隧道毕业设计

第1章绪论

1.1 国内发展现状

实现高速铁路隧道修建技术的创新与突破，是当前中国铁路技术进步的重要课题之一。截至2005年底，我国已成功修建了7500多座、总长超过4300 km的铁路隧道，隧道数量和总长度均居世界前列。“十一五”期间，我国将修建超过3000km的铁路隧道，其中客运专线隧道超过1000km。现阶段正是我国大力修建高速客运专线的时候,在建的有哈大线、京沪线、合武线、石太线、郑西线、武广线等。

我国现阶段对于铁路隧道的研究虽然已经走在了世界的前列，但是要与日本的青函隧道（目前世界最长的铁路隧道，全长53.9km，海底长度23.3km）和英法海底隧道（世界第二长的铁路隧道，长度50.5km，海底长度37.9km）相比我国还有一定的差距。对于隧道的设计与计算理论的发展，其中支护结构体系是隧道设计的最重要的组成部分，多年来，隧道支护体系系统的设计经历了结构从单一到多样，计算从简到繁，从经验设计逐步上升到理论分析等阶段。新奥法（NATM）的出现将喷锚支护的作用提高到一个新的理论高度，并迅速在各项地下工程中广泛采用。我国在20世纪60年代中期开始采用以后，逐渐取代了耗费大量木材的木支撑。我国又在70年代末，开始用格栅或钢拱支撑加喷混凝土以提高支护的强度和刚度。随着不良地层施工技术的发展，小导管注浆等超前预支护和地层加固技术已广泛应用。意大利、日本等国把管棚、旋喷拱、预支护（预切槽）称作先进的预支护技术。管棚在我国已经成功推广，旋喷拱和预切槽正在研究实验阶段。

1.2隧道的工程概况

卢家大山一号隧道属于合武客运专线26座隧道中的一座。合肥至武汉铁路东起合肥，经六安、麻城至武汉，穿越大别山腹地，是国家规划的新的沪汉蓉通道的重要组成部分，是国家规划的“四纵四横”快速客运网的重要组成部分。这段铁路为国家Ⅰ级双线铁路，与西安－合肥铁路、武汉－重庆－成都铁路、京沪铁路相衔接，为我国中西部地区与东部沿海地区各区域经济文化联系增加了一条快速运输通道。合武铁路为在建的高速铁路，是由铁道部和地方政府合资建设，设计是快速客运专线，设计时速250km，开始运营时速为200km。线路全长超过350km。该线建成后将使合肥至武汉的运输距离缩短203km。合武线(安徽段)全线204km，需架设桥梁112座，打通

隧道26座，挖填土石方1802万方，工程自2005年开工，有望2008年底通车。合武高速铁路建设投资估计超过187亿元，合肥乘火车到武汉只需2小时。目前汉口至合肥的普快列车，经京九、阜淮线，全程需耗时近10个小时。

卢家大山一号隧道位于合武客运专线安徽省境内，隧道起点里程DK135+565，讫点里程DK136+122，总长度为557m，属于中长隧道，其最大埋深为42.5m。洞底设计标高为(进口)123.69m～(出口)126.89m，隧道纵坡度为5.8‰。本隧道的岩层状况如下：

(1)DK135+565.84～DK135+638.00段，第四系残积粉质粘土，褐黄色，硬塑，厚0～1m,侏罗系上统白大畈凝灰岩，紫灰色，全风化～弱风化，节理裂隙发育。地下水不发育。DK135+565.84至DK135+610.00标段为Ⅴ围岩为级；DK135+610.00 至DK135+638.00标段为Ⅳ级围岩。

(2)DK135+638.00～DK135+735.00段，第四系坡残积粉质粘土，褐黄色，硬塑，夹碎石，厚0～1m, 下伏基岩为侏罗系上统白大畈组凝灰岩,青灰色，紫灰色，节理裂隙稍发育，岩体较完整。地下水不发育。围岩等级为Ⅲ级。

