高速铁路隧道设计与施工毕业设计.docx

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1、石家庄铁道大学毕业设计高速铁路隧道设计与施工Design and Construction of High-speed Railway 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 6 月 10 日精品文档，知识共享！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高速铁路隧道设计与施工指导教师姓名指导教师职称教授评定成绩指导得分教师评阅人得分答辩小组得分组长成绩：院长(主任) 签字：年月日毕 业 设 计任 务书题目高速铁路隧道设计与施工专业土木工程承担指导任务单位土木工程学院班 级导师姓名学生姓名导师职称教授一、设计内容对高速铁路何家

2、庄隧道进行设计，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. 高速铁路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

3、1. 通过文献、资料阅读，掌握何家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、监控量测设计； 第 15 周文整，答辩。教研室主任签字

4、时间年月日毕 业 设 计开 题报 告题目学生姓名一、研究背景高速铁路隧道设计与施工学号班级专业土木工程在科学技术飞速发展的现代社会，高速铁路已成为一个趋势，高速铁路发展必然伴随大量隧道工程的出现，主要的原因是高速铁路的线路技术标准(平纵断面)远远高于普通铁路。国外已建的高速铁路中，隧道所占的比例较大。在山岭地区利用隧道工程来克服地形障碍和高程障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节省时间，同时还可以克服落石、坍塌，雪崩雪堆等危害，既能保证路线平顺、行车的安全、提高舒适度和节约运费，又能增加隐蔽性、提高防护能力。二、国内外现状及本工程的特点现在我国铁路建设事业蓬勃发展，在建设中应用了大量的隧道施工

5、技术。而隧道规模也有了长足的发展，特别是在地质条件和自身环境较为复杂的工程中，施工技术已经有了很大的提高。20 世纪后半期的隧道建设技术与现代化管理手段的发展，为今后我国修建长大隧道及克服各种困难条件的隧道工程奠定了基础。国内外隧道施工多用新奥法施工，它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础, 将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法，已成为现代隧道工程新技术标志之一。六十年代NATM 被介绍到我国, 七十年代末八十年代初得到迅速发展。至今 ,可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开NATM。新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。本设计中，何家庄隧道全长84

6、6m，级围岩，段内覆土为红黏土，进出口端须放缓边、仰坡；隧道洞身全为可溶岩，岩溶弱中等发育，埋深最大仅44m，基岩节理裂隙很发育， 岩体很破碎。总之，段内工程地质条件较差。全隧洞身均为白云岩夹泥质白云岩、灰岩，岩体很破碎。此外隧道进、出口土层厚 26m(局部可能达 610m)，为红黏土，因此进出口端边、仰坡宜适当放缓并防护 ，并设置良好的截排水设施。三、研究内容及重点、难点(1) 高速铁路隧道结构选型及构造要求(2) 隧道衬砌结构设计检算(重点、难点)：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。(3) 施工方案设计(重点)：主要施工方法的确定、主要施工工艺方法、施工

7、组织、指导性施工进度、监控测量等。四、研究方法熟悉工程概况，根据设计规范和相关设计标准对主体结构及初期支护和衬砌进行设计， 利用 AUTOCAD 画图。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。针对段内不良地质为岩溶，在施工过程中应注意对岩溶地质的处理。洞身岩体破碎，因此应尽量减少对山体的扰动，尽量减少隧道的开挖量，在施工中加强支护措施。五、预期目标设计出一套完整的图纸，包括：地质纵剖面图、支护结构设计横剖面图、衬砌结构设计图、防水结构图、监控量测测点布置图等。另外还有具体的施工方法设计、施工方案设计等。六、任

8、务进度第 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简算第 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，答辩七、参考文献铁路工程设计技术手册隧道铁二院编铁路工程施工技术手册隧道铁二院编混凝土结构设计规范(GBJ10-89)隧道工程朱永全等铁路工程抗震设计规范(GB50111-2006)铁路隧道防排水技术规范(TB10119-2000)指导教师签字时间年月日摘要何家庄隧道是位于贵广铁路线上的高速铁路隧道。该隧道全隧均为级围岩，隧道洞身全为可溶岩，对隧道的稳定性有很大的影响，因此隧道施工过程中的开挖和支护方法

