1緒論1.1鐵路隧道發(fā)展概述中國(guó)幅員遼闊，又是多山的國(guó)家，山地面積占2/3以上，高原起伏，群山連綿，崇山峻嶺密布，水系發(fā)育，江河縱橫，地質(zhì)復(fù)雜。為發(fā)展鐵路建設(shè)，需要修建大量隧道，而且勢(shì)必修建許多長(zhǎng)隧道和特長(zhǎng)隧道，因而鐵路隧道建設(shè)任務(wù)極其艱巨、復(fù)雜。隧道修建技術(shù)是涵蓋多種專業(yè)、交叉性很強(qiáng)的綜合技術(shù)。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)鐵路隧道修建技術(shù)雖然有很大發(fā)展，但與當(dāng)代世界鐵路隧道長(zhǎng)度不斷增加并向水域發(fā)展的趨勢(shì)比較還有一定差距。中國(guó)當(dāng)前鐵路隧道的修建的數(shù)量，已列世界前茅，但10km以上的隧道（包括貫通的）只有4座，既大瑤山、長(zhǎng)梁山雙線隧道和秦嶺I、II線單線隧道。20km以上的長(zhǎng)大隧道和水下鐵路隧道還是空白。因此，特長(zhǎng)和超長(zhǎng)隧道的設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)還有待開發(fā)、研究和提高。同時(shí)，對(duì)于為數(shù)眾多的500m以下的短隧道施工機(jī)械化程度還不高。對(duì)于隧道環(huán)境工程、防災(zāi)技術(shù)以及山區(qū)鐵路隧道普遍存在的各種地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)也許要研究和加強(qiáng)。隧道建設(shè)組織管理水平亟待提高，以適應(yīng)鐵路隧道高質(zhì)量高效率建設(shè)發(fā)展的需要。1.2隧道概述蘭青二線2號(hào)隧道，全長(zhǎng)1251m。隧道起訖里程：DK6+498～DK7+749,全長(zhǎng)1251m,為雙線隧道，最大埋深約50m為直線隧道。1.2工程地質(zhì)特征和水文地質(zhì)特征洞身通過(guò)地層為白堊系砂巖夾泥巖，棕紅色，鈣質(zhì)弱膠結(jié)，巖質(zhì)軟弱，節(jié)理較發(fā)育，巖體較破壞，巖石內(nèi)結(jié)構(gòu)不均勻。風(fēng)化層3.7～9.6cm。Ⅲ級(jí)硬土，σ0=300kpa。弱風(fēng)化層，Ⅳ級(jí)軟石，σ0=500kpa；出口陡坎頂部分布有上更新統(tǒng)粗礫土，Ⅲ級(jí)硬土。σ0=650kpa，進(jìn)出口陡坎下分布有第四系全更新統(tǒng)坡積角礫土。Ⅲ級(jí)硬土。σ0=650kpa，洞身上覆蓋較厚的上更新統(tǒng)砂質(zhì)黃土。Ⅱ級(jí)普通土，σ0=150kpa。勘測(cè)期間未見地下水，可不考慮地下水對(duì)工程的影響。2洞門結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及檢算洞口是隧道進(jìn)出的咽喉，又是隧道施工中的主要通道，洞口位置選的是否合理，將對(duì)隧道的施工工期、造價(jià)、運(yùn)營(yíng)安全等有重大的影響。所以在隧道的線路設(shè)計(jì)中，洞口位置的選擇是一項(xiàng)重要的工作。2.1隧道洞門形式的選擇2.1.1設(shè)計(jì)原則由于隧道洞口所處的地形，地質(zhì)條件不同，隧道洞門的形式也有所不同。目前，鐵路隧道洞門主要有如下幾種形式：(1)環(huán)框式洞門：當(dāng)洞口石質(zhì)堅(jiān)硬，且地形陡峻無(wú)排水要求時(shí)，可僅修建洞口環(huán)框，以起到加固洞口和減少洞口雨后滴水的作用。(2)端墻式洞門：端墻式洞門是最常見的洞門。它適用于地形開闊，石質(zhì)較穩(wěn)定的地區(qū)，由端墻和洞門頂排水溝組成。端墻的作用是抵抗山體縱向推力及支持洞口正面上的仰坡。保持其穩(wěn)定。洞門頂排水溝用來(lái)將從仰坡流下來(lái)的地表雨水匯集后排走。(3)翼墻式洞門：當(dāng)洞口地質(zhì)較差，山體縱向推力較大時(shí)，可以在端墻式洞門的單側(cè)或雙側(cè)設(shè)置翼墻。翼墻在正面起到抵抗山體縱向推力，增加洞門的抗滑及抗傾覆能力的作用。兩側(cè)面保護(hù)路塹邊坡起擋土墻的作用。翼墻頂面與仰坡的延長(zhǎng)面相一致，其上設(shè)置水溝，將洞門頂水溝匯集的地表水引至路塹側(cè)溝內(nèi)排走。(4)柱式洞門：當(dāng)?shù)匦屋^陡，仰坡有下滑的可能，有受地形或地質(zhì)條件的限制，不能設(shè)置翼墻時(shí)，可在端墻中部設(shè)置2個(gè)或4個(gè)斷面較大的柱墩，以增加端墻的穩(wěn)定性。(5)臺(tái)階式洞門：當(dāng)洞門位于傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門一側(cè)較高時(shí)，為了提高靠山側(cè)仰坡刷坡起坡點(diǎn)，減少仰坡高度，可將端墻頂部改為逐漸升高的臺(tái)階形式，以適應(yīng)地形的特點(diǎn)，減少洞門圬工及仰坡開挖數(shù)量，這種洞門也能起到一定的美化作用。(6)斜交式洞門：當(dāng)隧道洞口線路與地面等高線斜交時(shí)，為了縮短隧道長(zhǎng)度，減少挖方數(shù)量，可采用平行于等高線與線路成斜交的洞口，一般斜交式洞門與襯砌斜口段應(yīng)整體砌筑。由于斜交式洞門及襯砌斜口段的受力復(fù)雜，施工也不方便，所以只有在十分必要時(shí)才采用這種形式的洞門。2.1.2洞門的選擇鑒于本隧道所處地形有邊坡，有仰坡，故該隧道洞門進(jìn)口和出口均采用翼墻式洞門。2.2洞門計(jì)算以西寧端(隧道出口)洞門為例，進(jìn)行洞門結(jié)構(gòu)的檢算。2.2.1基本計(jì)算數(shù)據(jù)隧道進(jìn)口端圍巖級(jí)別為V級(jí)，由隧道規(guī)范可以查出：(1)地層特性：邊仰坡坡度1:1.25地層容重γ=18kN/m3計(jì)算摩擦角φ=45o基底摩擦系數(shù)f=0.4基底控制壓應(yīng)力[σ]=0.3MPa(2)建筑材料容重和容許壓力：頂帽C20混凝土容重γ1=23kN/m3端、翼墻水泥砂漿砌片石容重γ2=22kN/m3100號(hào)水泥砂漿砌片石容許壓應(yīng)力[σa]=1.5MPa100號(hào)水泥砂漿砌片石容許壓應(yīng)力[σl]=0.2MPa(3)檢算端墻和翼墻應(yīng)力、偏心和穩(wěn)定性要求：墻身截面壓應(yīng)力σ≤[σa]墻身截面偏心距e≤0.3b（b為端、翼墻厚度）基底壓力σ≤[σ]基底偏心ej≤eq\f(bj,4)滑動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)Kc≥1.3傾覆穩(wěn)定性系數(shù)K0≥1.52.2.2洞門各部分尺寸的擬定隧道進(jìn)、出口端采用襯砌斷面加寬值為W=0,軌道類型選用重型(h2=0.80m),各部分尺寸見下圖：圖2.1洞門正面圖根據(jù)洞門圖中所標(biāo)注的尺寸可知：H=12.70m,Bm=7.36m,h=7.70m,h1=3.15m,h2=0.75m,h3=1.10m,hy=9.56m,ly=9.85m圖2.2洞門側(cè)視圖2.3洞門檢算2.3.1翼墻墻身截面偏心、應(yīng)力驗(yàn)算(1)翼墻墻背主動(dòng)土壓力E取距翼墻基底1.0m的截面為驗(yàn)算截面，計(jì)算寬度取0.5m，翼墻計(jì)算高度h0為：hb=hy-(0.1hy+0.25)÷1.25-1.10=9.56≈7.5m已知：φ=45o，tanα=0.1，tanε=eq\f(1,1.25)查得：tanω=0.5273，λ=0.1566E=eq\f