隧道工程开题报告.doc

一、课题的研究背景随着社会经济的不断发展，对交通运输的要求也越来越大，特别是对于关乎国民经济命脉的铁路更是有着特殊的依赖，总结其原因大致有三点：铁路运输不仅方便快捷，而且运量大，另一方面，以其安全，廉价的特点吸引了大多数的货物运输，最后，在国防建设中，铁路运输是必不可少和重要的环节，比如我们引以为傲的青藏铁路，除了在经济建设上有着不可估量的作用，而且有着极其重要的军事战略地位。然而修铁路就难以避开山岭地带，在山岭地区可利用隧道工程克服地形或高程障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏，保护生态环境；还可克服落石、坍方、雪崩、雪堆等危害，既能保证路线平顺、行车安全、提高舒适性和节约运费，又能增加隐蔽性、提高防护能力和不受气候影响。我国内地有许多地势起伏、山峦纵横的山区。铁路穿越这些地区时，往往遇到高程障碍。而铁路限坡平缓，无法拔起需要的高度，同时，限于地势无法绕避，这时开挖隧道直接穿山最为合理，他既可以使线路顺直，避免许多无谓的展线缩短线路，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上，隧道的方案常为人们所选用，修建的数量也越来越多。我国铁路采用隧道克服山区地形的范例很多的，例如，川黔线的凉风垭隧道，使跨越分水岭时，拔起高度小、展线短、线路顺直、造价低;越岭高度降低96M、线路缩短了14.7 km ，占线路总延长的37.75。又比如宜万铁路的建设，隧道所占比率达60。由此可见，隧道在山区铁路线上的作用之巨大。二、国内外发展状况人类很早就知道利用自然洞穴作为住处。当社会发展到能制造挖掘的工具时，就出现了人工挖掘的隧道。近代隧道兴起于运河时代，从17世纪起，欧洲陆续修建了许多隧道。国内外隧道施工中形成了两大理论体系：一种20世纪20年代提出的传统“松弛荷载理论”，其核心内容是稳定的围岩有自稳能力，对隧道不产生荷载，而不稳定的围岩可能产生坍塌，需要用支护结构予以支承围岩体荷载。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并坑坍塌的岩体重力。另一种是20世纪50年代提出的“岩承理论”。其核心内容是隧道围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力，不稳定围岩是具有一个过程的，如在这个过程中提供必要的支护和限制，则围岩仍然能够保持稳定状态。“岩体理论”则是在新奥法的基础上提出来的。 国内外隧道施工多用新奥法施工，新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称, 原文是 New Austrian Tunnelling Method 简称 NATM , 新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹 (L. V. RABCEW ICZ) 教授于 50 年代提出的, 它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础, 将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法。经过一些国家的许多实践和理论研究, 于60年代取得专利权并正式命名。 之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速发 展, 已成为现代隧道工程新技术标志之一。六十年代NATM 被介绍到我国, 七十年代末八十年代初得到迅速发展。至今,可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开NATM。新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。新奥法理论要点 新奥法与传统施工方法的区别：传统方法认为巷道围岩是一种荷载，应用厚壁混凝土加以支护松动围岩。