南水北调中线工程吴庄隧洞设计与施工组织

石家庄铁道学院毕业设计 论文 I 目目录录 摘要 I ABSTRACT II 1 绪论 1 2 工程概况 2 2 1 工程总概况 2 2 2 地形与地貌 2 2 3 水文与地质 2 2 3 1 水文地质条件 2 2 3 2 工程地质状况 3 2 4 施工难点与特点 4 2 4 1 进出口段边坡的稳定性问题 4 2 4 2 洞身的稳定 4 2 4 3 隧洞整个断面做为防水结构 4 2 4 4 施工支护结构 4 3 隧道断面设计 5 3 1 设计依据 5 3 1 1 工程等级 5 3 1 2 建筑物级别 5 3 1 3 总干渠及隧道水利要素 5 3 1 4 规程 规范 5 3 2 方案选择隧道布置形式 5 3 2 1 隧洞净空断面形式 5 3 2 2 两种方案的比较选择 6 4 隧道结构设计 8 4 1 隧道衬砌设计与检算 8 4 1 1 隧道主要支护参数 8 4 2 隧道衬砌结构参数的计算 8 4 3 隧道衬砌结构的计算 9 4 3 1 建立模型 9 石家庄铁道学院毕业设计 论文 II 4 3 2 结果分析 11 4 3 3 截面强度的检算 12 4 3 4 截面抗裂检算 12 5 洞门的设计与检算 19 5 1 洞门尺寸的拟定 19 5 2 洞门检算 19 5 2 1 耳墙墙身检算 19 5 2 2 耳墙墙底检算 21 5 2 3 端墙检算 23 6 施工组织设计 26 6 1 施工准备 26 6 1 1 技术准备 26 6 1 2 施工现场准备 26 6 1 3 冬雨季施工准备 26 6 2 施工工程量 26 6 3 施工方法 27 6 3 1 洞口工程施工 27 6 3 2 分离式双洞 级围岩 进出口和破碎带 30 6 3 3 分离式双洞 级和 级围岩 32 6 3 4 双连洞隧洞 级围岩 33 6 3 5 二次模筑混凝土衬砌 33 6 3 6 通风与防尘 34 6 4 结构防排水 34 6 4 1 防水措施 34 6 4 2 防水板铺设要求 35 6 4 3 排水 36 6 5 三缝处理 36 6 5 1 变形缝 36 6 5 2 施工缝 36 6 5 3 沉降缝 37 6 5 4 防水混凝土的施工 37 6 6 环境保护 38 6 7 监控量测 39 石家庄铁道学院毕业设计 论文 III 6 7 1 施工监测的内容 39 6 7 2 整理量测资料 40 6 7 3 工程措施 40 6 8 安全保证措施 41 6 8 1 安全保证体系 41 6 8 2 安全目标 41 6 8 3 安全生产措施 41 6 8 4 安全技术措施 41 6 9 质量保证措施 42 6 9 1 建立质量保证体系 43 6 9 2 质量目标 43 6 9 2 质量保证体系人员措施 43 6 9 3 质量保证材料措施 43 6 9 4 施工过程质量保证措施 44 6 9 5 砼工程施工质量控制措施 45 6 9 6 隧洞施工安全保证措施 45 6 9 7 工程交接质量监督体系 47 6 9 8 施工监测体系 47 6 9 9 不合格品的控制 48 6 9 10 纠正和预防措施 48 6 9 11 质量记录 48 6 10 节约计划 48 6 11 施工进度图 见附图 49 结束语 50 谢辞 51 参考书目 52 附录 A 英文翻译 53 附录 B 附图清单 73 石家庄铁道学院毕业设计 论文 I 南南水水北北调调中中线线工工程程吴吴庄庄隧隧洞洞 设设计计与与施施工工组组织织 摘要 南水北调工程是我国西部大开发的标志性工程 其中中线工程是一项跨流域调水 的特大工程担负着向北京 天津等重要城市的供水及沿线的农田灌溉等重大任务 本 设计主要是针对中线工程的吴庄隧道进行设计以及施工组织的编写 设计共包括三个部分 绪论 隧道的设计 隧道施工组织的编写 其中第一部分 绪论包括 工程总概况 地形地貌 水文与地质 工程的难点与特点几部分 第二部 分隧道的设计包括 设计依据 方案比选 结构设计 包括隧道衬砌设计与洞门的设 计与检算 第三部分隧道施工组织的编写包括 施工准备 隧道施工 包括工程量 与施工方法 场地的平面部署 结构的防排水 环境保护 监控量测以及施工质量 保证措施 在附录中包括了隧道设计的一些相关图纸和专业英语的翻译 关键词 分离式双洞隧道 双连拱式隧道 带耳墙的端墙式洞门 有限单元杆系 石家庄铁道学院毕业设计 论文 II DIVERT WATER FROM THE SOUTH TO THE NORTH PROJECT OF CENTER LINE WU VILLAGETUNNEL DESIGN AND CONSTRUCTION ORGANIZATION COMPILE ABSTRACT Divert water from the south to the north project is the sign project of the west big development of our country in which the project of center line is a step valley the especially big project of tune water bear to the water supply of the important cities such as