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特长铁路隧道设计与施工

2023-05-08 来源：吉趣旅游网

石家庄铁道大学毕业设计

特长铁路隧道设计与施工

Design and Construction of Long Railway

Tunnel

2010 届土木工程学院

专业土木工程

学号学生姓名指导教师

完成日期 2010年06月16日

毕业设计成绩单

学生姓名学号班级专业地下工程毕业设计题目特长铁路隧道设计与施工指导教师姓名指导教师职称副教授评定成绩指导教师评阅人答辩小组组长得分得分得分成绩：院长(主任) 签字：年月日

毕业设计任务书

题目专业土木工程班级特长铁路隧道设计与施工地下06—1 导师姓名学生姓名导师职称副教授承担指导任务单位土木工程分院隧道名称：太行山隧道一、设计内容以太行山隧道进口为工程背景，主要进行以下内容： 1.国内外现状调研(包括国内外特长铁路隧道发展现状及典型工程实例、与自己的研究对象有关的不良地质隧道的国内外现状等)。 2.根据具体工程环境及地质条件确定具体施工方法。 3.设计依据及原则：包括设计应遵循的主要规范规程及主要原则。 4.隧道结构设计：包括衬砌断面拟定、荷载确定、计算模型的建立、衬砌结构计算及整理、结构配筋计算。 5.施工组织设计：包括施工总体部署（主要应包括施工准备、施工场地布置、施工临时设施设计、不同区段的施工方法等），主要施工方法、工序及工艺(包括爆破、出碴运输、超前支护、喷射混凝土、锚杆、钢架、防排水、二次衬砌、施工监测等)，施工辅助作业、不良地质地段的工程措施、机械配套、指导性施工进度计划等。应附图：工程平面图、地质纵剖面图，衬砌结构横剖面图，计算模型及计算结果图，施工方法图平、横、剖面图，典型工法步序图、施工监测测点布置图等。 6.外文翻译等相关文档和完整的设计报告书。二、基本要求 1.通过调研，掌握特长铁路隧道的主要施工方法及其适用条件；2.熟悉隧道衬砌结构设计计算方法及计算内容；3.掌握隧道施工中主要施工工艺及施工步序。三、主要技术指标(另见具体资料) 四、应收集的资料及参考文献 1.现行《铁路隧道设计规范》；2.现行《铁路隧道施工规范》；3.《隧道工程》朱永全宋玉香编；4.现行《混凝土结构设计规范》；5．《铁路工程设计技术手册.隧道》五、进度计划第1周熟悉资料，查阅文献，选择设计区段；第2周写出开题报告；第3周外文翻译；第4~7周隧道衬砌结构设计；第8～11周施工组织设计；第12周文整；第13周答辩

毕业设计开题报告

题目学生姓名罗翔学号特长铁路隧道设计与施工 20060029 班级地下06—1 专业土木工程一、课题研究背景太行山特长隧道位于石太客运专线小寨车站和盂县车站之间。隧道穿过高度为1311米的太行山山脉主峰越宵山，起止里程为DK69+255～DK97+094(左线)、YDK69+271～YDK97+119(右线)，设计为双洞单线隧道，最大埋深445cm，两线间距35m。左线隧道长27839 m，右线27848m,旅客列车设计行车速度250km/h。太行山隧道位于直线上，左线、右线隧道的纵向设计坡度基本一致，除进口段长74m的坡度为6‰的上坡，出口段长68m的坡度为11‰的上坡，其余部分的坡度为13‰的上坡。石家庄端洞口路肩设计高程为614.2m，太原段洞口路肩设计高程为976.0m。太行山隧道地质结构复杂，极易发生坍塌和大变形。在建设过程中，建设、设计、监理、施工单位，采用钻爆法施工，全隧道共设进口1个、斜井9个、出口1个，共11处施工通道，在24个工作面同时展开施工。在太行山隧道施工过程中，工作人员通过采用长隧道硬质围岩快速施工技术、长距离掘进施工通风技术研究、双车道斜井无轨运输快速施工技术、轨道斜井有轨运输快速施工技术、长隧道控制测量技术等，以及多斜井多工作面同时开挖的高效组织模式，为国际和国内形成膨胀岩石膨胀势判定统一标准提供了宝贵的参考依据，为中国特长隧道建设积累了宝贵经验。二、国内外研究现状随着我国城市经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，城市地下空间资源已经被视作一种宝贵的空间资源，已经成为城市基础设施建设的发展方向。铁路隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车车辆通行的建筑物。 20世纪初期，欧美一些国家就已经建成了一些特长铁路隧道，如瑞士和意大利间的修建的辛普朗铁路隧道长19.8公里。进入新世纪后，越来越多的特长隧道相继建成：2000年挪威的莱尔多（Laerdal）隧道全长24500m；1980年瑞士的圣哥达（Saint－Gothard）隧道全长16918m；1978年奥地利的阿尔贝格（Arlberg）隧道全长13972m。在国内，特长铁路隧道的修建也比较广泛。如秦岭隧道全长18456m，最大埋深1600m，是目前我国洞身最长、埋置最深、工程规模最大的隧道。设计时速为80公里，走完全程大约需要15分钟的时间； 2006年8月２３日上午中国最长的铁路隧道——2005公里的乌鞘岭特长隧道实现双线开通，其中左线弹性整体道床设计时速为200km/h；东秦岭隧道位于秦岭山脉深处,是西南铁路的“咽喉”动脉工程,也是我国已通车的长大双线铁路隧道之一，该隧道全长12.26 km。隧道的修建，不仅给地理资源节约了空间，而且给各种运输节约了时间。三、设计研究内容 1.隧道结构设计

