隧道工程专业毕业论文正文.doc

xx 大学毕业设计（论文） 1 绪 论 2 第一章 隧道位置的选择及纵断面设计 4 第一节 隧道位置的选择.4 第二节 隧道纵断面设计.4 一、坡道形式.4 二、坡度大小.5 三、坡段长度.5 第二章 洞门的选择及稳定性检算 7 第一节 洞口位置的选择 .7 一、选择洞口位置的原则.7 二、用作图法确定进洞里程和洞口边、仰坡开挖线.9 第二节 洞门的选择及其稳定性检算 11 一、洞门选择11 二、洞门强度及稳定性检算11 第三章 衬砌形式的选择及强度检算 .23 第一节 曲线隧道净空加宽 23 一、加宽原因23 二、加宽值的计算24 第二节 铁路隧道衬砌的形式及适用条件24 一、隧道衬砌形式24 二、隧道衬砌的构造要求27 第三节 隧道衬砌强度计算28 一、隧道衬砌结构类型的选择28 二、隧道衬砌结构的检算28 第四节 隧道的防排水措施及其它设备53 一、隧道防排水措施防水53 二道床及轨道形式53 三、通风照明和供配电54 第四章 新烧坡岭隧道施工组织设计 .55 第一节 施工总原则55 一、工程概况55 二、施工原则56 第二节 主要工程项目施工 57 一、主要工程项目施工方法57 二、主要工程项目施工工艺66 三、施工主要机械设备70 第三节 施工要求及保证措施70 一、施工进度安排70 二、质量目标71 三、质量标准：71 xx 大学毕业设计（论文） 2 四、质量保证措施75 五、安全保证措施76 结束语 .79 致 谢 .80 主要参考文献 .81 附录 .82 附图 1：新烧坡岭隧道进口平面图 附图 2：新烧坡岭隧道出口平面图 附图 3：新烧坡岭隧道进口开挖线示意图 附图 4：新烧坡岭隧道出口开挖线示意图 附图 5：新烧坡岭隧道纵断面图 附图 6：新烧坡岭隧道洞门图 附图 7：新烧坡岭隧道 vi 级围岩衬砌图 附图 8：新烧坡岭隧道 v 级围岩衬砌图 xx 大学毕业设计（论文） 1 绪绪 论论 为了达到各种不同的使用目的，在山体内或地面下修建的建筑物，统称为“地下 工程” 。在地下工程中，用以保持地下空间作为运输孔道的，称之为“隧道” 。众所周 知，我国是一个多山国家，特别是我国的西部大部分是山区，地势起伏，山峦纵横， 铁路穿越这些地区时，往往会遇到高程障碍。而铁路限坡平缓，无法拔起所需要的高 度，同时，限于地形又无法绕避，这时，开挖隧道直接穿山而过最为合理。它既可使 线路顺直，避免许多无谓的展线，使线路缩短，又可以减小坡度，使运营条件得以改 善，从而提高牵引定数，多拉快跑。所以，在铁路线上，尤其是在山区铁路线上，隧 道的方案常为人们所选用，修建的数目也越来越多。 以交通为用途的隧道，两端均从地面引入。隧道端部外露面，一般都修筑为保护 保护洞口和排放水的挡土墙式结构，称之为“洞门” 。如果洞口容易坍塌或有落石的危 险时，还要在洞门和洞身间修筑明洞。洞身衬砌、洞门和明洞组成了隧道的主体支护 结构，作用是保持岩体的稳定和行车的安全。此外为了保证隧道的正常使用，还需设 置一些附属建筑物。隧道的附属建筑物是为了运营管理、维护养护、给水排水、供蓄 发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的，包括：避车洞、边仰坡、排水天沟、防 排水设备，通风系统等。隧道的主体支护结构和隧道的附属建筑物组成了隧道建筑物。 隧道的发展历程与人民的生活水平和生产能力密切相关。古代的隧道都是修筑在 可以自身稳定而无须支承的岩层里，靠人的双手和原始的简单工具开挖。一座隧道往 往需要十几年或几十年的漫长时间才能完成。自从发明安全炸药以后，人们就用爆破 的方法取代了人工挖掘。机械钻孔出现以后，又进一步以钻机钻取炮眼，取代人力捶 击钢钎这种落后的方式。混凝土这一建筑材料出现后，支护坑道的方法就由砌筑的砖 块结构改为就地浇灌的混凝土衬砌。铁路的兴起，推动了铁路隧道的发展。许多国家 都在铁路跨越山岭的地方以隧道方式穿过，有效的改善了铁路线路的技术条件，提高 了运输能力。以后由于贸易的发展，国际间内河交通日趋联系密切，于是航运隧道也 应运而生城市交通越来越繁忙以致经常堵塞，又出现了地下铁道。 建国之初，我国正处于国民经济恢复时期。在短短的三年之内，有关部门把全国 原有铁路线上被破坏和发生病害的隧道都一一进行了修复。在成渝线上修复了 13 座隧 道，在宝天线上改建了 136 座隧道，并完成了天兰线上的 48 座隧道，把当时支离破碎、 断断续续的铁路基本修整完好。目前，我们修建隧道的技术日趋成熟，在克服不良地 xx 大学毕业设计（论文） 2 质的困难条件方面，已经取得了修建各种隧道的主动权。在海拔 5070m 的高原上修建 了全长 1338m 的风火山铁路隧道，该隧道轨面标高为 4905m；在零下 40 摄氏度的严寒 地区修建了枫叶岭隧道；在黔桂线上，克服了 2000/h 大量涌水的困难，修建了长 3 m 沙隧道；在贵昆线上，面对瓦斯量达 60/h 的威胁，修成了岩脚寨隧道。实践证明， 3 m 我国已经能够在各种不良地质条件下修建隧道了。 