最新黄土隧道毕业设计

XXXXXXXXXXXXX毕业设计第1章 绪 论1.1 选题背景及意义自1820年以后，铁路成为新的运输手段。1827年在英国、1837年在法国先后开始修建铁路隧道。随着铁路运输事业的发展，隧道也越来越多，先从当时经济比较发达的欧洲各国开始，然后是美国和明治维新后的日本。经济的发展、社会的进步要求有更高的交通运输速度，以加快社会活动节奏，扩大人际间的交往。由于铁路在速度和其他技术、经济指标上的优势，19世纪后半叶至20世纪初，铁路得到了大的发展，并促进了社会、经济的进步；凡经过铁路建设大潮的国家，其经济都得到了长足发展，并演变为当今的发达国家。我国修筑的第一条铁路隧道是1890年建成的台湾狮球岭隧道。限于当时我国的局势和建设资金短缺等原因，我国并没有经历铁路建设大潮，铁路建设也毫无规划，而且严重滞后。为了改变铁路的落后、被动局面，根本出路就在于依靠科技进步，大力发展重载和高速技术，特别是高速技术。新中国成立后，特别是随着我国改革开放的深入，市场经济迅速发展，人口城市化进程加速，国际交往急剧增加，旅游事业日趋兴旺，诱发了大量的客运需求。人民生活水平的提高，时间价值观念的增强，对缩短旅行时间、提高服务质量的愿望也日益强烈，从客观上提出了发展高速铁路客运系统的社会需求。可见，既有铁路已不能满足人们出行的需求，修建高速铁路符合我国人民的愿望。进入新世纪后，国民经济的持续快速发展，使得铁路运输在数量和质量两个方面，都面临着新的更高的挑战；在2020年前我国全面建设小康社会中，铁路肩负着提供运力支持，当好先行的重要历史使命。因此，铁路必须抓住机遇实现跨越式发展，走新型工业化道路。其主攻方向应是“扩大路网规模，完善路网结构，提高路网质量”。我国幅员辽阔，人口众多，经济尚不发达，能源相对紧缺，这就必须发展运力大、占地省、能耗低、污染轻、安全可靠、的交通运输工具来解决大量客流和货流的快速运输问题。高速铁路在这些方面具有明显的优势，可见，修建高速铁路完全适合我国的国情和运输发展的需要。1.2 国内外现状根据我国的国情和路网现状，尤其现在我国货运供需矛盾特别突出的实际情况，即将或已经开工的客运专线有些近期为客货共线铁路，远期发展为客运专线铁路。在规划的“四横四纵”高速铁路客运网当中必然会出现大量的黄土隧道。特别是自西部大开发政策实施以来，西部黄土地区的建设得到国家重点支持。而黄土隧洞的修建涉及到西部交通、水利、通信等各重大基础设施工程。西气东输、西电东送，南水北调等大型工程中所修建的隧洞亦多穿过黄土地层。在黄土地层中开挖坑洞，容易出现坍塌，尤其是一旦渗漏水，围岩强度会大幅度降低，严重时，完全失去自稳能力。同时，黄土围岩开挖后若暴露时间过长，围岩周壁风化作用至内部，围岩体松弛加快，进而发生坍方等，因此，黄土隧洞的设计与施工难度较大，远远大于修建同类型的岩石隧洞，为确保黄土隧洞施工安全，必须加强对黄土隧洞施工期稳定性进行研究。对于隧洞围岩稳定分析(或称隧洞力学分析)来说，目前国内外有关学术界和工程界多采用常规连续介质模型，如线性弹性、非线弹性、弹塑性、粘弹塑性、弹脆性介质模型等，把问题归到岩土力学参数统计平均值的计算问题。虽然很多学者目前在弹塑性和粘弹塑性分析方面做了大量的研究工作，但隧洞工程仍较多采用“线弹分析加经验修正”方法。隧洞支护体系的力学计算方法，有两种主要的理论分析方法，即：传统的“结构力学方法”和近代的“岩石力学方法”，对黄土隧洞而言，至今还没有一种系统成熟的针对黄土隧洞的计算方法，也没有形成黄土隧洞的独立理论体系，但近年来随着黄土隧洞的大量修建，我国在黄土隧洞方面取得了一些研究成果，并处在世界前列，这些将体现在即将问世的第四代黄土规范中。