土木工程毕业设计（论文）-大断面隧道设计与施工.doc

XXXX大学毕业设计大断面隧道设计与施工 Design and Construction of Large Section Tunnel2013届 土木工程 学院专 业 土木工程 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2013年05月29日毕业设计成绩单学生姓名 学号 班级 专业土木工程毕业设计题目 大断面隧道设计与施工指导教师姓名 指导教师职称 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大断面隧道设计与施工 专 业土木工程班 级 学生姓名 承担指导任务单位土木工程学院导师姓名 导师职称 一、工程名称二、设计内容1.隧道结构设计检算按工程类比确定各段初支结构形式及参数,主要进行不同围岩级别条件下洞身二衬结构检算。要求根据所给断面内轮廓尺寸计算和确定二衬厚度以及相应的配筋，并绘制相应的工程图纸。2.隧道施工方案及施工工艺设计(1)隧道总体施工方案设计：总体施工部署、进洞方案、洞身不同围岩段开挖方法、不良地质段辅助工法、主要施工进度指标等。(2)具体施工工艺设计：开挖、出碴、初支、二衬、防水工程、量测及其它相关施工工艺。3.外文翻译应附图：地质纵剖面图，衬砌结构横剖面图，结构配筋图，施工工法图，防水结构图，监测布置图及其它必要附图三、基本要求1.通过调研，掌握大断面隧道的特点和要求；2.熟悉隧道结构设计检算内容和检算步骤；3.掌握隧道施工的基本方法和工艺要求。四、主要技术指标另见具体资料。五、应收集的资料及参考文献1.铁路隧道设计规范；铁路隧道施工规范2.铁路工程设计技术手册隧道铁二院编；3.铁路工程施工技术手册隧道铁二院编；4.混凝土结构设计规范(GBJ10-89)；5.大跨隧道施工力学行为及衬砌裂缝产生机理傅鹤林等，科学出版社6.隧道工程朱永全等编；7.隧道工程设计要点集关宝树编；8.隧道工程施工要点集关宝树编。六、进度计划第13周：熟悉资料，查阅文献，外文翻译，写出开题报告；第46周：结构设计检算并绘制相应图纸；第79周：施工方案及爆破设计；第1015周：初支、防水及二衬等施工工艺设计、监测设计；文整，答辩。教研组主任签字时间 2013 年2 月26 日 毕业设计开题报告题目大断面隧道设计与施工学生姓名 学号 班级 专业土木工程1、 研究背景随着我国的交通建设事业的迅猛发展，大断面隧道和地下工程逐渐增多，大断面隧道施工技术也有了较大发展。与以往修建的隧道相比，大断面隧道的建设，在隧道的力学行为、隧道的断面形式、隧道衬砌结构、施工方法、初期支护结构模式、参数等方面出现了新的要求。我国内地有许多地势起伏山峦纵横的山区，铁路穿越这些山区时，往往受到高程的阻碍。而铁路限坡平缓，无法提起需要的高度，同时现居地势无法绕避，这时开挖隧道穿山通过最为合理。所以在铁路线上尤其是山区铁路线上，隧道的选择最为合理，修建的数量也越来越多。2、 国内外研究现状大断面隧道的断面开挖面积一般超过100立方米，同时要考虑到复杂工程地质条件、断面几何特性、施工条件、防排水、工程措施与围岩稳定性要求以及工程建设成本、工期等一系列因素。由于大断面隧道跨度比较大，结构将承受较大的围岩压力、受力条件较为复杂，加上施工期间诸多工序的相互影响、围岩的多次扰动以及支护衬砌相互之间的非同步施工等诸多因素，故极易发生围岩失稳和隧道衬砌结构开裂与破坏现象。目前，国内外为此都加强了大断面隧道的施工管理，注重加强光面爆破、锚喷支护、监控测量、及时反馈分析这四大信息化施工动态控制关键技术的落实，以确保大断面隧道围岩稳定与隧道结构的安全，同时要降低工程造价。因此选择合理的施工方法，简化施工工序等非常重要。日本、德国等一些发达国家在这方面的探索和研究起步较早。早在1981年，德国就首创了CD工法，并成功应用了双侧壁工法、眼睛工法等先进施工方法；1984年，日本也将CD工法应用于大跨度扁担状的真米公路隧道施工中；1995年，开挖面积达265立方米的恩戈贝格山岭隧道则采用了3层7步暗挖复合衬砌技术施工方法。还有日本东明高速公路改造工程中的隧道加宽施工中，也广泛应用了双侧壁导坑法、上下短台阶法、上半断面一次封闭法、CD工法、CRD工法等多种施工方法。石武高铁黄龙寺隧道是目前世界最长CRTS型板式高速铁路隧道，隧道设计铺板2690块。