首阳山隧道拆换拱变更设计说明.docx
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首阳山隧道拆换拱变更设计说明.docx
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首阳山隧道拆换拱变更设计说明
新建铁路
兰州至重庆线兰州至广元段
首阳山隧道拆换
Ⅱ类变更设计
中铁第一勘察设计院集团有限公司
2015年7月西安
一、工程概况
(一)概况
隧道位于渭源县莲峰镇境内黄土高原区,穿越中低山区,地表高程2260~2420m。
总体地形北低南高,地形陡峻,自然坡度大于45度,沟壑交织,零星分布李家岔等村庄。
隧道进口位于石门水库东侧约400m处,为蒲川河右岸山前缓坡带,与莲峰镇至石门水库简易公路较近,交通条件一般,洞身地表仅局部冲沟有便道与莲峰至古迹坪简易公路相连,交通条件差,总体交通条件较差。
隧道起讫里程为DK137+214~DK141+019,全长3805m,隧道进口位于R—6000m、出口位于R—4500m的曲线段上,其余地段均位于直线上。
线路纵坡依次为12.8‰、13‰、12.8‰的单面上坡。
(二)拆换变更梳理概况
首阳山隧道拆换Ⅱ类变更共8项,合计150m,共增加金额为万元。
二、变更设计依据
1、原铁道部关于印发《铁路建设项目变更设计管理办法》的通知(铁建设[2012]253号)。
2、《兰渝铁路公司关于委托编制兰渝铁路变更设计的函》(兰渝铁工管函[2015]号)。
3、建设、设计、监理、施工四方会勘纪要。
三、设计概况
(一)工程地质
根据现场调查及各类勘察揭示,隧道通过范围内地层按新老顺序主要为第四系全新统洪积沙质黄土、细圆砾土,粗圆砾土;第四系上更新统风积砂质黄土;下伏下第三系砾岩夹砂岩;详述如下:
1、第四系全新统
1)砂质黄土(Qpl3);主要分布于沿线冲沟地表,层厚1~5m,局部呈透镜体状分布于粗颗粒土层中,层厚1~2m,土黄色或褐黄色,土质不均,夹少量砾石,稍湿一饱和,稍密一中密,
级普通土,稍湿、潮湿层σ0=150kPa,饱和层120kPa。
2)细圆砾土(Q4pl6):
分布于沿线较大冲沟内,厚度1~8m,灰色为主,颗粒成分主要为砾岩和灰岩,粒径2~20mm约占45~60%,大于20mm约占30~35%,杂砂土充填,潮湿—饱和,稍密—中密,
级普通土,σ0=400kPa。
3)细圆砾土(Q4dl6):
主要分布于出口坡面,层厚1~3m,灰色及灰白色,颗粒成分主要为砾岩和白云岩,粒径2~20mm约占20%,大于20mm约占35%,杂砂土充填,潮湿,稍密—中密,
级普通土,σ0=400kPa。
4)细圆砾土(Q4dl6):
分布于沿线较大冲沟内,层厚1~7m,浅黄色,颗粒成分主要为砾岩和石英岩,粒径20~40mm约占20%~35%,40~60mm约占20%~30%,大于60mm约占5%~10%,杂砂土填充,潮湿—饱和,稍密—中密,
级硬土,σ0=450kPa。
5)细圆砾土(Q4dl6):
主要分布于出口坡面,层厚2~8m,灰黄色,颗粒成分主要为砂岩和石英岩粒径20~40mm约占30%,40~60mm约占35%,大于60mm约占20%,杂砂土充填,潮湿,稍密—中密,
级硬土,σ0=450kPa。
2、第四系上更新统
1)砂质黄土(Q3eol3):
广泛分布于山体表层,层厚0~5m不等,土黄色,土质均匀,稍湿—潮湿,稍密—中密,
级普通土,σ0=150kPa。
3、下第三系
1)砾岩夹砂岩(ECg+Ss):
广泛分布于工点范围内底部,棕红色、紫红色、局部铁锈色。
多呈砾岩和砂岩互层状,砾岩颗粒成分以砂岩和灰岩、石英岩等为主,粒径一般20~100mm,泥质胶结,中厚层状构造,砂岩为粉细粒结构,泥质胶结为主,层状构造。
岩体较完整,成岩作用差,岩层产状为N30~88°W/6~15°S,节理较发育,一般发育2~3节理;强风化—弱风化,强风化层,
级硬土,σ0=300kp0,弱风化层,
级软石,σ0=450kPa。
(二)水文地质概况
该隧道通过区地表冲沟发育,较大规模的约有7条冲沟,常年流水仅有2条沟,沟水流量随季节变化大。
本区地下水类型为第四系松散层孔隙潜水和基岩裂隙水。
隧道区为基岩裂隙水弱富水段,岩体的风化、构造裂隙、节理及层理等较发育,连通性较好,为地下水的储存和运移提供了条件,地下水补给水源主要为大气降水,局部地段为地表水入渗补给为主,地下水化学类型为HCO3—Ca型及HCO3·SO42---Ca型水,矿化度为0.372~0.382/l,无侵蚀性CO2,CL-及SO42-对混泥土无腐蚀性,隧道正常涌水量2352.01m³/d,可能最大涌水量5880.03m³/d。
(三)结构设计
1、隧道正洞衬砌结构按喷锚构筑法要求进行设计,采用曲墙复合式衬砌,初期支护采用喷锚支护,喷混凝土采用C25喷混凝土。
衬砌及支护设计参数详见下表。
首阳山隧道设计支护参数表
围岩级别
预留变形量(cm)
初期支护
超前支护
二次衬砌
衬砌钢筋
喷混凝土
锚杆
钢筋网
钢架
施作部位
厚度(cm)
设置部位
长度(m)
环×纵间距(m)
