隧道毕业设计计算书

'隧道毕业设计计算书i 第一章工程概况1.1工程简介曹家湾隧道位于北碚区蔡家岗镇灯塔村南侧约0.8km处，中环路从其北侧约0.4km处通过，隧道呈南北向设置于规划纵二路及其支路的汇交处，东北、西北、西南均为规划的居民用地，东南侧为商业用地。曹家湾隧道为单线铁路隧道。隧道总长为247m，隧道起点里程：YDK41+479.967,终点里程YDK41+726.967,有效中心里程为YDK41+600.917,有效隧道中心里程处轨面高程为340.844m。隧道主体为明挖法施工。1.2工程概况1.2.1地形地貌曹家湾隧道原始地貌属剥蚀丘陵地貌，地形为沟槽与丘包相间分布，地势总体南高北低，地面高程345366m，相对高差21m。1.2.2地层岩性勘查区出露的地层主要为第四纪人工填土层（Q4ml）、残坡积层（Q4el+dl），下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组（J2S）,岩性以砂岩和砂质泥岩为主，各层岩土特征分述如下：1．第四纪全新统（Q4）（1）人工填土（Q4ml）为杂色，主要由粉质粘土、砂岩、砂质泥岩碎石块组成；块碎石含量1020%，局部达40%,粒径为20300mm，结构稍密，稍湿，回填时间大于5年，分布于曹家湾隧道西侧村庄一带，钻孔揭示厚0.901.30m。（2）残破积层（Q4el+dl）为粉质粘土，褐黄色，灰褐色，一般呈可塑状，韧性中等，干强度中等，切面较光滑，稍有光泽，无摇振反应。场地内广泛分布，钻孔揭示厚0.200.55m。2．侏罗系中统沙溪庙组（J2S）砂质泥岩：紫红色、褐红色，矿物成分主要为粘土矿物，粉砂泥质结构，泥质胶结，中厚层状构造，夹砂质团块、条带及透镜体。中等风化岩体裂隙不发育，岩体较完整，岩质软，属软岩。岩体基本质量等级为Ⅳ级。砂岩：灰色，细~-2- 中粒结构，厚层状构造，泥钙质胶结，以钙质胶结为主，矿物成分主要为石英、长石、云母等。中等风化岩体裂隙不发育，岩体较完整岩质较硬岩石基本质量等级为Ⅳ级。-2- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)场区基岩风化层厚度一般0.201.60m左右。基岩强风化带岩体破碎，风化裂隙发育，岩质软，岩体基本质量等级为Ⅴ级。1.2.3地质构造场地位于川东弧形构造带华莹山帚状褶皱构造束东南部，观音峡背斜东翼，岩层呈单斜状构造，无区域性断层通过，构造简单。岩层产状：倾向110~130°，以120°为主，倾角为6~10°，以8°为主，主要发展以下两组构造间隙：J1：倾向320~340°，以330°为主，倾角70~80°，以74°为主，裂隙面平直，微张宽度为1~3mm，部分有粘性土填充，裂隙间距0.5~2.0m不等，主要出现于砂岩层中，为硬性结构面，结合较差。J2：倾向240~260°，以250°为主，局部存在翻转现象，倾角75~85°，以78°为主。裂隙面较直，延伸长，一般大于5m，微张，宽度为2~3mm，局部有粘性土填充，裂隙间距为0.5~3.0m。主要出现与砂岩层中，为硬性结构面，结合较差。1.2.4水文地质条件1．水文场地内多为农田及旱地，在曹家湾隧道东侧发育双碑水库，最近处相距约20m。该水库长约200m，宽5070m，深12.5m，水位347.9m，目前为养鱼用，主要接受大气降水补给，水量大小与季节关系密切，雨季水量丰富，枯季水量相对较小。2．地下水类型拟建场地原为浅丘沟谷地貌，沟槽与丘包相间分布。场区地下水富水性受地形地貌、岩性及裂隙发育程度控制，补给源主要为大气降水，水量大小与降水关系密切，受气候和季节变化影响大。根据现有地下水稳定水位可以看出，地下水主要储存于场地厚层砂岩以及地势低洼地带的图层中，在工程区内分布不均匀，未形成统一的地下水潜水面，属局部的上层滞水。根据地下水的赋存条件、水理性质及水力特征，工程区地下水可划分为第四系松散层孔隙水、基岩裂隙水。松散层孔隙水：主要分布于拟建曹家湾隧道主体隧道等地势低洼地带的残破积层中，多为上层滞水，动态变化幅度大，水质成分由含水介质的性质决定，水量大小受地貌和覆盖层范围、厚度、透水性制约，主要由大气降水补给，受季节气候影响大。基岩裂隙水：包括风化裂隙水和构造裂隙水，风化裂隙水分布于浅表基岩强风化带中，为局部上层滞水或小区域潜水，水量小，受季节影响性大，各含水层自成补给、径流、排泄系统。构造裂隙水分布于厚层砂岩中，以层间裂隙水或脉状裂隙水形式储存，动态稍稳定；砂质泥岩相对隔水，水量较小，动态不稳定。该类地下水主要赋存于基岩裂隙中，多呈脉状，水力联系差，水量小且差异悬殊。3．抽水试验-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)选取钻孔CJW2、CJW10、CJW17、CJW29钻孔做抽水试验，根据钻孔抽水试验，当降深S=3.5~12.1m，单孔单位涌水量Q=2.8514.76m3/d，单孔综合渗透系数为K=0.070.286m/d。4．水质分析在CJW2、CJW17号钻孔采集水样做室内水质分析试验，根据试验结果判断：地下水对混凝土结构、混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性，对刚结构具有弱腐蚀性。5．涌水量预测本工程场地地质条件简单，隧道围岩为基岩，基岩中赋存基岩裂隙水。隧道开挖揭穿基岩裂隙后，裂隙水将裂隙呈滴状或串珠状渗入，其渗水量一般不大。在雨季大气降水后，其渗水量可能成倍的增加。参照《铁路工程地质手册》，隧道主体隧道、风道、通道涌水量预测成果见表1.1。表1.1曹家湾隧道明挖隧道涌水量预测成果表预测部位渗透系数k（m/d）隧道长度B(m)水面至隔水底板距离H1(m)设计水位降深S(m)影响半径R(m)涌水量Q(L/min·m3)总涌水量Q(m3/d)临水段0.0451038.927.872.38.96234一般段0.0451027.872.32.3664根据计算结果及场地水文地质条件分析，隧道岩体较完整，涌水量较小，根据已施工完成的轨道工程的施工经验，隧道的涌水一般沿裂隙涌出，隧道施工可使基岩裂隙水水量明显增大，初期水量较大且集中，随时间增加，水量逐渐减少，水量不均匀现象明显。隧道实际涌水量受季节影响较严重，建议根据施工期间隧道实际涌水量，采取相应的排水措施。双碑水库水位347.9m，曹家湾隧道主体隧道底标高320.1m，水头27.8m。曹家湾隧道右侧壁距双碑水库岸边最近处约为20m，不排除有贯通裂隙相连，施工时爆破可能导致原闭合裂隙张开和加大原裂隙张开宽度，在水头压力作用下，库水沿贯通、张开裂隙下渗至施工隧道内，致使隧道内涌水量增加，施工前应做好基坑抽水准备工作。1.2.5不良地质现象通过勘察，在拟建场地范围内未发现断层、滑坡、泥石流、危岩和崩塌等不良地质现象。1.2.6地震效应根据《中国地震动加速度区划值图》（1/400万）[GB18306-2001]及《中国地震动反应谱特征周期区划图》（1/400万）[GB18306-2001]，拟建场地抗震设防烈度为Ⅵ级，设计地震基本加速度值为0.05g。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)曹家湾隧道基底为中等风化基岩，其剪切波速度>500m/s,按坚硬土进行考虑，场地类别为Ⅰ类，地震动反应谱周期可取0.25s，属建筑抗震有利地段。1.2.7土石可挖性分级根据规范规定，全线岩土可挖性分级为：普通土：场地粉质粘土，土、石工程等级为Ⅱ级，场地内地表分布较广；硬土：场地的填土、基岩强风化带，土、石工程等级为Ⅲ级。基岩强风化带在场地广泛分布；软石：中等风化的砂质泥岩。厚层状构造，裂隙较发育，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级，土、石工程等级为Ⅴ级。本工程岩土的可挖性分级主要为次坚实和软石。1.2.8围岩分级隧道围岩基本级别为Ⅳ级，场区地下水状态多为Ⅰ级，出入口通道临水段为Ⅱ级，根据《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）附录A相关规定修正，曹家湾隧道出入口通道临水段围岩最终级别为Ⅴ级，其它隧道围岩为Ⅳ级。1.2.9岩土体设计参数建议值根据相关规范以及本标段文件，该隧道岩土体设计参数建议值如表1.2。表1.2岩土体物理力学性质参数标准值建议表岩土名称中等风化基岩粉质粘土结构面砂质泥岩砂岩重度γ（kN/m3）25.6*24.920*地基基本承载力ƒak（KPa）10002000180*岩石抗压强度标准值（MPa）天然10.638.2饱和6.428.5变形模量E0（MPa）1200*3230弹性模量Ee（MPa）1500*3970泊松比μ0.35*0.11岩体抗拉强度σt（KPa）150*520内聚力c（KPa）700*189020*50*内摩擦角φ（°）33*4212*20*基床系数（弹性反力系数）（MPa/m）200*350岩石与锚固体粘结强度特征值ƒrb（KPa）200*300岩体破裂角（°）59*65基底摩擦系数0.40.60.25带“*”-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)号的参数为引用《重庆轨道交通六号线二期工程嘉陵江北桥头~曹家湾隧道区间岩土工程详细勘察报告》与《重庆轨道交通六号线二期TBM(嘉陵江CYK39+512渝合高速CYK437+430)段岩土工程初步勘查报告》成果以及经验数据。1.3隧道主体地质工程条件评价隧道主体隧道走向23°，与地质构造线小角度斜交。沿线地面高程350~355m。上覆土层一般厚0.2~5.5m，下伏基岩为统沙溪庙组砂岩、砂质泥岩，岩体较完整，岩、土体整体现状稳定。隧道拱顶呈圆弧形，高约7.2m，埋深12.4~18.8m，顶板岩层厚度9.3~16.3m，岩性多为中等风化砂岩，仅在里程桩号YDK41+646.9YDK41+664.967段东侧出露砂质泥岩，拱顶围岩中主要发育两组裂隙，岩体较完整。顶板岩层厚度是围岩压力计算高度的1.041.83倍，属浅埋隧道，围岩基本级别为Ⅳ级，地下水状态为Ⅰ级，修正后围岩级别划定为Ⅳ级。隧道两侧洞壁直墙段高约8.0m，左侧洞壁临空面倾向113°，右侧洞壁临空面倾向293°，岩性主要为中等风化砂岩，右侧洞壁在里程桩号YDK41+646.9YDK41+726.967段上部为砂质泥岩。岩体中发育两组裂隙，根据临空面与结构面赤平投影图分析：对于左侧洞壁，J1，J2倾向壁内，层面倾向壁外，左侧洞壁的稳定性主要受层面控制，由于层面倾斜角缓（8°），沿层面滑动的可能性很小，洞壁稳定性受岩体自身强度控制，岩体破裂角取65°；对于右侧洞壁，J1,J2的组合交线外倾，倾向为300°，倾角为67°，大于砂岩破裂角65°，岩体破裂角65°，相关设计参数见岩土体物理力学性质参数标准值建议表。综上所述，隧道主体为浅埋隧道，围岩等级为Ⅳ级。由于岩层产状平缓，隧道拱顶局部可能存在较大的坍塌。隧道两侧洞壁稳定性受岩体自身强度控制，岩体破裂角取65°。施工时要先护后挖，初期支护要跟紧掌子面，及时施做仰拱封闭。施工中加强观测，发现不稳定块体立即清除，并做好地质预报工作，及时分析和观察开挖工作面地质变化。当遇有探孔突水、涌泥、渗水增大和整体性变差等现象，及时改变施工方案、参数。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)第二章隧道总体设计2.1一般规定隧道设计应满足铁路交通规划的要求，其建筑限界，断面净空，隧道主体结构以及通风、照明等设施，应按《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）进行设计。2.2主要设计原则（1）地下结构设计使用年限为100年。地下结构主要构件的耐火等级为一级。（2）结构设计计算除应满足施工、运营要求外，必要时还应满足城市规划、环境保护、防水、防火、防杂散电流、防腐蚀和人民防空的要求。（3）根据承载能力和正常使用的要求，采取有效措施，保证结构强度、刚度、稳定性抗浮和裂缝宽度验算的要求，满足结构耐久性和施工工艺的要求。（4）轨道交通结构永久构件在按荷载效应基本组合进行使用阶段的承载能力计算时，取γ0=1.1进行施工阶段的承载能力计算时，取γ0=1.0，在按荷载效应的偶然组合进行承载能力进行计算时，取γ0=1.0，作临时构件设计的结构，在按荷载效应基本组合进行承载能力计算时，取γ0=0.9。（5）地下结构按抗震设防烈度6度进行抗震设计，按7度采用抗震构造措施，结构抗震等级为三级，以提高结构和接头处的整体抗震能力。（6）结构设计应按最不利情况进行抗浮稳定验算。在不考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.05，当计及侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15。当结构抗浮不能满足要求时，应采取相应的工程措施。（7）地下结构中迎土面混凝土构件的环境类别为Ⅰ-C类，结构内部混凝土构件的环境类别为Ⅰ-B类，非预应力构件裂缝宽度不得大于0.2mm，Ⅰ-B类环境，非预应力构件裂缝宽度不得大于0.3mm。（8）初期支护的结构设计，应根据围岩级别，埋置深度，隧道宽度和开挖方法及步序等，合理选定喷混凝土、锚杆、钢筋网和格栅拱架等支护构件及其参数。初期支护设计的参数，一般通过工程类比、理论计算并参照有关的标准设计或图集初步确定。在施工过程中，应结合监控量测数据，对设计进行修正或确认，以获得更经济合理的最终设计。（9）二次衬砌的形式及设计参数确定时，除应考虑围岩类别，埋置深度、地下水头等因素外，还应充分考虑初期支护的受力条件、二衬施作时间等因素。（10）隧道施工引起的地面沉降和隆起均应控制在环境允许的范围以内。采用明挖法施工时，地面沉降量宜一般控制在30mm以内，隆起量控制在10mm以内。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)（11）地下结构须有战时防护功能并做好平战转换功能；在规定的设防部位，结构设计按6级人防的抗力标准进行验算，并设置相应的防护措施；轨道交通隧道与既有通道联通时，应保证设防标准不降低。防化等级为丁级。