依据隧道施工的相应的技术规范，例如《铁路隧道设计规范》、《铁路隧道施工规范》、《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》等对隧道进行设计，其设计内容主要包括：二次衬砌断面的几何尺寸拟定、荷载计算、计算模型的建立、衬砌结构的计算及其对计算结果的整理，通过对计算结果的分析和强度检算，对不符合要求的结构的进行配筋计算。 2．施工组织设计施工组织主要内容：包括施工总体部署（主要应包括施工准备、施工场地布置、施工临时设施设计、不同区段的施工方法等），主要施工方法、工序及工艺(包括爆破、出碴运输、超前支护、喷射混凝土、锚杆、钢架、防排水、二次衬砌、施工监测等)，施工辅助作业、不良地质地段的工程措施、机械配套、指导性施工进度计划等。依据《铁路隧道设计规范》、《铁路隧道施工规范》及具体工程环境及其水文地质条件将项目划分为不同的区段，并设计各区段竖井、斜井或其他辅助坑道的数目及其具体位置, 努力做到依靠科技、精心组织、合理安排。做到与施工单位、监理单位和设计单位协作，合理运用施工人员、机具、物料、资金和信息，实现施工质量与造价在保证工期和安全施工的前提下的最佳解决方法。四、主要研究方法根据设计隧道的工程环境、施工要求及相应的水文地质条件，拟定隧道的衬砌断面形式、荷载确定并且建立计算模型。隧道的结构计算利用ANSYS软件建立结构－荷载模型，对隧道的结构安全性和结构在修建过程中的可靠性做出评价。根据工程环境和围岩地质条件对隧道选择不同施工方法、初期支护、二次衬砌以及其他防护措施等。例如在该工程Ⅴ级围岩中断层破碎带及影响带选择台阶法开挖；又如矿山法隧道复合式结构的衬砌结构按“荷载－结构”计算模式，按局部变形理论计算地层被动压力。明确各种施工工艺的主要技术指标和施工中的运输方式、考虑各种变形影响。准备各种施工应附图以及编写好工程适用的施工组织设计：①组织相关管理人员认真研究本工程各项目的特点，针对项目特点及时讨论达成共识并迅速进行目标分解及贯彻进行；②合理安排工期并尽快展开平行作业工序，保证各环节衔接紧密；③迅速出台与本工程相关的各项保证制度及管理办法；④结合工程进展程度合理安排各项资源的投入及协调。五、预期目标 1.通过本次设计，掌握隧道设计原则及有关技术指标； 2.通过本次设计，掌握特长铁路隧道的主要施工方法及其适用的地质条件； 3.通过本次设计，熟悉隧道衬砌结构设计的选择、计算内容及计算方法； 4.通过本次设计，学会各种工程软件的使用（ANSYS软件、CAD制图软件）； 5.通过本次设计，掌握隧道施工中主要的施工工艺及施工步序； 6.通过本次设计，了解施工组织设计的编制与应用； 7.通过本次设计，训练和提高分析设计能力、理论计算能力、外语等应用能力。

六、进度计划第1周熟悉资料，查阅文献，选择设计区段；第2周写出开题报告；第3周外文翻译；第4~7周隧道衬砌结构设计；第8～11周施工组织设计；第12周文整；第13周答辩。指导教师签字时间

摘要

随着社会的快速发展，人们对铁路交通系统的需求量已变得越来越大。特长铁路隧道的修建在国内外交通领域里都已经占据了很重要的位置。目前在世界上比较具有代表性的特长铁路隧道有挪威的莱尔多隧道，瑞士的圣哥达隧道，以及我们国内近年来已经建成投入使用的乌鞘岭特长隧道和太行山隧道等。

本次设计主要介绍了关于太行山隧道(DK69+255～DK74+160)标段的设计与施工。具体内容主要是根据隧道所在的地理位置的工程地质和水文条件等来设计隧道断面衬砌形式以及选择比较合理的施工方案，保证工程施工的效率和安全性。本标段隧道设计的主要任务是关于全断面法和台阶法施工的开挖工序和支护工序，光面爆破的钻眼、布眼设计，工程的防水设施和辅助设施以及施工监控量测的设计和施工组织的编制等，还介绍了在本标段隧道施工中遇见特殊地质问题时所采取的应对措施和各种辅助坑道(斜井)、辅助设施(横通道)的设计。

通过本次设计学会将各种施工方法更好的与工程实际地质环境结合于一体，以及怎样更好地编制工程的施工组织。

关键词：特长隧道全断面法台阶法施工组织

Abstract

With the rapid development of society, people demand for railway transport system has been growing. Long railway tunnel’s construction in the traffic field of domestic and international have occupied an important position. Currently in the world, more and more representative of the long railway tunnel such as the Laerdal in Norway Lyle and the Saint－Gothard tunnel in Switzerland's , as well as has been built and put into use this year's Wushaoling tunnel and Taihang Mountain Tunnel in our country.

This design introduces a tunnel’s Design and Construction on a Section of the Taihang Mountains (DK69 +255 ~ DK74 +160) . Mainly to design the tunnel lining section of the form and choose a more reasonable construction plan based on the specific content of the tunnel where the location of the engineering geological and hydrological conditions , to Assure the safety and efficiency of construction. The tenders of the main tasks of the tunnel design is on the construction of full-face method and step method’s excavation process and supporting processes ,the drill hole , cloth eye design of the Smooth blasting , water facilities and support facilities and Monitoring and Measurement of construction’s design preparation on a project , And the compilation of construction organization , and so on . Also introduced the response program to solve specific geological problems encountered during the construction and the settings of various auxiliary tunnel(shaft), ancillary facilities (cross channel) of the tunnel .

Key words: Long Tunnel Full-face method Step method Construction Organization

第1章绪论 ....................................................................................................................... 1

1.1 国内外研究现状 .................................................................................................. 1 1.2 主要内容 .............................................................................................................. 1

1.2.1 隧道结构设计 ........................................................................................... 1 1.2.2 施工组织设计 ........................................................................................... 2 1.2.3 外文翻译等相关文档和完整的设计报告书 ........................................... 2 1.2.4 应附图 ....................................................................................................... 2 1.3 主要研究方法 ...................................................................................................... 2 1.4 预期目标 .............................................................................................................. 3 第2章工程概况 ............................................................................................................... 4

2.1 工程地理位置 ...................................................................................................... 4 2.2 工程数量 .............................................................................................................. 4 2.3 工程地质和水文条件 .......................................................................................... 4

2.3.1 地形地貌 ................................................................................................... 4 2.3.2 地层岩性 ................................................................................................... 4 2.3.3 地下水情况 ............................................................................................... 5 2.4 施工条件 .............................................................................................................. 6

2.4.1 气象特征 ................................................................................................... 6 2.4.2 交通情况 ................................................................................................... 6 2.4.3 施工用电情况 ........................................................................................... 6 2.4.4 施工用水、施工场地和通信情况 ........................................................... 6 2.4.5 物资供应情况 ........................................................................................... 6

第3章结构设计 ................................................................................................................. 7

3.1 设计依据和设计原则 .......................................................................................... 7

3.1.1 设计依据 ................................................................................................... 7 3.1.2 设计原则 ................................................................................................... 7 3.2 主体结构设计 ...................................................................................................... 8

3.2.1 设计思路 ................................................................................................... 8

3.2.2 隧道平面位置、洞口位置和纵断面 ....................................................... 8 3.2.3 隧道结构设计 ........................................................................................... 8 3.2.4 建筑限界以及内轮廓 ............................................................................... 9 3.3 工程材料 .............................................................................................................. 9

3.3.1 混凝土和钢筋 ........................................................................................... 9 3.3.2 隧道衬砌横截面形状及尺寸拟定 ......................................................... 10 3.4 荷载设计 ............................................................................................................ 11

3.4.1 荷载计算原理 ......................................................................................... 11 3.4.2 结构配筋计算 ......................................................................................... 13 3.4.3 Ⅲ级围岩结衬砌构内力计算和强度验算 ............................................. 14 3.4.4 Ⅱ级围岩衬砌结构内力计算和强度验算 ............................................. 19 3.4.5 Ⅴ级围岩结衬砌构内力计算和强度验算 ............................................. 23 3.4.6 Ⅳ级围岩结衬砌构内力计算和强度验算 ............................................. 27 3.5 各级围岩复合式衬砌参数确定 ........................................................................ 30 3.6 各级围岩断面开挖尺寸确定 ............................................................................ 31 第4章施工组织 ............................................................................................................. 32

4.1 编制依据及编制原则 ........................................................................................ 32