(1,2)×γhb2λ×0.5=0.5×18×7.52×0.1566×0.5=39.64kN(2)傾覆力矩M0M0=EQ\F(1,3)Ehb=EQ\F(1,3)×39.64×7.5=99.10kN(3)穩(wěn)定力矩My1)墻身自重P圖2.3翼墻細(xì)部尺寸圖eq\f(1,1.25)P=[0.5×1.0×23-eq\f(1,2)×(0.4+0.5)×0.3×23+1.0×7.5×22+0.7×(7.5-2.0)×22+1.0×2.1×18]×0.5=[11.5-3.11+165+84.7+37.8]×0.5=5.75-1.56+82.5+42.35+18.9=147.94kN2)穩(wěn)定力矩MyMy=5.75×[0.5+(7.5-0.25)×0.1]-1.56×[0.5+(7.50-0.15)×0.1]+82.5×[0.5+7.0÷2×0.1]+42.3×5×[1.0+0.35+5.0÷2×0.1]+18.9×[2.10÷2-0.5]=7.04-1.93+70.13+67.76+10.40=153.4kN.m(4)截面偏心及應(yīng)力檢算C=eq\f(My-M0,P)=eq\f(153.4-99.10,147.94)eq\f(132.23-99.10,147.94)=0.37me=eq\f(b,2)-C=EQ\F(1.7,2)-0.37=0.48<0.3b=0.51(可)σmax=eq\f(2P,3C)=eq\f(2×147.94,3×0.37)=266.56kN∕m2≈0.27MPa<[σa]=1.5MPa(可)(5)翼墻基底偏心、應(yīng)力及穩(wěn)定性檢算1)墻背主動(dòng)土壓力EE=eq\f(1,2)γ(hb+1.10)2λ×0.5=eq\f(1,2)×18×8.62×0.1566×0.5=52.12kN2)傾覆力矩M0M0=eq\f(1,3)E(hb+1.10)=eq\f(1,3)×52.12×8.60=149.41kN.m3)穩(wěn)定力矩My①墻身自重PP=147.94+0.5×(2.1+2.2)×1.0×22=195.24kN②穩(wěn)定力矩MyMy=5.75×[0.5+(7.5-0.25)×0.1+0.5]-1.56×[0.5+(7.50-0.15)×0.1+0.5]+82.5×[0.5+7.0÷2×0.1+0.5]+42.35×[1.0+0.35+5.0÷2×0.1+0.5]+18.9×[2.10÷2-0.5+0.5]+33.40=9.92-2.71+111.38+88.94+19.85+33.40=260.78kN.m4)翼墻基底偏心及應(yīng)力檢算P′=Pcosα0+Esinα0=195.24×eq\f(10,EQ\R(,101))+52.12×eq\f(1,EQ\R(,101))=194.27+5.18=199.46kNC=eq\f(My-M0,P′)=eq\f(260.78-149.41,199.46)=0.56me=eq\f(bj,2)-C=eq\f(2.10,2)-0.56=0.49<eq\f(bj,4)=EQ\F(2.10,4)=0.53mσmax=eq\f(2P',3C)=eq\f(2×199.46,3×0.57)=237.45KN∕m2≈0.24MPa<[σ]=0.3MPa5)穩(wěn)定檢算①傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0K0=eq\f(My,M0)=eq\f(260.78,149.41)=1.75>1.5(可)②滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)KcKc=eq\f((P+Etanα0)f,E-Ptanα0)=eq\f((195.24+52.12×0.1)×0.4,52.12-195.24×0.1)=2.46>1.3(可)2.3.2端墻墻身截面偏心及應(yīng)力檢算(1)端墻墻背主動(dòng)土壓力E端墻計(jì)算條帶寬度取0.5m，計(jì)算條帶高度為7.4m，計(jì)算條帶中線距線路中線為5.68m。b=0.5+5.68×0.04=0.73ma=1.2-(0.73-0.5)×1.25-[1.1-0.5-0.3-(0.73-0.35)×0.1]=0.65m已知：tanε=eq\f(1,1.25)=0.8,ε=38o40′,tanω=0.6526,λ=0.2235h0=eq\f(atanε,1-tanεtanα)=eq\f(0.65×0.8,1-0.8×0.1)=0.57mH1=7.40-b-h0=7.40-0.73-0.57=6.10mH1+h0=6.10+0.57=6.67mh4=eq\f(a,tanω-tanα)=eq\f(0.65,0.6526-0.1)=1.18mσ1=γH1λ=18×6.11×0.2235=24.54kN/m2σ2=γ(h4-h0)λ=18×(1.18-0.56)×0.2235=2.45kN/m2σ3=eq\f(H1+h0,h4)σ2=eq\f(6.67,1.18)×2.45=13.85kN/m2E=E1+E1=EQ\F(1,2)×(H1+h0)σ3×0.5+EQ\F(1,2)×(H1+h0-h4)×(σ1-σ3)×0.5=0.5×6.67×13.85×0.5+0.5×5.49×10.69×0.5=37.76kN(2)傾覆力矩M0M0=eq\f(1,3)(H1+h0)E1+eq\f(1,3)(H1+h0-h4)E2=eq\f(1,3)×6.67×23.09+eq\f(1,3)×5.49×14.67=54.32kN.m(3)穩(wěn)定力矩My1)墻身自重P圖2.4端墻尺寸圖P=[(7.40-0.35)×1.1×22-12×(0.3×0.90×22)-0.18×0.9×22-12×0.9×0.09×22+0.6×0.35×23-12×0.1×0.1×23]×0.5=[170.61-2.97-3.56-0.89+4.83-0.12]×0.5=83.95kN2)穩(wěn)定力矩MyMy≈85.31×[(7.40-0.35)×0.1÷2+1.1÷2]≈76.99kN.m3)偏心應(yīng)力及檢算C=eq\f(My-M0,P)=eq\f(76.99-64.32,83.95)=0.27me=eq\f(b,2)-C=eq\f(1.1,2)-0.27=0.28<0.3b=0.33mσmax=eq\f(2P,3C)=eq\f(2×83.95,3×0.27)=199.91KN/m2=0.2MPa<[σ]=1.5MPa(可)(2)端墻與翼墻共同作用時(shí)的穩(wěn)定性驗(yàn)算1)端墻墻背主動(dòng)土壓力E端墻總高度為12.7m，端墻與翼墻共同作用時(shí)的計(jì)算寬度b1為：b1=Bm-eq\f(B,2)=7.36-eq\f(10.86,2)=1.93mb=0.5+(eq\f(10.86,2)+eq\f(1.93,2))×0.05=0.82ma=1.2-(0.82-0.5)×1.25-[1.1-0.3-0.5-(0.82-0.35)×0.1]=0.55mh0=eq\f(atanε,1-tanεtanα)=eq\f(0.55×0.80,1-0.80×0.1)=0.48mH1=H-b-h0=12.70-0.82-0.48=11.4mH1+h0=11.4+0.48=11.88mh4=eq\f(a,tanω-tanα)=eq\f()=1.0mσ1=γH1λ=18×11.88×0.2235=47.79kN∕m2σ2=γ(h4-h0)λ=18×(1.0-0.48)×0.2235=2.09kN∕m2σ3=eq\f(H1+h0,h4)σ2=eq\f(11.88,1.0)×2.09=24.83kN∕m2E=E1+E2=eq\f(1,2)(H1+h0)σ3b1+eq\f(1,2)(H1+h0-h4)(σ1-σ3)b1=eq\f(1,2)×11.88×24.83×1.93+eq\f(1,2)×10.88×(47.79-24.83)×1.93=284.66+241.06=525.72kN2)端墻自重P