Beijing and Tianjin and along the significant tasks such as the farmland irrigation of line Design major is aim at the project of center line Wu village tunnel design as well as construction organization compile Design includes 3 parts totally Tunnel construction organization and the design of introduction and tunnel compile In which it is the first to divide into introduction to include Project total general situation topography landforms hydrology and the difficulty of geology and project and characteristic some parts of The design of second partial tunnels includes Design basis and scheme than choose structural design include tunnel lining build the design of design and hole door with Jian calculate The partially tunnel construction organization of 3th compile to include Construction preparation and tunnel are under construction include project quantity and construction method the defence of structure and the plane disposition of place drain environmental protection monitoring instrumentation as well as construction quality guarantee measure In appendix have included the translation of professional English and some related blueprints of tunnel design Keyword Type two hole tunnels split Two company push type tunnel Take the type hole door of end wall of ear wall Limited unit rod 石家庄铁道学院毕业设计 论文 1 1 绪论 我国是一个幅员辽阔的国家 南北跨越几千公里 但是我国的水资源分布极其不平 衡 南方多雨且易形成洪涝灾害 而北方却非常干旱 经常出现旱灾 随着我国经济的 不断发展 缺水已经成为制约我国经济发展的重要因素 为了解决这一难题 我国制定 了南水北调的重大工程规划 南水北调工程是我国西部大开发的标志性工程 其中中线工程是一项跨流域调水的 特大工程担负着向北京 天津等重要城市的供水及沿线的农田灌溉等重大任务 中线工程的吴庄隧洞长 2475 米 是整个中线工程中最长的一个隧洞 它的设计与施 工直接制约着整个中线工程 同时吴庄隧洞无论从隧道的长度 还是从隧道施工的难易 程度上来说 在我国类似的工程都还很少 可以借鉴的类似工程事例不多 这对隧洞的 设计与施工带来了不少困难 我们选择这个课题是为了能够尽力用所学的知识来对南水 北调工程的设计做出一点贡献 在设计时 我们对隧道的形式提出了两种不同的设计方案 分离式双洞 双连拱隧 洞 在经过一系列的比选之后 我们从隧道衬砌的受力 施工难易 以及隧道建成后的 管理等各方面进行了综合考虑 最终选定了分离式双洞的设计方案 在对隧道衬砌的设计过程中 我们使用了目前国际通用的结构计算软件 ANSYS5 7 进 行计算 隧道洞门采用带耳墙的端墙式洞门 将洞门视为挡土结构进行检算 为了减少 隧洞与总干渠相连部分的水头损失 我们在总干渠与隧洞相连部分设置了渐变段 我们希望通过对吴庄隧洞的设计 来提高我们自身的能力 同时也希望我们的设计 能够对南水北调工程中线吴庄隧洞的设计提供一定的借鉴 石家庄铁道学院毕业设计 论文 2 2 工程概况 2 1 工程总概况 南水北调工程是我国西部大开发的标志性工程 其中中线工程是一项跨流域调 水的特大工程担负着向北京 天津等重要城市的供水及沿线的农田灌溉等重大任务 吴庄隧道设计流量 160 m3 s 加大流量为 190 m3 s 洞内加大水深为 5 75 m 隧道进口处总干渠设计水深为 4 5m 相应加大水深为 4 922m 渠底宽为 27m 一级 边坡 1 1 25 纵向比将 1 25000 隧道出口出总干设计水深为 4 5m 相应加大水 深为 4 922m 渠底宽为 28m 一级边坡 1 2 