毕业设计 软岩隧道设计与施工.doc

软岩隧道设计与施工Design and Construction of Soft Rock Tunnel毕业设计成绩单学生姓名学号班级专业毕业设计题目软岩隧道设计与施工指导教师姓名指导教师职称副教授评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长(主任) 签字：年 月 日毕业设计任务书题目软岩隧道设计与施工学生姓名学号班级专业土木工程承担指导任务单位土木工程学院导师姓名导师职称副教授隧道名称：两水隧道斜井工区一、设计内容以两水隧道斜井工区为工程背景，主要进行以下内容：1.国内外现状调研(包括国内外软岩隧道发展现状及典型工程实例、与自己的研究对象有关的不良地质隧道的国内外现状等)。2.根据具体工程环境及地质条件确定具体施工方法。3.设计依据及原则：包括设计应遵循的主要规范规程及主要原则。4.隧道结构设计：包括衬砌断面拟定、荷载确定、计算模型的建立、衬砌结构计算及整理、结构配筋计算。5.施工组织设计：包括施工总体部署（主要应包括施工准备、施工场地布置、施工临时设施设计、不同区段的施工方法等），主要施工方法、工序及工艺(包括爆破、出碴运输、超前支护、喷射混凝土、锚杆、钢架、防排水、二次衬砌、施工监测等)，施工辅助作业、不良地质地段的工程措施、机械配套、指导性施工进度计划等。应附图：工程平面图、地质纵剖面图，衬砌结构横剖面图，计算模型及计算结果图，施工方法图平、横、剖面图，典型工法步序图、施工监测测点布置图等。6.外文翻译等相关文档和完整的设计报告书。二、基本要求1.通过调研，掌握软岩隧道的主要施工方法及其适用条件；2.熟悉隧道衬砌结构设计计算方法及计算内容；3.掌握隧道施工中主要施工工艺及施工步序。三、主要技术指标(另见具体资料)四、应收集的资料及参考文献1.现行铁路隧道设计规范；2.现行铁路隧道施工规范；3.隧道工程朱永全 宋玉香编；4.现行混凝土结构设计规范；5铁路工程设计技术手册.隧道五、进度计划第1周 熟悉资料，查阅文献，选择设计区段；第2周 写出开题报告；第3周 外文翻译；第48周 隧道衬砌结构设计；第913周 施工组织设计；第14周 文整；第15周 答辩教研室主任签字时间 年 月 日毕业设计开题报告题目软岩隧道设计与施工学生姓名学号班级专业一、研究背景两水隧道位于甘肃省武都区白龙江左岸中山区，地形较为陡峻，相对高差400m，隧道最大埋深346m。隧址区总体上山势陡峻，地面起伏较大，基岩裸露，降水量较小，地下水补给来源不足。根据地质调查，隧址内围岩级别主要为级围岩，洞内灰岩有轻微溶蚀裂缝及少量的溶蚀坑洞，属轻微溶蚀区，该隧道灰岩主要以夹层存在于千枚岩中，岩溶对隧道工程有一定影响。隧址处位于武都山字型构造体系前弧，受多期次构造的复合，揉皱及构造节理发育，其展布与区域构造线基本一致，以近东西和北西西向为主。隧道范围内未见区域性大断裂通过，但岩体受构造运动的影响，揉皱、褶皱发育，软弱岩体被切割成块状、碎块状，岩体破碎，完整性差。本设计所选区段为两水隧道斜井工区，隧道洞身里程DK358+894DK360+231，总长为1337m，工程难点是控制隧道的大变形，同时保证工期。二、国内外研究现状1、软弱围岩对隧道失稳的影响：(1)岩体力学性质的影响：软岩的力学特性如各向异性、塑性、扩容性、膨胀性、流变性等，都对围岩的稳定有重要影响；(2)岩体结构及裂隙分布的影响在地质构造运动中形成的结构面，一般情况下，其强度远低于母岩；(3)软岩隧道的失稳， 是隧道开挖引起的应力重分布超出围岩强度或造成围岩过分变形而造成的；(4)地下水的影响。2、软岩隧道失稳破坏特征：(1)变形破坏方式多；(2)变形量大；(3)变形速度高；(4)持续时间长；(5)围岩破坏范围大；(6)各位置破坏不一；(7) 来压快；3、软弱围岩隧道设计理论：(1)隧道是由围岩和多种支护结构两部分组成的，即：隧道 = 围岩 + 支护，围岩与支护共同承担山体的压力；(2)隧道承受的压力具有不确定性；(3)支护体系是控制围岩变形的关键；4、软岩隧道支护方法现状及其支护作用机理：(1)改善围岩自身受力条件；(2)直接对围岩提供支护力；三、主要研究内容本毕业设计主要有两个方面，一是软岩隧道的结构设计，包括二次衬砌尺寸及材料拟定、荷载计算、内力分析、二次衬砌配筋设计；二是施工组织设计，包括：开挖施工方法、爆破设计、出碴及运输方式、初期支护、二次衬砌、防水层、排水系统、施工通风，隧道施工用高压风高压水及电路设计、施工监控量测设计、施工组织管理、主要分项的施工工艺，软岩隧道所采取的特殊施工控制措施等内容。