4.1.1 编制依据 ................................................................................................. 32 4.1.2 编制原则 ................................................................................................. 32 4.1.3 编制范围 ................................................................................................. 32 4.2 施工准备 ............................................................................................................ 32

4.2.1 技术准备 ................................................................................................. 32 4.2.2 施工现场准备 ......................................................................................... 32 4.2.3 施工测量 ................................................................................................. 33 4.2.4 雨季施工准备 ......................................................................................... 34 4.2.5 主要施工机械、设备准备 ..................................................................... 34 4.3 隧道施工总体方案 ............................................................................................ 35

4.3.1 各区段施工方案 ..................................................................................... 36 4.4 隧道施工 ............................................................................................................ 36

4.4.1 不良地质地段施工方案 ......................................................................... 37 4.4.2 全断面法施工 ......................................................................................... 38 4.4.3 台阶法施工 ............................................................................................. 39 4.4.4 正洞各级围岩主要开挖法步骤及施工方法 ......................................... 40

4.4.5 明挖法施工 ............................................................................................. 41 4.5 爆破施工设计 .................................................................................................... 41

4.5.1 爆破施工控制标准 ................................................................................. 41 4.5.2 爆破施工工艺 ......................................................................................... 41 4.5.3 各种施工方法的爆破设计 ..................................................................... 42 4.6 初期支护 ............................................................................................................ 49

4.6.1 初期支护中锚杆的使用 ......................................................................... 54 4.6.2 挂钢筋网 ................................................................................................. 57 4.6.3 格栅钢架 ................................................................................................. 58 4.6.4 喷射混凝土 ............................................................................................. 60 4.7 隧道的防、排水设施施工 ................................................................................ 61

4.7.1 防水设施 ................................................................................................. 62 4.7.2 排水设施 ................................................................................................. 64 4.8 洞身衬砌 ............................................................................................................ 65

4.8.1 施工方法 ................................................................................................. 65 4.8.2 仰拱施工 ................................................................................................. 66 4.8.3 拱墙衬砌施工 ......................................................................................... 67 4.8.4 水沟、电缆槽施工 ................................................................................. 68 4.9 施工通风、降尘 ................................................................................................ 68

4.9.1 施工通风 ................................................................................................. 68 4.9.2 施工降尘、防尘 ..................................................................................... 70 4.10 施工辅助设施（供风、水、电） .................................................................. 71

4.10.1 施工供风 ............................................................................................... 71 4.10.2 施工供水 ............................................................................................... 71 4.10.3 施工供电 ............................................................................................... 71 4.11 监控量测 .......................................................................................................... 72

4.11.1 监控量测的项目 ................................................................................... 72 4.11.2 监控量测的施工流程 ........................................................................... 73 4.11.3 监控量测的测点布置 ........................................................................... 73 4.12 斜井 .................................................................................................................. 74 4.13 横通道 .............................................................................................................. 76 第5章结论 ..................................................................................................................... 78 致谢 ................................................................................................................................. 81

参考文献 ............................................................................................................................. 82 附录 ..................................................................................................................................... 83

附录A：外文翻译 .................................................................................................... 83 附录B：设计图纸 .................................................................................................. 102

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第1章绪论

1.1 国内外研究现状

随着我国城市经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，城市地下空间资源已经被视作一种宝贵的空间资源，已经成为城市基础设施建设的发展方向。铁路隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车车辆通行的建筑物。

20世纪初期，欧美一些国家形成的铁路网，瑞士和意大利间的修建了辛普朗铁路隧道长19.8公里。在进入新世纪后，越来越多的特长隧道相继建成：2000年挪威的莱尔多(Laerdal)隧道全长24500m；1980年瑞士的圣哥达(Saint－Gothard)隧道全长16918m；1978年奥地利的阿尔贝格(Arlberg)隧道全长13972m。

在国内，特长铁路隧道的修建也比较广泛。秦岭隧道全长18456m，最大埋深1600m，是目前我国洞身最长、埋置最深、工程规模最大的隧道。设计时速为80公里，走完全程大约需要15分钟的时间；2006年8月23日上午中国最长的铁路隧道——2005公里的乌鞘岭特长隧道实现双线开通，其中左线弹性整体道床设计时速为200km/h；东秦岭隧道位于秦岭山脉深处,是西南铁路的“咽喉”动脉工程,也是我国已通车的长大双线铁路隧道之一，该隧道全长12.26 km。

隧道的修建，不仅给地理资源节约了空间，而且给各种运输节约了时间。

1.2 主要内容

太行山隧道为双洞单线铁路隧道，隧道全长27839m，两线间距35m,位于石太客运专线小寨车站和盂县车站之间，通过该段太行山山脉的主峰越宵山。

本设计标段为太行山隧道的进口段，起止里程为DK69+255～DK74+160，全长4905m(共计：9810m)，旅客列车设计行车速度250km/h。

1.2.1 隧道结构设计

依据隧道施工的相应的技术规范，例如《铁路隧道设计规范》、《铁路隧道施工规范》、《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》等对隧道进行设计，其设计内容主要包括：二次衬砌断面的几何尺寸拟定、荷载计算、计算模型的建立、衬砌结构的计算及其对计算结果的整理，通过对计算结果的分析和强度检算，对不符合要求的结构的进

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行配筋计算。

1.2.2 施工组织设计

施工组织主要内容：包括施工总体部署（主要应包括施工准备、施工场地布置、施工临时设施设计、不同区段的施工方法等），主要施工方法、工序及工艺(包括爆破、出碴运输、超前支护、喷射混凝土、锚杆、钢架、防排水、二次衬砌、施工监测等)，施工辅助作业、不良地质地段的工程措施、机械配套、指导性施工进度计划等。施工方法设计：根据具体工程环境及地质条件确定所选区间段的具体施工方法。包括主要施工方法、施工工序和工法转换等内容。

依据《铁路隧道设计规范》、《铁路隧道施工规范》及具体工程环境及其水文地质条件将项目划分为不同的区段，并设计各区段竖井、斜井或其他辅助坑道的数目及其具体位置, 努力做到依靠科技、精心组织、合理安排。做到与施工单位、监理单位和设计单位协作，合理运用施工人员、机具、物料、资金和信息，实现施工质量与造价在保证工期和安全施工的前提下的最佳解决方法。

1.2.3 外文翻译等相关文档和完整的设计报告书 1.2.4 应附图

地质纵剖面图，衬砌结构横剖面图，计算模型及计算结果图，施工方法图，平、横、剖面图，典型工法步序图、施工监控测测点布置图等。

1.3 主要研究方法

根据设计隧道的工程环境、施工要求及相应的水文地质条件，拟定隧道的衬砌断面形式、荷载确定并且建立计算模型。隧道的结构计算利用ANSYS软件建立结构—荷载模型，对隧道的结构安全性和结构在修建过程中的可靠性做出评价。

根据工程环境和围岩地质条件对隧道选择不同施工方法、初期支护、二次衬砌以及其他防护措施等。例如在该工程Ⅴ级围岩中断层破碎带及影响带选择台阶法开挖；又如矿山法隧道复合式结构的衬砌结构按“荷载－结构”计算模式，按局部变形理论计算地层被动压力。