施工期间，为加快进度，先后增设一个横洞和两个斜井，以扩大工作面，缓解隧道通风压力。通过增加炮眼，严格控制每次爆破深度和工序衔接，增强光面爆破效果和提升开挖效率。它的完成标志了我国已经全面掌握了在山区和长大隧道内修建CRTS型板式无砟轨道成套施工技术。综上所述，国内外大断面隧道施工方法大多视工程地质状况而定。在大断面隧道施工中，施工机械、支护形式、辅助施工方法等方面的协调配合研究问题也十分重要，它可以确保隧道洞室的围岩稳定性、减少围岩沉降与收敛变形，提高施工速度。 三、主要研究内容营盘隧道位于凯里南贵定北区间，双线隧道，左右线线间距为5.0m，设计为11.6%，25.0%的单面上坡，全隧均为直线。隧道进口里程DK587+685，出口里程DK590+775，全长3090m。隧道进出口均接路基，最大埋深约150m。隧道位于云贵高原侵蚀构造低地区，相对高差约为100190m，自然坡度2040，局部陡峻，植被发育。隧区有公路相通，交通较为便利。 (1)根据隧道的平面、纵断面图、工程地质条件确定隧道的设计方案。 (2)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。 (3)铁路隧道结构设计：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。 (4)施工方法设计：包括施工总体部署(主要应包括施工场地布置、施工临时设施设计等)、主要施工方法及施工工序、指导性施工进度。附图：内力图，配筋图，施工工艺工序图，施工监测测点布置图等。 (5)外文翻译等相关文档和完整的设计报告书四、主要研究方法 对于隧道结构设计，首先利用ANSYS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，弹性抗力以及隧道底部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。根据计算出来的内力值进行配筋。对于隧道施工组织设计，本隧道使用的开挖方法很多，首先进行初期支护，包括锚喷支护，架设钢拱架，钢筋网。然后进行二次衬砌施做，施工监控量测包括必测项目和选测项目。五、预期目标设计中通过对结构所受的荷载，进行ANSYS建模,来计算出各横截面所受的轴力和弯矩，然后对计算结构进行分析，绘出结构的轴力图、弯矩图，并导出内力数据，根据分析的结果，按照相应的规范进行强度和变形的验算，如果不满足设计要求，进行配筋计算。隧道施工组织设计中，设计并完成隧道方案及施工工艺，包括隧道进洞方案，不同围岩段的开挖方法，各级围岩的爆破方案，以及初期支护工艺，防、排水工程施工工艺以及二次衬砌施工工艺。六、参考文献1.铁路隧道设计规范；铁路隧道施工规范2.铁路工程设计技术手册隧道铁二院编；3.铁路工程施工技术手册隧道铁二院编；4.混凝土结构设计规范(GBJ10-89)；5.大跨隧道施工力学行为及衬砌裂缝产生机理傅鹤林等，科学出版社；6.隧道工程朱永全等编；7.隧道工程设计要点集关宝树编；8.隧道工程施工要点集关宝树编。七、进度计划第13周：熟悉资料，查阅文献，外文翻译，写出开题报告；第46周：结构设计检算并绘制相应图纸；第79周：施工方案及爆破设计；第1015周：初支、防水及二衬等施工工艺设计、监测设计；文整，答辩。指导教师签字时 间 年 月 日摘要随着我国的交通建设事业的迅猛发展，大断面隧道和地下工程逐渐增多，大断面隧道施工技术也有了较大发展。对于营盘隧道的设计与施工，主要进行了以下工作：首先，根据隧道的工程概况拟定相关参数对隧道各围岩级别进行深浅埋判断，在此基础上进行围岩压力计算，通过ANSYS软件建模对各围岩段衬砌强度进行结构检算，再对衬砌配筋进行计算，之后进行裂缝宽度的检算。其次，根据该隧道的不同围岩等级进行施工方案的选择和设计，提出施工方案：级围岩采用台阶法，级围岩采用三台阶法，级围岩根据具体地质情况分别采用明挖法，交叉中隔壁法。然后，进行光面爆破，各围岩级别均采用直眼掏槽，由内向外逐层布置辅助眼，沿隧道设计轮廓线布置周边眼。列出各级围岩爆破参数表，并画出炮眼布置图。再对围岩预支护，初期支护，防排水工程及二次衬砌等施工工艺进行了详细阐述。其中，重点介绍了小导管、长管棚注浆施工工艺；锚杆、喷射混凝土、钢筋网、钢拱架施工工艺；衬砌防排水以及二次衬砌的设计方法和施工工艺。最后对于隧道施工中可能揭示溶洞等岩溶形态的问题，提出了相应的处理措施。