寨子岗隧道设计1

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第一章工程概况

寨子岗隧道位于湖南省湘乡市西北约12km的寨子岗林场。隧道进口里程DK74+373，出口里程DK78+130，隧道全长3757m，设计行车速度为350km/h，为单洞双线隧道。隧道所经山脉最高海拔为432.60m，最高点里程为DK75+687.8，隧道最大埋深285.49m。

1.1 地层岩性

本隧道洞身穿越地层为泥盆纪地层和沩山花岗岩杂岩体，进口为泥盆系上统佘田桥组（D3s）；洞身范围为泥盆系上统的佘田桥组（D3s）、泥盆系中统的棋梓桥组（D2q）、跳马涧组（D2t）及印支期花岗岩（r51-a）；出口为印支期的全风化花岗（r51-a）；另外山涧沟谷底部多有第四系全新统披洪积层（Q4dl+pl）堆积。

1.2 地质构造

本隧道横穿近南北向挤压带，岩层由泥盆系跳马涧组、易家湾组、棋梓桥组、佘田桥组、长龙界组及印支期花岗岩组成，呈单斜构造，走向310°～2°，倾角20°～5°。隧道出口有花岗岩侵入，属沩山花岗岩体的一部分。据区域地质资料，花岗岩与围岩接触线不规则，接触面产状多数倾向围岩，倾角大于50°，范围值在50°～70°。

F1断层：位于DK74+720～DK74+860，表现洞身通过处电阻率为中间低两则高的特征，并向下有一定延伸，风化裂隙发育。

F2断层：位于DK75+0～DK75+660，电阻率有纵向变化趋势，推断该处岩石破碎，风化裂隙发育，含基岩裂隙水。

F3断层：位于DK76+040～DK76+140，电阻率等值线呈纵向变化趋势，风化裂隙发育，可能含基岩裂隙水。

1.3 水文地质条件

本隧道地表水主要是水塘和隧道洞身地表山涧溪水，一般常年有水，降雨除下渗基岩外，多沿坡面排泄，汇入溪沟。根据区域水文资料及野外调绘，雨季区

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内各主要冲沟呈现一个暴涨暴落的急变型动态过程，暴雨过后溪沟水较正常水位高出3～5倍。沿线地下水水质较好，对混凝土无腐蚀性。

1.4 不良地质条件

（一）围岩失稳、塌方

隧道开挖后，由于围岩应力重分布现象，会在硐室周边形成应力集中，岩体就可能发生塑性变形或破坏。

（二）岩溶区得突泥，涌水

DK75+440在孔深80米后见承压水，静止水头高于地面1.0米，含水层赋存于泥质灰岩和灰岩中。

应注意在

DK74+730~DK74+805、 DK75+163~DK75+750、

DK76+325~DK76+440、 DK76+780~DK76+965 段进行超前预报工作，做好防范岩溶裂隙水的突涌工作。

（三）岩爆预测

拟建隧道全长3757m，最大埋深285.49m,在DK77+377~DK77+8 有可能发生岩爆。

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第二章隧道的总体设计

2.1 一般规定

隧道设计应满足铁路交通规划的要求，其建筑限界，断面净空，隧道主体结构以及通风、照明等设施，应按《铁路隧道设计规范》(TB10003—2005)进行设计。

2.2 隧道线路平面及纵断面设计

根据地质、地形、路线走向、通风等因素确定隧道的平曲线线形，根据隧道所处地段地形图，隧道进口里程DK74+373，出口里程DK78+130,全长3757m，为单洞双线高速铁路隧道。

进口至DK77+591.079位于直线上, DK77+591.079至出口位于R=11000m的右偏曲线上。

隧道纵面设计综合考虑了地形、地质条件、通风、排水、施工及隧道两端的接线条件，拟定本段隧道纵坡，隧道DK74+373至DK75+600内纵坡为1.14％单面上坡，DK75+600至DK78+130内纵坡为1.45％单面下坡。

2.3 隧道建筑限界及衬砌内轮廓设计

2.3.1 隧道建筑限界的确定

根据《铁路隧道设计规范》(TB10003—2005)及相关设计标准的要求，该隧道为单洞双线高速铁路隧道，设计行车速度为350km/h，隧道净空有效面积

100m2，隧道线间距与洞外相同，曲线地段隧道不考虑加宽(如图2.1)。

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图2.1 隧道建筑接近限界

2.3.2 隧道衬砌内轮廓的设计

衬砌内轮廓、边墙的厚度以及拱顶,拱脚是事先根据净空和结构的要求,结合设计和使用的经验来确定的(如图2.2)。

线路中线R665隧道中线线路中线R665R220R2209671260

图2.2 隧道衬砌内轮廓线

210170170160170170878湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

2.4 支护形式选择

根据铁路使用要求、隧道围岩地质条件和施工条件，按照《铁路隧道设计规范》(TB10003—2005)）中“衬砌结构设计”规定，按新奥法原理设计，该隧道应采用复合式衬砌，即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。隧道形式采用曲墙式，Ⅲ～Ⅴ级围岩均设置仰拱。

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第三章洞口段设计

3.1 洞门设计

隧道洞口位置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排水的需要，本着\"早进晚出\"的原则确定。尽量减少洞口边仰坡开挖高度，同时兼顾洞口地形、地质条件，选用经济、美观、和谐自然的洞门型式。根据隧道洞口地形、工程地质条件，为了解决高速铁路空气动力学的问题，采用帽檐式斜切洞门。

本隧道进、出口段均采用明挖法施工，回填后设计边仰坡坡率为1：1.25。由于洞门背后一定范围内是以回填土为主，且设置浆砌片石骨架护坡，山体的推滑力不大。

本洞门结构系在洞口斜切面加设一斜切椭圆台面帽檐面构筑而成，该椭圆台面以衬砌斜切椭圆面为底面，其轴线用过底面椭圆中心并与之垂直（如图3.1，3.2）。洞门结构的设计同明洞衬砌，帽檐的配筋按构造要求设置，并在与明洞结构衔接处设施工沉降缝。

图3.1 洞门正面图

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图3.2 洞门剖面图

3.2 明洞设计

3.2.1 明洞长度确定

隧道出口段围岩级别均为Ⅴ级，有较长的超浅埋段。为了施工上的方便，考虑把超浅埋段设为明洞。

坍落拱高度按下式计算：

h0.452S1[10.1(B5)]0.45251[10.1(14.945)] 12.5712hph12.5712m

当埋深hph时，即为超浅埋隧道。

考虑到隧道施工和整体美观协调，明洞长度确定为：

进口：27m；出口：196m。

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3.2.2 土压力计算（1）参数选取

回填土重度γ119kN/m3，M10浆砌片石重度γ222kN/m3，

计算内摩擦角50，砼弹性模量E311072ckPa，

（2）土压力计算拱圈回填土压力：

qγh 代入数据得：qγh19236kPa 侧压力：

eγ1Htan22H45φct2 代入数据得 e113.34kPa，e234.67kPa

3.3 明洞衬砌内力计算

3.3.1 计算程序理正隧道衬砌计算软件 3.3.2 计算参数计算简图

(4.1)

(4.2) 8

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图3.3 计算简图

基本参数

规范标准：

砼规范GB50010-2002

承载能力极限状态： 1.0 衬砌断面类型：三心圆拱形每段计算的分段数： 10 计算迭代次数： 10 抗力验证要求：

高

衬砌参数

底部半宽：

7.350(m) 底拱半径： 17.210(m) 底拱半中心角： 16.000(度) 底拱厚度： 0.800(m) 侧墙高度： 1.500(m) 侧墙厚度：

0.800(m)

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顶拱半径： 6.650(m) 顶拱厚度： 0.800(m) 底拱围岩弹抗系数： 100.000(MN/m³) 侧墙围岩弹抗系数： 100.000(MN/m³) 顶拱围岩弹抗系数： 100.000(MN/m³) 衬砌的弹性模量：

23000.000(MPa)

荷载参数

底部山岩压力(侧)：

0.000(kN/m) 底部山岩压力(中)： 0.000(kN/m) 侧向山岩压力(上)： 13.340(kN/m) 侧向山岩压力(下)： 34.670(kN/m) 顶部山岩压力(侧)： 36.000(kN/m) 顶部山岩压力(中)： 36.000(kN/m) 内水压力水头： 0.000(m) 外水压力水头： 0.000(m)

外水压力折减系数：

0.400

顶拱灌浆压力： 20.000(kPa) 顶拱灌浆压力作用范围角： 60.000(度) 其它段灌浆压力： 0.000(kPa) 衬砌容重： 24.000(kN/m³)

荷载组合参数

编号

荷载名称是否计算分项系数

1 衬砌自重 √ 1.00 2 顶岩压力 √ 1.00 3 底岩压力 √ 1.00 4 侧岩压力 √ 1.00 5 内水压力 √ 1.00 6 外水压力 √ 1.00

顶部灌浆压力 √ 1.00

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8 配筋参数

其余灌浆压力 √ 1.00

是 C35

HRB335(fy=300kPa,fyk=335kPa) 对称配筋：

混凝土等级：纵筋等级：箍筋计算：计算

箍筋等级： HPB235(fy=210kPa,fyk=235kPa) 箍筋间距： 150(mm) 配筋计算as： 65(mm) 配筋调整系数： 1.00 裂缝计算：计算最大裂缝宽度允许值： 0.40(mm) 单侧钢筋：

D16

砼保护层厚度： 50(mm)

计算结论:经过6次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!

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轴向力剪力弯矩切向位移法向位移转角围岩抗力单侧纵筋箍筋面积抗剪验算

N Q M U V W As Av

(kN) (kN) (kN.m) (mm) (mm) (度) (kPa) (mm^2) (mm^2)

0 -2793.7 0.000 10.902 0.000 0.400 0.000 0.2 1470.0 202.5 1 -2792.625 -19.912 15.692 -0.084 0.400 0.000 0.2 1470.0 202.5 2 -27.214 -39.419 29.980 -0.168 0.402 0.001 0.2 1470.0 202.5 3 -2783.563 -57.579 53.376 -0.252 0.409 0.002 0.2 1470.0 202.5 4 -2775.744 -72.383 84.803 -0.337 0.426 0.004 0.2 1470.0 202.5 5 -2765.915 -80.277 121.866 -0.421 0.460 0.007 0.2 1470.0 202.5 6 -27.360 -75.783 160.008 -0.507 0.521 0.011 0.3 1470.0 202.5 7 -2741.553 -51.310 191.534 -0.595 0.618 0.016 0.3 1470.0 202.5 8 -2728.212 2.671 204.621 -0.685 0.756 0.021 0.4 1470.0 202.5 9 -2715.343 96.907 182.525 -0.780 0.939 0.027 0.5 1470.0 202.5 10 -2704.259 241.827 103.335 -0.880 1.162 0.031 0.6 1470.0 202.5 0 -2704.259 241.827 103.335 -0.880 1.162 0.031 0.6 1470.0 202.5 1 -2710.178 150.626 13.488 -1.107 1.294 0.033 0.6 1470.0 202.5 2 -2701.049 93.783 -42.058 -1.350 1.400 0.032 0.7 1470.0 202.5 3 -2682.460 66.235 -78.266 -1.603 1.465 0.031 0.7 1470.0 202.5 4 -2659.310 59.161 -106.826 -1.861 1.479 0.028 0.7 1470.0 202.5 5 -2635.285 60.927 -134.6 -2.117 1.437 0.025 0.7 1470.0 202.5 6 -2612.427 57.688 -162.697 -2.363 1.333 0.021 0.7 1470.0 202.5 7 -2590.762 33.869 -185.087 -2.590 1.162 0.016 0.6 1470.0 202.5 8 -2568.018 -27.117 -188.418 -2.791 0.923 0.011 0.5 1470.0 202.5 9 -2539.477 -141.607 -151.577 -2.956 0.619 0.006 0.3 1470.0 202.5 10 -2498.066 -323.516 -46.310 -3.077 0.265 0.003 0.1 1470.0 202.5 底拱(从中心向左等分10段):

侧底圆角(从右向左等分10段):

满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足

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侧墙(从底向上等分10段):

0 -2498.066 -323.516 -46.310 -3.077 0.265 0.003 0.1 1470.0 202.5 满足 1 -2495.186 -2.636 -0.314 -3.097 0.274 0.003 0.1 1470.0 202.5 满足 2 -2492.306 -2.928 40.539 -3.118 0.282 0.003 0.1 1470.0 202.5 满足 3 -24.426 -219.356 76.122 -3.138 0.291 0.004 0.1 1470.0 202.5 满足 4 -2486.6 -182.820 106.298 -3.158 0.301 0.005 0.2 1470.0 202.5 5 -2483.666 -145.1 130.912 -3.178 0.315 0.006 0.2 1470.0 202.5 6 -2480.786 -106.183 149.781 -3.199 0.331 0.007 0.2 1470.0 202.5 7 -2477.906 -65.636 162.6 -3.219 0.351 0.008 0.2 1470.0 202.5 8 -2475.026 -23.2 169.380 -3.239 0.374 0.010 0.2 1470.0 202.5 9 -2472.146 21.248 169.559 -3.259 0.401 0.011 0.2 1470.0 202.5 10 -2469.266 68.161 162.886 -3.279 0.432 0.013 0.2 1470.0 202.5 0 -2469.266 68.161 162.886 -3.279 0.432 0.013 0.2 1470.0 202.5 1 -2457.503 91.744 104.953 -3.405 0.363 0.018 0.2 1470.0 202.5 2 -2438.128 103.724 35.255 -3.527 0.338 0.021 0.2 1470.0 202.5 3 -2411.140 114.985 -42.411 -3.7 0.321 0.021 0.2 1470.0 202.5 4 -2377.122 123.453 -127.1 -3.763 0.272 0.018 0.1 1470.0 202.5 5 -2336.117 112.131 -213.331 -3.871 0.149 0.010 0.1 1470.0 202.5 6 -2286.399 .115 -274.783 -3.963 -0.090 0.000 0.0 1470.0 202.5 7 -2226.611 -8.901 -2.200 -4.029 -0.475 -0.012 0.0 1470.0 202.5 8 -2159.398 -46.046 -268.831 -4.056 -1.011 -0.023 0.0 1470.0 202.5 9 -2087.666 -68.188 -227.371 -4.033 -1.684 -0.034 0.0 1470.0 202.5 10 -2014.074 -74.796 -175.685 -3.950 -2.470 -0.042 0.0 1470.0 202.5