明确各种施工工艺的主要技术指标和施工中的运输方式、考虑各种变形影响。准备各种施工附图以及编写好工程适用的施工组织设计：

(1)组织相关管理人员认真研究本工程各项目的特点，针对项目特点及时讨论达成共识并迅速进行目标分解及贯彻进行；

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(2)合理安排工期并尽快展开平行作业工序，保证各环节衔接紧密； (3)迅速出台与本工程相关的各项保证制度及管理办法； (4)结合工程进展程度合理安排各项资源的投入及协调。

1.4 预期目标

通过本次设计，让自己掌握隧道设计原则及有关技术指标和特长铁路隧道的主要施工方法及其适用条件。熟悉隧道衬砌结构设计的选择、计算方法及计算内容，学会各种工程软件的使用（ANSYS软件、CAD制图软件）。掌握隧道施工中主要施工工艺及施工步序，了解施工组织设计的编制与应用。

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第2章工程概况

2.1 工程地理位置

新建铁路石家庄至太原客运专线工程起自石家庄北站K4+475.7, 途径河北省石家庄市、鹿泉市、井陉县，再经山西省盂县、寿阳县、阳曲县，止于太原站K228+213，正线全长188.4公里。太行山隧道设计为双洞单线铁路隧道，隧道起止里程为DK69+255～DK97+094(左线)、YDK69+271～YDK97+119(右线)，两线间距35m，隧道全长27839m,位于石太客运专线小寨车站和盂县车站之间，通过该段太行山山脉的主峰越宵山。太行山隧道是目前我国设计的最长山岭隧道。

2.2 工程数量

本设计标段工程范围为新建石家庄至太原铁路客运专线重点工程，包括1#寺坪斜井(DK73+200.672=寺斜0+00，L=1093.18m)及太行山隧道DK69+255～DK74+160段正洞的施工、竣工和缺陷修复，长度4905双延米，包含隧道通风、设备安装、监控量测等工程。以及在本设计标段中所设的10个Ⅱ级围岩横通道和1个Ⅲ级围岩横通道。

2.3 工程地质和水文条件

2.3.1 地形地貌

太行

为西高东低，中西部最高的不对称三角形。

太行山脉剥蚀中低山区内山峰林立，绵延起伏，形成了型态各异的陡崖、峭壁、单面山。峡谷深切，多呈“V”字型，地形起伏较大，最大高差约600余米。峡谷中无水，均为干谷。山上植被较为茂密，基岩裸露，呈现山地地貌的典型特征。

山和低中山区，沿线总的地势特点呈现

2.3.2 地层岩性

地层的岩性对于隧道穿越山体位置的选择、隧道具体施工方法的选择是一个特别重要的因素，在施工前期应对其进行详细的勘测。

太行山隧道本设计标段所属范围地层岩性见表2-1。

石家庄铁道大学毕业设计表2-1 设计标段所属范围地层岩性

序号

里程

岩性情况描述

隧道洞身所通过该段的地层为泥质条带灰岩，薄至中厚层状，弱风化，岩体较完整。呈块状结构，岩层平缓，拱顶

易坍塌落石。

隧道洞身位于的岩层为竹叶状灰岩、泥质条带灰岩，薄至中厚层状，弱风化，节理裂隙发育，岩体完整，呈大块状

整体结构。

隧道洞身位于的岩层为竹叶状灰岩、泥质条带灰岩，薄至中厚层状，弱风化，岩体较完整。呈块状结构，岩层平缓，

拱顶易坍塌落石。

隧道洞身位于的岩层为竹叶状灰岩、泥质条带灰岩及白云岩，薄至中厚层状，弱风化，节理裂隙较发育，岩体完整，

呈大块状整体结构。

隧道洞身位于的岩层为石灰岩、竹叶状灰岩、泥质条带灰岩及页岩，中厚层状，弱风化，节理裂隙发育，岩体较完

整，呈块状结构。

DK74+040~DK74+160

隧道洞身位于的岩层为断层破碎带及影响带，岩体极破碎，

呈散体状结构。

1 DK69+255~DK69+460

2 DK69+46~DK70+065

3 DK70+065~DK70+210

4 DK70+210~DK73+690

5 DK73+690~DK74+040

2.3.3 地下水情况

本设计标段地下水对混凝土不具腐蚀性；石灰岩、白云岩地下水中的侵蚀性CO2对混凝土具有中等腐蚀性。角砾状泥灰岩(膏溶角砾岩)对混凝土具有硫酸盐弱腐蚀性。本设计标段各级围岩区段地下裂隙水情况见表2-2。

表2-2 各设计区段裂隙水情况

序号 1

区段里程 DK69+255~DK69+740

地下水形式雨季时有基岩

裂隙水

地下水水量 Q0=0.1 m3/d·m Q0=1.65 m3/d·m； Qs=0.46 m3/d·m Q0=2.99 m3/d·m； Qs=0.69 m3/d·m Q0=1526 m3/d； Qs=162.79 m3/d

备注 / / / 小导管及径向注浆堵水

2 DK69+740~DK74+030 裂隙溶隙水

3 DK74+030~DK74+160 构造裂隙水

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2.4 施工条件

2.4.1 气象特征

太行山隧道地处温暖带亚润湿区，属高寒山地气候，降水稀少，气候垂直分带不明显。四季分明，夏季炎热少雨，冬季寒冷干燥，年降水量在350～800mm。根据盂县气象局统计资料（1984～2003年）：盂县地区多年最大降水量为797.4 mm（1995年），多年最小降水量为315.7mm（1997年），降水主要集中在5～9月份，约占全年降水量的64%～97%；土壤最大冻结深度为1.01m。

2.4.2 交通情况

本设计标段交通便利，在DK73+200.672处的1#斜井(寺坪斜井)井口与314省道相邻。

2.4.3 施工用电情况

太行山隧道施工用电采用永临结合方式，从当地变电站接引35KV电力线，保证施工用电不间断，考虑部分（20%）用电采用自发电。施工前期采用自发电以保证施工用电。

2.4.4 施工用水、施工场地和通信情况

本设计标段于里程DK73+200.672处的1#(寺坪)斜井可利用附近的深井来提供1#斜井的生产、生活用水。1#斜井井口附近的地形比较开阔，施工场地可在井口附近布置。

经调查，本设计标段沿线有通讯线路，施工时可以与当地电信部门联系，接入施工现场。

2.4.5 物资供应情况

物资可利用隧道旁的314省道运输，油料和火工品等材料可由供货商直接供应至各工区；弃碴场挡护工程用的块石、片石及主体工程用碎石在盂县附近材料质量合格的石场购买；主体工程所采用的砂，在合格砂场购买。

本设计标段太行山隧道纵断面图见附录B(图号01：太行山隧道设计标段纵断面图)。

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第3章结构设计

3.1 设计依据和设计原则

3.1.1 设计依据

《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》 (TZ214—2005) 《混凝土结构设计规范》 (GB50010—2005) 《建筑荷载设计规范》 (GBJ9—2001) 《地下工程防水技术规范》 (GB50108—2001) 《铁路隧道设计规范》 (TBJ10003—2005) 《高速铁路设计规范》 (TB10621—2009)