2.3主要设计规范(1)《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）(2)《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）(3)《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）(4)《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（5）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）（6）《重庆市地基基础设计规范》（DBJ50-047-2006）（7）《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）（8）《铁路工程喷锚构筑技术规范》（GB50086-2001）（9）《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）（10）《人民防空工程设计规范》（GB50225-2005）（11）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（12）《锚杆喷射混凝土支护规范》（GB50086-2001）（13）《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）（14）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）（15）《地下防水工程质量验收规范》（GB50208-2002）（16）《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2003）（17）《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18-2003）（18）《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（CJJ49-92）（19）《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）（20）《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22:2005）2.4隧道的线形设计曹家湾隧道位于北碚区蔡家岗镇灯塔村南侧约0.8km处，中环路从其北侧约0.4km处通过，隧道呈南北向设置于规划纵二路及其支路的汇交处，东北、西北、西南均为规划的居民用地，东南侧为商业用地。曹家湾隧道总长为247m，隧道起点里程：YDK41+479.967,终点里程YDK41+726.967,有效隧道中心里程为YDK41+600.917,有效中心里程处轨面高程340.844m。隧道主体隧道走向23°，与地质构造线小角度斜交。沿线地面高程-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)350~355m。隧道拱顶呈圆弧形，高约7.2m，埋深12.4~18.8m，顶板岩层厚度9.3~16.3m。2.5隧道建筑限界及衬砌内轮廓设计2.5.1隧道建筑限界的确定根据《标准轨矩铁路建筑限界》（GB146.2—1983）及相关设计标准的要求，本隧道单线客运铁路隧道，隧道净空有效面积40m2，隧道内设双侧救援通道，救援通道宽1.5m，工程技术作业空间0.3m。隧道线间距与洞外相同t。图2.1隧道建筑限界2.5.2隧道衬砌内轮廓的设计根据《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）的设计要求，衬砌内轮廓、边墙的厚度以及拱顶,拱脚是事先根据净空和结构的要求,结合设计和使用的经验来确定的(如图2.2)。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)图2.2隧道衬砌内轮廓线2.6支护形式选择根据铁路使用要求、隧道围岩地质条件和施工条件，按照《铁路隧道设计规范》(TB10003—2005)）中“衬砌结构设计”规定，按新奥法原理设计，该隧道应采用复合式衬砌，即由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式。隧道形式采用圆拱直墙式，Ⅳ～Ⅴ级围岩均设置仰拱。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)第三章洞门设计3.1洞口地质条件岩石以中等风化的砂质泥岩为主。场区基岩风化层厚度一般0.201.60m左右。基岩强风化带岩体破碎，无区域性断层通过，岩层呈单斜状构造，裂隙较发育，岩质软。根据《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）附录A相关规定修正，曹家湾隧道出入口通道临水段围岩最终级别为Ⅴ级。3.2洞门的设计方案3.2.1洞门形式隧道洞口位置根据隧道进出口地形和工程地质条件，结合开挖边仰坡的稳定性及洞口排水的需要，本着"早进晚出"的原则确定。本隧道进、出口均为Ⅴ级围岩，隧道属于围岩条件一般。综合考虑，本隧道洞门采用端墙式洞门。3.2.2验算满足条件根据《铁路隧道设计规范》（TB10003—2005），采用端墙式洞门时，洞门可视作挡土墙，按容许应力检算其强度，并对绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定检算时，应符合表3.1的规定。表3.1洞门墙主要验算规定-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)墙身截面荷载效应值Sd≤结构抗力效应值Rd（按极限状态算）墙身截面偏心距e≤0.3倍截面厚度基底应力σ≤地基容许承载力基底偏心距e岩石地基≤B/4；土质地基≤B/6，B—墙底宽度滑动稳定安全系数Kc≥1.3倾覆稳定安全系数K0≥1.63.3洞门结构设计计算3.3.1一般计算参数因隧道洞门采用端墙式洞门，根据《铁路隧道设计规范》（TB10003—2005），结合隧道进出口地形和工程地质条件,开挖边仰坡的稳定性及洞口排水的需要，本着"早进晚出"的原则，因无现场试验资料采用，而本隧道进、出口均为Ⅴ级围岩，故采用表3.2中所列数值。表3.2洞门墙设计参数仰坡坡率计算摩擦角φ(°)容重γ（kN/m3）基底摩擦系数ƒ基底控制压应力(MPa)1：0.570250.600.801：0.7560240.500.601：150200.400.40~0.351：1.2543~45180.400.30~0.251：1.538~40170.35~0.400.25结合曹家湾隧道实际地质条件和环境等因素，我们对洞门的设计参数选取如下：挡土墙边坡坡度1∶0.2；仰坡坡角ε=45°，α=14.04°；地层容重γ=20kN/m3；地层计算摩擦角φ=50°；基底摩擦系数0.4；基底控制应力[σ]=0.4MPa。3.3.2洞门建筑材料的选用和相关参数隧道洞门材料的选用需要综合考虑各部分的稳定性、外观与施工工艺的要求，具体情况见表3.3。表3.3洞门材料表工程部位钢筋混凝土混凝土砌体端墙C25C20M10号水泥砂浆砌块石顶帽C25C20M10号水泥砂浆粗料石侧钩、截水沟、护坡等——C15M10号水泥砂浆砌片石-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)相关参数：容许压应力[σa]=12.5MPa，重度γt=23kN/m3。3.3.3洞门尺寸拟定隧道出口洞门形式为端墙式洞门，洞门高H为10m，墙厚B为1.5m。设置仰坡坡度为1:1，仰坡坡脚至洞门端墙顶帽背的水平距离为1.5m，具体见图3.1和图3.2。图3.1洞门正面图图3.2洞门剖面图3.4　洞门验算3.4.1洞门土压力计算根据《铁路隧道设计规范（TB10003—2005）》，采用概率极限状态设计，隧道门端墙（可视为挡土墙）最危险滑裂面与垂直面之间的夹角可按下式计算：-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)(3.1)式中：φ—围岩计算摩擦角；ε—洞门后仰坡坡角；将设计数值代入（3.1）可得：tanω=0.61故：ω=arctan0.61=31.38°。根据《铁路隧道设计规范（TB10003—2005）》，土压力为：（3.2）其中：λ、h"的表达式为（3.3）（3.4）式中：E为土压力，kN；γ为地层重度，kN/m3；λ为侧压力系数；ω为墙背土体破裂角，°；b为洞门墙计算条带宽度，m，取b=1m；ξ为土压力计算模式不确定系数，可取ξ=0.6；a为仰坡坡脚至洞门端墙顶帽的水平距离，m；墙后土压力计算简图及土压力分布示于图3.3，参数、h0表示如图所示。图3.3洞门土压力示意图把数据代入各式，得：-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)由三角函数关系可得：h0=a·tanω=1.5×1=1.5m洞门土压力E：（3.5）（3.6）式中：δ为墙背摩擦角，δ=(1/3-2/3)φ，取δ为30°。3.4.2抗倾覆验算端墙计算简图如图3.4所示，挡土墙在荷载作用下应不致绕墙底脚O点产生倾覆时应满足下式：（3.7）式中：K0为倾覆稳定系数，K0≥1.5；∑My为全部垂直力对墙趾O点的稳定力矩，kN·m；∑M0为全部水平力对墙趾O点的稳定力矩，kN·m。图3.4端墙计算简图由图3.4可知：墙身重量G：G=1.5×10×1×23=345kNEx对墙趾的力臂：Zx=H/3=10/3=3.33mEy对墙趾的力臂：Zy=B+（H×tanα）/3=1.0+10×0.2/3=2.17mG对墙趾的力臂：ZG=(B+H×tanα)/2=(1.0+10×0.2)/2=1.75m-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)将各参数代入上述各式中可得：代入（3.7）式可得：3.4.3抗滑动验算对于水平基底，按如下公式验算滑动稳定性：（3.8）式中：G为端墙自重,kN；ƒ为端墙基底摩擦系数，取ƒ=0.4；Ex为挡土墙水平分力，kN；Ey为挡土墙竖直分力，kN。将各参数代入（3.8）式可得：所以，端墙满足抗滑稳定性要求。3.4.4基底合力偏心矩验算洞门基底应力的验算，使要求洞门基础不能因为基底承载力不足而发生沉陷。洞门基底应力的计算，可假设基底应力呈直线分布。合力到洞门外侧脚的距离:（3.9）其中，代入（3.9）式可得：则竖向合力作用点与洞门墙地面中心的距离为：（3.10）洞门的基底应力为：（3.11）根据《铁路隧道设计规范》选基底控制应力[σ]=400KPa；故：，基底应力及偏心距均满足要求。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)3.4.5墙身截面偏心矩及强度验算（1）墙身偏心矩e（3.12）式中：M为计算截面以上各力对截面型心力矩的代数和；N为作用于截面以上垂直力之和。(3.13)（3.14）代入数据得：将数据代入墙身偏心矩的公式，可得：（满足要求）（2）应力（3.13），（满足要求）通过以上的验算，说明洞门的尺寸合理。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)第四章支护计算与设计4.1初期支护与计算本隧道处在Ⅳ~Ⅴ级围岩中，开挖半径为a=5.96m，现以Ⅴ级围岩取最大埋深18.8m处为例计算：初期支护采用喷混凝土、钢拱架、锚杆及钢筋网，支护参数如下：锚杆:拱部与边墙设φ22砂浆注浆锚杆，梅花型布置，环、纵向间距0.8×0.8m，L=2.0m；喷混凝土:C25喷射早强混凝土，厚100mm，全断面支护；钢筋网:拱墙布设φ8钢筋网，间距为200×200mm。喷混凝土保护层厚度不小于20mm；钢拱架:全断面设0.75m/榀，钢架的外保护层不小于40mm。采用剪切滑移破坏法计算：-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)图4.1剪切滑移破坏法示意图现假定锚杆、钢支撑、喷射混凝土所组成的联合支护，它们的总支护抗力可视为各支护抗力之和，即：P=P1+P2+P3+P4（4.1）式中：P为所提供的总支护抗力；P1为喷射混凝土提供的支护抗力；P2为钢支撑提供的支护抗力；P3为锚杆提供的支护抗力；P4为围岩本身提供的支护抗力。计算所得的P值应大于阻止剪切滑移所需的最小支护抗力值，即P>Pmin。4.1.1喷射混凝土提供的支护抗力P1值（4.2）式中：ds为喷射混凝土厚度，m；τs为喷射混凝土抗剪强度，kN·m，取τs=0.43σc（σc为喷射混凝土的抗压强度）；αs为喷射混凝土的剪切角，αs=30°；b为剪切区高度，m；ψ为剪切滑移面的平均倾角，取经验数据：ψ=（θ0-α）/2。（4.3）其中，取=60°，a见图4.3，b为剪切区高度。W为加固带厚度，取值为：-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)（4.4）其中，为形成加固带时锚杆的有效长度，m，t为锚杆的横向间距，m（见图4.1）。得：ds=10cm=0.1mτs=0.43σc=0.43×12.5=5.38MPaα取60°，则：b/2=5.96×cos60°=2.98m，b=2.98m将所有数据带入式4.2，得：4.1.2钢支撑提供的支护抗力P2值-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)图4.2混凝土支护抗力示意图计算时可换算成相应的喷射混凝土支护抗力，即（4.5）式中：Fs为每米隧道钢材的当量面积，取70cm2；τt为钢材的抗剪强度，kN·m，一般取τt=σt(σt为钢材的允许抗拉强度)，也可用τt=15τs；αt为钢材剪切角，一般采用αt=45°。得：代入式（4.3）中，得：4.1.3锚杆提供的支护抗力P3值锚杆受力破坏又有两种情况：（1）锚杆体本身的强度不足而被拉断。这种情况下锚杆提供的平均径向支护抗力P3为：（4.6）式中：F为锚杆的断面面积，m2；σ为锚杆的抗拉强度，kN·m；e、t锚杆的抗拉强度，kN·m。