侧顶圆角(从侧拱脚向右等分10段):

满足满足满足满足满足满足满足

满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足

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顶拱(从拱脚向拱顶等分10段):

0 -2014.074 -74.796 -175.685 -3.950 -2.470 -0.042 0.0 1470.0 202.5 满足 1 -1957.371 -109.876 -126.951 -3.785 -3.180 -0.047 0.0 1470.0 202.5 满足 2 -1900.018 -133.335 -62.937 -3.561 -3.909 -0.050 0.0 1470.0 202.5 满足 3 -1843.977 -145.493 10.358 -3.278 -4.636 -0.050 0.0 1470.0 202.5 满足 4 -1791.118 -146.981 87.182 -2.938 -5.336 -0.049 0.0 1470.0 202.5 5 -1743.171 -138.722 162.192 -2.3 -5.982 -0.045 0.0 1470.0 202.5 6 -1701.683 -121.902 230.596 -2.100 -6.551 -0.039 0.0 1470.0 202.5 7 -1667.976 -97.939 288.283 -1.614 -7.019 -0.031 0.0 1470.0 202.5 8 -13.115 -68.445 331.937 -1.095 -7.368 -0.022 0.0 1470.0 202.5 9 -1627.881 -35.178 359.122 -0.553 -7.583 -0.011 0.0 1470.0 202.5 10 -1622.749 0.000 368.350 0.000 -7.656 0.000 0.0 1470.0 202.5 满足满足满足满足满足满足满足

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配筋结果

衬砌内侧纵筋最大面积As = 1600.0mm²，外侧纵筋最大面积As1 =1600.0mm²；纵筋面积总和As = 3200.0mm²。箍筋最大面积Av = 405.1mm²。截面尺寸抗剪验算：满足。

注:此处纵筋即为受力筋。

计算结论:经过6次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!

轴向力弯矩围岩抗力实配钢筋裂缝宽度拉筋应力 Nk Mk (单侧) Wmax stress (kN) (kN.m) (kPa) (mm) (MPa)

0 -785.366 27.786 0.1 D16 --- --- 1 -784.623 1.9 0.183 D16 --- --- 2 -778.638 -13.663 0.197 D16 --- --- 3 -769.147 -23.285 0.205 D16 --- --- 4 -757.703 -30.432 0.207 D16 --- --- 5 -745.508 -37.215 0.200 D16 --- --- 6 -733.287 -44.074 0.184 D16 --- --- 7 -721.179 -49.532 0.159 D16 --- --- 8 -708.663 -50.037 0.126 D16 --- --- 9 -694.522 -39.919 0.083 D16 --- --- 10 -676.886 -11.576 0.034 D16 --- ---

0 -676.886 -11.576 0.034 D16 --- --- 1 -674.006 0.752 0.035 D16 --- --- 2 -671.126 11.652 0.037 D16 --- --- 3 -668.246 21.096 0.038 D16 --- --- 4 -665.366 29.0 0.040 D16 --- --- 5 -662.486 35.4 0.042 D16 --- --- 6 -659.606 40.358 0.045 D16 --- --- 7 -656.726 43.607 0.048 D16 --- ---

底拱(从中心向左等分10段):

侧底圆角(从右向左等分10段):

侧墙(从底向上等分10段):

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8 -653.846 45.173 0.052 D16 --- --- 9 -650.966 44.982 0.056 D16 --- --- 10 -8.086 42.948 0.060 D16 --- ---

侧顶圆角(从侧拱脚向右等分10段):

0 -8.086 42.948 0.060 D16 --- --- 1 -636.0 25.935 0.051 D16 --- --- 2 -623.861 5.131 0.047 D16 --- --- 3 -611.363 -18.234 0.043 D16 --- --- 4 -598.453 -43.042 0.033 D16 --- --- 5 -584.741 -65.309 0.011 D16 --- --- 6 -569.328 -76.158 0.000 D16 --- --- 7 -551.862 -71.340 0.000 D16 --- --- 8 -533.445 -59.406 0.000 D16 --- --- 9 -514.858 -45.701 0.000 D16 --- --- 10 -496.7 -32.298 0.000 D16 --- ---

顶拱(从拱脚向拱顶等分10段):

0 -496.7 -32.298 0.000 D16 --- --- 1 -482.886 -21.232 0.000 D16 --- --- 2 -469.3 -7.288 0.000 D16 --- --- 3 -456.419 8.355 0.000 D16 --- --- 4 -444.332 24.560 0.000 D16 --- --- 5 -433.4 40.270 0.000 D16 --- --- 6 -424.118 .532 0.000 D16 --- --- 7 -416.557 66.524 0.000 D16 --- --- 8 -410.997 75.583 0.000 D16 --- --- 9 -407.596 81.218 0.000 D16 --- --- 10 -406.452 83.129 0.000 D16 --- ---

注:

裂缝结果中“---” 表示按规范对于e0/h0<=0.55的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。16

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图3.4 变形图（设计值）

图3.6 抗力分布图（设计值）图3.5 变形图（标准值）

图3.7 抗力分布图（标准值）

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图3.8 轴力图（设计值）图3.10 剪力图（设计值）

图3.9 轴力图（标准值）

图3.11剪力图（标准值）

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图3.12 弯矩图（设计值）

图3.14 切向位移图（设计值）图3.13 弯矩图（标准值）

图3.15 切向位移图（标准值）

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图3.16 法向位移图（设计值）

图3.18 转角位移图（设计值）图3.17 法向位移图（标准值）

图3.19 转角位移图（标准值）

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第四章主洞衬砌设计

寨子岗隧道支护结构采用复合式衬砌，分为初期支护和二次衬砌，初期支护采用喷锚支护，二次衬砌采用现浇模筑（钢筋）混凝土。

4.1 初期支护预设置

初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用，根据不同围岩级别区别组合。锚杆采用全长粘结型锚杆。由工程类比法，结合《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005），初期支护喷射混凝土材料采用C30级混凝土。

4.2 围岩压力计算

4.2.1 计算断面参数确定

隧道高度H=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量隧道宽度B=内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量各围岩级别计算断面参数如下表4.1：

表4.1 计算断面参数表 (单位：m)

围岩级别 Ⅲ

Ⅳ V

隧道高度H 11.93 12.43 12.62

隧道宽度B 14.37 14.75 14.94

4.2.2 深浅埋段的确定坍落拱高度按下式计算：

h0.452S110.1B5 (4.1)

V级围岩，s=5；B>5，i=0.1。

h0.4525110.114.94512.7008m

qγhhh12.7008m 荷载等效高度： qγγ浅埋隧道分界深度： Hp2.5hq2.512.700831.752m 同理可知IV围岩： hq6.2m，Hp15.66m

根据勘查报告，V级围岩段分为深埋段、浅埋段、超浅埋段，IV围岩段全部为深埋段。

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4.2.3 围岩压力（1）深埋隧道

坍落拱高度：

S1h0.45210.1B5

垂直压力：

qγh (4.2)

水平均布压力根据表5.3 计算：

表4.2 围岩水平均布压力

围岩级别水平均布压力e Ⅲ IV V 0.15p 0.22q 0.40q （2）埋深小于或等于等效荷载高度hq的隧道

垂直压力： qγH (4.3)

1侧向压力： eγH2HtH——隧道埋深；

2φctan45 (4.4) 2Ht——隧道高度；

c——值见表5.4：

表4.3 各级围岩物理力学指标标准值

围岩级别

重度γ

（kN/m3） 25~27 23~25 20~23 17~20

弹性抗力变形模量E系数k（GPa）（MPa/m） 1200~1800 20~33 500~1200 6~20 200~500 1.3~6 100~200 1~2

泊松比μ

内摩擦角粘聚力C

φ（°）（MPa） 50~60 39~50 27~39 20~27

1.5~2.1 0.7~1.5 0.2~0.7 0.05~0.2

计算摩擦角φc（°） 70~80 60~70 50~60 40~50

Ⅱ Ⅲ IV

0.2~0.25 0.25~0.3 0.3~0.35 0.35~0.45

注：①本表由《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）3.2.8提取。

②选用计算摩擦角时，不再计内摩擦角和粘聚力。

（3）埋深大于hq小于等于Hp的隧道

隧道埋深大于等效荷载高度hq而小于等于分界深度Hp时，为了便于计算，假定围岩中形成的破裂面是一条与水平成β角的斜直线（图4.1）。EFHG岩土体下沉，带动两侧三棱土体FDB和ECA下沉，整个岩土体ABCD下沉时，又要受到

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未扰动岩土体的阻力；斜直线AC或BD是假定的破裂面，分析时考虑粘聚力C，并采用计算摩擦角φ ；另一滑面FH或EG则并非破裂面，因此，滑面阻力要小于破裂面的阻力，若该滑面的摩擦角为θ，则θ值应小于φ 值。

图4.1 浅埋隧道围岩压力计算

H1λtanθ垂直压力： q浅γHB (4.5)

t式中：

Bt——坑道宽度。

水平侧压力：

e e1γHλ，e2γhλ

h——坑道底部到地面的距离

1e1e2 (4.6) 2侧压力系数：

λ

tanβtanctanβ1tanβtanctanθtanctanθ (4.7)

tanβtanctan21tanctanctanθc (4.8)

利用（1）（2）（3）各公式，计算各级围岩压力如下： ①Ⅲ级围岩（深埋）

41h0.45210.114.3756.87m6

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2qγh226.876151.272kN/m 2e0.22q33.279kN/m

同理计算Ⅳ级围岩（深埋）的围岩压力如下表. ② V级围岩（深埋）

51h0.45210.114.94514.357m

qγh1914.357272.779kN/2m e0.40q109.111kN/2m

③ V级围岩（浅埋）

取HHP31.752m，hH12.6244.372m，BtB14.94m，θ0q.6浅HcγH301 Bλtanθttanβ19tan3150.7521tan23150.7521tan50

tan1450.94tan0.1719300.35773.3584 453.55kN/m2

e1γHλ1931.7520.1719103.7052kN/m2 e2γhλ1944.3720.1719144.923kN/m2 e12e11e22103.7052144.923124.35kN/m2

④ V级围岩（超浅埋）

取Hhq12.7008m，Ht12.62m，c50

qγH1912.7008241.3152kN/2m

eγH12Httan245φc2 1912.700812212.62tan45502231.5829kN/m 各级围岩压力列表如下表4.4： 50c，



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表4.4 各级围岩压力列表

围岩级别 Ⅲ IV V

埋深类型深埋深埋超浅埋浅埋深埋

荷载类型

q e q e q e q e q e

数值（kN/m2） 87.165 13.074 151.272 33.279 241.3152 32.0829 453.55 124.35 272.79 109.111

4.3 初期支护设计

本隧道处在Ⅲ~Ⅴ级围岩中，开挖半径为a6.7m，现以Ⅴ级围岩取埋深200m处为例计算：

支护材料取喷射混凝土采用C30，厚度为28cm，钢筋网选用Q235钢筋，钢筋直径6mm，网格间距2020cm。锚杆为全长粘结型，选用HRB335, Φ22钢筋，长度4m，间距1.2m1m。钢支撑选用20工字钢，每榀间距0.6m。

采用剪切滑移破坏法计算：

图4.2 剪切滑移破坏法示意图

现假定锚杆、钢支撑、喷射混凝土所组成的联合支护，它们的总支护抗力可视为各支护抗力之和，即：

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pp1p2p3p4 （4-1）

式中

p——所提供的总的支护抗力；

p1——喷混凝土提供的支护抗力； p2 ——钢支撑提供的支护抗力；

p3——锚杆提供的支护抗力； p4——围岩本身提供的支护抗力。

计算所得的p值应大于阻止剪切滑移所需的最小支护抗力值，即ppmin。 4.3.1 喷混凝土提供的支护抗力p1值

p1式中

2dsscos (4-2) bsinsds——喷混凝土厚度;

s——喷混凝土抗剪强度，

取s0.43c(c为喷混凝土的抗压强度；）s——喷混凝土的剪切角，取s30o；

b——剪切区高度；

——剪切滑移面的平均倾角，取经验数据：

(0)2

01aWln （0见图5.1） tana其中，取60o、a见图5.1，b为剪切区高度。

W为加固带厚度，取值为：

tsin()ttt2aW(al)cos()sin()tan()a t2a2a2a4cos()2a2式中

l——形成加固带时锚杆的有效长度；

t——锚杆横向间距（见图5-1）。得：

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ds28cm0.28m

s0.43c0.43155.38MPa

则取60o，b6.7cos60o3.59mb7.18m 20.8sin()0.80.80.826.76.7W(6.74)cos()sin()tan()0.826.726.726.74cos()26.722.56m

