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1、石家庄铁道大学毕业设计铁路客运专线隧道设计与施工Tunnel Design and Construction of Passenger Railway Line 2012 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 2012年 6 月1日毕业设计成绩单学生姓名闫春圆学号20080136班级土0801-5专业土木工程毕业设计题目铁路客运专线隧道设计与施工指导教师姓名高新强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铁路客运专线隧道设计与施工 专 业土木工程班 级土0801-5学生姓名闫春
2、圆承担指导任务单位土木工程学院导师姓名高新强导师职称副教授一、设计内容对铁路客运专线石门圩隧道进行设计，内容主要有：1.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。2.工程概况：包括本工程的设计范围、工程地质、水文地质概述；地面环境等。3.高速隧道结构选型及构造要求：包括结构选型、衬砌的构造要求、支护和衬砌设计参数的确定。4.隧道衬砌结构设计检算：包括计算荷载的确定、计算模型的建立、衬砌结构计算及整理、结构配筋计算。5.施工方法设计：包括主要施工方法的确定、主要施工工艺方法、施工组织、指导性施工进度、施工监控量测等。应附图：地质纵剖面图、支护结构设计横剖面图、衬砌结构横剖面图、防水
3、结构图、监控量测测点布置图等。6外文翻译，隧道英文论文翻译。二、基本要求1.通过文献、资料阅读，掌握罗而庄隧道地层特性及高速铁路隧道结构设计方法。2.熟悉衬砌结构设计计算方法。3.掌握隧道施工方法及施工组织设计。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.隧道设计规范；2.隧道施工规范；3.混凝土结构设计规范；(GBJ10-89)4.隧道设计手册；5.隧道施工手册；6. 高速铁路隧道相关资料、文献等。五、进度计划第1周 熟悉资料，查阅文献，弄清设计意图、外文翻译；第2周 写出开题报告； 第36周 隧道衬砌结构设计检算；第711周 施工方法设计； 第1214周 防水设计、监控量测
4、设计；第15周 文整，答辩。教研室主任签字时间 年 月 日毕业设计开题报告题目铁路客运专线隧道设计与施工学生姓名闫春圆学号20080136班级土0801-5专业土木工程一、 研究背景 21世纪是大力开发地下空间的世纪，对于城市建设来说，利用地下空间立体式交叉建设，解决地面紧张、交叉路口的阻塞，疏导交通保护环境提高社会综合效益，并最总建成满足城市可持续发展现代化城市主题交通体系，使城市成为人和自然和谐，具备可持续发展的绿色城市。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
5、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。 石门圩一号隧道位于江西省会昌县境内，隧道全长335m，隧道进出口里程分别为：DK106+960、DK107+295；隧线分界里程分别为：DK106+960、DK107+295。该隧道为时速200km客货共线铁路双线隧道，隧道内线间距为4.516m。隧道纵断面：隧道内自进口至出口纵坡为5.8的上坡。隧道平面：DK106+960（进口）DK107+295（出口）段位于右偏的曲线上，右线曲线半径为3800m。隧道内铺设有砟轨道，直线地段轨道结构高度为766mm。 隧道最大埋深约37m，通过地层岩性主要为弱风化灰岩，地下水发育，
6、部分地段岩溶发育。二、国内外研究现状目前我国铁路隧道在数量上、总长度上已处于世界领先地位。据不完全统计，中国自1949年10月至2005年末的半个多世纪以来，共建成铁路隧道6874座，总延长4158km，连同此前修建的664座，总延长156km的隧道，现中国铁路建成的隧道达7538座，总延长4134km。其中长度大于5km的隧道有53座。2006年在建的隧道有17585座，总延长2164km，即将开工的高速铁路隧道约146座，长度约184km，规划修建的客运共线铁路隧道长度约2100km，其中特长隧道约760km。这一组组生机勃勃的数字，足以显示中国铁路隧道光辉的历程和美好的发展其前景。在亚洲