关键词： 大断面隧道 结构计算 施工方案 岩溶 AbstractWith the rapid development of Chinese transportation construction, large section tunnel and underground engineering increase gradually ,the construction technology of large section tunnel has been developed greatly. For the design and construction of barracks tunnel, mainly carrying on the following work:First, determine the depth of all levels of the tunnel sections buried according to tunnel parameters of the project profiles prepared , Calculated the rock pressure on this basis of the judgement result, through the ANSYS software modeling of the rock section Checking the strength of the lining, then lining Reinforcement through the results of checkup.Secondly, according to different levels of surrounding rock in the tunnel,carrying on the design and construction of schemes,putting forward the following construction scheme : Grade III surrounding rock is made by the step method, grade IV rock is made by the method of three steps, according to the specific geological conditions,grade V surrounding rock is made by cut and cover method, cross Diaphragm respectively.Then, carries on smooth blasting, the surrounding rock of each level all using straight slot, layouts aided eyes from inside to outside layer by layer, layouts design of periphery holes along the tunnel contour line . Give a list of blasting parameters of all levels of surrounding rock , besides, draws the picture of the blast holess arrangement plan.Then, gives the detail introduction of the surrounding rock reinforcement, initial support, drainage works and the secondary lining construction technology. Among them, focusing on the small catheter, long shed-pipe grouting construction technology; bolt,spraycrete,steel net, the construction technology of steel structure; the construction technology and the design method of lining