高铁隧道工程施工设计毕业论文

'高铁隧道工程施工设计毕业论文目录第１章绪论及隧道概况11.1工程概况11.1.1隧道工程位置11.1.2隧道建设规模11.2工程地质和水文地质特征21.2.1地层岩性21.2.2.地质构造31.2.3.土石工程分级31.2.4.地震31.2.5.土壤最大冻结深度0.5m。31.2.6.水文地质特征31.3隧道围岩分级41.4各段岩土工程条件评价及工程措施建议51.4.1隧道进口明挖段评价51.4.2隧道洞身段5第２章张夏隧道总体设计72.1设计依据及范围72.1.1设计采用的标准、规范及规程72.1.2设计范围72.2总体线位72.3隧道纵坡72.4隧道建设规模72.5轨道类型72.6主要技术标准与设计原则82.6.1主要技术标准82.6.2隧道建筑限界及衬砌内轮廓82.7主体设计原则102.8隧道洞门设计102.9主体地建工程设计112.9.1暗挖隧道段设计112.9.2明挖法暗埋段及引道段设计122.10防排水设计172.10.1隧道防排水设计方案182.10.2隧道防排水设计原则182.10.3截堵水措施182.10.4排水措施182.11监控量测182.12溶洞的处理方案及施工报警设计192.13施工阶段超前地质预测预报1989 2.14耐久性设计192.14.1耐久性设计原则202.14.2隧道结构耐久性设计20第3章隧道洞门结构设计233.1洞口位置选择233.1.1隧道进口位置选择233.1.2隧道出口位置选择233.2洞门选择233.2.1洞门拟设计233.2.2洞门建筑材料253.3洞门结构验算263.3.1洞门荷载的计算263.3.2洞门结构验算27第4章施工方案设计304.1浅埋暗挖段304.1.1浅埋暗挖段V级围岩地层304.1.2浅埋暗挖段VI级围岩地层324.1.3盖挖法施工（本隧道可以根据实际情况采取此法）344.2张夏隧道洞口的施工方法344.3通风364.4防尘364.5排水364.6超前支护与初期支护374.6.1超前小导管注浆加固地层374.6.2中空注浆锚杆施工374.6.3锚杆钢筋网374.6.4型钢钢架施工374.6.5大管棚施工工序384.6.6湿喷砼施工方法394.7隧道二次衬砌394.7.1正洞施工方法394.7.2钢筋制作安装394.7.3砼施工404.7.4衬砌背后注浆404.7.5仰拱施工404.7.6管沟施工414.8隧道防水施工414.8.1概述414.8.2防水层施工414.9内砼路面施工方法及洞内附属施工414.9.1水泥砼路面整平层施工414.9.2水泥砼路面面层施工424.9.3接缝434.9.4施工缝4389 4.9.5填缝434.9.6洞内附属工程43第5章防排水方案445.1设计说明445.2各种施工缝防水措施455.2.1.暗挖法地下工程防水设计455.2.2.明挖法地下防水475.3防水层485.4防水板49第6章支护设计与计算496.1支护设计506.2隧道衬砌结构验算506.2.1基本原理506.2.2主动荷载－结构模型［7］516.2.3隧道初砌承受的荷载及分类516.3计算建模536.3.1围岩弹簧模型的选取和讨论536.3.2二次衬砌模型的选取和讨论546.3.3作用在衬砌上的荷载计算556.4牛顿-拉普森法求解(nropt)626.5结果输出626.6隧道配筋计算656.6.1V级超浅埋段即出口段配筋计算656.6.2V级浅埋段配筋计算686.6.3V级深埋段配筋计算716.6.4IV级浅埋段配筋计算746.6.5IV级深段配筋计算766.7隧道长期安全性评价78第7章监控量测817.1隧道监测的目的817.2隧道监控量测项目选择817.3量测方法827.4量测频率86参考文献89结束语90致谢91附录一实习报告92附录二外文翻译9689 第１章绪论及隧道概况1.1工程概况京沪高速铁路跨越河北、山东、安徽、江苏等四省，联络北京、天津、上海等三大直辖市，经行济南、徐州、南京等大城市；全长约1318km较1463km的既有线缩短155km。全线共设车站24个，平均站间距离约55km。初期最高速度，高速列车以250km/h～300km/h，中速列车采用160km/h。远期高速列车的最高速度为350km/h，并逐渐减少中速列车的开行数量，直至全跑高速列车。1.1.1隧道工程位置张夏隧道进口里程为DK427+980，出口里程DK428+672，全长692m。低山区，地形起伏较大，进口处山坡坡度约10°，出口坡度约为15°，洞内有4.5‰下坡，隧道位于R=7000m的曲线上，隧道洞身植被较少。1.1.2隧道建设规模张夏隧道工程范围1020m，暗洞段长692m，全隧道共设置四座竖井，隧道建设规模见下表1-1表1-1张夏隧道建设规模表类别里程长度（m）备注起始里程终止里程隧道建筑长度DK427+980DK429+0001020隧道长度DK427+980DK428+672692分段情况进口明挖暗埋段DK427+980DK427+99515洞身暗挖段DK427+995DK428+657662出口明挖暗埋段DK428+657DK428+67215出口引道敞开段DK428+672DK430+00032889 1.2工程地质和水文地质特征1.2.1地层岩性隧道区除局部表覆第四系上更新统坡洪积层（），主要有分布于山顶古滑移体堆积层及其底部少量压碎岩体，以及分布于洞身的寒武系下统（∈1）的粉砂岩夹页岩，灰岩、泥灰岩、页岩等，各地层分布、厚度详见纵断面图。现将各地层岩性简述如下：（1）第四系上更新统坡洪积层（）新黄土：褐黄色，坚硬，具大孔隙，含少量角砾。粉质黏土：黄褐色，坚硬，含碎石及页岩碎片。碎石土：浅褐黄色、黄褐色、淡黄色，中密，稍湿，成份以灰岩为主，少量页岩，一般粒径20～60mm，最大100mm，充填粉质黏土，局部为页岩碎片，局部含灰岩块石。(2）古滑移体堆积物灰岩块石，物质来源为寒武系中统（∈2）鲕状灰岩、泥质条带灰岩，局部夹灰绿色泥灰岩薄层，呈松散至半胶结的岩石块体，张节理发育，最大间距可达2m,局部节理裂隙充填方解石晶体，块体粒径巨大，产状凌乱，局部呈假岩层状（DK428+610附近为170°∠32°、350°∠27°），结合钻探及物探结果，最大厚度约48m。具溶蚀现象，局部为溶洞，最大可达2.1m，多为全填充，充填黏土含碎石，个别为空洞。压碎岩：灰褐色，压碎结构，呈碎石夹土状，碎石成分为石灰岩，一般粒径20～60mm，最大100mm，古滑移体下推时携带或堆积挤压形成。（3）寒武系下统（∈1）页岩：猪肝色，强风化～弱风化，页理发育。粉砂岩夹页岩：紫红色，薄～中层状，局部夹薄层泥灰岩，全风化～弱风化。页岩夹泥灰岩：紫红色，夹灰黄色及灰绿色条纹，强风化～弱风化。粉砂质灰岩：紫红色，浅红色，夹灰黄色条纹，细粒砂状结构，块状构造，中厚层状，弱风化，局部夹薄层泥灰岩。89 泥灰岩：灰黄色，泥质结构，层理发育，弱风化，局部夹薄层灰岩。灰岩：青灰色，弱风化，隐晶结构、局部泥质结构。1.2.2.地质构造隧道区地处鲁中隆断区的泰山凸起地带，该区为下古生界盖层出露区，中生代长期处于隆起状态，主要发育不同方向的脆性断裂。新生代构造活动较强烈，主要表现为上隆遭受强烈剥蚀，又加上地质条件的差异性，使本区寒武系张夏组石灰岩产生了众多重力式滑移体，成为本区新构造运动行迹的一个重要特征。隧道通过的滑移体据推测在上更新世之前形成，兼具滑坡与崩塌的特征，其垂直落距大，滑移距离短，无明显的滑面。根据济南及张夏地区区域地质特点，结合本次勘察钻探及物探成果以及调绘情况综合考虑，该滑移体现处于稳定状态。1.2.3.土石工程分级新黄土、粉质黏土Ⅱ；碎石土、压碎岩Ⅲ块石土Ⅳ～Ⅴ；灰岩、鲕状灰岩（弱风化）Ⅴ粉砂岩夹页岩（全、强风化）Ⅳ（弱风化）Ⅴ粉砂质灰岩（弱风化）Ⅴ泥灰岩夹页岩（弱风化）Ⅴ泥灰岩（弱风化）Ⅴ1.2.4.地震根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）附录A《中国地震动峰值加速度区划图》，本场地地震动峰值加速度为0.05g(地震基本烈度为Ⅵ度）。1.2.5.土壤最大冻结深度0.5m。1.2.6.水文地质特征隧道内少量基岩裂隙水。89 1.3隧道围岩分级根据《铁路工程地质勘察规范》（GB10012～2001）附录E，在白垩系全风化段，弹性波速在2000m/s以下。弱风化完整段，砂质泥岩弹性波速一般在2000～2600m/s之间，围岩等级为V～IV级。完整砂岩层弹性波速个别达到3000～3500m/s，个别钻孔的泥质砂岩弹性波速接近3000m/s。整个区域内岩层强度较低，地层以软质类岩层为主。隧道通过弱风化软岩岩体，岩体较完整，隧道围岩基本分级一般为IV级，隧道通过全强风化软岩岩体以及高阶地土层时，围岩分级一般为低至V级，隧道通过河漫滩土层时，围岩分级一般低至VI级。综合考虑隧道场址岩土层的岩性特征与分布特征，以及地下水和洞身埋深，隧道基本分级主要见表1-3表1-3隧道围岩基本分级表围岩分级主要工程地质特征结构特征和完整状态围岩开挖后的稳定状态VI欠压实－稍压实人工填土，软塑性－可塑性的冲洪积成因粘土及砂土、软土、碎石土、地下水丰富，遇水软化，崩解的残积土及溶洞充填物粘性土上呈松软状，饱水砂土、碎石上呈松散－稍密、中密状围岩开挖后的稳定状态V硬塑性土层、全强风化岩及风化谷、遇水软化崩解，溶洞岩溶呈块石、碎石状，泥质胶结，胶结差，或为溶洞，易输钱化崩解或突水、突泥、涌水围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌，或大量突水突泥IV碎屑岩弱风化带，岩石完整。呈中至厚层状，大部分为较软岩，但岩体完整拱部无支护时可产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定，有水时，易风化、软化崩解隧道围岩分级表起讫里程围岩级别长度（m）89 DK427+980～DK428+030Ⅴ50DK428+030～DK428+120IV90DK428+120～DK428+370Ⅴ250DK428+370～DK428+610IV240DK428+610～DK428+660Ⅴ551.4各段岩土工程条件评价及工程措施建议张夏隧道工程设计范围DK427+980～DK428+672，长692m。张夏隧道主要通过地层为寒武系下统（∈1）的粉砂岩夹页岩，灰岩、泥灰岩、页岩等，兼具滑坡与崩塌的特征，其垂直落距大，滑移距离短，无明显的滑面，自稳能力相对较差，隧道设计及施工时应充分考虑。1.4.1隧道进口明挖段评价DK427+980～DK427+995为一丘间小山坡，地面高程为143.189～144.670米，地面起伏不平。开挖地层主要有人工填土、残坡积粉质粘土、粉砂岩夹页岩、泥灰岩泥、灰岩。围岩筹等级为V级，岩土施工筹等级为III～IV级。隧道进口地处地层为残坡积层以及含粉砂岩夹页岩、泥灰岩泥、灰岩全强风化层，多为软岩，由于软岩强风化层易软化崩解、易风化，工程性质相对较差，暗挖易塌，明挖应采取的支护措施，应加强支护，防止发生边坡坍塌和人工填土滑坡，此外，由于土体及全风化层属可压缩地层，设计中应加强地基变形计算，不能满足要求进行地基处理。进口建议边仰坡坡率为1：1.5~1：1.75，边仰坡控制高度6米，设计时应尽量降低边仰坡高度，放缓边坡坡坡率。基槽开挖应加强排水工作，以防雨水办公浸泡软坑壁及坑内岩上，以防基坑壁坍塌。1.4.2隧道洞身段89 根据物探资料：DK428+221往小里程方向为粉砂岩与页岩为主，大里程方向以石灰岩为主，与砂岩泥灰岩呈顺层接触。里程DK128+130推测为砂砾岩与泥质砂岩分界线。DK428+442~DK428+645岩性单一，主要为石灰岩，夹杂泥灰岩。综合分析钻探、物探、测井及水文地质试验资料，特别须注意的地段有：DK428+120～DK428+370段，围岩破碎,隧道洞身稳定性差，洞内施工放小炮，防止洞顶掉块、突水、冒泥，应加强排水和加固措施。隧道洞身经过的地层绝大部分为软岩或极软岩，易风化、易软化崩解，开挖后应及时支护。89 第２章张夏隧道总体设计2.1设计依据及范围2.1.1设计采用的标准、规范及规程1、《铁路隧道设计规范》2、《铁路隧道防排水技术规范》3、《混凝土结构设计规范》4、《锚杆喷射混凝土支护规范》5、《新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定》（铁建设【2004】47号）6、《时速350公里客运专线铁路双线隧道复合式衬砌》（通隧【2005】0301）7、《地下工程防水技术规范》（GB50108）8、《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》（铁建设【2005】160号）2.1.2设计范围张夏隧道工程设计范围DK427+980～DK428+672，长692m。2.2总体线位隧道位于R=7000m的曲线上，隧道洞身植被较少。2.3隧道纵坡张夏隧道经过地区为低山区，地形起伏较大，进口处山坡坡度约为10°，出口坡度约为15°，洞内有4.5‰下坡。2.4隧道建设规模隧道工程范围1020m，暗洞段长692m，全隧道共设置三座竖井，隧道建设规模见第一章节。