9、很重要，从开挖到支护完成的整个过程应保证隧道本身的稳定性。本隧道设计的主要内容有：各级围岩荷载计算、复合式衬砌设计、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、防水以及监测等。本隧道采用新奥法施工，尽量保护围岩，使围岩发挥自承能力。进口和出口段采用环形开挖预留核心土法进洞；洞身段采用三台阶法进行施工，光面爆破，同时采用超前锚杆进行超前预支护。施工方案里面介绍了各开挖方法施工的开挖工序和支护工序，光面爆破的爆破参数设计，工程的防水设施以及施工监控量测的设计等。还介绍了在本隧道施工中遇见不良地质问题时的处理措施。关键词：高速铁路隧道新奥法 三台阶法监控量测设计AbstractHeji

10、azhuang tunnel is a railway tunnel which is located in the Guizhou and Guangzhou high-speed railway line.The whole tunnel surrounding rock tunnel are Grade , the whole tunnel body is in karst,the stability of the tunnel has a great influence,therefore, during the construction of the tunnel excavatio

11、n and support method is very important,from excavation to support the completion of the whole process should ensure the stability of the tunnel itself.Themaincontentsoftunneldesign:calculationofdifferent surrounding rock load , design of composite linings , calculation of internal force in the secon

12、d lining , design of excavation , design of blasting , design of waterproof and monitoring, etc.The tunnel using NATM,try to protect the rock , so that self-supporting ability to play rock.Import and export segments using ring core indigenous reserve excavation hole ;Cave posture using three step me

13、thod for the construction,smooth blasting,while using bolt for advance ahead fore polling.Construction program which introduced every method of construction of the excavationprocessandsupportingprocesses,smoothblastingblasting parameters design,waterproof construction engineering facilities and the

14、design of monitoring and measuring.Also describes the construction of the tunnel geological problems encountered when performing treatment measures.Key words:High-speed railway tunnelNATMThree step methodDesign of monitoring and measurement目录第 1 章绪论11.1 研究背景11.2 国内外研究现状11.3 本设计的主要内容2第 2 章工程概述32.1 工程

15、范围及位置32.2 地形地貌32.3 工程地质及水文地质特征32.3.1 地层岩性32.3.2 地质构造及地震动参数32.3.3 水文地质特征42.3.4 不良地质及特殊岩土42.3.5 环境工程地质42.4 工程地质条件评价4第 3 章隧道结构设计63.1 设计依据和设计原则63.1.1 设计依据63.1.2 设计原则63.2 主体结构设计63.2.1 设计思路73.2.2 建筑限界及内轮廓的确定73.2.3 隧道衬砌横截面形状及尺寸拟定83.3 荷载计算93.3.1 荷载计算的原理93.3.2 荷载计算103.4 衬砌内力计算123.5 二次衬砌强度检算及配筋173.5.1 强度检算公式1

16、73.5.2 强度检算及配筋203.6 隧道的结构形式以及支护参数23第 4 章施工方案254.1 隧道总体施工方案254.2 进洞方案254.2.1 进洞方案概述254.2.2 环形开挖预留核心土法264.3 正洞施工方案274.3.1 正洞施工方法概述274.3.2 三台阶法施工274.4 爆破设计284.4.1 上台阶爆破参数设计294.4.2 中台阶爆破参数设计314.4.3 下台阶爆破参数设计334.4.4 落底爆破参数设计344.5 不良地质处理方案364.5.1 可溶岩364.5.2 红粘土364.6 施工工艺374.6.1 超前注浆小导管374.6.2 初期支护394.6.3

17、隧道防排水施工工艺444.6.4 二次衬砌施工工艺474.6.5 装渣与运输484.7 监控量测484.7.1 监控量测目的484.7.2 量测项目及流程484.7.3 监控量测方法494.7.4 数据的分析和反馈错误！未定义书签。第 5 章结论54参考文献55致谢56附录 A外文资料翻译57A1英文57A2译文70附录 B相关图纸93第 1 章绪论1.1 研究背景我国铁路系统瞄准世界铁路先进水平，运用后发优势，博采众家之长，坚持原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新，用短短几年时间，推动我国高速铁路技术走在世界最前列。2010 年底，我国铁路营业里程达到 9.1 万公里，居世界第二位；投入运

18、营的高速铁路营业里程达到 8358 km，居世界第一位。在科学技术飞速发展的现代社会，高速铁路已然成为一个趋势，高速铁路的发展必然伴随大量隧道工程的出现，主要的原因是高速铁路的线路技术标准 (平纵断面) 远远高于普通铁路。国外已建的高速铁路中，隧道所占的比例较大。在山岭地区可以利用隧道工程来克服地形障碍和高程障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节省时间，减少对植被的破坏，同时还可以克服落石、坍塌，雪崩雪堆等危害，既能保证路线平顺、行车的安全、提高舒适度和节约运费，又能增加隐蔽性、提高防护能力。1.2 国内外研究现状在我国，铁路隧道的修建比较广泛。秦岭隧道全长18456m，最大埋深1600m，是

