斗篷山铁路隧道设计与施工 毕业设计.docx

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斗篷山铁路隧道设计与施工毕业设计

存档号：

学号：

毕业设计

斗篷山铁路隧道设计与施工

系部：

姓名：

专业：

城市轨道交通工程

指导教师Ⅰ：

二零一二年六月

毕业论文任务书学生用表

学生姓名

指导教师

毕业论文题目

斗篷山铁路隧道设计与施工

毕业论文要求：

1.通过调研，掌握高速铁路隧道的特点和要求；

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。

完成期限和主要措施：

1.2012年4月和指导老师联系确定设计题材；

2.2012年5月收集资料，按照设计要求去做；

3.仔细修改毕业设计内容和格式，并打印装订成册。

主要参考文献：

1.朱永全，宋玉香.隧道工程[M].北京：

中国铁道出版社，2005.

2.王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京:

人民交通出版社，2010.

3.关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京：

人民交通出版社，2003.

4.朱永全，宋玉香.地下铁道[M].北京：

中国铁道出版社，2006.

5.刘尧军，赵玉成，于跃勋.地下工程测试技术[M].成都：

西南交通大学出版社，2006.

6.叶见曙.结构设计原理[M].第二版.北京：

人民交通出版社，2005.

指导教师签名：

年月日

摘要

斗篷山隧道是时速300km的高速铁路隧道。

该隧道属于大断面的短隧道。

主要设计内容包括：

各级围岩荷载计算、利用有限元软件进行二衬的内力计算、开挖方法设计、爆破设计、复合式衬砌设计、防水以及监测等。

本设计中采用了新奥法施工，尽量保护围岩，发挥围岩的自承能力。

进口和出口段采用明挖法修建拱式明洞；洞身段III级围岩段采用爆破开挖；IV级围岩段采用台阶法预留核心土进行施工，机械开挖；V级围岩段采用了全断面法进行施工，机械开挖，同时采用超前锚杆进行超前预支护。

设计中介绍了开挖方法的具体施工流程。

施工工艺方面，整个施工过程中进行监控量测，保证施工安全和施工质量。

施工期间还采用地质雷达法和超前钻探取芯法进行超前预报，进一步保证了施工的安全进行。

此外设计中还给出了初期支护、二次衬砌和防排水施工工艺的措施和方案。

关键词：

高速铁路隧道；新奥法；结构计算；爆破设计；监控量测

第1章绪论

1.1研究背景

随着我国社会、经济的高速发展，全社会客运量和货运量都成倍增长。

铁路在长途运输中占有明显优势。

高速铁路是现代化铁路的重要标志，隧道是关键的基础工程之一。

高速铁路的修建为了获得更好的线路线性，为了环保的需要，必然会出现大量的隧道群。

目前我国大规模、高标准的铁路建设全面展开，客运专线对隧道的工程质量、耐久性、环境与水土保持、运营管理等提出了更高的要求。

近几年来，从引进时速200公里高速列车技术，到自主开发时速350公里、380公里“和谐号”动车组；从京津城际铁路运营到京沪高铁即将开通，中国迅速跨入引领世界的“高铁时代”！

而我国多山的特点使得对隧道技术的研究对实现高铁时代具有了更为重要的意义。

1.2国内外研究现状

高速铁路隧道与常速铁路隧道最大的区别就是当列车以高速通过隧道时，产生的空气动力学效应对行车、旅客舒适度、列车相关性能和洞口环境的不利影响十分明显，因此，在隧道断面确定的时候必须考虑到空气动力学效应。

施工方面，目前各国的高速铁路隧道施工方法仍以新奥法为主，以喷射混凝土锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，充分发挥围岩的自承能力的施工方法。

新奥法是按照实际观察到的围岩动态的各项指标来指导开挖隧道的方法。

新奥法施工原则可以归纳为充分保护，并利用围岩的自承能力；施工要点为控制爆破、锚杆支护和施工监测；实施方法为设计、施工和监测三位一体的动态模式。

隧道的开挖方法是影响围岩稳定的重要因素之一。

断面开挖方法的选择要注重开挖方法的多样性。

如开挖隧道的TBM法、矿山法、不是相互排斥的方法，而是可以选择、可以组合的方法。

在选择开挖方法时，一方面要考虑隧道围岩地质条件，一方面要考虑坑道范围内岩石的坚硬程度。

高速铁路隧道大部分属于大断面隧道，为了减少开挖对围岩的扰动，充分“保护围岩”，同时减小震动，保护隧道附近对震动有较高要求的结构物，选择部分地质件适宜的隧道采用铣挖机、单臂掘进机、液压破碎机、大功率挖掘机等装备开挖，将是一个发展趋势，这种采用非钻爆法施工的工法会逐步完善。