7、，日本于1964年便建成了世界上第一条高速铁路东海新干线，其后又相继完成多条新干线，目前已形成2175km的新干线，并且还有新建干线和改造既有的计划。在韩国和我国台湾也在建设高速铁路，我国的邻国印度也在开展高速铁路建设的前期工作。在欧洲，发展高速铁路的国家很多。截止2002年末，欧洲高速铁路已有3260km投入运营，预计到2010年将达到6000km。欧洲高速铁路始于法国，其后，在德国、意大利、西班牙都相继有高速铁路建成。目前，除以上国家外，比利时、荷兰和东欧及南欧的一些国家都在积极地进行高速铁路建设的准备。在美洲和大洋洲，美国已经开始了拟定高速铁路的建设规划，澳大利亚也已经对其东海岸铁路进行
8、高速论证。三、主要研究内容对于本毕业设计主要有两个方面，一是隧道的结构设计，包括二次衬砌厚度，以及采用的混凝土衬砌，并且进行荷载计算、内力分析和二次衬砌配筋设计。其中主要包括初期喷射混凝土，厚度，锚杆长度，采用何种锚杆，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，钢拱架采用何种型号，标号，间距，采用的钢筋网网格间距。二是施工方案设计，包括：开挖施工方法，采用哪种爆破设计，采用哪种运输方式，出渣方式，以及初期支护的各个施工工艺环节，进行二次衬砌的施做，以及防水排水工艺，如何布置施工通风，以及施工监控量测的主要项目及测点布置，包括必测项目和选测项目，如何
9、进行科学的施工组织管理。主要分项的施工工艺包括如何打锚杆，喷射混凝土，铺钢筋网，架设钢拱架。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。 利用容许应力法进行配筋设计，即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
10、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、预期结果设计中通过对结构所受的荷载，进行ANSYS建模,来计算出某点所受的轴力和弯矩，然后通过计算出来的内力进行衬砌结构的配筋设计。隧道施工组织设计中，初期支护包括锚喷支护，架设钢拱架，钢筋网，以及二次衬砌要及时施做，采用有轨运输方式进行出渣，利用斜井进行通风，排水，二次衬砌及时跟上。六、进度计划第1周 熟悉资料，查阅文献，弄清设计意图、外文翻译；第2周 写出开题报告； 第36周 隧道衬砌结构设计检算；第711周 施工方法设计； 第1214周 防水设计、监控量测设计；第15周 文整，答辩。指导教师签字时 间 年 月 日摘要石门圩
11、隧道全长335m，隧道进出口里程分别为：DK106+960、DK107+295；该隧道为时速200km客货共线铁路双线隧道.隧道内铺设有砟轨道，直线地段轨道结构高度为766mm。隧道最大埋深约37m，通过地层岩性主要为弱风化灰岩，地下水发育，部分地段推测岩溶发育。首先，根据隧道的工程概况拟定相关参数对隧道各级各段进行深浅埋判断，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。施工方法的选择：级围岩采用全断面法，级围岩采用台阶法，级围岩采用中隔壁法。然后对小
12、导管、锚杆、钢筋网、钢架和喷射混凝土的施工要点及注意事项进行详细阐述。再对初期支护和二次衬砌进行施工方法设计。最后再对石门圩隧道的防排水工艺进行设计。关键词： 客运专线 结构计算 隧道施工 监控量测AbstractShimenxu tunnel length of 335 m, tunnel for import and export mileage respectively: DK106+960, DK107 + 295; The tunnel for a speed of 200 km of railway passenger line double tunnel. Tunnel have