waterproofing and drainage and secondary lining .Finally, as for the problem which may reveal karst morphology such as karst cave in the tunnel construction, putting forward some corresponding measures.Key words: Large section tunnel Structural calculation Construction program Karst 目 录第1章 绪论1 1.1 研究背景及国内外现状1 1.2 主要研究内容2第2章 工程概况3 2.1 隧道概况3 2.2 工程及水文地质特征3 2.2.1 地形3 2.2.2 地层岩性3 2.2.3 地质构造及地震动参数4 2.2.4 水文地质4 2.2.5 不良地质及特殊岩土4第3章 结构设计5 3.1 计算原理5 3.2 荷载计算5 3.2.1 荷载计算公式5 3.2.2 荷载计算7 3.3 衬砌内力计算9 3.3.1 级围岩浅埋段10 3.3.2 级围岩深埋段11 3.3.3 级围岩深埋段12 3.4 二次衬砌强度检算及配筋13 3.4.1 强度检算公式13 3.4.2 强度检算及配筋15 3.4.3 衬砌裂缝宽度检算16 3.4.4 配筋结果18 3.5 隧道的复合式衬砌结构设计参数18第4章 隧道施工20 4.1 总体方案20 4.2 明挖法20 4.3 各围岩段施工方法21 4.3.1 级围岩段施工方法21 4.3.2 级围岩段施工方法21 4.3.3 级围岩段施工方法22 4.4 各开挖方法间的转换22 4.4.1 CRD法与三台阶法的转换22 4.4.2 三台阶法到CRD法的转换23 4.4.3 台阶法到三台阶法的转换23 4.4.4 三台阶法到台阶法的转换23第5章 爆破设计24 5.1 级围岩爆破设计24 5.2 级围岩爆破设计27 5.3 级围岩爆破设计30 5.4 钻爆施工37 5.4.1 爆破施工的内容和要求37 5.4.2 钻爆施工37 5.5 装渣与运输39第6章 隧道施工工艺40 6.1 围岩预支护40 6.1.1 超前注浆小导管施工工艺40 6.1.2 长管棚注浆施工工艺42 6.2 初期支护施工工艺43 6.2.1 锚杆施工工艺43 6.2.2 喷射混凝土施工工艺44 6.2.3 钢筋网施工工艺45 6.2.4 钢拱架施工工艺46 6.3 防排水工程施工工艺47 6.3.1 衬砌防排水设计47 6.3.2 防排水施工流程48 6.3.3 变形缝、施工缝施工设计49 6.4 二次衬砌施工工艺50 6.4.1 衬砌施工准备工作51 6.4.2 混凝土的灌筑、养护与拆模51 6.4.3 二次衬砌施工要点52第7章 隧道施工现场监控量测53 7.1 监测项目53 7.2 监控量测流程53 7.3 测点布置54 7.4 监控量测数据分析与反馈55第8章 岩溶的处理56 8.1 溶洞处置的主要原则56 8.2 溶洞处理的主要方式56 8.2.1 溶洞跨越处理56 8.2.2 封闭处理56 8.2.3 锚杆、钢管加固处理57 8.2.4 支顶处理57 8.3 岩溶水的处理原则57 8.3.1 泄水洞排水57 8.3.2 涵洞、倒虹管吸过水57 8.4 洞穴堆积物及地表塌陷处置58 8.5 岩溶隧道的二次衬砌58第9章 结论与展望59 9.1 结论59 9.2 展望59参考文献61致谢62附录A 外文资料翻译63附录B 附图82石家庄铁道大学毕业设计第1章 绪论1.1 研究背景及国内外现状随着我国的交通建设事业的迅猛发展，大断面隧道和地下工程逐渐增多，大断面隧道施工技术也有了较大发展。与以往修建的隧道相比，大断面隧道的建设，在隧道的力学行为、隧道的断面形式、隧道衬砌结构、施工方法、初期支护结构模式、参数等方面出现了新的要求。我国内地有许多地势起伏山峦纵横的山区，铁路穿越这些山区时，往往受到高程的阻碍。而铁路限坡平缓，无法提起需要的高度，同时现居地势无法绕避，这时开挖隧道穿山通过最为合理。所以在铁路线上尤其是山区铁路线上，隧道的选择最为合理，修建的数量也越来越多。大断面隧道的断面开挖面积一般超过100立方米，同时要考虑到复杂工程地质条件、断面几何特性、施工条件、防排水、工程措施与围岩稳定性要求以及工程建设成本、工期等一系列因素。