四、主要研究方法对于隧道结构设计，首先利用设计软件进行建立计算模型，即使用阶段结构安全性检算采用“荷载结构”模式，二衬结构采用弹性平面梁单元模拟，弹性抗力以及隧底地基均采用弹簧单元模拟，组合荷载根据不同作用方向分别转换成等效节点力施加在相应的单元结点上。荷载计算主要包括松动压力的计算，即采用单线隧道按破坏阶段设计时垂直压力公式计算。算出荷载以后，要进行配筋，即根据计算出来的内力值进行配筋，根据容许应力法进行配筋设计最后进行强度检算和抗裂检算。对于隧道施工组织设计，本隧道使用分部台阶法进行开挖，在施工之前要进行超前地质预报，探测地层岩性、软弱层及断层构造位置等。弄清地质情况以后进行开挖。利用钻爆法进行开挖，然后进行超前支护与初支护，超前支护使用超前小导管注浆加固地层，初期支护包括锚喷支护，架设钢拱架，钢筋网。然后根据设计参数进行二次衬砌，不间断进行施工监测。五、预期结果本隧道的二衬厚度为60cm，经过计算简算，最终得出的配筋结果为采用522，配筋面积为1900 mm2，在初期支护，采用6m的砂浆锚杆，间距为1.0m0.8m布置。采用工字型钢I20b，每榀间距为0.5m，预留变形量为35cm。隧道爆破采用钻爆法施工。分四个断面分别进行光面爆破，一共布置170个炮眼。炮眼深度掏槽眼为1.2m，周边眼和辅助眼为1.0m，炮孔直径为42mm。周边眼间距为500mm，辅助眼间距为700mm，掏槽眼间距为500mm。隧道采用三台阶开挖，先开挖上部台阶，上部开挖完成后施作上部洞身结构的初期支护。上台阶施工至35m后，开挖中部台阶，接长钢架，施作洞身结构的初期支护及封底，工序与上台阶相同。中台阶开挖1020m后，开挖下部台阶，及时封闭初期支护。出渣方式采用无轨运输，装渣设备采用德国产ITC312H4挖装机1台，装渣时间3-4min/车。施工监测项目包括洞内围岩及支护状态观察，洞内周边位移观测，拱顶下沉量测，支护、衬砌内应力，锚杆内力，围岩内部位移。为了保证供电正常，满足施工需要，配置了3路供电线路，主供电线路为35kV的线路，供电能力为2050kVA，潜在供电能力3950kVA。设置多个泵站，采用两级排水.最大排水能力为7000m3/d，采用150D308多级抽水机，每个泵站安装3台，其中备用1台，单台扬程230m，流量150m3。指导教师签字时 间 年 月 日摘要软岩对隧道施工过程中隧道的稳定性有很大的影响，因此隧道施工过程中的开挖和支护方法很重要，本设计针对软岩和两水隧道本身的特点，采用钻爆法施工，三台阶法开挖断面，从开挖到支护完成的整个过程，充分体现“新奥法”的精髓，以保证隧道本身的稳定性。根据“新奥法”施工的要求，文中进行了以下设计，主要内容包括：隧道衬砌结构设计、隧道二次衬砌的结构计算以及施工组织设计，施工组织过程中又针对开挖和支护方法进行了详细的说明，对施工过程中遇到的不良地质地段，提出了相应措施，同时对隧道的施工辅助作业进行了简要设计。两水隧道的衬砌结构采用复合式衬砌，断面形式为曲墙拱形断面，预留变形量为35cm，初期支护采用锚、喷、网联合支护结构，二次衬砌厚度为60cm，主筋采用522，纵向连接筋采用14，箍筋采用8。关键词：软岩隧道 结构设计 施工组织设计AbstractSoft rock tunnel stability of the tunnel construction process has a great influence, so the tunnel during the construction methods of excavation and support is very important for the design of two water tunnels in soft rock and its characteristics, the construction of drilling and blasting method three step method excavation section, from excavation to support the entire process to complete, fully embody the New Austrian Method the essence to ensure the stability of the tunnel itself. According to the New Austrian Method construction requirements, the paper design for the following main contents include: structural design of tunnel lining, tunnel lining structure of the second calculation and