1P1=(12.70-0.35)×1.1×22×1.93=576.82kN3)翼墻自重P2翼墻采用分段法施工，其自重取距端墻底3m范圍內(nèi)的翼墻計(jì)算圖2.5洞門剖面圖圖2.6端墻細(xì)部尺寸圖由圖可知：eq\f(1.25x,9.56×0.1)=eq\f(2.0+x,9.56)x=eq\f(9.56×0.1×2,1.25×9.56-9.56×0.1)=0.17mh1=9.56-(2.0+0.17)=7.39ml1=3.0+0.1h1=3.0+0.1×7.39=3.74mh2=h1-eq\f(l1,1.25)=7.39-eq\f(3.74,1.25)=4.40mA1=(hy+h2+2.0)×(3.0+0.1hy)×EQ\F(1,2)-EQ\F(1,2)×0.1hy×hy=(9.56+4.40+2.0)×(3.0+0.1×9.56)×0.5-0.5×0.1×9.56×9.56=15.96×1.98-4.57=27.03m2A2=(h1+h2)×(3.0+0.1h1)×EQ\F(1,2)-EQ\F(1,2)×0.1h12=(7.39+4.40)×(3.0+0.1×7.39)×0.5-0.5×0.1×7.392==19.31m2P2=[V1+V2+V3-V4]γ2+V5γ=[27.03×1.0+19.31×0.7+(0.4+0.5)×1.0×12×3-(0.4+0.5)×0.3×12×(3.0+9.56×0.1)]×22+(27.03-19.31)(0.7-0.22)×18=[27.03+13.52+1.35-0.53]×22+97.27=1007.41kNKc=eq\f((P1+P2)f,E)=eq\f((576.82+1007.41)×0.4,525.72)=1.301>1.3(可)根據(jù)上述計(jì)算，隧道洞門結(jié)構(gòu)安全。3利用fortran程序?qū)σr砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢算隧道襯砌結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)方法(荷載-結(jié)構(gòu)模型)，假設(shè)襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖全面、緊密地接觸，采用主動(dòng)荷載加被動(dòng)荷載(彈性抗力)模式，按照彈性鏈杠法原理來(lái)計(jì)算襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。3.1圍巖壓力的計(jì)算3.1.1計(jì)算公式采用容許應(yīng)力法，計(jì)算雙線深埋隧道時(shí)圍巖壓力按松散壓力考慮，其水平均布?jí)毫Φ淖饔脴?biāo)準(zhǔn)值可按垂直均布?jí)毫郊跋卤泶_定。(1)垂直均布?jí)毫=γhh=0.45×2s-1×ww=1+i×(B-5)式中，q—圍巖垂直均布?jí)毫?kPa)γ—圍巖重度(kN∕m3)i—當(dāng)B>5m時(shí)，i取0.1h—圍巖壓力計(jì)算高度(m)s—圍巖級(jí)別。(2)水平均布?jí)毫Ρ?.1圍巖水平均布?jí)毫鷰r級(jí)別Ⅰ~ⅡⅢⅣⅤⅥ水平均布?jí)毫?<0.15q(0.15~0.30)q(0.30~0.50)q(0.50~1.00)q3.1.2計(jì)算結(jié)果(1)Ⅳ級(jí)圍巖取水平均布?jí)毫ο禂?shù)為0.2，圍巖重度γ=22kN∕m3,可確定深埋隧道襯砌圍巖的松散壓力為：垂直均布?jí)毫σ驗(yàn)锽=11.22m>5m,則i=0.1,w=1+i×(B-5)=1+0.1×(11.22-5)=1.6h=0.45×2s-1×w=0.45×24-1×1.62=5.83mq=γh=22×5.83=128.30kN∕m水平均布?jí)毫=0.2q=0.2×128.30=25.66kN∕m故可作出Ⅳ級(jí)圍巖襯砌斷面受力圖如圖所示：圖3.1Ⅳ級(jí)圍巖襯砌斷面受力圖(2)Ⅴ級(jí)圍巖取水平均布?jí)毫ο禂?shù)為0.4，圍巖重度γ=18kN∕m3，可確定深埋隧道襯砌圍巖的松散壓力為：垂直均布?jí)毫σ驗(yàn)锽=11.36m>5m,則i=0.1,w=1+i×(B-5)=1+0.1×(11.36-5)=1.64h=0.45×2s-1×w=0.45×25-1×1.64=11.81mq=γh=18×11.81=212.54kN∕m水平均布?jí)毫=0.4q=0.4×212.54=85.02kN∕m故可作出Ⅴ級(jí)圍巖襯砌斷面受力圖如圖所示:圖3.2Ⅴ級(jí)圍巖襯砌斷面受力圖3.2襯砌結(jié)構(gòu)及圍巖結(jié)構(gòu)的理想化隧道襯砌是實(shí)現(xiàn)拱式結(jié)構(gòu)，軸力和彎矩是主要內(nèi)力，可將其離散化為一些同時(shí)承受彎矩、剪力和軸力的偏心受壓等直杠單元所組成的折線形組合體。由《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，單線電氣化鐵路在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)劃分時(shí)，要不少于16個(gè)單元，在本設(shè)計(jì)中，把襯砌劃分為28個(gè)單元，節(jié)點(diǎn)數(shù)為29，隧道襯砌單元?jiǎng)澐秩鐖D所示：圖3.3隧道襯砌單元?jiǎng)澐质疽鈭D將彈性抗力作用范圍內(nèi)的連續(xù)圍巖，離散為若干條彼此互不相關(guān)的矩形巖柱，巖柱具有彈性地基的性質(zhì)，采用局部變形理論的溫克爾假定，把每個(gè)巖柱理想化為一個(gè)剛性支座上的彈性鏈杠支撐于襯砌單元的節(jié)點(diǎn)上，它可以軸力的方式把巖柱的作用體現(xiàn)出來(lái)。彈性支撐的設(shè)置方向應(yīng)按照襯砌與圍巖的接觸狀態(tài)來(lái)確定，本文為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將彈性支撐水平設(shè)置。圍巖的理想化如圖所示：圖3.4圍巖的理想化3.3襯砌內(nèi)力的確定按照彈性鏈杠法的基本原理進(jìn)行襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算。本文利用給定的桿系有限元分析程序計(jì)算襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。3.3.1Ⅴ級(jí)圍巖二襯(1)數(shù)據(jù)的輸入29,17.5,1.5e6,85.02,212.54,20000.0,25000.0,0.8544.877,8.200,1,0,1,1,0.8545.026,7.385,1,1,1,1,0.6505.126,6.569,1,1,1,1,0.5245.178,5.754,1,1,1,1,0.5005.145,4.966,1,1,1,1,0.5005.005,4.197,1,1,1,1,0.5004.763,3.453,1,1,1,1,0.5004.423,2.750,1,1,1,1,0.5003.990,2.098,1,1,1,1,0.5003.472,1.512,1,1,1,1,0.5002.880,1.001,0,1,1,1,0.5002.225,0.575,0,1,1,1,0.5001.519,0.259,0,1,1,1,0.5000.771,0.065,0,1,1,1,0.5000.000,0.000,0,1,1,1,0.500-0.771,0.065,0,1,1,1,0.500-1.519,0.259,0,1,1,1,0.500-2.225,0.575,0,1,1,1,0.500-2.880,1.001,0,1,1,1,0.500-3.472,1.512,1,1,1,1,0.500-3.990,2.098