060o16.72.56oln70.096.7 tan60o(70.0960)25.05o将所有数据代入式5-2，得

20.285.38op1cos5.050.9MPa o6.7sin304.3.2 钢支撑提供的支护抗力p2值

图4.3 混凝土支护抗力示意图

计算时可换算成相应的喷混凝土支护抗力，即

2Fstp2cos （4-3）

bsint式中

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Fs——每米隧道钢材的当量面积；

t——钢材的抗剪强度，一般取tt（t为钢材的允许抗

拉强度），也可用t15s

12t——钢材剪切角，一般采用t45。

得

t155.3880.7MPa

代入式（5-3）中，得

p220.680.7ocos5.0519MPa o7.18sin4.3.3 锚杆提供的支护抗力p3值锚杆受力破坏又两种情况：

1）.锚杆体本身的强度不足而被拉断。这种情况下锚杆提供的平均径

' 向支护抗力p3为

'p3F （4-4） et式中

——锚杆的断面积；

——锚杆的抗拉强度；

e、t锚杆的纵向及横向间距。则

335380.1106p0.16MPa

10.8'32）锚杆粘结破坏，即砂浆锚杆与孔壁之间粘结力不足而破坏。锚杆提

\"供的平均径向支护抗力p3 为

\"p3S （4-5） et式中

——为锚杆抗拔力，即锚杆的锚固力。 SDLs

SD——钻孔直径，在此设计中取D100mm； L——锚固段长度；

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s——孔壁与注浆体之间的极限粘结强度，砂岩s0.85MPa

则

S0.140.851.07103KN

代入（5-5）式中，得

1.07103p1.34MPa

10.8\"3'则取锚杆提供的平均径向支护抗力为p30.16MPa。

1'p3p3(coscos0)cos

10.16(cos60cos98.57)0.21MPaocos604.3.4 围岩本身提供的支护抗力p4值

剪切滑移体滑动时，围岩在滑面上的抗滑力，其水平方向的分力在剪切区高度b2上的抗滑力p4为

2S'ncos2S'nsinp4 （4-6）

bb式中

S'——剪切滑移体长度，其值为

ra(2)tanS1 esin'raexp()tan14.5

n、n——分别为沿滑移面的剪切应力和垂直于滑移面的正应力，它们按摩

尔包络线为直线时的假定求出（见图）： 3n1cos2 （4-7）

1313nsin22由图5-3可知

132cos(cn)tan

将式（5-7）中的n值代入上式，得

132(c3tan)

1sin （4-8） cos29

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图4.4 包络线图

式中的c、为围岩物理力学指标，径向主应力3值随剪切滑移面上的位置而变化，难以确定，所以假定3等于各支护结构所提供的径向支护抗力之和，即

'' 3p1'p2p3式中

p1'——喷混凝土层提供的径向支护抗力

2dss20.285.805p1'0.91MPa

bsins6.7sin30'——钢支撑提供的径向支护抗力 p22Fss20.687.075'p220.58MPa bsint6.7sin45'——锚杆提供的径向支护抗力 p3F'p30.16MPa

et则

''3p1'p2p30.9120.580.1621.65MPa

将3值代入（5）式得

1sin23121.652(0.121.65tan23)cos23

49.72MPa将1、3代入（4）式中，得

49.7221.65ncos2312.92MPa

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n49.7221.69.7221.65sin2330.2MPa 22将以上数据代入（6）式中

25.812.92cos5.0525.830.2sin5.05 p46.76.716.5MPa将p1、p2、p3、p4代入式（0）中，得

pp1p2p3p40.79190.2116.536.5MPa

4.3.5 最小支护抗力值

按重力平衡条件求解。塑性区的岩体，随塑性径向位移增长而形成松散区。松散区的岩体由于重力作用而形成松散压力，为保持坑道的稳定，用支护力与它平衡（如图5-4）。当处于受力极限平衡状态时，所求得的支护抗力即为pmin。

当滑移体处于受力极限平衡状态时图4.5 开挖支护后坑道受力示意图

bpminGGbhb(r0a)pmin(r0a)2y(1)Rbr0a1p(1)Rab11

则

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12y(1)Rb1a1 1p(1)Rabpmin式中

——为围岩的重度，此处为5级围岩，取19KN/m3;

y——为初始应力，设处于均质岩体中，则yh192003.8MPa

1sin1sin23——2.28 1sin1sin232ccos20.1cos23Rb0.3MPa 1sin1sin23则

pmin12.28123.8(2.281)0.3196.71 2.281pmin(2.281)0.30.31MPa得：

ppmin

即，设计支护满足要求。

同理，可得出各级围岩条件下的初期支护，见下表同理设计、计算其他围岩初期支护如下表：4.5

表4.5初期支护参数表

衬砌类型

喷混凝土设置部位/厚度

(cm)

钢筋网网格设置间距部位（cm) 环×纵

拱墙/5 — — 拱墙/12 25×拱部

25；Φ6

拱墙；仰拱/25 20×拱墙

20；Φ6

拱墙；仰拱/28 20×拱墙

20；Φ6

初期支护

锚杆类型

规格

间距

长度（m) 间距(环×纵）（m)

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

2.5 拱部22中空局部 — — 3 拱部22中空1.2×1.5 — —

/边墙22砂

浆

3.5 拱部22中空1.2×1.2 Ι18型钢 1.0（全环）

/边墙22砂

浆

4 拱部22中空1.2×1.0 Ι20型钢 0.6（全环）

/边墙22砂

浆

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4.4 Ⅲ级围岩段二次衬砌计算说明

4.4.1 计算程序理正隧道衬砌计算软件 4.4.2 计算参数计算简图

图4.6 Ⅲ级围岩压力计算简图

基本参数：

规范标准：砼规范SL/T191-96

承载能力极限状态： 1.0 正常使用极限状态： 1.0 设计状况系数： 1.00 衬砌断面类型：三心圆拱形每段计算的分段数： 10 计算迭代次数： 10 抗力验证要求：

高

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衬砌参数：

底部半宽：底拱半径：底拱半中心角：底拱厚度：侧墙高度：侧墙厚度：顶拱半径：顶拱厚度：底拱围岩弹抗系数：侧墙围岩弹抗系数：顶拱围岩弹抗系数：衬砌的弹性模量：

荷载参数：

底部山岩压力(侧)：底部山岩压力(中)：侧向山岩压力(上)：侧向山岩压力(下)：顶部山岩压力(侧)：顶部山岩压力(中)：内水压力水头：外水压力水头：外水压力折减系数( )：顶拱灌浆压力：顶拱灌浆压力作用范围角：其它段灌浆压力：衬砌容重：荷载组合参数：

编号荷载名称是否计算 7.350(m) 17.210(m) 16.000(度) 0.600(m) 1.500(m) 0.600(m) 6.650(m) 0.600(m) 600.000(MN/m³) 600.000(MN/m³) 600.000(MN/m³) 23000.000(MPa)

0.000(kN/m) 0.000(kN/m) 13.074(kN/m) 13.074(kN/m) 87.165(kN/m) 87.165(kN/m) 6.000(m) 0.000(m) 0.400 20.000(kPa) 60.000(度) 0.000(kPa) 24.000(kN/m³)

分项系数

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1 衬砌自重 √ 1.00 2 顶岩压力 √ 1.00 3 底岩压力 √ 1.00 4 侧岩压力 √ 1.00 5 内水压力 √ 1.00 6 外水压力 √ 1.00 7 顶部灌浆压力 √ 1.00

其余灌浆压力 √ 1.00

配筋参数：

对称配筋：是混凝土等级： C35

纵筋等级： Ⅱ级(fy=310kPa,fyk=335kPa) 箍筋计算：计算

箍筋等级： Ⅰ级(fy=210kPa,fyk=235kPa) 箍筋间距： 100(mm) 配筋计算as： 65(mm) 配筋调整系数： 1.00 裂缝计算：计算

采用的荷载效应组合：短期效应组合最大裂缝宽度允许值： 0.40(mm) 单侧钢筋： D14 砼保护层厚度：

50(mm)

4.4.3计算成果内力配筋计算

计算结论:经过5次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!

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轴向力剪力弯矩切向位移法向位移转角围岩抗力单侧纵筋箍筋面积抗剪验算

N Q M U V W As Av (kN) (kN) (kN.m) (mm) (mm) (度) (kPa) (mm^2) (mm^2)

0-1142.085 0.000 -3.036 0.000 0.268 0.000 0.1 1070.0 173.9 1 -1141.855 -3.355 -2.242 -0.047 0.267 -0.000 0.1 1070.0 173.9 2 -1141.155 -7.288 0.283 -0.094 0.263 -0.000 0.1 1070.0 173.9 3 -1139.966 -12.155 4.917 -0.141 0.258 -0.000 0.1 1070.0 173.9 4 -1138.263 -17.830 12.104 -0.188 0.2 0.000 0.1 1070.0 173.9 5 -1136.037 -23.392 22.050 -0.235 0.256 0.002 0.1 1070.0 173.9 6 -1133.319 -26.772 34.256 -0.282 0.269 0.003 0.1 1070.0 173.9 7 -1130.220 -24.416 46.885 -0.329 0.300 0.006 0.2 1070.0 173.9 8 -1126.975 -11.112 55.992 -0.377 0.356 0.010 0.2 1070.0 173.9 9 -1123.983 19.793 .760 -0.428 0.441 0.013 0.2 1070.0 173.9 10 -1121.844 75.456 32.995 -0.481 0.555 0.016 0.3 1070.0 173.9 0 -1121.844 75.456 32.995 -0.481 0.555 0.016 0.3 1070.0 173.9 1 -1124.770 37.358 7.437 -0.595 0.625 0.018 0.3 1070.0 173.9 2 -1122.557 16.218 -4.402 -0.717 0.684 0.018 0.3 1070.0 173.9 3 -1117.471 9.530 -9.903 -0.846 0.725 0.017 0.4 1070.0 173.9 4 -1111.376 13.199 -14.879 -0.979 0.743 0.016 0.4 1070.0 173.9 5 -1105.566 22.101 -22.993 -1.112 0.737 0.015 0.4 1070.0 173.9 底拱(从中心向左等分10段):

侧底圆角(从右向左等分10段):

满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足

满足满足满足满足满足满足

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6 -1100.615 30.086 -35.292 -1.242 0.702 0.013 0.4 1070.0 173.9 满足 7 -1096.219 29.744 -49.681 -1.366 0.631 0.011 0.3 1070.0 173.9 满足 8 -1091.005 12.275 -60.298 -1.477 0.519 0.007 0.3 1070.0 173.9 满足 9 -1082.361 -32.106 -56.925 -1.571 0.363 0.003 0.2 1070.0 173.9 满足 10 -1066.374 -112.753 -24.817 -1.2 0.168 0.000 0.1 1070.0 173.9 0 -1066.374 -112.753 -24.817 -1.2 0.168 0.000 0.1 1070.0 173.9 1 -10.214 -100.841 -8.795 -1.6 0.169 0.000 0.1 1070.0 173.9 2 -1062.0 -88.700 5.424 -1.665 0.169 0.000 0.1 1070.0 173.9 3 -1059.4 -76.338 17.804 -1.677 0.169 0.000 0.1 1070.0 173.9 4 -1057.734 -63.708 28.312 -1.6 0.170 0.001 0.1 1070.0 173.9 5 -1055.574 -50.714 36.9 -1.700 0.173 0.001 0.1 1070.0 173.9 6 -1053.414 -37.226 43.501 -1.711 0.177 0.002 0.1 1070.0 173.9 7 -1051.2 -23.077 48.034 -1.723 0.184 0.003 0.1 1070.0 173.9 8 -1049.094 -8.083 50.382 -1.734 0.194 0.004 0.1 1070.0 173.9 9 -1046.934 7.958 50.406 -1.746 0.206 0.005 0.1 1070.0 173.9 10 -1044.774 25.250 47.933 -1.757 0.221 0.006 0.1 1070.0 173.9 0 -1044.774 25.250 47.933 -1.757 0.221 0.006 0.1 1070.0 173.9 1 -1034.471 23.414 30.101 -1.826 0.183 0.010 0.1 1070.0 173.9 2 -1019.787 17.360 15.637 -1.3 0.178 0.012 0.1 1070.0 173.9 3 -1000.960 15.613 4.308 -1.959 0.186 0.013 0.1 1070.0 173.9

侧墙(从底向上等分10段):

侧顶圆角(从侧拱脚向右等分10段):

满足

满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足

满足满足满足满足

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4 -978.806 21.571 -8.460 -2.025 0.195 0.013 0.1 1070.0 173.9 满足 5 -9.292 33.279 -27.802 -2.090 0.187 0.011 0.1 1070.0 173.9 满足 6 -928.051 41.707 -55.109 -2.152 0.139 0.007 0.1 1070.0 173.9 满足 7 -9.697 30.073 -81.938 -2.206 0.020 0.001 0.0 1070.0 173.9 满足 8 -868.3 7.211 -95.182 -2.245 -0.202 -0.008 0.0 1070.0 173.9 9 -834.667 -9.700 -93.867 -2.260 -0.0 -0.018 0.0 1070.0 173.9 10 -799.782 -19.227 -83.158 -2.243 -0.991 -0.026 0.0 1070.0 173.9 0 -799.782 -19.227 -83.158 -2.243 -0.991 -0.026 0.0 1070.0 173.9 1 -773.152 -37.341 -68.145 -2.178 -1.432 -0.032 0.0 1070.0 173.9 2 -746.238 -49.966 -45.109 -2.075 -1.910 -0.036 0.0 1070.0 173.9 3 -719.959 -57.265 -16.880 -1.934 -2.409 -0.038 0.0 1070.0 173.9 4 -695.186 -59.3 13.834 -1.752 -2.906 -0.038 0.0 1070.0 173.9 5 -672.726 -57.239 44.519 -1.530 -3.378 -0.036 0.0 1070.0 173.9 6 -653.299 -50.915 72.924 -1.273 -3.801 -0.032 0.0 1070.0 173.9 7 -637.520 -41.240 97.120 -0.985 -4.156 -0.026 0.0 1070.0 173.9 8 -625.885 -28.971 115.550 -0.671 -4.423 -0.018 0.0 1070.0 173.9 9 -618.756 -14.934 127.074 -0.340 -4.5 -0.009 0.0 1070.0 173.9 10 -616.355 0.000 130.993 0.000 -4.5 0.000 0.0 1070.0 173.9

顶拱(从拱脚向拱顶等分10段):

满足满足满足

满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足

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配筋结果

衬砌内侧纵筋最大面积As = 1070.0mm ²，

外侧纵筋最大面积As1 = 1070.0mm ²；纵筋面积总和As = 2140.0mm ²。箍筋最大面积Av = 173.9mm ² 截面尺寸抗剪验算：满足。注:此处纵筋即为受力筋。裂缝计算：

计算结论:经过5次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!

