毕业设计论文-高速铁路隧道工程设计.doc

目 录
第一章 绪论 1
1.1国内发展现状 1
1.2 隧道的工程概况 2
1.2.1 工程概况 2
1.2.2 气象特征 2
1.2.3地层岩性 2
1.2.4水文地质条件 3
1.2.6工程地址条件评价 4
1.3 设计原则及有关技术指标 4
1.4设计遵循的规范 6
第二章 隧道洞口位置及形式选择 7
2.1洞门位置选择： 7
2.1.1.根据地形条件选择洞口位置： 7
2.1.2.根据地质条件选定洞口位置： 7
2.2洞门形式的选择： 8
2.3洞门确定： 8
第三章 隧道洞门设计及强度、稳定性检算 10
3.1洞门设计： 10
3.2洞门稳定性及强度检算： 10
3.2.1进出口洞门的检算：进口采用带耳墙式洞门 10
第四章 隧道洞身设计及配筋 13
4.1 Ⅴ级围岩隧道洞身设计及配筋 13
4.1.1荷载计算 13
4.1.2内力计算 14
4.1.3配筋计算及检算 17
4.2 Ⅳ级围岩隧道洞身设计及配筋 22
4.2.1荷载计算 22
4.2.2内力计算 23
4.2.3 配筋计算及检算 25
4.3 Ⅲ级围岩隧道洞身设计及配筋 31
4.3.1荷载计算 31
4.3.2内力计算 32
4.3.3配筋计算及检算 33
第五章 隧道施工组织设计 39
5.1隧道概述： 39
5.1.1资料依据： 39
5.1.2施工准备工作 40
5.2施工方法： 40
5.2.1施工方法选择的原则 40
5.4 弃碴处理 42
第六章 隧道工程数量计算 43
6.1 进口开挖： 43
6.2 出口挖方 44