3.1.2 设计原则

(1)主要构件设计使用年限为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，保证结构强度、刚度，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)设计中除参照本指导书外，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，应根据地下水水位和地下水腐蚀性等情况，满足防水和防腐蚀设计的要求。当结构处于有腐蚀性地下水时应采取

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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。

3.2 主体结构设计

3.2.1 设计思路

以石太客运专线太行山隧道为对象进行设计。计划采用新奥法施工，隧道采用有仰拱形式断面。《铁路隧道设计规范》设计隧道横断面，并结合工程经验初步确定隧道横断面的具体尺寸，以及二次衬砌的设计参数。判断深浅埋，取最不利的横截面并计算作用在结构上的荷载。最后将荷载加到设计结构上，利用Ansys软件计算内力，取最不利情况配筋以及抗裂验算。

3.2.2 隧道平面位置、洞口位置和纵断面

(1)中小型隧道平面位置遵照线路选线，长大隧道遵照隧道自身工程地质选定，洞口位置选择遵循“早进晚出”、地质条件良好、地势开阔、施工方便，技术、经济合理之处。

(2)一般情况下隧道内的线路最好采用直线，但是，受到某些地形的限制，或是地质的原因，往往不得不采用曲线。应尽可能采用较短的曲线，或是半径较大的曲线，使它的影响小一些。隧道在曲线两端应设缓和曲线时，最好不使洞口恰恰落在缓和曲线上。在一座隧道内最好不设一个以上的曲线。尤其是不宜设置反向曲线或复合曲线。

(3)铁路隧道对于行车来说线路的坡度以平坡为最好。但是，天然地形是起伏不定的，为了能适应天然地形的形状以减少工程数量，只好随着地形的变化设置与之相适应的线路坡度。但依据地形设计坡度时，注意应不超过限制坡度。

3.2.3 隧道结构设计

(1)隧道的建筑限界根据已定的车辆类型、行车速度、施工方法及地质条件等按相关规范或暂行规定确定。

(2)矿山法区间隧道一般采用复合式衬砌，初期支护由型钢格栅、钢筋网与喷射混凝土组成，二次衬砌采用现浇钢筋混凝土结构。初期支护与二次衬砌间铺设全包防水层。根据地层情况可采用的辅助性地层加固措施有：管棚超前支护，注浆小导管超

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前支护，锁脚锚杆，加固注浆，回填注浆等。

(3)隧道支护设计参数按工程类比选定，衬砌结构设计参数按工程类比初选，并通过结构受力检算。

3.2.4 建筑限界以及内轮廓

根据《标准轨距铁路建筑限界》GB 146.2-1983确定隧道限界。本区段的建筑限界及内轮廓设计见图3-1。

45390.0°2r =45013O23.6°O21237r =82220220cm×150cm135525O123015025760725730776785

图3-1 隧道建筑限界及内轮廓

3.3 工程材料

3.3.1 混凝土和钢筋

混凝土和钢筋混凝土结构中用混凝土的极限强度应按表3-1采用。

表3-1 混凝土的极限强度(MPa)

强度种类抗压弯曲抗压抗拉

符号 Ra Rw Rl

混凝土强度等级

C15 12.0 15.0 1.4

C20 15.5 19.4 1.7

C25 19.0 24.2 2.0

C30 22.5 28.1 2.2

C40 29.5 36.9 2.7

C50 36.5 45.6 3.1

混凝土的弹性模量应按表3-2采用。混凝土的剪切弹性模量可按表3-2数值乘以0.43采用。混凝土的泊松比可采用(v=0.2)。

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表3-2 混凝土的弹性模量Ec(GPa)

混凝土强度等级弹性模量Ec

C15 26

C20 28

C25 29.5

C30 31

C40 33.5

C50 35.5

钢筋强度和弹性模量按表3-3采用。

表3-3 钢筋的强度和弹性模量

钢筋种类 HPB235(Q235) HRB335(20MnSi)

屈服强度(MPa) 240 340

抗拉极限强度(MPa)

380 520

抗拉或抗压计算强度(MPa)

260 360

弹性模量(GPa) 210 200

延伸率(%)

25 16

喷射混凝土的强度等级不得小于C20。喷射混凝土的弹性模量见表3-4。

表3-4 喷射混凝土的弹性模量(GPa)

喷射混凝土强度等级

弹性模量

C20 21

C25 23

C30 25

3.3.2 隧道衬砌横截面形状及尺寸拟定

衬砌类型采用复合式衬砌，其为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。复合衬砌设计符合下列规定：

(1)初期支护宜采用锚喷支护，即由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式单独或组合使用。

(2)二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌界面宜采用连接园顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。

(3)在确定开挖断面轮廓时，还应考虑初期支护并预留适当的变形量。预留变形量的大小可根据围岩级别、断面大小、埋置深度、施工方法和支护情况等，采用工程类比法预测。当无预测值时预留变形量可参考表3-5选用。

表3-5 预留变形量（mm）

围岩级别

Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ

注：围岩破碎取大值；围岩完整取小值。

单线隧道 — 20～50 50～80 80～120 双线隧道 10～50 50～80 80～120 100～150

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3.4 荷载设计

3.4.1 荷载计算原理

采用荷载结构法原理进行隧道结构检算时，所需计算的荷载为由岩体松动、崩塌而产生的竖向和水平均布压力。竖向和水平均布压力的计算，根据隧道的埋深不同，选择不同的计算公式。

(1)隧道深、浅埋的判定原则

一般，深、浅埋隧道分界深度至少应大于坍方的平均高度且有一定余量，根据经验，这个深度通常为2～2.5倍的坍方平均高度值，即：

HP =(2~2.5)hq （ 3-1）

式中，Hp——深浅埋隧道分界的深度(m)；

hq——等效荷载高度值(m)。

系数2～2.5在松软的围岩中取高限，而在较坚硬围岩中取低限。当隧道覆盖层厚度hHp时为深埋，hHp时即为浅埋。等效高度值按式(3-2)和式(3-3)计算： hq = 0.45³2s-1 ³ω （3-2）

ω=1+i（B-5）（3-3）式中， hq——等效荷载高度值(m)；

S——围岩级别； ω——宽度影响系数； B——隧道宽度(m)；

i——B每增加1m时，围岩压力的增减率(以B=5m为基准)，当B<5m时，取

i=0.2，B>5m时，取i=0.1。

(2)深埋隧道围岩松动压力的计算方法(h≥Hp)

双线铁路隧道竖直均布松动压力按式（3-4)计算：

q=γh （3-4）式中，q——竖直均布松动压力(kN/m)；

γ——围岩容重(kN/m)。

水平均布松动压力e可根据竖直均布松动压力由经验公式求得。水平均布压力的经验公式见表3-6。

表3-6 水平均布松动压力经验公式

围岩级别水平匀布压力e

Ⅱ 0

Ⅲ

＜0.15q

Ⅳ

(0.15～0.3)q

Ⅴ

(0.30～0.5)q

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(3)浅埋隧道围岩松动压力的计算方法: ①超浅埋隧道 (h≤hq)