轴向力弯矩围岩抗力实配钢筋裂缝宽度拉筋应力 Nk Mk (单侧) Wmax

(kN) (kN.m) (kPa) (mm) (MPa)

底拱(从中心向左等分10段):

0 -1142.085 -3.036 0.134 D14 --- --- 1 -1141.855 -2.242 0.133 D14 --- --- 2 -1141.155 0.283 0.131 D14 --- --- 3 -1139.966 4.917 0.129 D14 --- --- 4 -1138.263 12.104 0.127 D14 --- --- 5 -1136.037 22.050 0.128 D14 --- --- 6 -1133.319 34.256 0.135 D14 --- --- 7 -1130.220 46.885 0.150 D14 --- --- 8 -1126.975 55.992 0.178 D14 --- --- 9 -1123.983 .760 0.221 D14 --- --- 10 -1121.844 32.995 0.277 D14 --- ---

侧底圆角(从右向左等分10段):

0 -1121.844 32.995 0.277 D14 --- --- 1 -1124.770 7.437 0.312 D14 --- --- 2 -1122.557 -4.402 0.342 D14 --- --- 3 -1117.471 -9.903 0.362 D14 --- --- 4 -1111.376 -14.879 0.372 D14 --- --- 5 -1105.566 -22.993 0.369 D14 --- --- 6 -1100.615 -35.292 0.351 D14 --- --- 7 -1096.219 -49.681 0.315 D14 --- --- 8 -1091.005 -60.298 0.260 D14 --- --- 9 -1082.361 -56.925 0.182 D14 --- --- 10 -1066.374 -24.817 0.084 D14 --- ---

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侧墙(从底向上等分10段):

0 -1066.374 -24.817 0.084 D14 --- --- 1 -10.214 -8.795 0.084 D14 --- --- 2 -1062.0 5.424 0.084 D14 --- --- 3 -1059.4 17.804 0.084 D14 --- --- 4 -1057.734 28.312 0.085 D14 --- --- 5 -1055.574 36.9 0.086 D14 --- --- 6 -1053.414 43.501 0.0 D14 --- --- 7 -1051.2 48.034 0.092 D14 --- --- 8 -1049.094 50.382 0.097 D14 --- --- 9 -1046.934 50.406 0.103 D14 --- --- 10 -1044.774 47.933 0.111 D14 --- ---

侧顶圆角(从侧拱脚向右等分10段):

0 -1044.774 47.933 0.111 D14 --- --- 1 -1034.471 30.101 0.092 D14 --- --- 2 -1019.787 15.637 0.0 D14 --- --- 3 -1000.960 4.308 0.093 D14 --- --- 4 -978.806 -8.460 0.097 D14 --- --- 5 -9.292 -27.802 0.093 D14 --- --- 6 -928.051 -55.109 0.070 D14 --- --- 7 -9.697 -81.938 0.010 D14 --- --- 8 -868.3 -95.182 0.000 D14 --- --- 9 -834.667 -93.867 0.000 D14 --- --- 10 -799.782 -83.158 0.000 D14 --- ---

顶拱(从拱脚向拱顶等分10段):

0 -799.782 -83.158 0.000 D14 --- --- 1 -773.152 -68.145 0.000 D14 --- --- 2 -746.238 -45.109 0.000 D14 --- --- 3 -719.959 -16.880 0.000 D14 --- --- 4 -695.186 13.834 0.000 D14 --- --- 5 -672.726 44.519 0.000 D14 --- --- 6 -653.299 72.924 0.000 D14 --- --- 7 -637.520 97.120 0.000 D14 --- --- 8 -625.885 115.550 0.000 D14 --- --- 9 -618.756 127.074 0.000 D14 --- --- 10 -616.355 130.993 0.000 D14 --- ---

注:

裂缝结果中“---” 表示按规范对于e0/h0<=0.55的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。

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图4.7 变形图（设计值）图4.9 抗力分布图（设计值）图4.8 变形图（标准值）

图4.10 抗力分布图（标准值）

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图4.11 轴力图（设计值）

图4.13 剪力图（设计值）

图4.12 轴力图（标准值）

图4.14 剪力图（标准值）

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图 4.15 弯矩图（设计值）

图 4.17 切向位移图（设计值）图4.16 弯矩图（标准值）

图4.18 切向位移图（标准值）

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图4.19 法向位移图（设计值）图4.21 转角位移图（设计值）图4.20 法向位移图（标准值）

图4.22 转角位移图（标准值）

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4.5 IV级围岩段二次衬砌计算说明

4.5.1 计算程序理正隧道衬砌计算软件 4.5.2 计算参数计算简图

图4.23 Ⅳ级围岩压力计算简图

基本参数

规范标准：砼规范SL/T191-96

高

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衬砌参数

荷载参数

底部山岩压力(侧)：底部山岩压力(中)：侧向山岩压力(上)：侧向山岩压力(下)：顶部山岩压力(侧)：顶部山岩压力(中)：内水压力水头：外水压力水头：外水压力折减系数( )：顶拱灌浆压力：顶拱灌浆压力作用范围角：其它段灌浆压力：衬砌容重：荷载组合参数

编号荷载名称是否计算 7.350(m) 17.210(m) 16.000(度) 0.700(m) 1.500(m) 0.700(m) 6.650(m) 0.700(m) 300.000(MN/m ³) 300.000(MN/m ³) 300.000(MN/m ³) 23000.000(MPa)

0.000(kN/m) 0.000(kN/m) 33.000(kN/m) 33.000(kN/m) 151.700(kN/m) 151.700(kN/m) 6.000(m) 0.000(m) 0.400 20.000(kPa) 60.000(度) 0.000(kPa) 24.000(kN/m ³)

分项系数

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1 衬砌自重 √ 1.00 2 顶岩压力 √ 1.00 3 底岩压力 √ 1.00 4 侧岩压力 √ 1.00 5 内水压力 √ 1.00 6 外水压力 √ 1.00 7 顶部灌浆压力 √ 1.00

其余灌浆压力 √ 1.00

配筋参数

对称配筋：是混凝土等级： C35

纵筋等级： Ⅱ级(fy=310kPa,fyk=335kPa) 箍筋计算：计算

箍筋等级： Ⅰ级(fy=210kPa,fyk=235kPa) 箍筋间距： 100(mm) 配筋计算as： 65(mm) 配筋调整系数： 1.00 裂缝计算：计算

采用的荷载效应组合：短期效应组合最大裂缝宽度允许值： 0.40(mm) 单侧钢筋： D14 砼保护层厚度：

50(mm)

4.5.3计算成果

计算结果内力配筋计算

计算结论:经过5次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!

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轴向力剪力弯矩切向位移法向位移转角围岩抗力单侧纵筋箍筋面积抗剪验算

N Q M U V W As Av

(kN) (kN) (kN.m) (mm) (mm) (度) (kPa) (mm^2) (mm^2)

0 -1720.404 0.000 -2.158 0.000 0.316 0.000 0.2 1270.0 1.2 1 -1719.945 -9.031 0.003 -0.060 0.315 -0.000 0.2 1270.0 1.2 2 -1718.561 -18.436 6.586 -0.120 0.312 0.000 0.2 1270.0 1.2 3 -1716.243 -28.219 17.792 -0.180 0.310 0.001 0.2 1270.0 1.2 4 -1712.993 -37.631 33.663 -0.240 0.313 0.002 0.2 1270.0 1.2 5 -1708.849 -44.783 53.618 -0.300 0.326 0.003 0.2 1270.0 1.2 6 -1703.927 -46.272 75.822 -0.360 0.357 0.006 0.2 1270.0 1.2 7 -1698.459 -36.926 96.383 -0.422 0.412 0.010 0.2 1270.0 1.2 8 -1692.852 -9.781 108.485 -0.485 0.499 0.014 0.2 1270.0 1.2 9 -1687.729 43.480 101.612 -0.551 0.622 0.019 0.3 1270.0 1.2 10 -1683.952 131.353 61.137 -0.621 0.778 0.022 0.4 1270.0 1.2 0 -1683.952 131.353 61.137 -0.621 0.778 0.022 0.4 1270.0 1.2 1 -16.567 75.406 14.007 -0.776 0.874 0.024 0.4 1270.0 1.2 2 -1687.215 42.879 -12.632 -0.944 0.955 0.024 0.5 1270.0 1.2 3 -1680.199 30.290 -28.971 -1.119 1.010 0.023 0.5 1270.0 1.2 4 -1671.281 31.716 -42.980 -1.300 1.032 0.021 0.5 1270.0 1.2 5 -1662.383 39.468 -59.448 -1.481 1.017 0.019 0.5 1270.0 1.2 6 -16.344 44.335 -79.232 -1.657 0.959 0.016 0.5 1270.0 1.2 7 -16.692 35.678 -98.573 -1.822 0.853 0.013 0.4 1270.0 1.2 8 -1637.444 1.687 -108.476 -1.970 0.695 0.009 0.3 1270.0 1.2 9 -1622.966 -69.820 -94.324 -2.094 0.483 0.004 0.2 1270.0 1.2 10 -1598.003 -1.681 -36.059 -2.187 0.228 0.001 0.1 1270.0 1.2

底拱(从中心向左等分10段):

侧底圆角(从右向左等分10段):

满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足

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侧墙(从底向上等分10段):

0 -1598.003 -1.681 -36.059 -2.187 0.228 0.001 0.1 1270.0 1.2 满足 1 -1595.483 -170.178 -9.063 -2.201 0.232 0.001 0.1 1270.0 1.2 满足 2 -1592.963 -150.214 14.972 -2.216 0.235 0.001 0.1 1270.0 1.2 满足 3 -1590.443 -129.783 35.978 -2.231 0.238 0.002 0.1 1270.0 1.2 4 -1587.923 -108.817 53.880 -2.246 0.243 0.002 0.1 1270.0 1.2 5 -1585.403 -87.203 68.591 -2.261 0.250 0.003 0.1 1270.0 1.2 6 -1582.883 -.782 80.001 -2.276 0.259 0.004 0.1 1270.0 1.2 7 -1580.363 -41.365 87.976 -2.290 0.270 0.005 0.1 1270.0 1.2 8 -1577.843 -16.735 92.350 -2.305 0.285 0.006 0.1 1270.0 1.2 9 -1575.323 9.339 92.924 -2.320 0.303 0.007 0.2 1270.0 1.2 10 -1572.803 37.094 .4 -2.334 0.324 0.009 0.2 1270.0 1.2 0 -1572.803 37.094 .4 -2.334 0.324 0.009 0.2 1270.0 1.2 1 -1560.784 42.231 60.535 -2.427 0.274 0.013 0.1 1270.0 1.2 2 -12.391 41.116 30.927 -2.516 0.2 0.016 0.1 1270.0 1.2 3 -1517.910 44.727 0.874 -2.604 0.271 0.017 0.1 1270.0 1.2 4 -1488.368 56.350 -34.8 -2.692 0.271 0.016 0.1 1270.0 1.2 5 -14.843 70.177 -79.861 -2.777 0.237 0.013 0.1 1270.0 1.2 6 -1417.668 69.286 -131.055 -2.856 0.135 0.006 0.1 1270.0 1.2 7 -1375.449 30.557 -167.919 -2.921 -0.072 -0.003 0.0 1270.0 1.2 8 -1327.5 -5.338 -176.242 -2.962 -0.411 -0.014 0.0 1270.0 1.2 9 -1275.796 -30.267 -162.939 -2.970 -0.886 -0.025 0.0 1270.0 1.2 10 -1222.090 -43.805 -135.963 -2.932 -1.483 -0.034 0.0 1270.0 1.2 0 -1222.090 -43.805 -135.963 -2.932 -1.483 -0.034 0.0 1270.0 1.2 1 -1180.715 -70.620 -105.709 -2.833 -2.046 -0.040 0.0 1270.0 1.2

侧顶圆角(从侧拱脚向右等分10段):

顶拱(从拱脚向拱顶等分10段):

满足满足满足满足满足满足满足满足

满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足

满足满足

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2 -1138.8 -88.911 -63.681 -2.687 -2.3 -0.043 0.0 1270.0 1.2 满足 3 -1097.942 -98.915 -14.279 -2.491 -3.253 -0.045 0.0 1270.0 1.2 满足 4 -1059.350 -101.100 38.281 -2.247 -3.851 -0.045 0.0 1270.0 1.2 满足 5 -1024.340 -96.142 90.083 -1.956 -4.412 -0.042 0.0 1270.0 1.2 满足 6 -994.046 -84.914 137.616 -1.622 -4.912 -0.037 0.0 1270.0 1.2 满足 7 -969.431 -68.455 177.870 -1.252 -5.326 -0.029 0.0 1270.0 1.2 8 -951.276 -47.944 208.416 -0.851 -5.638 -0.021 0.0 1270.0 1.2 9 -940.151 -24.672 227.471 -0.431 -5.830 -0.011 0.0 1270.0 1.2 10 -936.404 0.000 233.944 0.000 -5.6 0.000 0.0 1270.0 1.2 满足满足满足满足

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配筋结果

衬砌内侧纵筋最大面积As = 1270.0mm ²，外侧纵筋最大面积As1 = 1270.0mm ²；

纵筋面积总和As = 20.0mm ²。箍筋最大面积Av = 1.2mm ²。截面尺寸抗剪验算：满足。

注:此处纵筋即为受力筋。裂缝计算

计算结论:经过5次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!