II

第一章 绪论
1.1国内发展现状
实现高速铁路隧道修建技术的创新与突破，是当前中国铁路技术进步的重要课题之一。截至2015年底，我国已成功修建了7500多座、总长超过4300 km的铁路隧道，隧道数量和总长度均居世界前列。“十二五”期间，我国将修建超过3000km的铁路隧道，其中客运专线隧道超过1000km。现阶段正是我国大力修建高速客运专线的时候,在建的有哈大线、京沪线、合武线、石太线、郑西线、武广线等。
我国现阶段对于铁路隧道的研究虽然已经走在了世界的前列，但是要与日本的青函隧道（目前世界最长的铁路隧道，全长53.9km，海底长度23.3km）和英法海底隧道（世界第二长的铁路隧道，长度50.5km，海底长度37.9km）相比我国还有一定的差距。对于隧道的设计与计算理论的发展，其中支护结构体系是隧道设计的最重要的组成部分，多年来，隧道支护体系系统的设计经历了结构从单一到多样，计算从简到繁，从经验设计逐步上升到理论分析等阶段。新奥法（NATM）的出现将喷锚支护的作用提高到一个新的理论高度，并迅速在各项地下工程中广泛采用。我国在20世纪60年代中期开始采用以后，逐渐取代了耗费大量木材的木支撑。我国又在70年代末，开始用格栅或钢拱支撑加喷混凝土以提高支护的强度和刚度。随着不良地层施工技术的发展，小导管注浆等超前预支护和地层加固技术已广泛应用。意大利、日本等国把管棚、旋喷拱、预支护（预切槽）称作先进的预支护技术。管棚在我国已经成功推广，旋喷拱和预切槽正在研究实验阶段。
1.2 隧道的工程概况
1.2.1 工程概况
隧址位于榜山镇林美村与后塘村之间，属低山丘陵地貌，地形起伏较大，相对高差达201.1m；自然坡度为10-15度，偶见陡坡，植被发育。
1.2.2 气象特征
测区属亚热带海洋性季风气候，常年气候温和湿润，阳关充足，雨水充沛，年平均气温约21.2℃，年平均降雨量1763.90mm，四至九月暴雨较为集中，为汛期，降雨量占全年的70%-80%，沿线各地每年不同程度地受台风袭击，7-9月台风威胁最大。
1.2.3地层岩性
区内地层由新到老依次出露有：第四系全新统坡残积层（Q4dl+el)，下伏燕山早期侵入花岗闪长岩（γ52（3）），各地层分述如下：
<15-2>粉质黏土（Q4dl+el)：褐黄色、灰黄色，硬塑，成份以黏粉粒为主，含有15%中粗砂，黏性一般。主要分布在隧道区域表层，属Ⅱ级普通土，C组填料。
<17-1>花岗闪长岩W4（γ52（3））：全风化，褐红色、灰黄色，原岩结构已破坏，岩芯呈土柱状，矿物以长石、石英为主、含少量黑云母，除石英矿物外，其他矿物基本分化成黏土状，遇水易软化、崩解，属Ⅲ级硬土，C组填料。
<17-2>花岗闪长岩W3（γ52（3））：强风化，灰黄色、灰褐色，中粒结构，块状构造，主要矿物成分由石英、长石、角闪石及少量黑云母等组成，裂隙很发育，岩芯呈碎块状，锤击易碎，属Ⅳ级软石，A组填料。
<17-3>花岗闪长岩W2（γ52（3））：弱风化，灰白色，中粒结构，块状构造，岩质新鲜，成分以长石、石英、角闪石为主，岩体裂隙较发育，岩芯呈柱状，锤击声较脆，较难碎，岩体完整程度为较破碎，属Ⅴ级次坚石，A组填料。
1.2.4水文地质条件
（1）地表水
测区地表水主要为冲沟水，多为季节性冲沟，主要接受大气降水补给，地表水多沿沟槽排泄，沟槽内地表水流量随季节变化，雨季时较大，可增大数倍。
（2）地下水
地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水。测区表层第四系覆盖层较薄，以粉质黏土为主，第四系孔隙潜水不发育，并且随季节动态变化大，由地表水补给；地下水主要为基岩裂隙水，赋存于花岗闪长岩的裂隙中，主要接受大气降水及地下水侧向补给，水量变幅较大，由于上覆粉质黏土为较好的隔水层，地形坡度较大，大气降水多沿坡面往下径流，入渗水量较小，基岩裂隙水发育程度受基岩风化程度、裂隙发育程度、裂隙贯通性的影响，全风化岩属弱含水层，富水性差，强风化岩和弱风化岩的导水性和富水性主要受构造裂隙控制，具各向异性，总体地下水量不大。地下水运动主要受地形、地貌控制。
（3）水化学特征及其侵蚀性
测区段内采取地下水进行水质简分析，水质类型为HCO3-·SO42-·Cl-—Na+·Ca2+型，水质呈弱酸性，根据《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设[2005]157号），在环境作用类别为氯盐环境和化学环境环境时，地下水对钢筋混凝土具有侵蚀性。
（4）隧道涌水量预测
采用大气降水入渗法预测隧道涌水量。
大气降水入渗法：Q=2.74 FaW
式中：
W—隧址区多年平均降水量（mm），本地区为1763.9mm。
F—隧道通过各含水岩体地段的渗入补给面积（km2）, 本隧道集水面积为1.108×3 km2。
a—入渗系数（根据含水岩组岩性、入渗能力取地区经验值，凝灰熔岩类取0.15。
Q—涌水量（m3/d）
隧道正常涌水量为：
Q=2.74 FaW=2.74×1.108×3×0.15×1763.9=2409.78（m3/d）
1.2.6工程地址条件评价
隧道洞身主要穿越燕山早期侵入花岗闪长岩，总体上岩体节理、裂隙一般发育，侧壁基本稳定。局部地段岩体较碎，裂隙发育，可能发生掉块，岩崩等病害，裂隙发育段有利于地下水的聚居，隧道施工中可能出现涌水，其中DK9+310～DK9+420为小凹槽，为雨水重要汇集排泄区域，凹槽最低埋深约22.3m，地面横坡约23%。地表植被较发育岩层，岩土层强度较低，遇水可能发生软化，崩解，工程地质条件一般。
1.3 设计原则及有关技术指标
(1)主要构件的使用年限为100年。根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，采取有效措施，保证结构刚度、强度，满足结构耐久性要求
(2)根据工程地质和水文地质条件，结合周围地面建筑物，地下构筑物状况，通过对技术、经济、环保及使用功能的综合比较，合理选择结构形式。
(3)结构设计应满足施工、运营、环境保护、防灾等要求。
(4)结构的净空尺寸除应满足建筑限界要求外，尚应考虑施工误差、测量误差、结构变形和沉陷等因素。
(5)断面形状和衬砌形式应根据工程地质及水文地质、埋深、施工方法等条件，从地层稳定、结构受力合理和环境保护等方面综合确定。
(6)隧道结构按结构“破损阶段”法，以材料的极限强度进行设计。
(7)施工引起的地层沉降应控制在环境条件允许的范围内。
(8)隧道建设应尽量考虑减少施工中和建成后对环境造成的不利影响。
(9)设计中除参照毕业设计指导书外，尚应符合《铁路隧道设计规范》或《地铁设计规范》等相关国家现行的有关强制性标准的规定。
(10)隧道主体工程等级为一级、防水等级为二级，耐火等级为一级。
(11)隧道结构的抗震等级按二级考虑，按抗震烈度8度设防。
(12)结构设计在满足强度、刚度和稳定性的基础上，应根据地下水位和地下水腐蚀性等情况，满足防水和防腐设计要求。当结构处于有腐蚀性地下水时应采取抗侵蚀措施，混凝土抗侵蚀系数不低于0.8。
(13)在永久荷载基本荷载组合作用下，应按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响进行结构构件裂缝验算。二类环境混凝土构件的裂缝宽度(迎土面)应不大于0.2mm，一类环境(非迎土面及内部混凝土构件)混凝土构件的裂缝宽度均应不大于0.3mm。当计及地震、人防或其它偶然荷载作用时，可不验算结构的裂缝宽度。
(14)混凝土和钢筋混凝土结构中用混凝土的极限强度应按采用。区间隧道衬砌采用钢筋混凝土时其混凝土强度不应低于C30。
(15)喷射混凝土强度等级不得小于C20。C20喷射混凝土的极限强度可采用：轴心抗压15MPa，弯曲抗压18MPa，抗拉1.3MPa，弹性模量为22GPa。喷射混凝土与地层的粘结力不低于0.5MPa。(注：喷射混凝土的强度等级指采用喷射大板切割法，制作成边长为10cm的立方体试块，在标准实验方法所得的极限抗压强度乘以0.95的系数；喷射混凝土与地层的粘结强度可采用预留试件拉拔法或钻心法。)
1.4设计遵循的规范
(1)《地下铁道设计与施工》陕西科学出版社
(2)《地铁设计规范》（50157—2003）
(3)《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）
(4)《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）
(5)《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
(6)《铁路工程抗震设计规范》（GB 50111-2006)