construction design,construction organization for the process and methods of excavation and support a detailed description of the construction process encountered adverse geological location,the corresponding measures,while supporting the construction of the tunnel design work briefly. Two water tunnel lining structure using composite lining,curved wall section in the form of arched cross section,reserved for deformation of 35cm,initial support of bolt， spray,mesh and supporting structure,secondary lining thickness 60cm,with reinforcement 522,longitudinal connecting bars using 14,hoop with 8.Key words：Soft rock tunnel construction design construction organization目 录第1章 绪论11.1 选题意义11.2 国内外现状11.2.1 软弱围岩对隧道失稳的影响11.2.2 软岩隧道失稳破坏特征21.2.3 软弱围岩隧道设计理论31.2.4 软岩隧道支护方法现状及其支护作用机理31.3 主要研究内容及研究方法41.3.1 主要研究内容41.3.2 主要研究方法4第2章 工程概况及工区划分62.1 工程概况62.1.1 隧道概况62.1.2 工程地质和水文地质特征62.2 工区划分及设计区段选定82.3 主要工程特点、难点82.3.1 工程特点82.3.2 工程难点及采取的对策与措施9第3章 结构设计103.1 主要设计依据及技术标准103.1.1 设计依据103.1.2 设计标准103.2 结构计算原理103.3 计算模型113.3.1 计算工况113.3.2 计算荷载113.3.3 计算参数113.3.4 计算模型123.4 内力计算123.5 结构检算14第4章 施工组织设计174.1 施工总体部署174.1.1 施工准备174.1.2 施工组织机构、施工队伍安排及劳动力配备174.1.3 临时工程规划及施工总平面布置184.1.4 施工进度安排204.2 主要施工方法及机械配套204.2.1 斜井的施工方法及技术措施204.2.2 正洞的施工方法及技术措施244.2.3 监控量测与数据分析474.3 不良地质地段采取的措施494.4 施工辅助作业524.4.1 施工供风524.4.2 施工供水524.4.3 施工供电524.4.4 施工通风53第5章 结论55参考文献56致谢57附 录58A.1 英文58A.2 译文64B 图纸76石家庄铁道大学毕业设计第1章 绪论1.1 选题意义我国是世界铁路隧道大国。据统计，截止目前，我国铁路隧道通车运营长度已达到6000km，在建隧道约6600km，规划设计长度约7600km，预计到2020年，我国铁路隧道总长将达20000km左右，位居世界第一。随着我国铁路路网的完善，建设标准的提高，特别是高速铁路和客运专线的大量修建，隧道建设规模和技术水平也踏上了一个新的台阶;然而，软弱围岩隧道坍方、作业人员伤亡等事故却时有发生，隧道建设的安全现状无法与当前的形势相适应。从设计源头上解决当前软弱围岩隧道建设过程中存在的问题，是非常必要和及时的。两水隧道位于甘肃省武都区白龙江左岸中山区，地形较为陡峻，相对高差400m，隧道最大埋深346m。隧址区总体上山势陡峻，地面起伏较大，基岩裸露，降水量较小，地下水补给来源不足。根据地质调查，隧址内灰岩有轻微溶蚀裂缝及少量的溶蚀坑洞，属轻微溶蚀区，该隧道灰岩主要以夹层存在于千枚岩中，岩溶对隧道工程有一定影响。隧址处位于武都山字型构造体系前弧，受多期次构造的复合，揉皱及构造节理发育，其展布与区域构造线基本一致，以近东西和北西西向为主。隧道范围内未见区域性大断裂通过，但岩体受构造运动的影响，揉皱、褶皱发育，软弱岩体被切割成块状、碎块状，岩体破碎，完整性差。1.2 国内外现状1.2.1 软弱围岩对隧道失稳的影响软弱围岩一般是指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩。软岩对隧道失稳的影响有：(1)岩体力学性质的影响：软岩的力学特性如各向异性、塑性、扩容性、膨胀性、流变性等，都对围岩的稳定有重要影响。层状软岩的各向异性，使围岩的变形失稳及失稳形态有很强烈的非对称性，软岩的扩容性和塑性明显时会使洞周形成松散破碎区或挤压变形区，软岩的膨胀性会产生挤坏支护或形成严重的底鼓，有明显时间效应的粘土质软岩，则产生粘弹塑性或粘塑性的变形压力。(2)岩体结构及裂隙分布的影响在地质构造运动中形成的结构面，一般情况下，其强度远低于母岩。岩体的强度往往受结构面强度控制。裂隙的分布不同，也对围岩的稳定造成不同的影响，当节理倾角大于30、走向与隧道轴线交角小于40时，危险性较大，而当节理走向与隧道轴线大角度相交，则危险性较小。岩体在节理裂隙切割下形成的不稳定结构块体，是地下工程松动地压的主要来源。(3)软岩隧道的失稳，是隧道开挖引起的应力重分布超出围岩强度或造成围岩过分变形而造成的。地应力主要有自重应力和构造运动产生或残留的应力两种，其对隧道稳定的影响，主要看最大主应力与最小主应力差值，主应力的大小、方向，各主应力构成特征，以及主应力与工程的相对方位、与岩层主要节理组的夹角等。(4) 地下水的影响地下水对软岩隧道稳定影响分为四个方面：对于透水围岩来讲，洞室开挖形成的新自山面使地下水有了排泄通道，在洞周产生了渗压梯度，在围岩内产生了指向洞内的推动力；由于静水压力作用，饱和水部分岩体中有效压应力减小，其应力状态趋于恶化，抗剪强度减小；围岩内的水降低了裂隙面摩擦系数和粘聚力；地下水溶解、搬运矿物颗粒或同矿物成分发生化学作用，使围岩强度进一步恶化。1.2.2 软岩隧道失稳破坏特征软岩隧道失稳，一般表现为松动破坏和变形破坏两种形式。松动破坏是因隧道开挖后，围岩应力重新分布，部分围岩成为脱离母岩的分离块体和松散体，在重力作用下，产生冒落和塌滑运动。变形破坏表现的围岩失稳和破坏现象，往往须经过一段时间后方开始显现，反映了岩体的流变性质。所谓流变性质，是指围岩变形在应力不变情况下不断增长(蠕变)，或在变形约束情况下应力随时间降低(松弛)，以及围岩强度随时间降低的性质。隧道开挖后，在二次应力作用下围岩发生蠕变或强度降低，当变形最超过围岩的塑变形允许量或强度降低至允许值后，围岩发生破坏，隧道失稳。软岩隧道失稳破坏具有如下特征：(1)变形破坏方式多：变形破坏方式一般有拱顶下沉、坍塌，片帮和底鼓、底围隆破，隧道表现出强烈的整体收敛和破坏。变形破坏形式既有结构面控制型，又有应力控制型，以应力控制型为主。(2)变形量大：拱顶下沉一般大于10cm，有的高达50cm，两帮挤入20cm80cm，底鼓强烈。(3)变形速度高：软岩隧道初期收敛速度达到3cm/d，即使采用常规的锚喷支护，软岩隧道的收敛速度仍可达到2cm/d，而且其变形收敛速度降低缓慢。(4)持续时间长：由于软岩具有强烈的流变性和低强度，软岩隧道掘进后，围岩的应力重分布持续时间长，致使软岩隧道变形破坏持续时间很长，往往长达12年。(5)围岩破坏范围大：由于软岩隧道中围岩的强度与地应力的比值很小，因此，软岩隧道围岩的破坏范围大，特别是当支护不及时或不当时，围岩破坏区的范围可达2.5倍洞径，甚至更大。(6)各位置破坏不一：在隧道周边不同部位，变形破坏程度不同，这反映了软岩隧道所处的地应力强度因方向而异和软岩具有强烈的各向异性。变形破坏在方向上的差异性往往导致支护结构受力不均，支护结构中产生巨大的弯矩，这对支护结构稳定是非常不利的。(7) 来压快：软岩隧道变形收敛速度高，在很短时间内，围岩即与支护结构接触，产生压力。围岩与支护结构相互作用后，围岩的变形破坏并不立即停止，而是继续下去。这是因为软岩具有流变性，在围岩流变过程中，围岩的强度降低。因此，地压随时间而逐步增长。1.2.3 软弱围岩隧道设计理论在隧道工程的设计与施工中，除了了解软弱围岩隧道“自稳差、易坍塌”的工程特点，还必须清楚地认识到隧道不同于地面建筑物的3个主要特点：(1)隧道是由围岩和多种支护结构两部分组成的，即：隧道 = 围岩 + 支护，围岩与支护共同承担山体的压力。(2)隧道承受的压力具有不确定性。(3)支护体系是控制围岩变形的关键。为有效控制隧道工程安全风险，避免或减少坍方事故发生，应以“充分调动围岩的承载能力，有效控制围岩变形和松弛”为设计理念，按新奥法原理进行软弱围岩隧道设计。1.2.4 软岩隧道支护方法现状及其支护作用机理软岩隧道当前支护方法分为改善围岩自身受力条件和对围岩直接提供支护力两种：(1)改善围岩自身受力条件：注浆。分为注水泥浆、水泥水玻璃浆、化学注浆。其目的是充填裂隙，提高围岩完整性、连续性、增加围岩的整体强度。锚杆支护。锚杆支护的目的是消除岩体结构效应，在围岩内形成组合拱，同时锚杆对围岩施加压力，使处于二向应力状态的围岩保持三向应力状态。