2.5轨道类型89 隧道采用双式无碴轨道，轨道高度49.7cm.2.6主要技术标准与设计原则2.6.1主要技术标准1.铁路等级：客运专线；2.正线数目：双线；3.最小曲线半径：一般9000m，困难7000m；4.正线线间距：5m5.最大坡度:20‰6.到发线有效长度：700m7.牵引种类：电力；8.列车运行方式：自动控制；9.行车指挥方式：综合调度集中；2.6.2隧道建筑限界及衬砌内轮廓1、隧道建筑限界本隧道按《京沪高速铁路设计暂行规定》（铁建设【2004】157号）执行，建筑限界下图2.1所示。89 图2.1隧道建筑限界图(cm)2、隧道衬砌内轮廓为满足隧道缓解空气动力学效应的要求，隧道轨面以上(或救援通道底面以上)有效面积保持100㎡,双线隧道净空有效面积100.19㎡，内设双侧救援通道，救援通道宽1.5m、高2.2m,工程技术作业空间0.3m。隧道内线间距5m。隧道底部结构按无砟道床设计。隧道断面均采用曲墙带仰拱形式，Ⅱ级围岩设置钢筋混凝土底板，Ⅱ级以下围岩设置仰拱，仰拱与边墙采用圆顺连接，仰拱矢跨比一般不小于1／12，连接部半径为1.6m。轨面自沟槽顶面下移30cm，双侧水沟方案，各设置两槽一沟，道两侧沟槽顶面宽1.60m，电缆槽宽分别为35cm、30cm，水沟宽30cm，深均为30cm。电缆槽设置盖板，能开启维护。沟槽边线距同侧线路中线2.2m。轨上断面均采用单心圆形式。89 图2.2隧道衬砌内轮廓（cm）2.7主体设计原则隧道设计使用年限：100年主体结构安全等级：一级隧道按百年一遇高水位设计，按三百年一遇水位校核，并满足低水位的设计要求隧道抗震设计应满足相关规范的要求，洞门、洞口敞开段及洞身浅埋段应满足国防对铁路的要求为确保运营安全，暗挖地段二次衬砌按受全部荷载设计，初期支护是隧道主体结构的组成部分，必须满足施工安全和控制地面沉降的要求。运营期间隧道抗浮稳定安全系数≥1.1。结构允许裂缝开展宽度≤0.2mm，允许出现贯穿裂缝。防水等级：一级，地下水位在拱顶以上深度≤50m地段采用全封闭不排水方式，﹥50m地段采用容许少量排水的方式。2.8隧道洞门设计89 隧道进口里程DK427+980，主要为粉砂岩与页岩互层，以粉砂岩为主，洞门采用帽檐斜切式；出口里程DK428+672，以灰岩、泥灰岩及页岩为主，洞门也采用帽檐斜切式。2.9主体地建工程设计2.9.1暗挖隧道段设计（一）衬砌类型暗挖段隧道按喷锚构筑法原理进行设计，采用复合式初砌。（二）结构设计初期支护的主要作用是保证施工安全和控制地面沉降，其支护参数依据工程类比并辅以必要的理论分析，以及考虑机械开挖及弱爆破法施工的工艺特点确定。初期支护是主体结构的一部分。对采用全封闭防水型式地段，二次衬砌按承受排水系统地段，二次衬砌按承受全围岩压力荷结构模式进行计算。（三）暗挖隧道段施工方法1.一般地段本隧道IV级围岩地段均为深埋，因此一般情况下考虑采用三台阶法施工，必要时对临时仰拱采用钢架喷射混凝土封闭。深埋段V级围岩采用双侧壁导坑临时仰拱法施工，必要时对临时仰拱采用钢架喷射混凝土封闭。开挖时时刻注意，若围岩类别划分与实际不符，立即改变施工程序。2.进出口浅埋段隧道进出口浅埋段、风化层较厚段采用双侧壁导坑法施工。（四）暗挖隧道段超前支护1.一般地段IV级围岩设置长3.5m的φ42mm中空注浆超前锚杆，局部破碎地段注浆加固围岩，超前锚杆环向间距是1.0m。V级围岩设置长3.5m的φ42mm的超前小导管注浆，超前小导管环向间距是0.8m。89 IV级加强地段格栅间距0.8m/榀，V级加强地段格栅间距0.6m/榀。临时支护各种技术参数与永久支护相同。2.浅埋段为保证进洞安全以及洞身DK428+110～DK428+380段下穿滑移体地段，采用φ108mm长管棚超前支护，保证隧道进洞安全。2.9.2明挖法暗埋段及引道段设计（一）设计范围本隧道明挖结构设计范围共有两段，分为：进口端洞身拱形明挖暗埋段（DK427+980～DK427+995）、出口端洞身拱形明挖段（DK428+657～DK428+672）。共计30m（二）围护结构1、设计原则（1）本工程的基坑采用明挖顺作，围护结构为基坑开挖时候的挡土结构，使用阶段不参与主体结构受力。（2）围护结构要确保施工期安全稳定，控制其变形和沉降，防止对周围环境产生明显不利影响。（3）基坑开挖深度≥10m的安全等级为二级；开挖深度﹤10m的安全等级为三级。2、基坑围护结构的计算荷载作用在围护结构上的荷载为施工荷载，水土压力，考虑地面超载20KPa。3、围护结构概况表2-1围护结构概况表89 工程段里程长度(m)基坑深度（m）基坑宽度（m）支护类型进口段DK427+980～DK427+9951522.92～24.4116.51：1放坡+喷锚支护进口端洞身段DK427+995～DK428+65766216.02～23.316.5上钉墙+局部注浆4、土钉施工要求（1）土钉支护施工必须进行土钉的现场抗拔试验，用来确定极限荷载，并据此估计土钉的界面极限粘结强度;（2）测试钉进行抗拔试验时的注浆体抗压强度一般不小于6KPa。试验采用分级连续加载;（3）土钉质量进行验收时，试验数量为土钉总数的1‰，且不少于3根；抗拔力平均值应大于设计抗拔力。5、施工钻孔灌注桩的一般要求（1）成孔要求:成孔垂直偏差﹤1/100，桩位偏差不得大于100mm；（2）钢筋笼的施工必须按设计要求配筋的整体性和刚度，要求钢筋笼必须在同一平台上整体制作或整体预拼装。钢筋笼的加强和吊点均由施工单位自行决定，但必须防止吊装时产生过大变形造成入孔困难和碰撞孔壁；（3）预埋插筋，接驳器和预埋件要求位置准确，严格符合规范要求，若预估不能满足时应及时提出，以便加大余量，满足使用和后续工序的要求；（4）钢筋笼考虑整段吊下，钢筋接头，在同一断面上焊接接头不超过钢筋总根数的50；（5）钢筋间全部用焊接而不用绑扎，纵横向钢筋相交部位须蹼焊，以增加钢筋笼的整体刚度;（6）为确保主筋保护层厚度，隔一定距离应在钢筋笼的主筋上焊接定位钢筋，以保证保护层厚度和钢筋笼的垂直度。89 6、支撑系统及基坑开挖施工要求（1）基坑开挖前须采取有效的措施抽干地下水；（2）基坑开挖必须在围护结构达到设计强度后方可进行；（3）土方开挖开挖基坑土体分层分段对称开挖，纵向按限定（6m）的长度逐段开挖，并控制两边坡的稳定，横向分层（3～3.5m）分小段（约6m）开挖。尽量控制开挖面范围，具体开挖施工步骤应事先征得设计单位同意；开挖期间应及时安装钢管支撑或土钉，支撑安装应开槽，施工不得超挖；主体结构完成并达到强度和抗浮稳定性后方可拆除全部降水井；土方开挖不得超挖，基坑暴露时间不得过长，垫层宜边挖边筑，并考虑基坑隆起的影响；土方开挖时，弃土堆放应远离基坑顶边线1.5倍开挖深度以外，若必须靠近基坑边临时堆土，则堆土高度不得高于0.5m；(4)支撑轴力及预加轴力支撑安装完毕后，应及时检查各节点的连接状况，经确认符合要求后方可施加预加轴力，预加轴力的施加应在支撑的两端同步对称进行；预加轴力应分级施加，重复进行，加至设计值时，应再次检查各连接节的情况，必要时对节点进行加固，待稳定后锁定。7、基坑加固及防水针对本工程地质与水文条件以及周边环境情况，采用周边帷幕止水与坑底降水相结合的方式，抽干基坑内的地下水，过到无水作业、稳定基坑的目的。具体为：钻孔桩墙围护地段;桩间采用高压旋喷桩止水，坑底采用坑外降水；土钉墙与放坡开挖地段；采用止水帷幕（摆喷桩）和坑外降水相结合；止水帷幕施工时应针对不同地层进行试验取水泥掺量，但水泥最小掺量不应小于18‰，旋喷桩qu≥2MPa。8、基坑降水89 DK428+224～+442段有少量基岩裂隙水基坑采用坑内井点降水，降至坑底以下3m。其他段基坑降水采用基坑外降水，基坑内的水位稳定于基坑开挖面以下不小于0.5m。为避免地面水流入基坑，应在冠梁上砌砖防护，砌体高度高于地面不小于10cm。9、测量定位本工程平面定位以线路中线为准。放线时请按围护平面图坐标及尺寸进行量测定位，注意严格按照线路纵断面上的标高确定各里程处的标高。（三）主体结构1、设计原则（1）结构设计使用年限为100年；结构安全等级为一级;（2）结构抗浮：抗浮稳定安全系数1.1。2、明挖段结构形式明挖段结构形式包括明挖拱形断面和U型槽。明挖段总长度为60m，敞开段长60m。在进出口拱形段各设一段30m的风机加宽段。进出口段U型结构底板设置抗拔桩，抗拔桩作为主体结构的一部分参与结构受力。3、结构设计计算荷载（1）永久荷载结构自重：钢筋混凝土容重取25KN/m。覆土压力：覆土γ=18~20KN/m（覆土厚度按后期回填土标高计算）;水平水土压力：侧向土压力采用静止土压力公式计算;墙外水土压力采用水土合算。浮力与地基反力；水浮力取100％，地基基床系数根据地质资料选取。混凝土收缩；混凝土收缩应力按降温15℃考虑。（2）可变荷载地面超载；运营阶段按20KN/m89 列车荷载；按《京沪高速铁路设计暂行规定》（铁建设【2004】159号）计算。施工荷载；一般按1.5KN/m设备荷载：按实际取值。（3）偶然荷载地震荷载：按100年基准期超越概率10％的场地地震烈度设防要求进行结构抗震承载能力、变形验算、按超越概率2％的烈度进行承载能力验算。4、主要的计算原则（1）结构的设计充分考虑工程地质条件和各阶段应力变化的特点，满足强度、刚度、施工、稳定性、抗浮和耐久性等要求。结构设计时分别按施工阶段和正常使用阶段进行结构强度计算，并进行裂缝宽度控制计算。在各种荷载短期效应组合作用下，并考虑长期效应组合的影响，混凝土构件裂缝宽度不超过0.2mm；（2）结构抗浮稳定验算时，取抗浮安全系数≥1.1；（3）结构按抗震等级四级采取构造加强措施；（4）结构荷载考虑了永久荷载、可变荷载、偶然荷载；（5）结构计算考虑地下水位变化不同荷载的组合。5、抗浮进口明挖段，进口端洞身明挖段依靠自重及覆土能够满足抗浮要求。6、结构纵向不均匀沉降控制沿纵向每隔30m左右及在结构、地基或荷载发生明显变化的部分，应设置变形缝，变形缝宽度一般为10mm，在底板变形缝处设置抗剪措施，防止缝两侧的结构发生竖向错动。7、一般构造要求（一）构件主钢筋混凝土保护层厚度（1）底板、顶板、侧墙：50mm；（2）抗拔桩为70mm；（3）顶梁、底板钢筋根据保护层厚度相应设置。89 （二）钢筋锚固长La(受拉钢筋)（1）底板、顶板、侧墙：50mm；（2）抗拔桩为70mm；（3）顶梁、底板钢筋根据保护层厚度相应设置。（二）钢筋锚固长La(受拉钢筋)1、未做说明或标注的钢筋锚固长度La按以下处理：底板、顶板、侧墙：30d；其他内部构件：30d；I级钢筋末端应做180°弯钩，弯钩末端直线长度不应小于10d，d为钢筋直径。2、钢筋接头所有横向主钢筋接头不得设于框架节点范围内，顶、底板和外墙和内侧横向主钢筋接头应尽可能避免设置在跨中；钢筋接头应错开布置（焊接、绑扎、搭接相同）接头中点错开距离：55d，≥500mm接头区段内受力钢筋接头允许百分率：50％；梁板中纵钢筋当直径≥25mm，采用焊接（单面焊：10d，双面焊：5d）；当直径﹤25mm，可采用搭接，末注明钢筋搭接头长度均为42d，锚固长度均为30d，末注明直角钩长度时为3d；箍筋及拉筋应满足抗震要求，钢筋末端采用135°弯钩末端直线长度不应小于10d，且不小于50mm；钢筋机械连接的连接区段长度为35d（d为被连接钢筋中的较大直径）。I级接头的接头百分率可取100％，II级接头的接头百分率不应大于50％；梁内箍筋均采用封闭形式，当梁内钢筋有多排时，应增加直线段、箍筋在二排、三排或四排钢筋以下弯折。（三）顶、中、底板及侧、中墙箍筋加密89 设计图中末注明箍（拉）筋间距的，一般箍（拉）筋间距采用400mm×400mm加密区间距采用200mm×200mm箍筋加密范围：ch=1.5h；当梁上计算弯矩需要较长负弯矩配筋时，另由相应设计图注明。2.10防排水设计2.10.1隧道防排水设计方案对于地下水位至拱顶高差≤50m地段的暗挖隧道地段按全封闭防水型隧道进行设计；对于地下水位至拱顶高差﹥50m的暗挖地段按容许少量水流入隧道排水系统进行设计，其余地段为防水型。2.10.2隧道防排水设计原则根据工程地质及施工方法不同，分别采用“防、排、堵、截结合，因地制宜”的原则进行防排水设计，并达到《地下工程防水技术规范》（GB50108～2001）规定的一级防水标准的要求，衬砌表面无湿渍。2.10.3截堵水措施主要针对施工过程中，预计地下水量较大影响施工安全或影响地面生态环境时，采用开挖前预注浆或开挖后围岩注浆等措施对地下水截堵，根据统合超前地质预测预报成果判定，当在水量丰富、导水性好的断层破碎带、岩溶水发育段等地段围岩自稳能力差，施工中可能产生突水、突泥，可采取超前预注浆措施。当在一般在段裂隙水较发育但不影响施工安全时，采用开挖后围岩径向注浆。2.10.4排水措施（1）全隧道洞内设置双侧水沟，隧道中间设置直径为60cm的圆形的排水明沟排水，侧沟主要用于汇集地下水并通过横向导水管引排至中心水沟，同时起到沉淀和排除部分汇水的作用；为防止淤积堵塞，便于检查维修，中心水沟间距30m设方形检查井一处；（2）衬砌防水板背后环向设置Φ50透水管盲沟，在隧道两侧边墙墙脚外侧泄水孔标高处分段设置φ100的纵向透水管盲沟，环向盲沟与纵向盲沟均直接与隧道侧沟连通。