同时，国内外铁路隧道施工机械的发展正朝着高速、高精的数控技术发展。

国内外隧道施工都充分证实了在高速铁路隧道施工阶段，重视和加强地质超前预报，最大限度地利用地质理论和先进的地质超前预报技术，预测开挖工作面前方的地质情况，对于安全施工、提高工效、缩短施工周期、避免事故损失都具有重要意义。

随着科学技术的发展，超前地质预报的仪器设备也更加精密。

国内外隧道施工期地质超前预报技术方法的发展主要经历了地质法阶段、超前平行导坑阶段、超前水平钻孔阶段、无力探测法阶段。

目前应用较广的有TSP超前预报，和地质雷达超前预报法。

TSP超前预报系统具有适用范围广、预报距离长、时间短、对施工干扰小、费用少等优点，可推断断层和岩石破碎带等不良地质体的位置、规模、产状、及岩石动力参数。

地质雷达对隧底、边墙、隧顶外围岩的不良地质探测效果最好，在超前平行导坑中应用可对正洞起到超前地质预报的作用。

1.3本设计主要内容

（1）计算IV级、V级围岩荷载，确定不同的围岩级别条件下衬砌类型，衬砌长度，二衬厚度和计算配筋，进行洞身二衬结构检算，并绘制衬砌结构横剖面图，结构配筋图。

（2）按工程类比法确定不同的围岩级别条件下隧道的初支结构及形式。

（3）进行隧道总体施工方案设计，包括总体施工部署、进洞方案、洞身不同围岩段开挖方法等。

（4）设计具体的施工工艺，包括开挖、出碴、初支、二衬、防水工程、量测及其它相关施工工艺，绘制相应的施工工法步序。

第2章斗篷山隧道概况

2.1工程概况

本隧按行车最高速度V=300Km/h客运专线双线隧道设计，内轮廓执行。

洞内采用重型轨道碎石道床，铺设Ⅲ型轨枕及60kg/m钢轨。

设计轨面至道床底面高度为77cm，线间距4.6-5.0m。

隧道设双侧救援通道，宽度1.5m，救援通道通行面高出内轨顶面30cm。

⒈本隧道进、出口进采用斜切式洞门

⒉斜切式洞门的设计和明洞部分的施工

⑴本隧道在里程DIK186+226~DIK186+244为明洞部分，长度为18m。

由于埋藏较浅，一般在10~20米之间。

故采用明挖扩大法施工。

由于地质条件较差，为

围岩，在施工过程中要先作好防排地表水工作，开挖是要注意放坡和对边坡的防护。

施工时主要以机械开挖为主。

人工清底。

在部分地段辅助爆破开挖。

⑵在开挖过程中要注意对围岩的保护，减少对围岩的扰动。

第3章隧道主体工程

3.1隧道平面线形设计

3.1.1隧道平面

本隧道平纵方案主要由路线方案控制，这在路线方案中已有详述，具体隧道位置根据隧址区地形、地质工程条件、环境、造价、功能等因素综合确定，在综合考虑线形指标及工程造价的前提下，通过实地勘察，充分研究了隧道所处地域的地形、地质情况，主要考虑隧道进、出口地形条件、隧址区工程地质条件、营运管理设施场地等因素拟定本隧道方案。

3.2隧道纵断面设计

隧道纵断面设计综合考虑了隧道长度、主要施工方向、通风、排水、洞口位置以及隧道进、出口接线等因素。

3.3隧道横断面设计

3.3.1衬砌内轮廓

隧道内轮廓应符合相关规定的建筑限界的要求，考虑通讯、排水、装饰等其他设施需要的空间，各种设备均不得侵入建筑限界；衬砌内轮廓的形状和尺寸应考虑围岩类别、结构受力的特点及便于施工。

3.4隧道洞门设计

3.4.1洞门设计原则

根据隧道进出口地形和工程地质条件，结合开挖边仰坡的稳定性及洞口防排水需要，选用经济、美观并有利于视线诱导的洞门形式；在考虑尽量少刷坡和隧道“早进洞、晚出洞”的原则确定洞门位置。