,1,1,1,1,0.500-4.423,2.750,1,1,1,1,0.500-4.763,3.453,1,1,1,1,0.500-5.005,4.197,1,1,1,1,0.500-5.145,4.966,1,1,1,1,0.500-5.178,5.754,1,1,1,1,0.500-5.126,6.569,1,1,1,1,0.524-5.026,7.385,1,1,1,1,0.650-4.877,8.200,1,0,1,1,0.854(2)部分程序運(yùn)行結(jié)果：NODALFORCENO.NQM11219.031-1132.622-1.46221207.794-382.242-12.14431188.329-308.900-15.59341175.349-216.9934.62051166.549-37.27121.72961157.550152.45622.99971147.202334.77423.25981134.023520.76224.35891113.359684.41724.215101080.968777.45617.286111036.669768.5394.88512987.866651.158-8.66613945.476384.485-26.48014917.05215.301-43.05315907.007-370.479-50.13716917.052-647.490-43.05317945.476-789.522-26.48018987.866-786.642-8.666191036.669-696.6474.885201080.968-533.06817.286211113.359-338.30824.215221134.023-151.76824.358231147.20226.43523.259241157.550198.26122.999251166.549305.65721.729261175.349277.3414.620271188.329286.954-15.593281207.794519.141-12.144291219.03112.8931.462根據(jù)程序運(yùn)行結(jié)果，做出隧道Ⅴ級(jí)圍巖襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖如下圖所示:圖3.5Ⅴ級(jí)圍巖結(jié)構(gòu)襯砌內(nèi)力圖(左側(cè)為軸力圖,單位kN,右側(cè)為彎矩圖，單位kN.m)3.3.2Ⅳ級(jí)圍巖二襯(1)數(shù)據(jù)的輸入：29,21.5,3.6e6,25.66,128.30,20000.0,25000.0,0.7784.839,8.175,1,0,1,1,0.7784.992,7.366,1,1,1,1,0.5675.097,6.556,1,1,1,1,0.4675.153,5.747,1,1,1,1,0.4505.122,4.961,1,1,1,1,0.4504.985,4.193,1,1,1,1,0.4504.746,3.451,1,1,1,1,0.4504.408,2.749,1,1,1,1,0.4503.977,2.098,1,1,1,1,0.4503.463,1.513,1,1,1,1,0.4502.873,1.002,0,1,1,1,0.4502.220,0.576,0,1,1,1,0.4501.516,0.259,0,1,1,1,0.4500.769,0.065,0,1,1,1,0.4500.000,0.000,0,1,1,1,0.450-0.769,0.065,0,1,1,1,0.450-1.516,0.259,0,1,1,1,0.450-2.220,0.576,0,1,1,1,0.450-2.873,1.002,0,1,1,1,0.450-3.463,1.513,1,1,1,1,0.450-3.977,2.098,1,1,1,1,0.450-4.408,2.749,1,1,1,1,0.450-4.746,3.451,1,1,1,1,0.450-4.985,4.193,1,1,1,1,0.450-5.122,4.961,1,1,1,1,0.450-5.153,5.747,1,1,1,1,0.450-5.097,6.556,1,1,1,1,0.467-4.992,7.366,1,1,1,1,0.567-4.839,8.175,1,0,1,1,0.778(2)部分程序運(yùn)行結(jié)果：NODALFORCENO.NQM1774.819-16278.807-1.3342767.642-3426.71834.6323754.583-1833.63663.5404745.255-987.80099.4365737.92020.405124.0596727.576979.474129.2047712.0361842.430120.9888690.4472498.046100.2719661.4642891.78268.36310624.9302917.92027.10211583.0232609.088-19.32012539.8302014.641-62.96513501.3281102.740-101.81914474.75325.777-130.79615465.339-1072.918-141.60616474.753-1988.782-130.79617501.328-2645.713-101.81918539.830-2921.130-62.96519583.023-2889.508-19.32020624.930-2533.31227.10221661.464-1863.27068.36322690.447-1005.654100.27123712.036-26.629120.98824727.576974.450129.20425737.9201821.337124.05926745.2552434.51199.43627754.5833787.59463.54028767.6428278.42734.63229774.819-43.6841.334根據(jù)程序運(yùn)行結(jié)果，做出隧道Ⅳ級(jí)圍巖襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖如下圖所示:(左側(cè)為軸力圖,單位kN,右側(cè)為彎矩圖，單位kN.m)圖3.6Ⅳ級(jí)圍巖結(jié)構(gòu)襯砌內(nèi)力圖(左側(cè)為軸力圖,單位kN,右側(cè)為彎矩圖，單位kN.m)3.4襯砌內(nèi)力檢算3.4.1強(qiáng)度檢算方法襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力算出后，必須進(jìn)行隧道襯砌截面強(qiáng)度檢算，其強(qiáng)度檢算按破損階段法或容許應(yīng)立法進(jìn)行。拱形隧道屬偏心受壓構(gòu)件，其截面強(qiáng)度檢算根據(jù)軸力偏心距e0=M/N的大小可分為兩種情況：(1)抗壓強(qiáng)度控制(e0≤0.2d)混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度可按下式計(jì)算：K=eq\f(φαRabh,N)式中，Ra——混泥土或砌體的抗壓極限強(qiáng)度，可分別按規(guī)范中的表或表采用。K——安全系數(shù)，按規(guī)范表―1采用。N——軸向力(MN)b——截面的寬度(m)h——截面的厚度(m)φ——構(gòu)件的縱向彎曲系數(shù)：對(duì)于隧道襯砌、明洞拱圈及墻背緊密回填的邊墻，可取φ=1.0α——軸向力的偏心影響系數(shù)，按規(guī)范表―3采用，或按公式計(jì)算：α=1.000+0.648(eq\f(e0,h))-12.569(eq\f(e0,h))2+15.444(eq\f(e0,h))3(2)抗拉強(qiáng)度控制(e0>0.2d)混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度可按下式計(jì)算：K=φeq\f(1.75R1bh,(eq\f(6e0,h)-1)×N)式中，R1——混凝土的抗拉極限強(qiáng)度，按規(guī)范表采用。