当地下水发育时，应加密布置透水管。89 2.11监控量测监控量测是地下工程过程中必不可少的施工程序。暗挖段应按照《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》执行，要施工过程中，对围岩支护体系的稳定状态进行监测，为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供依据，是确定施工及结构运营安全、指导施工组织、便利施工管理的重要手段。有关基坑工程的监测应按《建筑基坑支护技术规程（JGH120～99）》执行，通过监测掌握土本、地下水、围护结构与支撑体系的工作状态信息，通过对量测数据的整理和分析，及时研究确定采取相应的施工措施，确保工程安全和施工工期。通过地表监控量测，掌握施工过程中地面道路、地下管线及周边建筑物的动态，预防工程破坏事故和环境事故的发生；同时将现场量测结果与预测值相比较，以判别前一步施工做到信息化施工；而且可以将量测结果用于优化设计，使工程百叶窗到优质安全、经济合理。2.12溶洞的处理方案及施工报警设计根据地质资料，隧道所处的位置部分段落存在岩溶现象，为保证施工及结构安全，考虑了各种岩溶的处理预案，隧道边墙部分的处理可采用回填等方式进行封堵，拱部可采用护拱防护再进行注浆回填等方式进行处理，隧道底部的处理可根据实际情况采用换填、地板梁、注浆等手段加固底部松软地层，提高其强度和整体性，防止基底沉降。按照初步设计鉴定意见，"关于岩溶注浆等注浆工程数量存在较大的不确定性，其费用暂不计列，工程实施中建设单位根据实施方案据实处理，并报铁道部核备"，因此，隧道专业招标工程量清单中不包含此项工程内容，施工时据实核定数量和单价。2.13施工阶段超前地质预测预报超前预报解决的主要地质解决地质问题是探测地层岩性、软弱层及断层构造位置等，在隧道施工地段所发生和发展的不良地质体或地质灾害进行超前预报并进行详细分析评价，指导安全施工，预报主要方法有：对基岩埋深较大，岩体较完整、围岩较稳定地段加强掌子面地质素描、重点了解地层岩性、受地质构造影响程度，围岩稳定状态等；89 岩溶发育地段、断层破碎带、岩溶物探异常带、岩体破碎及地下水丰富地段可能存在重大突水、突泥、地基失稳及地表塌陷等严重安全隐患，进行TSP、HSP、地质雷达、红外线探水、跨孔（施工段）CT、全景式孔内数码摄影及超前钻探等综合探查分析，预测预报可能发生和发展的不良地质体或地质灾害，确保工程及地面建筑设施安全。2.14耐久性设计2.14.1耐久性设计原则1、隧道二次衬砌混凝土应满足100年使用年限；2、主体结构设计类型及构造等应利于结构耐久，并有减轻环境侵害的作用；3、主体结构建筑材料及配比应利于结构耐久，并有减轻环境侵害的作用。2.14.2隧道结构耐久性设计１、隧道环境条件及外部作用隧道所处环境基本为与结构所接触的土体、地下水、空气组分及环境温度，环境作用主要为上述环境条件对隧道结构产生的物理及化学作用，包括工程使用过程中承受的气压变化及表面气流冲刷，隧道内环境温度相对稳定，因此隧道内表面主要为炭化环境，环境作用等级为T3，勘探结果表明部分地段地下水对混凝土有侵蚀性，该地段隧道外表面环境作用等级为H2，其余地段隧道外表面环境作用等级为T3。2、隧道混凝土结构久性设计（1）正确选择混凝土材料配制混凝土所用水泥采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，水泥混合材料宜为矿碴或粉煤灰。有关混凝土原材料选择的技术要求应根据环境作用等级严格按照《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设【2005】157号）办理。各种处加剂（防水剂、气密剂等）应有生产商提供的推荐掺量、相应减水率主要成分的化称、氯离子含量、含碱量以及其它注意事项，并测定不同外加剂的相容性。严格控制水胶比和胶凝材料用量，最大水胶比不大于0.45，最小胶凝比不小于320kg/m。（2）采用合理的结构及构造措施、严格控制裂缝宽度89 结构设计除明挖段拱形风机安装断面外，隧道内轮廓设计均采用单心圆断面。除明挖段拱形风机安装断面外其余断面内净空预留工务工程技术作业空间，可以用于进一步采取耐久性加强措施，如混凝土表面无机涂层保护，减少碳化，结构补强等。结构表面圆顺并尽可能避免棱角出现。隧道二次衬砌采用C30钢筋混凝土，并按承担全部荷载进行结构设计。构造措施及裂缝控制暗洞初期支护与二次衬砌间及明洞结构外表面设置防水层，拱墙、仰拱采用带补偿收缩功能的外加剂，隧道施工缝信变形缝均采用综合防水措施，最大限度的隔绝环境水土中侵蚀介质对主体结构的作用。内衬结构钢筋保护层厚度应满足相关规范规定，主钢筋的外表面净保护层厚度不小于5cm.，钢筋混凝土配筋率满足裂缝控制要求。其它材料耐久性要求防水材料的耐久性要求：防水材料尤其是防水板，除应满足水压要求外，还是侵蚀介质与结构的隔离层，其耐久性能尤为重要，防水材料除满足规范要求的物理力学指标外，还应进行耐久性测试。各种防水材料的耐久性测试按国家相关规范办理。注浆材料的耐久性：注浆材料可选择普通水泥、超细水泥或其他特种浆液，慎用水玻璃，提高注浆浆材料的耐久性。施工有关要求施工过程中应严格控制超欠挖，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，包括建材的选用、储藏、规范施工等施工管理均应有利于结构耐久性。结构检测信维护89 在设计使用年限内，应定期对隧道结构信材料的使用状态、环境条件有变化进行检测及监测，并就监测及检测结果进行综合评估，判明隧道结构维护时机与内容。2.15环境保护(1)为控制隧道修建对环境的影响，对隧道埋深﹤50m地段采用全封闭防水设计，对隧道埋深≥50m地段采用容许少量地下水进入隧道排水系统进行设计；(2)洞口选择充分贯彻“早进晚出”的原则，尽量降低边仰坡高度，减少边仰坡坡面面积，并对其坡面加以防护；(3)各工区洞口设置施工污水处理池，隧道施工排水经处理符合环保要求后，方可排放；(4)施工过程中应根据施工特点，结合周边敏感点的分布，因时因地采取有效防尘、降噪等措施，满足城市工程施工的环保要求；(5)全隧道共弃碴11.55万方，弃于DK428+700隧道出口左侧（面向大里程）张夏火车站东约300m的山沟内。碴场下游设挡碴墙，以免水土流失，弃碴面尽量绿化或复耕。(6)弃碴环保主要措施有：隧道弃碴前应对碴场原植被进行清除，底面进行平整（如为坡面，则应挖成1m宽台阶状）；弃碴场顶向外作3‰的排水坡，并做好横纵向排水系统;在弃碴场顶外缘设截水沟一道，沟宽40cm，高60cm，M10浆砌片石铺砌;弃碴场底部根据碴场汇水流量设置相应管径的树枝状分布的排水盲沟，以利排水；坡脚设置M10浆砌片石挡碴墙，挡墙尺寸根据地形起伏按直线变化过渡，趾前挡碴墙基础埋深不小于1.5m，且挡碴墙基底承载不小于0.25MPa，为防止墙趾被水冲刷，在墙趾外5m范围内。89 第3章隧道洞门结构设计3.1洞口位置选择可参照附录中相关图3.1.1隧道进口位置选择进口位置3种选择方案如下：1号方案：隧道进口位置位于DK427+970.0，设置10m明洞。该处覆层较薄，满足早进洞原则，但是该处的等高线较密，地形陡峭。2号方案：不设明洞，隧道进口位置位于DK428+000。该处可以不设明洞，减少填挖方量，但是由于岩体风化程度强，节理裂隙发育，施工相对不便。3号方案：隧道进口位置位于DK427+980.0，不设明洞。此方案较上两种方案来说，地形较平坦，开挖方量少，施工环境相对良好。所以进口选择3号方案。即隧道进口位于DK427+980.0，洞门长度为15m，不设置明洞，隧道明暗分界处位于DK427+995处。3.1.2隧道出口位置选择进口位置3种选择方案如下：1号方案：隧道出口位置位于DK428+680.0，设置10m明洞。该处覆层较薄，满足早进洞原则，且地形平坦，但是该设置明洞，工程量较大。2号方案：不设明洞，隧道出口位置位于DK428+655.0。该处可以不设明洞，但是由于岩体风化程度强，节理裂隙发育，施工相对不便，并且该处地形陡峭，施工难度很大。3号方案：89 隧道出口位置位于DK428+672.0，不设明洞。此方案较上两种方案来说，地形较平坦，开挖方量少，施工环境相对良好。所以进口选择3号方案。即隧道出口位于DK428+672.0，洞门长度为15m，不设置明洞，隧道明暗分界处位于DK427+657处。3.2洞门选择3.2.1洞门拟设计洞门是隧道两端的外露部分，也是联系洞内衬砌于洞口外路堑的支护结构，应保证洞口附近的边坡和仰坡的稳定。洞门也是标志隧道的建筑物，与隧道规模、使用特性以及周围建筑物、地形条件等要相协调，为了保护岩土体的稳定性和车辆不受崩塌、落石等威胁，确保行车安全，应根据实际情况，选择恰当合理的洞门形式，同时还应适当进行洞门的美化，并注意环保要求。洞门可以拦截、汇集地表水，并沿排水起到渠道排离洞门进入道路两侧的排水沟，防止地表水沿洞门漫流。隧道洞口里程为DK427+980，主要为素填土，杂填土，土层厚度为22.0～24.0m，本隧道洞口处隧道轴线与地形线基本正交，采用斜切式帽檐洞门。为了保证洞门的稳定性和排水要求，洞门构造及基础设施如下（见图3.1）：1、洞门墙厚1.5m，墙面倾斜1:0.16。洞门墙基础嵌入地基深度2m；2、洞口仰坡坡比采用1：1.25，仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为1.5m，以防仰坡土石掉落到路面上，危及安全；3、洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底与衬砌拱顶外缘的高度1.6m，以免落石破坏拱圈；4、洞门墙顶高出仰坡脚1m，以防水流溢出墙顶，也可防止掉落土石弹出；5、水沟的尺寸为50cm×50cm，沟底填土夯实否则会使水沟变形，产生漏水；89 a)b)图3.1.隧道洞门初步拟定结构a)正面图；b)I-I剖面图3.2.2洞门建筑材料89 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3-1。表3-1洞门材料表材料种类工程部位混凝土或钢筋混凝土构件混凝土片石混凝土砌体端墙C15C15M10号水泥砂浆砌片石、块石镶面或混凝土预制块镶面顶帽C15M10号水泥砂浆粗料石洞口挡土墙C15C15M7.5号水泥砂浆砌片石侧钩、截水沟、护坡等M5号水泥砂浆砌片石3.3洞门结构验算隧道的洞门，除了外观上的标志性作用和美观外，对于两端围岩地质较差的洞口，它还起着维护洞口边坡和仰坡稳定的功用。隧道洞门的计算，通常只考虑洞门结构的强度和稳定性，而对刚度无需考虑。3.3.1洞门荷载的计算1、最危险破裂面与垂直面之间的夹角（）（3-2-1）式中：—围岩计算摩擦角（°），查《铁路隧道设计规范》查得。—仰坡坡角—墙面倾角，如图3-2。代入各参数得：89 图3-2洞门荷载计算图示2、土压力的计算（3-2-2）（3-2-3）（3-2-4）式中：—土压力（KN）；=a×tan=1.6m；—侧压力系数＝0.09624—地层容重（KN/m）,=20KN/m—墙背土体破裂角（°）b—洞门墙计算条带宽度，取b=1m—土压力计算模式不确定性系数，可取=0.6a—仰坡坡角到墙背的距离a=2.0m带入各参数得：=108.95KN3、端墙自重89 根据初步拟定的端墙洞门，墙高为13.6m，厚1.5m；采用浆砌片石回填墙身，其重度为=23KN/m。端墙自重：G=13.6×1.5×23=469.20KN3.3.2洞门结构验算采用端墙式洞门，洞门墙可视为挡土墙，按极限状态验算其强度，并应验算绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。1.滑动稳定性验算对于抗滑动而言，要求所有的水平压力不能使洞门发生水平向外滑动。抗滑动条件要求为：抗滑动稳定性系数＞1.3（3-2-5）式中：G—端墙自重，G=469.20KN—挡土墙竖向分力=0—端墙基底摩擦系数，取=0.40—挡土墙水平分力，=E=162.194KN—端墙挡土墙的被动土压力，=0代入各参数得：=1.72＞1.3所以，端墙满足抗滑稳定性要求。2.倾覆稳定性验算为了保证端墙能够满足倾覆稳定性的要求，可以加大其基础，基础深度1m，宽度为2m，混凝土容重为23KN/m。抗倾覆条件要求为：抗倾覆系数：＞1.5（3-2-6）其中：—竖直方向力作用在墙趾O点的力矩=（3-2-7）—水平方向作用力在墙趾O点的力矩，89 （3-2-8）代入各参数得：1.746﹥1.5满足倾覆稳定性要求。3.合力偏心距及基底应力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，由平衡方程可得：合力到洞门外侧脚的距离:=G=469.20kNB=2m==0.785m（3-2-9）则竖向合力作用点与洞门墙地面中心的距离为：（3-2-10）洞门的基底应力为：（3-2-11）可参照《铁路隧道设计规范》选用基底控制应力=400kpa，则：基底应力及偏心距均满足要求。