则：（2）锚杆粘结破坏，即砂浆锚杆与孔壁间粘结力不足而破坏。锚杆提供的平均支护抗力P３"为：（4.7）（4.8）式中：S为锚杆抗拔力，即锚杆的锚固力，kN；D为钻孔直径，在此设计中取D=0.1m；L为锚固段长度，m；τs为孔壁与注浆体之间的极限粘结强度，页岩取τs=0.40MPa；-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)则：两者取较小值，锚杆提供的平均径向支护抗力。4.1.4围岩本身提供的支护抗力P4值剪切滑移体滑动时，围岩在滑面上的抗滑力，其水平方向的分力在剪切区高度b/2上的抗滑力P4为：（4.9）式中：S"为剪切滑移体长度，其值为：（4.10）（4.11）τn、σn分别为沿滑移面的剪切应力和垂直于滑移面的正应力，他们的摩尔包络线为直线时的假定求出（如图4.3）：图4.3包络线图（4.12）（4.13）由图(4.3)可知-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)（4.14）将值代入上式，得：（4.15）式中的c、φ为围岩的物理力学指标，径向主应力σ3值随剪切滑移面上的位置而变化，难以确定，所以假定σ3等于各支护结构所提供的径向支护抗力之和，即（4.16）式中：P1"为喷射混凝土层提供的径向支护抗力，MPa；P2"为钢支撑提供的径向支护力，MPa；P3"为锚杆提供的径向支护抗力，MPa。（4.17）（4.18）（4.19）则：将σ3值代入（4.15）式得：将σ1、σ3代入（4.12）和（4.13）式得：将以上数据代入（4.9）可得：将P1、P2、P3、P4代入式（4.1）式可得：-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)4.2.5最小支护抗力值Pmin按重力平衡条件求解。塑性区的岩体，随塑性径向位移增长而形成松散区。松散区的岩体由于重力作用而形成松散压力，为保持隧道的稳定，用支护力与它平衡（如图4.4）。当处于受力极限平衡状态时，所求得的支护抗力即为Pmin。根据塑性区半径，按重力平衡条件确定Pmin图4.4开挖支护后坑道受力示意图-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)当滑移体处于受力极限平衡状态时：(4.20)而(4.21)将（4.19）式代入（4.18）式可得：(4.22)(4.23)则(4.24)设处于均质岩体中，σy=γh=20×18.8=0.376MPa（4.25）式中：γ为围岩的重度，取γ=20kN/m3；σy为初始应力，MPa；Pa为径向支护力，MPa。将数据代入（4.20）式可得：则：设计支护满足要求。表4.1各级围岩初期支护参数表围岩级别喷混凝土钢筋网（φ8）锚杆22钢架设置部位/厚度（cm）网格间距（cm）（环纵）设置部位长度（m）间距（环纵）（m）规格每榀间距（m）Ⅳ拱墙、仰拱/1025×25拱、墙2.01.0×1.0I20a工字钢1.0（全环）Ⅴ拱墙、仰拱/2020×20拱、墙3.00.8×0.8I20a工字钢0.75（全环）4.2二次衬砌4.2.1隧道深浅埋类型的确定-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)浅埋和深埋隧道的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合确定。根据坑道开挖引起的应力充分布不涉及地表的原则，在矿山法施工条件下，确定荷载等效高度值的计算公式如下：Hp=（2.0~2.5）hq（4.26）式中：Hp为浅埋隧道分界深度，m；hq为荷载等效高度，m，hq=q/γ，q由式（4.27）计算出的深埋隧道垂直均布压力，kN/m2；γ为围岩重度kN/m3。在矿山法施工的条件下，Ⅳ~Ⅴ级围岩取Hp=2.5hq；Ⅰ~Ⅲ级围岩取Hp=2.0hq。根据《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）的相关规定，深埋隧道垂直均布压力可按下式计算：q=γh（4.27）式中：q为深埋隧道垂直均布压力，kN/m2；γ为围岩重度，kN/m3；h为坍落拱高度，m，按式（4.28）计算。我国现行隧道设计规范用数理统计的方法给出计算各级围岩坍塌高度的经验公式，如下：h=0.45×2S-1×[1+i(B-5)]（4.28）式中：S为围岩级别，S=5；B为隧道宽度，初步拟定B=5.96m；i为B每增减1m时围岩压力的增减率，以B=5m的围岩垂直均布压力为准，当B＜5m时，取i=0.2，当B＞5m，取i=0.1m。代入数值到式（4.24）得：h=0.45×24×[1+0.1×(5.96-5)]=7.89m取Hp=2.5hq：Hp=2.5×7.89=19.73＞18.8m，故此隧道为浅埋隧道。4.2.2Ⅴ级围岩围岩压力计算因埋深h小，为安全计，忽略滑动面上的阻力，故作用在隧道衬砌上的垂直压力等于上覆土柱的全部重力。视为均匀分布时，垂直压力为：（4.29）式（4.29）中，λ的表达式为（4.30）式（4.30）中，β的表达式为（4.31）式中：B为坑道跨度，m；γ为围岩重度，kN/m3；h为洞顶地面高度，m；θ为顶板两侧摩擦角，°，取经验数值；λ为侧压力系数；φc为围岩计算摩擦角，°；代入数据可得：-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)隧道垂直压力为:水平压力可按式（4.32）进行计算。（4.32）式中：hi为内外侧任意点至地面的距离，m。代入数据得：隧道顶的水平压力为：e1=20×11.02×0.18=39.67kPa隧道底的水平压力为：e2=20×18.80×0.18=67.68kPa围岩压力图如图4.5所示：图4.5Ⅴ级围岩压力示意图4.2.3Ⅴ级围岩二次衬砌计算二次衬砌采用北京理正岩土技术软件计算。理正岩土隧道衬砌计算软件采用衬砌的边值问题及数值解法：将衬砌结构的计算化为非线性常微分方程组的边值问题，采用初参数数值解法，并结合水工隧洞的洞型和荷载特点，以计算水工隧洞衬砌在各主动荷载及其组合作用下的内力、位移及抗力分布。无须假定衬砌上的抗力分布，由程序经迭代计算自动得出。其计算简图如图4.6。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)图4.6Ⅴ级围岩二次衬砌计算简图根据相关内力计算，结合曹家湾隧道实际地质条件，我们对其二次衬砌设定参数如表4.2、表4.3、表4.4以及表4.5。表4.2Ⅴ级围岩二次衬砌计算基本参数表1参数名称参数值规范标准水工砼规范SL/T191-96承载能力极限状态γ01.1正常使用极限状态γ01.0设计状况系数1.00衬砌断面类型圆拱直墙形(底拱)每段计算的分段数10计算迭代次数10抗力验证要求高表4.3Ⅴ级围岩二次衬砌计算基本参数表2参数名称参数值参数名称参数值底拱半宽2.715(m)顶拱拱顶厚度0.530(m)底拱半中心角10.000(度)底拱围岩弹抗系数200.000(MN/m3)底拱厚度0.600(m)侧墙围岩弹抗系数200.000(MN/m3)侧墙高度4.350(m)顶拱围岩弹抗系数200.000(MN/m3)侧墙厚度0.600(m)衬砌的弹性模量29500.000(MPa)顶拱半中心角80.000(度)————顶拱拱脚厚度0.530(m)————-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)表4.4Ⅴ级围岩二次衬砌计算基本参数表3编号荷载名称是否计算分项系数1衬砌自重√1.002顶岩压力√1.003底岩压力√1.004侧岩压力√1.005内水压力√1.006外水压力√1.007顶部灌浆压力√1.008其余灌浆压力√1.00表4.5Ⅴ级围岩二次衬砌计算基本参数表4编号名称是否计算分项系数1对称配筋是2混凝土等级C253纵筋等级Ⅱ级(fy=310kPa,fyk=335kPa)4箍筋计算计算5箍筋等级Ⅰ级(fy=210kPa,fyk=235kPa)6箍筋间距200(mm)7配筋计算as65(mm)8配筋调整系数1.009裂缝计算计算10采用的荷载效应组合短期效应组合11最大裂缝宽度允许值0.40(mm)12单侧钢筋12D2013砼保护层厚度50(mm)表4.6Ⅴ级围岩二次衬砌计算基本参数表5参数名称参数值参数名称参数值底部山岩压力(侧)0.000(kN/m)衬砌容重24.000(kN/m3)底部山岩压力(中)0.000(kN/m)————侧向山岩压力(上）39.670(kN/m)————侧向山岩压力(下)67.680(kN/m)————顶部山岩压力(侧)172.720(kN/m)————顶部岩压力(中)172.720(kN/m)————内水压力水头6.000(m)————外水压力水头0.000(m)————外水压力折减系数(β)0.400————顶拱灌浆压力20.000(kPa)————顶拱灌浆压力作用范围角60.000(度)————其它段灌浆压力0.000(kPa)————-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)（1）内力配筋计算。根据设定相关的计算参数，底拱(从中心向左等分10段)，得出该隧道二次衬砌Ⅴ级围岩内力计算结果如表4.7所示。计算结论:经过3次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致。表4.7Ⅴ级围岩二次衬砌计算结果1轴向力N(kN)剪力Q(kN)弯矩M(kN.m)切向位移U(mm)法向位移V(mm)转角W(度)围岩抗力(kPa)单侧纵筋As(mm2)箍筋面积Av(mm2)抗剪验算-354.9470.000299.3530.0001.1010.0000.21778.5347.8满足-355.00931.944295.021-0.0251.1220.0090.21742.7347.8满足-355.21666.164281.712-0.0501.1830.0170.21632.7347.8满足-355.628104.868258.502-0.0771.2840.0250.31440.7347.8满足-356.342150.122223.881-0.1061.4200.0320.31154.2347.8满足-357.494203.765175.805-0.1381.5870.0380.31070.0347.8满足-359.246267.315111.769-0.1731.7770.0430.41070.0347.8满足-361.785341.85528.910-0.2111.9830.0450.41070.0347.8满足-365.314427.898-75.855-0.2532.1920.0440.41070.0347.8满足-370.038525.232-205.656-0.2992.3890.0400.51070.0347.8满足-376.152632.741-363.442-0.3482.5560.0320.52265.3347.8满足根据设定相关的计算参数，侧墙(从底向上等分10段)，得出该隧道二次衬砌Ⅴ级围岩侧墙的内力计算结果如表4.8所示。计算结论:经过3次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致。表4.8Ⅴ级围岩二次衬砌计算结果2轴向力N(kN)剪力Q(kN)弯矩M(kN.m)切向位移U(mm)法向位移V(mm)转角W(度)围岩抗力(kPa)单侧纵筋As(mm2)箍筋面积Av(mm2)抗剪验算-688.446-260.564-363.442-2.5770.1010.0320.01660.9347.8满足-681.556-238.064-254.360-2.5940.2840.0170.11070.0347.8满足-674.665-202.677-158.155-2.6110.3750.0080.11070.0347.8满足-667.775-160.801-78.936-2.6270.4100.0020.11070.0347.8满足-660.884-116.112-18.637-2.6430.416-0.000.11070.0347.8满足-653.994-70.12421.916-2.6600.4140.0000.11070.0347.8满足-647.104-22.78642.190-2.6760.4200.0020.11070.0347.8满足-640.21326.89541.407-2.6910.4400.0040.11070.0347.8满足-633.32380.21518.264-2.7070.4750.0050.11070.0347.8满足-626.432138.101-29.051-2.7230.5150.0050.11070.0347.8满足-619.542200.384-102.540-2.7380.5440.0020.11070.0347.8满足根据设定相关的计算参数，顶拱(从拱脚向拱顶等分10段)，得出该隧道二次衬砌Ⅴ-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)级围岩拱顶的内力计算结果如表4.9所示。计算结论:经过3次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致。