而新奥法认为围岩是一种承载机构，构筑薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护结构（以喷射混凝土、锚杆为主要手段）并使围岩与支护结构共同形成支撑环，来承受压力，并最大限度地保持围岩稳定，而不致松动破坏。 新奥法将围岩视为巷道承载构件的一部分，因此，施工时应尽可能全断面掘进，以减少巷道周边围岩应力的扰动，并采用光面爆破、微差爆破等措施。减少对围岩的震动，以保全其整体性。同时注意巷道表面尽可能平滑，避免局部应力集中。 新奥法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合，形成比较薄的衬砌层，即用锚杆和喷射混凝土来支护围岩，使喷射层与围岩紧密结合，形成围岩-支护系统，保持两者的共同变形，故而可以最大限度地利用围岩本身的承载力 15、新奥法的缺点主要有： 实施不仅要求有良好的施工组织和管理，也要求技术人员和量测人员都十分熟练，没有这一点就易于发生错误；作业质量都与每一个人的仔细操作有关。 开挖暴露出的地质会立即改变其状态，因此要求施工地质人员要亲临现场，以便发现问题； 用能控制的施工量测，往往给施工带来不便； 干喷射带来的灰尘以及由于易受化学药品的损害必须加强防护，尤其是对眼睛的防护，湿喷虽然可以避免此缺点，但在同样条件下，不如干喷那样有效的支护岩体新奥法施工是从实际经验中总结出来的，又在不断实践经验中得以丰富其内容和进一步发展，新澳法施工在我国推广以来，经过几十年的发展，通过科研、设计、施工三结合，在修建下坑、西坪、大瑶山、军都山等铁路隧道以及中梁山、二郎山、西山坪等多座公路隧道中，应用新奥法远离及其相应的技术，取得了较大的成就。不可否认，新奥法也存在不少缺点，不过经过工程技术人员和科技工作者的共同努力一定可以把新奥法不断完善，在我国的现代化建设进程中发挥更加重要的作用。三、所要进行的主要工作和采用的方法，手段1、依据收集的设计资料确定隧道路线方案综合考虑地形地质条件、已有线路布置现状、施工技术的难易程度等方面，根据公路路线设计规范和公路隧道设计规范合理确定隧道的路线方案，拟定合理的平纵断面曲线形式。2、隧道洞门设计隧道洞口位置应根据地形、工程地质及水文地质情况，着重考虑隧道仰坡、边坡的稳定，保证施工及运营的安全，并结合洞口有关工程及施工条件，遵循“早进洞、晚出洞”的原则，综合研究比选确定。3、建筑限界和衬砌内轮廓 隧道建筑接近限界采用京沪高速铁路设计暂行规定（铁建设2004157号）（以下简称“京沪暂规“）的“京沪高速铁路建筑接近限界”，隧道内线间距为5m（曲线地段线间距不加宽）。隧道内轮廓尺寸参照“京沪暂规“及“通隧（2005）0301”图拟定，主要有：（1）隧道（轨面以上）断面有效面积为100m(2)；（2）隧道内设双侧救援通道，救援通道宽1.5m（自线路中线外2.3m起算）、净高2.2m，救援通道走行面高于轨面30cm；（3）隧道内设置双侧电缆槽，外侧电缆槽结构外缘距同侧线路中线距离为2.2m；（4）隧道底部30cm工程技术作业空间融入救援通道；（5）曲线地段及下锚段衬砌内轮廓不考虑加宽。4、隧道内铺设无碴轨道，内轨顶面至道床板底面高度为49.7cm。5、初期支护结构设计初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用，（1）初期支护是永久衬砌的重要组成部分。初期支护与围岩共同受力，既要能与围岩共同变形，又要有足够的强度和刚度能抑制围岩的过大变形。可根据工程地质情况、隧道净空、覆盖层厚度等因素选用初期支护的组成形式，主要支护结构形式有：锚杆、钢筋网、喷射混凝土、钢架等。（2）对喷射混凝土的厚度进行调整时，其厚度不应小于8cm。拱墙初期支护喷混凝土掺用改性聚酯纤维，以减少回弹量、并减少喷混凝土的早期收缩。（3）锚杆采用全长粘结型锚杆，各种锚杆必须设置钢托（垫）板，垫板尺寸不小于150mm150mm6mm，锚杆应保证注浆的饱满度。（4）钢筋网一般选用HPB235钢筋，钢筋直径8mm，网格间距20cm25cm，保护层不小于2cm。（5）钢架可选用由钢筋焊接成的格栅钢架，或由型钢、钢轨弯制而成，钢架靠近围岩侧的保护层一般不小于4cm。