黄土是天然地质体，经历了漫长的自然历史过程，也经受了地质构造变动过程，所以围岩稳定和围岩压力理论与黄土力学和黄土土体结构的研究是分不开的。1.3 大断面黄土隧道的特点(1)隧道设计断面大客运专线双线隧道，由于空气动力学效应及安全方面的要求，决定了隧道的设计断面大，考虑预留变形量下，按照时速350kmh客运专线双线黄土隧道复合式衬砌通用参考图(通隧200530302)“V级围岩复合式加强衬砌断面”开挖设计面积达163.53m2，开挖跨度达15.2m。(2)黄土地质围岩自稳能力差、易坍塌由于砂质黄土结构相对疏松，其自身强度低，抵抗外力破坏的性能差，洞顶为厚层黄土层时，开挖后应力重新组合，自稳能力差，遇水土粒间的胶结作用遭到破坏，凝聚强度大为降低，再加上开挖过程的施工扰动，有可能出现围岩失稳现象，极易坍塌。(3)黄土具有湿陷性、隧道基底需加固黄土地基尤其是新黄土具有一定的湿陷性，在土体的自重压力或土的附加压力与自重压力共同作用下，一旦受水浸湿，土的结构迅速破坏，承载力急剧降低，随之产生显著的附加下沉，从而使建筑物出现裂缝甚至破坏。因此，黄土隧道的基底如遇具有湿陷性黄土地基需采取换填、灰土挤密桩、树根桩以及注浆等措施进行加固处理。(4)黄土隧道分部开挖进度慢、支护体系复杂由于断面大和黄土的特性，大断面黄土隧道需将断面分隔成几个洞室错台开挖，一般每循环进尺为0.51.5m，且可能还要受地基加固处理工序施工的影响，进度非常缓慢；同时为保证施工安全和结构的稳固性，开挖过程中的临时支护措施和开挖后的初期支护体系相当复杂，施工工序繁杂，施工工艺要求高。1.4 建设客运专线的意义在繁忙干线建设客运专线，实现客货分线运输，能够大幅度提高铁路运输能力，分流既有线的大部分客车，缓解既有线运能紧张的局面，同时还可以满足大经济区、大城市的增量运输的需求，腾出既有线用来发展货物重载运输，适应日益增长的运输需要。(1)繁忙干线建设客运专线，实现客货分运，能够大幅度提高铁路运输能力，满足全面建设小康社会的运力需要。初步预测到2020年，铁路旅客、货物运输需求分别达40亿人次、40亿吨，年均增长速度为7%和4%。建设客运专线，不仅可以转移既有线上大部分客车，而且还可以满足增量运输的需求，特别是能够腾出既有线能力用于发展货物重载运输，迅速形成高速度、大能力、安全畅通的运输通道，适应日益增长的运输需要。(2)繁忙干线建设客运专线，可以提升城市的集聚功能和辐射能力，使大城市更好地发挥中心城市的作用，同时推动沿线中间地带现有城市高速发展和功能升级，增强人、财、物吸纳能力，促进新的小城镇生成和发展，加快我国城市化的整体进程。(3)繁忙干线建设客运专线将使铁路速度和服务实现质的飞跃，提升中国铁路发展水平。客运可实现大容量、高速度、高频率，大大缩短旅行时间，特别是在运输高峰时期，可以用几分钟间隔密集大量发车，为旅客提供更安全、快捷、方便、舒适的服务；货运可实现“大宗物资直达化，高值货物快速化”，降低铁路社会成本，满足旅客货主越来越高的多层次、多样化服务需求。在创造良好社会经济效益同时，铁路路网运输效率和投资效益将进一步提高，有利于实现铁路可持续发展。(4)西部地区建设客运专线，必将促进西部经济的大发展，加快西部地区的经济发达化进程。(5)客运专线在黄土地区的建设，必将为以后在黄土地区修建大断面黄土隧道提供经验和参考资料。