随着经济的不断发展，今后应当加强隧道环境和地质的现场量测及实验室的试验， 以便于各种不同性质的围岩能模拟出较为符合实际的计算模型和计算理论；施工方面 要进一步提高开挖技术和支护方法，配备完善的施工机械，以目前的半机械化程度， 提高到全机械化，再进一步达到洞内无人，洞外遥控的高度安全化；要提倡采用科学 的管理方法，用调查的信息，制订施工计划，又用实测的信息反馈不断调整计划，达 到最优方案，实现质量高、进度快、浪费少、造价低的目的。总之，认识事物并改造 事物使之为人类服务是我们责无旁贷的责任，只要我们不断的去实践，不停的向前探 索，就一定会把隧道的建设事业推向前进。 xx 大学毕业设计（论文） 3 第一章第一章 隧道位置的选择及纵断面设计隧道位置的选择及纵断面设计 第一节第一节 隧道位置的选择隧道位置的选择 隧道位置与线路是互为相关的。在一般的情况下，当一段线路的方案比选一旦确 定以后，区段上隧道的位置就只能依从于线路的位置大体决定，最多是上、下、左、 右很小幅度内作些小的移动而已。但是，如果隧道很长，工程规模很大，投资很多， 工期时间很长，技术上也有一定的困难，属于本区段的重点控制工程时，那么这一区 段的线路就得依从于所选定的最优位置，然后线路以相应的引线凑到隧道的位置上来。 所以，隧道位置的选定是与线路的选定同时考虑的，不可分开考虑。要选择好隧道线 路位置，一般来说，主要应对沿线的地形、地质作详尽的了解，充分掌握这两方面的 资料，认识它们之间的内在联系，分清主次，统筹研究，处理好近期与远期、隧道工 程与其它工程的关系，就可以选择出较为理想的隧道线路位置和恰当的隧道进出口位 置。 第二节第二节 隧道纵断面设计隧道纵断面设计 为了保证隧道内列车能安全平顺地行驶，机车能够牵引足够的列车重量，同时考 虑将隧道内的水顺利排出洞外以及通风要求等因素，必须对隧道内线路的纵断面进行 合理地设计。隧道纵断面设计隧道内线路坡的主要内容包括选定道形式、坡度大小、 坡段长度和坡段间的衔接等。 一、坡道形式一、坡道形式 隧道处于地层之内，除了地质有变化以外，线路的坡形本来不受什么限制，用不 着采用复杂多变的形式。一般可采用简单的单坡形或不复杂的人字坡形，如图 1-1 所 示。 xx 大学毕业设计（论文） 4 （a）单坡形 （b） 人字坡形 图 1、1 坡道形式 单坡多用于线路的紧坡地段或是展线的地区，因为单坡可以争取高程，拔起或降 落一定的高度。人字行坡道多用于长隧道，尤其时越岭隧道。因为越岭无需争取高程， 而垭口两端都是沟谷地带，同是向下的人字形坡道，正好符合地形条件。 两种不同的坡形适用在不同的隧道，设计时应结合隧道所在地段的地形、工程地 质与水文地质、线路纵断面、牵引类型、隧道长度、施工条件、运营要求等具体情况 全面考虑。 二、坡度大小二、坡度大小 对于线路来说，考虑到运营效率，应具有良好的行车条件，线路的坡度以平坡为 最好。但是，天然地形是起伏不定的，为了能适应天然地形的形状以减少工程数量， 需要随着地形的变化设置与之相适应的线路坡度。但坡度不能太大，若坡度超过了线 路最大允许的限制坡度，机车的牵引能力达不到，不是列车爬不上去，就是必须减轻 列车的牵引重量。所以设计坡度时，注意应不超过限制坡度。如果在平面上有曲线， 限 i 还需为克服曲线的阻力，再减去一个曲线的当量坡度。即 曲限允 iii 式中 设计中允许采用的最大坡度； 允 i 按照线路等级规定的限制最大坡度； 限 i 曲线阻力折算的坡度折减量； 曲 i 三、坡段长度三、坡段长度 隧道内的线路坡段也不宜太短，因为坡段太短就意味着变坡点多而密集，列车行 驶就不平稳，司机操纵要随时调整。当列车经过变坡点时，受力情况也跟着变化，车 辆间会发生相互的冲撞，产生附加力和附加加速度。如果坡段太短，一列车在行驶中， 同时跨越两个变坡点，车体、车钩都在同时受到不利的影响，有时会因此发生事故。 另外，如果隧道内坡度变化甚多，也将给施工和运营养护增加困难。所以，从行车平 稳的要求和照顾施工和养护的方便出发，隧道内坡段长度最好不小于列车的长度，考 虑到长远的发展，坡段长度最好不小于远期到发线的长度。对于凸形纵段面的分坡平 道，当货物列车以接近计算速度通过时，允许分坡平道长度缩短至 200m。坡段长最小 xx 大学毕业设计（论文） 5 为 200m。 本设计中的隧道坡道为单坡形，因为本隧道的坡段为 233 米，可以单口掘进，而且 施工及测量都比较方便。坡度为 6，因为坡度超过了线路最大的限制坡度，机车的牵 引力达不到。另外，坡段太长列车有停车或出现车轮打滑的情况；太短的话，就意味 着变破点多而密，列车行驶不稳，司机操纵要随时调整。 xx 大学毕业设计（论文） 6 第二章第二章 洞门的选择及稳定性检算洞门的选择及稳定性检算 第一节第一节 洞口位置的选择洞口位置的选择 一、选择洞口位置的原则一、选择洞口位置的原则 隧道的位置确定以后，隧道的长度是由它的两端洞口位置来决定的。而隧道的造 价大小和施工难度在很大程度上是与其长度密切相关的。一般情况下，隧道进洞以前， 总要有一段引线路堑。当路堑深度达到一定程度时就开始进洞。