13、 laid in a frantic jumble orbit, the linear sector of track structure height is 766 mm. The biggest tunnel buried depth about 37 m, through the rocks mainly for the weak weathered limestone, groundwater development, part of the karst development area.First, determine the depth of all levels of the t
14、unnel 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 ch
15、eckup. Secondly, proposed construction program according to the level of the surrounding rock tunnel construction scheme with different selection and design of construction program. The choice of construction methods: grade rock using full face excavation method, grade rock by step method, grade roc
16、k used CD method. Then detail the construction elements and attention matters of the small pipe, bolt, steel mesh, steel and shotcrete. Then design construction method of the initial support and the secondary lining. Finally, design the Drainage process of the Shimenxu Tunnel.Key words: Passenger de
17、dicated lines Structural calculation Tunneling construction Monitoring measuring目录第1章 绪论11.1 研究背景及国内外现状11.2 主要研究内容2第2章 工程概况32.1 工程概况32.2 工程地质特征32.2.1 地形32.2.2 地层岩性32.2.3 地质构造32.2.4 水文地质42.2.5 物理地质42.2.6 工程措施建议4第3章 结构设计63.1 主要设计依据及技术标准63.1.1 设计依据63.1.2 设计标准63.2 结构计算原理63.3 计算荷载73.4 衬砌内力计算103.5 衬砌截面配筋计
18、算依据183.5.1 截面配筋方法183.5.2 配筋结果203.5.3 最大裂缝宽度检算20第4章 隧道施工方案214.1 施工总方案214.2 进洞方案214.3 不同围岩段的开挖方法224.3.1 级围岩段开挖方法224.3.2 级围岩段开挖方法234.3.3 级围岩段开挖方法234.3.4 各围岩段开挖方法汇总244.4 各开挖方法间的转换254.4.1 CD法与长台阶法的相互转换254.4.2 三台阶法到CD法的转换254.4.3 台阶法到三台阶法的转换254.5 爆破设计264.5.1 级围岩爆破设计264.5.2 级围岩爆破设计294.5.3 级围岩爆破设计334.5.4 级围岩
19、浅埋爆破36第5章 隧道施工工艺435.1 小导管注浆施工工艺435.2 基底注浆施工工艺445.3 大管棚注浆施工工艺455.4 装渣与运输465.5 初期支护施工工艺465.5.1 喷射混凝土施工工艺465.5.2 锚杆施工工艺485.5.3 钢筋网施工工艺495.5.4 钢拱架施工工艺505.6 防排、水工程施工工艺515.6.1 隧道衬砌排水515.6.2 采用防水混凝土515.6.3 施工缝和变形缝防水525.6.4 初期支护和二次衬砌之间防水525.6.5 洞内排沟施工535.7 二次衬砌施工工艺545.7.1 二次衬砌混凝土545.7.2 二次衬砌模板台车555.7.3 二次衬砌