喷射混凝土支护。喷射混凝土改变围岩表面受力状态，增加围岩表面抗力，防止松动块掉落，喷射混凝土的柔性支护使围岩在不出现有害的塑性变形下，释放围岩压力，喷射混凝土还可将围岩压力均匀的传递给钢拱架、锚杆，使支护结构受力均匀。挂钢筋网。主要是提高喷层的承载力，承受剪力和拉力。(2)直接对围岩提供支护力：超前支护。一般采用超前管棚或锚杆，在隧道开挖前，沿隧道轴向支护，对开挖后产生的松动圈提供支护力，防止松动块塌落，恶化了围岩的受力状态。格栅钢拱架。钢拱架主要是对松动压力和围岩过分变性的形变压力提供支护。钢筋混凝土二次衬砌。其作用同格栅钢拱架，并对隧道稳定提供安全储备。以上儿种支护是相辅相成的。其中，喷射混凝土既能改善围岩受力条件，也提供支护力，可缩性钢拱架既对围岩提供了支护力，也可控制围岩变形，释放部分围岩应力。1.3 主要研究内容及研究方法1.3.1 主要研究内容对于本毕业设计主要有两个方面，一是软岩隧道的结构设计，包括二次衬砌厚度的确定，以及采用何种混凝土衬砌，并且进行荷载计算、内力分析和二次衬砌配筋设计。其中主要包括假设喷射混凝土的类型，厚度，锚杆长度，采用砂浆锚杆，锚杆的直径，锚杆间距，并且锚杆是否设置钢垫板，垫板的尺寸。在拱部，边墙部位都要进行布置，钢拱架采用钢的种类，标号，间距，采用的钢筋网网格间距；二是施工组织设计，包括：采用分步台阶法开挖施工方法，钻爆法施工，采用光面爆破设计，采用挖掘装载机进行除渣，初期支护根据地质条件不同而不同，主要采用锚喷网为主的支护方式，进行二次衬砌仰拱要紧跟开挖面，之后再施工边墙和拱圈，为了防水，可以进行注浆防水，初期支护喷射混凝土防水，二次衬砌防水层防水，排水系统主要是在隧道内安装抽水泵进行排水。隧道施工用高压风高压水及电路，施工监控量测主要包括洞内围岩及支护状态观察；洞内周边位移观测；地表下沉量测；进行科学的施工组织管理；主要分项的施工工艺包括打锚杆，喷射混凝土，铺钢筋网，架设钢拱架；软岩隧道特殊施工段可以进行超前地质预报，然后进行强支护，弱爆破进行施工。1.3.2 主要研究方法对于隧道结构设计，首先利用设计软件进行建立计算模型，即使用阶段结构安全性检算采用“荷载结构”模式，二衬结构采用弹性平面梁单元模拟，弹性抗力以及隧底地基均采用弹簧单元模拟，组合荷载根据不同作用方向分别转换成等效节点力施加在相应的单元结点上。荷载计算主要包括松动压力的计算，即采用单线隧道按破坏阶段设计时垂直压力公式计算。算出荷载以后，要进行配筋，即根据计算出来的内力值进行配筋，根据容许应力法进行配筋设计最后进行强度检算和抗裂检算。 对于隧道施工组织设计，本隧道使用分部台阶法进行开挖，在施工之前要进行超前地质预报，探测地层岩性、软弱层及断层构造位置等。弄清地质情况以后进行开挖。利用钻爆法进行开挖，然后进行超前支护与初支护，超前支护使用超前小导管注浆加固地层，初期支护包括锚喷支护，架设钢拱架，钢筋网。然后根据设计参数进行二次衬砌，不间断进行施工监测。第2章 工程概况及工区划分2.1 工程概况2.1.1 隧道概况两水隧道位于甘肃省武都区白龙江左岸中山区，地形较为陡峻，相对高差400m，隧道最大埋深346m。进口端位于武都区附近212国道边，出口位于武都区北峪河右岸斜坡，省道307在此通过，另山顶为油橄榄种植园，有便道通达，该隧道交通便利。隧道起讫里程为DK357+082DK362+095，全长4933.346m，隧道进口至洞身中部附近位于直线上，其他部分位于R-3504.525m的曲线上。洞身设有短链(DK357+120.346=DK357+200)，短链长度为79.654m。2.1.2 工程地质和水文地质特征(1)工程地质特征隧道洞身涉及地层主要为志留系中、上统千枚岩夹板岩、炭质千枚岩夹板岩、灰岩等，其主要岩性特征如下：千枚岩夹板岩(S2+3ph+Sl)为隧道通过主要地层，以千枚岩为主，局部夹有板岩，青灰、灰黑色为主，鳞片变晶结构，片状构造，具丝绢光泽，受构造影响岩体破碎，级软石，0600kPa；风化层厚46m，级硬土，0450kPa。节理发育，薄层、薄片状岩层被切割成碎块状，岩体破碎，完整性差。炭质千枚岩夹板岩(S2+3cph+Sl)：为隧道通过主要地层，以炭质千枚岩为主，局部夹有板岩，深灰、灰黑色为主，含炭质，鳞片变晶结构，片状构造，具丝绢光泽，污手，受构造影响岩体破碎，级软石，0500kPa；风化层厚46m，级硬土，0300kPa。岩体受构造影响，褶皱发育，薄片、薄层状岩层被节理切割成碎块状，岩体极破碎，完整性差。灰岩(S2+3Ls ): 多出露于隧道洞身上部的基岩陡坎处，洞身也有可能以夹层存在，地表局部大片出露。灰色、灰白色，隐晶质结构，中层状构造，岩体节理较发育，级次坚石，01000kPa，风化层厚0.51m，级软石，0700kPa。