89 第4章施工方案设计隧道采用新奥法施工。洞口土石方采用，挖掘机挖装，自卸汽车运输的方法施工。Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法开挖，Ⅳ级围岩采用台阶法开挖。隧道均采用无轨运输，施工时坚持“短进尺，弱爆破，快封闭，勤量测”的原则。首先进行明洞、洞口土石方及边仰坡施工，并施作防排水及坡面防护，洞口土石方采用机械开挖，部分辅以凿岩机钻眼，小炮控制开挖，人工刷整边坡，自卸汽车运输的方法施工。洞身施工，隧道衬砌按仰拱超前，拱墙一次衬砌。喷射砼采用湿喷工艺，降低回弹量和粉尘；隧道衬砌采用液压钢模衬砌台车，按仰拱超前，拱墙一次衬砌，砼集中拌和，砼运输车运输至作各业面，泵送砼入模，插入式捣固器与附着式捣固器联合振捣。隧道通风采用压入式风机通风。施工中加强围岩的监控量测，运用先进的量测、探测技术，指导施工。4.1浅埋暗挖段4.1.1浅埋暗挖段V级围岩地层89 张夏隧道浅埋暗挖段V级围岩地层采用双侧壁导坑法施工，参考矿山法施工中运用的“新奥法”基本原理，采用锚喷初期支护，充分利用围岩的自承能力，以保证隧道的施工安全。4.1.1.1双侧壁导坑法施工特点及适用范围（一）特点（1）浅埋隧道采用双侧壁导坑法施工，很好的解决了大断面隧道开挖的安全性问题，且结构简单，安全可靠，拆装方便、灵活，经济效益显着。（2）该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上，与新奥法的不同之处在于，它是适合于松散土介质围岩条件下，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。（3）根据国内外隧道工程实践和科研成果表明：采用侧壁导坑法施工引起的地表沉降量最小。（二）适用范围（1）它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下的浅埋隧道，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。（2）适用于张夏隧道V级围岩地层。（三）张夏隧道浅埋暗挖段双侧壁导坑法施工流程：（如图4.1）89 图4.1双侧壁导坑法示意图1-先行导坑上部开挖2－先行导导坑锚喷支护、钢架支撑等，设置临时壁墙支撑3－先行导坑下部开挖4－先行导导坑锚喷支护、钢架支撑5－后行导坑上部开挖6－后行导坑锚喷支护、钢架支撑等、设置临时壁墙支撑7－后行导坑下部开挖8－后行导坑锚喷支护、钢架支撑9－中央部拱顶开挖10－中央部拱顶锚喷支护、钢架支撑等11－中央部其它部分开挖12－浇筑仰拱混凝土13－浇筑全周衬砌（四）施工注意事项（1）两侧导坑施工要十分重视保护围岩，要求采用挖掘机开挖与人工配合的方法施工；（2）隧道左右两侧导坑以3～5m长为一施工段交错开挖前进，严禁同时开挖；89 （3）侧导结构中，初期支护作为施工支护的主要手段，当位移过大时，应注意及时加设横向木撑或钢撑；（4）喷射混凝土要紧随掌子面施作，钢架的拱脚或底脚不得置于虚碴上；（5）侧导坑施工中应按监控量测要求，埋设洞内观测点，实施监控量测，并及时反馈信息以指导施工和修改设计；（6）拆除临时支撑时注意事项与CRD法同。4.1.2浅埋暗挖段VI级围岩地层4.1.2.1XX隧道浅埋暗挖段VI级围岩地层采用台阶法施工［12］张夏隧道浅埋暗挖段VI级围岩地层台阶法施工流程示意图：（如图4.2）图4.2台阶法施工示意图台阶法施工工序如下：1-上半部开挖2－拱部锚喷支护3－边墙部开挖4－边墙锚喷支护5－边墙部开挖6－边墙锚喷支护7－下半部中央开挖8－下半部中央开挖89 9－仰拱锚喷支护10－二次衬砌施作4.1.2.2施工安排台阶法施工每循环进尺2.5m，每循环时间720min，每天2循环，日进尺5m，月进度按125m计（已考虑各种影向造成的折减），循环作业时间见表4-1。表4-1台阶法施工循环时间表工序时间min循环时间（min）60120180240300360420480540600660720超前地质预报15测量放样30围岩量测及超前支护50开挖240出碴180初期支护270说明：超前地质预报、超前支护为摊销时间。2、各工作面拉开距离后平行作业，实行均衡生产。在所有台阶法施工中，开挖下半断面时要求做到以下几点：（1）下半断面的开挖（又称落底）应在上半断面初期支护基本稳定后进行，或采用其它有效措施确保初期支护体系的稳定性；采用单侧落底或双侧交错落底，避免上部初期支护两侧同时悬空；又如，视围岩状况严格控制落底长度，一般采用1~3m，并不得大于6m；（2）下部边墙开挖后必须立即喷射混凝土，并按规定做初期支护；（3）量测工作必须及时，以观察拱顶、拱脚和边墙中部位移值，当发现速率增大，应立即进行底（仰）拱封闭，或缩短进尺，加强支护，分割掌子面等。4.1.2.3隧道浅埋段初期支护施工要点89 1.隧道浅埋段加强段施工开挖后，应立即铺设小网孔的钢筋网，并喷射3cm-5cm厚的混凝土层；2.安设锚杆及钢拱架，二次支护喷射混凝土应将钢拱架覆盖不小于3m的保护层；3.落底、安设锚杆及下部钢拱架，应同时进行挂网，喷射混凝土；4.应进行仰拱封底，尽早形成封闭结构。4.1.3盖挖法施工（本隧道可以根据实际情况采取此法）对于基坑地质条件极差的浅埋地段，或考虑上方可能会有临时车辆通过，可采用其对应的施工步骤为：(1)先施工基坑外的排水、降水系统，分层开挖平台以上的基坑，基坑坡度1:0.5，并及时施工土钉锚喷墙；(2)先施工混凝土平台封面和排水系统；然后施作止水帷幕桩、直径100mm混凝土钻孔桩、冠梁和第一道混凝土支撑；(3)待冠梁和支撑混凝土达到设计要求后，开挖到第二支撑处并及时架设第二道钢支撑；(4)继续开挖到第三道支撑处及时施作第三道支撑；(5)开挖至基地设计标高，铺设垫层混凝土；(6)铺设防水版，浇筑仰拱和边墙混凝土及仰拱填充层，并把主体结构与围护结构之间的空隙用C25素混凝土回填密实；(7)待仰拱和边墙混凝土及衬砌背后回填混凝土强度达到要求后，拆除第三道支撑继续施工第二道支撑以下的主体结构；(8)待第二道支撑以下的主体结构混凝土强度达到设计要求后换撑，并拆除第二道支撑，继续施工完剩余主体结构；(9)待主体混凝土强度达到要求后进行衬砌背后土石回填到原地面。4.2张夏隧道洞口的施工方法4.2.1.1明挖法89 图4.2明挖法1-上台阶开挖2－浇筑拱部3－下台阶中央开挖4－左侧马口开挖5－浇筑左侧边墙6－右侧马口开挖7－浇筑右侧边墙由于明洞埋置较深，且位于松软土层中，全部明挖可能导致边坡坍塌，为使边坡稳定，对明洞边坡应加强护坡处理。采用挖掘机分段、分层开挖，人工配合挖掘机刷边（仰）坡，分段长度8～10m，分层高度2～3m。紧随开挖进行边（仰）坡防护，边（仰）坡采用砂浆锚杆挂钢筋网湿喷混凝土防护。隧底开挖完毕后进行隧底地质勘探，根据地质勘探结果进行必要的地基处理，然后进行仰拱施工。根据监控量测结果及时施做明洞衬砌，明洞衬砌按洞外混凝土结构要求进行施工，待衬砌强度达到设计后进行防水施工，然后进行洞顶回填，最后进行洞顶种植绿化。回填土表面均铺设复合隔水层。4.2.1.2明洞钢筋砼施工明洞土石方开挖完成后，绑扎仰拱钢筋，灌注仰拱混凝土，砼达到设计强度后，衬砌台车就位并安装明洞洞身段模型，绑扎边墙及拱部钢筋，砼输送泵一次连续浇注成形。89 4.2.1.3洞口边、仰坡开挖防护边仰坡开挖前先施作截水天沟，按设计要求从上至下开挖边仰坡，并及时按设计要求进行边仰坡的防护加固。(1)洞口排水边仰坡施工前先人工在开挖边缘线5～10m开挖并施作洞顶截水天沟,待进洞后及时施作洞门和两侧排水沟,与洞顶截水沟相连形成完整排水系统。(2)洞门施工在进洞施工正常后，适时安排洞门施工，洞门采用混凝土整体浇筑，浇筑时采用钢管搭设脚手架，大面积钢模板立模，混凝土输送泵浇筑，插入式振捣器振捣。(3)进洞施工对于洞口段设计为大管棚超前预支护的隧道具体作法：洞口开挖至起拱线，采用两榀型钢钢架紧贴仰坡放置，间距0.8m，纵向用Φ22mm钢筋连接，预埋管棚导向管，其环向间距及倾角按设计的管棚环向间距及外插角布设，经测量检查，同隧道洞口开挖断面一致后，与仰坡锚杆焊接固定，浇注40cm厚挂板混凝土固结，然后施做长管棚，形成洞室轮廓，按设计开挖方法进洞。4.3通风隧道口安装1台MFA60P2～S通风机供风，通风管使用∅1000负压柔性风管，悬挂于隧道拱腰部位，压入式通风。当隧道施工长度大于500m时，增加1台通风机抽出式通风，通风管使用∅600的胶皮风管悬挂在另一侧边墙上。4.4防尘施工防尘采用水幕降尘和个人戴防尘口罩相结合，在距掌子面30m外边墙两侧各放一台水幕降尘器，爆破前10min打开阀门，放炮30min后关闭。4.5排水隧道为上坡掘进时，设距边墙0.5m设临时排水沟，沿纵坡排水，汇入洞外排水系统；下坡掘进时，每隔20～30m设一集水坑和抽水站，依次将水抽排出洞。89 4.6超前支护与初期支护4.6.1超前小导管注浆加固地层小导管注浆作业包括打孔布管、封面、注浆三道工序。（1）打孔布管：采用凿岩风钻或台车打眼打孔，孔眼长度大于小导管长度。小导管顶部成尖锥状，尾部焊箍，管壁按梅花形布置小孔，尾部置于钢架腹部，增加共同支护能力；（2）封面：注浆前，喷射砼封闭工作面，以防漏浆；（3）注浆：采用水泥浆液注浆，在孔口设置止浆塞，浆液配合比由现场试验确定，注浆时先注无水孔，后注有水孔，从拱顶向下注，如遇窜浆或跑浆，则间隔一孔或几孔注浆。4.6.2中空注浆锚杆施工（1）隧道开挖后即按设计要求初喷砼后，即进行锚杆钻孔作业；（2）中空式注浆锚杆采用风钻打眼。打眼时须严格按设计要求控制孔眼位置，间距及外插角。施工时采用TAPS断面仪严格放线控制；（3）锚杆孔成孔后即可安装已加工制作好的锚杆；（4）严格控制好注浆压力和注浆量，并及时施工监测资料和施工现场的实际情况修正参数。4.6.3锚杆钢筋网严格按设计要求和围岩类别设置长度和密度足够的锚杆，并在开挖后尽快安设。锚杆钻孔、安设方向与岩面垂直。注浆锚杆安设就位后，用注浆机注入水泥浆。药卷锚杆采用凿岩机械将锚杆和放药卷入孔中。钢筋网的铺设要与开挖面紧贴，挂网前应先初喷一层砼，钢筋网与锚杆电焊牢固，钢筋网挂好后，再复喷砼至设计厚度。4.6.4型钢钢架施工钢架在洞口1∶1样台上制作焊接成型后运入洞内进行安装。钢架每榀由各单元组成。钢架安装前先对岩面初喷砼后，测设隧道中线，确定标高，然后再测其横向位置，用红油漆作出明显标志，钢架安装方向垂直于隧道中线。89 钢架安装时，各单元之间采用螺栓通过连接板进行连接，同时为确定钢架与钢架之间的整体稳定性，每榀钢架之间沿环向设置钢筋进行连接。4.6.5大管棚施工工序(1)管棚钢管采用壁厚为8mm∅<108mm无缝钢管。导向墙分三段按顺序施工,并同时预埋管棚导向管。孔口位置在第一、三段沿隧道拱部开挖轮廓线250mm布置，第二段沿隧道拱部开挖轮廓线100mm布置。钢管分节安装,两节间用螺纹长度为150mm的丝扣连接,相邻两根钢管的接头错接长度为1.0m。(2)从管棚导向管定位处钻孔。钻孔时将钢管随钻头一起钻入地层内,达到设计深度后停机,钻头与钢管、钢管之间用丝扣连结。注浆管上有∅<10mm以200mm梅花型布置的注浆孔,钢管尾部(孔口段)2.0m内无孔,为止浆段。(3)钻孔完成后,为提高钢管的刚度及强度,钢管内加设4根∅<16mm钢筋和固定环组成的钢筋笼。固定环采用外径∅<42mm、壁厚8mm、长60mm的短管环,短管环间距1.0m。在管棚钢管孔口用法兰盘连接上孔口管(∅<42mm,厚4mm,长500mm)。(4)根据地层的孔隙和地下水情况,注浆浆液选用水泥浆和水玻璃混合浆,浆液配制为525#普通硅酸盐水泥,水玻璃模数η=2143,玻密度β=30～45′；水泥浆水灰比为0.5∶1；水泥浆与水玻璃体积比为1∶1～1∶0.5～1∶1；缓凝剂为水泥用量的3%。(5)钻孔时水平偏距沿相邻钢管方向控制在100mm内,垂直偏距沿相邻钢管方向控制在200mm内(对管棚前端,而非管棚孔口)。(6)向管棚内注浆时，按先上后下顺序全孔一次性注完。注浆压力控制在0.5～1MPa。①在管棚导向管的钻进过程中,采用水平测斜仪定期量测管棚偏斜度并及时纠偏；②注浆时,注意观察注浆压力的变化、注浆管的需浆量、止浆墙周边注浆管的冒浆情况和压力的变化,控制各注浆管的注浆量；③如产生串浆,应及时关闭串浆孔口阀门,导管注浆的注入量应尽可能加倍。4.6.6湿喷砼施工方法（1）原材料要求89 水泥：采用普通硅酸盐水泥。细骨料：采用硬质洁净的中砂或粗砂，砂率根据现场试验确定。粗骨料：采用坚硬耐久的碎石，粒径不大于15mm，级配良好。水：采用不含有影响水泥正常凝结、硬化及影响砼耐久性的有害杂质的工程用水。速凝剂：DS液体型速凝剂，掺量由试验确定。（2）湿喷砼施工方法A喷射机械安装好后，先注水、通风、清除管道内杂物，同时用高压风吹扫岩面，清除岩面尘埃。B上料保证连续性，校正配料的输出比。C操作顺序：喷射时先开液态速凝剂泵，再开风，后送料，以凝结效果好，回弹量小，表面湿润光泽为准。