第二章 隧道洞口位置及形式选择
2.1洞门位置选择：
一般应依据具体工点的地形、地质、水文等条件，结合工程施工安全、环境保护要求、洞口相关工程加以全面研究，综合比较其经济、技术上的合理性和安全性。同时注意在城镇附近或与公路交叉的地段应与周围景观和交叉方式相协调。
2.1.1.根据地形条件选择洞口位置：
隧道进出口线路中线应力求与地形等高线相垂直。（以减少工程量，有利于施工）。当斜交角较大时，且岩层整体性较好、无不良地质现象时，可采用斜交进洞，松散地层中不宜采用斜交洞口。
傍山隧道洞口，靠山一侧边坡较高时，看是否有塌方、落石病害发生，如有应早进洞或接长明洞；对堑坡外自然坡面的稳定性要认真调查（必要时防护），特别注意洞口段的地层情况及覆盖厚度（是否受偏压）。防止坍顶和破坏山体的稳定。
在漫坡地形选择洞口时，考虑洞外路基填、挖方情况，排水条件、有利于快速施工条件。结合少占农田，改土造田等要求。隧道位于城镇、风景区附近时，尽量少做长拉沟进洞，可适当延长明洞为宜。
桥隧紧接，应考虑洞口与桥跨布局，结构处理的整体性，不能忽视桥隧工程施工相互干扰的因素。
2.1.2.根据地质条件选定洞口位置：
洞口位置应选择在坡面稳定、地质条件较好、无不良地质现象处。不应在山体不稳或有明显偏压、滑坡、崩坍、松散堆积体、泥石流沟等地段进洞。
当岩层倾斜，层理、片理结合很差或存在软弱结构面时，不宜大挖，避免斩断岩脚，以防止顺层滑动或塌方。宜尽量早进洞或设明洞引进。不能避开堆积层进洞时（不宜采用清方的办法缩短洞口）必要时接长明洞。
洞口为软岩或软硬岩互层时，应适当降低边仰坡高度，以减少风化暴露面，同时对软岩坡面可作适当的防护。
2.2洞门形式的选择：
洞门形式的选择应适应地形、地质的需要，同时考虑施工方法和施工需要。
一般地形等高线与线路中线斜交角度在45°～ 65°之间，地面横坡较陡，地质条件好，无落石掉块现象时，可选择斜交洞门；当斜交角度大于65°时，地面横坡较陡，或一侧地形凸出，可考虑用台阶洞门；当斜交角度小于45°时，地面横坡较陡，边仰坡刷方较高，有落石掉块掉块威胁运营安全时，考虑接长明洞。
2.3洞门确定：
1.进出口确定：
从纵断面图上看出洞口接近岩脚，土层稳定性差，围岩易坍塌，故采用带耳墙式洞门。从本隧道进口地形平面图可见地形等高线与线路中心斜交角小，地面横坡较缓，在进口位置选择上主要考虑边仰坡稳定及土石方量大小，确定进出口洞纵断面图和横断面图。位置如图：
从图中可见无论从开挖量大小还是从边仰坡稳定考虑，同时为考虑遵循“早进洞”原则、减小隧道长度及经济问题，故进口位置选择在DK8+607里程处，出口位置选择在DK9+757里程处。