20、施工要点55第6章 隧道施工现场监控量测566.1 监测目的566.2 监测项目566.3 监控量测流程566.4 测点布置576.5 量测频率586.6 监控量测数据分析与反馈58第7章 结论与展望597.1 结论597.2 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85第1章 绪论1.1 研究背景及国内外现状目前，我国铁路的运营里程已居世界第三位和亚洲第一位，其年货物发送量和旅客周转量均为世界第一，客货周转量分别占全社会的35%和53%以上。作为一个铁道大国，根据铁道部提出的跨越式发展思路，我国理应尽快发展高速铁路。最近，国家批准了京津，石太，武广，郑西，合宁，合武，
21、甬温，温福，福厦等9个客运专线项目。其中，石太客运专线已于2005年6月11日开工，其正线长189.93km，其中隧道32座，约74.58km，占线路总长的39.3%。武广客运专线也于2005年6月23日开工，其正线长989km，其中隧道236座，约168km，占线路总长的16.9%。 郑西客运专线于2005年9月25日开工，其正线总长454km，其中隧道总长约为74km，占线路总长的16.3%。总体上讲，这9个客运专线项目，正线总长3139km，隧道约667km，占线路总长的21.2%。因此，现如今在我国研究铁路客运专线隧道的设计和施工是一个相当紧迫的任务。在我国，铁路客运专线设计与施工还是
22、一个全新的领域。认真学习借鉴发达国家客运专线经验，潜心研究和掌握客运专线技术，是摆在我国铁路各级领导和广大工程技术人员面前的一项重要任务。在我国，高速铁路的研究工作起步于20世纪90年代，现已为高速铁路的建设做了大量的技术准备。但是，我国毕竟没有高速铁路修建的实践经验，而高速铁路又是涉及面积广、科技水平极高的系统工程，因此，我们应贯彻“先进、成熟、经济、实用、可靠”的技术方针，开创我国客运专线和高速铁路事业。国外高速铁路隧道发展现状：以意大利佛罗伦萨博洛尼亚高速铁路隧道为例。意大利佛罗伦萨博洛尼亚高速铁路隧道投资27亿美元，全长78km约94%穿越亚平宁山脉。其开挖断面为135m2 。采用方法
23、有：钻爆法、装有剥离破碎装置或液压锤的机械开挖，1.5km用明挖。最长18561m。 采用“ADECO”设计理念。针对沿线地层复杂多变，部分地段存在高应力、 大变形的挤压岩层，地质条件较差的情况。类似我国 “动态设计、信息化施工”的概念。基本程序是通过 大量地质勘查和土工试验，经计算具体分析，预测隧道开挖后岩体变形收敛情况及稳定状况，针对不同的情况，采取有针对性支护方式及结构设计参数，进行预设计。施工中加强监控量测及预测预报，将信息及时反馈给设计者，对预设计安全度进行评估，必要时及时调整设计参数，指导施工。 处理困难的岩土应力-应变情况证明是有价值的。意大利佛罗伦萨博洛尼亚高速铁路隧道以新奥法
24、原理贯彻，特别强调软弱围岩地段隧道开挖后，及时对开挖断面周边径向进行支护。二次衬砌紧跟、仰拱超前施作等措施对软弱围岩施工具有较强的指导意义。大断面软弱围岩开挖支护，初期支护变形 2030mm，初期支护厚度最大达550mm，对我国高速铁路隧道大断面隧道设计参数的确定有一定参考价值。意大利佛罗伦萨博洛尼亚高速铁路隧道采用超前支护措施，针对不同的地质情况，采取超前锚杆、全断面帷幕注浆等支护措施。玻璃纤维锚杆，在国内运用较少，其超前支护长度达24m，目前国内使用大管棚超前支护措施，施工进度较慢。密集隧道群总体施工组织根据该段隧道工程的特点、造价及工期（5年）要求，采用钻爆法、装有剥离破碎装置或液压锤的
25、机 械开挖进行施工，共修建总长19km辅助坑道和100km 施工便道，开辟40个工作面进行施工，隧道平均掘进速度36m/d。1.2 主要研究内容石门圩一号隧道位于江西省会昌县境内，隧道全长335m，隧道进出口里程分别为：DK106+960、DK107+295；隧线分界里程分别为：DK106+960、DK107+295。该隧道为时速200km客货共线铁路双线隧道，隧道内线间距为4.516m。隧道纵断面：隧道内自进口至出口纵坡为5.8的上坡。隧道平面：DK106+960（进口）DK107+295（出口）段位于右偏的曲线上，右线曲线半径为3800m。隧道内铺设有砟轨道，直线地段轨道结构高度为766m