e0——截面偏心距(m)其他符號(hào)意義同前。3.4.2強(qiáng)度檢算：按照上述混泥土襯砌界面強(qiáng)度檢算方法，利用execl表格進(jìn)行檢算，其中，混凝土達(dá)到抗壓或抗剪極限強(qiáng)度時(shí)K=2.0，混凝土達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度時(shí)K=2.4，據(jù)此分別作出隧道Ⅴ級(jí)圍巖和Ⅳ級(jí)圍巖的檢算結(jié)果如下：表3.2Ⅴ級(jí)圍巖檢算表表3.3Ⅳ級(jí)圍巖檢算表4襯砌及圍巖結(jié)構(gòu)的ANSYS有限元分析有限元是一種離散化的數(shù)值解法，對(duì)于結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的分析而言，它的理論基礎(chǔ)是能量原理，得到的方程組中所含未知數(shù)的性質(zhì)有三種情況：一種是以位移作為未知量的分析法，這種情況稱位移法。位移法采用最小位能原理或虛位移原理進(jìn)行分析；另一種是以應(yīng)力為未知量的分析法，稱作應(yīng)力法。應(yīng)力解法常采用最小余能原理進(jìn)行分析；第三種是以一部分位移和一部分應(yīng)力作為未知量的分析法，屬于位移法、應(yīng)力法，稱為混合法，采用修正的能量原理進(jìn)行分析。通過(guò)上述分析介紹可知，虛位移原理或最小位能原理、最小余能原理是有限元的又一重要理論基礎(chǔ)。有限元法的模擬能力強(qiáng)，可以考慮巖土介質(zhì)的非均質(zhì)性、各向異性、非連續(xù)性和材料與幾何非線性等等，且能適用于各種實(shí)際的邊界條件。有限元法的缺點(diǎn)是需要將整個(gè)物理系統(tǒng)離散成有限自由度的計(jì)算模型，并進(jìn)行分片插值，數(shù)據(jù)量大，耗時(shí)長(zhǎng)，精度相對(duì)較低。有限元法是把要分析的連續(xù)體假想地分割成有限個(gè)單元所組成的組合體，簡(jiǎn)稱離散化。這些單元僅在頂角處相互聯(lián)接，稱這些聯(lián)接點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)。離散化的組合體與真實(shí)彈性體的區(qū)別在于：組合體中單元與單元之間的聯(lián)接除了結(jié)點(diǎn)之外再無(wú)任何關(guān)聯(lián)。但是這種聯(lián)接要滿足變形協(xié)調(diào)條件，即不能出現(xiàn)裂縫，也不允許發(fā)生重疊。顯然，單元之間只能通過(guò)結(jié)點(diǎn)來(lái)傳遞內(nèi)力。通過(guò)結(jié)點(diǎn)來(lái)傳遞的內(nèi)力稱為結(jié)點(diǎn)力，作用在結(jié)點(diǎn)上的荷載稱為結(jié)點(diǎn)荷載。當(dāng)連續(xù)體受到外力作用發(fā)生變形時(shí)，組成它的各個(gè)單元也將發(fā)生變形，因而各個(gè)結(jié)點(diǎn)要產(chǎn)生不同程度的位移，這種位移稱為結(jié)點(diǎn)位移。在有限元中，常以結(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量。并對(duì)每個(gè)單元根據(jù)分塊近似的思想，假設(shè)一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)近似地表示單元內(nèi)位移的分布規(guī)律，再利用力學(xué)理論中的變分原理或其他方法，建立結(jié)點(diǎn)力與位移之間的力學(xué)特性關(guān)系，得到一組以結(jié)點(diǎn)位移為未知量的代數(shù)方程，從而求解結(jié)點(diǎn)的位移分量。然后利用插值函數(shù)確定單元集合體上的場(chǎng)函數(shù)。顯然，如果單元滿足問(wèn)題的收斂性要求，那么隨著縮小單元的尺寸，增加求解區(qū)域內(nèi)單元的數(shù)目，解的近似程度將不斷改進(jìn)，近似解最終將收斂于精確解。4.1Ⅴ級(jí)圍巖ANSYS分析根據(jù)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)在五級(jí)圍巖中深埋隧道覆蓋厚度值的規(guī)定，Ⅴ級(jí)圍巖段隧道埋深厚度區(qū)40m，左右各取50m，向下取50m的范圍的區(qū)域建立模型分析內(nèi)力。圖4.1CAD圖圖4.2有限元模型圖圖4.3地層變形圖圖4.3彎矩圖圖4.4軸力圖圖4.6剪力圖表4.1Ⅴ級(jí)圍巖安全系數(shù)計(jì)算表.4.2Ⅳ級(jí)圍巖ANSYS分析根據(jù)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)在四級(jí)圍巖中深埋隧道覆蓋厚度值的規(guī)定，Ⅳ級(jí)圍巖段隧道埋深厚度區(qū)25m，左右各取45m，向下取45m的范圍的區(qū)域建立模型分析內(nèi)力。圖4.7CAD圖圖4.8有限元模型圖圖4.9地層變形圖圖4.10軸力圖圖4.11彎矩圖圖4.12剪力圖表4.2Ⅳ級(jí)圍巖檢算表5蘭青二線二號(hào)隧道進(jìn)口實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)5.1編制依據(jù)及編制范圍5.1.1編制依據(jù)(1)蘭青二線二號(hào)隧道襯砌圖﹑洞門圖。(2)業(yè)主關(guān)于蘭青二線二號(hào)隧道工程工期要求。(3)鐵道部現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范、規(guī)則、規(guī)定以及施工定額。(4)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境及現(xiàn)場(chǎng)踏勘資料。(5)本單位綜合管理、施工技術(shù)和機(jī)械裝備水平以及類似工程施工中的經(jīng)驗(yàn)和工法成果5.1.2編制范圍蘭青二線二號(hào)隧道進(jìn)口段，里程DK6+498～DK6+749,長(zhǎng)1251m5.2工程概述5.2.1工程概況蘭青二線二號(hào)隧道起訖里程：DK6+498～DK7+749,全長(zhǎng)1251m,為雙線隧道，最大埋深約50m.為直線隧道。表5.1圍巖分布見下表：序號(hào)起點(diǎn)里程終點(diǎn)里程長(zhǎng)度圍巖級(jí)別1DK6+498DK6+52527Ⅴ2DK6+525DK7+7431218Ⅳ3DK7+743DK7+7496Ⅴ5.2.2工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特征：(1)工程地質(zhì)特征工程地質(zhì)特征：洞身通過(guò)地層為白堊系砂巖夾泥巖，棕紅色，鈣泥質(zhì)弱膠結(jié)，巖質(zhì)較軟，節(jié)理較發(fā)育，巖體較破碎，巖石內(nèi)結(jié)構(gòu)不均勻，風(fēng)化層3.7～9.6m，Ⅲ級(jí)硬土，σ[0]=300KPa，弱風(fēng)化層，Ⅳ級(jí)軟石，σ[0]=500KPa，出口陡坎頂部分布由上更新統(tǒng)粗礫土，Ⅲ級(jí)硬土，σ[0]=650KPa，進(jìn)出口陡坎下分布有薄層第四系全更新統(tǒng)坡積角礫土，Ⅲ級(jí)硬土，σ[0]=650KPa。