因此，决定洞口位置 实质上就是决定从引线路堑转为隧道最适宜的转换点。隧道洞口位置选择恰当，隧道 和路堑的安全稳定程度就高，总的造价也最合理。反之，选择得不恰当。就会产生路 堑边坡坍塌、崩解，隧道上方的仰坡滚石掉块，危及行车安全。必要时，还得花较多 的费用接修明洞。所以，洞口的位置应审慎比较而决定。 确定隧道洞口位置时，应当结合地形特征、地质和水文地质条件、施工技术、运 营条件以及附近相关工程，全面考虑，详细比较决定。而其中最主要的是考虑边坡的 稳定和仰坡的安全，其次才是经济因素。 过去为了节省投资，从经济方面考虑得多一些，把隧道洞口位置选定在所谓隧道 与明堑的等价点上。认为明堑造价一般都是低于隧道造价的。但是每米的明堑造价是 随着明堑的挖深增大而显著增大的。当明堑挖深达到某一程度，其每米造价已上升到 与每米隧道的施工与运营换算造价相等时，就是明堑转入隧道最经济合理的地方。这 样单纯从经济观点来判断的方法，往往定出的隧道偏短，洞口缩在山体以内很深，明 堑挖深很大，边坡及仰坡很高。施工时，常易发生塌方。行车后，又常滚石掉块，危 及行车。最后不得不再修明洞来接长隧道。与最初愿望相反。节省不了工程费用发到 加倍耗费投资，还对施工和运营造成后患。建国以来，这一教训是十分深刻的。例如， 宝成线 1956 年洞口坍方占全线的 22.6，中断行车占全线中断行车时间的 59.6。119 座隧道洞口位置都有不同程度的接长，接长的洞身和加建明洞的总长度达 到 4000m 以上。不但工程费用增加很多，而且给运营和维修带来极大的麻烦。 多年实践的体会，总结出一个指导思想，即“早进晚出” 。意思是在决定隧道洞口 位置时，为了施工及运营的安全，宁可早一点进洞，晚一点出洞。这样做，虽然隧道 长度稍稍长了一些，但却安全可靠得多。从全面观点出发，这样做是值得的、合理的。 当然，所谓早和晚都是相对的，并不意味着进洞越早越好，出洞越晚越好。不应当盲 目地把隧道定得很长很长，而是应当更着重从安全方面来考虑问题。在一般情况下， 这一指导思想是符合实际的。 xx 大学毕业设计（论文） 7 通过实践总结出以下几点经验： 1、洞口应尽可能地设在山体稳定、地质较好地下水不太丰富的地方。避开不良地 质,如落石、崩塌、滑坡、岩堆、流砂、泥石流、多年冻土、盐岩、雪崩、冰川等对结 构物会造成危害的地方。如遇到不良地质地段，宜早进洞或加接明洞，还可以设柔性 刚性网防护，对于有些大型危石或集中落石区，根据具体情况分别采用清除、支顶、 锚杆、锚索加固等措施处理，保证隧道运营安全。 2、洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路。因为，在一般情 况下，垭口沟谷在地质构造上是最薄弱的一环，常会遇到断层带或褶曲带、古坍方、 冲积土等松散地质。此外，地面流水都汇集在沟底，再加上洞口路堑的开挖，破坏了 山体原有的平衡，更容易引起塌方，甚至不能进洞。所以，洞口最好放在沟谷一侧， 让出沟心，留出泄水的通路。 3、洞口应尽可能设在线路与地形等高线相垂直的地方，使隧道正面进入山体，洞 门结构物不致受到偏侧压力。傍山隧道限于地形，有时无法做到上述要求，只能斜交 进洞时，也应使交角不要太小，而且要有相应的补救措施，如采用斜洞门或台阶式洞 门。切忌隧道中线与地形等高线平行。 铁路隧道设计规范规定：当地形等高线与线 路中线斜交角在 4560之间，地面横坡较陡，地质条件较好（单线、双线 级围岩）时可采用斜交洞门，其端墙与线路中线的交角不应大于 45。 4、当线路位于有可能被淹没的河滩上或水库回水影响范围以内时，隧道洞口标高 应在洪水位以上，并加上波浪的高度，以防洪水倒灌到隧道中去。 5、为了保证洞口的稳定和安全，边坡及仰坡均不宜开挖过高，不宜使山体扰动太 甚，也不宜使新开出的暴露面太大。一般情况下，各类围岩中隧道洞口上方的仰坡和 路堑的边坡控制高度和坡度可参考表 2-1。 表 2-1 洞口边仰坡控制 围岩级 别 坡 率 贴 避 10.310.510.5 10.7 5 10 .75 11 11 .25 11 .25 11 .5 高度(m) 1520 25 左 右 20 25 左 右 1518 20 左 右 1518 xx 大学毕业设计（论文） 8 6、若洞口附近遇到水沟或水渠横跨线路时，应慎重处理，当线路横沟进洞时，设 置桥涵净空不宜太小以免后患。当地行条件不适于设置桥涵时，应结合地形、地质情 况、水流大小，经过技术经济比较，采取相应的工程措施，如扩大洞门墙顶水沟，将 水引离隧道；利用明洞洞顶做过水渡槽引接；当洞顶水沟流量大，对隧道施工、运营 不利时，应结合地形、地质条件，改沟排出。 7、若洞口前方岩壁陡立，基岩裸露，此时，最好不刷动原生坡面，不开挖山体。 因为山体经过若干年的地质构造运动，内力已经自行调整，达到了稳定的平衡。如不 扰动，它是稳定的。一旦挖开，尤其是刷方太甚，原有的平衡遭到破坏，反到会产生 移动，出现坍方。所以，天然平衡不宜破坏，尽管纵坡超出了限值，仍以不动为好。 