为了确保洞口边仰坡的稳定性，不受可能出现的自然灾害、气象灾害的影响，同时对车辆行使的影响较小，隧道均修建洞门。

3.4.2洞门设计

进洞口地面横坡较缓，纵向坡度比较缓，考虑“早进洞”原则，接长明洞修筑削竹式洞门。

出洞口地面横坡较陡，纵向坡度比较缓，接长明洞设置了具有徽派建筑风格台阶式洞门。

洞门基础应落在稳定的基岩上，开挖后地基承载力不能满足洞门要求，应采用如注浆或设置基底锚杆加固地层，以提高地基承载力。

若开挖后如果地质条件与设计不相符时，应及时通知业主及设计单位，并根据隧道具体地质条件针对每座隧道洞门进行不同的处理。

隧道洞口的边坡及仰坡防护，主要采用铺设三维固土网植草绿化，临时仰坡根据具体地质条件采用锚、网、喷混凝土进行防护。

隧道洞门建筑材料采用C20片石混凝土，以达到施工方便、安全和快速，洞门墙采用饰面材料装饰。

3.5隧道衬砌结构设计

3.5.1隧道衬砌结构设计原则

隧道除洞口段结合地形、地质条件设置明洞外，其余均按新奥法原理设计，采用柔性支护体系结构的复合式衬砌，即以超前钢管注浆加固地层、系统锚杆、喷射混凝土、挂钢筋网、工字钢型钢钢架、格栅拱架等为初期支护，模筑混凝土或钢筋混凝土为二次支护，并在两次衬砌之间敷设PVC防水卷材及无纺土工布防水层。

隧道衬砌类型、衬砌断面型式、衬砌结构尺寸方案设计，主要采用工程类比法，结合构造要求及经济技术比较，根据围岩类别和洞室埋深条件拟定相应的支护类型，并对隧道结构进行必要的理论分析计算及校核，确定支护衬砌模式。

断面型式为：

本隧道均采用曲墙带仰拱衬砌。

风机悬挂段衬砌采用钢筋混凝土衬砌。

3.5.2特殊洞身结构设计

1）明洞工程

为了减少路基开挖形成的高边坡等病害对隧道口的威胁，洞口均设置了明洞衬砌，明洞采用C25钢筋混凝土结构。

2）Ⅴ级围岩洞口浅埋段处理

隧道洞口段埋深较浅，均为Ⅴ级围岩，故设置了钢筋混凝土衬砌，洞口段超前支护采用中管棚支护及锚网喷支护，同时辅以工字钢钢拱架支撑。

施工时应在进洞之前首先做好边仰坡的防护和加固，尽量减少对围岩的扰动，做到“管超前、强支撑”以确保施工安全。

3）跨越断层地段

本隧道穿越多条断层，断层破碎带内节理裂隙较发育，围岩稳定性差，地下水集中，施工时应施作超前钻孔探测前方地质及地下水情况，若可能发生涌水或突水情况，应及时通知设计研究处理措施，必要时可超前预注浆。

设计时对断层破碎带采用带有超前小导管支护及工字钢钢拱架支撑的Ⅴ加强衬砌结构。

第4章隧道施工

4.1总体方案

斗篷山隧道全程地质较单一，为第四系残积粉质粘土、黄褐色、硬塑、厚度0.5～1m，侏罗系上统白大畈组凝灰岩，紫灰色，全风化～弱风化，地下水不发育。

斗篷山隧道进口里程DK186+155，出口里程DK186+471，全长316m。

DK186+155-DK186+170和里程DK186+359-DK186+371段为V级围岩超浅埋段，拟采用明挖法施工,修建拱式明洞；DK186+170-DK186+207和DK186+342-DK186+359为V级围岩段，拟采用CRD法施工，施工采用超前注浆小导管进行预支护；DK186+207-DK186+250为IV级围岩段，拟采用台阶法进行爆破开挖，且采用超前注浆小导管进行预支护；DK186+250-DK186+342为III级围岩段，拟采用台阶法爆破施工。

4.2开挖方法和工序

4.2.1明洞和洞门施工

1.明洞和洞门施工前应复测中线、高程和模板的外轮廓尺寸（考虑预留沉降），确保衬砌不侵入设计轮廓线。

2.监控量测仪器齐备，测点布置合理，信息反馈准确及时。

3.混凝土的拌和设备、运输设备、衬砌模板台车以及洞门施工所需的提升设备、小型土石方压实机械等机械设备应性能良好，满足施工需要。

4.钢筋