轴向力弯矩围岩抗力实配钢筋裂缝宽度拉筋应力 Nk Mk (单侧) Wmax stress (kN) (kN.m) (kPa) (mm) (MPa)

底拱(从中心向左等分10段):

0 -1720.404 -2.158 0.158 D14 --- --- 1 -1719.945 0.003 0.158 D14 --- --- 2 -1718.561 6.586 0.156 D14 --- --- 3 -1716.243 17.792 0.155 D14 --- --- 4 -1712.993 33.663 0.157 D14 --- --- 5 -1708.849 53.618 0.163 D14 --- --- 6 -1703.927 75.822 0.178 D14 --- --- 7 -1698.459 96.383 0.206 D14 --- --- 8 -1692.852 108.485 0.249 D14 --- --- 9 -1687.729 101.612 0.311 D14 --- --- 10 -1683.952 61.137 0.3 D14 --- ---

侧底圆角(从右向左等分10段):

0 -1683.952 61.137 0.3 D14 --- --- 1 -16.567 14.007 0.437 D14 --- --- 2 -1687.215 -12.632 0.478 D14 --- --- 3 -1680.199 -28.971 0.505 D14 --- --- 4 -1671.281 -42.980 0.516 D14 --- --- 5 -1662.383 -59.448 0.509 D14 --- --- 6 -16.344 -79.232 0.480 D14 --- --- 7 -16.692 -98.573 0.427 D14 --- --- 8 -1637.444 -108.476 0.347 D14 --- --- 9 -1622.966 -94.324 0.242 D14 --- --- 10 -1598.003 -36.059 0.114 D14 --- ---

侧墙(从底向上等分10段):

0 -1598.003 -36.059 0.114 D14 --- --- 1 -1595.483 -9.063 0.116 D14 --- ---

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2 -1592.963 14.972 0.117 D14 --- --- 3 -1590.443 35.978 0.119 D14 --- --- 4 -1587.923 53.880 0.122 D14 --- --- 5 -1585.403 68.591 0.125 D14 --- --- 6 -1582.883 80.001 0.129 D14 --- --- 7 -1580.363 87.976 0.135 D14 --- --- 8 -1577.843 92.350 0.142 D14 --- --- 9 -1575.323 92.924 0.151 D14 --- --- 10 -1572.803 .4 0.162 D14 --- ---

侧顶圆角(从侧拱脚向右等分10段):

0 -1572.803 .4 0.162 D14 --- --- 1 -1560.784 60.535 0.137 D14 --- --- 2 -12.391 30.927 0.132 D14 --- --- 3 -1517.910 0.874 0.135 D14 --- --- 4 -1488.368 -34.8 0.136 D14 --- --- 5 -14.843 -79.861 0.119 D14 --- --- 6 -1417.668 -131.055 0.068 D14 --- --- 7 -1375.449 -167.919 0.000 D14 --- --- 8 -1327.5 -176.242 0.000 D14 --- --- 9 -1275.796 -162.939 0.000 D14 --- --- 10 -1222.090 -135.963 0.000 D14 --- ---

顶拱(从拱脚向拱顶等分10段):

0 -1222.090 -135.963 0.000 D14 --- --- 1 -1180.715 -105.709 0.000 D14 --- --- 2 -1138.8 -63.681 0.000 D14 --- --- 3 -1097.942 -14.279 0.000 D14 --- --- 4 -1059.350 38.281 0.000 D14 --- --- 5 -1024.340 90.083 0.000 D14 --- --- 6 -994.046 137.616 0.000 D14 --- --- 7 -969.431 177.870 0.000 D14 --- --- 8 -951.276 208.416 0.000 D14 --- --- 9 -940.151 227.471 0.000 D14 --- --- 10 -936.404 233.944 0.000 D14 --- ---

注:

裂缝结果中“---” 表示按规范对于e0/h0<=0.55的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。

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图4.24 变形图（设计值）图4.26 抗力分布图（设计值）图4.25 变形图（标准值）

图4.27 抗力分布图（标准值）

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图4.28 轴力图（设计值）

图4.30 剪力图（设计值）

图4.29 轴力图（标准值）

图4.31 剪力图（标准值）

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图 4.32 弯矩图（设计值）图 4.34 切向位移图（设计值）图4.33 弯矩图（标准值）

图4.35 切向位移图（标准值）

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图4.36 法向位移图（设计值）图4.38 转角位移图（设计值）图4.37 法向位移图（标准值）

图4.39 转角位移图（标准值） 56

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4.6 Ⅴ级围岩段二次衬砌计算说明 4.6.1 计算程序

：理正隧道衬砌计算软件

4.6.2 计算参数

[ 计算简图 ]

图4.40 Ⅴ级围岩压力计算简图

基本参数

规范标准：砼规范SL/T191-96 承载能力极限状态 0： 1.0 正常使用极限状态 0： 1.0 设计状况系数： 1.00 衬砌断面类型：三心圆拱形每段计算的分段数：

计算迭代次数：

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抗力验证要求：衬砌参数

荷载参数

底部山岩压力(侧)：底部山岩压力(中)：侧向山岩压力(上)：侧向山岩压力(下)：顶部山岩压力(侧)：顶部山岩压力(中)：内水压力水头：外水压力水头：外水压力折减系数( )：顶拱灌浆压力：顶拱灌浆压力作用范围角：其它段灌浆压力：衬砌容重：

高

7.350(m) 17.210(m) 16.000(度) 0.800(m) 1.500(m) 0.800(m) 6.650(m) 0.800(m) 100.000(MN/m³) 100.000(MN/m³) 100.000(MN/m³) 23000.000(MPa)

0.000(kN/m) 0.000(kN/m) 109.110(kN/m) 109.110(kN/m) 272.790(kN/m) 272.790(kN/m) 6.000(m) 0.000(m) 0.400 20.000(kPa) 60.000(度) 0.000(kPa) 24.000(kN/m³)

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荷载组合参数编号荷载名称是否计算分项系数 1 衬砌自重 √ 1.00 2 顶岩压力 √ 1.00 3 底岩压力 √ 1.00 4 侧岩压力 √ 1.00 5 内水压力 √ 1.00 6 外水压力 √ 1.00 7 顶部灌浆压力 √ 1.00

其余灌浆压力 √ 1.00

配筋参数

对称配筋：是混凝土等级： C35

纵筋等级： Ⅱ级(fy=310kPa,fyk=335kPa) 箍筋计算：计算

箍筋等级： Ⅰ级(fy=210kPa,fyk=235kPa) 箍筋间距： 100(mm) 配筋计算as： 65(mm) 配筋调整系数： 1.00 裂缝计算：计算

采用的荷载效应组合：短期效应组合最大裂缝宽度允许值： 0.40(mm) 单侧钢筋： D14 砼保护层厚度：

50(mm)

4.6.3计算成果

[内力配筋计算

计算结论:经过5次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!

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轴向力剪力弯矩切向位移法向位移转角围岩抗力单侧纵筋箍筋面积抗剪验算 N Q M U V W As A

(kN) (kN) (kN.m) (mm) (mm) (度) (kPa) (mm^2) (mm^2)

底拱(从中心向左等分10段):

侧底圆角(从右向左等分10段):

0 -2704.259 241.827 103.335 -0.880 1.162 0.031 0.6 1470.0 202.5 1 -2710.178 150.626 13.488 -1.107 1.294 0.033 0.6 1470.0 202.5 2 -2701.049 93.783 -42.058 -1.350 1.400 0.032 0.7 1470.0 202.5 3 -2682.460 66.235 -78.266 -1.603 1.465 0.031 0.7 1470.0 202.5 4 -2659.310 59.161 -106.826 -1.861 1.479 0.028 0.7 1470.0 202.5 5 -2635.285 60.927 -134.6 -2.117 1.437 0.025 0.7 1470.0 202.5 6 -2612.427 57.688 -162.697 -2.363 1.333 0.021 0.7 1470.0 202.5 7 -2590.762 33.869 -185.087 -2.590 1.162 0.016 0.6 1470.0 202.5 8 -2568.018 -27.117 -188.418 -2.791 0.923 0.011 0.5 1470.0 202.5 9 -2539.477 -141.607 -151.577 -2.956 0.619 0.006 0.3 1470.0 202.5 满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足

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10 -2498.066 -323.516 -46.310 -3.077 0.265 0.003 0.1 1470.0 202.5 满足

侧墙(从底向上等分10段):

0 -2498.066 -323.516 -46.310 -3.077 0.265 0.003 0.1 1470.0 202.5 满足 1 -2495.186 -2.636 -0.314 -3.097 0.274 0.003 0.1 1470.0 202.5 2 -2492.306 -2.928 40.539 -3.118 0.282 0.003 0.1 1470.0 202.5 3 -24.426 -219.356 76.122 -3.138 0.291 0.004 0.1 1470.0 202.5 4 -2486.6 -182.820 106.298 -3.158 0.301 0.005 0.2 1470.0 202.5 5 -2483.666 -145.1 130.912 -3.178 0.315 0.006 0.2 1470.0 202.5 6 -2480.786 -106.183 149.781 -3.199 0.331 0.007 0.2 1470.0 202.5 7 -2477.906 -65.636 162.6 -3.219 0.351 0.008 0.2 1470.0 202.5 8 -2475.026 -23.2 169.380 -3.239 0.374 0.010 0.2 1470.0 202.5 9 -2472.146 21.248 169.559 -3.259 0.401 0.011 0.2 1470.0 202.5 10 -2469.266 68.161 162.886 -3.279 0.432 0.013 0.2 1470.0 202.5

侧顶圆角(从侧拱脚向右等分10段):

0 -2469.266 68.161 162.886 -3.279 0.432 0.013 0.2 1470.0 202.5 1 -2457.503 91.744 104.953 -3.405 0.363 0.018 0.2 1470.0 202.5 2 -2438.128 103.724 35.255 -3.527 0.338 0.021 0.2 1470.0 202.5 3 -2411.140 114.985 -42.411 -3.7 0.321 0.021 0.2 1470.0 202.5 4 -2377.122 123.453 -127.1 -3.763 0.272 0.018 0.1 1470.0 202.5 5 -2336.117 112.131 -213.331 -3.871 0.149 0.010 0.1 1470.0 202.5 6 -2286.399 .115 -274.783 -3.963 -0.090 0.000 0.0 1470.0 202.5 7 -2226.611 -8.901 -2.200 -4.029 -0.475 -0.012 0.0 1470.0 202.5 8 -2159.398 -46.046 -268.831 -4.056 -1.011 -0.023 0.0 1470.0 202.5 9 -2087.666 -68.188 -227.371 -4.033 -1.684 -0.034 0.0 1470.0 202.5 10 -2014.074 -74.796 -175.685 -3.950 -2.470 -0.042 0.0 1470.0 202.5

满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足 61

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

顶拱(从拱脚向拱顶等分10段):

0 -2014.074 -74.796 -175.685 -3.950 -2.470 -0.042 0.0 1470.0 202.5 满足 1 -1957.371 -109.876 -126.951 -3.785 -3.180 -0.047 0.0 1470.0 202.5 满足 2 -1900.018 -133.335 -62.937 -3.561 -3.909 -0.050 0.0 1470.0 202.5 满足 3 -1843.977 -145.493 10.358 -3.278 -4.636 -0.050 0.0 1470.0 202.5 4 -1791.118 -146.981 87.182 -2.938 -5.336 -0.049 0.0 1470.0 202.5 5 -1743.171 -138.722 162.192 -2.3 -5.982 -0.045 0.0 1470.0 202.5 6 -1701.683 -121.902 230.596 -2.100 -6.551 -0.039 0.0 1470.0 202.5 7 -1667.976 -97.939 288.283 -1.614 -7.019 -0.031 0.0 1470.0 202.5 8 -13.115 -68.445 331.937 -1.095 -7.368 -0.022 0.0 1470.0 202.5 9 -1627.881 -35.178 359.122 -0.553 -7.583 -0.011 0.0 1470.0 202.5 10 -1622.749 0.000 368.350 0.000 -7.656 0.000 0.0 1470.0 202.5

满足满足满足满足满足满足满足满足

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

配筋结果

衬砌内侧纵筋最大面积As = 1470.0mm^2，外侧纵筋最大面As1=1470.0mm^2；纵筋面积总和As = 2940.0mm^2。箍筋最大面积Av = 202.5mm^2。截面尺寸抗剪验算：满足。

注:此处纵筋即为受力筋。

轴向力弯矩围岩抗力实配钢筋裂缝宽度拉筋应力 Nk Mk (单侧) Wmax stress (kN) (kN.m) (kPa) (mm) (MPa)

底拱(从中心向左等分10段):