19、目前我国洞身最长、埋置最深、工程规模最大的隧道。设计时速为 80km/h，走完全程大约需要 15 分钟的时间；2006 年 8 月 23 日上午中国最长的铁路隧道2005 公里的乌鞘岭特长隧道实现双线开通，其中左线弹性整体道床设计时速为 200km/h；东秦岭隧道位于秦岭山脉深处,是西南铁路的“咽喉”动脉工程,也是我国已通车的长大双线铁路隧道之一，该隧道全长 12.26 km。在国外，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。在日本 5 条新干线的建设计划中，隧道的工程量也是相当可

20、观的。北陆新干线轻井长野段，长 83.6km，隧道约占 44%(36.8km)；东北新干线宫内八户段， 长 60.0km，隧道约占 85%(51.5km)；九州新干线八代西鹿儿岛段，长 121.2km，隧道约占 70%(87.7km)。在这些线路上也出现了几座长隧道，如岩手隧道长 25.8km，紫尾山隧道长 10.0km 等。 德国于 1980 年初期动工修建的从汉诺威兹堡新干线，长327km，隧道总延长达成谅解 118km，占线路长度的 37%，包括长达 10.7km 的兰得吕肯隧道。另一条从曼海姆到斯图加特线路，长 100km，隧道约占 30%(30km)。国内外隧道施工多用新奥法施工，它

21、是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基 础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形， 充分发挥围岩的自承能力的一种施工方法，已成为现代隧道工程新技术标志之一。六十年代 NATM 被介绍到我国, 七十年代末八十年代初得到迅速发展。至今,可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开 NATM。新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。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。1.3 本设计的主要内容对高速铁路何家庄隧道进行设计：(1) 计算 V 级围岩荷载，确定

22、二次衬砌的类型，衬砌的厚度。(2) 衬砌结构的计算及整理，计算配筋，进行洞身二次衬砌结构检算，并绘制衬砌结构横剖面图及结构配筋图。(3) 初期支护参数的确定。(4) 施工方案设计：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。(5) 外文翻译，隧道英文论文翻译。第 2 章工程概述2.1 工程范围及位置贵广铁路是贵阳至广州铁路，它是西南地区通达华南沿海地区的重要区际铁路通道，跨黔、桂、粤三省区，何家庄隧道里程处于 DK118+580DK119+426 段，全长 846m。2.2 地形地貌溶蚀丘峰洼地地貌，地形波状起伏，地面高程750810m，隧道进出口丘坡多

23、为旱地，隧道顶发育灌木林。基岩零星出露，地面覆盖灌木和杂草。隧道进出口均有村庄分布，公路可以通达，交通很方便。隧道通过一缓丘，丘坡面平缓，隧道为单洞双线，全长 846m，最大埋深仅 53m。2.3 工程地质及水文地质特征2.3.1 地层岩性上覆第四系全新统坡残积 (Q4dl+el)黏土层，下伏基岩为寒武系上统娄山关群( ol)白云岩夹泥质白云岩、灰岩。各地层岩性分述如下：(1) 红黏土(Q4dl+el)：灰褐色、褐黄色，硬塑状，含碎石角砾 1040%，坡面一般厚 02m，隧道进出口附近及洞身浅埋凹槽处较厚，最厚达 68m。属级普通土。属 D 组填料。(2) 白云岩夹泥质白云岩、灰岩( ol)：

24、灰色、黄灰色、浅肉红色，中层状至巨厚层状，隐晶质结构为主，夹显晶质结构；岩质硬脆，节理裂隙发育，岩体呈角砾碎块状结构，岩体破碎，勘探岩芯呈块石、碎石夹角砾，地表岩溶发育程度弱至中等， 勘探岩芯亦未见岩溶发育。风化程度不均，局部存在强风化带达12m，统属级次坚石。B 组填料。2.3.2 地质构造及地震动参数本区为单斜构造，岩层产状 N50E/30NW，线路方向基本垂直岩层走向。根据中国地震动参数区划图(GB18306-2001) (1/400 万) ;段内地震动峰值加速度 0.05g，地震动反应谱特征周期为 0.35s。2.3.3 水文地质特征隧道洞顶地表水不发育，在进出口外有些沟水和塘水分布。