纵向比将 1 25000 隧道粗糙率为 0 014 隧道的水头损失为 0 437m 吴庄隧洞位于河北满城县西 5 公里的吴庄村石牛山村 交通便利 隧道穿过石牛 山 通过地段岩性单一 进口段有 8 条小断层 破碎带 5 40cm 并伴有 3 条节理密 集带 隧道出口处仅有一条较大的断层带及 11 条节理密集带 隧道位于低山丘地带 隧道最大埋深 307m 进出口埋深 12 15m 地下水位埋藏 较深 一般稳定在 37m 左右 低于隧道开挖高程 20m 进出口渐变段以黏土为主 吴庄隧道穿越燧石条带白云岩 围岩分为 类 共 7 段 基本稳定的 类围岩长 462 米 稳定性较差的 类围岩长 883 米 类不稳定围岩长 979 米 隧道工程所使用的混凝土骨料以及石料均采用来自漕河沙砾中心料场和玉山石料 场 隧道建筑物由两部分组成 隧道主体工程及外围工程 主体工程包括隧道洞身与 隧道洞门 外围工程包括进出口渐变段 闸门 墩头 边坡防护等 吴庄隧道全长内的断面为曲墙带仰拱的断面形式 隧道采用分离双洞布置形式 为两条无压输水隧道 两隧道间距为 30m 2 2 地形与地貌 本区地貌单元属于太行山东部边缘低山丘陵区 隧道斜穿石牛山主峰西侧 主峰 山脉走向 NW348 最高高程为 411 6m 隧道穿越的山脉走向 NW SE 向 与轴线呈 近 71 交角 山丘最大高程为 370m 相对高差为 290 270m 山坡坡度为 30 40 隧道进出口山前坡地高程为 75 82m 为坎状梯田 冲沟发育 起形态 发展明显首构造控制 2 3 水文与地质 2 3 1 水文地质条件 本区属于温带大陆季风气候 年降水量 580mm 7 8 月份占 70 多年平均气 温 12 3 一月份平均气温 4 1 七月份平均气温 26 2 极端最低气温为 石家庄铁道学院毕业设计 论文 3 23 3 极端最高温度为 41 7 冻土厚度为 0 55m 隧道按地下水埋深条件分为第四系空隙潜水及基岩裂隙水 其中第四系空隙水 主要埋藏与第四系松散岩中 大都由地表径流流走 基岩裂隙水存储于岩石的空隙 与裂隙中 大气降水沿上述通道运转 都为基岩中的悬挂水 其水量较小 主要首 季节控制 本区地下水埋藏较深 对施工影响不大 汛期由于大气降水的增大 进出口段地 下水位迅速上升对施工有一定的影响 应考虑施工排水 节理密集带处洞顶的稳定 性问题 从洞口部位的机井中采取的水样进行了水质分析 为重碳酸钙镁型水 按照 水 利水电工程地质勘察规范 中环境水腐蚀标准 地下水对混凝土无腐蚀性 隧道所在的牛山山体主要为燧石条带白云岩与粗晶白云岩等 大都为可容性差的 碳酸岩类 由于大气降水的长期冲刷与淋漓 使岩体表面形成小的容孔洞及溶隙 一般溶孔为 2 10mm 溶隙为 10 30cm 在进出楼段的钻孔中都可以看到大部分强风化与部分弱风化岩柱及节理面上都可 以见到溶蚀现象 局部强风化岩柱上溶蚀呈蜂窝状并填充有红黏土 而吴庄隧道进 口穿越在弱风化岩中 其余都为微风化岩 故溶蚀现象不会对工程产生叫大的影响 2 3 2 工程地质状况 吴庄隧道地质构造简单 除进出口渐变段结构外 洞身段为土岩多层结构外 洞 身段均为单一结构 现分别进行说明 进口渐变段几闸室段 桩号 v370 941 v371 006 进口渐变段及闸室长 60m 为土岩多层结构 地面标高为 78 5m 97 8m 表层为 第四纪上更新统中段黄土状壤土 呈灰黄色 以轻粉质壤土为主 部分为中粉质壤土 少 量为重粉质壤土 壤土中夹杂着含量不等的碎石壤土 碎石成分为燧石条带白云岩 本层底高程为 71 6 85 8m 最大厚度为 18 5m 第二层为第四纪上更新统下冲击层 岩性为红黄色壤土 以中粉质壤土为主 夹 有粘土 碎石土透镜体 层底高程为 52 5 75 3m 最大厚度为 22m 第三层为第四纪上更新统上坡段坡残积 岩性为棕红色含碎石黏土 含黏土碎石 层 碎石成分为燧石条带白云岩 本层基地高程为 49 0 62 3m 最大厚度为 14m 基岩为弱风化燧石条带白云岩与粗晶白云岩夹白云质砂岩 碎屑白云岩等 强风 化厚度为 2 16m 弱风化最厚在 18m 以上 洞身段 桩号 v371 006 v373 280 该段长 2 2274m 山体基岩裸露为岩层单一结构 进口表层桩号 v371 006 v371 590 为黄土土壤 厚 0 5 5m 桩号 v371 590 石家庄铁道学院毕业设计 论文 4 v371 625 表层及黄土壮壤土下为含碎石黏土 厚 0 10m 基岩含碎石黏土碎石中粗 砂透镜体 出口表层为黄土壮壤土厚 0 10m 底部夹含碎石黏土透镜体 隧道进出 口松散层以下及其它段岩石为燧石条带白云岩与粗晶白云岩夹白云质砂岩 碎屑白 云岩 为厚 中厚层 岩层的产状进出口稍微有所变化 表层强风化 2 33m 除进出 口部分为弱风化岩石外 其余为微风化或新鲜岩层 洞身以上岩层厚度为 10 370m 出口渐变段及闸室段 桩号 v373 280 v371 375 出口渐变段及闸室长 90m 为土岩多层结构 地面标高为 69 6m 90m 表层为第四纪上更新统中段冲击层 岩性为黄土状壤土 为轻粉质壤土 本层底 高程为 63 6 78 3m 最大厚度为 10 5m 第二层为第四纪上更新统下段洪击层 岩性为红黄色壤土 以重粉质壤土为主层 底高程为 48 7 70 8m 最大厚度大于 