表4.9Ⅴ级围岩二次衬砌计算结果3轴向力N(kN)剪力Q(kN)弯矩M(kN.m)切向位移U(mm)法向位移V(mm)转角W(度)围岩抗力(kPa)单侧纵筋As(mm2)箍筋面积Av(mm2)抗剪验算-644.92689.757-102.540-2.7910.0600.0020.0930.0323.7满足-635.04920.672-123.733-2.788-0.339-0.0050.0930.0323.7满足-610.063-40.704-119.546-2.725-0.782-0.0120.0930.0323.7满足-573.214-83.131-95.015-2.597-1.261-0.0190.0930.0323.7满足-528.966-109.868-57.386-2.400-1.754-0.0240.0930.0323.7满足-481.509-121.520-12.378-2.134-2.238-0.0260.0930.0323.7满足-435.142-118.69334.308-1.801-2.686-0.0250.0930.0323.7满足-393.987-102.48077.276-1.408-3.068-0.0220.0930.0323.7满足-361.685-75.079111.762-0.968-3.362-0.0160.0930.0323.7满足-341.088-39.639134.041-0.493-3.546-0.0080.0930.0323.7满足-334.0150.000141.7380.000-3.6090.0000.0930.0323.7满足根据计算可得二次衬砌的配筋结果如下：衬砌内侧纵筋最大面积As=2265.3mm2，外侧纵筋最大面积As1=2265.3mm2；纵筋面积总和As=4530.6mm2。箍筋最大面积Av=347.8mm2。截面尺寸抗剪验算：满足。说明:此处纵筋即为受力筋。（2）裂缝计算。对二次衬砌的裂缝进行底拱(从中心向左等分10段)内力计算，经过3次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致，其结果如表4.10所示。表4.10Ⅴ级围岩二次衬砌计算结果3轴向力N(kN)弯矩M(kN.m)围岩抗力(kPa)实配钢筋（单侧）裂缝宽度Wmax(mm)拉筋应力(MPa)-322.679272.1390.20012φ200.19119.7-322.736268.2010.20412φ200.19117.5-322.924256.1020.21512φ200.18110.9-323.298235.0020.23312φ200.1699.4-323.948203.5280.25812φ200.1382.4-324.994159.8230.28812φ200.1059.3-326.587101.6080.32312φ200.0530.5-328.89526.2820.36112φ20-------332.103-68.9590.39812φ20-------336.398-186.9600.43412φ200.1272.6-341.957-330.4020.46512φ200.24150.0-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)对二次衬砌的裂缝进行侧墙(从底向上等分10段)内力计算，经过3次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致，其结果如表4.11所示。表4.11Ⅴ级围岩二次衬砌计算结果4轴向力N(kN)弯矩M(kN.m)围岩抗力(kPa)实配钢筋（单侧）裂缝宽度Wmax(mm)拉筋应力(MPa)-625.860-330.4020.01812φ200.20125.9-619.596-231.2360.05212φ200.1276.1-613.332-143.7770.06812φ20-------607.068-71.7600.07412φ20-------600.804-16.9420.07612φ20-------594.54019.9230.07512φ20-------588.27638.3550.07612φ20-------582.01237.6430.08012φ20-------575.74816.6030.08612φ20-------569.484-26.4100.09412φ20-------563.220-93.2180.09912φ20------对二次衬砌的裂缝进行顶拱(从拱脚向拱顶等分10段)内力计算，经过3次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致，其结果如表4.12所示。表4.12Ⅴ级围岩二次衬砌计算结果5轴向力N(kN)弯矩M(kN.m)围岩抗力(kPa)实配钢筋（单侧）裂缝宽度Wmax(mm)拉筋应力(MPa)-586.296-93.2180.01112φ20-------577.317-112.4840.00012φ20-------554.602-108.6780.00012φ20-------521.104-86.3780.00012φ20-------480.878-52.1690.00012φ20-------437.735-11.2520.00012φ20-------395.58431.1890.00012φ20-------358.17070.2510.00012φ20-------328.804101.6020.00012φ200.0636.8-310.080121.8550.00012φ200.0849.5-303.650128.8530.00012φ200.0954.1注:裂缝结果中“---”表示按规范对于e0/h0≤0.55的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。(3)在对Ⅴ级围岩的内力配筋和裂缝进行计算后，根据相关规范可得，Ⅴ级围岩二次衬砌的变形图、抗力分布图、轴力图、剪力图、弯矩图、切向位移图、法向位移图、转角位移图如图4.7~4.22所示。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)图4.7变形图（设计值）图4.8变形图（标准值）单位：（mm）单位：（mm）图4.9抗力分布图（设计值）图4.10抗力分布图（设计值）单位：kPa单位：kPa图4.11轴力图（设计值）图4.12轴力图（标准值）单位：kN单位：kN-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)图4.13单位：kN图4.14单位：kN图4.15弯矩图（设计值）图4.16弯矩图（标准值）单位：kN·m单位：kN·m图4.17切向位移图（设计值）图4.18切向位移图（标准值）单位：mm单位：mm-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)图4.19法向位移图（设计值）图4.20法向位移图（标准值）单位：mm单位：mm图4.21转角位移图（设计值）图4.22转角位移图（标准值）单位：度单位：度（4）Ⅴ级围岩配筋。根据理正软件计算结果，衬砌内侧纵筋最大面积As=2265.3mm2，外侧纵筋最大面积As1=2265.3mm2，箍筋最大面积Av=347.8mm2。由《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）可知，全部纵向受力配筋的最小配筋率为0.6%,有上述理正软件所得钢筋面积，故应该按最小配筋率配筋。Ⅴ级围岩二次衬砌内侧钢筋取Φ22@150mm，内侧钢筋取Φ22@150mm，纵向架立钢筋取φ22@250mm，Ⅴ级围岩二次衬砌箍筋取φ14@250×300mm（环向×纵向）。4.2.4Ⅳ级围岩围岩压力计算因埋深h小，为安全计，忽略滑动面上的阻力，故作用在隧道衬砌上的垂直压力等于上覆土柱的全部重力。视为均匀分布时，垂直压力为：将数据分别代入（4.25）、（4.26）、（4.27）可得：-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)隧道垂直压力为:水平压力可按式（4.28）进行计算。代入数据得：隧道顶的水平压力为：e3=23×11.02×0.01=2.53kPa隧道底的水平压力为：e4=23×18.80×0.01=4.32kPa围岩压力图如图4.23所示：图4.23Ⅳ级围岩压力示意图4.2.5Ⅳ级围岩二次衬砌计算二次衬砌采用北京理正岩土技术软件计算。理正岩土隧道衬砌计算软件采用衬砌的边值问题及数值解法：将衬砌结构的计算化为非线性常微分方程组的边值问题，采用初参数数值解法，并结合水工隧洞的洞型和荷载特点，以计算水工隧洞衬砌在各主动荷载及其组合作用下的内力、位移及抗力分布。无须假定衬砌上的抗力分布，由程序经迭代计算自动得出。其计算简图如图4.24。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)图4.24Ⅳ级围岩二次衬砌计算简图根据相关内力计算，结合曹家湾隧道实际地质条件，我们对其二次衬砌设定参数如表4.13、表4.14、表4.15、表4.16以及表4.17，其衬砌荷载参数如表4.13所示。表4.13Ⅳ级围岩二次衬砌计算基本参数表1参数名称参数值规范标准水工砼规范SL/T191-96承载能力极限状态γ01.1正常使用极限状态γ01.0设计状况系数1.00衬砌断面类型圆拱直墙形(底拱)每段计算的分段数10计算迭代次数10抗力验证要求高表4.14Ⅳ级围岩二次衬砌计算基本参数表2参数名称参数值参数名称参数值底拱半宽2.715(m)顶拱拱顶厚度0.530(m)底拱半中心角10.000(度)底拱围岩弹抗系数200.000(MN/m3)底拱厚度0.600(m)侧墙围岩弹抗系数200.000(MN/m3)侧墙高度4.350(m)顶拱围岩弹抗系数200.000(MN/m3)侧墙厚度0.600(m)衬砌的弹性模量29500.000(MPa)顶拱半中心角80.000(度)————顶拱拱脚厚度0.530(m)————-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)表4.15Ⅴ级围岩二次衬砌计算基本参数表3编号荷载名称是否计算分项系数1衬砌自重√1.002顶岩压力√1.003底岩压力√1.004侧岩压力√1.005内水压力√1.006外水压力√1.007顶部灌浆压力√1.008其余灌浆压力√1.00表4.16Ⅴ级围岩二次衬砌计算基本参数表4编号名称是否计算分项系数1对称配筋是2混凝土等级C253纵筋等级Ⅱ级(fy=310kPa,fyk=335kPa)4箍筋计算计算5箍筋等级Ⅰ级(fy=210kPa,fyk=235kPa)6箍筋间距200(mm)7配筋计算as65(mm)8配筋调整系数1.009裂缝计算计算10采用的荷载效应组合短期效应组合11最大裂缝宽度允许值0.40(mm)12单侧钢筋12φ2013砼保护层厚度50(mm)表4.17Ⅴ级围岩二次衬砌计算基本参数表5参数名称参数值参数名称参数值底部山岩压力(侧)0.000(kN/m)衬砌容重24.000(kN/m3)底部山岩压力(中)0.000(kN/m)————侧向山岩压力(上）39.670(kN/m)————侧向山岩压力(下)67.680(kN/m)————顶部山岩压力(侧)172.720(kN/m)————顶部岩压力(中)172.720(kN/m)————内水压力水头6.000(m)————外水压力水头0.000(m)————外水压力折减系数(β)0.400————顶拱灌浆压力20.000(kPa)————顶拱灌浆压力作用范围角60.000(度)————其它段灌浆压力0.000(kPa)————-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)（1）内力配筋计算根据设定相关的计算参数，底拱(从中心向左等分10段)，得出该隧道二次衬砌Ⅴ级围岩内力计算结果如表4.18所示。计算结论:经过3次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致。表4.18Ⅳ级围岩二次衬砌计算结果1轴向力N(kN)剪力Q(kN)弯矩M(kN.m)切向位移U(mm)法向位移V(mm)转角W(度)围岩抗力(kPa)单侧纵筋As(mm2)箍筋面积Av(mm2)抗剪验算-381.1870.000423.9060.0001.2750.0000.32753.5347.8满足-381.49541.116418.333-0.0281.3040.0120.32707.1347.8满足-382.44585.434401.174-0.0581.3910.0250.32563.9347.8满足-384.122136.066371.130-0.0891.5350.0360.32313.2347.8满足-386.661195.941326.072-0.1231.7290.0460.31937.2347.8满足-390.248267.693263.109-0.1621.9680.0550.41411.7347.8满足-395.110353.538178.688-0.2042.2430.0620.41070.0347.8满足-401.508455.11668.724-0.2522.5420.0650.51070.0347.8满足-409.728573.317-71.218-0.3052.8500.0650.61070.0347.8满足-420.061708.061-245.686-0.3643.1460.0610.61210.5347.8满足-432.786858.058-459.051-0.4283.4060.0500.72943.1347.8满足根据设定相关的计算参数，侧墙(从底向上等分10段)，得出该隧道二次衬砌Ⅴ级围岩侧墙的内力计算结果如表4.19所示。计算结论:经过3次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致。