D喷射机的工作风压严格控制在0.5～0.75Mpa范围内，从拱脚到边墙脚风压由高到低，拱部的风压为0.4～0.65Mpa，边墙的风压为0.3～0.5Mpa。E严格控制喷嘴与岩面的距离和角度。喷嘴与岩面垂直，有钢筋时角度适当放偏，喷嘴与岩面距离控制在0.8～1.2m范围以内。F喷射时自下而上，即先墙脚后墙顶，先拱脚后拱顶，避免死角，料束呈旋转轨迹运动，一圈压半圈，纵向按蛇形，每次蛇形喷射长度为3～4m。4.7隧道二次衬砌4.7.1正洞施工方法拆模--台车就位--台车调整合格--扎筋立模--养护--灌注砼--模板横向及高程调整4.7.2钢筋制作安装二次衬砌钢筋在1∶1的制作样台上，分单元分片制作成形，各单元间预留足够的搭接长度。运至施工现场安装时，将每片钢筋用纵向钢筋联结成一个整体，连接采用绑扎焊接，纵向钢筋应预留一定长度以便与下组衬砌钢筋的联接，并设加强连接筋。搭设作业台架，便于边拱钢筋的安装。89 4.7.3砼施工（1）模板：本合同段隧道每作业面配备一台衬砌台车和一套模板，平移式交错作二次衬砌（每节衬砌长度12m）;（2）砼的拌制：在洞口设置拌和站，供应砼；（3）砼的运输：采用3台规格为6m的搅拌运输车进行砼运输供应；（4）砼的浇注：采用砼输送泵泵送浇注砼，并备用一台砼输送泵;（5）砼的振捣：选用插入式捣固器和高频附着式振捣器进行砼振捣。4.7.4衬砌背后注浆为防止二次衬砌与外防水层之间形成空隙，采用在二次衬砌背后压浆的施工措施进行处理。（1）压浆孔设在拱顶，每5m隧道预留1个注浆孔；（2）压浆孔底部孔口紧贴外防水层，为确保压浆孔不被堵塞以及不剌破防水层，采用预留注浆孔措施；（3）二次衬砌砼灌注56天后，从注浆管逐孔压入1∶1水泥浆液，充填二次衬砌与外防水层之间的间隙。4.7.5仰拱施工（1）仰拱清底：仰拱开挖完成后，将仰拱顶面标高在边墙上标示，根据仰拱设计断面检查实际断面尺寸，利用采用人工配合清除仰拱局部欠挖，检查合格后进行仰拱施工。（2）仰拱施工：仰拱砼在模型安装后，用砼运输车运至工作面，插入式捣固器振捣，及时养护。（3）填充砼施工：在仰拱砼强度达到设计强度后进行填充砼施工。采用砼运输车运至工作面，插入式捣固器振捣，根据仰拱顶面标高人工找平顶面并拖毛，及时养护。4.7.6管沟施工隧道管沟随仰拱一次开挖成型外，开挖后及时清帮，并尽快立模灌注砼衬砌。89 4.8隧道防水施工4.8.1概述隧道正洞的结构防水等级为一级的设计要求（1）防水系统防水系统由防水砼、防水板和施工缝、变形缝处设置的止水条、止水带组成。（2）衬砌拱部进行充填压注水泥砂浆，施做二次砌时拱部纵向按每隔5m间距预留压浆孔。4.8.2防水层施工采用平台作业车作施工平台，先在初期支护壁上钉衬垫，衬垫为梅花型布置，将防水板粘结在衬垫上。防水层与初期支护密贴，但保持一定的松驰度，粘结牢固。初期支护有渗水地段采用在渗水区及其周边一定范围内，花管注浆封堵，或引排至纵向排水管。只有当渗水完全封堵后，才能铺设防水层。4.9内砼路面施工方法及洞内附属施工路面工程不是整个标段的控制工程，但是整个路面工程的施工质量却是关键环节，特别是洞内的路面砼一定要保证质量。为整个线路运营创造良好条件。4.9.1水泥砼路面整平层施工（1）路面整平层施工工艺流程路面整平层施工工艺流程图（2）测量放线标高测量与控制：根据安装模型进度，在立模前一天将纵、横缝交叉点打入钢筋桩，钢杆高出路面30cm，用红油漆在钢筋上划出标高标记，作好记录作为复测依据。立模完成后，砼灌注前，应分别用经纬仪拉小白线等方法复测模板顺直度，用水平仪检测模板标高。（3）模板加工89 模板根据路面设计厚度采用28号轻型槽钢加工成型，型钢口必须打磨平整，以保证型钢立面平整，上口平直，拉传力杆直径，位置根据设计在槽钢高度上钻孔设定，模板外侧设定位卡环。（4）模板的安装安装模板：根据路面下基层表面上弹划的墨线，确定模板位置，利用钢筋桩标高点临时固定模板，然后用钢筋桩标明和定位环固定模板。安装完毕，检查合格后，涂抹脱模剂。立模方法：正洞路面宽度为7.5m，大于5m，分左半线和右半线两次立模，连续浇灌砼的施工方法。导洞和横通道路面宽5.0m，采用一次性立模灌注。拆模：砼灌注完成12小时后即可拆模，拆模时先拆除支撑，用锤振松模板脱离砼，拆模时不能损坏砼棱角，局部不能拆除的模板可用侧链向外牵拉，避免损坏成型砼，拆卸完模板及时清理，以备下次倒用。（5）砼施工技术要求整平层10号砼厚为20cm～22cm，可以1次性灌注，砼摊铺采用人工摊铺、整平。对混合料的振捣，每一位置的持续时间，应以混合料停止下沉，不再冒气泡，并泛出砂浆为准，不宜过振，振捣时应振动梁为主同时辅以人工局部找平，并应随时检查模板有无下沉、变形或松动。整平层浇筑完毕后，及时养生、养生采用麻布或草帘覆盖后洒水养护。4.9.2水泥砼路面面层施工（1）在整平层施工完成后，进行测量放线、立模（工艺同整平层施工一致）。（2）隧道内路面面层砼为35号防水砼，面层厚度为26cm，采用1次性浇筑，机械摊铺作业。（3）砼浇筑吸水：在提浆后的砼表面铺设滤布，在滤布上铺设气垫薄膜吸水，用素水泥浆密吸垫周边，以免漏气，安装吸头，起动吸水机真空泵，真空度控制在40～550mmHg(60～73Kpa)。抹面：吸水完成后立即用粗抹机抹光，用靠尺检查路面平整度，满足要求后进行压槽作业。89 压槽：抹面完成后进行横向压纹处理。拆模：砼浇注完成12小时后，即可拆模进行养护。切缝：砼浇注24小时后，即可沿路面分幅弹墨线进行切缝作业，施工时必须保持有充足的水份，切割完成后及时将切缝清扫干净。4.9.3接缝纵向设置平缝纵缝并调协拉杆，对已浇砼板的缝壁应涂刷沥青，并应避免涂在拉杆上。横向按设计要求设置横缝。4.9.4施工缝正洞混凝土灌注，连续作业，尽量减少施工缝。对施工缝要预埋连接钢筋处理。4.9.5填缝缝槽应在养生期满后及时填缝，填缝前保证缝内干燥清洁，防止砂石等杂物掉入缝内并经监理工程师检合批准方能填缝。填缝料做到与砼缝壁粘附紧密，其灌注深度为3～4cm时，可填入孔柔性衬底材料。4.9.6洞内附属工程洞内附属工程包括监控、消防设备、风向风速检测、营运管理设施等的预埋构件、标线、照明以及洞内装饰等的施工。按设计及规范要求进行施作。第5章防排水方案5.1设计说明89 张夏隧道设计按百年一遇的水位设计，按三百年一遇水水位校核，并满足低水位要求。防水等级为一级。防水等级为一级时，除坚持混凝土结构自防水外，还应设置全外包柔性防水层，采用高聚物改性沥青防水卷材层，厚度用8mm；合成高分子橡胶防水卷材层厚度宜用2.4mm；塑料类防水卷材厚度为2mm；聚氨酯涂膜防水层厚度为3mm。张夏隧道防水系统由防水混凝土、防水板和施工缝、变形缝处设置的止水条、止水带组成。（1）防水混凝土是人为地从材料和施工两个方面着手，采取种种措施，提高其自身的密实性、抑制和减少其内部孔隙的生成。改变孔隙的特征，堵塞渗水通路，并以自身壁厚及其憎水性来达到自防水的一种混凝土。地下工程防水应以结构自防水为主，而结构自防水应采用防水混凝土。（2）张夏隧道工程根据其埋置深度、围岩情况防水混凝土的抗渗等级为P12[4]，由于地下工程结构自防水，其抗裂比抗渗更重要，因此，在有条件的情况下，应尽可能选用外加剂防水混凝土，并优先采用膨胀剂防水混凝土。结构主体连续浇注，水平施工缝留在高出拱墙与仰拱相接处以上300mm处的墙体。（3）张夏隧道工程防水混凝土结构采用以下参数①VI级围岩衬砌厚度40cm，V级围岩衬砌厚度50cm；②迎水面主筋保护层厚度不应小于5cm；③表面裂缝宽度不得大于0.2mm并不得贯通。5.2各种施工缝防水措施本隧道在DK428+994.5、DK428+657.5处设置变形缝。5.2.1.暗挖法地下工程防水设计表5-1暗挖法地下工程防水设计表工程部位防水方法主体复合式衬砌内衬砌施工缝外贴式止水带、遇水膨胀止水条内衬砌变形缝、诱导缝中埋止水带、遇水膨胀止水条、外贴式止水带89 内衬砌施工缝防水构造图如下图5.1所示：图5.1内衬砌施工缝防水构造1-遇水膨胀止水条；2-外贴式止水带；3-混凝土结构；4-填缝材料；内衬砌变形缝、诱导缝防水构造图如下图5.2所示：89 图5.2变形缝、诱导缝防水构造图1-中埋式止水带；2-外贴式止水带；3-混凝土结构；4-填缝材料；5-遇水膨胀止水条；选用的遇水膨胀止水条具有缓胀性能，其7天的膨胀率不大于最终膨胀率的60%，遇水膨胀止水条要牢固的安装在缝表面或预留槽内；中埋式止水带要确保位置准确，固定牢靠。5.2.2.明挖法地下防水表5－2明挖法地下防水工程部位防水方法主体防水混凝土、防水涂料施工缝中埋式止水带、外贴式止水带后浇带遇水膨胀止水带、外贴式止水带膨胀混凝土变形缝、诱导缝中埋式止水带、防水嵌缝材料变形缝防水构造图如下图5.3所示：图5.3变形缝防水构造图1--防水混凝土；2--填缝材料；3--嵌缝材料；4--背衬材料；89 5--中埋式止水带；6--遇水膨胀橡胶条7--外贴防水层施工缝防水构造图如下图5.4所示：图5.4施工缝防水构造图1-中埋式止水带；2-外贴式止水带；3-混凝土结构；4-填缝材料；5.3防水层涂料防水层涂料包括无机防水涂料和有机防水涂料两类。本设计采用有机防水涂料，有机防水涂料用于结构主体的迎水面。有机涂料可选用反应型、水乳型、聚合物水泥防水涂料。二次衬砌混凝土采用防水混凝土，防水混凝土的抗渗等级不小于P12；防水混凝土施工采用"双掺"技术，掺加一级粉煤灰及具有补偿收缩功能的抗裂高效防水剂，粉煤灰掺量占水泥重量不小于30%，抗裂高效防水剂掺量占水泥重量的8%～10%,混凝土施工前应做试配试验。表5－3粉煤灰的技术要求序号项目技术要求备注1细度（％）≤20按《用于水泥和混凝土的粉煤灰》（GB/T1596）检验89 2CI（％）不宜大于0.02按《水泥原料中氯化学分析》（JC/T420）检验3需水量表（％）≤105按《用于水泥和混凝土的粉煤灰》（GB/T1596）检验4烧矢量（％）≤5.0按《水泥化学分析方法》（GB/T176）检验5含水率（％）≤1.0（干排灰）按《用于水泥和混凝土的粉煤灰》（GB/T1596）检验6SO含量（％）≤3按《水泥化学分析方法》（GB/T176）检验5.4防水板塑料防水板可选用乙烯—醋酸乙烯共聚物（EVA）、乙烯—共聚物沥青（ECB）、聚氯乙烯（PVC）、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）类或其他性能相近的材料。本设计选用聚氯乙烯（PVC）。铺设防水板的基层要平整、无尖物，基层平整度符合D/L=1/6~1/10的要求。复合式防水板施工采用无钉铺设工艺，从拱顶向两侧铺设，防水板铺设要有一定松驰量。防水板超前二次衬砌10～20m施工，用自动爬行热焊机进行焊接，铺设采用专用台车进行。塑料防水板应符合下列要求：幅宽为3m；厚度宜为2mm；耐刺穿性、耐久性、耐水性、耐腐蚀性、耐菌性好；塑料防水板物理力学性能应符合下表规定。表5-3塑料防水板物理力学性能表项目拉伸强度/MPa≥断裂伸长率（%）≥热处理时变化率（％）≤低温弯折性抗渗性指标122002.5-20℃无裂纹0.3MPa0.5h下透水防水板纵向搭接与环向搭接处，除按正常施工外，应再覆盖一层同类材料的防水板材，用热焊焊接。三层以上塑料防水板的搭接形式采用“T”型接头。混凝土振捣时，振捣棒不得接触防水板，以防防水板受到损伤。89 第6章支护设计与计算6.1支护设计隧道衬砌设计应综合考虑地质条件、断面形状、支护结构、施工条件等，并应充分利用围岩的自承能力。衬砌应有足够的强度和稳定性，保证隧道长期安全使用。衬砌结构类型和尺寸，应根据使用要求、围岩级别、工程地质和水文地质条件、隧道埋置深度、结构受力特点，并结合工程施工条件、环境条件，通过工程类比和结构计算综合分析确定。衬砌结构设计如下[6]：（1）衬砌断面采用曲边墙拱形断面。（2）对于本隧道，采用加强复合式衬砌（设计参数见表6.1.1）。（3）在Ⅳ、Ⅴ级围岩地段设仰拱。（4）围岩较差地段的衬砌应向围岩较好地段延伸5～10m。表6-1隧道复合式衬砌的设计参数围岩级别初期支护二次衬砌厚度（cm）喷射混凝土（cm）锚杆（m）钢筋网钢筋拱、墙混凝土仰拱混凝土拱部、边墙位置长度间距Ⅳ25拱、墙3.51.0拱、墙@25×25拱、墙4555Ⅴ28拱、墙4.01.0拱、墙@20×20拱、墙5060表中：①锚杆沿隧道周边径边布置，按梅花形排列，采用钢筋。②钢筋网按矩形布置，采用的钢筋，钢筋搭接长度为30d，钢筋网与锚杆焊接。③钢架支护间距为在1m。本隧道中，具有多种不同的围岩地质条件。根据实际情况，在衬砌设计时采用多种形式，在加强段，相应地提高各衬砌的设计参数，适当地采用工字钢架和格栅钢架进行加强支护。6.2隧道衬砌结构验算89 6.2.1基本原理结构力学方法的基本原理是：将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承，与其对应的计算模型称为荷载－结构模型。6.2.2主动荷载－结构模型［7］本隧道采用主动荷载－结构模型，其受力如下图6.1图6.1隧道初砌受力变形图隧道衬砌在围岩压力作用下要产生变形(如图6.1所示)。