6、二次衬砌（1）二次衬砌是复合式衬砌的内层结构，与外层的喷锚初期支护及围岩共同组成整体的支护体系。二次衬砌采用模筑混凝土灌筑。（2）二次衬砌应根据围岩及初期支护的变形监控量测资料综合分析后进行施作。软弱围岩地段仰拱应紧跟施作、及早封闭成环，二次衬砌施工不可长时间滞后。（3）围岩变形过大或初期支护变形不收敛，又难以及时补强时，可设置临时仰拱或横撑以封闭开挖面，必要时也可提前施作二次衬砌，以改善施工结构的受力状态，此时二次衬砌应考虑加强措施。7、底板和仰拱（1）级围岩采用曲墙带底板和曲墙带仰拱两种结构形式，其中底板结构兼作无碴轨道基础垫层，底板采用C35钢筋混凝土，底板施工前先施作10cm厚找平层。（2）级围岩隧道采用曲墙带仰拱结构。仰拱及其与边墙的连接形式是影响隧道结构整体强度的重要因素。为保证仰拱有足够的强度和刚度，软弱围岩地段边墙与仰拱采用圆顺连接，仰拱矢跨比为1/121/15。为加强隧道底部结构设计，仰拱比拱墙适当加厚，并采用与拱墙同等级的混凝土。隧底填充应与仰拱分开施作，隧底填充上部施作无碴轨道基础垫层，其厚度为30cm，该层结构应同时满足轨道专业要求。8、隧道防排水设计隧道防排水设计应对地下水、地表水妥善处理，洞内应该形成一个完整通畅的防排水系统。（1） 隧道内排水采用双侧水沟或双侧水沟加中心水沟的方式。双侧水沟加中心水沟的方式中，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，中心水沟设置检查井。（2）横向导水管位于无碴轨道基础垫层的下方，布设方向与隧道轴线垂直，是连接侧沟与中心水沟的水力通道。横向排水管采用!100mm硬质PVC管，其最小排水坡度取2，沿隧道纵向每30m设一处，配合检查井设置。（3）中心水沟集中排放由上游管路流来的地下水，对于级围岩地段，中心水沟还可疏排隧道底板下的可能积水。有仰拱地段中心水沟采用!400mm预凝土管拼接而成，混凝土管采用企口接头形式，选用的管材应符合国家标准混凝土和钢筋混凝土排水管（GB/T 11836-1999）三级管要求；无仰拱地段采用矩形水沟。当预计地下水量较大时，可适当加深侧沟、加大管沟直径。（4）中心水沟间距30m设方形检查井一处。检查井内汇集横向导水管并连通上下游中心排水管，检查井下部设沉淀池。9、监控量测方案的设计根据施工开挖支护的方案，并结合以往类似工程经验确定监控量测方案。并及时准确的做好数据处理与统计分析，并及时将分析结果反馈到施工与设计部门，以分析结果修正设计和指导下一步施工。10、用新奥法进行施工方案设计结合以往类似工程，充分考虑新奥法施工的工艺与要求，针对不同的围岩制定合理的开挖支护方法，并进行结构设计及内力验算。并在施工过程中根据施工监控量测的反馈信息及时对开挖支护方案进行改进，保证开挖顺利进行，支护结构合理可靠，安全耐用，考虑初期支护与后期支护的相互配合，共同维护围岩的稳定，保证隧道结构的经济合理。五、参考文献1、贺少辉.地下工程.北京：清华大学出版社.20062、李志业，曾艳华.地下结构设计原理与方法.成都：西南交通大学出版社.20034、龚维明，童小东.地下结构工程.南京：东南大学出版社.20045、王树理.地下建筑结构设计.北京：清华大学出版社.20076、徐干成，白洪才，郑颖人，刘朝.地下工程支护结构.北京：中国水利水电出版社.20027、孙钧，侯学渊.地下结构.北京：科学出版社.19878、孙钧.地下工程设计理论与实践.上海：上海科学技术出版社.19969、王毅才.隧道工程. 北京：人民交通出版社，200010、夏永旭，王永东.隧道结构力学计算. 北京：人民交通出版社，200411、周爱国.隧道工程现场施工技术. 北京：人民交通出版社，200412、铁路工程制图标准（TB/T10058-98）13、铁路隧道设计施工有关标准补充规定（铁建设【2007】88号）14、新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定（铁建设函【2005】285号）15、铁路隧道设计规范（TB10003-2005）16、铁路隧道施工规范（TB10204-2002）17、标准轨距铁路建筑限界（GB146.2-83）18、铁路混凝土结构耐久性设计暂行