表4.19Ⅳ级围岩二次衬砌计算结果2轴向力N(kN)剪力Q(kN)弯矩M(kN.m)切向位移U(mm)法向位移V(mm)转角W(度)围岩抗力(kPa)单侧纵筋As(mm2)箍筋面积Av(mm2)抗剪验算-920.175-277.210-459.051-3.4290.1700.0500.01999.8347.8满足-913.284-272.513-338.430-3.4510.4780.0320.11070.0347.8满足-906.394-244.532-225.297-3.4740.6660.0190.11070.0347.8满足-899.503-202.008-127.754-3.4960.7720.0100.21070.0347.8满足-892.613-150.419-50.828-3.5180.8330.0060.21070.0347.8满足-885.723-92.5322.226-3.5400.8740.0050.21070.0347.8满足-878.832-29.10328.891-3.5610.9160.0060.21070.0347.8满足-871.94240.35026.682-3.5830.9670.0070.21070.0347.8满足-865.051116.690-7.213-3.6041.0260.0080.21070.0347.8满足-858.161200.218-75.894-3.6251.0820.0060.21070.0347.8满足-851.271289.647-182.284-3.6461.1100.0000.21070.0347.8满足根据设定相关的计算参数，顶拱(从拱脚向拱顶等分10段)，得出该隧道二次衬砌Ⅴ-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)级围岩拱顶的内力计算结果如表4.20所示。计算结论:经过3次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致。表4.20Ⅳ级围岩二次衬砌计算结果3轴向力N(kN)剪力Q(kN)弯矩M(kN.m)切向位移U(mm)法向位移V(mm)转角W(度)围岩抗力(kPa)单侧纵筋As(mm2)箍筋面积Av(mm2)抗剪验算-888.634137.425-182.284-3.7840.4600.0000.1930.0323.7满足-871.22633.371-215.922-3.831-0.110-0.0120.0930.0323.7满足-827.288-71.101-208.070-3.792-0.767-0.0250.0930.0323.7满足-761.985-147.296-165.005-3.654-1.495-0.0360.0930.0323.7满足-682.966-196.552-97.960-3.410-2.263-0.0440.0930.0323.7满足-597.946-218.532-17.202-3.056-3.027-0.0480.0930.0323.7满足-514.805-213.91666.859-2.596-3.742-0.0460.0930.0323.7满足-441.028-184.852144.335-2.041-4.359-0.0400.0930.0323.7满足-383.161-135.460206.551-1.407-4.834-0.0290.01257.3323.7满足-346.288-71.521246.748-0.718-5.134-0.0150.01717.6323.7满足-333.6290.000260.6360.000-5.2370.0000.01876.5323.7满足根据计算可得二次衬砌的配筋结果如下：衬砌内侧纵筋最大面积As=2943.1mm2，外侧纵筋最大面积As1=2943.1mm2；纵筋面积总和As=5886.3mm2。箍筋最大面积Av=652.7mm2。截面尺寸抗剪验算：满足。说明:此处纵筋即为受力筋。（2）裂缝计算对二次衬砌的裂缝进行底拱(从中心向左等分10段)内力计算，经过3次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致，其结果如表4.21所示。表4.21Ⅳ级围岩二次衬砌计算结果4轴向力N(kN)弯矩M(kN.m)围岩抗力(kPa)实配钢筋（单侧）裂缝宽度Wmax(mm)拉筋应力(MPa)-346.534385.3690.23212φ200.29180.0-346.813380.3020.23712φ200.29177.2-347.677364.7040.25312φ200.27168.4-349.202337.3910.27912φ200.25153.1-351.510296.4290.31412φ200.21130.4-354.770239.1900.35812φ200.1698.9-359.191162.4440.40812φ200.0958.2-365.00862.4760.46212φ20-------372.480-64.7430.51812φ20-------381.873-223.3510.57212φ200.1488.3-393.441-417.3190.61912φ200.31193.2-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)对二次衬砌的裂缝进行侧墙(从底向上等分10段)内力计算，计算结论:经过3次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致，其结果如表4.22所示。表4.22Ⅳ级围岩二次衬砌计算结果5轴向力N(kN)弯矩M(kN.m)围岩抗力(kPa)实配钢筋（单侧）裂缝宽度Wmax(mm)拉筋应力(MPa)-836.522-417.3190.03112φ200.25155.6-830.258-307.6640.08712φ200.16100.9-823.994-204.8150.12112φ20-------817.730-116.1400.14012φ20-------811.466-46.2070.15112φ20-------805.2022.0230.15912φ20-------798.93826.2650.16612φ20-------792.67424.2560.17612φ20-------786.410-6.5570.18712φ20-------780.146-68.9940.19712φ20-------773.882-165.7130.20212φ20------对二次衬砌的裂缝进行顶拱(从拱脚向拱顶等分10段)内力计算，计算结论:经过3次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致，其结果如表4.23所示。表4.23Ⅳ级围岩二次衬砌计算结果6轴向力N(kN)弯矩M(kN.m)围岩抗力(kPa)实配钢筋（单侧）裂缝宽度Wmax(mm)拉筋应力(MPa)-807.850-165.7130.08412φ20-------792.023-196.2930.00012φ20-------752.080-189.1550.00012φ20-------692.713-150.0040.00012φ20-------620.878-89.0550.00012φ20-------543.587-15.6380.00012φ20-------468.00460.7810.00012φ20-------400.935131.2140.00012φ200.0848.9-348.329187.7740.00012φ200.1486.2-314.807224.3160.00012φ200.18111.9-303.299236.9420.00012φ200.20120.9注:裂缝结果中“---”表示按规范对于e0/h0≤0.55的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。（3）在对Ⅳ级围岩的内力配筋和裂缝进行计算后，根据相关规范可得，Ⅳ-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)级围岩二次衬砌的变形图、抗力分布图、轴力图、剪力图、弯矩图、切向位移图、法向位移图、转角位移图如图4.25~4.40所示。图4.25变形图（设计值）图4.26变形图（标准值）单位：mm单位：mm图4.27抗力分布图（设计值）图4.28抗力分布图（标准值）单位：kPa单位：kPa-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)图4.29轴力图（设计值）图4.30轴力图（标准值）单位：kN单位：kN图4.31弯矩图（设计值）图4.32弯矩图（标准值）单位：kN·m单位：kN·m图4.33单位：kN图4.34单位：kN-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)图4.35切向位移图（设计值）图4.36切向位移图（标准值）单位：mm单位：mm图4.37法向位移图（设计值）图4.38法向位移图（标准值）单位：mm单位：mm图4.39转角位移图（设计值）图4.40转角位移图（标准值）单位：度单位：度-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)（4）Ⅳ级围岩配筋。根据理正软件计算结果，衬砌内侧纵筋最大面积As=2943.1mm2，外侧纵筋最大面积As1=2943.1mm2；箍筋最大面积Av=652.7mm2。由《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）可知，全部纵向受力配筋的最小配筋率为0.6%,有上述理正软件所得钢筋面积，故应该按最小配筋率配筋。Ⅳ级围岩二次衬砌内侧钢筋取Φ25@150mm，内侧钢筋取Φ25@150mm，纵向架立钢筋取φ22@200mm，Ⅳ级围岩二次衬砌箍筋取φ12@200×150mm（环向×纵向）。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)第五章钻孔爆破开挖5.1爆破方法选择根据我们所学教材《爆破工程》，钻孔爆破开挖按照爆破技术可分为定向爆破、预裂爆破、光面爆破、微差爆破以及其他特殊条件下的爆破技术。而结合曹家湾隧道实际地质因素和环境条件，考虑我们隧道爆破的最终目的是为了对隧道进行爆破后获得完整的岩面，以保护围岩不受破坏。所以现主要考虑预裂爆破和光面爆破作为我们的主要爆破方法。5.1.1预裂爆破的优缺点预裂爆破是要在完整的岩体进行爆破开挖之前，施行预先的爆破，使沿着开挖部分和不需要开挖的保留部分的分界线开一道裂缝，用于隔断爆破作用对保留岩体的破坏，并在预裂爆破后形成新的平整岩面。优点：由于采用小药卷不耦合装药，在该孔连线方向形成平整的预裂缝，裂缝宽度可达1~2cm。然后再起爆主爆炮孔组，就可降低主爆炮孔组的爆破地震效应，提高保留区岩石壁面的稳定性。使保留区岩石沿预定的轮廓线留下的光滑平整的岩壁，减少超、欠挖。缺点：爆破的经济效果要差些，成本不划算。5.1.2光面爆破的优缺点光面爆破则是在主爆体爆破之后，利用密集钻孔和减弱装药进行的爆破，以求得到平整的坡面或者轮廓面。优点：是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，确保施工安全，同时，又能减少超、欠挖。光面爆破有效地保护了开挖面岩体的稳定性。由于光面爆破掘进的巷道通风阻力小，可减少岩爆发生的危害。采用该法爆破围岩稳定性爆破扰动而下降的程度较低，从而提高爆破的质量。在壁面平整效果相同的条件下，光面爆破单位坡面面积上的爆破成本低于预裂爆破，而且还破碎光爆层岩体。缺点：炮眼数较一般爆破法要多一些，钻眼的准确性要求较高，钻爆作业的单项工序时间要多一些。需要一些特殊器材，如专用炸药、毫秒雷管、导爆索（传爆线）。5.1.3爆破方法的选择钻眼爆破开挖应达到以下要求：断面形状和尺寸符合设计要求；掘进速度快，钻孔工作量小，炸药消耗量最省；有较好的爆破效果，超欠挖量符合设计要求，对围岩的损伤破坏小。为了做到既降低爆破对围岩的损伤，又能实现较大的进尺，综合分析以上两种爆破方法，在隧道开挖爆破中采用光面爆破技术。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)5.2光面爆破施工5.2.1光面爆破技术要求（1）结合具体围岩条件，选定合理的周边眼间距和最小抵抗线，提高钻眼质量。（2）严格控制周边眼的装药量，尽可能将药量沿眼长均匀分布。（3）为满足装药结构要求，可借助导爆索（传爆线）来实现空气间隔装药。并且周边眼宜使用直径较小的药卷、低爆速和低猛度的炸药。（4）采用毫秒微差有序起爆。安排好开挖程序，使光面爆破具有较好的临空面。（5）边孔直径≦50mm。5.2.2爆破材料的选取我们选用2号岩石乳化炸药用为本隧道的爆破炸药，选用非电雷管和塑料导爆管做为引爆和传爆的材料。2号岩石乳化炸药是一种抗水工业炸药，适用于无矿尘爆危险的各种岩石爆破工程，它不含任何单位炸药和有毒物质，爆速值高，且在有效期内指标变化幅度远较同类产品小，具有良好的爆炸性能。塑料导爆管的起爆和传爆性能稳定，运输和使用过程中抗破坏能力强，安全简单，价格便宜、使用方便等，由于它不能起爆炸药与非电雷管配合使用。5.2.3爆破参数的确定1．炮眼深度的确定合理的炮眼深度，对提高掘进速度和炮眼利用率都有较大影响，根据相应资料炮眼深度可由下式确定。L=l/η(7.1)式中：l为每掘进循环的计划进尺数m；η为炮眼利用率，这里取90%。目前较多采用的炮眼深度为1.2～3.0m。所以选取炮眼深度为L=1.67m，每掘进循环的计划进尺数l=0.9×1.67=1.5m。2．确定单位炸药消耗量爆破一立方米原岩所需得炸药量，称为单位耗药量，通常以q（kg/m3）表示。在实际施工中，选定q值可以根据经验公式来确定。根据相应资料，结合曹家湾隧道实际地质条件，首先我们确定单位炸药消耗量，参考书中提供的常用经验公式，如下：(7.2)式中：k为常数，对于平巷可取0.25~0.35；Sx为断面影响系数，Sx=S/5(S为井巷掘进断面，m2)；dx为药卷直径影响系数，dx=d/32(d为药卷直径，cm)；px为炸药爆力影-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)响系数，px=320/p(p为炸药爆力，ml)。取k=0.3，ƒ=0.6，d=32mm，e=320ml，S=40m2。kg/m3确定了单位炸药消耗量后，根据每一掘进循环爆破的岩体体积，按下式计算出每循环所使用的总药量。Q=qV=qSLη（7.3）式中：V为每循环爆破岩石体积，m3；其它符号意义如上。代入相应数据得：Q=qSLη=0.32×1.67×40×0.90=19.23kg3．炮眼直径的确定炮眼直径的大小直接影响凿岩生产率、炮眼数目、炸药量、药分布的均匀度、爆下的岩石块度和隧道壁的平整度均有影响。