图（3—1）
图（3—2）

第三章 隧道洞门设计及强度、稳定性检算
3.1洞门设计：
进洞口采用一般隧道门，该处土层稳定性差，围岩易坍塌，故可采用带耳墙翼墙式洞门。
出洞口采用一般隧道门，该处埋深较浅，图层比较稳定，故可采用明洞门。
3.2洞门稳定性及强度检算：
3.2.1进口洞门的检算
检算翼墙时取洞门端墙前之翼墙宽1m的条带“Ⅰ“，按挡土墙检算偏心、强度及稳定性。检算端墙与翼墙共同作用部分“Ⅱ“的滑动稳定性。
检算条带“Ⅰ”
1.压力的计算
（1）各项物理学指标
　　　　　　f=0.6

（2）土压力系数的计算：

（3）土压力的计算：

稳定性及强度的检算：
倾覆稳定的验算：

满足倾覆稳定的要求。
滑动稳定的验算：

满足滑动稳定的要求。
（3）合力的偏心距的验算：

满足基底合力的偏心距。
（4）基底压应力的验算：
满足基底压应力的要求。
检算条带“Ⅱ”
土压力的计算：
由以上计算知：

2 墙身截面偏心的验算：

偏心距

满足墙身截面偏心的要求。
应力

因为出现负值，故尚因检算不考虑圬工承受拉力时受压区应力重分布的最大压应力。通过应力从分布，受压区的最大压应力
满足墙身截面强度的要求。
3.2.1出口洞门的检算
检算翼墙时取洞门端墙前之翼墙宽1m的条带“Ⅰ“，按挡土墙检算偏心、强度及稳定性。检算端墙与翼墙共同作用部分“Ⅱ“的滑动稳定性。
检算条带“Ⅰ”
1.压力的计算
（1）各项物理学指标
　　　　　　f=0.6

（2）土压力系数的计算：

（3）土压力的计算：

稳定性及强度的检算：
倾覆稳定的验算：

满足倾覆稳定的要求。
滑动稳定的验算：

满足滑动稳定的要求。
（3）合力的偏心距的验算：

满足基底合力的偏心距。
（4）基底压应力的验算：
满足基底压应力的要求。
检算条带“Ⅱ”
土压力的计算：
由以上计算知：

2 墙身截面偏心的验算：

偏心距

满足墙身截面偏心的要求。
应力

因为出现负值，故尚因检算不考虑圬工承受拉力时受压区应力重分布的最大压应力。通过应力从分布，受压区的最大压应力
满足墙身截面强度的要求。

第四章 隧道洞身设计及配筋
4.1 Ⅴ级围岩隧道洞身设计及配筋
4.1.1荷载计算
根据分析并结合工程地质条件最终选定里程为DK8+720处的断面作为Ⅴ级围岩计算截面，隧道开挖宽度B=14.5m，高度H=12.3m，埋深H1=32m。
《铁路隧道设计规范》计算围岩松动压力的统计公式。

式中，hq——等效荷载高度值；
s——围岩级别，如Ⅲ级围岩，则s＝3；
γ——围岩容重，kN/m3；
ω——宽度影响系数，且；
B——坑道的宽度，m ；
i——以B=5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率，当B＜5m时，取i＝0.2，B＞5m时，取i＝0.1。
等效荷载高度值hq=14.04m，H1=32m时，，属于浅埋条件。
计算浅埋隧道围岩压力
此时

4.1.2内力计算
隧道工程建筑物是埋置于地层中的结构物，它的受力和变形与围岩密切相关，支护结构与围岩作为一个统一的受力体系相互约束，共同工作。这种共同作用正是地下结构与地面结构的主要区别。根据本工程浅埋及松散地层的特点，使用阶段结构安全性检算采用“荷载—结构”模式，即将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承。支护结构与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来实现的。
计算模型中，二衬结构采用弹性平面梁单元模拟，弹性抗力以及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。荷载组合为永久荷载、可变荷载和偶然荷载这三种荷载类型的组合形式，结构计算荷载为上述三类荷载同时存在的可能性进行最不利组合。为此将上述荷载乘以分项系数1.35。具体计算模型见图。