19m 第三层为第四纪上更新统上段坡残积层 岩性为含碎石红黏土 碎石土 碎石含 量极不均匀 本层基地高程为 48 7 61 3m 最大厚度为 10m 基岩为弱风化燧石条带白云岩 碎屑白云岩 强风化厚度为 1 5 3m 弱风化厚 度为 2 18m 2 4 施工难点与特点 2 4 1 进出口段边坡的稳定性问题 隧道进出口表层为第四系松散层 厚为 1 22m 夏布基岩为强 弱 微风化燧石条带 白云岩与粗晶白云岩夹白云质砂岩夹碎屑白云岩 白云质砂岩岩层的最大挖深为 17m 属于岩质中高边坡 岩层与隧道中线呈 59 夹角 隧道进口有 f1 f3 断层通过 NE NW 高角度节理 节理密集带发育 它们与缓倾角岩层相交组合将掩体切割成块状 且局部节理面与层面有夹泥 因此边坡及洞脸的稳定成为隧道施工的难点 2 4 2 洞身的稳定 隧道穿越的地段有断层节理密集带数条 探洞还发现小型断层断裂几层间夹泥多条 这些构造如果与层面节理面组合或相互结合 不论在洞顶或边墙 将岩体切割成大小不 等的岩块 使隧道洞身的稳定成为施工的另一难点 2 4 3 隧洞整个断面做为防水结构 本结构为水工隧道 因此隧道施工的防水措施显得尤为重要 为了避免在隧道施工 完成以后出现隧道因渗水问题而造成的损失隧道的防水十分重要 因此在隧道施工中对 连接缝 沉降缝 伸缩缝进行处理时要注意 2 4 4 施工支护结构 隧洞进出口为浅埋破碎带 属于不稳定围岩 施工支护结构较复杂 隧洞施工近洞 较困难 石家庄铁道学院毕业设计 论文 5 3 隧道断面设计 3 1 设计依据 3 1 1 工程等级 南水北调中线工程是一项跨流域调水的特大工程 担负着向北京 天津等重要城市 供水和沿线农田灌溉的重大任务 根据 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准 的规 定 和水利部水利委员会的有关设计大纲规定 南水北调中线工程为一等工程 3 1 2 建筑物级别 根据 南水北调中线总干渠工程初步设计大纲 对总干渠建筑物的要求吴庄隧道进 口 出口渐变段 隧道洞身 闸门按一级建筑物设计 3 1 3 总干渠及隧道水利要素 根据总干渠总体设计 此处设计流量为 160 m3 s 加大流量为 190 m3 s 洞内加大 水深为 5 75 m 隧道进口处总干渠设计水深为 4 5m 相应加大水深为 4 922m 渠底宽 为 27m 一级边坡 1 1 25 纵向比将 1 25000 隧道出口出总干设计水深为 4 5m 相 应加大水深为 4 922m 渠底宽为 28m 一级边坡 1 2 纵向比将 1 25000 隧道粗糙 率为 0 014 隧道的水头损失为 0 437m 3 1 4 规程 规范 混凝土结构设计规范 GBJ10 89 水工隧洞设计规范 SD134 84 水工钢筋混凝土结构设计规范 SDJ20 78 水工混凝土施工规范 SD207 82 3 2 方案选择隧道布置形式 3 2 1 隧洞净空断面形式 经过分析 按过水面积占隧洞净断面的 80 计算 则每个隧洞净空断面积约为 65m2 隧洞的进出口段为 级不稳定围岩 围岩侧压力较大 因此考虑采用曲墙圆拱形式 的断面 设计提供了两种不同隧道的布置形式 分离式双洞 如图 3 1 和双联拱式 如图 3 2 石家庄铁道学院毕业设计 论文 6 60 1020 1180 135 90 135 6020620 R1076 R510 图图 3 13 1 分离式双洞分离式双洞 60 1180 135 906020620 R1076 R510 R510 R1076 1180 60 62090 135 2060 490 64 64 380 150 10151025 图图 3 23 2 双联拱式双联拱式 3 2 2 两种方案的比较选择 方案一为分离式双洞 为两断面大小相等的分离式隧道 两条隧道中心线间距为 30 米 方案二为两侧断面大小相等的双联拱式隧道 中间隔墙厚度为 1 5 米 两方案的比较如表所示 石家庄铁道学院毕业设计 论文 7 表表 3 13 1 两方案比较表两方案比较表 隧道方案分离式双洞双联拱式 优点 1 两条隧道单独承受压力 单洞应力圈不 叠加 隧道受力简单 2 两单洞可以独立的施工 互不干扰 3 由于隧道断面较小 施工技术要求较低 施工工艺简单 施工进度快 4 每沿米的模注混凝土两较少 5 当隧道一侧出现问题时 可以在不影响 另一侧的情况下进行维修 1 施工集中 有利于集中管理 2 进出口段土方及圬工量较少 3 进出口段不需经过渐变段 水 头损失少 缺点 1 水流进出口都要经过渐变段 导致较多 的水头损失 2 进出口段土方开挖量较大 圬工量大 3 施工分散 不便于集中管理 1 两侧隧道共同受力 受力情况 复杂 2 在进行隧道开挖时 需要先进 行中导洞的开挖 修筑中隔墙 后才能进行下一步工序 施工 方案复杂 3 施工断面较大 施工技术要求 较高 施工工艺复杂 4 每沿米的模注混凝土两较大 5 当隧道一侧出现问题时 需要 关闭整个隧道进行维修 经过对两种不同方案的优缺点的综合比较 设计最终采用方案一 分离式双洞隧 道 石家庄铁道学院毕业设计 论文 8 4 隧道结构设计 4 1 隧道衬砌设计与检算 4 1 1 隧道主要支护参数 根据工程类比及结构计算初步拟定初期支护和二次混凝土衬砌的参数 吴庄隧道进出口段均为 级不稳定围岩 