0 -2793.7 10.902 0.200 D14 --- --- 1 -2792.625 15.692 0.200 D14 --- --- 2 -27.214 29.980 0.201 D14 --- --- 3 -2783.563 53.376 0.204 D14 --- --- 4 -2775.744 84.803 0.213 D14 --- --- 5 -2765.915 121.866 0.230 D14 --- --- 6 -27.360 160.008 0.261 D14 --- --- 7 -2741.553 191.534 0.309 D14 --- --- 8 -2728.212 204.621 0.378 D14 --- --- 9 -2715.343 182.525 0.470 D14 --- --- 10 -2704.259 103.335 0.581 D14 --- ---

侧底圆角(从右向左等分10段):

0 -2704.259 103.335 0.581 D14 --- --- 1 -2710.178 13.488 0.7 D14 --- --- 2 -2701.049 -42.058 0.700 D14 --- --- 3 -2682.460 -78.266 0.732 D14 --- --- 4 -2659.310 -106.826 0.740 D14 --- --- 5 -2635.285 -134.6 0.719 D14 --- --- 6 -2612.427 -162.697 0.666 D14 --- --- 7 -2590.762 -185.087 0.581 D14 --- --- 8 -2568.018 -188.418 0.461 D14 --- --- 9 -2539.477 -151.577 0.310 D14 --- --- 10 -2498.066 -46.310 0.133 D14 --- ---

侧墙(从底向上等分10段):

0 -2498.066 -46.310 0.133 D14 --- --- 1 -2495.186 -0.314 0.137 D14 --- --- 2 -2492.306 40.539 0.141 D14 --- --- 3 -24.426 76.122 0.145 D14 --- --- 4 -2486.6 106.298 0.151 D14 --- --- 5 -2483.666 130.912 0.157 D14 --- --- 6 -2480.786 149.781 0.165 D14 --- --- 7 -2477.906 162.6 0.175 D14 --- --- 8 -2475.026 169.380 0.187 D14 --- ---

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9 -2472.146 169.559 0.201 D14 --- --- 10 -2469.266 162.886 0.216 D14 --- ---

侧顶圆角(从侧拱脚向右等分10段):

0 -2469.266 162.886 0.216 D14 --- --- 1 -2457.503 104.953 0.181 D14 --- --- 2 -2438.128 35.255 0.169 D14 --- --- 3 -2411.140 -42.411 0.160 D14 --- --- 4 -2377.122 -127.1 0.136 D14 --- --- 5 -2336.117 -213.331 0.075 D14 --- --- 6 -2286.399 -274.783 0.000 D14 --- --- 7 -2226.611 -2.200 0.000 D14 --- --- 8 -2159.398 -268.831 0.000 D14 --- --- 9 -2087.666 -227.371 0.000 D14 --- --- 10 -2014.074 -175.685 0.000 D14 --- ---

顶拱(从拱脚向拱顶等分10段):

0 -2014.074 -175.685 0.000 D14 --- --- 1 -1957.371 -126.951 0.000 D14 --- --- 2 -1900.018 -62.937 0.000 D14 --- --- 3 -1843.977 10.358 0.000 D14 --- --- 4 -1791.118 87.182 0.000 D14 --- --- 5 -1743.171 162.192 0.000 D14 --- --- 6 -1701.683 230.596 0.000 D14 --- --- 7 -1667.976 288.283 0.000 D14 --- --- 8 -13.115 331.937 0.000 D14 --- --- 9 -1627.881 359.122 0.000 D14 --- --- 10 -1622.749 368.350 0.000 D14 --- ---

注:

裂缝结果中“---” 表示按规范对于e0/h0<=0.55的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。

图4.41 变形图（设计值）图4.42 变形图（标准值）

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图4.43 抗力分布图（设计值）

图4.45 轴力图（设计值）图4.44 抗力分布图（标准值）

图4.46 轴力图（标准值） 65

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图4.47 剪力图（设计值）

图4.49 弯矩图（设计值）

图4.48 剪力图（标准值）图4.50 弯矩图（标准值）

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图4.51 切向位移图（设计值）图4.53 法向位移图（设计值）图4.52 切向位移图（标准值）

图4.53 法向位移图（标准值）

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图4. 转角位移图（设计值）

图4. 转角位移图（标准值）

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第五章钻孔爆破开挖设计

5.1 爆破方法

本隧道采用光面爆破，人工风打眼爆破方案，推行多打眼，少装药的爆破思想。

5.2一般规定

⑴开挖轮廓形状和断面尺寸应符合设计要求，尽量减小开挖轮廓线的放样误差，应采用激光指向仪、隧道激光断面仪等确定开挖轮廓线和炮眼位置。

⑵通过爆破试验，选择合理的钻爆参数，并根据地质条件的变化和对振动波的监测，不断优化钻爆参数，实现光面爆破，把对围岩、支护及衬砌的扰动减到最低程度。

⑶隧道开挖断面应以设计开挖内轮廓线为基准，加上预留变形量、测量贯通误差，并应满足下列要求：

①预留变形量应符合设计规定，或根据围岩级别、隧道宽度、埋置深度、施工方法和支护情况等条件，采用工程类比法确定。

②测量贯通误差应符合现行铁道部现行《新建铁路工程测量规范》（TB 10101）的规定。

③施工中应根据量测结果进行分析，及时调整预留变形量。

⑷当两相对开挖工作面相距40m时，两端施工应加强联系，统一指挥。当两端开挖工作面间的距离剩下10-15m时，应从一端开挖贯通。

⑸爆破作业时，所有人员应撤至不受有害气体、振动及飞石伤害的安全地点；在有可能发生涌水、突发地段应加强开挖工作面与洞内后部工作点的联系。安全地点至爆破工作面的距离，在独头坑道内不应小于200m，当采用全断面开挖时，应根据爆破方法与装药量计算确定安全距离。

⑹隧道开挖中所使用爆破器材的运输、贮存、检验、再加工、使用和退库、销毁应符合国家有关法律、法规和现行国家标准《爆破安全规程》（GB 6722）的规定。

5.3 光面爆破的原理及优点

光面爆破的实质，是在隧道掘进设计断面的轮廓线上布置间距较小、相互平行的炮眼，控制每个炮眼的装药量，选用低密度和低爆速的炸药，采用不耦合装药，同时起爆，使炸药的爆炸作用刚好产生炮眼连线上的贯穿裂缝，并沿各炮眼的连线——隧道轮廓线，将岩石崩落下来。

光面爆破的优点：

(1)能减少超挖，特别是在松软岩层中更能显示其优点。

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(2)爆破后成形规整，提高了轮廓质量。

(3)爆破后轮廓外的围岩不产生或产生很少的爆震裂缝，提高了围岩的稳定性和自身的承载能力，减少了支护工作量和材料消耗。

(4)能加快掘进速度，降低成本，确保施工安全。

5.4钻爆设计原则

根据工程地质及现场施工条件，在炮眼深度不变的情况下，采用理论计算法、工程类比法与现场试爆相结合，确定各部位炮眼钻爆参数，分配各个炮眼装药量及装药结构，通过合理布孔、控制装药量和起爆爆炸力、起爆顺序等，得到设计要求的开挖轮廓面，从而减少超欠挖，减轻对围岩的破坏作用，达到爆后壁面圆顺、平整，缩短排查清除危岩的时间。同时节省炸药，控制单循环进尺，确保施工安全和加快施工进度，同时又能提高工程质量和降低成本。

根据本标段隧道洞身围岩的特点，Ⅱ、Ⅲ级围岩开挖采用光面爆破，Ⅳ、Ⅴ级围岩一般采用控制爆破，适用于软弱围岩的减轻地震动控制爆破技术爆破。总的设计思想是拱部采用光面爆破，核心采用控制爆破。严格控制超、欠挖，尽量减小扰动围岩。

在施工中根据光面爆破设计结合现场地质情况进行爆破试验，不断修正爆破参数，达到最优爆破效果，采取边开挖边初期支护。

根据围岩情况，台阶长度满足机具正常作业要求，每次开挖进尺根据围岩情况而定。开挖主要采用光面爆破掘进作业，严格控制超欠挖，尽量减小扰动围岩。施工中根据光面爆破设计结合现场地质情况进行爆破试验，不断修正爆破参数，达到最优爆破效果，开挖后及时完成初期支护。

光面爆破施工工艺见图3.2-1。

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测定围岩参数爆破参数预设计试爆破爆破效果评判理想确定爆破参数不理调整爆破参数结合围岩具体特征调整参数钻爆作业图5-1 光面爆破施工工艺流程图

5.5爆破参数计算过程

5.5.1三台阶临时仰拱开挖钻爆设计 ⑴计算炮眼数目N N=qs /τγ

单位炸药量q=1.1kg/m3

综合考虑各类炮眼的装药系数取τ=0.4，γ=0.78kg/m 代入上式得N=137 ⑵每循环炮眼深度

每掘进循环的计划进尺数l =0.6m，本设计取炮眼利用率η=0.86 L=l/η=0.7 m 实际炮眼深度取0.7m 炮孔直径

选用2号岩石乳化炸药其药卷直径为32mm ，长度为200mm ，每卷质量为0.15Kg 炮孔直径为42mm

⑶炮孔间距和排距：

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①周边眼

光爆孔间距取500mm，最小抵抗线W=600mm 光爆孔密集系数K=0.83

按照周边长度为17m和炮孔间距可以计算：周边眼个数N周=17/0.5=34个 ②辅助眼

间距取750mm，共布置 103 个 ⑷装药量

一个循环的总装药量Q=qv=25.8Kg 乳化炸药的换算系数e=1.1

则一个循环的2号岩石乳化炸药的总装药量为 25.8×1.1=28.4Kg

按装药系数计算单孔装药量及总装药量周边眼装药系数取τ=0.4

为了保证光面爆破效果周边眼装药系数取τ=0.35 ①34个周边眼：

单孔装卷数=0.35×0.7÷0.2=1.225卷单孔装药量=1.225×0.15=0.184Kg 换算为2号岩石乳化炸药：单孔装药量=0.184×1.1=0.2Kg 单孔装卷数=0.2÷0.15=1.35卷实际取1.5卷 ②103个辅助眼：

单孔装卷数=0.4×0.7÷0.2=1.4卷单孔装药量=1.4×0.15=0.21Kg 换算为2号岩石乳化炸药：单孔装药量=0.21×1.1=0.231Kg 单孔装卷数=0.231÷0.15=1.卷实际取1.5卷

按此计算，每循环进尺的总装药量： Q =34×0.225+103×0.225=30.825Kg

根据以上上台阶计算步骤，同样可计算出中、下台阶及仰拱爆破参数具体见表3.1.1-1。

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表5.1各部爆破参数

开挖部位

周边眼（个） 34 13 14 27

辅助眼炮眼总总装药炮眼深开挖面单耗（个）数(个) 量（Kg）度(m) 积（m2）（kg/m³） 103 152 162 15

137 165 176 42

30.83 73.28 78.1 42.08

0.7 1.4 1.4 3.3

40 46.5 50.2 15.3

1.1 1.1 1.1 1.2

上台阶中台阶下台阶仰拱

注：单孔装药量：⑴上台阶：①周边眼1.5卷，②辅助眼1.5卷。⑵中台阶：①周边眼2.5卷，②辅助眼3卷。⑶下台阶：①周边眼2.5卷，辅助眼3卷。⑷仰拱：①周边眼6.5卷，②辅助眼7卷。每循环进尺：①上台阶0.6m，②中台阶1.2m，③下台阶1.2m，④仰拱3.0m

⑸炮眼布置具体见图5-2。

图5-2 各部位炮眼布置图

5.5.2双侧壁导坑开挖钻爆设计

表5-2 Ⅴ级围岩双侧壁导坑法各部爆破参数

开挖部位上台阶中台阶下台阶仰拱

周边眼（个） 26 33 19 34

辅助眼炮眼总总装药炮眼深开挖面单耗（个）数(个) 量（Kg）度(m) 积（m2）（kg/m³） 70 96 21.6 0.7 27.2 1.1 187 220 96.53 1.4 62.4 1.1 145 1 72.38 1.4 46.5 1.1 25 59 61.28 3.3 15.3 1.2

注：单孔装药量：⑴上台阶：①周边眼1.5卷，②辅助眼1.5卷。⑵中台阶：①周边眼

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2.5卷，②辅助眼3卷。⑶下台阶：①周边眼2.5卷，辅助眼3卷。⑷仰拱：①周边眼6.5卷，②辅助眼7.5卷。每循环进尺：①上台阶0.6m，②中台阶1.2m，③下台阶1.2m，④仰拱3.0m

图5-3 各部位炮眼布置图

5.5.3台阶法开挖钻爆设计

表5-3 Ⅲ级围岩台阶法各部爆破参数

开挖部

位上台阶下台阶仰拱

周边眼（个）

辅助眼（个）

炮眼总数(个)

总装药量（Kg）

炮眼深度(m)

开挖面积（m2） 42.56 67.29 7.26

单耗（kg/m³） 1.1 1.1 1.2

40 20 25

117 228

157

248 31

1.85 279 32.94

2.8

3.2 3.4

注：单孔装药量：⑴上台阶：①周边眼7卷，②辅助眼7卷。⑵下台阶：①周边眼7.5卷，辅助眼7.5卷。⑶仰拱：①周边眼8.5卷，②辅助眼8.5卷。每循环进尺：①上台阶2.5m，②下台阶2.8m，③仰拱3.0m