图4-1 计算模型图
采用ANSYS结构分析软件对结构进行荷载分析并计算结果得隧道断面的变形图、轴力图、弯矩图。

图4-2 变形图

图4-3 弯矩图

图4-4 轴力图

4.1.3配筋计算及检算
根据内力图知道：
最大正弯矩为M＝183045N·m；轴力为N=1745900N。
最大负弯矩为 M=-189587N·m；轴力为N=1453400N；
衬砌单元截面为b×h=1000mm500mm，考虑挠度影响的轴向力偏心距增大系数，对隧道衬砌取=1.0，衬砌混凝土等级为C35，混凝土弯曲抗压强=14.3Mpa，钢筋采用HRB400，抗拉、抗压强度=360MPa，=0.56。取=50mm，则=450mm。
一、配筋计算
1．结构承受最大正弯矩的配筋计算：
矩形截面的配筋计算：M=183045N·m N=1745900N
初始偏心距e0:
；
所以要考虑附加偏心矩的影响，故取
此时的初始偏心矩为：；
大小偏心距的判别： 按《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）有：

所以按小偏心计算。
此时离纵向力较远的一侧钢筋取：

由于N=775381N〈
故可不按离轴向力较远一侧混凝土先压坏情况验算面积
选
为充分发挥混凝土的受压特点——补充如下方程：
＝0.56；

取：4 1017；

非少筋。

非超筋。
满足要求！
2．结构承受最大负弯矩的配筋计算：
矩形截面的配筋计算：M=189587N·m N=1453400N
初始偏心距e0:
；
所以要考虑附加偏心矩的影响，故取
此时的初始偏心矩为：；
大小偏心距的判别： 按《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）有：

所以按大偏心计算。设纵向受拉钢筋的面积为As‘（离轴力N比较近）；离轴力比较远的钢筋面积为As；
根据平衡方程得：
；
；
公式中：
;

为充分发挥混凝土的受压特点——补充如下方程：
＝0.56；
联解以上方程得：

式中：
；
；

但根据规范要求，钢筋混凝土的配筋不得小于规定得最小配筋（构造配筋）。
所以，此处按构造配筋：

取：4 1256；

非少筋。

非超筋。
满足要求！
以上是隧道衬砌的最大正弯矩和最大负弯矩的配筋计算，但对于一个就要承受最大正弯矩又要承受最大负弯矩的构件来说，它的上缘筋就应该是其承受最大负弯矩时的受拉筋，同样，它的下缘筋就应该是其承受最大正弯矩时的受拉筋。
根据上面的计算可以得知：对于本设计衬砌的配筋应该同样是：4Φ20

非少筋。

非超筋。
验算合格！
二．Ⅴ级围岩衬砌安全性评价：
1.抗拉检算：
由于，不需要检算抗压强度，只要检算抗拉强度和裂缝。
根据《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）的规定：隧道衬砌大偏心受压混凝土构件，在最后的检算主要是受拉裂缝的检算，主要裂缝检算合格，就可以不验算此项。
2.裂缝验算：
（1）、最大正弯矩裂缝检算
因为：
所以不需要进行裂缝验算。
（2）、最大负弯矩裂缝检算
因为：
所以不需要进行裂缝验算。
3.截面强度检算
根据《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）的有关规定：钢筋混凝土矩形截面的偏心构件（），其截面强度检算应按照以下公式进行：

其中：K－安全系数，按规范有关规定采用；
－混凝土弯曲抗压极限强度；
—钢筋的抗拉或抗压计算强度；
－受拉和受压区钢筋的截面面积；
在本设计中，以上参数的取值为：
（1）最大正弯矩
K＝2.4，＝21.0MPa, =520MPa,
,b=1000mm, x=122.1mm;
代入计算有：
左边＝2190160N；
右边＝2564100N;
左边<右边
满足要求！
（2）最大负弯矩
相关参数如下：
K＝2.4，＝21.0MPa, =520MPa,
,b=1000mm ， x=130m
带入计算有：
左边=1901060N
右边=3163100N
显然左边〈右边
满足要求！
对于本设计的衬砌配筋就按以上计算的选取，对称配筋每侧钢筋为4Φ20。

4.2 Ⅳ级围岩隧道洞身设计及配筋
4.2.1荷载计算
根据分析隧道平面图、隧道纵断面图、隧道横断面图并结合工程地质条件最终选定里程为DK8+780处的断面作为Ⅳ级围岩计算截面，隧道开挖宽度B=14.3m，高度Ht=12.2m，埋深48m
《铁路隧道设计规范》计算围岩松动压力的统计公式。