1.5 设计研究主要内容和采用的方法1.5.1 主要研究内容以潼洛川隧道为例，了解黄土隧道客运专线的特点及设计的方法和步骤，根据所给的地质勘测资料、水文资料和其它的资料，进行隧道选型、结构拟定和检算，最后进行施工方案及施工工艺设计并绘制相应的施工图纸。1.5.2 采用的主要方法在对隧道结构进行计算时，需依据我国最新出版的铁路隧道设计规范，并结合黄土隧道的工程特点，利用围岩垂直均布松动压力和水平均布松动压力公式，计算出隧道开挖后隧道衬砌受载情况。然后，通过Ansys软件对隧道衬砌结构建立模型、并计算，然后按破损阶段法和允许应力法检算隧道衬砌在所加荷载作用下是否满足强度要求。对不满足强度要求的隧道衬砌，进行配筋计算。最后进行抗裂检算。在对隧道施工方案及施工工艺进行设计时，需依据我国最新出版的铁路隧道施工规范和相关规范规定，并结合在隧道全长范围内的围岩性质及其所处埋深，来确定隧道的进洞方案、不同衬砌段的开挖方法及各种方法间的转换、不良地质辅助工艺、初期支护情况、二次衬砌施工工艺和防水工程施工工艺等。1.5.3 预期达到的目标(1)学习和了解客运专线黄土隧道设计的特点和要求；(2)熟悉掌握隧道结构设计检算内容和检算方法，并能够运用Ansys进行结构检算；(3)熟悉隧道施工的各种方法，特别是新奥法施工的方法，了解隧道施工过程中各种工艺的基本流程和要求。第2章 工程概况2.1 设计依据本设计的依据有：铁路工程技术标准，TB10003-2005铁路隧道设计规范，GBJ10-89混凝土结构设计规范，锚杆喷射混凝土支护技术规范，TB10204-2002J1铁路隧道施工规范，TB10202-2002J1铁路路基施工规范，TB10119-2000铁路隧道防排水技术规范，铁路隧道施工手册，铁路隧道设计手册。2.2 潼洛川隧道工程概况潼洛川隧道位于潼关黄土台塬区前缘，隧道进口（DK341+304.0m）位于潼沟河左岸，岸坡地形较陡，出口端（DK345+120.0m）位于黄土塬边，全长3816m，最大埋深120m，相对高差90130m。该隧道设有斜井，斜井位于港口镇，和线路交于DK343+100m处，斜井长294m。工点北临西潼高速，并有便道相连，交通较为便利。2.3 工程地质与水文地质2.3.1 地形地貌潼洛川隧道位于潼关I级黄土台塬区，塬面地形平坦，高程545555m；进口位于潼沟河左岸，岸坡地形较陡，相对高差2070m，冲沟发育；出口端位于黄土塬边，地形起伏，冲沟发育，相对高差1550m；斜井洞口位于一黄土冲沟，地形起伏，地面高程420m。塬顶为农田，多有村庄、道路分布。2.3.2 工程地质特征2.3.2.1 地层岩性隧道、斜井区范围内地层岩性相对简单，黄土台塬区表层为第四系上更新统风积砂质黄土，中部为第四系中更新统风积砂质黄土、下部为第四系下更新统风积砂质黄土、黏质黄土，底部为第四系下更新统冰湖积粉土、卵石土和砾砂等。潼沟河一级阶地主要为冲积砂质黄土。2.3.2.2 地质构造隧道通过I级黄土台塬区构造上为潼关隆起，为第四系以来活动明显的断隆，隆起西界为观北断层，东界已出区外，南端限于山前大断层，北端已出区外，据有关区域资料分析，该隆起虽与观北断层同时形成，始于中更新世，但当时不太显著，并接受了早更新世早期的沉积，直到早更新世晚期才强烈隆起，使该区露出水面，接受以风积砂质黄土为主的堆积。中更新世至晚更新世，隆起上升剧烈，故呈现今日之貌。隧道通过段主要地层为中、下更新统风积砂质黄土夹古土壤。2.3.2.3 隧道进出口工程地质条件隧道进口段通过地层为黏质黄土、粉土、砂、卵石等地层，不甚均一，施工开挖后应及时支护和衬砌，避免产生围岩失稳。出口浅埋偏压地段应加强支护，确保围岩稳定。