围岩竖直均布松动压力按公式(3-5)计算：

q=γh (3-5)

式中， q——竖直均布松动压力(kN/m)

γ——围岩容重(kN/m3

)。

围岩水平均布松动压力按下列公式计算：

tantan0tan20(tan01)/(tan0tan  )

(tantan0)/{tan[1tan(tan0tan)tan0tan ]} e1h e

2(hHt) 式中，β——产生最大推力时的破裂角（°）；

φ0——围岩计算摩擦角（°）； θ——围岩两侧摩擦角，超浅埋时取0； λ——侧压力系数； h——洞顶至地面高度(m)； Ht——隧道净高(m)； B——隧道跨度(m)。

②浅埋隧道 ( hq  h  H p )

tantan0tan0(tan201)/(tan0tan  )

(tantan0)/{tan[1tan(tan0tan)tan0tan]} 围岩竖直均布松动压力按式(3-12)计算：

q(hh2tan/B) 围岩水平均布松动压力按公式(3-13)和公式(3-14)计算：

e1h e2(hHt) 式中，β——产生最大推力时的破裂角(°)；

(3-6) (3-7)

(3-8)

(3-9)

(3-10)

(3-11)

(3-12)

(3-13)

(3-14)

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Ht——隧道净高(m)； φ0——围岩计算摩擦角(°)； B——隧道跨度(m)； θ——围岩两侧摩擦角(°)； λ——侧压力系数； h——洞顶地面高度(m)。

3.4.2 结构配筋计算

采用破损阶段法进行配筋计算，步骤如下： 3.4.2.1 检验是否配筋

由截面内力计算偏心距e0=M/N，比较e0/h与0.2 大小

若 e0/h≤0.2，系抗压强度控制承载能力，按3-15式计算：

R a bh (3-15) KN

式中，Ra——混凝土的抗压极限强度，C35混凝土取26.5MPa

K——安全系数，对于由抗压强度控制承载能力时，K=2.4；抗拉强度控制承载能力时，K=3.6。

N——轴向力(N) b——截面的宽度(m)h——截面的厚度(m)

φ——构件的纵向弯曲系数，取φ=1.0 α——轴心力的偏心影响系数，

1.00.648(e0/h)12.569(e0/h)15.444(e0/h)23(3-16)

若e0/h>0.2，系抗裂强度控制承载能力，按下式计算:

KN   1 . 75 R bh /( 6 e / h  1 )

式中，e0——截面偏心距(m)；

Ri——混凝土的抗拉极限强度，C35混凝土取2.5MPa；其他符号意义同前。

(3-17)

若在不同的情况下，上面两式满足，则不需配筋，直接采用素混凝土；若不满足，则需配筋。

利用Excel将公式编辑，对各级围岩进行验算看是否需要配筋。

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3.4.3 Ⅲ级围岩结衬砌构内力计算和强度验算

区段里程：DK69+230~DK69+400 围岩级别：Ⅲ级围岩容重：24kN/m3

围岩弹性抗力系数：850MPa/m 围岩似摩擦角：70°

太行山隧道该区段洞身位于的岩层为竹叶状灰岩、泥质条带灰岩，薄至中厚层状，弱风化，岩体较完整。呈块状结构，岩层平缓，拱顶易坍塌落石。初步假设洞身的初期支护为10cm，二次衬砌为35cm，初支与二衬见预留变形量为4cm。拱墙、仰拱衬砌选用C25混凝土，仰拱填充选用C20混凝土。 3.4.3.1 隧道所受围岩压力计算

由于所选区段埋深由深埋向浅埋过渡，所以埋深选用深、浅埋分界值(h=2.5hq),隧道宽度：B=9.00m，隧道高度Ht=9.51m。

根据荷载计算公式(3-1)~(3-14)，结合隧道所处地理环境情况得出荷载计算结果见表3-7。

表3-7 荷载计算结果

隧道断面所处区段里程 DK69+230~DK69+400

计算埋深(m)

6.3

深/浅埋

情况浅埋

垂直荷载 (kN/m） 51.2

水平均布荷载(kN/m)

8.249

3.4.3.2 衬砌结构内力计算

C25混凝土的容重γ=25kN/m3，Ra=19MPa ，Rw=24.2MPa，Rl=2.0MPa Ec=29.5GMPa，ν=0.2，钢筋采用HRB335。

隧道工程建筑物是埋置于地层中的结构物，它的受力和变形与围岩密切相关，支护结构与围岩作为一个统一的受力体系相互约束，共同工作。这种共同作用正是地下结构与地面结构的主要区别。根据本工程的特点，使用阶段结构安全性检算采用“荷载－结构”模式，即将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构弹性支承。支护结构与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来实现的。

在ANSYS计算模型中，二次衬砌采用弹性平面梁单元模拟，弹性抗力以及隧道底部地基均采用弹簧单元模拟。组合荷载根据不同作用方向分别转换成等效节点力施加在相应的单元结点上。由ANSYS建模生成的变形图见图3-2。

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图3-2 变形图

二次衬砌计算采用采用荷载——结构模型，衬砌采用弹性梁单元模拟，初期支护与二次衬砌的约束采用无拉弹簧单元模拟，采用《ANSYS11.0有限元结构分析程序》进行隧道衬砌结构的分析，将隧道衬砌模拟为置于弹性地基梁上的有限单元杆系进行分析。Ⅲ级围岩截面计算的内力图如图3-3、3-4。

图3-3 ANSYS计算弯矩图

图3-4 ANSYS计算轴力图

利用ANSYS进行计算，得到的结构内力数值如3-8表。

石家庄铁道大学毕业设计表3-8 结构内力数值表

节点号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

弯矩(N²m) -58123 -53625 -40729 -21165 2271.2 25865 45170 55231 50841 26812 -21747 -25642 -13590 -1632.1 4630.1 3166.5 -1157 -1560.3 -448.08 1246.4 3355.7 5680.3 6873.8 2905.2 4216.9 1091.7 -2442.8 -6842.4 -10002 -6319.4 -2370.3 -101.14 767.17 953.13 769.07 -100.04 -2369.6 -6317.4 -9997.1 -6841.5

轴力(N) -5.36E+05 -5.45E+05 -5.63E+05 -5.89E+05 -6.20E+05 -6.56E+05 -6.94E+05 -7.30E+05 -7.63E+05 -7.90E+05 -7.29E+05 -7.18E+05 -7.23E+05 -7.31E+05 -7.34E+05 -7.37E+05 -7.43E+05 -7.52E+05 -7.62E+05 -7.75E+05 -7.90E+05 -8.06E+05 -8.21E+05 -6.46E+05 -5.07E+05 -3.99E+05 -3.16E+05 -2.51E+05 -2.41E+05 -2.38E+05 -2.36E+05 -2.35E+05 -2.35E+05 -2.35E+05 -2.36E+05 -2.37E+05 -2.39E+05 -2.43E+05 -2.53E+05 -3.18E+05

e0 (m) 0.108487009 0.09839269 0.072349232 0.035960039 0.003661572 0.039425349 0.065129625 0.075638181 0.066599859 0.033918632 0.029811647 0.035737481 0.0187972 0.002234009 0.006304688 0.004295015 0.001556698 0.002076082 0.000587993 0.001608424 0.00424756 0.007046819 0.00837686 0.004497074 0.008319818 0.002738355 0.007729401 0.027216101 0.041469381 0.026563262 0.010023682 0.000429597 0.003266638 0.004054837 0.003258771 0.000421523 0.009912985 0.026039322 0.039492376 0.02152769