此时，可以贴壁进洞，只把洞门墙留出一定的空档，用以档截小量的剥落碎块即可。 8、洞口以外必须留有生产活动的场所。隧道洞口一般都在山地沟谷中，地势狭窄， 而施工有许多工序是在洞外进行的，需要一定的场地。尤其是隧道不断深入，就不断 地出碴，堆卸以后，地面就显得狭小。因此，在选定洞口位置时，要考虑到场地的布 置。例如，需要有布置运输便道的位置，弃碴的地点，材料堆放的用地以及生产、生 活的房屋面积，都要预先估计到。 总起来说，选定隧道洞口位置时，首先要按照地质条件控制边坡和仰坡的高度和 坡面长度，其次是避开不良地质区域和排水影响，最后才谈得到从经济方面进行比较。 二、用作图法确定进洞里程和洞口边、仰坡开挖线二、用作图法确定进洞里程和洞口边、仰坡开挖线 当线路的方向确定后，可采用作图法来确定进洞里程和边、仰坡开挖线。 （一） 、进洞里程的确定 在洞口地形平面图上用作图法确定进洞里程的具体步骤为： 1、在洞口地形平面图上找出控制等高线。首先根据表 2-1 选定仰坡的极限开挖高 度 h 值在隧道纵断面地质图上粗略地拟定进洞位置，定出进洞的路基标高，为了在 路 h 洞口地形平面图上查找方便， 可取整数（但要保证开挖高度 h 在极限范围内） 。 2、在预先选定的洞口附近，以洞门墙宽度 b 为距离，作对称于线路中心线的平行 线和。 3、以仰坡坡脚至开挖高度控制点的水平距离 d 为半径，用分规沿（或 ）线移动，找出与控制等高线相切于 a 点(即控制点)的圆心 o。其中 d 值可根据 洞门构造图及仰坡坡率 m 求出，即 d(hh)m,其中 h 为路基面至仰坡坡脚的高度，h xx 大学毕业设计（论文） 9 是仰坡的极限开挖高度。 4、过 o 点作线路中心线的垂线 oo 。 5、以洞口里程至仰坡坡脚的的水平距离 b（由洞门图查得）为间距，作 oo线的 平行线 pp,则 pp线为洞口里程位置。如图 2-1 所示 图 2.1 洞口开挖线的确定 在实际设计中，若有几个控制点时，可根据“早进晚出”的原则，综合考虑洞口 附近的地形、工程地质及水文地质情况，经详细比较，才能最后确定洞库位置的最佳 方案。 （二） 、绘制隧道洞口边、仰坡开挖线 1.进洞口开挖线（见附图 3）绘制边、仰坡开挖线。洞门位置确定后，可计算仰坡 坡脚标高 =226m， 仰 h =231.64m,仰坡坡率为 m=1.5，231m 等高线距仰坡坡脚的水平距离，根据洞门构造 控 h 图及仰坡坡率 m 可求出 d=1.035m 对于 230m 等高线： d1=(230-226)1.5=6.0m 对于 229m 等高线 d2=(229-226)1.5=4.5m 对于 228m 等高线 d3=(228-226)1.5=3.0m 对于 227m 等高线 d4=(227-226)1.5=1.5m 对于 226m 等高线 d5=(226-226)1.5=0m 仰坡开挖在洞门地形图上，作与边墙平行相距为 d 的线交 230m 等高线于点。 xx 大学毕业设计（论文） 10 绘制边坡开挖线边坡坡脚标高为 226.48m,边坡坡率为 n=1.5,对 227m 等高线距边 坡坡脚的水平投影距离=（227-226）1.5=1.5m。作与路堑坡脚平行且相距为 c 的 1 c 线，交 227m 等高线于、 连接、。 同理=（228-226）1.5=3.0m 2 c =(229-226) 1.5=4.5m 3 c =(230-226) 1.5=6.0m 4 c =(233-226) 1.5=10.5m 5 c =(234-226) 1.5=12m 6 c c7=(235-226)1.5=13.5m c8=(236-226)1.5=15m 连接各个点，即为开挖线。 2.出洞口开挖线 (方法同上见附图 4) 第二节第二节 洞门的选择及其稳定性检算洞门的选择及其稳定性检算 一、洞门选择一、洞门选择 新烧坡岭隧道的进出口均为级围岩，故由可选翼墙式洞门，其标准尺寸可见 （附图 6） 二、洞门强度及稳定性检算二、洞门强度及稳定性检算 由隧道洞口附近为级围岩可由设计规范查出：计算摩擦角 =44，重度 由隧道洞口附近为级围岩可由铁路隧道设计规范查得： 地层计算摩擦角=40 地层重度 =17kn/m 基底控制压应力 =300kn/m 基底摩擦系数 =0.4f 端墙高度为：h=11.30m 混凝土容重 =23kn/m砼 墙身选用 c20 砼 墙身断面的=7800kn/m，=850 kn/m， =430 kn/m。 w l xx 大学毕业设计（论文） 11 一端墙检算 最危险破裂面与垂直面之间的夹角计算，端墙计算简图如图 2.2 所示： （a） b (b) 图 2.2 (a) (b) 端墙计算简图 xx 大学毕业设计（论文） 12 (一) 端墙墙背主动土压力 e 端墙计算条带宽度取 0.5m，据计算计算条带高度为 6m，如图 2.3 及图 2.4 图 2.3 洞门图 b=m0.5(696/225) 0.01 0.050.69 a=m1.2(0.690.5) 1.5 1.1 0.50.3(0.690.25) 0.10.659 1 0.667 1.5 tg33 42 22 2 tantantan(1tan)(tantan)(tantan)(1tantan ) tan tan (1tan)tan (1tantan ) =0.7462 =36.7 取 =37 =0.2798 (tantan)(1tantan ) tan()(1tantan ) 0.6462 0.933 4.331 0.4977 0.659 0.667 0.472 1 0.667 0.1 hm at g 。