式中，hq——等效荷载高度值；
s——围岩级别，如Ⅲ级围岩，则s＝3；
γ——围岩容重，kN/m3；
ω——宽度影响系数，且；
B——坑道的宽度，m ；
i——以B=5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率，当B＜5m时，取i＝0.2，B＞5m时，取i＝0.1。
等效荷载高度值hq=6.95m，H1=48m时，，属于深埋条件。
垂直荷载
水平荷载
考虑水压力的作用后
垂直荷载
水平荷载 拱顶处
仰拱处
4.2.2内力计算
采用ANSYS结构分析软件对结构进行荷载分析并计算结果得隧道断面的变形图、轴力图、弯矩图。

图4-5 变形图

图4-6 弯矩图

图4-7 轴力图
4.2.3 配筋计算及检算
根据内力图知道：
最大正弯矩为M＝176180N·m；轴力为N=1964000N。
最大负弯矩为M=-14595N·m；轴力为N=1453400N；
衬砌单元截面为b×h=1000mm450mm，考虑挠度影响的轴向力偏心距增大系数，对隧道衬砌取=1.0，衬砌混凝土等级为C35，混凝土弯曲抗压强=14.3Mpa，钢筋采用HRB400，抗拉、抗压强度=360MPa，=0.56。取=35mm，则=415mm。
1．结构承受最大正弯矩的配筋计算：
矩形截面的配筋计算：M=176180N·m N=1964000N
初始偏心距e0:
；
所以要考虑附加偏心矩的影响，故取
此时的初始偏心矩为：；
大小偏心距的判别：按《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）有：

所以按小偏心计算。

由于N=1964000N〈
故可不按离轴向力较远一侧混凝土先压坏情况验算面积
选
为充分发挥混凝土的受压特点——补充如下方程：
＝0.56；

取：4 1017；

非少筋。

非超筋。满足要求！
2．结构承受最大负弯矩的配筋计算：
矩形截面的配筋计算：M=-145950N·m N=1453400N
初始偏心距e0:
；
所以要考虑附加偏心矩的影响，故取
此时的初始偏心矩为：；
大小偏心距的判别： 按《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）有：

所以按小偏心计算。
此时离纵向力较远的一侧钢筋取：

由于N=1453400N〈
故可不按离轴向力较远一侧混凝土先压坏情况验算面积
选
为充分发挥混凝土的受压特点——补充如下方程：
＝0.56；

取：4 1017；

非少筋。

非超筋。满足要求！
以上是隧道衬砌的最大正弯矩和最大负弯矩的配筋计算，但对于一个就要承受最大正弯矩又要承受最大负弯矩的构件来说，它的上缘筋就应该是其承受最大负弯矩时的受拉筋，同样，它的下缘筋就应该是其承受最大正弯矩时的受拉筋。
根据上面的计算可以得知：对于本设计衬砌的配筋应该同样是：4Φ18

非少筋。

非超筋。
验算合格！
二．衬砌安全性评价：
1．抗压强度检算：
根据《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）的规定：混凝土矩形截面轴心和偏心受压构件的抗压强度应按照以下公式进行：

其中：－混凝土的抗压极限强度；
K－安全系数；
B—截面宽度；
H—截面厚度；
φ—构件纵向弯曲系数；
α—轴向力的偏心影响系数；
由于，不需要检算抗压强度，只要检算抗拉强度和裂缝。
2.裂缝验算：
（1）最大正弯矩裂缝检算
因为：
所以不需要进行裂缝验算。
（2） 最大负弯矩裂缝检算
因为：
所以不需要进行裂缝验算。
3 截面强度检算
根据《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）的有关规定：钢筋混凝土矩形截面的偏心构件（），其截面强度检算应按照以下公式进行：

其中：K－安全系数，按规范有关规定采用；
－混凝土弯曲抗压极限强度；
—钢筋的抗拉或抗压计算强度；
－受拉和受压区钢筋的截面面积；
在本设计中，以上参数的取值为：
（1）最大正弯矩
K＝2.4，＝21.0MPa, =520MPa,
,b=1000mm, x=137.3mm;
代入计算有：
左边＝4713600N；
右边＝28833000N;
左边<右边
满足要求！
（2）最大负弯矩
相关参数如下：
K＝2.4，＝21.0MPa, =520MPa,
,b=1000mm ， x=101.7m
带入计算有：
左边=4238160N
右边=21357000N
左边〈右边
满足要求！
对于本设计的衬砌配筋就按以上计算的选取对称配筋对称配筋每侧钢筋为4Φ18。
。