由于大断面隧道跨度比较大，结构将承受较大的围岩压力、受力条件较为复杂，加上施工期间诸多工序的相互影响、围岩的多次扰动以及支护衬砌相互之间的非同步施工等诸多因素，故极易发生围岩失稳和隧道衬砌结构开裂与破坏现象。目前，国内外为此都加强了大断面隧道的施工管理，注重加强光面爆破、锚喷支护、监控测量、及时反馈分析这四大信息化施工动态控制关键技术的落实，以确保大断面隧道围岩稳定与隧道结构的安全，同时要降低工程造价。因此选择合理的施工方法，简化施工工序等非常重要。日本、德国等一些发达国家在这方面的探索和研究起步较早。早在1981年，德国就首创了CD工法，并成功应用了双侧壁工法、眼睛工法等先进施工方法；1984年，日本也将CD工法应用于大跨度扁担状的真米公路隧道施工中；1995年，开挖面积达265立方米的恩戈贝格山岭隧道则采用了3层7步暗挖复合衬砌技术施工方法。还有日本东明高速公路改造工程中的隧道加宽施工中，也广泛应用了双侧壁导坑法、上下短台阶法、上半断面一次封闭法、CD工法、CRD工法等多种施工方法。石武高铁黄龙寺隧道是目前世界最长CRTS型板式高速铁路隧道，隧道设计铺板2690块。施工期间，为加快进度，先后增设一个横洞和两个斜井，以扩大工作面，缓解隧道通风压力。通过增加炮眼，严格控制每次爆破深度和工序衔接，增强光面爆破效果和提升开挖效率。它的完成标志了我国已经全面掌握了在山区和长大隧道内修建CRTS型板式无砟轨道成套施工技术。综上所述，国内外大断面隧道施工方法大多视工程地质状况而定。在大断面隧道施工中，施工机械、支护形式、辅助施工方法等方面的协调配合研究问题也十分重要，它可以确保隧道洞室的围岩稳定性、减少围岩沉降与收敛变形，提高施工速度。1.2 主要研究内容营盘隧道位于凯里南贵定北区间，双线隧道，左右线线间距为5.0m，设计为11.6%，25.0%的单面上坡，全隧均为直线。隧道进口里程DK587+685，出口里程DK590+775，全长3090m。隧道进出口均接路基，最大埋深约150m。隧道位于云贵高原侵蚀构造低地区，地面高程630820m，相对高差约为100190m，自然坡度2040，局部陡峻，植被发育。隧区有公路相通，交通较为便利。 (1)根据隧道的平面、纵断面图、工程地质条件确定隧道的设计方案。 (2)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。 (3)铁路隧道结构设计：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。 (4)施工方法设计：包括施工总体部署(主要应包括施工场地布置、施工临时设施设计等)、主要施工方法及施工工序、指导性施工进度。附图：内力图，配筋图，施工工艺工序图，施工监测测点布置图等。 (5)外文翻译等相关文档和完整的设计报告书。第2章 工程概况2.1 隧道概况营盘隧道位于凯里南贵定北区间，双线隧道，左右线线间距为5.0m，设计为11.6%、25.0%的单面上坡，全隧均为直线。隧道进口里程DK587+685，出口里程DK590+775，全长3090m。隧道进出口均接路基，最大埋深约为150m。隧道穿越老猫冲断层，于线路交于DK588+780附近；穿越营盘断层，于线路交于DK589+985附近。本隧道按速度目标值350km/h客运专线双线隧道设计。隧道建筑限界及内轮廓执行高速铁路设计规范(试行)(TB 10621-2009 J971-2009)规定。洞内采用CRTS&型霜块式无砟轨道，铺设60kg/m钢轨，内轨顶面至道床底面高度为515mm。2.2 工程及水文地质特征2.2.1 地形隧道位于云贵高原侵蚀构造低山区，最大埋深150m。地面高程630820m，相对高差约为100190m，自然坡度2040，局部陡峻，植被发育。隧区有公路相通，交通较为便利。2.2.2 地层岩性隧道区覆盖有第四系全新统坡残积层红黏土、细角砾土、碎石土，下伏基岩为寒武系中统高台组、寒武系下统清虚洞组、寒武系下统杷榔组地层。地层由新到老分述如下：红粘土：黄褐色，硬塑，土质均匀，手易搓成条。表层0.3m为耕植土，灰褐色，含植物根系。厚03m,属级普通土。细角砾土：黄褐色，由粘性土及角砾组成，角砾约占50%，粒径为220mm，尖棱状，成分为强风化页岩。稍湿，级配差，中密。厚24m，属级普通土。