表层第四系上更新统风积砂质黄土经计算后判定，该场地为自重湿陷性场地，湿陷等级为级（严重），湿陷性土层厚度18.0m。2.3.2.4 特殊岩土(1)黄土黄土台塬表层覆盖第四系上更新统风积砂质黄土，厚1033m。根据D7Z-15、D7Z-17、 D7Z-18，D7S-8-1土工试验资料计算判定，该场地为自重湿陷性场地，湿陷等级为级（严重），湿陷性土层厚度18.0m。(2)膨胀土依据初测资料及陕西省第二水文地质队N8、N12两个深钻孔资料和定册钻孔资料分析，第四系中、下更新统砂质黄土中夹有灰黄色、棕红色古土壤（粉质黏土），呈层状，厚度0.29.3m不等，从岩心外观看具有膨胀岩土的基本特征，风化为尖棱状的小碎块，在隧道洞身有分布，经取样化验，自由膨胀率一般在21%48%，阳离子交换量CEC（NH4-）mmol/kg：64.7159.1 mmol/kg，蒙脱石含量M：6.33%13%，综合判定为弱膨胀土，设计时应考虑其对工程的影响。2.3.3 水文地质特征潼洛川隧道位于潼关塬一级台塬的前缘，秦岭北麓断层带以北到黄河、渭河这一完整水文单元的排泄区。该水文单元地下水从补给区到排泄区运行途径短，地下水水力坡降大，水平方向地下水的迳流条件良好。隧址区共布设勘探钻孔5个，其中145m深孔一个，依据揭露地层及地下水情况：仅在深孔高程365.5m以下出露冰湖相卵砾石土，但未揭穿该层。同时对各孔进行水文测试，均未发现地下水出露。隧道洞身属贫水区，地下水位位于隧道开挖断面底部以下约10m左右，隧道产生长大段落涌水的可能性较小，但不排除隧道遭遇含水透镜体及底部砂砾石承压水隔水顶板存在通过“天窗”突水。因而在施工过程中，应加强对地下水的观测，防止突水发生。隧址区地下水的补给来源主要为大气降水、地表迳流及灌溉回归水，地下水的补、迳、排条件与塬面的形状、岩土的性质、孔洞、地表陷穴、漏斗的发育程度关系密切。大气降水补给地下水补给量的多寡、潜水位变化的幅度，与降水量的大小、历时长短关系紧密。地下水属HCO3-（NaK）Ca型水。2.4 气象特征据潼关县气象站气象资料显示：该工点区属亚热带半干旱气候区，年平均气压952.0hpa；年平均气温13.2，极端最高气温42.7，极端最低气温-18.2；年平均绝对湿度11.4 hpa，日最大绝对湿度37.3 hpa，日最小绝对湿度0.2 hpa；年平均降水量608.9mm，年最大降水量1000.4mm，年最小降水量319.7mm；年平均蒸发量1872.6mm，年最大蒸发量2264.2mm；平均风速3.0m/s（主导风向 ESE），最大定时风速22.0m/s（主导风向 ENE）；年最大积雪深度18cm；最大冻结深度44cm。2.5 隧道纵断面隧道纵断面图，详细标明了隧道围岩级别、隧道衬砌段分级、各段开挖方法及各段水文地质条件等，详见附录B-01。第3章 隧道结构选型及支护参数拟定3.1 隧道截面选型依据(1)隧道净空段横断面有效面积应满足消减空气动力学效应不利影响的要求；(2)满足最高时速350km的铁路建筑接近限界要求，双线隧道还应满足线间距要求；(3)养护、维修和救援空间要求。在满足以上条件下，从围岩稳定、结构受力及空间利用等角度对断面形状和尺寸进行优化。3.2 隧道截面选型隧道的大小是根据限界确定的，限界越大，行车安全度越高，但工程量和工程投资也随着增加。所以，要确定一个既能保证列车运行安全，又不增大隧道空间的经济、合理的断面是制定限界的任务和目的。“限界”是一种规定的轮廓线，这种轮廓线以内的空间是保证列车安全运行所必需的空间。建筑限界是行车隧道的最小横断面有效内轮廓线。