隧道洞身通过的志留系中、上统千枚岩、炭质千枚岩，岩质较软，受构造影响严重，岩层产状多变，总体主导岩层产状：N1075W/3065S。(2)地质构造隧址处位于武都山字型构造体系前弧，受多期次构造的复合，揉皱及构造节理发育，其展布与区域构造线基本一致，以近东西和北西西向为主。隧道范围内未见区域性大断裂通过，但岩体受构造运动的影响，揉皱、褶皱发育，软弱岩体被切割成块状、碎块状，岩体破碎，完整性差。主要节理产状:J1：N55W70N，d=0.10.3m，l=25m，较平直，微张；J2：N60E40N，d=0.10.2m，l=25m，较平直，微张；J3：N30E60N，d=0.30.5m，l=0.51.0m，较平直，微张；J4：N30W65N，d=0.010.02m，l=0.51m，较平直，微张；J5：N25E75S，d=0.030.05m，l=0.51m，较平直，微张。(3)水文地质特征隧址区总体上山势陡峻，地面起伏较大，基岩裸露，降水量较小，地下水补给来源不足。根据现场调查，虽然洞身基岩节理裂隙较发育，岩体破碎，除个别沟谷有零星季节性泉水出露外，隧道所在区域支沟均无水，结合区域资料综合分析，围岩的富水程度为弱富水区，对圬工不具氯盐和硫酸盐化学侵蚀性。隧道可能出现突水地段主要位于浅埋的支沟谷底，岩性接触带及延伸长大的节理、裂隙密集带，预测隧道最大总涌水量为7008m3/d。(4)不良地质及特殊岩土根据地质调查，隧址内灰岩有轻微溶蚀裂缝及少量的溶蚀坑洞，属轻微溶蚀区，该隧道灰岩主要以夹层存在于千枚岩中，岩溶对隧道工程有一定影响。(5)地震动参数及气象资料地震动参数根据建筑抗震设计规范GB500112001、中国地震动参数区划图GB183062001，该工程所属区地震动峰值加速度为0.2g，动反应谱特征周期为0.45s，相当于地震基本烈度八度。气象资料据武都县气象站气象资料显示：隧道区内属半干旱大陆性气候，雨量集中，蒸发量远大于降雨量，温差变化大，多风。年平均气温14.6，极端最高温度38.6，极端最低温度-8.6，最冷月平均3.3；年平均降雨量471.9mm，年平均蒸发量1897.5mm，平均相对湿度58%，最大风速19m/s，年平均八级以上大风日数10.4天 ，最大积雪厚度11cm，最大季节冻土深度13cm。(6)洞口位置的确定及洞门型式的选择兰州端洞口：按早进洞、晚出洞的原则，根据地形地质条件，控制边仰坡开挖高度，兰州端洞口定于DK357+082，采用单压明洞门，明暗分界里程DK357+090附近。重庆端洞口：按早进洞、晚出洞的原则，根据地形地质条件，控制边仰坡开挖高度重庆端洞口定于DK362+095，采用偏压式明洞洞门，明暗分界里程DK362+090附近。 为确保隧道进洞安全，进、出口进暗洞前设置一环108大管棚，管棚环向间距40cm，长度L-30m。(7)衬砌支护设计隧道内轮廓按旅客列车行车速度目标值200km/h设计，建筑限界满足双层集装箱运输要求，隧道轨面以上净空横断面积为87.13m2。隧道按喷锚构筑法技术要求设计，隧道均采用曲墙带仰拱复合式衬砌，初期支护采用喷锚支护。2.2 工区划分及设计区段选定本设计所选区段包含斜井，其位于里程DK359+300处线路右侧，斜井长372m，平面交角602825，洞口高程1069.60m。隧道洞身里程DK358+894DK360+231，总长为1337m，洞身涉及地层主要为志留系中、上统千枚岩夹板岩、炭质千枚岩夹板岩、灰岩等，围岩级别全部为级，根据地质调查，隧址内灰岩有轻微溶蚀裂缝及少量的溶蚀坑洞，属轻微溶蚀区，该隧道灰岩主要以夹层存在于千枚岩中，岩溶对隧道工程有一定影响。斜井工区主要工程数量表如表2-1所示表2-1 斜井工区主要工程数量表项目材料数量单位开挖量土204000m3喷混凝土C2517742m3钢筋网8156937kg钢架I20b1883271kg中空锚杆22152418根砂浆锚杆22全螺纹136374根拱墙及仰拱钢筋混凝土C3532653m3仰拱填充混凝土C2011057m3侧沟沟身混凝土C251955.64m32.3 主要工程特点、难点2.3.1 工程特点(1)本隧道设计为无轨运输，通风、排烟困难。(2)隧道排水困难。(3)工程质量标准高，设计速度200km/h以上。2.3.2 工程难点及采取的对策与措施本节简单列述工程难点及采取的对策与措施，详细内容见表2-2表2-2 工程难点及采取的对策与措施工程难点拟采取的对策与措施控制隧道大变形(1) 采用短开挖、加密支撑措施，防止围岩变形过大二导致坍塌。(2) 适当加大预留变形量，防止初期支护变形侵限。(3) 加强临时支护喷、锚、压浆、钢拱架等，以加固地层。(4) 支护机构组成及施工顺序按“先柔后刚，先放后抗”的原则。