从设计资料来看 岩体的力学性能不是很 差 有一定的自稳能力 所以不必考虑围岩的超前支护 如果开挖后地质条件变坏或量 测到隧道拱顶下沉或地面下沉量较大 再进行超前支护 在隧道设计方案中 在拱顶及边墙设置 6 8 的钢筋网 隔栅间距 250 250mm 设 1 榀 米的四边形隔栅刚架 在刚架的接头处设置锁脚锚以固定刚架隔栅刚架在开挖 初喷 5cm 混凝土后架设 然后补喷 10cm 混凝土包裹刚架直至设计厚度 二次衬采用 C25 钢筋混凝土模注整体式衬砌 厚度为 600mm 钢筋混凝土衬砌的抗 渗系数不低于 0 85MP 标号为 S8 抗蚀系数不低于 0 8 浇注二次衬砌时要保证与初 期支护的密贴不允许出现空洞 否则须进二次填充注浆 模注混凝土施工顺序为先墙后 拱式施工顺序 4 2 隧道衬砌结构参数的计算 计算工况与荷载的拟订与计算 本隧道为过水隧道 经过分析比较有水时与无水时隧道的受力变化不大 故只对两 种不同的结构进行无水时的结构的计算 围岩竖直压力的计算 对于 级围岩 根据 水工隧道设计规范 建议的方法进行计算 松动介质平衡理 论计算围岩压力 荷载高度按以下公式进行计算 h 4 1 f L 2f HtgB O 2 2 45 2 式中 B 隧道开挖断面宽度 m H 隧道开挖断面宽度 m f 岩石坚固系数 根据围岩的类别进行取值 岩石的内摩擦角 根据围岩的类别进行取值 实际设计所采用的荷载为 q 0 7 h 4 2 式中 围岩容重 KN m 如果隧道埋深 h1小于或等于计算得出的塌落拱的高度 h 时 为浅埋隧道 取 q h 如果隧道埋深 h1大于计算得出的塌落拱的高度h时 为深埋隧道 取 石家庄铁道学院毕业设计 论文 9 q 0 7 h 围岩水平荷载 隧道浅埋时 水平荷载按以下公式计算 在拱顶处 e1 q 4 3 在隧道仰拱地面处 e2 q h 4 4 衬砌自重 围岩的弹性抗力 弹性抗力是围岩抵抗隧道衬砌向围岩方向变形的能力 其值根据变形条件确定 按 局部变形理论计算 P k 4 5 式中 K 围岩的弹性抗力系数 KN m 采用工程类比法确定 或采用下面的公 式估算 k 100k0 R 4 6 式中 R 圆形隧道的开挖半径 m 对于非圆形隧道 近似取 R B 2 B 为非圆 形隧道的开挖宽度 k0 单位岩石的抗力系数 KN m 即半径为 1 米的圆形隧道的抗力系数 其值一般可按下面的公式计算 k0 4 7 1 E 式中 E 岩石的弹性模量 KN m2 岩石的泊松比 4 3 隧道衬砌结构的计算 4 3 1 建立模型 采用 ANSYS5 7 有限元结构分析程序 进行隧道衬砌结构的分析 将隧道衬砌模拟 为置于弹性地基梁上的有限单元杆系进行分析 1 方案一 分离式单洞 方案一的计算简图如图 4 1 所示 石家庄铁道学院毕业设计 论文 10 水平荷载e 水平荷载e 围岩垂直荷载q 图图 4 14 1 分离式单洞计算简图分离式单洞计算简图 方案一衬砌离散单元节点编号如图 4 2 所示 图图 4 24 2 分离式单洞计算节点编号分离式单洞计算节点编号 2 方案二 双联拱式 方案二的计算简图如图 4 3 所示 石家庄铁道学院毕业设计 论文 11 围 岩 垂 直 荷 载 q 水 平 荷 载 e 水 平 荷 载 e 图图 4 34 3 双联拱式计算简图双联拱式计算简图 方案二衬砌离散单元节点编号如图 4 4 所示 图图 4 44 4 双联拱式计算节点编号双联拱式计算节点编号 4 3 2 结果分析 1 方案一的计算结果表明在仰拱与边墙处出现了应力集中现象 最大应力出现在边 石家庄铁道学院毕业设计 论文 12 墙和仰拱的交接处 其次在拱腰处 2 方案二的计算结果表明应力集中表现在两侧仰拱与边墙的交界处以及拱角与中间 隔墙的交接处 这两种情况的轴力与弯距见表 4 2 4 3 4 3 3 截面强度的检算 对于隧道衬砌结构按破坏阶段的偏心受压构件进行检算 计算结果见表 根据 水工隧洞设计规范 考虑截面抗拉情况时截面的抗压和抗拉能力分别满足以下式 子 抗压 KN 4 8 1 6 0 he Rabh 抗拉 KN 4 9 1 6 0 he Rabh 上式中 K 抗拉 抗压安全系数 级建筑物 K 2 8 N 截面轴力 Ra Rl 分别为衬砌混凝土的设计抗压与抗拉强度 b h 分别为衬砌混凝土结构计算的截面宽度与高度 截面抵抗距塑性系数 取 1 55 e0 偏心距 e0 M N M为截面弯距 混凝土构件的纵向弯曲系数 上述表中计算结果表明 只有在应力集中处不能满足抗拉要求 需要配筋 经过计 算按构造配筋即可满足要求 配筋率为 0 2 受力筋为 18 沿隧道中线每米 5 根 衬砌厚度方向内外分两层 架立筋为 10 箍筋为 6 混凝土保护层厚度为 40mm 具体见设计图纸 4 3 4 截面抗裂检算 根据 水工隧洞设计规范 要求 隧道衬砌截面的抗裂满足下式 Kf RfW0 e0 W0 A0 4 10 式中 Kf 钢筋混凝土构件的抗裂安全系数 对于一级结构物取 1 15 Rf 衬砌混凝土的抗裂设计强度 A0 钢筋混凝土截面的换算面积 W0 换算截面受拉边缘的弹性抵抗距 W0 J0 h x0 h 截面全高 x0 换算截面重心至受压边缘的距离 J0 换算截面对其重心的惯性距 石家庄铁道学院毕业设计 论文 13 经过计算最危险截面的抗裂安全系数为 5 3 大于 1 15 满足要求 