26、m。隧道最大埋深约37m，通过地层岩性主要为弱风化灰岩，地下水发育，部分地段岩溶发育。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。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。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。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：平面图、纵剖面图，结构横剖面图，配筋图，施工监测测点布置图等。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 工程概况石门圩一号隧道位于江西省会昌县境内，隧道全长335
27、m，隧道进出口里程分别为：DK106+960、DK107+295；隧线分界里程分别为：DK106+960、DK107+295。该隧道为时速200km客货共线铁路双线隧道，隧道内线间距为4.516m。隧道纵断面：隧道内自进口至出口纵坡为5.8的上坡。隧道平面：DK106+960（进口）DK107+295（出口）段位于右偏的曲线上，右线曲线半径为3800m。隧道内铺设有砟轨道，直线地段轨道结构高度为766mm。隧道最大埋深约37m，通过地层岩性主要为弱风化灰岩，地下水发育，部分地段岩溶发育。2.2 工程地质特征2.2.1 地形石门圩一号隧道地处南岭、武夷山、诸广三大山脉交接地区，地势四周高，中间低
28、。地貌以丘陵区为主，地形起伏较大，地势较陡，自然坡度为2535，植被较发育，以松树、杂草、低矮灌木为主。进口段乱掘现象严重，隧道左侧约70m为既有赣龙线。2.2.2 地层岩性洞口段上层为素填土，灰褐色。层厚约00.5m。之后地段上层为第四系残坡积层粉质黏土，褐黄色，硬塑，层厚约05.8m，分布于隧道出口段丘坡表层。下层为石碳系上统船山组灰岩，青灰、灰白色，弱风化。岩层产状为：32040。局部地段岩溶较发育，溶蚀现象严重，多以溶沟、溶槽为主。2.2.3 地质构造岩石节理发育，沿节理溶蚀现象严重。2.2.4 水文地质(1)地表水地表水以大气降水补给为主，不发育，地下水主要为基岩裂隙水、岩溶水，较发
29、育。(2)地下水根据附表一地下水化验指标，按照铁建设（2005）157号判定，隧址区地下水无化学侵蚀性。仅根据氯离子含量判定，地下水无氯盐侵蚀性。2.2.5 物理地质地震动峰值加速度为0.05g。地震动反应谱特征周期为0.35s。场地类别 III类。隧址区内未发现不良地质及特殊岩土。2.2.6 工程措施建议(1)隧道进、出口段、洞身等地段乱掘现象严重，岩体较破碎、地下水较发育，局部存在危岩落石，设计与施工应予以充分考虑，加强支护和防排水；(2)隧道施工单位在隧道施工前应在对隧道设计地质资料进行分析的基础上，开展地面地质调查，包括对地表不良地质体、地质构造、地层界限、特殊岩土体的性质或岩性、层位
30、、层序和规模等方面施工地质复查工作。(3)建议设计和施工采用基底注浆等措施，防止基底塌陷等对隧道的影响。(4)隧道弃碴可以用做路基填料，基岩弱风化属A、B组填料。(5)隧道施工应加强对隧道进出口边坡、浅埋、偏压地段洞内外岩土体的变形、位移监测和安全防护工作。(6)隧道施工过程中应积极开展隧道多种方式、方法相结合的长短期超前地质预测预报和施工地质灾害的监测、预警工作，并依据超前地质预报数据、开挖揭示的地质情况和监控量测数据，修改完善围岩分级。(7)隧道进出口，存在突泥、突水的可能性，设计和施工应加强防排水和支护，并加强超前地质预报工作和观测工作。施工中须加强岩溶水的提取和侵蚀性化验工作。岩溶发育
31、地段,应加强岩溶水的防排水设计和施工措施, 防止在隧道掘进过程中，易引起坍塌或涌水、突水等。(8)由于地质条件在空间变化的复杂性，根据地质测绘、以点代面的勘探来完全查明工程地质条件，存在一定的困难。在施工开挖、基础施工过程中出现与勘察成果不符的情况下，应由勘察设计单位确认是否进一步补充勘察工作，查明对线路工程的影响。隧道施工过程中若发现隧道洞身地质情况与设计不符时，应及时向监理、建设、设计通报和办理变更手续。(9)隧道施工时应合理设置弃碴场堆放弃碴，并做好拦碴坝和坡面植草防护，以免给当地的自然生态环境造成破坏及水土流失、碴层滑坡等不良地质问题。(10)线路左侧为既有线，请设计、施工予以充分考虑