在设计隧道断面时，除了考虑建筑限界外，必须分别考虑其他误差、测量误差、结构变形等因素，以保证竣工后的隧道的有效净空满足建筑限界的要求，进而保证列车安全高速运行。隧道截面几何尺寸包括内部净空尺寸和结构断面厚度两部分，它是根据结构使用要求、限界尺寸、施工方法及工程地质水文地质条件而确定的。3.2.1 隧道净空的确定隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。铁路隧道净空是根据“隧道建筑限界”确定的，而“隧道建筑限界”是根据“基本建筑限界”制定的，“基本建筑限界”又是根据“机车车辆限界”制定的。3.2.2 隧道衬砌断面的拟定隧道的净空限界确定以后就可以据此进行隧道衬砌断面的初步拟定。初步拟定结构形状和尺寸可采取经验类比法。需要考虑三方面因素：隧道净空形状、隧道轴线、截面厚度等因素。(1)内轮廓衬砌的内轮廓必须符合隧道建筑净空限界。结构的任何部位都不应侵入限界以内，同时又应尽量减少隧道的断面积，使土石方开挖量和圬工量最少。因此，内轮廓线应紧贴着限界，但又不能随着限界曲折，而是平顺圆滑，是结构受力合理。(2)结构轴线以混凝土为材料的隧道衬砌是一种受压构件，结构的轴线应尽可能地符合荷载作用下的压力线。当衬砌受径向分布的水压时，轴线以圆形最好；主要承受竖向压力或同时承受不大的水平侧压力时，衬砌拱部轴线宜采用单心圆弧或三心圆弧线，墙部可采用直线；当承受竖向压力和较大水平侧压力时，结构轴线宜采用多段圆弧连接而成，近似圆形，以减少土石开挖量；当有底鼓压力时，底部还宜有凸向下方的仰拱。(3)截面厚度衬砌各截面的厚度是结构轴线确定以后的重点设计内容，要求设计的截面的厚度具有足够的强度。截面厚度随所处地质条件和水文地质条件不同而有较大变化，并且与隧道的跨径，荷载大小，衬砌材料以及施工条件等有关。拱圈可以采取等截面，采取在仰拱部分加厚2050的变截面。3.3 隧道衬砌参数的拟定3.3.1 地层参数(1)地层参数主要靠地质勘察确定，依据潼洛川隧道工程地质勘察报告选择地层参数如表3-1。表3-1 地层参数围岩级别容重/kNm-3弹性反力系数K/MPam-1岩体摩擦角（）岩体似摩擦角（）级围岩15.1901002745级围岩17.0522004455(2)深埋隧道围岩水平均布松动压力e的经验公式取值如表3-2表3-2 水平均布松动压力经验公式围岩级别水平均布压力00.15q(0.150.3)q(0.30.5)q(0.51.0)q在荷载计算中取值如表3-3表3-3 水平均布松动压力取值围岩级别级围岩(深埋)级围岩(浅埋)水平均布压力0.5q0.25q(3)围岩分级基本情况如表3-4表3-4 潼洛川隧道各围岩段情况起讫里程围岩级别长度/m埋深h /mDK341+345DK345+8704525 H161.58DK344+870DK344+876V6H42.48DK344+876DK345+014V38 H36.36mDK345+014DK345+093V79 H14.54mDK345+093DK345+106V(明洞)13H2.34mDK345+106DK345+120V(洞门)143.3.2 初期支护参数拟定潼洛川隧道为黄土隧道。在黄土地层中开挖坑洞，容易出现坍塌，尤其是一旦渗漏水，围岩强度会大幅度降低，严重时，完全失去自稳能力。同时，黄土围岩开挖后若暴露时间过长，围岩周壁风化作用至内部，围岩体松弛加快，进而发生坍方等。为此，在该黄土隧道开挖后，应及时喷射混凝土、施作锚杆、架立钢拱架、挂钢筋网等初期支护。