=1-t g t g xx 大学毕业设计（论文） 13 h16.006.000.690.4724.84bhm。 h14.840.4725.312hm。= h4 0.659 1.02 0.74620.1 a m tgtg 1 2 1 17 4.84 0.279823.02kn m 2 40 ()17 (1.020.472) 0.27982.60kn m hh 10 2 2 4 5.312 2.6013.54 1.02 hh kn m h 3 1210310413 11 ()0.5() () 0.5 22 eeehhhhh 17.98 10.1828.16()kn (二) 倾覆力矩 0 m 01011042 11 ()() 33 mhh ehhh e 31.84 14.56 46.40()kn m (三) 稳定力矩 y m 墙身自重： 11 (6.000.25) 1.30.3 0.830.830.0083 22 p 1 0.6 0.250.1 0.1 23 0.5 2 82.232.743.930.38 1.7250.06 76.85kn xx 大学毕业设计（论文） 14 图 2.4 端墙截面图 稳定力矩： 1.35.75 0.12 82.23 2.74 (5.75 0.1 0.50.3) 23 y m3.93 (5.75 0.1 1 3) 2 1 0.38 (5.75 0.1 30.83 0.1) 3 2 1.73 (5.75 0.1 0.30.1) 0.06 (5.75 0.10.1) 3 77.093.496.250.7 1.340.04 67.95kn m (四) 偏心及应力检算 0 67.9546.40 0.28 76.85 y mm cm p （可以） 1.11.3 0.280.370.3 1.30.39 22 ecmm 6 (1) 1.3 0.51.3 pe （可以） 320.130.327.8 2 82.760.080.85 76.856 0.37 (1) 1.3 0.51.3 kn mpmp m 二翼墙墙身截面偏心、应力检算，计算截面如图 2.5 所示 xx 大学毕业设计（论文） 15 图 2.5 翼墙墙身截面图 (一) 翼墙墙背主动土压力： 取距翼墙基底 1.0m 的截面为计算截面，计算宽度取 1m，翼墙计算高度为： b h (0.10.5) 1.5 1.2 byy hhh 9.35(9.350.5) 1.5 1.2 6.47m ， ， 则 400.667tg16.9 2 ，0.613tg0.2160 2 1 1 2 b eh 2 1 17 6.470.2160 1 2 76.86kn (二) 倾覆力矩 0 m 0 11 76.86 6.47165.76 33 b mehkn (三) 稳定力矩 y m xx 大学毕业设计（论文） 16 图 2.6 端墙墙身截面图 1墙身自重，如图 2.6 示p 1 (0.5 1.0 23)(0.40.5) 0.3 23 2 p5.97 1.0 22 1 4.47 1.4 22(0.2 2.02.0 1.4) 18 1 2 11.53.11 131.34 137.6850.43.6 331.41kn 2稳定力矩 y m 11.5 (0.56.22 0.1)3.11 (0.56.32 0.1) 131.34 y m 0.52.99 0.1137.68 (1.00.72.24 0.1) 2 50.4 (4.47 0.1 0.7 1 0.3)3.6 (1.04.47 0.10.2) 3 2 3.6 0.5 1.0(2.04.60) 0.1 3 12.903.5239.77264.90 108.21 5.69 427.95kn m (四) 截面偏心及应力检算： 0 427.95 165.76 0.79 331.41 y mm cm p xx 大学毕业设计（论文） 17 （可以） 2.42.4 0.790.410.3 2.40.80 22 ec 6 (1) 1.0 2.42.4 pe (可以) 280.38 20.287.8 0.0040.434.15 331.416 0.41 (1) 1.0 2.42.4 kn mmpampa (五) 翼墙基底偏心及应力检算： 1墙背主动土压力 e 2 1 (1.2)1.0 2 b eh 2 1 17 6.470.216 1.0 2 108.01kn 2倾覆力矩 0 m 0 11 (1.2)108.01 7.66276.15 33 b me hkn m 3稳定力矩 y m (1) 墙身自重： 1 331.41(2.782.90) 