洞身上覆蓋有較厚的上更新統(tǒng)砂質(zhì)黃土，Ⅱ級(jí)普通土，σ[0]=150KPa.(2)地質(zhì)構(gòu)造工程范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，斷裂褶皺構(gòu)造不發(fā)育，涇河下切強(qiáng)烈，新生代以來(lái)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以整體抬升為主，河流階地發(fā)育，隧道范圍無(wú)斷裂和褶皺構(gòu)造，以水平巖層為主。(3)水文地質(zhì)勘察期間未見地下水，故可不考慮地下水對(duì)工程的影響。(4)防排水設(shè)計(jì)防排水設(shè)計(jì)：洞內(nèi)設(shè)置雙側(cè)保溫水溝，拱墻背后設(shè)厚度不小于1.2mm的防水板，板后鋪設(shè)無(wú)紡布緩沖層，拱墻環(huán)向墻腳縱向設(shè)盲管（溝），墻腳縱向設(shè)Φ80mm軟式透水管盲溝與環(huán)向盲溝聯(lián)通，通過(guò)邊墻泄水孔排入洞內(nèi)側(cè)溝。施工縫設(shè)外貼止水帶加中埋式止水條（帶）構(gòu)成復(fù)合防水構(gòu)造，變形縫采用由中埋式止水帶與外貼式止水帶、嵌縫材料構(gòu)成復(fù)合防水構(gòu)造，縱向施工縫設(shè)中埋剛型止水帶和外貼式止水帶。(5)特殊巖土隧道通過(guò)區(qū)泥巖具弱膨脹性。砂巖的膠結(jié)能力較弱。圍巖不穩(wěn)定。5.2.3氣象資料該地區(qū)總體來(lái)說(shuō)氣候干燥，降水較少，晝夜溫差大，大陸性較強(qiáng)。冬季比較寒冷，春季多沙塵暴，夏季氣候相對(duì)涼爽。由于該地區(qū)部分屬于溫帶大陸性氣候，氣候特征概括起來(lái)就是：冬冷夏熱，年溫差大，降水集中，四季分明，年降雨量較少，大陸性強(qiáng)。干燥少雨，氣候呈極端。氣溫的年、日較差也越大，夏季高溫，冬季寒冷，全年降水少，降水主要集中在夏季。5.2.4施工環(huán)境(1)交通條件及場(chǎng)地布置施工場(chǎng)地交通較為不便，交通狀況較差，便道引入困難。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形,工程規(guī)模,工期,地形特點(diǎn),棄渣場(chǎng)和水源等情況,本著因地制宜,充分利用地形,合理布置,統(tǒng)籌安排的原則進(jìn)行。合理布置大堆材料、施工備品及回收材料堆放場(chǎng)地的位置。運(yùn)輸便道、場(chǎng)區(qū)道路和臨時(shí)排水設(shè)施等，要統(tǒng)一規(guī)劃，做到合理布局、形成網(wǎng)絡(luò)。棄渣場(chǎng)地要容量足夠，且出渣運(yùn)輸方便。(2)電力供應(yīng)該地電力供應(yīng)較為不便，需額外引入。(3)水源隧道洞口明渠內(nèi)長(zhǎng)年流水，水質(zhì)較好，施工用水可就近利用。5.2.5工程重、難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施本隧道所處地段圍巖較為破碎，故應(yīng)采取超前支護(hù)手段進(jìn)行加固，在開挖時(shí)，利用光面爆破的爆破方法進(jìn)行爆破開挖。。隧道開挖方法使用新奧法進(jìn)行開挖。5.3施工總體方案隧道施工嚴(yán)格按照“新奧法”的施工原理進(jìn)行施工，以控制爆破或機(jī)械開挖為主要掘進(jìn)手段，以錨桿﹑噴射混凝土為主要支護(hù)方法，把理論﹑量測(cè)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。及時(shí)支護(hù)，充分利用圍巖的自穩(wěn)性，提高圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用。施工過(guò)程中，執(zhí)行“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的施工原則。及時(shí)進(jìn)行封閉?？傊?，在施工中，必須遵循的基本原則是“少擾動(dòng)﹑早噴錨﹑勤量測(cè)﹑緊封閉”：(1)圍巖是隧道的主要承載單元，要在施工中充分保護(hù)和愛護(hù)圍巖。(2)為了充分發(fā)揮圍巖的結(jié)構(gòu)作用，應(yīng)容許圍巖發(fā)生可控制的變形。(3)變形的控制主要是通過(guò)支護(hù)阻力(即各種支護(hù)結(jié)構(gòu))的效應(yīng)達(dá)到的。(4)在施工中，必須進(jìn)行實(shí)地量測(cè)控制，及時(shí)提出可靠的﹑數(shù)量足夠的量測(cè)信息，以指導(dǎo)施工和設(shè)計(jì)。(5)在選擇支護(hù)手段時(shí)，一般應(yīng)選擇能大面積牢固的與圍巖緊密接觸的﹑能及時(shí)施設(shè)和應(yīng)變能力強(qiáng)的支護(hù)手段。(6)要特別注意，隧道施工過(guò)程是圍巖力學(xué)狀態(tài)不斷變化的過(guò)程。(7)在任何情況下，使隧道斷面能在較短時(shí)間內(nèi)閉合是極為重要的。(8)在隧道施工中，必須建立設(shè)計(jì)—施工檢驗(yàn)—地質(zhì)預(yù)測(cè)—量測(cè)反饋—修正設(shè)計(jì)—一體化施工管理系統(tǒng)，以不斷提高和完善隧道施工技術(shù)。根據(jù)工程實(shí)際情況，安排一支專業(yè)隧道施工隊(duì)伍，釆用鉆爆法從隧道進(jìn)口單口掘進(jìn)。由于開挖部分的巖性較差，故不采用全斷面開挖法，而采用長(zhǎng)臺(tái)階開挖法。其開挖的作業(yè)順序?yàn)椋荷习霐嗝骈_挖：(1)用兩臂鉆孔臺(tái)車鉆眼，裝藥爆破，在地層較軟處利用挖掘機(jī)或人工開挖。(2)安設(shè)錨桿和鋼筋網(wǎng)，必要時(shí)可加設(shè)鋼支撐，噴射混凝土。(3)用推鏟機(jī)將石渣推運(yùn)到臺(tái)階下，再由裝載機(jī)裝入車內(nèi)運(yùn)至洞外。(4)根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)形成閉合斷面的時(shí)間要求，必要時(shí)在開挖上半斷面后，可建筑臨時(shí)底拱，形成上半斷面的臨時(shí)閉合結(jié)構(gòu)，然后在開挖下半斷面時(shí)再將臨時(shí)底拱挖掉。下半斷面開挖：(1)用兩臂鉆孔臺(tái)車鉆眼，裝藥爆破，裝渣直接運(yùn)至洞外。(2)安設(shè)邊墻錨桿(必要時(shí))和噴混凝土。(3)用反鏟挖掘機(jī)開挖水溝，噴底部混凝土，澆筑水溝。5.4隧道洞口施工洞口開挖前作好天溝等防排水設(shè)施，再行開挖邊仰坡，洞門土石方應(yīng)嚴(yán)格按自上而下的開挖順序，邊開挖，邊支護(hù)，邊驗(yàn)收，在洞門部位爆破，應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)地形地質(zhì)條件分析，確定包括鉆孔機(jī)具、鉆孔參數(shù)、炸藥和雷管參數(shù)在內(nèi)的作業(yè)計(jì)劃，合理確定爆破作業(yè)的孔距、排距、爆破孔方向等參數(shù)，盡可能減少對(duì)邊坡的破壞，保證成洞圍巖不被破壞。為防止地表水流向洞口，需設(shè)置排水天溝，將水排向洞口兩側(cè)底部，避免地表水沿洞門邊坡漫流。洞門邊坡支護(hù)采用錨桿和噴射砼進(jìn)行支護(hù)，必要時(shí)增加鋼筋網(wǎng)噴射砼支護(hù)，覆蓋層土開挖采用人工自上而下，巖石開挖，采用風(fēng)鉆鉆眼，空壓站供風(fēng)，2#巖石安全炸藥爆破，塑料導(dǎo)爆管起爆，自上而下分層開挖。