我国通常将隧道爆破用的炸药制成药卷使用，通常所用的爆破标准药卷规格为φ32mm，装药尽重为150g，长度为200mm。另有φ22mm、φ25mm、φ35mm、φ42mm等，在工程中常用不耦合系数值λ来控制药卷直径，不耦合系数λ=D/φ。λ值控制在1.1~1.4之间，实际爆破设计时，对掏槽眼及辅助眼应采用较小的λ值，以提高炸药的爆破效率。对周边眼则采用较大的λ值,以减小对围岩的破坏。所以取φ为32mm，D为35.2~44.8mm，取D=40mm。4．炮眼数目的确定炮眼数目的确定主要根据实际隧道断面实际情况来布置相应的类型的炮眼。主要先布置掏槽眼；再布置完周边眼，最后根据需要布置一定数量的崩落眼。而根据以往工程使用光面爆破方法的炮眼布置经验，掏槽眼（4个），间距0.6米；周边眼间距0.3米，崩落眼间距0.6米。所以炮眼布置图如图5.1。图5.1Ⅳ围岩炮眼布置图-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)将图5.1中的炮眼分类列出来得出围岩爆破参数表5.1：表5.1围岩爆破参数表爆破部位序号炮眼分类炮眼数个炮眼深度cm炮眼装药量每孔药卷数卷/孔每孔装药量Kg/孔合计药量Kg上台阶1掏槽眼42206.81.035.1242206.81.035.1242206.81.035.122崩落眼302005.50.7823.43周边眼242005.70.85822.3下台阶4掏槽眼42206.81.035.125崩落眼362005.50.7827.36周边眼282005.70.85823.1665.2.4施工准备（1）基本工具使用前检查。检查风钻机身，螺栓、卡套、弹簧和支架是否牢固、漏风，钻杆有无不直，损伤以及纤孔堵塞现象，供水是否正常。雷管开箱前，首先要检查批号、数量、段号，脚线长工是否与来料通知单相符，然后用工具轻轻开箱，细心取出雷管，不得使导爆管受损伤。暂不使用的雷管仍放入原箱中封存。（2）雷管、导爆管的组装。方法为：将起爆雷管的一端开口，然后将导火索轻塞入雷管开口一端；将导爆管集结成束后再与起爆雷管一起用塑料胶带捆绑在一起。（3）雷管、导爆管的网络连结。要求连结整齐，便于直观检查网络，孔外连结网络应尽量短，但不允许拉细、打结，以保证最少的延期时间。带雷管的导爆管最短长度不得少于1.5m。引爆雷管应包扎在离导爆管自由端不少于10cm处。连接应尽可能靠近眼孔，但对孔口起爆的周边孔，连结应尽量远离一点，以保证有稳定的冲击波。网络连结好后，要有专人负责认真检查是否正确，每个眼孔的起爆药卷是否都连好，各簇联引爆雷管脚线是否都连到起爆点，每个簇联内部是否都有引燃雷管。5.2.5爆破后的安全检查及处理（1）爆破后必须经过15分钟以上的通风排烟后，恢复充足的照明，在围岩四壁及碴堆上洒水，检查人员才能进入工作面检查。检查内容有：有无瞎炮及可疑现象；有无残余炸药及雷管；顶部及两帮有无松动石块；附近支护有无损坏和变形。（2）瞎炮必须由原爆破人员进行处理，查明原因，按照《铁路工程爆破安全规则》有关规定进行处理。（3）放炮后必须有专职人员进行找顶撬帮工作。在恢复照明后进行，放炮后第一次找顶应有监护人。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)5.3安全防护措施及方法（1）每次施爆前都要对爆点的地质、地形、岩性、节理裂隙、软弱夹层等情况做好堪查记录并进行评判及预估，为适当调整爆破参数提供依据。（2）爆破时尽量让建筑物、设备、人员处于良好的隐蔽状态，防止飞石造成危害。还可利用加密钻孔、减少单孔装药量、减少一次爆破装药量等措施来确保安全。（3）应采用堵塞装填技术，防止飞石及冲炮。（4）填塞长度及质量严格按照技术交底进行施工，保证堵塞质量。（5）在爆区进行装药联线时，应将设备及人员撤出爆点50米以外。装药联线人员严禁烟火，闲杂人员禁止随意出入。（6）装药堵塞施工人员，必须是执证上岗的爆破员。（7）爆破器材的申购、运输、存放、领取、使用等均应严格执行《民用爆炸物品管理条例》和《爆破安全规程》相关规定。（8）做好安全警戒工作。工地内的施工人员及管理人员应遵守有关规定，服从指挥，积极配合，密切联系，认真做好安全警戒清场工作，清场完毕，必须再次确认警戒范围内无人员、设备时，方准下达起爆命令。（9）爆破现场设一名专职安全监察员，并挂牌上岗，对爆破作业安全实施全过程督查并统一协调爆破现场的警戒工作。（10）针对爆破施工中可能出现的少量炮孔瞎炮、盲炮或其它险情，应由爆破员按《爆破安全规程》的有关规定处理。（11）对所有参与施工的爆破员及工人，爆破“四员”进行不间断安全意识灌输，减少麻痹思想，确保安全。（12）建立健全质量保证体系，配备专职质检人员和兼职质检员。对工作质量严格考核，实施质量否决权。（13）建立完善的技术质量管理制度。施工中执行自检、互检制度。（14）严格执行测量验收制度，及时整理测量成果，纠正误差，确保精度。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)第六章隧道防排水及附属设施设计6.1隧道防排水隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，达到排水通畅、防水可靠、经济合理、施工方便的目的。隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞内外应形成一个完整通畅的防排水系统。同时，当采取防排水工程措施时，应注意保护自然环境。当隧道内渗漏水引起地表水减少，影响居民生产、生活用水时，应对围岩采取堵水措施，减少地下水的渗漏。6.1.1防水措施本隧道遵循“多道防水原则”设置了三道防水线。具体布置如下：（1）施工开挖后形成的或遇到的涌水裂隙进行注浆封闭，之后进行初期支护。（2）初期支护与二次模筑衬砌之间设置封闭的防水层。防水层采用耐老化、耐细菌腐蚀、易操作且焊接时无毒气的高分子柔性防水卷材。防水板厚度为2.0mm，接缝搭接长度不得小于100mm。初期支护表面的各种突出物和二次衬砌中预埋的各种构件不能凿穿防水层，必须采用“无钉铺挂”工艺。（3）二次模筑防水混凝土衬砌（抗渗等级不小于S8），并对变形缝及施工缝等做专门防水处理。纵向施工缝:纵向施工缝处混凝土接触面涂以混凝土界面剂,并加设中埋式止水带。缝处理:变形缝处设置中埋式遇水膨胀橡胶止水带和背贴式止水带。拱墙变形缝处衬砌内缘设置钢板接水盒、内缘3cm范围内以聚硫密封胶封堵，其余空隙采用填缝料填塞密实。环向施工缝:拱墙环向施工缝处设置中埋式止水带及排水管和背贴式止水带,排水管采用孔径φ50盲管材料；仰拱环向施工缝设置中埋式止水带和背贴式止水带。仰拱变形缝空隙采用填缝料填塞密实。6.1.2排水措施（1）洞内管沟与洞外的天沟、排水沟、截水沟形成完整的隧道排水系统；（2）衬砌防水板背后环向设置φ50mm透水管盲沟，平均8m设置一环；在隧道两侧边墙墙脚外侧泄水孔标高处分段设置φ80mm盲沟，环向盲沟与纵向盲沟均直接与隧道侧沟连通，纵向盲沟中部设置φ50PVC泄水孔连通侧沟。当地下水发育时，应加密布置透水管。（3）隧底应设横向导水管，以连接中心水沟(管)与衬砌墙背排水盲管。横向导水管的直径为100mm，横向坡度为2%，其纵向间距按50m设置；（4）电缆沟底部设横坡及纵向集水沟，将可能流入电缆沟的水通过纵向集水沟引出洞外。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)6.2隧道耐久性的措施（1）隧道有关混凝土原料选择、配合比、施工要求及有关构造要求按《铁路混凝土结构耐久性设计设计暂行规定》及《铁路混凝土与砌体工程施工规范》（TB10210-2001）办理。（2）施工中爆破施工应采用光面爆破，严格控制超欠挖，积极保护围岩，提高围岩自身长期承载能力。加强施工管理是确保材料质量及隧道施工质量的有效措施，是影响隧道结构耐久性的关键，施工中对建材的选用、储藏、规范施工等施工管理均应有利于结构耐久性。（3）运营期间应定期对隧道结构及材料的使用状态、环境条件的变化进行检测及监测，并对监测和检测结果进行综合评估，判别隧道结构是否需要维修以及维修的时机与内容。6.3隧道内槽、腔、洞室设置（1）设置存放维修工具和其它业务部门需要的综合洞室,双侧错开设置。综合洞室内底部设置余长电缆腔；综合洞室内预留通信及电力等相关专业设备安装空间，如无线列调中继器、中继站、变压器等，并根据相关专业要求就近设置。（2）隧道内设置双侧电缆槽，且电缆槽结构外缘距同侧轨道中线的距离2.2m。（3）隧道内电力电缆沟尺寸：宽300mm、深300mm，槽道内用粗砂填实。（4）通信、信号电缆沟尺寸为：宽350mm，深300mm，槽道中间以φ16插筋分隔，槽内用粗砂填实。6.4隧道照明、疏散指示及接触网等隧道设置固定照明和应急照明设备，专用洞室处设置固定照明。全段隧道内两侧设贯通的救援通道，救援通道每隔200m应设图象文字标记，指示两个方向分别到下一个洞口的整百米数，并配备灯光显示方向，有关照明、疏散指示、接触网等设备的预留件或孔洞设置要求详见相关专业文件。6.5消防及救援隧道消防原则为“以防为主、防消结合”，主动引导旅客疏散。全段隧道内两侧均设贯通的救援通道，救援通道设图象文字标记，指示两个方向分别到下一个洞口的整百米数，并配备灯光显示方向。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)第七章施工组织设计7.1主要工程项目施工方案、施工方法曹家湾隧道位于北碚区蔡家岗镇灯塔村南侧约0.8km处，东北、西北、西南均为规划的居民用地，东南侧为商业用地。隧道总长为247m，隧道起点里程：YDK41+479.967,终点里程YDK41+726.967,有效中心里程为YDK41+600.917,有效隧道中心里程处轨面高程为340.844m。隧道主体为明挖法施工。隧道进口位于陡峭山坡处，交通不便，隧道出口附近有砂石路相通，交通较为便利。7.1.1总体施工方案本隧道为控制工期的工程项目，洞门施工在不干扰洞内施工的情况下安排同步进行。本合同段隧道通过的围岩有Ⅳ、Ⅴ类围岩，根据围岩类别及地质条件状况，我们将采用大管棚、小导管预注浆超前支护，钢架支撑喷射钢纤维砼，及时施作二次衬砌，合理的监控量测技术对围岩地质情况进行超前探测。具体支护参数如表7.1。表7.1各级围岩支护参数表围岩级别项目ⅣⅤ喷混凝土设置部位/厚度（cm）拱墙、仰拱/10拱墙、仰拱/20初期支护钢筋网(φ8)网格间距（cm）（环×纵）25×2520×20设置部位拱、墙拱、墙锚杆长度（m）2.03.0间距（环×纵）（m）1.0×1.00.8×0.8钢架规格I20a工字钢I20a工字钢每榀间距（m）1（拱墙）0.75（全环）二次衬砌拱墙（cm）3035仰拱（cm）4040预留变形量（cm）3~55~8辅助措施——大管棚、小导管7.1.2施工组织计划（1）本隧道掘进采用单向掘进方式施工，前一个月进行施工准备，铺设供水管路，建高位水池、拌合站、空压机房等临时设施，高压水池设于溪流处。平整施工场地，机械设备和人员进场，开挖洞外路基土石方，暴露洞口达到正式进洞条件。正洞开挖及初期支护：Ⅳ级围岩：70m/月；Ⅴ级围岩：30m/月。根据本隧道的特点，按无轨运输要求配备施工机具设备。施工总工期为4个月。洞内劳动力安排如表7.2：-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)表7.2曹家湾隧道洞口劳动力安排说表人员及组别人数工作内容管理人员书记1负责全队政治思想工作，后勤保障工作经理1施工现场，调度室，全面管理及组织工程师1主管技术工作技术人员施工员2完成现场的施工指导资料员2配合现场工程师的工作以及负责施工资料的整编现场作业人员运输工班10出碴、卸碴、配合挖掘机或装载机装碴以及材料运输测量工班6负责开挖炮眼的布置、净空检查，围岩量测钢筋加工工班5负责锚杆、钢支撑、小导管、钢筋网等构件的加工衬砌工班15负责防水层的铺设、衬砌台车定位，砼浇筑台车整修、砼养护安全员2负责洞内外安全合计45（2）机械设备配备设备选型、配套上把握“先进、适用、合理”的原则。如表7.3.表7.3隧道主要施工机械设备配置表序号设备名称规格型号单位数量1挖掘机PC200-6台12装载机ZLC-40台13风动凿岩机YT-28台204衬砌台车自制简易台15简易架子台车自制简易台16砼输送车MR4510台27砼输送泵HBT30C台18砼湿喷机TK-961台19锚杆注浆泵MZ-1台110双液注浆泵2TG120/105台111砂浆搅拌机HJ1-352台112管棚钻机金星9000台113自卸汽车CQ3191台414砼振动棒插入式台815潜水泵200QJ20-120台116污水泵50WG台217电动空压机ZL2-10/8台118内燃空压机VY-9/7台319柴油发电机组GF90台120砼搅拌机JS500台121液压切削头E64、独臂台122砼搅拌机JS350台1-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)7.2具体施工方法7.2.1施工测量（1）控制测量。开工前，首先对设计单位交付的地面控制桩及永久性水准点进行复测，桩位复核无误后，在隧道口布设不少于3个固定式中线控制点和2个以上控制点，同时定期对控制点进行检查，保证其精度。（2）洞内测量。先将洞外控制点引入洞内，进行洞内测量，其主要内容有：施工中线测量、水准测量及断面施工测量。7.2.2洞口开挖及支护措施隧道洞口位置根据隧道进出口地形和工程地质条件，结合开挖边仰坡的稳定性及洞口排水的需要，本着"早进晚出"的原则确定。（1）洞口边、仰坡施工。先施作截、排水沟，再进行边、仰坡开挖，并按设计要求及时进行喷锚防护，以防围岩风化和雨水渗透引起坍塌或滑坡。拱部周边全部采用超前管棚以及Ф42超前小导管注入水泥浆加固地层。超前管棚应采用热轧无缝钢管制作，钢管内安装钢筋笼，钢管直径为108mm，管棚外插角为0°～3°，管棚的终端位置应达到防护对象的长度加上因开挖而造成的开挖工作面松弛范围的长度。纵向两组管棚的搭接长度应符合设计要求并应大于3m。小导管长4.5m，环向间距30cm，外插角5～7°。使隧道拱部形成拱形支护体系，增加施工安全。施工时，可根据围岩富水情况，采用水泥—水玻璃双液注浆，以减少地下水对隧道施工的影响。