(3)DK135+735.00～DK136+003.00段，第四系坡残积粉质粘土，褐黄色，硬塑，厚0～1m,侏罗系上统白大畈组凝灰岩,紫灰色, 全风化～弱风化，岩体破碎。地下水不发育。DK135+735.00至DK135+772.00标段为Ⅳ围岩为级；DK135+772.00 至DK135+810.00标段为Ⅴ级围岩。DK135+810.00 至DK135+940.00标段为Ⅳ级围岩。

(4)DK135+940.00～DK136+003.00段，第四系坡残积粉质粘土,褐黄色,硬塑,厚0.5m,下伏基岩为侏罗系上统白大畈组凝灰岩,青灰色，节理裂隙稍发育，岩体较完整。地下水不发育。围岩等级为Ⅲ级。

(5)DK136+003.00～DK136+122.00段，第四系坡残积粉质粘土，褐黄色，硬塑，厚0～1m,侏罗系上统白大畈凝灰岩，紫灰色，全风化～弱风化，节理裂隙发育。地下水不发育。DK136+003.00至DK136+054.00标段为Ⅳ围岩为级；DK136+054.00 至DK136+122.00标段为Ⅴ级围岩。

1.3设计原则及有关技术指标

(1)主要构件的使用年限为100年。根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，采取有效措施，保证结构刚度、强度，满足结构耐久性要求

(2)根据工程地质和水文地质条件，结合周围地面建筑物，地下构筑物状况，通过对技术、经济、环保及使用功能的综合比较，合理选择结构形式。

(3)结构设计应满足施工、运营、环境保护、防灾等要求。

(4)结构的净空尺寸除应满足建筑限界要求外，尚应考虑施工误差、测量误差、

结构变形和沉陷等因素。

(5)断面形状和衬砌形式应根据工程地质及水文地质、埋深、施工方法等条件，从地层稳定、结构受力合理和环境保护等方面综合确定。

(6)隧道结构按结构“破损阶段”法，以材料的极限强度进行设计。

(7)施工引起的地层沉降应控制在环境条件允许的范围内。

(8)隧道建设应尽量考虑减少施工中和建成后对环境造成的不利影响。

(9)设计中除参照毕业设计指导书外，尚应符合《铁路隧道设计规范》或《地铁设计规范》等相关国家现行的有关强制性标准的规定。

(10)隧道主体工程等级为一级、防水等级为二级，耐火等级为一级。

(11)隧道结构的抗震等级按二级考虑，按抗震烈度8度设防。

(12)结构设计在满足强度、刚度和稳定性的基础上，应根据地下水位和地下水腐蚀性等情况，满足防水和防腐设计要求。当结构处于有腐蚀性地下水时应采取抗侵蚀措施，混凝土抗侵蚀系数不低于0.8。

(13)在永久荷载基本荷载组合作用下，应按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响进行结构构件裂缝验算。二类环境混凝土构件的裂缝宽度(迎土面)应不大于0.2mm，一类环境(非迎土面及内部混凝土构件)混凝土构件的裂缝宽度均应不大于0.3mm。当计及地震、人防或其它偶然荷载作用时，可不验算结构的裂缝宽度。

(14)混凝土和钢筋混凝土结构中用混凝土的极限强度应按表1-1采用。区间隧道衬砌采用钢筋混凝土时其混凝土强度不应低于C30。

表1-1混凝土的极限强度(MPa)

强度种类符号

混凝土强度等级

C15 C20 C25 C30 C40 C50

抗压R

a

12.0 15.5 19.0 22.5 29.5 36.5

弯曲抗压R

w

15.0 19.4 24.2 28.1 36.9 45.6

抗拉R

l

1.4 1.7

2.0 2.2 2.7

3.1

(15)混凝土的弹性模量应按表1-2采用，混凝土的剪切弹性模量可按表1-2数值乘以0.43采用。混凝土的泊松比可采用0.2。

表1-2 混凝土的弹性模量

混凝土强度等级C15 C20 C25 C30 C40 C50

弹性模量E

c

26 28 29.5 31 33.5 35.5

(16)钢筋强度和弹性模量按表1-3采用。