1.2 1.0 22 2 p 331.41 74.98 406.39kn (2) 稳定力矩： y m 11.5 (0.56.22 0.1 0.5)3.11 (0.56.32 0.1 0.5) y m 131.34 (0.52.99 0.1 0.5)137.68 (1.72.24 0.1 0.5) 2 50.4 (4.47 0.1 0.5 1.00.70.5)3.6 (1.04.47 ) 3 2 3.6 0.50.1 (0.24.6) 0.1 0.547.15 1.074.98 1.39 3 19.805.39 183.74347.57.85 138.4589.98 781.93kn m 4翼墙基底偏心、应力检算 xx 大学毕业设计（论文） 18 0 781.93276.15 1.24 406.39 y mm cm p （可以） 2.78 6 226 jj bb ecmm 6 (1) 1.0 jj pe bb 197.97 20.198 0.199.41 406.396 0.15 (1) 1.5 2.78 1.02.78 aa kn mmpmp 5稳定检算 (1) 倾覆稳定系数： 0 k （可以） 0 0 781.93 2.81.5 276.15 y m k m (2) 滑动稳定系数： c k （可以） 406.39 0.4 1.51.3 108.01 c pf k e 三端墙与翼墙共同作用时稳定性检算 (一) 端墙墙背主动土压力e 端墙总高度 1.1m,端墙与翼墙共同作用时计算宽度为： 1 b 1 7.16 5.321.74 22 m b bbm 7.161.74 0.5() 0.050.72 22 bm 1.2(0.720.5) 1.5 1.1 0.50.3(0.720.25) 0.1a 0.62m 0 0.62 0.667 0.44 11 0.667 0.1 atg hm tgtg 10 hhbh 11.300.720.44 10.14m 10 10.140.4410.58hhm xx 大学毕业设计（论文） 19 4 0.62 0.9595 0.74620.1 a hm tgtg 2 11 17 10.14 0.279848.23knh m 240 ()hh 17 (0.960.44) 0.2798 2 2.47kn m 10 2 32 4 10.58 2.4727.22 0.96 hh kn m h 12 eee 1031104131 11 ()()() 22 hhbhhhb 11 (10.140.44) 27.22 1.74(10.140.440.96) (48.2327.22) 1.74 22 250.55 185.85 436.40kn (二) 端墙自重（图 2.7、2.8） 图 2.7 翼墙截面图 xx 大学毕业设计（论文） 20 图 2.8 端墙截面图 1 1 (11.30.25) 1.3 230.3 0.87 220.43 0.87 22 2 p 1 0.87 0.087 22 2 0.6 0.25 23 1 0.1 0.1 23 1.74 2 549.895.00 14.32 1.456.000.2 534.92kn (三) 翼墙自重 翼墙自重取距端墙底 3m 范围内的翼墙计算 1.59.35 0.1 2.09.35 x x 9.35 0.1 2 0.13 1.5 9.359.35 0.1 x 1 9.35(2.00.13)7.22hm 11 3.00.13.00.1 7.223.722lhm 1 21 3.72 7.224.74 1.51.5 l hhm 12 11 (2.0) (3.00.1)0.1 22 yyyy ahhhhh xx 大学毕业设计（论文） 21 2 11 (9.354.742.0) (3.00.1 9.35)0.1 9.35 22 2 27.29m 2 22111 11 () (3.00.1 )0.1 22 ahhhh 2 11 (4.747.22) (3.00.1 7.22)0.1 7.22 22 2 19.65m 2 1 27.29 1.0 19.65 1.4(0.380.5) 1.2 3.06(0.40.5) 0.3 2 p 0.2 (3.09.35 0.1) 22(27.29 19.65) (1.4) 18 2 600.38605.3234.85 11.69 178.78 1407.66kn (四) 滑走稳定检算 抗滑稳定： 12 () c ppf k e （可以） (534.92 1407.66) 0.4 436.4 1.71.3 洞门设计符合要求。 xx 大学毕业设计（论文） 22 d 内2 h g a b e f oc d 车辆长度（l=26m） 车辆前后转向架间距（l=18m） d 外 外 d 内1 d e 曲线半径r 线路中线 车辆轴线 第三章第三章 衬砌形式的选择及强度检算衬砌形式的选择及强度检算 第一节第一节 曲线隧道净空加宽曲线隧道净空加宽 一、加宽原因一、加宽原因 车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却不能随线路弯曲仍保 持其矩形形状。