盡早修建洞門，以策安全。5.5超前支護(hù)及初期支護(hù)5.5.1初期支護(hù)(1)施工準(zhǔn)備在噴射砼前28天，把噴射砼場(chǎng)地布置圖、機(jī)具、操作方法、混合料配合比及外摻劑等，做成詳細(xì)報(bào)告，提交監(jiān)理工程師，報(bào)請(qǐng)批準(zhǔn)。(2)噴射混凝土1)噴射混凝土準(zhǔn)備工作在噴射砼前，檢查隧道開挖凈空尺寸，鑿除欠挖部分，對(duì)噴射面所有的開裂，崩解破損巖面進(jìn)行清除和處理；在噴射砼現(xiàn)場(chǎng)備一臺(tái)備用濕噴機(jī)，以備在機(jī)械現(xiàn)場(chǎng)故障時(shí)即可投入使用。2)噴射混凝土初噴：清理噴射面后，用高壓風(fēng)、水沖洗巖面，然后采用濕噴機(jī)進(jìn)行噴射砼作業(yè)，噴射時(shí)，噴嘴正對(duì)受噴面作均勻順時(shí)針?lè)较蚵菪D(zhuǎn)動(dòng)，螺旋直徑20~30cm，以使砼噴射密實(shí)。當(dāng)巖面有較大坑洼時(shí)，先噴凹處，然后噴平。初噴厚度，摻速凝劑時(shí)達(dá)到2~3cm，噴射時(shí)，可插入比噴射砼厚度大5cm鐵線，約1~2m設(shè)一根，作施工控制之用。復(fù)噴：復(fù)噴在初噴終凝、工字鋼拱架架立并固定好后進(jìn)行，如時(shí)間超過(guò)1小時(shí)，受噴面用風(fēng)、水清洗。其噴射砼方法與初噴時(shí)相同。初噴、復(fù)噴砼的回彈物均不得重復(fù)使用。如受噴面有水時(shí)，必須根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果增添外摻劑。噴射砼終凝時(shí)，即開始灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間保持14天以上。(3)錨桿隧道錨桿均采用系統(tǒng)錨桿，錨桿長(zhǎng)度L=400cm；環(huán)向間距0.75m，縱向間距0.75m，呈梅花形布置。錨桿均在初噴砼后進(jìn)行打設(shè)安裝。施工時(shí)，錨桿采用風(fēng)鉆鉆眼，其眼口圓順且孔口巖面平整，并盡量使巖面與鉆孔方向垂直，眼鉆完后用高壓風(fēng)清孔，并將錨桿邊旋轉(zhuǎn)邊送入眼孔，檢查眼孔是否平直暢通，不合格者重新鉆眼。在合格的眼孔中插入裝好錨頭的錨桿，安裝止?jié){塞、墊板、螺母，錨桿安裝后外露長(zhǎng)度60mm，采用KBY50/70型或性能類似的注漿泵注水泥砂漿，注漿時(shí)注意將眼孔中的氣體排出，注漿壓力控制在0.5~1.0Mpa，并保證錨固段注漿飽滿。(4)鋼筋網(wǎng)本隧道鋼筋網(wǎng)采用環(huán)向、縱向Φ8圓鋼，網(wǎng)格20×20cm，全斷面(不包括仰拱)設(shè)置。在初噴后安裝，鋼筋網(wǎng)緊貼受噴巖面的起伏鋪設(shè)。鋼筋網(wǎng)的混凝土保護(hù)層不小于20mm，且與錨桿連接牢固，在進(jìn)行噴射作業(yè)時(shí)不顫動(dòng)。(5)鋼構(gòu)件支撐本隧道鋼構(gòu)件采用I20a鋼支撐，間距60cm或75cm；制作時(shí)，先在平滑的地板上放出鋼構(gòu)件1：1大樣圖，然后根據(jù)大樣進(jìn)行鋼構(gòu)件的加工制作。加工前對(duì)所用的鋼材進(jìn)行除銹，對(duì)銹蝕比較嚴(yán)重的嚴(yán)禁使用。安裝時(shí)應(yīng)分片進(jìn)行，清除安裝鋼構(gòu)件部位開挖面的松動(dòng)巖石和斷面內(nèi)的欠挖部分。然后按測(cè)量工定出的位置進(jìn)行安裝，安裝時(shí)嚴(yán)格按測(cè)量放樣的位置進(jìn)行。鋼架安裝要點(diǎn)：1)安裝前分批檢查驗(yàn)收加工質(zhì)量；2)鋼拱架的拱腳應(yīng)有一定的埋置深度，并必須落在原狀土上；3)清除干凈腳底處浮渣，超挖處加設(shè)鋼(木)墊塊，其中間段接頭板用砂子埋住；以防砼堵塞接頭板螺栓孔；4)按設(shè)計(jì)焊接定位系筋及縱向連接，段間連接安設(shè)墊片擰堅(jiān)螺栓；5)嚴(yán)格控制鋼拱架的中線及標(biāo)高尺寸；6)鋼拱架與巖面間安設(shè)鞍形砼墊塊，確保巖面與鋼拱架密貼、牢靠、穩(wěn)固；7)鋼拱架要安設(shè)垂直，其垂直度允許誤差不得大于±2°。5.5.2主洞二次襯砌采用先墻后拱法施工，由于雙連拱隧道的常規(guī)做法是必須貫通中導(dǎo)并有部分側(cè)導(dǎo)需要開挖，根據(jù)施工程序需要，邊墻砼最先灌注，開挖后利用全液壓襯砌臺(tái)車施作拱部二次襯砌，臺(tái)車采用導(dǎo)軌推進(jìn)方式，由洞口向洞內(nèi)推進(jìn)。二次襯砌施工注意事項(xiàng)：(1)堅(jiān)持使用監(jiān)控量測(cè)指導(dǎo)施工原則組織施工，當(dāng)圍巖變形較大，流變特征明顯(噴砼開裂剝落)時(shí)必須及時(shí)施作整體襯砌，必要時(shí)施作仰拱；(2)二次襯砌要在圍巖和初期支護(hù)基本穩(wěn)定后施作，變形穩(wěn)定要符合以下規(guī)定：1)隧道周邊變形速率有明顯減緩趨勢(shì)；2)水平收斂（拱腳處）速度小于0.15mm/d；3)施作二次襯砌前的總變形量已達(dá)到預(yù)計(jì)變形量的80%；4)初期支護(hù)砼表面裂縫不再繼續(xù)發(fā)展。(3)灌注砼時(shí)要分層振動(dòng)，砼拆模時(shí)間要符合以下要求：1)承受較大壓力的拱墻，在封口砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%后拆模；2)承受較小壓力的拱墻，在封口砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后拆模；3)不承受圍巖壓力的拱墻，砼強(qiáng)度達(dá)到5mp后可拆模；4)拱墻部承壓大小由量測(cè)結(jié)果反饋。(4)背后與初期待支護(hù)的空隙必須回填密實(shí)并按以下要求與襯砌同時(shí)施工：1)墻基底，拱腳上1m范圍內(nèi)的超挖，用與邊墻同標(biāo)號(hào)的砼灌注；2)其余部分超挖在允許范圍內(nèi)時(shí)，用與襯砌同標(biāo)號(hào)砼回填，超過(guò)大于規(guī)定時(shí)，用干砌片石回填。3)為保證成型后，隧道的中線、標(biāo)高、斷面尺寸和凈空均符合設(shè)計(jì)要求，施工，在確保符合設(shè)計(jì)要求的前提下，將邊墻放寬適當(dāng)寬度，具體由施工時(shí)根據(jù)具體情況而定。5.5.3超前支護(hù)(1)施工方案本隧道超前支護(hù)措施設(shè)以下三種：Φ42超前小導(dǎo)管：Ⅴ級(jí)圍巖，每環(huán)長(zhǎng)度4.5m；Ф22超前錨桿：Ⅳ級(jí)圍巖，每環(huán)長(zhǎng)度4.5m。(2)超前小導(dǎo)管超前小導(dǎo)管采用外徑42mm，壁厚4mm，長(zhǎng)450cm的熱軋無(wú)縫鋼管，鋼管前端呈尖錐狀；管壁四周鉆注漿孔，孔徑為8mm，孔間距10cm，呈梅花形布置，尾部30cm不鉆注漿孔作為止?jié){段。鋼管與襯砌中線平行，以外插角10o打入拱部圍巖；鋼管環(huán)向間距50cm。超前小導(dǎo)管施工工藝流程：測(cè)量放樣→鉆孔→清孔→鋼管插入→封口→注漿→與鋼架或錨桿焊接。施工方法：1)測(cè)量放樣：按設(shè)計(jì)要求，在掌子面上準(zhǔn)確畫出本循環(huán)需施設(shè)的小導(dǎo)管孔位。2)鉆孔：小導(dǎo)管在打孔前，按設(shè)計(jì)要求劃出小導(dǎo)管的位置，并標(biāo)明清楚。