设置部位
网格间距(cm)
设置
部位
钢架类型
纵向间距(m)
支护种类
设置部位
环向间距(m)
拱墙(cm)
仰拱(或底板)(cm)
主筋(环)
架立筋(纵)
箍筋
Ⅲ
5~8
拱墙
12
拱墙
3.0
1.2×1.5
φ6拱部
25×25
40
45
Ⅳ
8~10
拱墙
23
拱墙
3.5
1.2×1.2
φ6拱墙
20×20
拱墙
φ22格栅
1.2
小导管
拱部
0.5
45
50
Ⅳ加
8~10
拱墙
25、15
拱墙
3.5
1.2×1.2
φ6拱墙
20×20
拱墙
工18型钢
1.0
小导管
拱部
0.5
45
50
Ⅴ
10~15
拱墙仰拱
27、25
拱墙
4.0
1.2×1.0
φ8拱墙
20×20
全断面
工20b
0.8
小导管
拱部
0.4
50*
55
5φ22
φ14
φ8
Ⅴ加
10~15
拱墙仰拱
27、25
拱墙
4.0
1.2×1.0
φ8拱墙
20×20
全断面
工20b
0.6
小导管
拱部
0.4
50*
55
5φ22
φ14
φ8
Ⅵ
10~15
拱墙仰拱
30、27
拱墙
4.0
1.0×1.0
φ8拱墙
20×20
全断面
工20b
0.5
小导管
拱部
0.4
55*
60
5φ22
φ14
φ8
注:
1、围岩级别栏中下角标“加”表示加强段,无角标表示深埋;2、拱部采用φ25中空锚杆,边墙采用Φ22全螺纹砂浆锚杆;3、二次衬砌栏中上角标*表示钢筋混凝土,无角标表示模筑混凝土。
2、铁路隧道混凝土结构耐久性根据设计使用年限100年,环境条件和作用等级为T1,并满足高性能混凝土有关技术要求。
混凝土的抗渗等级采用P8;混凝土56d抗冻等级不小于F300;混凝土强度等级低于C30时,其56d电通量应小于2000C;混凝土强度等级为C30~C45时,其56d电通量应小于1500C。
四、变更设计原因
变更设计地质原因主要体现在高地应力、岩体完整程度、岩石物理力学性质、受区域地质构造影响程度、岩层产状、地震、大气降水及地下水等多方面,详述如下:
1、高地应力
隧道位于区域高地应力区,洞身最大水平主应力值为5.16~12.61MPa,最小水平主应力值为3.3~7.7MPa,最大水平主应力方向为N43°W~N58°W,与隧道洞轴线方向(N39°W)小角度相交,大断面开挖后,收敛变形大,属高地应力软岩大变形。
2、岩体完整程度变化大
原勘察地质调绘、物探以及钻探揭示该段以三叠系板岩为主,节理较发育,岩体较完整-较破碎,层间结合紧密,实际开挖揭示板岩受构造影响较重,岩体仅局部较完整,大部分较破碎-破碎,且有弯折、扭曲及揉皱现象,板理间结合力较差,并多夹有软弱泥化夹层,加之节理、裂隙发育,节理面多有泥质充填,造成岩体完整性变化频繁,多呈层状、碎石、块石状结构,局部受构造影响严重段,岩体破碎-极破碎,呈角砾、粉末状。
3、岩石物理力学性质差
围岩以薄层状为主,变余泥质、钙质结构,变余泥质结构板岩单轴饱和抗压强度较低,一般为4.39~17.7MPa,属于软岩、较软岩,而钙质结构板岩单轴饱和抗压强度一般22.7~36.3MPa,属较软岩、硬岩。
岩石软硬不均,层间结合差,影响围岩整体稳定性。
4、岩体受区域地质构造影响较重
该套地层分布于区域合作—岷县断裂带(F3)、舟曲—金厂—石峡断裂带(F4)之间,受构造影响较重,岩层多有揉皱变形现象,节理、裂隙较发育-发育,多处分布层间挤压破碎带或泥化夹层。
5、岩层产状
该段受构造影响,岩层扭曲变形,产状多变,走向与洞轴线夹角较小或基本一致,对围岩稳定性影响较大,边墙自稳能力差。
6、5.12汶川地震
现今强烈的差异性构造活动导致了多次大地震的发生,如5.12汶川地震后据统计共发生5.0级以上的地震19次,对区域内岩体工程性质的影响极大。
地震中地应力的释放,导致不均质的弹塑性岩体体积扩展、岩石拉裂、结构面张开,尤其是断带附近的岩体,会不同程度的进一步碎裂化,使岩体的完整性变差;同时基岩裂隙水渗透空间的扩大,更加恶化了围岩的地质条件。
此外,山体对地震波的放大作用还进一步加剧了地震地质效应。
五、变更设计情况
(一)Ⅱ类变更设计段落统计
首阳山隧道拆换Ⅱ类变更段落如下表:
序号
工点名称
起点里程
终点里程
长度(m)
备注
1
首阳山隧道
DK137+234.0
DK137+240.0
6.0
2
首阳山隧道
DK137+253.0
DK137+272.0
19.0
3
首阳山隧道
DK137+749.0
DK137+768.0
19.0
4
首阳山隧道
DK137+790.0
DK137+810.0
20.0
5
首阳山隧道
DK137+546.0
DK137+564.0
18.0
6
首阳山隧道
DK137+590.0
DK137+610.0
20.0
7
首阳山隧道
DK137+763.0
DK137+792.0
29.0
8
首阳山隧道
DK137+961.0
DK137+980.0
19.0
(二)拆换段揭示的地质状况
1、首阳山隧道DK137+234~DK137+240拆换段
DK137+234~DK137+240段揭示地层为砾岩夹砂岩,砾岩和砂岩互层,砾岩颗粒成分以砂岩和灰岩、石英岩等为主,砂岩以粉细粒结构,泥质胶结为主,层状构造。