初期支护参数有：锚杆类型、直径、长度、间距；喷射混凝土强度、厚度；钢拱架钢筋直径、间距；钢筋网直径和网格尺寸等以及二次衬砌的各项设计参数；混凝土强度、厚度等。3.3.2.1 初期支护参数的确定初期支护参数的确定按以下顺序进行：(1)采用工程类比法初步选定尺寸,如无类比资料可参照铁路隧道设计规范制定；(2)根据隧道具体情况，综合研究，对初步选定的设计参数进行修正；(3)对于有异常围岩压力和会产生超常位移的围岩，或断面形状特殊的衬砌结构，用工程类比法有困难时，则可采用解析法或数值法进行内力分析和截面设计，但在进行分析时应对边界条件和围岩参数的选取慎重研究；(4)由于围岩特性复杂多变，在隧道开挖前一般很难准确搞清楚，故需要在施工中根据围岩的变化情况和监测到的围岩动态信息，对初步拟定的设计参数进行修正。3.3.2.2 隧道衬砌断面参数在隧道全长范围内，隧道洞身衬砌的采用级复合式衬砌和级复合式衬砌，他们的内外轮廓线不一致；明洞段衬砌的内外轮廓线则与洞身级复合式衬砌一样，隧道的净宽和净高见表3-5，各种衬砌形式和衬砌详细尺寸见附录B-02和B-03。表3-5 隧道衬砌净宽和净高(m)衬砌类型及里程隧道净宽隧道净高明洞段衬砌（DK345+093DK345+120）14.5012.48级复合式衬砌段（DK344+870DK345+093）14.5012.48级复合式衬砌段（DK341+345DK345+870）14.3011.083.3.2.3 隧道初期支护参数隧道初期支护参数如表3-6、3-7所示。表3-6 潼洛川隧道排水型复合式衬砌设计参数围岩级别初期支护二次衬砌预留变形量/cm喷射混凝土钢筋网锚杆钢架拱墙/cm仰拱/cm部位/厚度/cm网格间距/cm设置部位间距/m设置部位规格间距/m全环/262020拱墙11拱墙I20a0.8506010全环/352020拱墙11拱墙I25a0.6607010表3-7 衬砌结构混凝土参数围岩级别喷射混凝土拱部、边墙、仰拱仰拱填充、槽身无碴轨道基础垫层踏步水沟及电缆槽盖板C25混凝土C35防水钢筋混凝土C25混凝土C30混凝土C25混凝土C25钢筋混凝土C25混凝土C35防水钢筋混凝土C25混凝土C30混凝土C25混凝土C25钢筋混凝土第4章 隧道衬砌结构检算4.1 隧道结构检算原理隧道衬砌结构检算主要是依据荷载结构法原理，通过Ansys建立隧道衬砌结构荷载模型，按破损阶段法计算隧道荷载，再由Ansys计算得出衬砌结构在荷载作用下的内力，用结构危险点的内力(弯矩和轴力)对衬砌强度进行检算，找出隧道的最不利位置，对不满足要求的进行配筋，并进行结构抗裂检算。荷载结构法是目前广泛采用的一种主要的地下结构计算方法，又称为“荷载结构”模型。它是将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载，以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形的方法。其设计原理是按围岩分级和实用公式确定围岩压力，并通过弹性支撑来体现围岩对支护结构变形的约束作用，而围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支撑的约束能力时间接考虑。它适用于围岩因过分变形而发生的松弛和崩塌，以及支护结构主动承担围岩“压力”的情况。在围岩与支护结构相互作用的处理上采用主动荷载加被动荷载（弹性抗力）模式，此模式认为围岩不仅对支护结构施加主动荷载，而且由于围岩与支护结构之间的相互作用，还对支护结构施加被动的约束反力。