抗压验算不验算抗压不验算抗压不验算抗压合格合格合格合格不验算抗压合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格

抗裂验算不合格不合格合格不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂合格不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂

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续表3-8 节点号 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66

弯矩(N²m) -2438 1093.2 4216.1 2900.8 6868.9 5676.6 3352 1241 -455.07 -1563.4 -1140.9 3168.4 4646.9 -1635.2 -13596 -25645 -21747 26812 50840 55230 45169 25865 2270.5 -21166 -40729 -53626

轴力(N) -4.01E+05 -5.09E+05 -6.49E+05 -8.24E+05 -8.09E+05 -7.93E+05 -7.79E+05 -7.66E+05 -7.55E+05 -7.47E+05 -7.41E+05 -7.38E+05 -7.35E+05 -7.27E+05 -7.21E+05 -7.33E+05 -7.94E+05 -7.67E+05 -7.33E+05 -6.96E+05 -6.58E+05 -6.22E+05 -5.90E+05 -5.64E+05 -5.46E+05 -5.36E+05

e0 (m) 0.006081165 0.002145759 0.006496903 0.003520816 0.008485676 0.007154146 0.004305329 0.001620633 0.00060251 0.002092933 0.001539655 0.004290725 0.0063261 0.002249615 0.018849561 0.034982539 0.027393999 0.034978866 0.069353123 0.079344328 0.068620868 0.041576249 0.003848175 0.037528369 0.074644454 0.100054108

抗压验算合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格不验算抗压合格合格合格合格不验算抗压不验算抗压

抗裂验算不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂合格不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂合格不合格

3.4.3.3 截面配筋验算(纵向钢筋)

按最不利荷载组合对1单元进行强度验算，结构的最不利荷载组合弯矩值：M=-58123N·m，轴力值：N=-5.36×105N。截面为b×h=1000×350mm，采用C25混凝土和HRB335钢筋，f cd=19MPa,fsd=fsd’= 360 MPa。

(1)按对称配筋设置

由M=-58123N·m，轴力值：N=-5.36×105N，可得偏心距(e0)为:

Me0108.4mm

N在弯矩作用方向，构件的长细比l/h1000/3502.857m5m,所以属于短柱不考

虑偏心距增大系数(即：η=1.0)。

设 as=a’s=40mm， h0=h-as=350-40=310mm。

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(2)判别大小偏心可得受压区高度ξ为：

N5.361050.0.091b0.56

fcdbh0191000310故可按大偏心受压计算。 (3)求纵向钢筋面积

由ξ=0.091， h0=310mm，得到受压区高度x：

　　h00.091310　28.21mm280mm‘s

ese0纵向钢筋面积为：

Nesfcdbh02(10.5)AsA fsd(h0as')'shas08.4350/2-40243.4mm 2　　　　-289.4mm２由于所计算的配筋面积值为负，所以按最小配筋率配：

AsAs'0.002bh700 mm２

按要求选择4φ16(=804 mm2) (4)截面复核

(在垂直于弯矩作用平面内的截面复核)

由长细比l/h1000/3502.857，可得1.0，则由公式：

'　　　　　　Nu0.9(fcdAfsdAs')0.91(191000350360804)62.4510N5

由于Nu42105N5.36105N,所以满足要求。 (在弯矩作用平面内的复核)

as=a’s=40mm，AsAs'804 mm2，h0310m， 1.0

ese0has108.4350/2-40243.4mm 2hes'e0as108.4-350/240-26.6mm

2假定为大偏心受压，即取sfsd,可得到受压区高度：

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2fsdAs(eses')x(h0es)(h0es)fcdb2　　　　　　　　179mmNufcdbx19179100034.01105N5.36105N

所以满足要求。所以，Ⅲ级围岩断面衬砌配筋结构为：4φ16(=804mm2)。间距为250mm。

3.4.3.4 箍筋配置

封闭式箍筋选用φ8，满足直径大于d/4=4mm，且不小于8mm的要求。根据构造要求箍筋间距S应满足：S≤15d＝15×16=240 mm，S≤b=450mm，故选用箍筋间距选用：S=250 mm。 3.4.3.3 纵向筋配置结果

Ⅲ级围岩复合式衬砌断面配筋图及其配筋参数详见本设计附录B(图号03：Ⅲ级围岩复合式衬砌断面配筋图)

注：以下各级围岩衬砌结构内力计算和配筋设计计算及检算方式和Ⅲ级围岩类似，故不赘述！

3.4.4 Ⅱ级围岩衬砌结构内力计算和强度验算

区段里程 DK74+300~DK77+700 围岩级别：Ⅱ级围岩容重：26kN/m3

围岩弹性抗力系数：1500MPa/m 围岩似摩擦角：75°

太行山隧道本区段的洞身位于的岩层为竹叶状灰岩、泥质条带灰岩及白云岩，薄至中厚层状，弱风化，节理裂隙较发育，岩体完整呈大块状整体结构。初步假设洞身的初期支护为5cm，二次衬砌为30cm，初支与二衬见预留变形量为2cm。拱墙衬砌选用C25混凝土，底板垫层选用C20混凝土。 3.4.4.1 隧道所受围岩压力计算

所选区段埋深隧道埋深h=20.8m，隧道宽度：B=9.00m，隧道高度Ht=9.51m。根据荷载计算公式(3-1)~(3-14)，结合隧道所处地理环境情况计得出荷载计算结果见表3-9。

石家庄铁道大学毕业设计表3-9 荷载计算结果

隧道断面所处区段里程 DK74+300~DK77+700

最大埋深 (m) 20.8

深/浅埋情况深埋

垂直荷载 (kN/m） 39.312

水平均布荷载

(kN/m)

3.4.4.2 衬砌结构内力计算

C25混凝土的容重γ=25kN/m3，Ra=19MPa ，Rw=24.2MPa，Rl=2.0MPa Ec=29.5GMPa，ν=0.2，钢筋采用HRB335。

ANSYS建模生成的变形图见图3-5。

图3-5 变形图

Ⅱ级围岩截面计算的内力图如图3-6、3-7。

图3-6 ANSYS计算弯矩图

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图3-7 ANSYS计算轴力图

利用ANSYS进行计算，得到的结构内力数值如3-10表。

表3-10 结构内力数值表

节点号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

弯矩(N²m) -23958 -21940 -16174 -7476.3 2833.1 13000 20921 24248 20511 7236.9 -17914 -11988 -2945.4 1425 2356 871.9 -506.33 -325.28 45.361 347.24 813.18 1715.7 2513.8 567.15