截面裂缝宽度计算 根据 水工隧洞设计规范 钢筋混凝土截面如果满足截面抗裂要求 则截面裂缝 宽度可不予以检算 图图 4 54 5 分离式双洞分离式双洞 类围岩深埋隧道衬砌断面变形图类围岩深埋隧道衬砌断面变形图 图图 4 64 6 分离式双洞分离式双洞 类围岩深埋隧道衬砌断面弯距图类围岩深埋隧道衬砌断面弯距图 石家庄铁道学院毕业设计 论文 14 图图 4 74 7 分离式双洞分离式双洞 围岩深埋隧道衬砌断面轴力图围岩深埋隧道衬砌断面轴力图 图图 4 84 8 双连拱隧洞双连拱隧洞 围岩深埋隧道衬砌变形图围岩深埋隧道衬砌变形图 石家庄铁道学院毕业设计 论文 15 图图 4 94 9 双连拱隧洞双连拱隧洞 围岩深埋隧道衬砌断面轴力图围岩深埋隧道衬砌断面轴力图 图图 4 104 10 双连拱隧洞双连拱隧洞 围岩深埋隧道衬砌断面轴力图围岩深埋隧道衬砌断面轴力图 石家庄铁道学院毕业设计 论文 16 表表 4 14 1 方案一无水工况深埋隧道抗拉抗压系数表方案一无水工况深埋隧道抗拉抗压系数表 节 点 弯距轴力偏心距 相对偏 心距 抗压能力 抗压安全 系数 抗拉能力 抗压安全 系数 号N mNmNKaNKl 1 130450 00 667280 000 200 3327411624 112660331 90 2 61473 00 663300 000 090 1542039156 3 1 7E 0724 89 3 19957 00 665350 000 030 0562310219 4 172701310 38 4 3026 80 672430 000 000 01775110111 5 12659867 53 5 3281 60 627500 000 010 01769745112 3 12757158 13 6 16053 00 586340 000 030 05635901010 8 166479211 36 7 37357 00 548430 000 070 1148180948 8 37919016 91 8 59852 00 512340 000 120 1937358037 3718750414 03 9 70797 00 476860 000 150 2532600176 824945865 23 10 65929 00 442330 000 150 2532523677 424648645 57 11 49852 00 409830 000 120 2036545648 9558670113 63 12 26801 00 380310 000 070 12475152912 5 409434410 77 13 574 39 354560 000 0805 122890813 86 1425528 00 333270 00 0 08 0 133 5E 07103 9 6846048 22 1548749 00 316970 00 0 15 0 26 2E 0747 5 4763656 01 1666910 00 306050 00 0 22 0 36 7E 0622 3 3794444 96 1778437 00 300780 00 0 26 0 43 5E 0616 7 3351094 46 1882378 00 301290 00 0 27 0 46 5E 0615 5 3237664 30 361519 60 536750 000 070 01833600215 5 11757148 76 3760854 00 530170 00 0 11 0 19 5E 07103 4 5628964 25 3875739 00 527090 00 0 14 0 24 2E 0735 2 4961173 76 3966844 00 525930 00 0 13 0 21 3E 0756 8 5323724 05 4048609 00 525640 00 0 09 0 151 1E 08204 8 6281314 78 4129748 00 525640 00 0 06 0 091 9E 0735 5 7720615 88 4214729 00 525640 00 0 03 0 051 1E 0721 4 9443767 19 435389 80 525540 00 0 01 0 02902564717 2 10965428 35 442265 20 525320 000 00 0 01846501516 1 11590238 83 45 5422 30 524980 00 0 01 0 02903297917 2 10958188 35 石家庄铁道学院毕业设计 论文 17 表表 4 24 2 方案二无水工况深埋隧道抗拉抗压系数表 方案二无水工况深埋隧道抗拉抗压系数表 节 点 号 弯距轴力偏心距 相对偏 心距 抗压能力 抗压安 全系数 抗拉能力 抗拉安全 系数 N mNmNN 1 3 87E 05 2 07E 060 190 3128261585 455 73E 062 76 2 1 88E 05 2 05E 060 090 1542271118 262 29E 0711 21 3 51866 2 03E 060 030 04645337012 70 2 10E 0710 35 420377 2 03E 06 0 01 0 02900290517 