成岩作用差。
2、首阳山隧道DK137+253~DK137+272拆换段
DK137+253~DK137+272段揭示地层为砾岩夹砂岩,节理较发育,岩体多被挤压呈碎石状,围岩自稳能力差。
3、首阳山隧道DK137+749~DK137+768拆换段
DK137+749~DK137+768段开挖揭示围岩为砾岩夹砂岩,岩体稳定性较差,拱部有夹层,受构造作用影响较重,节理较发育。
4、首阳山隧道DK137+790~DK137+810拆换段
DK137+790~DK137+810段开挖揭示围岩为砾岩夹砂岩,节理裂隙发育,开挖后拱部有掉块。
5、首阳山隧道DK138+546~DK138+564拆换段
DK138+546~DK138+564段初支开裂严重,局部初支出现混凝土掉块、钢架扭曲现象。
6、首阳山隧道DK138+590~DK138+610拆换段
DK138+590~DK138+610段初支开裂严重,局部初支出现混凝土掉块、钢架扭曲现象。
7、首阳山隧道DK140+763~DK140+792拆换段
DK140+763~DK140+792段揭示地层为砾岩夹砂岩,节理较发育,岩体多被挤压呈碎石状,围岩自稳能力差,拱顶有渗水。
DK140+763~DK140+770为Ⅴ级加强围岩、DK140+770~DK140+792为Ⅵ级围岩。
8、首阳山隧道DK140+961~DK140+980拆换段
DK140+961~DK140+980段揭示地层为砾岩夹砂岩,砾岩和砂岩互层,节理发育,层状构造,成岩作用差。
(三)变更设计结构设计情况
首阳山隧道拆换拱Ⅱ类变更拆换前后支护措施见下表。
首阳山隧道拆换前后支护参数表
序号
工程段落
长度(m)
围岩级别
拆换前支护参数
拆换后支护参数
备注
1
DK137+234~DK137+240
6.0
Ⅴ+
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距40cm;全环喷射C25砼,厚27cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀0.6m;拱墙设置Φ8钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.2×1.0m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆。
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距40cm;全环喷射C25砼,厚27cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀0.6m;拱墙设置Φ8钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.2×1.0m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆;拱墙设长4.0m径向注浆管,间距1.2m×1.2m(环×纵)
2
DK137+253~DK137+272
19.0
Ⅳ+
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距50cm;全环喷射C25砼,厚25cm;全环采用工18型钢钢架,间距1榀/1.0m;拱墙设置Φ6钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.2×1.2m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆。
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距50cm;全环喷射C25砼,厚25cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀/0.8m;拱墙设置Φ6钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.2×1.2m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆;拱墙设长4.0m径向注浆管,间距1.2m×1.2m(环×纵)
3
DK137+749~DK137+768
19.0
Ⅴ
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距50cm;全环喷射C25砼,厚25cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀/0.8m;拱墙设置Φ6钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.2×1.2m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆。