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图5-4 各部位炮眼布置图

5.6 风钻钻孔

（1）用反铲或人工清除掌子面的松石，清理隧道底的余碴，将隧道底铺平，再将工作台架移至掌子面。

（2）钻眼位置应严格按测量组画线进行。

（3）钻眼过程中钻杆与钻孔应保持在一条直线上。（4）周边眼位置及外插角要严格按照爆破设计进行。（5）风钻拆卸修理不得在工作面进行。

钻孔完毕后将工作面前5m范围内的杂物清理干净，炮孔用高压风吹扫后，用木棍或水泥纸堵底孔。

5.7 装药

1）向眼孔装药时，应细心谨慎，防止导爆管破坏、打结，装药应由上而下进行，防止落石打断或打破导爆管而引起瞎炮。

2）导爆管和起爆雷管的装配方法：将起爆雷管的一端开口，然后将导火索轻塞入雷管开口一端；将导爆管集结成束后再与起爆雷管一起用塑料胶带捆绑在一起。

3）传爆雷管应放到安全地点，并予以防护，以防落石或其它坠物打击，起爆前连接传爆处不能被水淹没。

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4）已经装好药的炮孔，在未进行网络连结前，应将邻近的导爆管理好，放在靠边孔挂好，下部的导爆管应提起向上，以防止工作人员踩破导爆管。

5）毫秒雷管装入时，应严格按照爆破设计的段数准确装入，切勿混装。

5.8 连结原则

网络连结前，应将工作面上所有不用的机具、设备、材料撤离。

1）连接应尽可能靠近眼孔，但对孔口起爆的周边孔，连结应尽量远离一点，以保证有稳定的冲击波。要求连结整齐，便于直观检查网络，孔外连结网络应尽量短，但不允许拉细、打结，以保证最少的延期时间。

2）带雷管的导爆管最短长度不得少于1.5m。

5.9 起爆及爆破后的安全检查及处理

1）爆破作业要统一指挥，防护、装药、起爆、解除警戒要统一进行。 2）起爆前，电灯与电线路撤离工作面50m以外，爆破工随身携带手电筒。 3）起爆时，所有人员应先撤至安全警戒线外，并实行警戒和设立警告标志。 4）用电雷管起爆时，其操作方法应按“铁路工程爆破安全规则”中有关规定办理。

5）点炮人员必须按计划依次点炮，点炮前应选好撤出路线和躲避点。爆破后的安全检查及处理：

1）爆破后必须经过15分钟以上的通风排烟后，恢复充足的照明，在围岩四壁及碴堆上洒水，检查人员才能进入工作面检查。检查内容有：有无瞎炮及可疑现象；有无残余炸药及雷管；顶部及两帮有无松动石块；附近支护有无损坏和变形。

2）瞎炮必须由原爆破人员进行处理，首先查明原因，如因孔外导爆管损坏引起的瞎炮，可以切去损坏部分重新连接导爆管，再行起爆，此时接头尽量靠近眼孔位置；如因孔内导爆管损坏或是导爆管本身问题引起的瞎炮，其处理办法按照《铁路工程爆破安全规则》有关规定进行。

3）放炮后必须有身强力壮、反应灵敏的专职人员进行找顶撬帮工作，使用的工具应轻便，在恢复照明后进行，放炮后第一次找顶应有监护人。

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第六章隧道防排水及附属设施设计

6.1 隧道防排水

防水等级：满足《地下工程防水技术规范》（GB50108）规定的一级防水标准，衬砌表面无湿渍。采用”防、排、堵、截结合，因地制宜，综合治理”的原则。

6.1.1 防水

全隧道拱墙设防水板加土工布，二次衬砌混凝土采用抗侵蚀性防水混凝土，防水混凝土的抗渗等级不小于P8；环向施工缝:拱墙环向施工缝处设置中埋式止水带及排水管和背贴式止水带,排水管采用孔径!50盲沟材料；仰拱环向施工缝设置中埋式止水带和背贴式止水带；拱墙、仰拱为钢筋混凝土结构时中埋止水带采用遇水膨胀橡胶止水带，为素混凝土时采用钢板腻子止水带。纵向施工缝: 纵向施工缝处混凝土接触面涂以混凝土界面剂,并加设中埋式止水带。缝处理: 变形缝处设置中埋式遇水膨胀橡胶止水带和背贴式止水带。拱墙变形缝处衬砌内缘设置钢板接水盒、内缘3cm范围内以聚硫密封胶封堵，其余空隙采用填缝料填塞密实。为减少仰拱变形缝两侧沉降，仰拱部位二次衬砌内设^50双层抗剪钢筋，钢筋环向间距50cm，仰拱变形缝空隙采用填缝料填塞密实。

6.1.2 排水

（1）隧道设置双侧侧沟加中心排水管沟,中心排水管内径为400mm。侧沟主要用于汇集地下水并通过横向导水管引排至中心水沟，同时起到沉淀和排除部分汇水的作用；为防止淤积堵塞，便于检查维修，中心水沟间距30m设方形检查井一处。

（2）衬砌防水板背后环向设置!50mm透水管盲沟，平均8m设置一环；在隧道两侧边墙墙脚外侧泄水孔标高处分段设置!100mm盲沟，环向盲沟与纵向盲沟均直接与隧道侧沟连通，纵向盲沟中部设置!50PVC泄水孔连通侧沟。当地下水发育时，应加密布置透水管。

（3）明洞衬砌结构采用多组合防水措施，结构圬工采用防水钢筋混凝土，结构外缘与填土面接触部分以外依次采用喷涂水泥基防水涂料（厚1.5mm）、M10水泥砂浆保护层（厚3cm）、防水板及M10水泥砂浆保护层（厚3cm）。明洞结构在土石回填后，均应铺设隔水层。

6.2 隧道耐久性的措施

1.隧道有关混凝土原料选择、配合比、施工要求及有关构造要求按《铁路混凝土结构耐久性设计设计暂行规定》及《铁路混凝土与砌体工程施工规范》（TB10210-2001）办理。

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2.施工中爆破施工应采用光面爆破，严格控制超欠挖，积极保护围岩，提高围岩自身长期承载能力。加强施工管理是确保材料质量及隧道施工质量的有效措施，是影响隧道结构耐久性的关键，施工中对建材的选用、储藏、规范施工等施工管理均应有利于结构耐久性。

3.运营期间应定期对隧道结构及材料的使用状态、环境条件的变化进行检测及监测，并对监测和检测结果进行综合评估，判别隧道结构是否需要维修以及维修的时机与内容。

6.3隧道内槽、腔、洞室设置

1、隧道内不设置供维修人员使用的避车洞，仅考虑设置存放维修工具和其它业务部门需要的综合洞室，洞室间距单侧为500m左右，双侧错开设置。洞室尺寸按大避车洞断面设计，洞室深5m。

1）综合洞室内底部设置余长电缆腔；

2）综合洞室内预留通信及电力等相关专业设备安装空间，如无线列调中继器、中继站、变压器等，并根据相关专业要求就近设置。

2、隧道内设置双侧电缆槽，且电缆槽结构外缘距同侧轨道中线的距离2.2m；电缆槽设盖板，能开启维护。

3、隧道内电力电缆沟尺寸：宽300mm、深300mm，槽道内用粗砂填实。 4、通信、信号电缆沟尺寸为：宽350mm，深300mm，槽道中间以!16插筋分隔，槽内用粗砂填实。

5、本隧道内设综合洞室暨电缆余长腔23个（含无线中继器洞室3个，变电洞室2个）。

6.4隧道通风

本隧道不考虑设置机械运营通风。

6.5隧道照明、疏散指示及接触网等

隧道设置固定照明和应急照明设备，专用洞室处设置固定照明。全段隧道内两侧设贯通的救援通道，救援通道每隔200m应设图象文字标记，指示两个方向分别到下一个洞口的整百米数，并配备灯光显示方向，有关照明、疏散指示、接触网等设备的预留件或孔洞设置要求详见相关专业文件。

6.6消防及救援

6.6.1隧道消防

隧道消防原则为”以防为主、防消结合”，主动引导旅客疏散。

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第七章施工组织设计

7.1 主要施工方法

（1）洞口软弱围岩浅埋地段

本隧道采用普通钻爆法施工，洞口段地质条件较差的V级围岩地段，采用侧壁导坑法开挖（若采用其他方法，应由业主设计施工监理等多方共同确定），施工支护采用喷射混凝土、钢筋网、钢架和锚杆联合支护，并辅以小导管等超前支护。洞口浅埋段钢筋砼衬砌应及时施作。

（2）洞身地段

IV级围岩地段可采用台阶法等方法开挖。

7.2 隧道主要建筑材料及要求

（1）注浆小导管

φ42热轧无缝钢管，管身周围带φ8的溢浆小孔，管壁厚4mm。（2）φ22中空注浆锚杆

杆体力学性能：极限抗拉力不小于150KN；延伸率不小于8%；塑料锚头：锚头应有内径不＜20mm的直向出浆孔；

拱形垫板：HPB235钢，垫板长×宽≥150×150mm，厚度≥6mm；螺母采用球形螺母；

杆体尺寸：外径≥25mm，壁厚不小于4.5mm，杆体中空注浆孔径≥13mm；杆体螺纹为波形螺纹，左旋。

（3）EVA塑料防水板（GB18173.1－2000）

厚度：1.2mm

断裂拉伸强度（常温）：≥16MPa 断裂伸长率（常温）：≥550％撕裂强度：≥60kN/m 低温弯折：－35℃不裂

不透水性：0.3Mpa 30分钟无渗漏。

（4）无纺布（执行规范：GB/T17638－1998或GB/T17639－1998）

尺寸规格：每平方米质量应大于300g，厚度：≥3.0mm 检测指标：

拉断力（50mm）：≦450N 伸长率：≦80％纵横强度比：＜1.5 梯形断裂：≦250N

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渗透系数：≦5×10－2 裂隙率：＞90％

（5）带注浆管遇水膨胀止水条

执行标准：GB/T 17173.3-2002 尺寸：30×14mm(宽度×厚度) 体积膨胀倍率：≦300

高温耐热性（80℃×5h）：无流淌

低温柔性（-20℃×2h绕φ20mm圆棒）：无脆裂注浆管材料：扯断力≥200N，扯断伸长率≥60％

遇水膨胀材料与注浆管的剥离力≥20N，剪切力≥50N（或膨胀材料断裂）（6）中埋式橡胶止水带（执行规范：GB 18173.2-2000 B型）

规格尺寸：宽×厚＝30cm×10mm 检测指标：

硬度（邵氏A度）：60±5 拉伸强度：≥15MPa 拉断伸长率：≥380％

压缩永久变形（70℃×24h）：≤35％脆性温度：≤－45℃

（7）HDPE（高密度聚乙烯）波纹管

墙背纵向排水管：φ100HDPE（外径116）单壁打孔波纹管；隧底横向排水支管：φ100HDPE（外径116）单壁无孔波纹管；拱部环向盲沟：φ50HDPE单壁打孔波纹管

打孔波纹管孔眼10×1mm~30×3mm，360°范围。基本要求：无毒、耐酸碱。环刚度：≥6kN/m2。透水面积：≥40cm2。纵向伸长率：≤3％。

扁平试验：垂直方向加压至外径变形量为原外径的40％时立即卸荷，试样不破裂、分层。落锤冲击试验：温度0℃，高度1米，用1kg垂锤冲击10次，应9次以上无开裂现象。（8）MF20板式塑料乱丝盲管

规格：单片厚度2.5cm，宽度20cm；

用途：排泄路面下渗水，路面浇筑前盲沟上部用塑料布密实遮盖。要求：初始空隙率≥85％，当压强为70kPa时，剩余厚度不小于2.25cm；当压强为130kPa时，剩余厚度不小于2cm；当压强为190kPa时，剩余厚度不小于1.75cm。

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7.3 隧道安全设计

7.3.1 隧道结构与行车安全设计

隧道设计中始终贯穿“以人为本、安全至上、经济合理”的设计理念，并主要体现在以下几个方面：

（1）、隧道按新奥法施工原理进行洞身结构设计，并结合本工程隧道的地质、地形特点，通过结构分析计算和工程类比，综合拟定洞身衬砌支护参数，确保洞身结构具有足够的强度、稳定性和耐久性，满足隧道的安全营运。

（2）、隧道洞口区均布置了完善的截水、排水系统，确保洞口不被暴雨冲蚀。（3）、隧道内采用了流畅的线形，隧道的平纵面和横断面均严格按相关标准和规范执行，确保了行车安全。

（4）、隧道衬砌内表面均喷涂防火涂料，然后两侧边墙5m高范围刷涂白色外墙涂料并夹蓝色条带以诱导行车视线，提高行车安全性。

7.3.2 隧道施工安全设计

施工单位应详细阅读本设计文件，领会设计意图，并应贯彻《中华人民共和全生产法》“安全第一，预防为主”的方针，严格按《铁路隧道设计规范》(TB10003—2005)、《铁路工程施工安全技术规程》和《爆破安全规程》（GB 6722－1986）等规范规程的相关要求，详细编制实施性施工组织设计，包括隧道各项施工工序详细的施工安全措施和应急预案，并报监理工程师批准后实施。 7.3.2.1 洞口施工安全

（1）、进洞前，应加强洞口周围和掌子面临时边仰坡的锚喷网防护，确保安全进洞。在接长明洞的洞口，明洞和明洞回填应及时施作。

（2）、隧道洞口区域所有危及洞口安全的危石、落石等必须彻底清除，同时设置好隔离栅等安全设施，以保证隧道的施工和营运安全。

（3）、隧道洞口在施工前应首先施作截、排水沟以及洞口改沟，并确保排水畅通，以减少积水对洞口的冲蚀，保障洞口施工安全。

7.3.2.2 洞身施工安全（1）洞身施工防坍主要措施

本项目隧道洞身穿越了砂泥岩层，施工时应切实加强拱部防坍措施： A、施工中应严格遵循“短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”的原则，严格控制循环进尺和爆破震动速度。