注浆范围为隧道拱部144°。小导管注浆工艺流程见图7.1。图7.1小导管注浆工艺流程图-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)（2）洞门及附属施工。隧道洞门在进洞施工正常后，尽早安排施工，力争在雨季前完成，以增强洞口稳定。洞门附近的排水，截水设施，应配合洞门施工及早完成，并与路基排水系统连通。（3）注意事项。端墙应在土石方开挖后及时完成，基础超挖部分应用与基础同级混凝土和基础同步浇筑；端墙及挡墙基础位于软硬不均的地基上时，除按设计要求处理外，还应在软弱地基分界处设沉降缝；端墙的泄水孔应与洞外排水系统及时连通；隧道洞门的截、排水设施应与洞门工程同步施工。7.2.3洞身开挖根据本隧道地质情况和设计特点，结合我单位隧道施工技术水平和机械配备情况，以保证工程质量和安全生产为目的，按照新奥法的施工原理进行方案制订和组织施工。洞口Ⅴ级围岩浅埋段采用台阶法；隧道主体Ⅳ级围岩段也采用台阶法（如图7.2）。图7.2台阶法施工示意图本隧道施工按照新奥法的原理，开挖采用钻孔台车和风动凿岩机钻孔实施光面爆破，轮式装载机装碴，自卸车出碴，混凝土采用集中拌合，输送车输送，砼输送泵灌注，插入式振捣器捣实，台阶法施工工艺流程见图7.3。图7.3台阶法施工工艺流程图-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)爆破完成后，进行通风除尘，恢复照明，并立即进行清危排险，然后利用简易台车或爆出来的碴堆，进行锚喷封闭，然后进行出碴作业。为提高运输效率，隧道的出碴运输采用机械化无轨运输方案，采用WA-380装载机装碴，20TVOLVO和15T铁马自卸汽车运输。7.2.4洞身支护措施本标段隧道工程围岩软弱，开挖后立即初喷3～5cm后的混凝土，待出完毕再按设计要求施作锚、网、钢架联合支护，并喷射混凝至设厚度。1．喷混凝土施工喷混凝土施工工艺的选择，优先采用湿喷工艺，某些特定条件下采用干喷工艺时。在喷混凝土施工前，检查开挖断面净空尺寸；设置控制喷混凝土厚度的标志，一般采用埋设钢筋头作标志；检查机具设备和风、水、电等管线路。对受喷岩面用高压水冲洗受喷面上的浮尘、岩屑，当岩面遇水容易潮解、泥化时，宜采用高压风吹净岩面。喷混凝土前，宜先喷一层水泥砂浆，待终凝后再喷混凝土。喷射作业应连续进行。喷射作业应分层、分段、分片，喷射顺序应自下而上，分段长度不宜大于6m。喷混凝土终凝后3h内不得进行爆破作业。复喷混凝土的一次喷射厚度：拱部为50～100mm，边墙为70～150mm。喷混凝土施工工艺流程见图7.4。图7.4喷混凝土工艺流程2．锚杆施工采用YT-28型凿岩机打锚杆孔，钻孔保持顺直，并与岩面垂直，锚杆孔位要求与设计孔位偏差不大于100mm，钻孔偏差不大于±50mm。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)砂浆锚杆砂浆配合比水泥:砂:水=1:1～1.5:0.05～0.5，具体按试验确定。注浆前用高压风清除孔内石屑，插入注浆管，当注浆管距孔底5～10cm时开始采用MZ-1型注浆机注入水泥砂浆，砂浆采用HJ1-352型砂浆搅拌机拌和，并随浆液的注入缓慢拔出注浆管，注浆压力不大于0.5Mpa。砂浆锚杆施工工艺流程见图7.5。图7.5砂浆锚杆施工工艺流程3．钢架施工本标段隧道全部采用型钢钢架支护，相关支护参数按照表7.1选定。钢架按设计要求在洞外加工成型，架立时，为增加基底承载力，可在基脚处设垫板，沿纵向将钢架用Ф22联接钢筋连接，同时将钢架与锚杆头焊接，具体施工工艺流程如图7.6。图7.6钢架施工工艺流程-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)4．钢筋网施工钢筋网材料宜采用HPB235钢，钢筋直径宜为6～8mm；网格尺寸宜采用150～300mm，搭接长度应为1～2个网格，搭接方式为焊接；钢筋应冷拉调直后使用，钢筋表面不得有裂纹、油污、颗粒或片状锈蚀。钢筋网应在初喷混凝土后安装，钢筋网应与锚杆连接牢固。钢筋网应随受喷面的起伏铺设，与受喷面保持一定距离，并与锚杆或其他固定装置连接牢固。5．二次衬砌施工本标段隧道均为复合式衬砌，衬砌全部采用整体式浇筑。为了保证衬砌质量，加快衬砌速度，隧道配备一台衬砌台车，采用HBT30C型混凝土输送泵灌注，MR4501型搅拌运输车，运输混凝土。灌注时采用泵压法，插入式振动器进行振捣。其施工工艺流程见图7.7。图7.7二次衬砌施工工艺流程图其具体施工操作要点如下：-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)（1）二次衬砌施作一般应在围岩和初期支护变形趋于稳定后进行，变形趋于稳定应符合：隧道周边变形速率明显下降并趋于缓和；或水平收敛（拱脚附近7天平均值）小于0.2mm/d、拱部下沉速度小于0.15mm/d；或施作二次衬砌前的累计位移值已达极限位移值的80％以上。（2）仰拱上的填充层或铺底调平层已施工完毕；地下水已合理引排；施工缝已按设计处理合格；基础部位的杂物及积水必须清理干净。（3）模板台车、拌合站、运输车、输送泵、捣固机械等处于可正常运转状态，设备能力可满足二次衬砌混凝土施工的需要。（4）模板台车应具有足够的动载荷刚度和强度，安全系数应大于动载荷的1.6倍以上，行走系统应具有足够的牵引力和牢固的结构。宜采用43kg/m以上的钢轨为行走轨道。（5）边墙工作窗应分层布置，层高不宜大于1.5m，每层的间距宜为2m左右，其净空不宜小于45cm×45cm，并设有相应的混凝土输送管支架或吊架；模板的横纵接缝、铰接缝、工作窗口应严密，铰接轴应灵活，能达到伸缩自如与开启的要求。（6）拱顶部位应预留不少于2个注浆孔。拱部应具有整体性，以实现顶缸的同步或单步升降。（7）侧模单侧应具有较高的整体性，各丝杠支点具有较高的承压强度。（8）整体台车应具有在坡道上衬砌时的抗溜坡性能和抗上浮性能。7.2.5施工通风本隧道计划采用爆破法开挖，将产生大量硝烟；出碴、进料大部分为内燃机械，产生大量有害气体；隧道长度较大，烟尘难以排出。因此，必须采取强有力的通风防尘措施，并采取喷雾消尘予以配合，以保障洞内空气清新，保证施工人员的身体健康，提高劳动效率，加快施工速度。施工通风采用压入式通风方案（见示意图7.8），每洞口配备二台90—1型轴流风机及∮1200mm软通风管。同时加强通风管理，防漏降阻，控制百米漏风率在1％以内，满足施工生产的环境需要。90-1型轴流风机30mφ1200mm风管图7.8隧道通风示意图隧道施工过程中，对洞内出入的车辆安装废气净化装置，降低CO、NO2的浓度及其它有害气体的排放量，同时采用混凝土湿喷技术，降低洞内空气中粉尘含量。7.2.6养护和拆模-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)（1）养护方法。本隧道衬砌养护采用高压水冲洗湿润的办法，经常要保持混凝土湿润，保养期限一般为10天。养护的洒水期限与水泥品种、空气湿度、气温等条件有关。具体见表7.4及表7.5。表7.4洒水养护期限水泥品种洒水养护期限（d）相对湿度相对湿度相对湿度要求抗渗性高或掺塑性附加剂时普通硅酸盐水泥不洒水71414火山灰质或矿碴水泥不洒水142121表7.5保养时间混凝土类别环境温度（）自坞工完成后开始保养时间（h）开始三天内三天以后半干硬性混凝土5以上每昼夜洒水不少于6~8次，视气温而定每昼夜洒水至少6次塑性混凝土15以上塑性混凝土每昼夜洒水不少于4~6次每昼夜洒水至少3次（2）拆模时间。对于不承重的侧面模板待混凝土强度达到2.5MPa以上时可拆除；对于承重模板须待混凝土达到设计强度的70%以上时方可拆除；对于受较大围岩压力的模板须待混凝土达到设计强度的100%后才能拆除。7.3隧道工程的施工顺序隧道工程根据不同的围岩类别采用不同施工方法，其施工顺序不相同。但基本上以下面几种为主。开挖采用挖掘机配合人力风镐进行或实施光面爆破、出碴采用装载机与自卸汽车无轨出碴，锚喷一次支护二次模注防水砼，其施工顺序如下：地质预报→超前支护→上台阶开挖→出碴→锚喷一次支护→下台阶开挖（分左、右侧）→下台阶锚喷支护→仰拱及充填→模注二次砼→水沟及路面工程。7.4施工注意事项（1）在隧道开挖时，应随时核对围岩级别与地下水状态，如发现与设计不符，应及时提出，以便变更设计。（2）施工前应先用水泥砂浆将隧道范围内的地质钻孔进行封闭。（3）浅埋段除加强洞内监控外，同时应加强地表监测。（4）对隧道所处的黄土地层，施工中应分层分段取土化验取得各项物理力学指标，据以核对设计资料，每个取样点取样数不得少于3组。（5）在隧道开挖时，应随时核对围岩级别与地下水状态，如发现与设计不符，应及时提出，以便修正设计。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)（6）施工中若遇地下水，应取样化验，了解有否侵蚀性，以便决定是否变更水泥品种，调整水灰比或采取其它措施，以防侵蚀。（7）隧道一般地段开挖应采用光面爆破、预裂爆破等控爆工艺，严格控制超欠挖，以达到开挖轮廓圆顺，开挖面平整。隧道爆破应减少对围岩的扰动，开挖后必须及时支护。（8）超前支护是隧道支护体系的重要组成部分，施工中应确保施作质量。（9）在铺设防水板之前，应对初期支护的渗漏水情况进行检查，并采取有效措施进行处理。（10）隧道施工应贯彻仰拱先行的原则，仰拱填充不应与仰拱混凝土同时灌注。仰拱及填充施作各段应一次成型，避免横向分段灌筑，均不得留纵向施工缝。仰拱及底板施工前应严格清底，不得留有虚碴。（11）为确保衬砌对围岩的支护效果，衬砌超挖回填应符合设计要求：墙脚以上1m范围内和拱部的超挖必须采用同级混凝土一次灌注，其它部位可用与衬砌同级的混凝土或M10水泥砂浆砌片石回填。（12）锚喷施工应按《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》和《铁路隧道施工规范》有关要求进行，以确保施工质量。（13）挡墙后空隙应及时回填，确保施工质量。（14）隧道设置变形缝处变形缝两侧应设置不少于一组沉降观测点，以便记录施工阶段及至铺轨前的沉降差异情况数据。（15）洞内进行设备安装、接触网悬挂安装时，应严格按有关专业设计要求进行施工，但施工中严禁打穿防水板（16）施工前应注意核对地形、地貌、标高及地质条件等，如发现与本设计不符时，应及时提出，以便修改设计。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)第八章工程施工监控量测8.1工程概况8.1.1工程简介曹家湾隧道位于北碚区蔡家岗镇灯塔村南侧约0.8km处，中环路从其北侧约0.4km处通过，隧道呈南北向设置于规划纵二路及其支路的汇交处，东北、西北、西南均为规划的居民用地，东南侧为商业用地。隧道总长为247m，隧道起点里程：YDK41+479.967,终点里程YDK41+726.967,有效中心里程为YDK41+600.917,有效隧道中心里程处轨面高程为340.844m。隧道主体为明挖法施工。8.1.2自然地理与地质条件曹家湾隧道原始地貌属剥蚀丘陵地貌，地形为沟槽与丘包相间分布，地势总体南高北低，地面高程345366m，相对高差21m。隧道进口位于陡峭山坡处，交通不便，隧道出口附近有砂石路相通，交通较为便利。8.2监测方案8.2.1隧道监控量测目的曹家湾隧道地质条件复杂，围岩类别包括Ⅴ级、Ⅳ级，围岩变化较大，采用新奥法进行施工。该隧道进口围岩条件较为复杂，裂隙较为发育，根据《铁路隧道施工规范》(TZ204—2008)的规定，在隧道施工中，通过对隧道围岩动态的监控量测，掌握围岩动态和支护结构的工作状态，利用量测结果调整设计支护参数，指导施工，确保隧道的安全，达到隧道施工安全、节约工程投资目的。8.2.2监测项目及测点布置根据中华人民共和国行业标准：《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204—2008)中有关监测项目的设计，本项监测内容分为必测和选测两种：（1）监测项目包含必测项目和选测项目，前者包括地质及支护状况观察描述、净空收敛、拱顶下沉、隧道地表下沉、锚杆拉拔力。后者包括围岩内部位移(洞内埋设)、围岩内部位移(地表埋设)、接触压力(围岩和初衬，初衬与二衬)、钢拱架压力(或钢格栅支撑内力)、衬砌内力、锚杆轴力(内力)、衬砌裂缝。（2）断面布置监测断面分两种：①一般性监测断面；②代表性监测主断面。一般性监测断面和代表性监测断面布设于正洞内。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)隧道监测断面的间距取规范规定的下限，即每10m布设一个断面。第一个监测断面布设在YDK41+490处，连续测试2个断面，之后每隔20m一个监测断面，出口2个测试断面设置在YDK41+580与YDK41+600。代表性监测断面，主要监测项目为中华人民共和国行业标准《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204—2008)中规定的必测和选测项目，代表性监测断面布置在隧道进出洞口段。（3）测点布置各监测项目的监测仪器和测点布置原则见表8.1所示。表8.1各监测项目的监测仪器和测点布置原则序号监测项目仪器设备测点布设原则1净空收敛坑道收敛计正洞断面布设6条2拱顶下沉高精度全站仪正洞断面布设3点。布设位置为拱顶中央及中央两侧各2m3地表下沉全站仪每条测线布设9点4围岩内部位移(洞内埋设)多点位移计正洞断面布设1条。每条各4个测点5围岩内部位移(地表埋设)多点位移计正洞断面顶部布设1条。每条各4个测点。6钢拱架压(应)力轴力计(钢应变计)、频率计每断面布设4点，中墙底布设1点。共5点7爆破振动速度振动速度传感器----监控期间，定期向监理提交监测报表，遇到特殊情况要及时汇报，通过监控结果分析，结合已有的成果，确定围岩变形阈值和合理的二次支护的时间。（4）监测进度计划安排中标即日开始着手仪器的购置、检测、标定和调试等。监测安排根据总承包要求及工程进度而定，在隧道施工前根据总包通知进场，至地下工程施工完毕后两月结束。根据《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204—2008)，各监测项目的监测频度与监测次数如表8.2所示。