4.3 Ⅲ级围岩隧道洞身设计及配筋
4.3.1荷载计算
根据分析隧道平面图、隧道纵断面图、隧道横断面图并结合工程地质条件最终选定里程为DK8+950处的断面作为Ⅲ级围岩计算截面，隧道开挖宽度B=14.1m，高度Ht=12.1m，埋深102m
《铁路隧道设计规范》计算围岩松动压力的统计公式。

式中，hq——等效荷载高度值；
s——围岩级别，如Ⅲ级围岩，则s＝3；
γ——围岩容重，kN/m3；
ω——宽度影响系数，且；
B——坑道的宽度，m ；
i——以B=5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率，当B＜5m时，取i＝0.2，B＞5m时，取i＝0.1。
等效荷载高度值hq=3.44m，H1=102m时，，属于深埋条件。
垂直荷载
水平荷载
考虑水压力的作用后
垂直荷载
水平荷载 拱顶处
仰拱处

4.3.2内力计算
采用ANSYS结构分析软件对结构进行荷载分析并计算结果得隧道断面的变形图、轴力图、弯矩图。

图4-8 变形图

图4-9 弯矩图

图4-10 轴力图

4.3.3配筋计算及检算
根据内力图知道：
最大正弯矩为M＝104850N·m；轴力为N=1467100N。
最大负弯矩为 M=-88988N·m；轴力为N=1327800N；
衬砌单元截面为b×h=1000mm400mm，考虑挠度影响的轴向力偏心距增大系数，对隧道衬砌取=1.0，衬砌混凝土等级为C35，混凝土弯曲抗压强=14.3Mpa，钢筋采用HRB400，抗拉、抗压强度=360MPa，=0.56。取=35mm，则=365mm。
1．结构承受最大正弯矩的配筋计算：
矩形截面的配筋计算：M=104850N·m N=1467100N
初始偏心距e0:
；
所以要考虑附加偏心矩的影响，故取

此时的初始偏心矩为：；
大小偏心距的判别： 按《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）有：

所以按小偏心计算。
此时离纵向力较远的一侧钢筋取：

由于N=1467100N〈
故可不按离轴向力较远一侧混凝土先压坏情况验算面积
选
为充分发挥混凝土的受压特点——补充如下方程：
＝0.56；

取：4 1017；

非少筋。

非超筋。满足要求！
2．结构承受最大负弯矩的配筋计算：
矩形截面的配筋计算：M=-88988N·m N=1327800N
初始偏心距e0:
；
所以要考虑附加偏心矩的影响，故取

此时的初始偏心矩为：；
大小偏心距的判别： 按《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）有：

所以按小偏心计算。
此时离纵向力较远的一侧钢筋取：

由于N=1327800N〈
故可不按离轴向力较远一侧混凝土先压坏情况验算面积
选
为充分发挥混凝土的受压特点——补充如下方程：
＝0.56；

取：4 1017；

非少筋。

非超筋。满足要求！
以上是隧道衬砌的最大正弯矩和最大负弯矩的配筋计算，但对于一个就要承受最大正弯矩又要承受最大负弯矩的构件来说，它的上缘筋就应该是其承受最大负弯矩时的受拉筋，同样，它的下缘筋就应该是其承受最大正弯矩时的受拉筋。
根据上面的计算可以得知：对于本设计衬砌的配筋应该同样是：4Φ18

非少筋。

非超筋。
验算合格！
二．衬砌安全性评价：
根据《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）的规定：混凝土矩形截面轴心和偏心受压构件的抗压强度应按照以下公式进行：

其中：－混凝土的抗压极限强度；
K－安全系数；
B—截面宽度；
H—截面厚度；
φ—构件纵向弯曲系数；
α—轴向力的偏心影响系数；
最大正弯矩和最大负弯矩均属于小偏心，需按下面方式检算。
（1）最大正弯矩：
K=2.0 N=1467100N