B、洞身IV级围岩应采用台阶法开挖，拱部易坍段落在开挖前应施作必要的超前支护。

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C、应坚持“随挖随支护和先喷后锚”的原则，即喷锚或钢架支护必须紧跟开挖工作面，应在爆破、通风和找顶后及时对岩面进行初喷砼，尽快封闭围岩，控制围岩的初期变形，然后再及时施作锚杆、挂钢筋网或架立钢架，最后复喷砼达到设计厚度。在喷锚作业期间，应有人随时观察围岩变化情况。

（2）其它主要安全注意事项

A、在隧道施工作业中应采取各种有效的防护措施，做好通风、照明、防尘、防水、降温和防治有害气体等的措施，保护环境卫生，保障施工人员的健康和生产安全。

B、施工过程中，应对围岩进行监控量测，根据量测结果及时反馈信息，合理修正支护参数和开挖方法，指导施工和确保施工安全。

C、施工前，应认真检查和处理喷射混凝土支护作业区的危石，施工机具应布置在安全地带。 7.3.2.2 超前地质预报

隧道施工中，施工单位应配有经验的地质人员严密注意围岩开挖情况，通过有效的超前地质预报手段（超前地质预报的主要方法包括超前水平钻探法、声波探测法、地震波探测法（TSP）等），预测开挖工作面前方几米至几十米的围岩工程地质和水文地质条件，结合掘进中地质条件的变化，及时提出预报，以便有准备地做好各种预防和施工措施，保证隧道施工的顺利进行。

7.4 施工监控量测

7.4.1 监控量测目的

（1）掌握围岩和支护动态，进行日常施工管理。（2）了解支护构件的作用及效果。（3）确保隧道施工及运营安全与经济。（4）将监控量测结果反馈设计及施工中。 7.4.2 必测项目（1）洞内、外观察

洞内观察包括开挖面观察和初期支护完成区段观察等。

开挖面观察：每次开挖后进行一次，当地质情况基本无变化时可每天进行一次。观察后应绘制开挖面略图，填写工作面状态记录及围岩级别判定卡。

初期支护完成区段观察：每天至少进行一次，观察内容包括喷砼、锚杆、钢架的状态。

洞外观察包括洞口地表情况、地表沉陷、边坡、仰坡的稳定、地表水渗漏的

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观察等。

（2）水平净空变化量测

每次开挖后尽早进行，最迟不大于24小时，在下一循环开挖前应完成读数。采用全断面开挖时，可设一条测线，采用台阶法开挖时，可在拱腰及边墙各设一条测线。

（3）拱顶下沉量测

拱顶下沉量测应与水平净空变化量测在同一量测断面内进行，其量测频率应相同；当地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，除量测拱顶下沉外，尚应量测拱腰及基底隆起量。

（4）浅埋段地表下沉量测

浅埋段地表下沉量测断面布置宜与拱顶下沉量测及水平净空变化量测在同一量测断面内，地表下沉量测应在开挖面前方隧道埋置深度与隧道开挖高度之和处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止为止。

7.4.3 选测项目（1）围岩压力量测

（2）初期支护喷射混凝土应变量测（3）钢架内力及所受的荷载量测（4）二次衬砌混凝土应变量测（5）锚杆抗拔力

上述选测项目应结合本隧道围岩性质、开挖方式有选择的进行；围岩压力、支护及衬砌应变等项目的量测频率开始时应与同一断面的变形量测频率相同，当量测值变化不大时可适当降低量测频率。 7.4.4 监控量测资料整理与反馈（1）洞内外观察

洞内观察包括开挖面观察和初期支护完成区段观察等。

开挖面观察：每次开挖后进行一次，当地质情况基本无变化时可每天进行一次。观察后应绘制开挖面略图，填写工作面状态记录及围岩级别判定卡。

初期支护完成区段观察：每天至少进行一次，观察内容包括喷砼、锚杆、钢架的状态。

洞外观察包括洞口地表情况、地表沉陷、边坡、仰坡的稳定、地表水渗漏的观察等。

（2）周边位移量测

量测坑道断面的收敛情况，包括量测拱顶下沉、净空水平收敛以及底板鼓起

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（必要时）。

拱顶下沉和水平收敛量测断面的间距为：Ⅲ级及以上围岩不大于40m；Ⅳ级围岩不大于25m；Ⅴ级围岩应小于20m。围岩变化处应适当加密，在各类围岩的起始地段增设拱顶下沉测点1~2个，水平收敛1~2对。当发生较大涌水时，Ⅴ、Ⅳ级围岩量测断面的间距应缩小至5~10m。

各测点应在避免爆破作业破坏测点的前提下，尽可能靠近工作面埋设，一般为0.5~2m，并在下一次爆破循环前获得初始读数。初读数应在开挖后12h内读取，最迟不得超过24h，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。

净空水平收敛测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。在地质条件良好，采用全断面开挖方式时，可设一条水平测线；当采用台阶开挖方式时，可在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。

拱顶下沉量测应与净空水平收敛量测在同一量测断面内进行。当地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，除量测拱顶下沉外，尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。

拱顶下沉量测与净空水平收敛量测宜用相同的量测频率。

表7.1 量测频率

变形速度（mm/d）

＞10 10~5 5~1 ＜1

注：B表示隧道开挖宽度

量测断面距开挖工作面的距离

（0~1）B （1~2）B （2~5）B ＞5B

量测频率 1~2次/d 1次/d 1次/2d 1次/1周

（3）地表下沉量测

地表下沉量测频率和拱顶下沉及净空水平收敛的量测频率相同。 7.4.5 选测项目（1）围岩压力量测

（2）初期支护喷射混凝土应变量测（3）钢架内力及所受的荷载量测（4）二次衬砌混凝土应变量测（5）锚杆抗拔力

上述选测项目应结合本隧道围岩性质、开挖方式有选择的进行；围岩

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压力、支护及衬砌应变等项目的量测频率开始时应与同一断面的变形量测频率相同，当量测值变化不大时可适当降低量测频率。 7.4.6 监控量测资料整理与反馈（1）量测数据应及时绘制：

A、拱脚水平相对净空变化时态曲线及其与开挖工作面距离的关系图 B、拱顶相对下沉时态曲线及其与开挖工作面距离的关系图 C、地表下沉时态曲线及其与开挖工作面距离的关系图

（2）对初期支护时态曲线应进行回归分析，选择与实测数据拟合性好的函数进行回归，预测可能出现的最大位移。

（3）量测结果应按下列要求进行隧道稳定型综合判别：

A、预测最大位移值不大于表10.2所列隧道周边允许相对位移值的2/3，可认为初期支护达到基本稳定。

表7.2 隧道周边允许相对位移值（％）

围岩级别 IV V

覆盖层厚度（m）

＜50 0.15~0.5 0.2~0.8

50~300 0.4~1.2 0.6~1.6

＞300 0.8~2.0 1.0~3.0

B、位移变化速度，当拱脚水平相对净空变化速度大于10~20mm/d时，表明围岩处于急剧变形状态；当变化速度小于0.2mm/d时，可以认为围岩达到基本稳定。

C、根据回归后位移时态曲线的形态，当围岩位移速度不断下降时表示围岩趋于稳定状态；当位移速度保持不变时表示位移不稳定；当位移速度不断上升时表示围岩进入危险状态。

D、根据量测结果可按表10.3所列变形管理等级指导施工。

表7.3 变形管理等级

管理等级 III II I

管理位移 U0＜〔1/3Un〕〔1/3Un〕≤U0≤〔2/3Un〕

U0>〔2/3Un〕

施工状态可正常施工应加强支护应采取特殊措施

注：U0-实测变形值；Un-允许变形值。

7.5 施工场地布置

隧道两端地形都相对较开阔，均可根据需要布置施工场地，施工场地布置应避开冲沟、落石、滑坡、泥石流等危险地段。

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7.6 隧道弃碴与环境保护

隧道挖方除部分用于路基土石调运外，其余弃渣必须弃放在设计指定的碴场内，不得随意堆弃，避免造成水土流失和环保破坏，弃土场必须做好挡防工程和防排水工程。

7.7 施工注意事项

（1）施工前应仔细阅读设计文件，与第一册设计图核对路线平纵面以及隧道平、纵面和控制点坐标、高程等关键数据，弄清测量线、隧道中线和车道中线的相互关系，确保施工放线准确无误。

（2）隧道洞口边仰坡应加强锚喷网防护，进洞后，洞口明洞和明洞回填应及时施作，以确保洞口的安全和稳定。

（3）隧道洞口浅埋段施工中应特别强调：短进尺、弱爆破、强支护，钢筋砼二次衬砌及时跟进。

（4）每次爆破开挖后，应立即进行工程地质和水文地质状况的观察和记录，并进行地质描述、编录存档。地质变化处和重要地段，应有照片记载。围岩级别的变更必须提供围岩动态监控量测数据。

（5）隧道开挖，特别是洞口段的开挖，必须预留足够的变形量，钢架应及时落底封闭，钢架基础应稳固，避免沉降过大造成侵限。每榀钢架间必须严格按设计用纵向钢筋连接成整体，以增强钢架的整体支承能力。

（6）当洞口地形和地面线高程与设计图不符时，应及时报请监理工程师，对洞口进洞方案进行调整，不得擅自开挖，造成高边仰坡，破坏洞口的自然与和谐。

（7）在施工过程中，施工单位应对地下水逐段取样检测，以便进一步确定地下水是否存在腐蚀性。

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结论

寨子岗隧道是沪昆客专长玉段的山岭隧道，通过查阅相关资料和书籍，并参考一些工程实例，确定了设计方案并进行了相关验算，完成以下设计任务：

（1）隧道断面尺寸设计

根据《铁路隧道设计规范》(TB10003—2005)有关规定，确定隧道的内轮廓尺寸以及该隧道的建筑限界；

（2）选定洞门形式和设计进出口段明洞

根据地质条件选择帽檐斜切式洞门，在进出口段均设置一定长度的明洞并进行了相关设计计算；

（3）洞身支护方式设计

隧道洞身采用复合式衬砌，即由喷锚初期支护、防水层以及模筑混凝土二次支护组成；

（4）隧道开挖、钻爆设计

根据有关规定，对Ⅳ级围岩进行了钻爆设计，Ⅳ级围岩采用台阶钻爆开挖。Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法进行开挖。

（5）隧道防排水简单设计

根据有关规定，对洞门、施工缝进行防排水处理，并在隧道内设置“环向排水盲管—纵向排水管—横向排水管—路基排水管—洞外”的排水系统；

（6）隧道施工组织设计

从质量保证、安全保证、施工保证等方面提出相应的措施以确保工程的有序进行；

（7）绘制有关图纸

包括隧道内轮廓设计图、衬砌断面设计图、防排水系统布置图等相关图纸。

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参考文献

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[4]冯卫星．铁路隧道设计［M］．西南交通大学出版社，1998 [5]易丽萍．现代隧道设计与施工［M］．中国铁道出版社，1997 [6]高尔新、杨仁树．《爆破工程》．中国矿业大学出版社，1999

[7]李茜、付乐．简明地下结构施工资料集成［M］．中国电力出版社，2005

[8]张庆贺、朱合华．土木工程专业毕业设计指南隧道及地下工程分册．中国水利水电出版社，2001

[9]《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》 [10]《铁路隧道施工规范》

[11]《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001） [12]《土层锚杆设计与施工规范》 [13]《隧道通风照明设计规范》

[14]《工程建设标准强制性条文》(铁路工程部分)（ JTJ 026.1－1999） [15]《铁路混凝土与砌体工程施工规范》（TB10210—2001） [16]《标准轨距铁路建筑限界》（GB1.2）

[17]《铁路混凝土结构耐久性设计设计暂行规定》（铁建字「2005」157号） [18]《铁路路基设计规范》（TB10001—2005）

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致谢

本设计在邓修甫老师的悉心指导下，经过三个月的努力终于完成。本次毕业设计是对我大学四年所学知识的一个全面总结与回顾。通过这次毕业设计，我学到了许多常规的设计方法及设计思想，更重要的是通过这次毕业设计加深了对专业知识的融会贯通，学会了如何查找与利用资料，同时了解了本专业各方面的设计课题与实际方法以及与专业相关的计算机软件的应用。

毕业设计虽然完成了，但在设计工程中，我感到有很多不足的地方，表现为：专业知识不足，查阅的资料越多，就发现自己所掌握的知识越少；设计时的眼界不开阔，局限在比较窄的思维中，考虑问题面不全，或者有些想法又不切实际。在老师的指导下，我在这些方面取得了进步。我相信，随着以后不断的学习，以上的不足之处能得到改善。

这次毕业设计拓宽了我的知识面，增强了专业知识的理解，收益匪浅。设计期间，由于邓修甫老师对我无微不至的指导才使本设计得以顺利完成；同时岩土教研室的陈秋南老师、阳生权老师、朱建群老师、邓修甫老师、尹志政老师、王志斌老师、张志敏老师和杨期君老师也给予了热情的帮助而且对本设计提出了大量的宝贵意见，在此谨向各位老师致谢！此次设计同学们也给予了我很大的帮助，在此也向各位同学致以深深的谢意。

由于水平有限，设计中肯定有不少错误及不足之处，恳请各位老师能够给予批评与指正，使我能够及时认识并改正这些错误，这将对我以后的学习与工作起到良好的促进作用。

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