25、地下水主要为岩溶水，地表未见地下水露头。第四系孔隙水含水量均较弱，岩溶水赋存于岩溶管道及裂隙中，含水量弱至中等。地下水受大气降水及沟水、河水补给， 通过岩溶裂隙、孔隙径流，在低处向沟及河排泄，本隧道处于溶丘地貌区，隧道穿越一高差 50 米的低矮缓丘，坡面有厚层覆盖粘土层，不利于地表水下渗，总体来说， 隧道处于当地岩溶水垂直渗透带，含水量较弱。取测区及邻区水样 2008-贵广水 WD-11、12、13 测试，水质为 HCO3-.SO42- -Ca2+.Na+.Mg2+型，对混凝土结构无侵蚀性。2.3.4 不良地质及特殊岩土段内不良地质为岩溶，特殊岩土为红黏土。(1) 岩溶：全段均处于可溶岩区，基

26、岩露头少，少见溶蚀现象，勘探岩芯基本未见溶蚀现象，全隧岩溶发育程度弱中等。(2) 红粘土：广泛分布于段内丘坡；厚 02m，进出口及洞身凹槽处略厚，可达 6 8m。2.3.5 环境工程地质隧道开挖可能造成地下水漏失，恶化地表植被生存环境；隧道浅埋，洞身岩体很破碎，隧道开挖如爆破震动过大时可能造成洞顶垮塌、掉块；应尽量减少对山体的扰动，避免造成地表生态环境破坏、水土流失等。2.4 工程地质条件评价段内覆土为红黏土，进出口端须放缓边、仰坡；隧道洞身全为可溶岩，岩溶弱 中等发育，隧道开挖有遇溶洞、管道裂隙水的可能；全隧浅埋，埋深最大仅44m，基岩节理裂隙很发育，岩体很破碎。总之，段内工程地质条件较差。

27、(1) 全隧洞身均为白云岩夹泥质白云岩、灰岩，岩体很破碎，施工中如爆破震动过大容易造成洞顶垮塌、掉块，施工中应加强支护衬砌。(2) 隧道进、出口土层厚 26m(局部可能达 610m)，为红黏土，因此进出口端边、仰坡宜适当放缓并防护 ，并设置良好的截排水设施。(3) 全隧洞身均为可溶岩，施工中有遇到溶洞、溶隙、岩溶水的可能，隧道洞身施工中应加强截排水措施，岩溶隧道施工中加强超前地质预测预报工作，防止突水突泥灾害事故发生。采取切实可行的工程处理措施防止开挖后出现地表水下渗、地下水位下降或地下水漏失等现象，从而造成严重环境地质问题。(4) 施工中应取地下水进行水质侵蚀性复查，判定对混凝土有无侵蚀性问

28、题。(5)隧道围岩分级见表 2-1。表 2-1何家庄隧道围岩分级表里程段落DK118+580DK119+426 846m第 3 章隧道结构设计3.1 设计依据和设计原则3.1.1 设计依据建筑荷载设计规范(GBJ92001)铁路隧道设计规范(TBJ100032005)高速铁路设计规范(TB106212009)客运专线铁路隧道工程施工技术指南(TZ2142005)混凝土结构设计规范(GB500102005)地下工程防水技术规范(GB501082001)铁路混凝土与砌体工程施工规范(TB10210-2001)3.1.2 设计原则(1) 隧道建筑物应按满足 100 年正常使用的永久性结构设计，建成的

29、隧道应能适应运营的需要，方便养护作业，并具有必要的安全防护等措施；(2) 根据工程地质和水文地质条件，结合周围环境状况，通过对技术、经济、环保及使用功能的综合比较，选择合理的结构形式；(3) 结构设计应满足施工、运营、通风、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) 隧道结构按结构容许应力法进行设计；(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

30、中和建成后对环境造成的不良影响； (9)隧道主体工程等级为一级、防水等级为二级。3.2 主体结构设计3.2.1 设计思路本设计的对象为高速铁路何家庄隧道，根据铁路隧道设计规范设计隧道横断面，结合工程经验和工程类比的方法初步确定隧道横断面的形式和具体尺寸，以及二次衬砌的设计参数。本隧道计划采用有仰拱形式断面，新奥法施工。然后判断深浅埋， 取最不利的横截面，计算作用在结构上的荷载。最后将荷载加到设计的结构上，利用Ansys 软件计算内力，根据Ansys 得出的内力图及数据，取最不利情况进行配筋及抗裂验算。3.2.2 建筑限界及内轮廓的确定根据铁路隧道设计规范，结合何家庄隧道为单洞双线隧道，建筑限界