所以，支护结构在主动荷载和约束反力同时作用下进行工作。这种模式能适用于各种类型的围岩。4.2 隧道衬砌结构荷载计算隧道衬砌结构计算的整个思路为：首先根据隧道纵断面的几何尺寸确定隧道埋深，计算出作用在衬砌结构上的荷载；再通过Ansys软件建立结构荷载模型，进行受力分析，求出截面的内力；再检算截面强度，不满足要求者予以配筋，最后进行结构裂缝宽度检算。4.2.1 隧道衬砌基本情况根据隧道纵断面图计算确定出隧道衬砌类型及其相应的起始里程、长度和埋深等，见表4-1。表4-1 隧道衬砌情况起讫里程所使用衬砌类型长度/m埋深h/mDK345+106DK345+120洞门14DK345+093DK345+106明洞13H2.34mDK345+014DK345+093V级复合式（超浅埋）79H14.54mDK344+870DK345+014V级复合式（浅埋）38H36.36mDK341+345DK345+870级复合式4525H161.58m4.2.2 荷载计算4.2.2.1 荷载计算原理采用荷载结构法原理进行隧道结构检算时，所需计算的荷载为由岩体松动、崩塌而产生的竖向和水平均布压力。竖向和水平均布压力的计算，根据隧道的埋深不同，选择不同的计算公式。(1)隧道深、浅埋的判定原则一般，深、浅埋隧道分界深度至少应大于坍方的平均高度且有一定余量，根据经验，这个深度通常为22.5倍的坍方平均高度值，即： (4-1)式中，深浅埋隧道分界的深度 (m)；等效荷载高度值(m)。系数22.5在松软的围岩中取高限，而在较坚硬围岩中取低限。该隧道为黄土隧道，地质情况为、级围岩，故取2.5。当隧道覆盖层厚度时为深埋，时即为浅埋。潼洛川隧道为双线隧道，等效高度值按式(4-2)和式(4-3)计算： (4-2) (4-3)式中，等效荷载高度值(m)；围岩级别；宽度影响系数；隧道宽度(m)；每增加1m时，围岩压力的增减率(以为基准)，当时，取，时，取。(2)深埋隧道围岩松动压力的计算方法()双线铁路隧道竖直均布松动压力按式（4-4)计算： (4-4)式中，q竖直均布松动压力()；围岩容重()。水平均布松动压力e可根据竖直均布松动压力由经验公式求得。水平均布压力的经验公式见表4-2。表4-2 水平均布松动压力经验公式围岩级别水平均布压力00.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.2=2*as不符合符合e1.73E-023.85E-02e4.83E-014.61E-01钢筋面积Ag-5.73E+01钢筋面积Ag-3.55E+02配筋518518因为算得的，都小于零,即需要按最小配筋率配筋。所以，按最小配筋率配筋为:As=As=0.002bh=0.0021000600=1200mm2因此每侧配置518钢筋 (As=As=1272 )4.5 衬砌结构裂缝宽度检算4.5.1 裂缝宽度检算原理隧道衬砌结构属于偏心受压构件，当时，可不检算裂缝宽度；当时最大裂缝宽度由公式(3-22)和公式(3-23)计算： (3-22) (3-23)式中，为钢筋的弹性模量； 裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；，当时，取；时，； 永久荷载和可变荷载作用下的弯矩；矩形截面的宽度；混凝土的极限抗拉强度；h截面高度；纵向受拉钢筋应力，可取；纵向受拉钢筋的截面面积；截面的有效高度，；平均裂缝间距；d纵向受拉钢筋的直径； 纵向受拉钢筋配筋率与纵向受拉钢筋的表面形状有关的系数：对螺纹钢筋，取=0.7；对光面钢筋，取=1.0；对冷拔低炭钢丝，取=1.25；隧道衬砌结构最大裂缝宽度小于0.02mm表明抗裂检算合格。