故其两端向曲线外侧偏移（d外） ，中间向曲线内侧偏移（d内 1） ，如图 3.1 所示。 图 3.1 车辆通过曲线时的平面图 由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界上的控制点在水平方向上 向内移动了一个距离（d内 2） ，如下图 3.2 所示 图 3.2 车辆通过曲线时的横断面图 xx 大学毕业设计（论文） 23 二、加宽值的计算二、加宽值的计算 新烧坡岭隧道在线路曲线上，隧道需要加宽，设计隧道轨道类型为重型，取 ，曲线半径 r=2500m。120/vkm h 则该曲线隧道净空的总加宽 =15.2cm e r www7 . 2 8450 21 根据设计要求，取 w=20cm 隧道中线与线路中线偏移距离 d 为 d=1.83cm 2 1 )( 21 ww 第二节第二节 铁路隧道衬砌的形式及适用条件铁路隧道衬砌的形式及适用条件 一、隧道衬砌形式一、隧道衬砌形式 隧道开挖以后，坑道周围地层原有的平衡遭到破坏，引起坑道的变形甚至崩塌。 因此，除了岩体完整而又不易分化的稳定岩层中，可以只开成毛洞以外，其他在所有 的地层中的隧道，都需要修建支护结构，即衬砌。支护的方式有：外部支护，即从外 部支撑着坑道的围岩（如模筑混凝土整体式衬砌、砖石衬砌、装配式衬砌、喷射混凝 土支护等） ；内部支护，即对围岩进行加固以提高其稳定性（如锚杆支护、压入浆液等） ；混合支护，即内部与外部支护同时采用的衬砌（如喷锚支护） 。从衬砌施工工艺方面 将隧道衬砌的形式分为以下 4 类： （一） 、整体式模筑混凝土衬砌 它是指就地灌筑混凝土衬砌，也称模筑混凝土衬砌。其工艺流程为：立模灌 筑养生拆模。模筑衬砌的特点是：对地质条件的适用性较强，易于按需要成 形，整体性好，抗渗性强，并适用于多种施工条件，如可用木模板、钢模板或衬砌模 板台车等。 （二） 、装配式衬砌 装配式衬砌是将衬砌分成若干块件，这些构件在现场或工厂预制，然后运到坑道 内用机械将它们拼装成一环接着一环的衬砌，这种衬砌到的特点是：拼装成环立即受 力，便于机械化施工，改善劳动条件，节省劳力。目前多在使用盾构法施工的城市地 下铁道中采用。 22 120 2500 0.760.764.3776 v r ecm xx 大学毕业设计（论文） 24 （三） 、喷锚支护 喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土拌和料与水汇合成为浆 状，喷射到坑道的岩壁上凝结而成的。当岩壁不够稳定时，可加设锚杆、金属网和钢 架，这样构成的一种支护形式，简称为“喷锚支护” 。喷锚支护是一种符合岩体力学原 理的支护方法，它与围岩密贴、支护及时、柔性好，同时封闭了围岩壁面，防止分化， 并能封闭围岩的张性裂隙和节理，提高围岩的固有强度,控制围岩的变形，它能充分调 动围岩本身的自稳能力，从而更好地起到支护作用。另外，喷锚支护有效地利用了洞 内净空，提高了作业的安全性和作业效率，并能适应软弱和膨胀性地层中的隧道开挖， 还能用于整治塌方和隧道衬砌的裂损。喷锚支护包括锚杆支护、喷射混凝土支护、喷 射混凝土与锚杆联合支护、喷射混凝土钢筋网联合支护、喷射混凝土与锚杆及钢筋网 联合支护、喷射钢纤维混凝土支护、喷射钢纤维混凝土锚杆联合支护。 喷锚支护是目前常用的一种围岩支护手段，适用于各种围岩地质条件，但是若作 为永久衬砌，一般考虑在、级围岩良好、完整、稳定、的地段中采用。在某些不 良地质、大面积涌水地段和特殊地段很难成形，不宜采用喷锚支护作为永久衬砌。地 下水发育或大面积淋水地段，喷射混凝土很难成形，且即使成形，其强度与围岩的粘 结力无法保证，锚杆与围岩的粘结或锚固力也极难保证，难于发挥喷锚支护所应有的 作用。膨胀性围岩和不良地质围岩，如黏土质胶结的砂岩、粉砂岩、泥岩等软岩，开 挖后极易风化、潮解，遇水泥化、软化、膨胀，造成较大的围岩压力，稳定性极差， 甚至流坍。堆积层、破碎带等不良地质，往往有水，施工时缺乏足够的自稳能力和一 定的稳定时间。这样，锚杆无法同膨胀性围岩和有水堆积层、破碎带形成可靠的黏结， 喷射混凝土与围岩面也很难形成良好的黏结。因此，喷锚支护就难于阻止围岩的迅速 变形和通过喷锚支护形成可靠、稳定的承载圈。不宜采用喷锚支护单独作为永久衬砌 的情况有：对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求衬砌内轮廓很整齐、 平整；辅助坑道或其他隧道与主隧道的连接处及附近地段；有很高的防水要求的隧道； 围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆除者等；地下水有侵蚀性，可能 造成喷射混凝土和锚杆材料的腐蚀；最冷月平均气温低于-5的冻害地段。 （四） 、复合式衬砌 复合式衬砌是与喷锚支护和新奥法施工结合起来进行的。