32、。施工前，施工单位应进行调查，并对隧道施工可能诱发工程灾害的部位采取必要措施确保工程的安全。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)铁路隧道工程施工技术指南(TZ204-2008)(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)铁路喷射混凝土技术施工规范(6)铁路隧道施工规范(TB10204-2002) (7)铁路隧道防排水设计规范3.1.2 设计标准铁路等级：级 ； 正线数目：双线 ； 牵引种类：电力 ； 牵引定数：4000 t ；限制坡度：单机6
33、，双机13 ；最小曲线半径：1200m ; 设计行车速度：200km/h ；隧道建筑限界：“kh-200桥隧建筑限界”；闭塞类型：自动闭塞； 隧道内线间距: 4.516m 。隧道内轨道按重型轨道标准设计，预留特重型轨道条件。钢轨采用70kg/m，高强耐磨钢轨，一次铺设超长无缝线路。3.2 结构计算原理对隧道结构进行设计检算，主要是依据容许应力法原理，通过对衬砌结构建模，计算得出衬砌结构在荷载作用下的内力和位移，利用结构最危险点的内力对衬砌强度进行检算，对不满足强度要求的进行配筋。隧道衬砌结构检算的主要内容为：根据具体的工程对象，弄清隧道结构的几何参数和地质参数，包括结构的几何参数、弹簧的弹性常
34、数、上覆土的深度和容重、地面荷载、混凝土材料的容重和弹性模量以及土体的侧压力系数等参数；然后建立几何模型，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；接下来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。依据石门圩一号隧道的纵断面图，在围岩级别和地质条件不同的6个地段选取衬砌进行设计计算。从图中查处围岩衬砌段的起始里程、围岩级别、长度和埋深等数据，
35、统计见表3-1、3-2、3-3。 表3-1 隧道围岩分级起讫里程长度（m）围岩级别DK106+960DK106+99030DK106+990DK107+05565DK107+055DK107+08530DK107+085DK107+11530DK107+115DK107+295180石门圩隧道断面内轮廓线全部尺寸为B=12.46m，H=10.40m。根据铁路隧道设计规范，初步拟定初支和二衬厚度以及预留变形量，确定开挖宽度和高度，具体取值见表3-2。表3-2 围岩支护、预留变形量及开挖尺寸取值围岩级别初期支护厚(cm)二次衬砌厚度(cm)预留变形量(cm)隧道开挖宽度(cm)隧道开挖高度(cm)
36、154081372118125451014061200285015143212363.3 计算荷载(1)深、浅埋判定依据一般，深、浅埋隧道分界深度至少应大于坍方的平均高度且有一定余量，根据经验，这个深度通常为22.5倍的坍方平均高度值，即 (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在较坚硬围岩中取低限，结合隧道地质状况取值。当隧道覆盖层厚度时为深埋，hHp时为浅埋。 (3-2) (3-3)式中，hq等效荷载高度值；S围岩级别；宽度影响系数；B坑道宽度，以m计；B每增加1m时，围岩压力的增减率(以B=5m为基准)，当B 5m时，取。(2)各级围岩深浅埋判断如表3-
37、3表3-3 深、浅埋判断计算表围岩级别B(m) hq (m)Hp(m)h(m)埋深 13.52 1.8523.33366.667231.28537.27 深埋13.86 1.8866.789616.9745.77621.75 深埋、浅埋、超浅埋 14.121.91213.766434.416 033.7浅埋、超浅埋(3)各级围岩围岩压力的计算1)计算断面的选取在各级围岩中选取断面进行荷载计算。、级围岩地段包括深埋、浅埋、超浅埋两种情况，需各自进行计算。浅埋段在埋深最大处即深、浅埋分界处最不利。由于级为深埋隧道，埋深对围岩压力没有影响，因此任意选取截面进行计算。2)围岩压力的计算围岩压力的计算包