在隧道拱顶，其变形背向围岩，不受围岩的约束而自由地变形，这个区域称为“脱离区”；而在隧道的两侧及底部，结构产生朝向围岩的变形，受到围岩的约束作用，因而围岩对隧道衬砌结构产生了约束反力(弹性抗力)，这个区域称为“抗力区”。由此可见，围岩对隧道衬砌结构的变形起着双重作用：既产生主动围岩压力使衬砌结构变形，又产生被动的抗力阻止衬砌结构变形。这种效应的前提条件是围岩与隧道衬砌必须全面紧密地接触。6.2.3隧道初砌承受的荷载及分类（一）主动荷载89 主动荷载(永久荷载)—指长期及经常作用的荷载。如围岩压力、支护结构自重、回填土荷载、地下静水压力及车辆活载等。围岩压力是最主要的，其次是结构自重;静水压力按最低水位考虑，因为地下水位越低，截面偏心越大（圆形或近似圆形的隧道）。车辆活载等一般可略去不计。附加荷载（可变荷载、偶然荷载）－指偶然的、非经常作用的荷载。如地震力、混凝土收缩应力等。计算荷载应根据上述两类荷载同时存在的情况进行组合。（二）被动荷载－围岩抗力有两种围岩抗力计算理论，即共同变形理论和局部变形理论。a、共同变形理论认为施加于一点的荷载会引起整个弹性体表面的变形，即共同变形。视围岩为弹性半无限体，考虑相邻质点之间的相互影响。计算复杂，很少采用。b、局部变形理论以温克假定为基础，简称为“温氏假定”（见图6.2）视围岩为一系列彼此独立的弹簧，每个弹簧表示一个小岩柱，某一弹簧受到压缩时所产生的反作用只与该弹簧有关，而与其它弹簧无关。某点的反作用就是围岩的弹性抗力，它与该点的变形成正比，用公式表示如下（6－1）——围岩表面上任意一点的压缩变形，m;——围岩在同一点上所产生的弹性抗力，MPa;k——比例系数，称为围岩的弹性抗力系数，MPa/m;图6.2.局部变形示意图89 采用荷载结构法计算隧道衬砌的内力和变形时，应通过考虑弹性抗力等体现围岩对衬砌变形的约束作用。隧道衬砌承载后的变形受到围岩的约束，从而改善了衬砌的工作状态，提高了衬砌的承载能力，故在计算衬砌时，应考虑围岩对衬砌的约束作用。采用荷载结构模型设计时，规定通过设置弹性抗力考虑围岩对衬砌变形的约束作用。弹性抗力、粘结力均属围岩对衬砌的约束力。鉴于迄今对粘结力作用的研究不多，故通常仅按弹性抗力计算，而将粘结力对衬砌的有利作用视为安全储备。为简化计算，弹性抗力的摩擦力对衬砌内力的影响也不考虑，即也视为衬砌结构的安全储备。本隧道采用局部变形理论，即作用在某一点的应力，仅仅使这一点发生变形，它与该点变形成正比，而与其它点无关。虽然该假定与实际情况不符，但其简单使用，且可以满足设计的要求。6.3计算建模本隧道采用结构力学方法及ANSYS进行验算。由于隧道长度较之横断面尺寸要大得多，而且，又假设荷载和结构特性沿隧道长度方向是不变的，因此，可以认为隧道衬砌不会产生纵向位移，即处于平面应变状态。在进行力学分析时，沿纵向取出单位长的一段作为研究对象,简化为2维模型进行二次衬砌模拟受力变形计算。本设计采用ANSYS进行计算，选取的单元为V级围岩的单元，其中需要模拟两种材料单元：(1)梁单元BEAM3，单元的实常数如下：面积：0.5m；IZZ：0.0104m4；高度：0.5m;(2)地层弹簧COMBIN14单元的弹性系数：125286000本隧道取V级围岩段计算，该截面设计基本参数为：边墙厚50cm，仰拱厚60cm，横截面上的衬砌容重为（每立方米）25kN。由此，可计算求得纵向取1米的二次衬砌截面总重量为540.7035kN。浅埋隧道当洞顶距地面高度为20米时（即最不利位置时）的作用来计算荷载，将衬砌结构划分为62个梁单元，进行编号。6.3.1围岩弹簧模型的选取和讨论89 地基反力作用由弹簧模拟，是被动力。由于二次衬砌后的初次衬砌回填一般不容易保证其均匀性，所以切向摩擦力难以确定，则考虑切向摩擦力设计的结果偏于安全。本隧道的围岩的弹簧选取如下图6.3所示6.3围岩弹簧模型该弹簧模型只有径向设置，不记摩擦力。需注意弹簧只能受压不能受拉，当计算后存在受拉弹簧时，使其与衬砌脱落，再计算。反复这一过程直到所有弹簧都受压；在计算方面，就是用逐次逼近的方法求得，即先假定衬砌的某些区域的变形指向围岩，与围岩有相互作用而设置弹簧单元，求出衬砌的变形轮廓。然后从没有相互作用的区域去掉弹簧单元，在有相互作用而原先未设置弹簧单元的区域加上弹簧单元，再进行计算。如此反复进行计算，直到弹簧单元都正好设置在相互作用的区域为止；用ANSYS时，采用全牛顿-拉普森法求解(nropt)。6.3.2二次衬砌模型的选取和讨论由于结构的轴向对称性，且荷载在轴向也呈正对称分布（不考虑偏压情况）。根据结构力学原理，可简化为半边结构计算。由于在施工过程中，为了施工运输的方便（如出渣），可能会先不做仰拱，因为由结构力学可分析出仰拱会从边墙分一部份由外荷载产生的内力；不考虑仰拱，在边墙连接仰拱处添加弹性支座模拟地基反力。由于仰拱与底面地基的摩擦力很大，且水平压力相对很小,不会产生水平位移，所以加了水平位移约束；如基底围岩过于松软时，有先做仰拱稳定89 图6.4整体模型坑底部，然后再建边墙的施工方法，这时应考虑仰拱对隧道衬砌内力的影响。最后，考虑到实际情况，一次衬砌也会在施工阶段及结构使用的相当一段时期承受部分荷载。在这段时期二次衬砌的仰拱也早已施工完成，所以仍然在计算时考虑仰拱的作用。为了使设计模型更加直观，并考虑到可能有偏压地段需要计算，仍取整体结构进行模拟计算，如图6.4所示。在ANSYS中本隧道的围岩取1米，计算模型如下图6.5所示：89 图6.5计算模型6.3.3作用在衬砌上的荷载计算(1)根据《铁路隧道设计规范》附录e所示浅埋隧道围岩压力计算，计算参数如下：围岩级别：V级；坑道跨度B：14.86m;围岩重度r：25KN/m;洞顶地面高度h：35m；顶板土柱两侧摩擦角:27°;围岩计算摩擦角:45°;89 图6.6浅埋隧道围岩压力计算根据上图，设隧道上覆岩土体EFHG的重力为W，两侧三棱岩体FDB的重力为W1，未扰动岩土体对滑动土体的阻力为F，当EFHG下沉，两侧受到的阻力为T，则作用在HG面上的垂直压力总值为Q[1]（6－3－1）三棱体自重为（6－3－2）式中h——坑道底部到地面的距离（m）;β——破裂面与水平面的夹角（°）。根据正弦定理89 （6－3－4）将（7－3－2）代入式（7－3－4）可得（6－3－5）式中——侧压力系数，按下式计算将式（6－3－5）代入式（6－3－1）可求得作用在HG面上的总垂直压力Q（6－3－6）由于GC、HD与EG、EF相比往往较小，而且衬砌与岩土体之间的摩擦角也不同，前面分析时均按计，当中间土块下滑时，由FH及EG面传递，考虑压力稍大些对设计的结构也偏于安全，因此，摩阻力不计隧道部分而只计洞顶部分，即在计算中用H代替h,这样式（6－3－6）可写为（6－3－7）由于所以式中——隧道宽度（m）换算为作用在支护结构上的均布荷载如图6.7所示89 图6.7浅埋隧道支护结构上的均布荷载（6－3－8）式中q——作用在支护结构上的均布荷载（KN/m2）作用在支护结构两侧的水平侧压力为,（6－3－9）代入数据计算得：=3.02=0.22破裂角=71.679°垂直压力q=483.25985KN/m水平侧压力=154KN/m209.84KN/m(2)将水平压力e和竖直压力q转化为梁单元的等效结点荷载89 梁单元等效荷载计算模型在梁单元上不考虑弯矩的影响，则结构计算模型如下：（a）（b）图6.5梁单元等效荷载计算模型竖直压力q转化为梁单元的等效结点荷载采用图6.5（a）模型。水平压力e转化为梁单元的等效结点荷载采用图6.5（a）与（b）模型的叠加在ANSYS模型上的等效节点荷载如表6-2所示；NODEFYFXNODEFYFX2-162347.3953365.66682862-162347.3953-365.666828621-323278.97261520.70784123-323278.9726-1520.70784120-318987.36823089.35303624-318987.3682-3089.35303619-311801.9164631.01240125-311801.916-4631.01240118-301787.80266132.18381826-301787.8026-6132.18381817-289035.87557579.67726427-289035.8755-7579.67726416-273661.82018960.71897828-273661.8201-8960.71897815-255805.109510263.0543729-255805.1095-10263.0543714-235627.739511475.0492930-235627.7395-11475.0492913-213312.758912585.7890131-213312.7589-12585.7890112-189062.608613585.1743332-189062.6086-13585.1743311-163097.285614464.0140233-163097.2856-14464.0140289 10-135652.34715214.1127434-135652.347-15214.112749-106976.772715828.3534235-106976.7727-15828.353428-77330.7070716300.7731636-77330.70707-16300.773167-46983.0986516626.6314237-46983.09865-16626.631426-16209.2603616802.469538-16209.26036-16802.46955-15462.1463716826.1601639-15462.14637-16826.16016445499.0528216696.946124045499.05282-16696.94612375873.711416415.466674175873.7114-16415.466671128496.002515666.8039322128496.0025-15666.8039364218879.2512613.1121443218879.25-12613.1121444266854.7878358.06739342266854.7874-8358.06740263264855.83676260.82474545264855.837-6260.82475362270228.62075603.22501146270228.6207-5603.22500961274997.91034932.32844447274997.9103-4932.32844260279153.05434249.71521648279153.0543-4249.71521359282684.77323556.99792849282684.7732-3556.99792658285585.17962855.81722250285585.1796-2855.81721957287847.79622147.83728151287847.7961-2147.83727856289467.571434.74123452289467.5699-1434.74123255290440.8837718.226488553290440.8834-718.226486954145382.7817179.664583554145382.7814-179.66458276-2等效节点荷载(N)将上述所有荷载加载到模型中，如图6.6所示89 图6.6荷载加载图之后将受拉弹簧去除掉，如图6.7所示图6.7去受拉弹簧后的模型89 6.4牛顿-拉普森法求解(nropt)采用牛顿-拉普森法的原理进行求解，求解，根据计算结果绘制变形图，将受拉弹簧单元去掉。再次求解，去掉受拉单元，复活受压单元。反复这个过程，直到围岩与衬砌作用单元全部受压。6.5结果输出1、隧道变形如图6.8所示：图6.8隧道变形图（m）2、弯矩如图6.9所示：89 图6.9隧道弯矩图(N∙m)3、隧道轴力如图6.10所示：图6.10隧道轴力图(N)4、隧道剪力如图6.11所示：89 图6.11隧道衬砌剪力图(N)5、隧道衬砌各单元内力如下表6-4所示,表6-4中：NI表示某单元i节点的轴力值(N)；NJ表示某单元j节点的轴力值(N)；QI表示某单元i节点的剪力值(N)；QJ表示某单元j节点的剪力值(N)；MI表示某单元i节点的弯矩值(N∙m)；MJ表示某单元j节点的弯矩值(N∙m)。附图：分别为V级超浅埋，V级浅埋，V级深埋，VI级浅埋和VI级深埋的弯矩和轴力图。89 89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页6.6隧道配筋计算6.6.1V级超浅埋段即出口段配筋计算根据上面计算同理可得出V级超浅埋段：垂直压力q=236.73KN/m水平侧压力=36.27KN/m131.37KN/mkN∙m;轴力设计值由配筋计算截面为矩形，b=1000mm、h=600mm，混凝土为C30，钢筋采用HRB335。