在洞壁表面上先喷射一 层混凝土，有时也同时施加锚杆，凝固以后形成一个薄层的柔性之后结构，允许它有 限度地产生变形，以至少许的裂纹，把围岩因开挖坑道而引起的形变压力全部吸收或 吸入了绝大部分，并把洞壁的位移逐渐地稳定下来，使外衬与围岩共同组成的初期支 xx 大学毕业设计（论文） 25 护体系处于暂时平衡状态。在施工的同时，定期地量测支护变形的信息，把这些信息 反馈的施工和结构的设计中去，据以确定内衬的最佳施作时间，以及内衬的适宜厚度。 在外衬与内衬之间，敷设一层塑料防水板等为材料的防水层。复合式衬砌既能调动围 岩的自承能力。又可以充分发挥结构的承载力。根据铁道科学研究院和隧道工程局共 同进行的模型实验和有限元分析，验证结果表明：复合衬砌的极限承载能力比同等厚 度的单层模筑混凝土衬砌可以提高 20%30%，并且如能调整好内衬的施作时间，还可 以改善结构的受力条件。 1、外衬（亦称初次衬砌）为了使围岩在开挖后的变形得以及早地受到约束， 所以外衬多半是使用能达到早强的喷射混凝土和锚杆，使柔性的外衬既能容许围岩有 所变形，而又约束它不让它的变形发展太大太快。一般说，外衬的厚度多在 520cm 之间。为此，开挖坑道时，要求采用光面爆破，使洞壁平整光顺，喷层足以覆盖凸点， 同时内表面也平整，便于以后铺设防水层。 2、内衬（亦称二次衬砌）从理论上讲，围岩的形变压力已为外衬所吸收，内 衬基本上可以不再需要承受什么力，做内衬仅仅是为了洞内的整齐外观或是用以隔潮 而已。但实际上，外衬的变形并未完全停止，况且，影响外衬共同作用的因素很多， 因而仍会有一部分力量，如围岩的残留变形，以及施工后围岩物理力学参数降低等， 需由内衬承担。所以，设计时，内衬仍应按受力结构来计算。 内衬可以用喷射混凝土层柔性结构，也可以用较厚的模筑混凝土。它的厚度视当 时外衬变形的情况或变形的速度而定。当围岩无明显的流变性质，而位移有较明显的 减缓趋势，水平收敛小于 0.2mm/d，拱顶下沉小于 0.1mm/d，而且当时的位移值占总位 移值的 80%以上时，单线隧道内衬厚度可为 25cm，双线隧道衬砌内衬厚度可为 30cm， 均为等厚截面。 3、防水层内外层衬砌之间的防水层可以用软聚氯乙烯薄膜、聚异丁烯片、聚 乙烯片等防水卷材或用喷涂乳化沥青等防水剂。在喷层表面有凸凹不平时，需事先以 砂浆敷面，作成找平层，务使岩壁与防水层密贴。防水层接缝处，一般用热气焊接或 电敏电阻焊接，亦可用适当的溶剂作溶解焊接，用以保证防水的质量。 铺底及仰拱的厚度与一般模筑混凝土衬砌的铺底或仰拱相同。复合式衬砌最适宜 在级围岩中使用，但遇到下列情况时，应慎重对待。必要时应辅以相应的加固 措施。复合式衬砌可以保证初期支护施做及时，易变形，与围岩密贴，从而能保护围 岩和加固围岩，促进围岩的应力调整，充分发挥围岩的自承作用。二次衬砌完成后， 衬砌内表面光滑平整，可以防止外层风化，装饰内壁，增强安全感。它既能够充分发 xx 大学毕业设计（论文） 26 挥喷锚支护的优点，又能发挥二次衬砌永久支护的可靠作用。复合式衬砌是目前隧道 工程常采用的衬砌形式。其设计、施工工艺过程与其相应的衬砌及围岩受力状态均较 合理，十分符合衬砌结构的力学变化过程，能按受力和变形的规律，按力学变化时间、 变形发展状况，给予最适宜的工程措施；其质量可靠，能够达到较高的防水要求；也 便于采用喷锚、钢支撑等工艺。因此，它是比较合理的结构形式，其广阔的发展前途。 对于复合式衬砌，由于初期支护是限制围岩在施工期间的变形，达到围岩的暂时稳定， 二次衬砌则是提供结构的安全储备或承受围岩压力，因此，初期支护应按主要承载结 构设计；二次支护在级及以下围岩时按安全储备设计，在级及以上围岩时按承载 结构设计，并均应满足构造要求。总之，复合式衬砌是一种较为合理的结构形式，适 用于多种围岩地质条件。 二、隧道衬砌的构造要求二、隧道衬砌的构造要求 （一） 、隧道衬砌的建筑材料及要求 修建隧道衬砌的材料，应具有足够的强度和耐久性，在某些环境中，还必须具有 抗冻、抗渗和抗侵蚀性。此外，还应满足就地取材、降低造价、施工方便及易于机械 化施工等要求。常用的隧道衬砌材料有：混凝土与钢筋混凝土，隧道工程所用的混凝 土强度等级不应低于 c15，当最冷月平均温度低于-15的地区及受冻害影响的隧道， 宜采用整体式混凝土衬砌，混凝土强度等级应适当提高，洞门用混凝土整体灌筑，其 强度等级不应低于 c20。钢筋混凝土材料主要用在洞门、明洞衬砌级地震区、偏压、通 过断层破碎带或淤泥、流沙等不良地质地段的隧道衬砌中，其强度等级对于衬砌段不 应低于 c20，对于洞门不应低于 c15。片石混凝土，为了节省水泥，在岩层较好地段的 边墙衬砌可采用片石混凝土。石料和混凝土预制块，用强度等级不低于 m10 的水泥砂 浆砌筑衬砌。喷射混凝土，其强度等级采用 c20，所以的水泥应优先采用硅酸盐水泥或 普通硅酸盐水泥，也可采用矿渣硅酸盐水泥，必要时可采用特种水泥。锚杆，锚杆的 杆体易用 20mnsi，也可采用 q235 钢筋，缝管式锚杆宜采用 16mnsi 钢管，亦可采用 q235 钢管，锚杆直径宜为 1822mm。 （二） 、隧道衬砌的其他构造要求 1、隧道洞口段，比隧道中段受力