72 1 04E 075 10 539665 2 03E 06 0 02 0 031006921019 86 9 12E 064 50 618471 2 01E 06 0 01 0 02891891617 73 1 05E 075 21 7 33655 1 98E 060 020 03692419113 97 1 69E 078 51 8 1 09E 05 1 94E 060 060 09518769210 70 1 88E 0896 88 9 1 96E 05 1 88E 060 100 1739664238 421 64E 078 71 10 2 75E 05 1 81E 060 150 2532135717 107 88E 064 35 11 2 82E 05 1 72E 060 160 2730720267 147 00E 064 06 12 2 31E 05 1 62E 060 140 2433382018 238 78E 065 41 13 1 41E 05 1 52E 060 090 16419490411 052 19E 0714 44 14 29534 1 42E 060 020 03670521418 89 1 85E 0713 03 1587256 1 33E 06 0 07 0 112346999070 46 5 78E 064 34 16 1 94E 05 1 26E 06 0 15 0 26 1 5E 0747 94 3 40E 062 69 17 2 77E 05 1 21E 06 0 23 0 38 630144320 77 2 51E 062 07 18 3 28E 05 1 19E 06 0 28 0 46 460407615 48 2 16E 061 82 19 3 41E 05 1 19E 06 0 29 0 48 435937214 63 2 10E 061 76 20 3 13E 05 1 22E 06 0 26 0 43 519785417 00 2 30E 061 88 21 2 47E 05 1 28E 06 0 19 0 32 869841527 17 2 87E 062 24 22 1 51E 05 1 36E 06 0 11 0 18 7 5E 07220 56 4 25E 063 12 2334164 1 46E 06 0 02 0 041057751429 01 8 70E 065 96 24 88221 1 57E 060 060 09518296013 23 1 95E 08124 45 25 1 99E 05 1 68E 060 120 2037033618 821 24E 077 35 26 2 81E 05 1 79E 060 160 2631505977 057 47E 064 18 27 3 13E 05 1 88E 060 170 2830414976 466 82E 063 62 28 2 78E 05 1 96E 060 140 2433500496 848 87E 064 53 石家庄铁道学院毕业设计 论文 18 续续表表 4 2 节 点 号 弯距轴力偏心距 相对偏 心距 抗压能力 抗压安 全系数 抗拉能力 抗拉安全 系数 N mNmNN 29 1 57E 05 2 00E 060 080 1345464979 073 99E 0719 93 3064351 2 02E 06 0 03 0 051189585623 59 7 89E 063 91 31 3 97E 05 2 01E 06 0 20 0 33 831057816 55 2 82E 061 40 61 3 87E 05 1 70E 060 230 3824740275 814 33E 062 55 62 10269 1 67E 060 010 01763164818 24 1 35E 078 05 63 1 75E 05 1 66E 06 0 11 0 18 1 5E 08356 04 4 38E 062 64 64 2 33E 05 1 65E 06 0 14 0 23 2E 0747 95 3 61E 062 18 65 2 18E 05 1 66E 06 0 13 0 22 2 5E 0761 39 3 78E 062 28 66 1 71E 05 1 66E 06 0 10 0 17 2 7E 08659 88 4 45E 062 68 67 1 16E 05 1 66E 06 0 07 0 122676900164 46 5 59E 063 37 6867925 1 66E 06 0 04 0 071368996732 92 7 19E 064 32 6933399 1 67E 06 0 02 0 031013237824 34 9 06E 065 44 7014140 1 67E 06 0 01 0 01885143721 26 1 06E 076 36 719847 5 1 67E 06 0 01 0 01860908520 68 1 10E 076 61 7219397 1 66E 06 0 01 0 02916872022 04 1 01E 076 08 7341149 1 66E 06 0 02 0 041076472825 90 8 56E 065 15 