即：，，,，由：①求偏心矩故不考虑附加偏心矩，所以初始偏心矩②求偏心距增大系数，所以偏心矩增大系数η应该修正计算偏心受压性质对截面曲率的修正系数ζ1=所以取,所以构件长细比对截面曲率影响的系数，则偏心矩增大系数=1.589 ##大学本科毕业设计(论文)第89页③判断大小偏心计算偏心距所以属于大偏心受压构件④求受压区钢筋面积AS，取则受压区钢筋面积取选用420()⑤求受拉钢筋面积As受压区高度则受拉区钢筋面积89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页所以选用受拉钢筋628（）所以非超筋所以非少筋⑥裂缝宽度验算根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）当时需验算裂缝宽度。轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离纵向受拉钢筋合力点至截面受压合力点的距离按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率按荷载效应的轴向力钢筋混凝土构件受拉区纵向钢筋的应力裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离受拉区纵向钢筋的等效直径所以最大裂缝宽度89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页所以需要增加受拉钢筋，改为1232（）受拉区纵向钢筋的等效直径所以最大裂缝宽度所以裂缝满足要求。6.6.2V级浅埋段配筋计算根据上面计算同理可得出V级浅埋段：垂直压力q=515.01KN/m水平侧压力=154KN/m209.84KN/mkN∙m;轴力设计值由配筋计算截面为矩形，b=1000mm、h=600mm，混凝土为C35，钢筋采用HRB335。即：，，,，由：①求偏心矩故不考虑附加偏心矩，所以初始偏心矩②求偏心距增大系数，所以偏心矩增大系数η应该修正计算偏心受压性质对截面曲率的修正系数89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页ζ1=所以取,所以构件长细比对截面曲率影响的系数，则偏心矩增大系数=1.4③判断大小偏心计算偏心距所以属于大偏心受压构件④求受压区钢筋面积AS，取则受压区钢筋面积=3750选用632()⑤求受拉钢筋面积As受压区高度=447.69mm则受拉区钢筋面积89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页所以选用受拉钢筋1232（）所以超筋所以非少筋⑥裂缝宽度验算根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）当时需验算裂缝宽度。轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离纵向受拉钢筋合力点至截面受压合力点的距离按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率按荷载效应的轴向力钢筋混凝土构件受拉区纵向钢筋的应力裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页受拉区纵向钢筋的等效直径所以最大裂缝宽度所以裂缝满足要求。6.6.3V级深埋段配筋计算根据上面计算同理可得出V级深埋段：垂直压力q==263.6KN/m水平侧压力=（0.3～0.5）q=79.08～131.8KN/mkN∙m;轴力设计值由配筋计算截面为矩形，b=1000mm、h=600mm，混凝土为C30，钢筋采用HRB335。即：，，,，由：①求偏心矩故不考虑附加偏心矩，所以初始偏心矩②求偏心距增大系数，所以偏心矩增大系数η应该修正计算偏心受压性质对截面曲率的修正系数ζ1=所以取,所以构件长细比对截面曲率影响的系数，则偏心矩增大系数89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页=1.47③判断大小偏心计算偏心距所以属于大偏心受压构件④求受压区钢筋面积AS，取则受压区钢筋面积取选用420()⑤求受拉钢筋面积As受压区高度=175.22则受拉区钢筋面积所以选用受拉钢筋632（）所以非超筋89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页所以非少筋⑥裂缝宽度验算根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）当时需验算裂缝宽度。轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离纵向受拉钢筋合力点至截面受压合力点的距离按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率按荷载效应的轴向力钢筋混凝土构件受拉区纵向钢筋的应力裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离受拉区纵向钢筋的等效直径所以最大裂缝宽度所以需要增加受拉钢筋，改为1432（）受拉区纵向钢筋的等效直径所以最大裂缝宽度89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页所以裂缝满足要求。6.6.4IV级浅埋段配筋计算根据上面计算同理可得出IV级浅埋段：垂直压力q=241.45KN/m水平侧压力=165.6KN/m269.35KN/mkN∙m;轴力设计值由配筋计算截面为矩形，b=1000mm、h=600mm，混凝土为C30，钢筋采用HRB335。即：，，,，由：①求偏心矩故不考虑附加偏心矩，所以初始偏心矩②求偏心距增大系数，所以偏心矩增大系数η应该修正计算偏心受压性质对截面曲率的修正系数ζ1=所以取,所以构件长细比对截面曲率影响的系数，则偏心矩增大系数=1.8189 ##大学本科毕业设计(论文)第89页③判断大小偏心计算偏心距所以属于大偏心受压构件④求受压区钢筋面积AS，取则受压区钢筋面积取选用420()⑤求受拉钢筋面积As受压区高度=146.27则受拉区钢筋面积所以选用受拉钢筋820（）所以非超筋所以非少筋⑥裂缝宽度验算89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）当时不需验算裂缝宽度。6.6.5IV级深段配筋计算根据上面计算同理可得出IV级深埋段：垂直压力q==151.57KN/m水平侧压力=（0.3～0.5）q=22.74～45.47KN/mkN∙m;轴力设计值由配筋计算截面为矩形，b=1000mm、h=600mm，混凝土为C30，钢筋采用HRB335。即：，，,，由：①求偏心矩故不考虑附加偏心矩，所以初始偏心矩②求偏心距增大系数，所以偏心矩增大系数η应该修正计算偏心受压性质对截面曲率的修正系数ζ1=所以取,所以构件长细比对截面曲率影响的系数，则偏心矩增大系数=2.0189 ##大学本科毕业设计(论文)第89页③判断大小偏心计算偏心距所以属于大偏心受压构件④求受压区钢筋面积AS，取则受压区钢筋面积取选用420()⑤求受拉钢筋面积As受压区高度=69.7则受拉区钢筋面积按照最小配筋率配筋，所以选用受拉钢筋420（）所以非超筋所以非少筋⑥裂缝宽度验算89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）当时不需验算裂缝宽度。6.7隧道长期安全性评价对于采用新奥法修建的拱形结构，在设计中应先采用ANSYS等有限元软件进行衬砌结构内力和变形分析，然后根据《铁路隧道设计规范》进行结构承载能力和正常使用极限状态验算，并提出相应的结构构处理措施。同时，还可以进行变参数条件下的有限元分析，得出最合理的结构形式和支护结构参数。（1）变形验算由结构变形图6.7可以看出，最大的变形量为37.8mm，其发生在仰拱处。按照规范，完全能满足设计的要求。（2）双线铁路隧道二次衬砌结构受力特征由图6.8至图6.10可以看出，双线铁路隧道二次衬砌结构受力特征为：弯距最大的地方为仰拱跨中处，其次是拱脚、拱顶和拱腰部，而且仰拱上的弯矩比拱部的弯距大；轴力表现为近似均匀受压分布，但最大的轴力在拱脚处，其次是仰拱，最小为拱部；剪力最大分布在拱脚处和拱腰处，且拱脚处的剪力比拱腰处要大，因载荷和结构为对称结构，导致仰拱跨中和拱顶处的剪力为0。由二次衬砌结构弯矩、轴力和剪力特征可以看出，对于双线铁路隧道拱形结构来说，其长期安全性（假设隧道的初期支护失效的情况，包括锚杆、钢拱架和喷射混凝土，所有载荷由二次衬砌承担）主要由仰拱控制，表现在仰拱跨中和拱脚处。即二次衬砌结构最先破坏发生在仰拱跨中和拱脚处。由此V级围岩的仰拱的厚度设为75cm。但是，因为仰拱的破坏结构的承载影响不是很大，即仰拱破坏后二次衬砌还可继续承受载荷，不过对于二次衬砌结构和稳定性还是有影响的，而且随后拱部结构将会破坏。所以，双线铁路隧道拱形结构的长期安全性应由二次衬砌拱部结构的强度控制，本隧道采用C40的混凝土。表6-4单元弯矩(N.m)、轴力值(N)、剪力(N)ELEMMIMJNINJQIQJ1-9.29E+05-2.79E+05-4.23E+06-4.23E+06-1.03E+06-1.03E+0689 ##大学本科毕业设计(论文)第89页2-2.79E+0583136-4.22E+06-4.21E+06-5.73E+05-5.74E+053831362.44E+05-4.21E+06-4.20E+06-2.55E+05-2.56E+0542.44E+052.90E+05-4.17E+06-4.16E+06-72820-7280252.90E+052.83E+05-4.14E+06-4.13E+06117861253962.83E+052.57E+05-4.09E+06-4.08E+06405104199272.57E+052.19E+05-4.01E+06-4.01E+06586376083482.19E+051.50E+05-3.92E+06-3.91E+061.07E+051.10E+0591.50E+0510016-3.81E+06-3.80E+062.21E+052.24E+051010016-2.55E+05-3.70E+06-3.69E+064.18E+054.22E+0511-2.55E+05-3.81E+05-3.58E+06-3.57E+061.97E+052.02E+0512-3.81E+05-3.94E+05-3.43E+06-3.42E+06182232357513-3.94E+05-3.23E+05-3.26E+06-3.26E+06-1.16E+05-1.10E+0514-3.23E+05-1.96E+05-3.09E+06-3.09E+06-2.05E+05-1.99E+0515-1.96E+05-40201-2.93E+06-2.92E+06-2.50E+05-2.43E+0516-402011.18E+05-2.78E+06-2.77E+06-2.54E+05-2.47E+05171.18E+052.55E+05-2.64E+06-2.64E+06-2.22E+05-2.14E+05182.55E+053.54E+05-2.54E+06-2.54E+06-1.61E+05-1.53E+05193.54E+054.01E+05-2.47E+06-2.47E+06-77590-69935204.01E+053.87E+05-2.44E+06-2.44E+061828826012213.87E+054.01E+05-2.44E+06-2.44E+06-26173-18450224.01E+053.54E+05-2.47E+06-2.47E+066980977465233.54E+052.56E+05-2.54E+06-2.54E+061.53E+051.60E+05242.56E+051.18E+05-2.64E+06-2.64E+062.14E+052.22E+05251.18E+05-39926-2.77E+06-2.78E+062.47E+052.54E+0526-39926-1.95E+05-2.92E+06-2.93E+062.43E+052.50E+0527-1.95E+05-3.23E+05-3.09E+06-3.09E+061.99E+052.05E+0528-3.23E+05-3.94E+05-3.26E+06-3.26E+061.10E+051.16E+0529-3.94E+05-3.81E+05-3.42E+06-3.43E+06-23434-1808330-3.81E+05-2.55E+05-3.57E+06-3.58E+06-2.02E+05-1.97E+0531-2.55E+059833.9-3.69E+06-3.70E+06-4.22E+05-4.18E+05329833.91.50E+05-3.80E+06-3.81E+06-2.24E+05-2.20E+05331.50E+052.19E+05-3.91E+06-3.92E+06-1.10E+05-1.07E+05342.19E+052.57E+05-4.01E+06-4.01E+06-60907-58710352.57E+052.83E+05-4.08E+06-4.09E+06-42053-40571362.83E+052.90E+05-4.13E+06-4.14E+06-12571-11817372.90E+052.44E+05-4.16E+06-4.17E+067280172819382.44E+0583053-4.20E+06-4.21E+062.56E+052.55E+0589 ##大学本科毕业设计(论文)第89页3983053-2.79E+05-4.21E+06-4.22E+065.74E+055.73E+0540-2.79E+05-9.29E+05-4.23E+06-4.23E+061.03E+061.03E+0641-9.29E+05-1.56E+06-4.43E+06-4.44E+069.83E+059.79E+0542-1.56E+06-1.40E+06-4.44E+06-4.44E+06-2.53E+05-2.60E+0543-1.40E+06-9.61E+05-4.22E+06-4.23E+06-7.72E+05-7.78E+0544-9.61E+05-5.47E+05-4.09E+06-4.09E+06-7.30E+05-7.37E+0545-5.47E+05-1.64E+05-3.96E+06-3.97E+06-6.74E+05-6.80E+0546-1.64E+051.78E+05-3.85E+06-3.85E+06-6.03E+05-6.10E+05471.78E+054.74E+05-3.75E+06-3.75E+06-5.20E+05-5.27E+05484.74E+057.17E+05-3.67E+06-3.67E+06-4.27E+05-4.33E+05497.17E+059.02E+05-3.60E+06-3.60E+06-3.24E+05-3.31E+05509.02E+051.03E+06-3.55E+06-3.55E+06-2.15E+05-2.22E+05511.03E+061.08E+06-3.52E+06-3.52E+06-1.00E+05-1.07E+05521.08E+061.08E+06-3.50E+06-3.50E+061706310147531.08E+061.08E+06-3.50E+06-3.50E+06-10049-16965541.08E+061.02E+06-3.52E+06-3.52E+061.07E+051.00E+05551.02E+069.02E+05-3.55E+06-3.55E+062.22E+052.15E+05569.02E+057.17E+05-3.60E+06-3.60E+063.31E+053.24E+05577.17E+054.74E+05-3.67E+06-3.67E+064.33E+054.27E+05584.74E+051.78E+05-3.75E+06-3.75E+065.27E+055.20E+05591.78E+05-1.65E+05-3.85E+06-3.85E+066.10E+056.03E+0560-1.65E+05-5.47E+05-3.97E+06-3.96E+066.80E+056.74E+0561-5.47E+05-9.61E+05-4.09E+06-4.09E+067.37E+057.30E+0562-9.61E+05-1.40E+06-4.23E+06-4.22E+067.78E+057.71E+0563-1.40E+06-1.56E+06-4.44E+06-4.44E+062.60E+052.53E+0564-1.56E+06-9.29E+05-4.44E+06-4.43E+06-9.79E+05-9.83E+0589 ##大学本科毕业设计(论文)第89页第7章监控量测隧道现场监控量测，包括隧道施工阶段与营运阶段控制测量和监控量测。公路隧道的设计越来越多的采用复合式衬砌，复合式衬砌一般有喷锚支护和模注混凝土衬砌组成。为了掌握施工中围岩的稳定程度与支护受力、变形的动态信息，以判断施工、设计的安全与经济，必须将现场监控量测项目列入施工组织计划，并在施工中认真实施。监控量测计划的内容应包括：量测项目及方法、量测仪器的选择、测点布置、量则频率、数据处理及量测作业人员的组织等。施工中，当地质条件发生变更时，应及时修改量测计划。本隧道根据《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》进行监控量测的设计。监控量测应满足下列要求；1、掌握围岩和支护动态，进行日常施工管理;2、了解志护构件的作用及效果;3、确保隧道工程安全与经济;4、交监控量测结果5、了解隧道施工对附近建筑物的影响;6、积累资料，供以后设计、施工时参考。7.1隧道监测的目的（1）监测围岩变形和压力情况，验证支护衬砌的设计效果，保证围岩稳定和施工安全；（2）提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据，确定二衬与仰供的施作时间；（3）通过对量测数据的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，预见事故和险情，作为高速和修正支护设计参数信施工方法的依据，提供围岩衬砌最终稳定的信息。本隧道在进行衬砌设计计算时，围岩的特性参数值应按地质资料选用，仍与工程实际有差异。隧道开挖后中应按监控量测结果对其修正。7.2隧道监控量测项目选择现场监控量测应根据围岩条件、隧道工程规模、支护类型和施工方法等来选择测试项目。监控量测项目可分为必测项目和选测项目。不同级别的围岩必测项目和选测项目不同。根据《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》对本复合式衬砌隧道的规定见表7-1所示。89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页表7-1必测项目和选测项目类别项目必测项目洞内、外观察水平净空变化量测拱顶下沉量测浅埋隧道地表下沉量测选测项目支护、衬砌内应力围岩内部位移量测（IV、Ⅴ级围岩段）锚杆轴力量测（IV、Ⅴ级围岩段）当浅埋隧道上方有建筑物或管线等需要采用钻爆法开挖时，应进行爆破振动监测7.3量测方法（1）洞内、外观察在开挖后及初期支护后进行观察并描述隧道围岩地质、地下水情况、初期支护情况。它是与隧道施工进展同步进行的，是隧道设计和施工过程中不可缺少的一项重要的地质祥堪工作，是围岩工程地质特征和支护措施和理性的最直观、最简单、最经济的描述和评价。主要仪器是地质罗盘、照相机等。洞内观察可分开挖工作面观察和初期支护完成区段观察两部分。开挖面观察应在每次开挖后进行一次。当地质情况基本没变化时可每天进行一次。观察后应绘制开挖面略图（地质素描），填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡。在观察中当发现地质条件恶化，应立即通知施工负责人采取应急措施。对初期支护完成区段的观察应每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状态。洞外观察应包括对洞口地表情况、地表沉陷（详见监测图）、边坡及仰坡的稳定、地表水渗透的观察。89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页（2）水平净空变化量测、拱顶下沉量测等必测项目量测断面的间距应根据围岩级别、隧道断面、埋置深度及工程重要性。IV级围岩断面间距为20m，每个断面测点数量布置为水平净空变化选1条测线，拱顶下沉选1个测点；V级围岩断面间距为10m,每个断面测点数量布置为水平净空变化选1条测线，拱顶下沉选3个测点。洞口及浅埋段断面间距取5m。水平净空变化量测应在每次开挖后尽早进行，最迟不大于24h，而且在下一循环开挖前应完成初读数。监控量测测点牢固可靠，易于识别并妥为保护。拱顶下沉量测后视点必须埋设在稳定岩面上，并和水准点建立联系。量测应选择精度适当、性能可靠、使用及携带方便的仪器。水平净空变化测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。在地质条件良好，采用台阶法开挖时可在拱腰和边墙部位各设一条测线。（3）拱顶下沉量在开挖后的拱顶壁面上及时安设测点，通过已知的高程水准点，用悬吊钢尺和水准仪测出高程如下图所示10.1，两次测定的高程之差即为拱顶下沉量。根据拱顶下沉量和下沉速度，可准判断围岩的稳定状态和支护效果。图7.1拱顶沉降量测试示意图拱顶下沉量测应与水平净空变化量测在同一量测断面内进行。当地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，除量测拱顶下沉外，尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。拱顶下沉量测与水平净空变化量测的量测频率宜相同，并应根据位移速度和距开挖工件面距离选择较高的一个量测频率，分别如7－1和7－2确定。89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页表7－1拱顶下沉量测与净空变化量测频率（位移速度）位移速度（mm/d）量测频率≥52次/d1－51次/d0.5－11次/（2－3d）0.2－0.51次/3d﹤0.21次/7d表7－2拱顶下沉量测与净空量测量测频率（距开挖距离）量测断面距开挖面距离（m）量测频率﹤1B2次/d(1-2)B1次/d（2－5）B1次/2－3d﹥5B1次/7d注：B为隧道开挖宽度。拱顶下沉量测与水平净空变化量测的测点布置分别如下图7.2和图7.389 ##大学本科毕业设计(论文)第89页图7.2台阶法开挖测点布置图（cm）图7.3双侧壁导坑开挖法测点布置图(cm)89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页（4）浅埋隧道地表下沉量测应在开挖面前方隧道埋置深度与隧道开挖高度之和处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。地表下沉量测频率应和拱顶下沉和水平净空变化量测频率相同。在隧道洞口埋深较浅段，每5m一个断面，每断面7～11个测点，用水准仪和塔尺进行量测。（5）锚杆内力在测试断面打孔，安放焊接好的钢筋和钢筋应力计进行测量。了解锚杆轴力及其应力分布状态；再配合以岩体内位移的量测结果就可以设计锚杆长度及锚杆根数，掌握岩体内应力的重分布的过程。每10m一个断面，每断面布设多个测点。（6）围岩内部位移在测试断面处打孔，安放位移计进行量测，每5～100m一个断面，每断面2～11个测点。（7）支护、衬砌内应力在初期支护内（图7.4）及二次衬砌内部（图7.5）安放应变计，二次衬砌内用钢筋应力计焊接，进行量测。每一断面布设多个测点。图7.4围岩与初期支护间压力量测图7.5初期支护与二衬间压力量测7.4量测频率量测频率见表7－3。表7-3量测频率89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页洞内埋设项目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＜2B2B＜L＜5BL＞5B检测频率1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/周32次当观测值相对稳定时，可适当降低观测频率；当出现下列任一条件时，应当加密观测：①实际开挖地质条件较差；②观测值达到警报指标；③观测值变化速率加快；④出现危险事故征兆时。附：有关监控量测设计详见设计图7.5地质雷达探测预报由于地下工程的复杂性，地质勘探报告难以反映全部的、详尽的地质资料，而掌子面前方的地质情况对隧洞的施工极其重要。地质雷达能探测掌子面前方一定范围内的地质情况，优化爆破参数，减少隧洞超欠挖量，对指导隧洞施工有很大的意义。其监测目的有：（1）预报掌子面前方的围岩级别与设计是否吻合；（2）预报围岩裂隙发育状态；（3）对隧洞将要穿过不稳定岩层或较大的断层破碎带做出预报，以便提早改变施工方法，做好应急预案；本隧道监测方案如图7.6所示89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页地质勘察报告洞内巡视检查设计地质资料地质资料、支护具体化结合施工，进行掌子面超前钻探开挖揭露情况工程类比分析顶拱下沉、收敛、支护结构应力、地表沉降、地下水位等监测资料监测资料趋势分析监控指标物探类预报方法－地质雷达重点部位预报敏感地段爆破监测工程地质调查类方法监测资料分析类方法综合分析，隧洞安全评价预报图7.6监测方案89 ##大学本科毕业设计(论文)第89页89'