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距50cm;全环喷射C25砼,厚25cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀/0.8m;拱墙设置Φ6钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.2×1.2m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆;拱墙设长4.0m径向注浆管,间距1.2m×1.2m(环×纵)
4
DK137+790~DK137+810
20.0
Ⅴ
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距40cm;全环喷射C25砼,厚30cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀/0.8m;拱墙设置Φ8钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.2×1.0m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆。
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距40cm;全环喷射C25砼,厚30cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀/0.8m;拱墙设置Φ8钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.2×1.0m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆;拱墙设长4.0m径向注浆管,间距1.2m×1.2m(环×纵)
5
DK138+546~DK138+564
18.0
Ⅴ+
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距40cm;全环喷射C25砼,厚27cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀0.6m;拱墙设置Φ8钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.2×1.0m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆。
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距40cm;全环喷射C25砼,厚27cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀0.6m;拱墙设置Φ8钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.2×1.0m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆;拱墙设长4.0m径向注浆管,间距1.2m×1.2m(环×纵)
6
DK138+590~DK138+610
20.0
Ⅴ+
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距40cm;全环喷射C25砼,厚27cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀0.6m;拱墙设置Φ8钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.2×1.0m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆。
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距40cm;全环喷射C25砼,厚27cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀0.6m;拱墙设置Φ8钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.2×1.0m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆;拱墙设长4.0m径向注浆管,间距1.2m×1.2m(环×纵)
7
DK140+763~DK140+792
29.0
Ⅵ
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距40cm;全环喷射C25砼,厚30cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀0.6m;拱墙设置Φ8钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.0×1.0m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆。