采用巖風(fēng)鉆打孔，成孔直徑Φ53，孔口鉆眼偏差小于50mm，孔眼長(zhǎng)度大于小導(dǎo)管長(zhǎng)度，然后將小導(dǎo)管打入，小導(dǎo)管打入后用高壓風(fēng)將小導(dǎo)管內(nèi)砂石等吹出。小導(dǎo)管尾部置于鋼架腹部，增加共同支護(hù)能力。小導(dǎo)管安裝后用塑膠泥封堵導(dǎo)管外邊的孔口及圍巖裂隙。3)鋼管插入及孔口密封處理：鋼管由用鉆機(jī)頂進(jìn)，頂進(jìn)鉆孔長(zhǎng)度不小于90%管長(zhǎng)。鋼管末端除焊上擋圈外，再用膠泥麻筋纏箍成楔形，以便鋼管頂進(jìn)孔后其外壁與孔巖壁間隙堵塞嚴(yán)密。鋼管搭接長(zhǎng)度不小于100cm，并與鋼支撐焊接在一起。鋼管頂進(jìn)時(shí)，注意保護(hù)管口不受損變形，以便與注漿管路連接。4)小導(dǎo)管注漿：注漿采用M20水泥砂漿，注漿材料滿足下列要求：漿液的流動(dòng)性好，易注入地層；固結(jié)后收縮小，具有良好的粘結(jié)力和較高的早期強(qiáng)度；結(jié)石體透水性低，抗?jié)B性能好等。注漿前導(dǎo)管孔口應(yīng)達(dá)到密閉標(biāo)準(zhǔn)，以防漏漿，然后采用注漿機(jī)注漿，注漿壓力為0.5～1.0Mpa，一般按單管達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量0.32m3作為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)注漿壓力達(dá)至設(shè)計(jì)終壓不少于20分鐘，進(jìn)漿量仍達(dá)不到注漿終量時(shí)，便可結(jié)束注漿。注漿結(jié)束后，所有灌漿孔灌漿和檢查孔鉆孔注漿后，都要封孔。封孔前必須將孔內(nèi)清洗干凈，排除積水。采用水泥砂漿將鉆孔封填密實(shí)，并將孔壓抹平整。注漿過(guò)程中設(shè)專人做好記錄。注漿結(jié)束后檢查其效果，不合格者補(bǔ)注漿。注意事項(xiàng)：1)安設(shè)前要檢查小鋼管材質(zhì)、加工尺寸是否符合要求。超前小鋼管要平直，尾部焊箍。鉆孔前，由測(cè)量員準(zhǔn)確布置孔位，孔位誤差不得大于5cm。在鉆孔過(guò)程中要嚴(yán)格控制超前小鋼管外插角，外插角誤差不得大于±2°注漿前應(yīng)噴射混凝土封閉作業(yè)面，防止漏漿，噴射混凝土不小于4cm；2)注漿材料應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、注漿目的和注漿工藝全面考慮，但確保滿足下列要求:漿液流動(dòng)性好，固結(jié)后收縮小，具有良好粘結(jié)力和較高早期強(qiáng)度，結(jié)石體透水性低，抗?jié)B性能好。當(dāng)有水侵蝕作用時(shí)，采用耐侵蝕材料；小導(dǎo)管頂入鉆孔長(zhǎng)度不小于導(dǎo)管長(zhǎng)度的90%。3)注漿之前，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整注漿壓力。注漿順序由拱頂對(duì)稱向下進(jìn)行。注漿過(guò)程中要嚴(yán)格控制水灰比，如遇竄漿或跑漿，可間隔一孔或數(shù)孔灌注。注漿結(jié)束后，要用止?jié){閥保持孔內(nèi)壓力，直至漿液凝固。4)單孔注漿量不得少于平均注漿量的80%，否則必須補(bǔ)管注漿。如孔口壓力達(dá)到規(guī)定值而注入量不足，應(yīng)停止注漿，防止壓裂開挖面。注漿過(guò)程中，注漿壓力為0.5～1.0Mpa，并專人做好記錄。注漿結(jié)束后檢查其效果，不合格者應(yīng)補(bǔ)注漿，注漿達(dá)到效果后方可開挖；5)注漿過(guò)程中注漿順序應(yīng)由拱腳向拱頂進(jìn)行。(3)超前錨桿：超前錨桿采用Ф22超前錨桿，長(zhǎng)為450cm，環(huán)向間距50cm，超前錨桿施工方法和系統(tǒng)錨桿一樣，實(shí)際施作時(shí)根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀確定錨桿方向，以盡量使錨桿穿透更多的結(jié)構(gòu)面為原則，外插角控制在50～150。錨桿采用早強(qiáng)沙漿作為粘接材料，每排錨桿的縱向搭接長(zhǎng)度不小于100cm，尾部焊接在鋼架上。施工順序：布眼→鉆孔→清孔→安裝錨桿。施工方法：1)錨桿將根據(jù)設(shè)計(jì)圖現(xiàn)場(chǎng)制做，按設(shè)計(jì)布置鉆孔，用高壓風(fēng)將孔內(nèi)雜物吹凈。2)將水泥藥包放入水中泡至軟而不散時(shí)取出，然后用工具將藥包推入孔內(nèi)塞滿至孔深1/3~1/2處，中途藥包不得破裂。3)打入錨桿，錨桿桿體應(yīng)注意旋轉(zhuǎn)，使藥包充分?jǐn)嚢?，以錨桿達(dá)孔底且孔口有漿液流出為止。錨桿插入時(shí)不得偏斜或脫落，安設(shè)桿體后立即安裝墊板并擰緊螺帽。超前錨桿施工工藝控制要點(diǎn)：1)打孔前做好量測(cè)工作，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求布孔并做好標(biāo)記，打孔偏差不大于±50mm；錨桿孔的孔軸方向滿足施工圖紙的要求，操作工把鉆機(jī)鉆桿的位置擺好并用定位塊將其穩(wěn)固地頂在巖面上2)錨桿孔深、間距和錨桿長(zhǎng)度、根數(shù)均要符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求?？孜黄钪挡淮笥凇?0mm。3)用高壓風(fēng)沖洗、清掃錨桿孔，確?？變?nèi)不留石粉，不得用水沖洗鉆孔。4)錨桿孔徑符合設(shè)計(jì)要求，允許偏差控制在0～+20mm之間。5.6特殊地層的施工技術(shù)在斷層及其他復(fù)雜地層，如在破碎松軟、滲水、漏水、流砂等不良地質(zhì)構(gòu)造中進(jìn)行隧洞施工，防止圍巖坍塌和襯砌沉陷變形是關(guān)鍵問(wèn)題。對(duì)于破碎帶、斷層及其他復(fù)雜地層洞段等地層特別差時(shí)，采用長(zhǎng)管棚超前支護(hù)、鋼拱架和錨噴網(wǎng)支護(hù)方法。如果碰到塌方時(shí)，采取如下相應(yīng)措施：(1)采用地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，對(duì)前方的地質(zhì)和水文條件進(jìn)行預(yù)報(bào)，根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果和已揭露的巖石情況綜合判斷，對(duì)前方的地質(zhì)情況做到心中有數(shù)。(2)縮短開挖進(jìn)尺，嚴(yán)格控制爆破的單段起爆藥量，確保爆破震動(dòng)速度控制在2.0cm∕s以內(nèi)，同時(shí)加強(qiáng)爆破振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)。(3)爆破后要及時(shí)出碴，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，減少掌子面暴露時(shí)間，并根據(jù)圍巖量測(cè)情況來(lái)決定該段是否加強(qiáng)支護(hù)。(4)及時(shí)調(diào)整爆破開挖方案，對(duì)于Ⅴ類圍巖或穿越斷層帶時(shí)，可采用超前導(dǎo)管加強(qiáng)支護(hù)，亦可上、下臺(tái)階開挖。(5)對(duì)于地下水豐富地段，可采用超前注漿的方法，以減少水對(duì)于圍巖穩(wěn)定的影響。(6)技術(shù)人員必須現(xiàn)場(chǎng)旁站值班，隨時(shí)觀察了解掌子面的情況，及時(shí)采取有效措施。塌方的預(yù)防：防