7472315 1 66E 06 0 04 0 071435034934 57 7 00E 064 22 75 1 07E 05 1 66E 06 0 06 0 112301126955 49 5 81E 063 50 76 1 37E 05 1 66E 06 0 08 0 1445782249110 39 5 10E 063 07 77 1 42E 05 1 66E 06 0 09 0 1456394724135 68 4 98E 063 00 7899142 1 67E 06 0 06 0 101988564447 55 6 08E 063 64 79 27740 1 69E 060 020 03695942116 45 1 66E 079 83 80 2 78E 05 1 73E 060 160 2731021777 197 17E 064 16 81 6 87E 05 1 73E 060 400 6616286853 772 15E 061 24 10121 791 3 50E 060 000 0081005049 25 1 21E 073 45 10228 469 3 48E 060 000 0081006639 31 1 21E 073 47 10335 303 3 46E 060 000 0081008289 38 1 21E 073 50 10442 136 3 43E 060 000 0081009959 45 1 21E 073 52 10548 97 3 41E 060 000 0081011659 51 1 21E 073 55 石家庄铁道学院毕业设计 论文 19 5 洞门的设计与检算 5 1 洞门尺寸的拟定 根据吴庄所处的地理位置 功能 洞口地质状况等几个方面的因素综合考虑隧道进 出口的洞门均选择带耳墙且左右洞门一体的形式 采用垂直等厚度耳墙 厚度为 3 2m 高为 8 42m 耳墙后仰坡坡率为 1 1 在两隧 道之间的采用厚度为 1 5m 的耳墙 端墙采用等厚度截面 厚度拟定为 1 5m 端墙胸坡坡 率采用 1 0 2 洞门端墙顶水沟槽至隧道衬砌的厚度为 1 3m 端墙后仰坡坡率为 1 1 25 水沟底部用回填土夯填密实 洞门的几何尺寸详见附图 5 2 洞门检算 5 2 1 耳墙墙身检算 检算取 1m 的条带 检算条带取图 5 1 中阴影部分 60 100 61 861 170100 排水沟 1 1 地面线 795 100 68 282 742 图图 5 15 1 耳墙检算条带图耳墙检算条带图 已知条件 围岩级别为 类围岩 围岩容重为 18 6KN m3 内摩擦角 50o 基底摩擦系 数取 0 34 耳墙墙身检算 尺寸见图 5 2 a 1 8m 0 o tg 0 45 o tg 1 石家庄铁道学院毕业设计 论文 20 图图 5 25 2 耳墙尺寸图耳墙尺寸图 1 1 平均高度 H平均 8 42 1 0 7 42m 2 墙背主动土压力 h0 a tg 1 tg tg 1 8m A h0 a H2 tg tg2 tg tg A tg 1 tg2 1 tg tg 1 tg2 tg tg 1 tg tg tg tg A 1 tg tg 1 2 tg 1 A tg 1 tg2 1 tg tg 1 tg2 tg 1 tg tg 0 529 tg tg 1 tg tg 1 tg tg tg 0 181 1 tg tg 1 tg tg 1 tg tg tg 0 163 2 tg tg 1 tg tg tg 1 tg tg 0 346 h1 a tg tg 3 402m H 7 42 h1 4 018m E 1 2 H2 92 676KN h1 h1 1 10 314KN H H 2 25 858KN 偏心及应力检算 石家庄铁道学院毕业设计 论文 21 图图 5 35 3 应力图应力图 倾覆力矩 对 B 点取距 MB 0 5 h1 h1 H h1 3 0 5 H H平均 a 2 3 0 5 h1 h1 a h1 a 3 H 90 387 136 118 46 43 180 076KN m 稳定力矩 对 B 点取距 自重 N 569 856KN 稳定力矩 M 911 77 KN m 偏心检算 c My MB N 1 284m e b 2 c 0 316m 0 3 3 2 0 96m 应力检算 N F 1 6e b 2 83 0 72 MP1 5 可 抗滑检算 Kc N EX EX N tg 1 4 1 3 可 偏心及应力检算 偏心检算 c My MB N e b 2 c 0 46 0 3 3 2 0 96 可 应力检算 e B 6 N F 1 6e b 3 59 0 32 MPa 5 2 3 端墙检算 检算取 1m 的条带如图 5 6 阴影部分 尺寸如图 5 7 842 795 100 100 278 755 3 100 3 100 50 130 340 500 320 900 1 200 100 75 1 1 25 540 图图 5 65 6 端墙检算条带图端墙检算条带图 石家庄铁道学院毕业设计 论文 24 图图 5 75 7 端墙尺寸图端墙尺寸图 1 墙后土压力 围岩级别为 类围岩 围岩容重为 18 6KN m3 内摩擦角 50o 基底摩擦系 数取 0 34 条带高为 5 65m a 1 5m tg 0 2 tg 0