(5) 提高混凝土的强度，必要时可以采用钢筋混凝土内衬，或在衬砌中掺加钢纤维。隧道快速施工(1)出碴根据设计采用无轨方式，加强通风，各作业线均配备高效率机械化施工，精心组织。(2)加强监控量测。不良地段稳扎稳打，地质良好段加快施工进度。(3)洞内外采用有线、无线通讯方式，及时将掌子面附近的情况报告调度室，提高施工调度的效率。(4)采用激光断面仪修正光爆参数，控制超欠挖。第3章 结构设计3.1 主要设计依据及技术标准3.1.1 设计依据(1)铁路隧道设计规范(TB10003-2001)(2)铁路工程不良地质勘察规范(TB10027-2001)(3)新建铁路工程测量规范(TB10101-99) (4)铁路隧道喷锚构筑法技术规则(TBJ108-92)(5)软岩隧道设计说明，衬砌横断面、配筋及钢架图，两水隧道纵断面出图，两水隧道灰崖子斜井纵断面图，内轮廓图(6)铁路隧道施工规范(TB10204-2002) (7)铁路隧道工程质量检验评定标准(TB10417-98)(8)铁路砼与砌体工程施工规范(TB10210-2001)3.1.2 设计标准隧道内轮廓按旅客列车行车速度目标值200km/h设计，建筑限界满足双层集装箱运输要求，隧道轨面以上净空横断面积为87.13m2。3.2 结构计算原理隧道结构按结构“破损阶段”法，以材料极限强度进行设计。隧道和明洞衬砌按破损阶段检算构件截面强度时，根据结构所受的不同荷载组合，在计算中应分别选用不同的安全系数。按所采用的施工方法检算施工阶段强度时，安全系数可采用表列“主要荷载+附加荷载”栏内数值乘以折减系数0.9。.计算隧道整体式衬砌及明洞时，应考虑围岩对衬砌变形的约束作用。喷锚衬砌和复合式衬砌的初期支护，直接按工程类比法确定衬砌设计参数；施工期间应通过监控量测进行修正。对地质，大跨度，多跨度和有特殊要求的隧道，除采用工程类比法外，还应结合数值解法或近似解法进行分析确定。计算复合式衬砌时，初期支护应按主要承载结构计算。二次衬砌在-级围岩，应按承载结构设计。隧道的混凝土偏心受压构件，其轴向力的偏心距不宜大于截面厚度的0.45倍。3.3 计算模型3.3.1 计算工况两水隧道斜井工区地质主要为级围岩，里程DK358+894DK360+231，总长为1337m，都属于深埋隧道。3.3.2 计算荷载垂直松动压力：铁路隧道设计规范以统计隧道坍落拱高度为基础，埋深时用全土柱，埋深时用谢家休公式，埋深时用。 (3-1) 式中 hq等效荷载高度值；S围岩级别，如级围岩S=3；围岩的容重；宽度影响系数，；其中 B坑道宽度，以m计；iB每增加1m时，围岩压力的增减率(以B5m为基准)，当B5m时取i=0.2，B5m时，取i0.1。w=1+0.1(14.06-5)=1.906hq=0.45161.906=13.7232kNm q =18kN/m313.7232kNm=247.0176kN/m2地层侧向压力：e=0.4247.0176=98.80704 kN/m23.3.3 计算参数级围岩：喷射混凝土采用的是C25，厚度为30cm，二次衬砌采用C35钢筋混凝土，厚度为0.6m，另外仰拱用C20混凝土填充，宽度B为14.06m，围岩重度为18kN/m3，侧压力系数为0.4，二次衬砌混凝土的密度为2400kg/m3，其弹性模量为31.5GPa，泊松比为0.35，取单位长度1m的隧道模型，弹性反力系数为150MPa/m。3.3.4 计算模型采用“荷载结构”模型时，作用在初期支护上的荷载有永久荷载的地层压力、结构自重及地层被动压力，可变荷载的地面车辆荷载及其动力作用，不计水压力、偶然荷载等其它荷载。初期支护结构按弹性支撑链杆图式计算，将计算断面划分为直梁等分单元，拱部90 120(自动试算确定)范围不设弹性链杆，侧边加水平链杆，底边加竖直链杆。对于墙脚为圆角形支护，圆角处各节点同时采用水平链杆和竖直链杆。3.4 内力计算级围岩二衬结构计算模型如图3-1所示：图3-1 级围岩二衬结构计算模型级围岩二衬弯矩如图3-2所示：图3-2 级围岩二衬结构弯矩图(kNm)级围岩二衬结构轴力如图3-3所示：图3-3 级围岩二衬结构轴力图(kN)3.5 结构检算级围岩拱顶：垂直压力：q = 247.0176kN/m2水平压力：e = 98.80704kN/m2仰拱弯矩最大处：弯矩设计值：M=120kNm; 轴力设计值：N=1510kN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：a=50mm，Rw =32.5MPa，Rg=360MPa，Ra=26MPa，Rl=2.5MPa。由 (3-2)得h0= 600-50=550mm由 (3-3)得e0=79.64mm受压强度检算：由 (3-4)得 Ra=26106Pa，故有Ra=8.54106 成立，所以受压强度符合标准。