38、括垂直和水平压力的计算，随隧道的埋深不同，计算公式也不相同。通过查阅铁路隧道设计规范得到各级围岩的计算参数。深埋隧道围岩松动压力的计算方法双线铁路隧道垂直均布松动压力公式为： (3-4)式中，竖直均布松动压力；围岩容重。水平均布松动压力e可根据竖直均布松动压力求得见表3-4表3-4 水平均布松动压力围岩级别 水平均布压力0.12q0.2q0.4q浅埋隧道围岩松动压力的计算方法1.当隧道埋深h小于或等于等效荷载高度hq (即hhq)时为超浅埋。围岩垂直均布松动压力为 q=h (3-5)式中，h隧道埋置深度。围岩水平松动压力为 (3-6)式中，围岩计算摩擦角；隧道净高。2.当隧道埋深h大于等效荷载
39、高度hq (即（2.52.0）hqhhq)时为浅埋。 (3-7) (3-8)围岩垂直均布松动压力为 (3-9)围岩水平松动压力为 (3-10) (3-11)式中，破裂面倾角；围岩两侧摩擦角；侧压力系数。表3-5 围岩物理力学指标围岩级别重度()计算摩擦角()两侧摩擦角()24225645194527各级围岩所选截面的计算结果如表3-6所示。表3-6 荷载计算结果计算断面（深埋)（深埋）(浅埋)(超浅埋)(浅埋)(超浅埋)围岩压力(kN/m2)垂直均布压力q 80149.3712307.12149.371473.138261.562水平均布压力e9.6 29.87473.17626.228166
40、.55264.9093.4 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，进行力学计算。力学计算的全过程为：首先，依照截面尺寸，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。其中涉及到的参数有，C30混凝土的弹性模量是31109N/mm2，泊松比为0.2，密度为2500kg/m3，级围岩的弹性抗力系数为850106 Pa/m，级围岩的弹性抗力系数为350106 Pa/m，级围岩的弹性抗力系数为150106 Pa/m。图3-1 荷载结构计算模型图(1)级围岩深埋衬砌弯矩图如图3-2所
41、示、轴力图如图3-3所示。(2)级围岩深埋衬砌弯矩图如图3-4所示、轴力图如图3-5所示。(3)级围岩浅埋衬砌弯矩图如图3-6所示、轴力图如图3-7所示。(4)级围岩浅埋衬砌弯矩图如图3-8所示、轴力图如图3-9所示。(5)级围岩超浅埋衬砌弯矩图如图3-10所示、轴力图如图3-11所示。(6)级围岩超浅埋衬砌弯矩图如图3-12所示、轴力图如图3-13所示。图3-2 级深埋衬砌弯矩图(Nm)图3-3 级深埋衬砌轴力图(N）图3-4 级深埋衬砌弯矩图(Nm)图3-5 级深埋衬砌轴力图(N）图3-6 级浅埋衬砌弯矩图(Nm)图3-7 级浅埋衬砌轴力图(N）图3-8 级浅埋衬砌弯矩图(Nm)图3-9
42、级浅埋衬砌轴力图(N）图3-10 级超浅埋衬砌弯矩图(Nm)图3-11 级超浅埋衬砌轴力图(N） 图3-12 级超浅埋衬砌弯矩图(Nm) 图3-13 级超浅埋衬砌轴力图(N）围岩级别危险点轴力(N) 弯矩（NM） 浅埋 拱顶2662300298260拱腰3017800430140拱脚321920052602拱腰2200900312800仰拱3175600143320 浅埋拱顶1139000131940拱腰1827300152830拱脚21109008445.3拱腰207360078703仰拱1709600156790深埋拱顶89370068790拱腰105220034265拱脚10899002681拱腰96170079222仰拱63331067366衬砌危险点的轴力和弯矩见表3-7。表3-7 混凝土强度和钢筋强度3.5 衬砌截面配筋计算依据3.5.1 截面配筋方法 首先判断深浅埋，轴向力偏心距增大系数取为1.0。，钢筋的保护层厚度为级围岩取60mm，级围岩取65mm。根据式(3-13）和式(3-14)可对衬砌截面受压进行大、小偏心判断，然后配筋。根据铁路隧道规范，采用容许应力法进行配筋计算。计算围岩衬砌若需要配筋均采用两侧钢筋对称布置。即，即截面两侧用相同数量和钢号的配筋。(1)若不用配置钢筋，则其检算的
