铁路隧道毕业设计终结.docx

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铁路隧道毕业设计终结

西南交通大学

本科毕业设计

厦门－深圳铁路客运专线

岩脚隧道<单线电气化>设计

院系交通运输系专业城市与地下空间工程

年级姓名

题目

指导教师

评语

指导教师（签章）

评阅人

评语

评阅人（签章）

成绩

答辩委员会主任（签章）

年月日

毕业设计（论文）任务书

班级学生姓名学号

发题日期：

2007年4月23日完成日期：

6月20日

题目：

厦门－深圳铁路客运专线岩脚隧道（单线电气化）设计

1、本论文的目的、意义：

目的:

毕业设计是对大学四年学习知识的检验和考察，通过这次毕业设计使学生对本专业的知识有更深一步的了解，和更深一步的掌握，以便在以后的学习工作中能灵活的运用所学专业的知识。

意义：

毕业设计是大学四年来最重要的一项学习内容，是对四年所学知识的总结与运用。

通过大学四年的学习，在课程设计的基础上，运用学过的基础理论和专业知识，结合工程实际，参考国家有关规范、标准、工程设计图集及其他参考资料，独立地完成所要求的设计任务。

同时要系统的掌握设计计算步骤、方法，培养我们分析、解决问题的能力，为以后的走上工作岗位，从事有关设计、施工等具体实践工作奠定基础。

2、学生应完成的任务

（1）毕业设计说明书一份（≥15000）；

（2）隧道平、纵断面设计图各一张（2号图纸）；

（3）隧道进、出口洞门（结构）设计图各一张（2号图纸）；

（4）隧道内各级围岩支护结构图一张（3号图纸）；

（5）隧道施工程序图一张（2号图纸）；

（6）隧道防排水布置图一张（3号图纸）；

（7）10000字符的英文献翻译。

3、设计各部分内容及时间分配：

（共10周）

第一部分布置设计任务，熟悉设计资料及要求，确定隧道内净空（1周）

第一部分隧道进出、口位置的确定（0.5周）

第三部分隧道平、纵断面设计（洞门设计）（1.5周）

第四部分Ⅴ级围岩支护结构设计计算（两种方法）（2.5周）

第五部分选择施工方法（1.5周）

第六部分外文翻译、绘图及文整工作，机动（实习）（2周）

评阅及答辩（1周）

备注

指导教师：

2007年4月20日

审批人：

年月日

摘要

客运专线是以客运为主的快速铁路。

目前在我国，铁路等级除Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级外又增加了“客运专线”等级，时速200至350km/h的铁路统称为客运专线，曲线半径一般在2200m以上。

本设计是厦门－深圳铁路客运专线岩脚隧道（单线电气化）初步设计，设计速度为250km/h。

里程为DK112+734—DK114+225。

本设计主要包括：

隧道进、出口洞口位置比选及洞门形式的选择，隧道平、纵断面设计及构造设计，V级围岩衬砌结构设计、计算及检算，施工组织设计及工程量计算四个部分。

洞口位置比选和洞门形式的选择主要根据地形条件，结合防排水要求，以“早进洞，晚出洞”为原则确定洞口位置，并根据土压力的大小确定本隧道的洞门形式为挡墙式洞门。

平、纵断面设计及构造设计主要包括平面线形和纵坡形式及坡率的确定，平面设计包括直线和曲线（R=7000m，L=1426.22m，T=714.63m，l=220m），纵坡形式采用单向坡，坡率为3.5‰，同时对建筑限界的确定做了较为详细的说明。

衬砌结构设计和结构计算是本设计的重点。

首先根据规范的要求初步拟定横断面的断面形式和各部分尺寸，计算作用在隧道结构上的荷载并将其转化为集中力，运用ANSYS软件计算出结构的内力并绘制内力图和变形图。

施工组织设计主要包括施工方法选择、施工组织措施、施工进度计划和工程量计算等。

关键词：

客运专线；隧道；单车道；初步设计

Abstract

Thepassengertransportationspeciallineisbythepassengertransportationprimarilyfastrailroad.Atpresentinourcountry,therailroadrankexceptI,II,IIIleveloutsideincreased"thepassengertransportationspecialline"therank,thespeedhasbeencalled200tothe350km/hrailroadasthepassengertransportationspecialline,thecurveradiusgenerallyabove2200m.ThisdesignistheXiamen-Shenzhenrailwaytransportationspeciallinecragfoottunnel（singletrackelectrification）thepreliminarydesign,thespeedofthedesignis250km/h.ThecourseisDK112+744-DK114+225.