受拉强度检算：由 (3-5)得 Rl=2.5106Pa，故RlKN /(1.75bh)=2.415101000(679.64/600-1)/(1.7510.6) 成立，故不需要配筋假设为大偏心构件：求受压区高度x： (3-6)由于采用对称配筋，所以，则由 (3-7)得出x=111.294mm 2=120mm由于是大偏心受压构件，故有 (3-8)即2.41.210000032.510610.111(0.55-0.111/2)+360106Ag(0.55-0.05)得=-11570mm2，最小配筋率为0.2%，最小配筋面积为1200mm2，查表取522， =1900mm2。最大裂缝宽度检算： (3-9)式中，钢筋的弹性模量；裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数； (3-10)取 ； 混凝土的极限抗拉强度；2.5MPa纵向受拉钢筋应力，=53.5MPa平均裂缝间距(以厘米计)； =25.7cm 纵向受拉钢筋的直径(以厘米计)，=1.4cm纵向受拉钢筋配筋率，=0.273%螺纹钢筋取为=0.7，得=0.42mm2mm，所以符合宽度要求。经检算，各特征点配筋结果如表3-1所示表3-1 各特征点配筋结果位置弯矩/kNm轴力/kN大小偏心判别 计算/mm2minfmax/mm实际/mm2配筋仰拱26.9111190小偏心-116100.2%0.0741256420最大轴力10.2381760小偏心-132500.2%0.02841256420最大弯矩1781610大偏心-154100.2%0.1631900522拱腰59.2531740小偏心-139500.2%0.1651256420拱顶1201510大偏心-115700.2%0.1541900422由表3-1可知，钢筋混凝土中的钢筋采用522，其横断面如图3-4所示图3-4 配筋横断面图(mm)根据工程类比经验，该隧道初期支护采用锚喷支护，混凝土采用C25，钢筋网间距为20m20m，钢筋直径为8cm，拱部锚杆采用22组合中空锚杆，长度L=6m，边墙锚杆采用22全螺纹砂浆锚杆，长度L=4m，二次衬砌混凝土采用C35，钢筋直径为22，仰拱填充采用C20混凝土，各参数表如表3-2所示表3-2 衬砌及支护参数初期支护二次衬砌预留变形量喷混凝土R25锚杆钢筋网8钢架拱墙仰拱拱墙仰拱位置长度间距位置网格间距位置间距35cm30cm30cm拱墙6m1.0m0.8m(环纵)全断面20cm全断面1m60cm70cm第4章 施工组织设计4.1 施工总体部署4.1.1 施工准备4.1.1.1 内业准备(1)对设计图纸和资料进行认真仔细的阅读复核，并编写复核报告；(2)对临时工程设施进行具体设计；(3)组织技术人员和现场管理人员编制实施性施工组织设计；(4)结合施工段的具体情况编写各种针对性的保证措施；(5)施工前，进行详细的施工技术书面交底；(6)进洞前，计算出所选里程各主要部位的标高，制定出标高表，上报主管部门审核后作为施工测量的依据；4.1.1.2 外业准备(1)组织人员进行现场详细调查与勘测；(2)对所选里程线路中线、标高进行贯通复测，根据导线控制桩，放出中线控制桩橛，设置护桩；(3)现场的“四通一平”和临时设施的修建；(4)建立合格工地试验室，安装、调试好所有检测设备、仪表仪器，提前做好工地用料、建材的检测工作和混凝土、砂浆配合比的设计工作；(5)施工作业中所涉及的各种外业技术资料。4.1.2 施工组织机构、施工队伍安排及劳动力配备4.1.2.1 施工组织机构按高效精干的原则组建项目经理部，由隧道施工经验丰富、配置一流隧道施工机械设备的专业化队伍具体负责隧道的施工。项目经理部设项目经理1人，副经理2人，总工程师1人。项目经理部设八部二室一组，即工程技术部、安全检查部、质量检查部、质量体系部、财务部、合同管理部、物资机械部、环境保护部、综合办公室、中心试验室和水文地质预报组。项目经理部总共由45名技术和管理人员组成。经理部下设三个隧道专业项目队承担施工任务。为了便于指挥，合理用地，方便施工，项目经理部在岭底村附近自盖和租用民房作为驻地，各项目队于斜井洞口就近搭设活动房屋或砖砌房屋，分别承担隧道斜井及隧道正洞的施工任务。4.1.2.2 施工队伍安排及劳动力配备本设计所选施工段里程为DK358+894DK360+231，总长为1337m，其中包含有斜井工区，为此，特在本施工段设置三个专业化隧道项目队，承担本标段内全部工作内容。三个项目队任务划分如下：隧道一项目队承担两水隧道正洞DK358+894DK359+340段共长446m及斜井124m的施工生产任务。隧道二项目队承担太行山隧道正洞DK359+340DK359