31、图如图3-1 所示。图 3-1隧道建筑限界图根据隧道建筑限界图，并结合类似工程的设计经验，本隧道的内轮廓设计如图3-2。1240图 3-2隧道内轮廓图3.2.3 隧道衬砌横截面形状及尺寸拟定目前复合式衬砌已成为世界各国各地区高速铁路山岭隧道衬砌结构的主流，我国的铁路隧道衬砌结构选型中，在围岩稳定性差、地下水发育地段，推荐采用复合式衬砌。因此本隧道衬砌类型采用复合式衬砌，是由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式，复合式衬砌可以满足初期支护施作及时、刚度小、易变形的要求，且与围岩密贴，从而能保护围岩和加固围岩，充分发挥围岩的自承作用。二次衬砌后，衬砌内表面光滑平整，可以防止外层风化，

32、装饰内壁，增强安全感，是一种合理的结构形式。复合式衬砌的设计应符合以下规定：(1) 初期支护宜采用锚喷支护，即由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用。(2) 二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连接圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度与拱墙厚度相同。(3) 在确定开挖断面轮廓时，还应考虑初期支护厚度并预留适当的变形量。本隧道设计的预留变形量为 10cm。3.3 荷载计算3.3.1 荷载计算的原理隧道埋深不同，确定围岩压力的计算方法也不同，采用荷载结构法原理进行隧道结构检算时，所需计算的荷载为由岩体松动、崩塌而产生的竖向和水平均布压力，因此首先应判断深浅埋分界。(1)

33、 判断深浅埋H(2 2.5)hpq（3-1）式中H深浅埋隧道分界的深度；ph 等效荷载高度值。q系数 22.5 在松软的围岩中取高限，而在较坚硬围岩中取低限。当隧道覆盖层厚度hH时为深埋， hpqhH时为浅埋，hhpq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：qh0.45 2s 1（3-2）q式中h等效荷载高度值；qS 围岩级别，如 III 级围岩S =3；围岩的容重；宽度影响系数，其值为=1+i(B-5)，其中 B 为坑道宽度(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=

34、0.1。水平均布松动压力e 按表 3-1 中的经验公式计算(一般取平均值)。表 3-1 水平均布松动压力围岩级别 水平均布压力(3)当隧道为浅埋时，分两种情况III0.15qIV (0.150.3)qV (0.300.5)q我国铁路隧道设计规范推荐，当隧道埋深h 小于或等于等效荷载高度h 时q(即hh )，围岩垂直均布压力为qqh（3-3）式中围岩容重；h 隧道埋置深度。围岩水平均布压力e 按朗金公式计算e(q0.5 H式中围岩容重；)tan2 (450.5t)（3-4）0我国铁路隧道设计规范推荐，当隧道埋深h 大于等效高度h(即 h h )时，qq围岩的垂直均布松动压力q 计算为：q =hK

35、（3-5）式中K 压力缩减系数，其值为K1hBtantan0tantan1 tan (tan0tan ) tantan0（3-6）tantan0（3-7）(tan21)tan00tantan0B 隧道开挖宽度；h 洞顶岩体覆盖厚度。表 3-2各级围岩的 及 0值围岩级别0.90(0.70.9)0(0.50.7)0(0.30.5)060 7050 6040 5030 40 0求围岩水平松动压力：若水平压力按梯形分布，则作用在隧道顶部和底部的水平压力可直接写为eh（3-8）1e(hH2)（3-9）t为侧压力系数，可由式(3-6)计算。若水平压力均布，则e1 (ee )（3-10）2123.3.2

36、荷载计算何家庄隧道进口里程为 DK118+580，出口里程为 DK119+426，全隧处于 V 级围岩中，因此由式(3-1)及(3-2)得在深浅埋分界为h0.45 2s 11 i(B5)0.45 1 0.1 (14.05 5) 14mqH2.5hpq=2.514=35m(1)里程DK118+580 至DK118+600 为V 级围岩，总长 20m，最大埋深：h=14m。,所以按超h浅h埋q 计算。选取 DK118+600 里程处断面，最大埋深 h=14m，重度选取18.5kN/m 3 。由式(3-3)及(3-4)可得，围岩垂直均布压力为： qh18.5 14=259 kN/m 2围岩水平均布压