表8.2各监测项目的监测频度与监测次数洞内埋设项目1～15d16d～1个月1～3个月大于3个月量测次数地表埋设项目L<2B2B5B－－－－监测频度1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月32次注：L开挖面距量测断面的距离，B隧道开挖宽度。实际测量频率根据前两次测量情况而定。当观测值相对稳定时，可适当降低观测频率；当达到报警指标或观测值变化速率加快或出现危险事故征兆时，应加密观测。（5）报警指标根据中华人民共和国行业标准：《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204—2008)-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)规定，隧道周边最大允许相对位移（指实测位移值于两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比）为0.20%～0.80%（具体数值会同业主、设计、监理、施工确定）。（6）二衬施作则应在满足下列要求时进行：①各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；②已产生的各项位移已达预计总位移量的80%~90%；③周边位移速率小于0.1~0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07~0.15mm/d。监测警戒值也可由设计单位提出，经有关单位认可后执行。8.3监测方法及测点埋设（1）净空收敛。采用收敛计量测时，测点采用焊接或钻孔预埋。采用全站仪量测时，测点应采用膜片式回复反射器作为测点靶标，靶标粘附在预埋件上。量测方法包括自由设站和固定设站两种。（2）拱顶下沉。测点布设:拱顶下沉主要用于确认围岩的稳定性。在每个量测断面的拱顶中心埋设一自制的钢筋预埋件。埋设前，先用小型钻机在待测部位成孔，然后将预埋件放入，并用混凝土填塞，待混凝土凝固后即可量测。（3）地表下沉。拱顶下沉量测可采用精密水准仪和钢挂尺或全站仪进行，在隧道拱顶轴线附近通过焊接或钻孔预埋测点，测点应与隧道外监测基点进行联测。基点布设：埋设在隧道开挖纵横向各（3～5）倍洞径外的区域，埋设5个基点，以便互相校核，参照标准水准点埋设，所有基点应和附近水准点联测取得原始高程。测点布设：在测点位置挖长、宽、深均为200mm的坑，然后放入地表测点预埋件（自制），测点一般采用φ20～30mm、@200～300mm的平圆头钢筋制成。测点四周用砼填实，待砼固结后即可量测。数据简要分析：可绘制时间-位移与距离－位移图，曲线正常则说明位移随施工的进行渐趋稳定。如果出现反常，出现反弯点，说明地表下沉出现点骤增加现象，表明围岩和支护已呈不稳状况，应立即采取措施。（4）围岩内变形量测可采用多点位移计，多点位移计应钻孔埋设，通过配套的设备读数。用于监测隧道围岩的径向位移分布和松弛区域范围，获得决定锚杆长度的判断资料、隧道每一量测断面布设5组测点。（5）钢架应力量测可采用振弦式传感器、光纤光栅传感器，传感器应成对埋设在钢架的内、外侧，并应满足采用振弦式钢筋计或应变计进行型钢应力或应变量测时，应把传感器焊接在钢架翼缘内测点位置。根据相应计算公式得出轴力和弯矩值，并在隧道横断面上按一定的比例把轴力、弯矩值点画在各轴力计分布位置，将各点连接起来，即形成隧道钢拱架轴力及弯矩分布图。（6）爆破振动速度监测可采用振动速度传感器和相应的数据采集设备。传感器固定在预埋件上，通过爆破振动仪自动记录振动速度，分析振动波形和振动衰减规律。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)8.4报告和报警制度提交由仪表量测的数据记录在专用的表格上，原始记录表格存档以供需要时查用。监测日报表当日一式四份提交给业主项目部，由业主项目部及时送达监理方、施工方和设计方。所有数据均输入计算机，用专门程序进行计算处理，每周出周报，每月出月报，必要时出专门分析简报。监测人员除做好每天的监测工作外，需认真写好监测日记，内容包括天气、观察情况、监测情况、施工进展情况、仪表工作情况等。监测技术负责人参加工程现场例会，汇报最近一段时期的监测情况，分析数据变化的趋势。严格按有关各方讨论的具体报警值分两个阶段报警。当监测值超过预警值的80%时，在日报表中注明，以引起有关各方注意。当监测值达到预警值，除在日报表中注明外，专门出文通知有关各方。监测技术负责人参加出现险情时的排险应急会议，积极协同有关各方出谋划策，提出有益的建议，以采取有效措施确保基坑及周围环境的安全。在隧道施工监控量测过程中提交如下资料：1．公文。根据监测资料，对下一阶段的变形情况进行预测，当有危险时，及时向业主及施工方提交监控联系单或专门的计算分析报告并提出合理化建议；2．日报表；3．周报和月报。将每周和每月监测工作的进展、仪器埋设、监测成果图表汇总及阶段性的结论、建议汇总，并按正规报告格式提交；4．总报告。在隧道的主体工程完成以及隧道跟踪监测工作结束后一个月内提交监测分析总报告（书面及磁、光盘文件）。8.5信息反馈与预测预报在复杂多变的隧道施工条件如何进行准确的信息反馈与可靠的预测预报是本监控量测试验的主要内容之一。迄今为止，信息反馈与预测预报通过两个途径来实现。（1）力学计算法。支护系统是确保隧道施工安全与进度的关键。可以通过力学计算来调整和确定支护系统。力学计算所需的输入数据则采用反分析技术根据现场量测数据推算而的如塑性区半径、初始地应力、岩体变形模量、岩体流变参数、二次支护荷载分布。这些数据是对支护系统进行计算所需要的。（2）经验法。此法也是建立在现场量测的基础之上的；其核心是根据经验建立一些判断标准来直接根据量测结果或回归分析数据来判断围岩的稳定性和支护系统的工作状态。在施工监测过程中，数据“异常”现象的出现可以作为调整支护参数和采取相应的施工技术措施的依据。何为“异常”，这就需针对不同的工程条件（围岩地层，埋深，隧道断面，支护，施工方法等）建立一些根据量测数据对围岩稳定性和支护系统的工作条件进行判断的准则。①-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)根据围岩（或净空变化）量值或预计最终位移值与位移临界值对比来判断位移临界值的确定需根据具体工程具体确定。②根据位移速率来判断日本《新奥法设计施工技术指南草案》提出当位移速率大于20mm/day时，就需要特别支护，二次支护时间可以根据净空变化的速率达出某一给定值进行施工（即围岩变形基本稳定）。③位移－时间曲线根据现场量测的位移－时间曲线进行如下判断：d2u/dt2＜0，说明变形速率不断下降，位移趋于稳定；d2u/dt2=0，变形速率保持不变，经发出警告，及时加强支护系统；d2u/dt2＞0，则表示已进入危险状态，须立即停工，采取有效的工程措施进行加固。8.6监测工作组织设计及质量保证措施（1）监测断面的数量和各监测断面中的监测内容可以根据实际情况调整。（2）实际量测断面增加或减少时，相应增加或减少其材料和埋设成本费及其引起的管理费和税金（20%）。（3）监测人员组织针对本工程监测项目的特点，专门成立监测项目组，监测组由8人组成。其中，监测项目总经理：1人；监测项目副总经理：2人；具体埋设和监测人员：5人。（4）工程质量保证措施监测质量达到《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204—2008)的标准，并确保施工过程的安全和衬砌结构的安全。施工前应对现场进行调查，并作详细记录，必要时可拍照、摄像作为施工前档案资料。在施工前应进行初始观测，初始观测不少于二次。各种传感器在埋设安装之前都应进行重新标定。经纬仪、全站仪除精度满足要求外，应每年由国家法定计量单位进行检验、校正，并出具合格证。在安装工程中，应对仪器、传感器、材料、传输导线进行连续性检验，以保证仪器质量的稳定性。做好仪器安装过程的原始记录。监测工作应固定观测人员和仪器，采用相同的观测方法和观测路线，在基本相同的情况下施测。监测期间应定期对基准点进行联测以检验其稳定性；在整个施工期内，采取有效保护措施，确保其在整个施工期间正常使用。在测点周围设置明显标志并进行编号。注意保护测点，严防施工时损坏。及时埋设测点，测点应距开挖面2米范围内尽快埋设，并应保证爆破后24h或下一次爆破前测读初次读数。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)观测时，应按仪器使用程序和仪器生产厂家说明书的要求进行观测，根据观测设计对仪器进行基准测读和定期测读，确保与观测仪器相应的最高精度和观测资料的可靠性。每开始观测一组新读数前，应对观测仪表进行检验，以确保其良好的工作性能。观测数据应记录在专用的表格中，并随时和上次的观测数据进行对比。当出现读数异常或可疑现象时，应进行重读，并和上次的观测数据同时记录下来。当监测值达到报警指标时，及时签发报警通知。对所有的不正常影响因素都应作文字记录。观测数据应认真计算整理、仔细校核，及时提交当日报表及阶段性报告。在报表和报告中，应结合施工工况、天气情况、周围环境变化进行综合分析和判断，及时提出工程建议。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)第九章结论曹家湾隧道是一个浅埋山岭隧道，通过查阅相关资料和书籍，并参考一些工程实例，确定了设计方案并对其进行验算，完成了以下任务：（1）隧道内轮廓以及建筑限界的确定。根据《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005相关规定），确定隧道内轮廓以及建筑限界的尺寸。（2）洞门形式选定以及验算。根据相关规范和参考书籍，结合曹家安实际地质情况，选定端墙式洞门结构形式，并以钢筋混凝土为主要材料，做了相应的计算和设计。（3）洞身支护方式设计。本隧道洞身采用复合式衬砌，即由初期喷锚支护、ECB防水板以及模筑混凝土（二次衬砌）组成的复合承重结构。（4）隧道开挖、钻爆设计。根据相关规程规定，对Ⅳ级、Ⅴ级围岩进行了爆破开挖方式的设计，并最终决定采用光面爆破的方式对隧道主体断面进行爆破开挖。（5）隧道防排水设计。根据《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204-2008）相关规定，对洞门以及隧道主体结构进行隧道内外防排水系统的设计，具体设计情况见相关图纸设计。（6）隧道施工组织设计。根据《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204-2008）相关规定，对曹家湾隧道施工过程中的施工方法、施工要求以及现场管理做出了要求与规定。（7）工程施工监控量测。对隧道围岩动态的监控量测设计，利用量测结果调整设计支护参数，指导施工，确保隧道的安全，达到隧道施工安全、节约工程投资。（8）绘制图纸。绘制包括地址纵断面剖面图，隧道内轮廓图、建筑限界图、洞门结构图、断面支护设计图（初期支护与二次衬砌）、防排水系统设计图、施工工序图以及监控量测布置图。-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)参考文献[1]陈秋南主编.隧道工程[M].北京:机械工业出版社，2007:9~278.[2]铁道第二勘察设计院主编.隧道（修订版）[M].北京:中国铁道出版社，1988:47~111.[3]霍润科主编.隧道与地下工程[M].北京:中国建筑工业出版社，2011:40~50.[4]冯卫星主编.铁路隧道设计[M].四川成都:西南交通大学出版社，1998:125~132.[5]沈蒲生主编.混凝土结构设计原理第2版[M].北京:高等教育出版社，2002：32~101.[6]阳生权，阳君生主编.岩体力学[M].北京:机械工业出版社，2008：157~188.[7]高尔新.杨仁树主编.爆破工程[M].江苏徐州:中国矿业大学出版社，1997年.[8]TB10003—2005.铁路隧道设计规范[S].北京:中国铁道出版社，2005.[9]TZ204-2008.铁路隧道工程施工技术指南[S].北京:中国铁道出版社，2009.[10]GB50010-2002.混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2002.[11]GB50026-2001.锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].北京:中国计划出版社，2001.[12]GB50108-2001.地下工程防水技术规范[S].北京:中国计划出版社，2001.[13]GB50010-2010.建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2010.-71- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文)致谢时光如白驹过隙，稍纵即逝，转眼间，历经两个多月的毕业设计即将完成，我的大学生涯也将要画上句号，借此机会也对在大学四年里陪伴我一起的学校、老师以及同学们表示感谢，谢谢你们。这次毕业设计拓宽了我的知识面，增强了我对专业知识的理解，同时，也初学了AutoCAD和理正岩土软件。感谢雷勇老师自始至终耐心教导、循循善诱，从课题的选择到项目的最终完成都是如此。阳老师帮我解决了设计中遇到的许多问题，这样做起设计来也容易多了。各位同组同学对论文结构提出了宝贵的修改意见，在此一并致谢。感谢同窗好友彼此相互扶持，互相勉励切磋。正是有了老师悉心的指导和关怀，同学的热情帮助我才能顺利的完成设计，非常谢谢你们！同时感谢四年里陪伴我的同学、朋友们，有了你们我的人生才丰富，有了你们我在奋斗的路上才不孤独，有了你们我的生活多了许多的欢笑，多了许多美好的回忆，也让我的生活增添了许多色彩。还有所有给予我指导的老师和辅导员，是你们认真、严谨的工作态度感染了我，是你们孜孜不倦的教诲，让我学会做人做事。最后，谢谢他们，设计不足和不妥当之处敬请各位老师批评指正，谢谢！2013年5月31日-71-'