如果大于0.02mm，则需要增加受拉钢筋的截面积或者在保证衬砌结构的条件下采用多根相对较小的钢筋，直至抗裂检算合格为止。4.5.2 衬砌结构裂缝宽度的检算因为算得的e0都满足条件，所以不需要进行裂缝宽度检算。4.6 小结通过对隧道荷载的计算，和运用Ansys软件建立结构荷载模型并求解内力，以及按照规范要求和一些经验公式对衬砌结构的强度和裂缝宽度情况进行的检算得出隧道最终配筋情况如表4-8所示。表4-8 隧道衬砌最终配筋结果里程DK345+014DK345+093DK344+876DK345+014配筋518518示意图见图4-14见图4-14图4-14 隧道衬砌配筋图第5章 施工方案设计5.1 施工总体方案(1)潼洛川隧道为复合式衬砌设计，采用新奥法（NATM）进行施工。施工过程中采用超前预报系统进行地质超前勘探，并采用多种支护手段加固围岩。洞身采用分部法开挖，严格控制进尺，及时施作初期支护的方法进行施工，并且做到“管超前，短开挖，禁爆破，强支护，勤量测，早封闭”。明洞采用短段落，分台阶，敞开式开挖，并做到“开挖一段，灌注一段，回填一段”，避免全面敞开式开挖。总体实施掘进，支护，衬砌三条机械化作业线。通风采用大功率通风机、大口径软管、压入式长大隧道供风技术。(2)超前支护采用液压钻孔台车施作长大管棚及超前锚杆；初期支护采用锚杆钻机施作砂浆锚杆；喷射混凝土采用转体式喷射机进行湿喷作业；钢筋网和型钢拱架由机械运输，机械配合下人工架立。(3)隧道施工采用全站仪放样定线，并采用机械开挖(人工配合)。出碴采用装碴机装碴，有轨运输结合无轨运输施工。(4)衬砌混凝土采用混凝土自动计量拌和楼，混凝土搅拌运输车，混凝土输送泵、整体移动式模板台车完成全断面衬砌一次成型。(5) 路面混凝土和洞内喷涂施工采用集中时间、机械化流水作业，一次施工，一次成优。5.2 隧道工程施工5.2.1 洞口段工程潼洛川隧道洞口段27m采用明挖法施工，其中洞口长14m，明洞长13m。由于地势比较开阔，最大埋深处为8.63m，埋深浅，且地下水位较深，故敞口放坡开挖是最合理的选择。隧道穿越黄土地层，所以放坡开挖面采用半放坡法，以保证基坑的稳定。5.2.1.1 施工方案根据黄土地质多年的施工经验及潼洛川隧道出口位置的具体情况，经过经济性、安全性、可行性综合分析比较后，决定进洞前先完成地表排水系统，采用分层开挖，分层支护，自上而下，边挖边护的洞口加固处理方法。洞口仰坡、明洞边坡采用锚、网喷混凝土加固技术；开挖结束立即对基底加固处理，同时做好浇注衬砌的准备工作。衬砌浇注采取先仰拱再边墙和拱圈的顺序，并施作防排水系统。待衬砌混凝土强度达到设计要求后，进行拱顶回填。最后再修筑洞顶排水设施完成明洞施工。明洞挖方在满足机械开挖的条件下，使用机械开挖，装载机配合自卸车装运弃砟至指定弃砟位置，人工辅助修坡。不能直接使用机械开挖的人工开挖机械辅助装运弃方。进洞采用先施作超前大管棚，短进尺，快循环，早封闭的施工方案。5.2.1.2 明洞施工流程图开挖放线护坡及排水处理开 挖基底加固处理开挖机械准备衬砌施作衬砌准备洞顶排水设施防排水处理拱顶回填图5-1 明洞施工流程图5.2.1.3 施工方法(1)首先对隧道明洞开挖放样以后，对其边、仰坡适当刷坡，然后开挖并施作洞口边仰坡截水沟，以截排地表水，截水天沟距边仰坡开挖边缘不小于5m，沟底纵坡不小于3。排水沟与路基排水系统相衔接。(2)开挖洞口顶部及明挖部分土石方，开挖土石方均