Thisdesignmainlycontains:

choosingtheentranceandoutletpositionandtheportalform;planeandlongitudinalsectiondesign,tectonicsdesign;structuraldesign,calculateforthefifthlevelsurroundingrockandcheckouttheresult;designfororganizingtheconstructionandcalculationofvolume.

Choosingtheentrance,outletpositionandtheportalformmainlybasedontopographicconditionandconsideringwaterproofanddrainagerequirement,abidancetheprincipleof“theearlierentrance,thelateoutlet”.Chooseareasonableportalformbasedontheamountofearthpressure.

Planeandlongitudinalsectiondesign,tectonicsdesignmainlycontainsdesigningtheplanealignment,gradeformandgradient.Planeandlongitudinalsectiondesignincludestraightlinesandcurvelines（R=7000m，L=1426.22m，T=714.63m，l=220m），thegradeformisunidirectional,andgradientis3.5‰，Atthesametime,thispapermakeadetaileddeclarationondeterminationofbuildingline.

Thestructuredesignandcalculatefortunnelliningisthefocalpoint.Accordingtotherequirementofspecification,definetheformofcrosssectionandeachsize.Calculateloadsonthetunnelandconvertitintoconcentratedforce.MakeouttheinternalforceanddiagrambyANSYS,drawtheinternalforceanddeformationdiagram.

Thedesignfororganizingtheconstructionmainlycontainsthechoosingofjobpractice,measuresofjobpractice,constructionscheduleprogram,andcalculationofvolume,andsoon.

Keywords:

passengerdedicatedrailwayline;tunnel;One-lane;preliminarydesign

第1章绪论1

1.1设计依据与原则1

1.1.1设计依据1

1.1.2主要设计原则1

1.2工程地质及水文地质2

1.2.1概况2

1.2.2地层岩性2

1.2.3地质构造及地震动参数3

1.2.4水文地质条件3

1.2.5环境工程地质3

1.2.6隧道工程地质条件4

第2章隧道平、纵断面设计7

2.1隧道平面设计7

2.2隧道纵断面设计7

2.2.1隧道内纵坡形式确定7

2.2.2隧道内纵坡坡率的确定7

2.3隧道净空的确定8

2.3.1限界8

第3章隧道洞口位置和洞门的确定11

3.1隧道洞口位置确定的要求：

11

3.2隧道洞口位置的比选：

11

3.2.1方案的拟定11

3.2.2方案的比选：

12

3.3隧道洞门的设计13

3.3.1隧道洞门的设计原则:

13

3.3.2隧道洞门形式的选择：

13

3.3.3洞门构造及基础设置应遵循下列规定：

14

第4章V级围岩衬砌结构计算及检算15

4.1衬砌形式确定15

4.2衬砌设计规定15

4.3复合式衬砌15

4.4模型理想化16

4.4.1支护结构的理想化16

4.4.2围岩的理想化17

4.4.3外荷载理想化——等效节点荷载17

4.4.4单元和节点编号，边界条件17

4.5荷载计算及二次衬砌计算18

4.5.1深浅埋段的确定18

4.5.2V级围岩衬砌结构计算：

18

第5章其他洞内附属设施设计23

5.1防排水设计23

5.1.1一般规定23

5.1.2防水23

5.1.3排水24

5.1.4洞口防排水24

5.2运营通风和照明25

5.2.1运营通风25

5.2.2照明25

5.3其它设施25

5.3.1消防设施25

第6章施工组织设计26

6.1概述26

6.1.1编制原则26

6.1.2施工原则27

6.2施工方法的选择27

6.3各种施工工艺29

6.3.1砂浆锚杆施工工艺和方法29

6.3.2湿喷砼施工工艺和方法30

6.3.3隧道防排水板施工工艺和方法31

6.4二次衬砌施工工艺和方法32

6.4.1施工工艺32

6.4.2施工方法32

6.5施工进度计划35

6.5.1施工进度计划概述35

6.5.2施工进度计划的编制原则和内容36

第7章工程量的计算38

7.1进口洞口及洞门工程量计算38

7.1.1挖方量计算38

圬工量计算39

7.2出口洞口及洞门工程量计算40

7.2.1挖方量计算40

7.2.2圬工量计算41

设计总结43

致谢44

参考文献45

附录1ANSYS各节点坐标应力表46

附录2ANSYS计算隧道二次衬砌内力表49

第1章绪论

1.1设计依据与原则

1.1.1设计依据

1．由设计院提供的厦门－深圳铁路客运专线岩脚隧道平、纵断面和横断面图；

2．《铁路隧道设计规范》

行车速度：

250km/h；

隧道内设整体道床、钢轨60kg/m。

1.1.2主要设计原则

设计原则

1在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查的基础上，综合比选隧道各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置等，提出推荐方案。

2地质条件很差时，特长隧道的位置应控制路线走向，以避开不良地质地段；长隧道的位置亦应尽可能避开不良地质地段，并与路线走向综合考虑；中、短隧道可服从路线走向。

3根据铁路等级和设计速度确建筑限界。

在满足隧道功能和结构受力良好的前提下，确定经济合理的断面内轮廓。

4隧道内外平、纵线形应协调，以满足行车的安全、舒适要求。

5根据隧道长度、交通量及其构成、交通方向以及环保要求等，选择合理的通风方式，确定通风、照明、交通监控等机电设施的设置规模。

必要时特长隧道应作防灾专项设计。

6应结合铁路等级、隧道长度、施工方法、工期和营运要求，对隧道内外防排水系统、消防给水系统、辅助通道、弃渣处理、管理设施、交通工程设施、环境保护等作综合考虑。

7当隧道与相邻建筑物互有影响时，应在设计与施工中采取必要的措施。

1.2工程地质及水文地质

1.2.1概况

该隧道长1481m，测区属低山丘陵地貌，相对高差约30～210米，最高峰标高为222m，山坡的自然坡度为10～40°，局部为较陡，进、出口为缓坡，被全、强风化层所覆盖，其余地段大部基岩裸露，缓坡及山顶杂草，竹木丛生，植被茂密，进口有水泥路通达，交通较为方便，出口处有山间小路，交通不便。

1.2.2地层岩性

测区覆盖层为第四系全新统：

坡、洪积（Q4dl+pl）粉质黏土及坡、残积（Q4dl+el）粉质黏土；下伏基岩为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩（γ52（3）c）及上侏罗统上组中段兜岭群组凝灰熔岩（J3dl2b），各层岩性由新至老分述如下：

<6-2>坡、洪积层（Q4dl+pl）粉质黏土：

褐黄色，硬塑,其中夹有少量的花岗岩质角砾，厚2～6m。

属Ⅱ级普通土。

分布于隧道进口附近低洼沟槽处。

<10-3>坡、残积层（Q4dl+el）粉质黏土：

褐黄色、褐红色，硬塑,其中夹有少量的花岗岩质角砾，厚0～2m。

属Ⅱ级普通土。

广泛分布于隧道范围内地表。

<13-2>凝灰熔岩（J3dl2b）：

暗绿色、灰色、灰白色、黄褐色，碎屑结构，块状构造，节理裂隙发育～极其发育，节理面呈锈黄色，有次生矿物，隧道测区内主要出露弱风化带，与下伏黑云母花岗岩呈角度不整合接触。

<17-2>黑云母花岗岩（γ52（3）c）：

灰白色，中粗粒花岗结构，块状构造，主要由斜长石、钾长石、石英和黑云母及少量锆石组成，全风化层厚度变化较大，进口附近处厚10~25m，出口附近厚10~15m，属Ⅲ级硬土。