37、力为： eq0.5 Httan2 450.50=(259+0.518.512.34) tan2 450.5 45=64.022 kN/m 2(2)里程 DK118+600 至 DK118+745 为 V 级围岩，总长 145m，最大埋深：h=35m， 浅埋。选取 DK118+745 里程处断面，最大埋深 h=35m，重度选取18.5kN/m 3由表(3-2)取0(3-6)及(3-7)可得45 ，0.6 4527 ，则tan451 ， tan270.51。代入式(tan21)tan00tantan0=3.02tantan0tantan 0=0.2237tan1 tan (tantan ) tan

38、0tan0h2 tan)=469.772kN/m2Be1h =145.260kN/m 2e2H196.328kN/m 2由式(3-5)、(3-8)及(3-9)可得，围岩竖向压力： 水平方向压力：qr(h按梯形分布(3)里程 DK118+745 至 DK119+036，总长 291m，最大埋深：h=44m。属于深埋， 取重度 =18.5 kN/m 3 。由式(3-2)可得，围岩竖向压力： qhq=18.514.04=259.740 kN/m 2由表(3-1)可得，围岩水平压力： e0.4q =0.4259.740=103.896 kN/m 2(4)里程 DK119+036 至 DK119+392

39、，总长 356m，最大埋深：h=35m。浅埋。选取DK119+036 里程处断面，最大埋深 35m，取重度 =18.5 kN/m 3 。由表(3-2)取45 ，0.6 4527 ，则tan451 ， tan270.51。代入式0(3-6)及(3-7)可得tantan0(tan20tan01)tan tan0 =3.02tantan 0=0.2237tan1 tan (tantan ) tantan00由式(3-5)、(3-8)及(3-9)可得，h2 tan围岩竖向压力： qr(h )=469.772kN/m3B水平方向压力：1按梯形分布eh=145.260 kN/m2eH=196.328 kN

40、/m 32(5)里程 DK119+392 至 DK119+426，总长 34m，最大埋深：h=14m。超浅埋。选取DK119+392 里程处断面，埋深 14m。由式(3-3)及(3-4)可得，围岩垂直均布压力为q= h=18.5 14=259kN/m2围岩水平均布压力为 e =( q 0.5 Ht)tan2 ( 45 0.5)0=(259+0.518.512.34)tan2 ( 45 0.545)=64.022 kN/m23.4 衬砌内力计算本隧道处于 V 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，采用有限元 Ansys 进行模拟。单元类型为二维梁单元，梁单元宽度为单位宽度，

41、 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 3-3，计算模型见图 3-3。结构及围岩C30 混凝土级围岩容重(kN/m )2318.5表 3-3 衬砌及围岩计算参数弹性抗力系数K(MPa/m) 150弹性模量(GPa)31泊松比0.2图 3-3 计算模型图(1)里程 DK118+580 至 DK118+600为 V 级围岩，超浅埋，选取 DK118+600 里程处断面。利用 ansys 有限元软件得到的二衬弯矩图和轴力图如图

42、3-4 和图 3-5，部分节点的轴力弯矩数据见表 3-4。图 3-4超浅埋段二衬弯矩图（单位：Nm）图 3-5超浅埋段二衬轴力图（单位：N）表 3-4 超浅埋段二衬部分节点内力表节点位置轴力(N)弯矩(Nm)拱顶1283800350410拱肩1789800323470拱脚1843500125510最大轴力处194880018229仰拱1177600174310(2)里程 DK118+600 至 DK118+745为 V 级围岩，浅埋，选取 DK118+745 里程处断面。利用 Ansys 有限元软件得到的二衬弯矩图和轴力图见图 3-6 和 3-7，部分节点的轴力弯矩数据见表 3-5。图 3-6

43、浅埋段二衬弯矩图（单位：Nm）图 3-7浅埋段二衬轴力图（单位：N）表 3-5浅埋段二衬部分节点内力表节点位置轴力(N)弯矩(Nm)拱顶2557300526730拱肩3309900458070拱脚3259300443640最大轴力处3612200526730仰拱2313200310160(3)里程 DK118+745 至 DK119+036为 V 级围岩，深埋，选取 DK119+036 里程处断面。利用 Ansys 有限元软件得到的二衬弯矩图和轴力图见图 3-8 和 3-9，部分节点的轴力弯矩数据见表 3-6。图 3-8 深埋段二衬弯矩图（单位：N m）图 3-9深埋段二衬轴力图（单位：N）图 3-6深埋段二衬部分节点内力图节点位置轴力(N)