满足要求。
（2）最大负弯矩：
K=2.0 N=1327800N

所以有满足要求。
对于本设计的衬砌配筋选取对称配筋每侧钢筋为4Φ18。
第五章 隧道施工组织设计
5.1隧道概述：
隧址位于榜山镇林美村与后塘村之间，属低山丘陵地貌，地形起伏较大，相对高差达201.1m；自然坡度为10-15度，偶见陡坡，植被发育。
本隧道起点里程为DK8+597，讫点里程为DK9+767，全长932m，位于直线上，隧道纵坡度为-1%。其主要岩性为：1.粉质黏土：褐黄色、灰黄色，硬塑，成份以黏粉粒为主，含有15%中粗砂，黏性一般。主要分布在隧道区域表层，属Ⅱ级普通土，C组填料。2.花岗闪长岩W4：全风化，褐红色、灰黄色，原岩结构已破坏，岩芯呈土柱状，矿物以长石、石英为主、含少量黑云母，除石英矿物外，其他矿物基本分化成黏土状，遇水易软化、崩解，属Ⅲ级硬土，C组填料。
3.花岗闪长岩：强风化，灰黄色、灰褐色，中粒结构，块状构造，主要矿物成分由石英、长石、角闪石及少量黑云母等组成，裂隙很发育，岩芯呈碎块状，锤击易碎，属Ⅳ级软石，A组填料。4.花岗闪长岩：弱风化，灰白色，中粒结构，块状构造，岩质新鲜，成分以长石、石英、角闪石为主，岩体裂隙较发育，岩芯呈柱状，锤击声较脆，较难碎，岩体完整程度为较破碎，属Ⅴ级次坚石，A组填料。
5.1.1资料依据：
（1）施工期限，根据指导性施工组织安排本隧道施工的总期限。
（2）设计和施工规范及有关技术原则。
（3）初步设计（扩大初步设计）或技术设计以及施工调查资料。
（4）概算定额或统计分析资料。
5.1.2施工准备工作
施工准备工作应根据调查资料，对洞外相邻工程、既有建筑及其他设施的拆迁作出施工安排；研究和分析施工地段交通运输条件的利用程度，并对拟建施工运输道路作出比选方案；根据洞口可供施工场地布置的条件提出分期用地、材料供应、供水和节约能源等方案；对施工中和运营后周围环境的影响（污水、废气、噪声等）提出必要的防治措施。
同时应考虑修建临时运输便道、轻型轨道，临时房屋、临时通信、给水、照明、附属企业、料库以及施工场地平整，材料机具配备运送，洞外天沟、侧沟及场地排水，改移道路及拆迁建筑物等的工程数量及需要时间，这些工作可与洞外土石方同步进行，在进洞前应先对洞口工程作出安排；凡对隧道出渣有干扰的桥涵（含泄水洞）要先安排施工。
5.2施工方法：
5.2.1施工方法选择的原则
隧道施工方法应根据工程地质和水文地质资料、开挖断面的大小、衬砌类型、隧道长度、工期要求等综合因素研究确定。对地质条件变化较大的隧道，选用的施工方法，应有较大的适应性，当需要变更施工方法时，以较少影响施工进度为原则，一般不宜考虑多种施工方法，但应考虑对某些地层变化情况所采用相应的辅助施工方法。
隧道采用钻爆法施工，一般选用全断面法，台阶法和导坑法，但应优先选用全断面及台阶法，应尽量减少对地层的多次扰动和破坏。
本隧道施工方法为上导坑法开挖，喷锚施工支护。
1.洞口开挖：
洞口开挖前应作好天沟等防排水设施，再进行开挖边、仰坡，尽早修建洞门，以策安全。施工时应逐段核实围岩类别，取样化验地下水，若设计与实际不符，应及时提出，以便处理。
洞口围岩岩性较差，所以衬砌应紧跟开挖，遵循“短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌”的原则。（详见《铁路隧道设计技术手册》）
2 洞身开挖：
洞身采用新奥法施工，采用上导坑法，由顶设上导坑引进依次扩大，灌注拱圈，在拱圈掩护下进行下部后续工序，拱部采用扇形支撑，扩大开挖断面分块较小，做到随挖随撑，底部拉槽分块进行。上弧形导坑断面高2.6-2.9m，宽5.6-6.1m，一次爆破，锚喷支护，机械装碴。
主要优点：
仅开挖一个上导坑造价低，并对围岩破坏扰动较小。
各个工序依次分部前进，工作简单。
下部后续工序施工在拱圈保护下进行较为安全。
石质好的隧道可节省脚手架及支撑木料。
主要缺点：
在松软围岩中，支撑架设复杂，抽换多，易造成支撑下沉变形，影响净空和衬砌进度。
拱部运输、通风、排水困难。
工序干扰大，施工进度慢；衬砌整体性差。
当地质条件变化时，不易改变施工方法。
施工注意事项：
松软围岩，衬砌应紧跟开挖，做到“短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌”；
支撑架设中应尽量减少支撑的抽换，需要替换时，应按“先顶后拆”的原则处理；
挖中槽（挖底）时，为防止拱脚内移应安设卡口梁，当作为栈道运输时，应加强支撑