碎石土：灰色、灰黄色，由白云岩碎石、角砾及少量粘土组成，碎石约占55%，粒径约为615cm，尖棱状。角砾约占35%，粘土约占10%。稍湿，级配较好，结构松散。厚210m，属级硬土。白云岩：灰白色，节理发育，厚层状，细晶结构，强风化带厚08m，属级软土；弱风化带，属级次坚石。页岩：黄褐、灰黄色，薄层状构造，泥质胶结，节理裂隙发育，岩体破碎，强风化带，厚515m，属级软石；弱风化带，属级软石。2.2.3 地质构造及地震动参数(1)地质构造老猫冲断裂：为正断层，断层走向为N5565E，倾向SE，倾角4575，与线路交于DK588+780附近，交角6075。断层两盘岩层受断层影响较严重，节理、裂隙发育，岩体破碎。雷打坡断层：为逆断层，断层走向为N6065E，倾向SE，倾角6080，与线路交于DK589+985附近，交角6575。断层两盘岩层受断层影响较严重，节理、裂隙发育，岩体破碎。(2)地震动参数根据中国地震动峰值加速度区划图和中国地震动反应谱特征周期区划图，隧区DK587+685DK590+200段地震动峰值加速度小于0.05g，DK590+200DK590+775地震动峰值加速度为0.05g，全隧地震动反应谱特征周期为0.35s。2.2.4 水文地质(1)地表水测区地表水以山间沟水为主，水量较小，雨季时沟内水量增加明显，普遍在 23 L/s。故隧道穿越区地表水不发育，主要以季节性水流为主。(2)地下水特征本区地下水类型主要为第四系松散土层孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水。2.2.5 不良地质及特殊岩土不良地质现象为岩溶及岩溶水、顺层，无特殊岩土。钻探未发现溶洞。第3章 结构设计3.1 计算原理营盘隧道级围岩、级围岩、级围岩的二次衬砌结构都采用结构力学方法计算。这种方法又叫作“荷载-结构”法，这种方法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或由实用公式确定围岩压力，围岩对支护结构变形的约束作用是通过弹性支承来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支承的约束能力时间接考虑。通过建立几何模型，划分单元并加上弹簧单元，加上自重和约束条件，加上荷载并进行求解；然后对计算的结构进行分析，重点考察结构变形图，根据弹簧单元只能受压的性质重新修改模型并重新求解，这一步要反复进行直到得出最终结果；最后对计算结构进行分析，绘出结构的轴力图、弯矩图，并导出内力数据，根据分析的结果，按照相应的规范进行强度和变形的验算，如果不满足设计要求，进行配筋计算。3.2 荷载计算依据营盘隧道的纵断面图查处围岩衬砌段的起始里程、围岩级别、长度等数据，统计见表3-1。 表3-1 隧道围岩分级起讫里程长度(m)围岩级别DK587+699DK587+75253DK587+752DK587+997245DK587+997DK588+652655DK588+652DK588+71765DK588+717DK589+022305DK589+022DK589+1971753.2.1 荷载计算公式(1)判断深浅埋 Hp = (22.5) hq (3-1)式中Hp 深浅埋隧道分界的深度 hq 等效荷载高度值系数22.5在松软的围岩中取高限，而在叫坚硬围岩中去低限。当隧道覆盖层厚度hHp 时为深埋，hq hHp 时为浅埋，hhq时为超浅埋。(2)当隧道为深埋时，采用我国铁路隧道设计规范所推荐的单线、双线、及多线铁路隧道按破坏阶段设计时垂直压力公式 q =rhq =0.452s-1w (3-2)式中 hq等效荷载高度值； s围岩级别，如III 级围岩s=3； 围岩的容重； w宽度影响系数，其值为w=1+i(B-5) 其中B坑道宽度(m)；iB每增加一米，围岩压力的增减率(以B=5m为基准)，当B5m，取i=0.1。水平均布松动压力e按表3-2中的经验公式计算(一般取平均值)。表3-2 水平均布松动压力围岩级别III IV V均布压力(22.5)hq,属深埋条件。按深埋计算：取=21.5 kN/m3围岩竖向压力：q=hq=21.57.164=154.026kN/m2围岩水平压力：e=(0.150.3)q=23.10446.208 kN/m2 (3)里程DK587+997DK588+652为级围岩，围岩条件较好，不需要检算内力及配筋。 (4)里程DK588+652DK588+717为级围岩，长65m，最大埋深h=111.62m最小埋深h=65m，hq=0.452S-11+i(B-5)=7.164m Hp=2.5hq=17.91m最小埋深h(22.5)hq,属深埋条件。所以按深埋计算：取=21.5 kN/m3围岩竖向压力：q=21.57.164=154.026kN/m2围岩水平压力：e=(0.150.3)q=23.10446.208 kN/m2 (5)里程DK588+717DK589+022为级围岩，长305m，最小埋深h=12.07m，最大埋深h=65m，hq=0.452S-11+i(B-5)=14.328m Hp=2.5hq=35.82m； 取=18.5 kN/m3 当hHp时，按深埋计算；当h(22.5)hq,属深埋条件。所以按深埋计算：取=21.5 kN/m3围岩竖向压力：q=hq=21.57.164=154.026kN/m2围岩水平压力：e=(0.150.3)q=23.10446.208 kN/m2 3.3 衬砌内力计算通过使用ANSYS有限元软件对隧道衬砌结构建立模型如图3-1。在、 级围岩段，二次衬砌按主要承载结构设计，计算采用荷载结构模型。首先，根据截面尺寸，利用结构荷载模式对衬砌结构建立模型。然后依据计算得出的竖直和水平均布压力对模型加载，并进行计算。最后，查看计算结果，同时输出内力图。单元类型为二维梁单元，梁单元宽度为单位宽度，梁的高度按二次衬砌实际厚度考虑。围岩抗力采用弹簧单元模拟，弹簧施加范围及数量根据试算中结构的变形情况进行调整和优化，围岩弹性抗力系数按规范选值，仅当结构产生朝向围岩方向的位移时添加弹簧单元。计算时，参数选择如表3-4。图 3-1 计算模型图表3-4 衬砌及围岩计算参数结构及围岩容重(kN/m)弹性抗力系数K(MPa/m)弹性模量(GPa)泊松比C30混凝土23310.2级围岩21.5350级围岩18.51503.3.1 级围岩浅埋段里程DK587+699DK587+752、DK588+759DK588+887。选取里程 DK587+752 处横截面进行计算，图3-2、图3-3是采用ANSYS有限元软件得到的轴力图和弯矩图。 图3-2 级围岩衬砌轴力图(单位：N) 图3-3 级围岩衬砌弯矩图(单位：Nm)计算时，参数选择如表3-4。表3-5 级围岩衬砌危险节点内力节点号节点位置轴力(N)弯矩(Nm)39拱顶227120062585027拱肩314760057630071墙脚20802002846403.3.2 级围岩深埋段里程DK587+752DK587+997、DK588+652DK588+717及DK589+022DK589+197。选取里程DK587+997处横截面计算，图3-4、图3-5是采用ANSYS有限元软件得到的轴力图和弯矩图。 图3-4 级围岩衬砌轴力图(单位：N) 图3-5 级围岩衬砌弯矩图(单位：Nm)计算时，参数选择如表3-4。表3-6 级围岩衬砌危险节点内力节点号节点位置轴力(N)弯矩(Nm)39拱顶76111020142027拱肩108240019506064墙脚938540725383.3.3 级围岩深埋段里程DK588+717DK588+759、DK588+887DK589+022。选取里程DK588+717处横截面计算，图3-8、图3-9是采用ANSYS有限元软件得到的轴力图和弯矩图。 图3-8 级围岩衬砌轴力图(单位：N) 图3-9 级围岩衬砌弯矩图(单位：Nm)计算时，参数选择如表3-4。表3-7 级围岩衬砌危险节点内力节点号节点位置轴力(N)弯矩(Nm)39拱顶125540037146027拱肩177640034395064墙脚16330001737203.4 二次衬砌强度检算及配筋3.4.1 强度检算公式根据铁路隧道设计规范，双线高速铁路隧道复合式衬砌，需按照破坏阶段或容许应力法对隧道结构截面进行检算。(1)若不用配置钢筋，则其检算的所需公式为: (3-9)式中，混凝土或砌体的抗压极限强度；安全系数；轴向力(N)；截面的宽度(m)；截面的厚度(m)；截面的纵向弯曲系数：对于隧道衬砌、明洞拱圈及强背紧密回 填的边墙，可取=0.1；对于其他构件，应根据其长细比按规范采用；轴向力的偏心影响系数。(2)从抗裂要求出发，混凝土矩形截面偏心受压构件的抗拉强度按下式计算： (3-10)式中，混凝土的抗拉极限强度；截面偏心距。对混凝土