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距40cm;全环喷射C25砼,厚27cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀0.6m;拱墙设置Φ8钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.0×1.0m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆;拱墙设长4.0m径向注浆管,间距1.2m×1.2m(环×纵)
5
8
DK140+961~DK140+980
19.0
Ⅴ+
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距40cm;全环喷射C25砼,厚27cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀0.6m;拱墙设置Φ8钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.2×1.0m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆。
拱部设Φ42超前小导管并预注浆,长4m,环向间距40cm;全环喷射C25砼,厚27cm;全环采用工20b型钢钢架,间距1榀0.6m;拱墙设置Φ8钢筋网;边墙采用Φ22砂浆锚杆,长4.0m,间距1.2×1.0m;锁脚采用长4.0mΦ22锚杆;拱墙设长4.0m径向注浆管,间距1.2m×1.2m(环×纵)
5
六、设计变更数量
1、首阳山隧道拆换变更设计工程数量如下表。
首阳山隧道拆换变更设计工程数量表
序号
工程部位及材料
单位
Ⅳ级
Ⅴ级
Ⅵ级
合计
1
围岩长度
m
19
109
22
150
2
钢架榀数
榀
32
166
37
235
3
施作的初期支护
喷混凝土
网喷
C25混凝土
m3
157
728
199
1083
4
φ8钢筋
kg
2166
10217
2495
14878
5
I20b型钢钢架
工20b型钢
kg
27573
120519
32835
180927
6
连接钢筋
Φ22HRB335钢筋
kg
1587
7013
2314
10914
7
连接钢板
HPB235
kg
2506
10558
2928
15992
8
螺栓
M20×70螺栓
套
760
3300
888
4948
9
锁脚锚杆(管)
根数
根
253
1100
296
1649
10
长度
m
1013
4400
1184
6597
11
重量
kg
3020
13112
3528
19660
12
拆除初期支护
喷混凝土
网喷
C25混凝土
m3
145
728
199
1071
13
钢筋网
φ6钢筋
kg
1203
0
0
1203
14
φ8钢筋
kg
0
10217
2495
12712
15
I18型钢钢架
工18型钢
kg
12734
0
0
12734
16
连接钢筋
Φ22HRB335钢筋
kg
1587
0
0
1587
17
连接钢板
HPB235
kg
1190
0
0
1190
18
螺栓
M20×70螺栓
套
456
0
0
456
19
I20b型钢钢架
工20b型钢
kg
0
120519
32835
153354
20
连接钢筋
Φ22HRB335钢筋
kg
0
7013
2314
9327
21
连接钢板
HPB235
kg
0
10558
2928
13486
22
螺栓
M20×70螺栓
套
0
3300
888
4188
23
初期支护加固
径向注浆加固
Φ42钢花管
Φ42mm×3.5mm热轧无缝钢管
根
380
1790
440
2610
24
m
1520
7160
1760
10440
25
Kg
5092
23986
5896
34974
26
单液注浆
525号普通硅酸盐水泥
kg
49875
256875
57750
364500
27
速凝剂
kg
2494
12844
2888
18225
28
注浆体积
m3
67
343
77
486
七、拆换Ⅱ类变更投资增减情况
(一)编制范围
(二)编制依据
(三)编制原则
(四)概算总额及技术经济指标
(五)附表
1、总概算对照表
2、综合概算对照表
3、总概算表
4、综合概算表
5、单项概算表
八、附件
首阳山隧道拆换变更现场四方会勘纪要
参加本报告编写及审核人员如下:
处总工程师:
杨木高高勤运邢淑琴
室主管及专册:
地路处王建军甄秉国
桥隧处刘国庆司剑钧
工经处刘元泓史炜
复核:
地路处王洪昌
桥隧处李宁
工经处裴广智
编写:
地路处王建军
桥隧处徐志平
工经处史炜
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