坡及仰坡采用土锚喷混凝土防护。另外，在进行洞口段施工前，应先做好山坡上截水沟，明洞段的边坡防护工程及仰坡防护工程应边开挖边喷锚。3.3.1进出口洞门形式（1）进口洞门形式由于进口洞口处的地面线左侧高于右侧，左侧存在一定的偏压力，应在洞门的左侧修筑一定高度的挡墙，在右侧修筑翼墙，并在左侧挡墙的顶部位置进行刷坡，坡度为1：1.25，根据实际情况，选择采用土锚喷混凝土防护。详细情况见《进口处挡墙翼墙式洞门》。（2）出口洞门形式由于进口洞口处的地面线右侧高于左侧，右侧存在一定的偏压力，应在洞门的右侧修筑一定高度的挡墙，在左侧修筑翼墙，并在右侧挡墙的顶部位置进行刷坡，坡度为1：1.25，根据实际情况，选择采用土锚喷混凝土防护。12 详细情况见《出口处挡墙翼墙式洞门》。3.3.2明洞设计（1）明洞的适用条件①洞顶覆盖较薄，难以用暗挖法修建隧道的地段；②受塌方、落石、泥石流等威胁的隧道洞口或路堑地段；③公路、铁路、沟渠等必须在铁路上方通过、但不宜做隧道、立交桥或涵渠时。（2）明洞的具体设计明洞衬砌用于进出口明挖段，采用C20钢筋混凝土结构。明洞基础应置于稳固地基上，其基底埋深不得高于侧沟基底面或铺底底面，在洞门墙范围内，应加深到与洞门墙底齐平。位于软弱地基上或两侧边墙地基软硬不均时，应采取措施，如设置仰拱、整体式基础、桩基或加深基础等。在进行结构计算时，设计荷载只考虑回填土荷载及结构自重荷载，仰拱及采用浆砌片石回填的边墙部分考虑地基弹性抗力。在进行明洞门施工过程中，应严格按图施工，边墙不浆砌，回填密实，顶部回填土不容许超过设计回填厚度及设计回填土横坡，以保证结构工作条件与结构设计模式的吻合。当发现地质条件与设计值相差太大时，应及时反映，以便作出合理的处理对策。12'