强风化层进口附近处厚0~8m，出口附近厚0~14m，为Ⅳ级软石，夹粒径0.5~3m的弱风化球状体。

弱风化层节理裂隙较发育，岩体较破碎，属Ⅴ级次坚石。

1.2.3地质构造及地震动参数

隧道测区内未见断层出露，在隧道洞身位置DK112+779m及DK113+883m处为凝灰熔岩与黑云母花岗岩的接触带，接触带附近地下水发育，岩体较破碎。

测区处地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.40s。

1.2.4水文地质条件

（一）地表水

进口处附近紧邻漳江，出口处亦紧邻山间河流，洪水期水量均较大。

低丘地表水为地表沟水，为间歇性流水，无常年流水，水量随季节变化大。

（二）地下水

地下水主要为表现为第四系孔隙水及基岩裂隙水两类：

地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水。

由于洞身范围内第四系覆盖层厚度不大，以粘性土为主，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。

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，但分布不均，局部可能水量较大。

（三）水化学特征及其侵蚀性

根据相邻工点取地表水作水质分析，属HCO3-.Cl--Na+型，对砼具中等溶出型及中等硫酸型酸性侵蚀。

取地下水作水质简分析,属HCO3-.Cl--Na+.Ca2+型，对砼具中等溶出型及中等硫酸型酸性侵蚀。

根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》，在环境作用类别为化学腐蚀环境时，水中相关离子对钢筋混凝土结构的腐蚀作用等级为H1。

1.2.5环境工程地质

该隧道范围内植被茂密，灌木杂草丛生，水土保持良好，环境工程地质条件好，铁路建设易造成植被破坏，水土流失，对环境地质造成一定程度上的破坏，具体表现为：

1．隧道施工将会大量砍伐林木、破坏植被，易造成水土流失。

2．隧道洞身开挖，降低地下水位，对附近居民的生活用水及植物生长造成一定影响。

3．隧道施工将会产生大量的弃渣，弃渣应定点堆放；弃渣场的选择至关重要，选择不当，将会诱发新的环境地质问题，如：

滑坡、泥石流等。

4．隧道施工可能诱发地面塌陷及地表水漏失等破坏地质环境条件的问题。

5．花岗岩可能存在放射性,隧道开挖会对周围环境产生一定影响。

1.2.6隧道工程地质条件

（一）隧道工程地质概况及工程地质条件评价

测区属丘陵地貌，地形稍有起伏，测区范围覆盖层一般厚0~2m，下伏基岩为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩（γ52（3）c）及上侏罗统上组中段兜岭群组凝灰熔岩（J3dl2b），基岩风化层厚度变化大，全风化层进口附近处厚10~25m，出口附近厚10~15m，强风化层进口附近处厚0~8m，出口附近厚0~14m，花岗岩残积层及全、强风化具有遇水软化、崩解，强度急剧降低的特点，隧道进出口均从覆盖层及全、强风化层中穿过；隧道洞身位置DK112+779m及DK113+883m处为凝灰熔岩与黑云母花岗岩的接触带，附近地下水发育，岩体破碎；花岗岩可能存在放射性，地下水对砼具中等溶出型及中等硫酸型酸性侵蚀；除隧道进、出口及接触带附近工程地质条件较差外，其余地段工程地质条件较好。

（二）隧道工程围岩分级及主要工程地质问题分析

表6-1隧道工程围岩分级及主要工程地质问题分析

编号

里程范围

长度（m）

地层及构造

围岩分级

主要工程地质问题

建议工程措施

备注

1

DK112+744~+790

46

凝灰熔岩及黑云母花岗岩

Ⅴ

地下水侵蚀性、浅埋、花岗岩全、强风化层遇水易软化、洞身围岩上软下硬

加强对水样的复查，加强围岩支护

2

DK112+790~810

20

凝灰熔岩

Ⅳ

地下水侵蚀性及接触带影响

加强对水样的复查，加强围岩支护

3

DK112+810~+860

50

凝灰熔岩

Ⅲ

地下水侵蚀性

加强对水样的复查

4

DK112+860~DK113+830

970

凝灰熔岩

Ⅱ

地下水侵蚀性

加强对水样的复查

5

DK113+830~+860

30

凝灰熔岩

Ⅲ

地下水侵蚀性

加强对水样的复查，加强围岩支护

6

DK113+860~+910

50

凝灰熔岩

Ⅳ

地下水侵蚀性及接触带影响

加强对水样的复查，加强围岩支护

7

DK113+910~DK114+070

160

黑云母花岗岩

Ⅲ

地下水侵蚀性

加强对水样的复查，加强围岩支护

8

DK114+070~130

60

黑云母花岗岩

Ⅳ

地下水侵蚀性

加强对水样的复查，加强围岩支护

9

DK114+130~225

95

黑云母花岗岩

Ⅴ

地下水侵蚀性、浅埋、花岗岩全、强风化层遇水易软化、洞身围岩上软下硬

加强对水样的复查，加强围岩支护

（三）隧道进出口工程地质条件

进口段洞身位于花岗岩残积层、全、强风化层中，属浅埋段，洞口附近左边有危岩落石，工程地质条件较差。

出口段洞身位于花岗岩残积土及强风化层中，埋深很浅，施工中成拱困难，极易坍方，工程地质条件较差。

（四）物理力学参数值

表1-2物理力学参数值

地层

代号

地层

岩性

岩性状态

基本承载力σ0

kPa

天然

密度ρ

g/cm3

凝聚力c

kPa

内摩擦角φ

（°）

钻孔桩极限摩阻力τi（KPa）

饱和极限抗压强度（MPa）

临时边坡率

永久边坡率

<6-2>

粉质黏土（Q4dl+pl）

硬塑

180

1.85

22

18

60

/

1:

1

1:

1.25

<10-3>

粉质黏土（Q4el+dl）

硬塑

180

1.85

22

18

60

/

1:

1

1:

1.25

<13-2>

凝灰熔岩（J3dl2b）

W4

220

1.9

25

22

65

/

/

1:

1.25

W3

400

2.3

/

45

150

/

/

1:

0.75

W2

1200

2.6

/

65

/

20

/

1:

0.3

<17-2>

黑云母花岗岩（γ52（3）c）

W4

200

1.9

20

25

65

/

/

1:

1.25

W3

400

2.3

/

45

150

/

/

1:

0.75

W2

1500

2.65

/

65

/

30

/

1:

0.3

第2章隧道平、纵断面设计

2.1隧道平面设计

隧道平面线形凡在地形、地质条件可能情况下，应尽量采用直线或大半径曲线，避免小半径曲线，这主要是基于两点理由：

第一、取直线于通风有利，如果曲线尤其是小半径曲线，通风阻力增大，对自然通风不利，同时会增大机械通风量；

第二、如果隧道取较小半径曲线，通常需设置超高和加宽，这将使施工变得复杂，断面不统一以及它们的相互过渡都给施工增加难度。

岩脚隧道内线路因地形、地质等条件限制而需设计成曲线，里程DK112+744～DK113+650为直线段，里程DK113+650～DK114+230为曲线段，其曲线要素如下：

⒈圆曲线半径R=7000m

⒉曲线长L=1426.22m

⒊切线长T=714.63m

⒋缓和曲线长l=220m

2.2隧道纵断面设计

2.2.1隧道内纵坡形式确定

隧道纵坡是采用单向坡还是人字坡，国内两种情况均有。

地下水发育的长隧道宜用人字坡。

隧道坡度不宜小于3‰。

隧道纵面线形受隧道进、出洞口地形、地质控制，既要尽可能减小隧道纵坡以利营运通风，又要满足隧道排水需要。

由于岩脚隧道全长位于2700米的长坡道上，坡度为3.5‰，且满足《隧规》要求：

“位于长大坡道上长度大于400m的隧道，其坡度不得大于最大坡度按规定折减后的数值”，也满足隧道通风及排水需要，故采用单面坡方案。

2.2.2隧道内纵坡坡率的确定

隧道纵面线形应考虑行车安全性、营运通风规模、施工作业效率和排水要求，隧道纵坡不应小于0.3%，一般情况不应大于3%；受地形等条件限制时,铁路的中、短隧道可适当加大，但不宜大于4%；当采用较大纵坡时，必须对行车安全性、通风设备和营运费用、施工效率的影响等作充分的技术经济综合论证。

结合本隧道实际情况，岩脚隧道是中隧道，采用坡度为的3.5‰单向坡。

2.3隧道净空的确定

2