轴力(N) -2.46E+05 -2.50E+05 -2.5²9E+05 -2.71E+05 -2.86E+05 -3.03E+05 -3.20E+05 -3.38E+05 -3.54E+05 -3.67E+05 -3.27E+05 -3.28E+05 -3.35E+05 -3.40E+05 -3.42E+05 -3.45E+05 -3.50E+05 -3.55E+05 -3.61E+05 -3.69E+05 -3.77E+05 -3.87E+05 -3.95E+05 -3.02E+05

e0(m) 9.74E-02 8.77E-02 6.26E-02 2.76E-02 9.92E-03 4.30E-02 6.53E-02 7.18E-02 5.80E-02 1.97E-02 5.47E-02 3.65E-02 8.79E-03 4.19E-03 6.88E-03 2.53E-03 1.45E-03 9.17E-04 1.26E-04 9.42E-04 2.15E-03 4.43E-03 6.36E-03 1.88E-03

抗压验算不验算抗压不验算抗压不验算抗压合格合格合格不验算抗压不验算抗压合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格

抗裂验算合格合格合格不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂

合格合格不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂

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节点号 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

弯矩(N²m) 1586.5 -3359.4 -2818.6 -1702 -1434.5 -358.61 20.386 -14.732 -203.1 -381.35 251.01 221.98 -152.46 -1090.6 -2394.3 -1606.5 -902.26 -500.16 4.5948 -941.37 2417.8 1976.5 1003.1 410.38 46.102 -337.15 -513.42 870.66 2358.7 1428.7 -2948.6 -12016 -17981 7174.1 20453 24196 20875 12961 2801.4

轴力(N) -2.34E+05 -1.52E+05 -1.02E+05 -68064 -65868 -65160 -64496 -63993 -63763 -63920 -64312 -64951 -65711 -66795 -70303 -1.05E+05 -1.50E+05 -2.10E+05 -2.91E+05 -3.97E+05 -3.89E+05 -3.80E+05 -3.72E+05 -3.64E+05 -3.58E+05 -3.53E+05 -3.48E+05 -3.46E+05 -3.43E+05 -3.38E+05 -3.31E+05 -3.30E+05 -3.70E+05 -3.56E+05 -3.40E+05 -3.23E+05 -3.04E+05 -2.87E+05 -2.72E+05

e0(m) 6.78E-03 2.21E-02 2.77E-02 2.50E-02 2.18E-02 5.50E-03 3.16E-04 2.30E-04 3.19E-03 5.97E-03 3.90E-03 3.42E-03 2.32E-03 1.63E-02 3.41E-02 1.53E-02 6.00E-03 2.38E-03 1.58E-05 2.37E-03 6.21E-03 5.20E-03 2.70E-03 1.13E-03 1.29E-04 9.56E-04 1.47E-03 2.52E-03 6.87E-03 4.22E-03 8.90E-03 3.64E-02 4.86E-02 2.01E-02 6.01E-02 7.50E-02 6.86E-02 4.51E-02 1.03E-02

续表3-10 抗压验算合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格不验算抗压不验算抗压不验算抗压合格合格

抗裂验算不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂

合格合格合格不验算抗裂不验算抗裂

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续表3-10 节点号 64 65 66

弯矩(N²m) -7500.5 -16190 -21949

轴力(N) -2.59E+05 -2.51E+05 -2.46E+05

e0(m) 2.89E-02 6.46E-02 8.92E-02

抗压验算合格合格不验算抗压

抗裂验算不验算抗裂合格合格

3.4.4.3 截面配筋验算

Ⅱ级围岩在修筑二次衬砌时混凝土内不需要配置钢筋。

3.4.5 Ⅴ级围岩结衬砌构内力计算和强度验算

区段里程：DK96+376 ~DK96+750 围岩级别：Ⅴ级围岩容重：19kN/m3

围岩弹性抗力系数：150MPa/m 围岩似摩擦角：50°

太行山隧道本区段的洞身位于的岩层为断层破碎带及影响带，岩体极破碎，呈散体状结构。初步假设洞身的初期支护为25cm，二次衬砌为45cm，初支与二衬见预留变形量为8cm。拱墙、仰拱衬砌选用C30混凝土，仰拱填充选用C20混凝土。 3.4.5.1 隧道所受围岩压力计算

所选区段埋深隧道埋深h=2.748m，隧道宽度：B=9.00m，隧道高度Ht=9.51m。根据荷载计算公式(3-1)~(3-14)，结合隧道所处地理环境情况计得出荷载计算结果见表3-11。

表3-11 荷载计算结果

隧道断面所处区段里程 DK96+376~DK96+750

计算埋深 (m) 2.748

深/浅埋情况深埋

垂直荷载 (kN/m） 50.025

水平均布荷载

(kN/m)

27.941

3.4.5.2 衬砌结构内力计算

C30混凝土的容重γ=25kN/m3，Ra=22.5MPa ，Rw=28.1MPa，Rl=2.2MPa Ec=31GMPa，ν=0.2，钢筋采用HRB335。

由ANSYS建模生成的变形图见图3-8。

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图3.4-8 变形图

Ⅱ级围岩截面计算的内力图如图3-9、3-10。

图3-9 ANSYS计算弯矩图

图3-10 ANSYS计算轴力图

石家庄铁道大学毕业设计

利用ANSYS进行计算，得到的结构内力数值如3-12表。

表3-12 结构内力数值表

节点号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

弯矩(N²m) -15473 -14440 -11524 -7064.9 -1626.2 4036.9 9011.1 12264 12689 9155.8 555.78 -2123.3 -1500.5 366.8 2222.1 3058.4 -662.52 -1495.5 -1000 127 1708.9 3676.7 5757.3 6682.9 4856.1 -3390.2 -6252.4 -6581.4 -6105.1 -3072.9 -866.23 -91.063 -204.01 -252.57 980.8 268.79 -1808.9 -4594 -6521.4

轴力(N) -2.33E+05 -2.35E+05 -2.39E+05 -2.45E+05 -2.52E+05 -2.60E+05 -2.68E+05 -2.77E+05 -2.86E+05 -2.93E+05 -2.87E+05 -2.86E+05 -2.88E+05 -2.93E+05 -2.97E+05 -3.02E+05 -3.07E+05 -3.14E+05 -3.22E+05 -3.31E+05 -3.41E+05 -3.52E+05 -3.63E+05 -3.01E+05 -2.54E+05 -1.87E+05 -1.44E+05 -1.12E+05 -1.13E+05 -1.15E+05 -1.17E+05 -1.18E+05 -1.19E+05 -1.24E+05 -1.24E+05 -1.23E+05 -1.21E+05 -1.20E+05 -1.22E+05

e0(m) 6.63E-02 6.14E-02 4.82E-02 2.89E-02 6.46E-03 1.55E-02 3.36E-02 4.42E-02 4.44E-02 3.12E-02 1.94E-03 7.43E-03 5.20E-03 1.25E-03 7.48E-03 1.01E-02 2.15E-03 4.76E-03 3.10E-03 3.83E-04 5.01E-03 1.04E-02 1.59E-02 2.22E-02 1.91E-02 1.81E-02 4.33E-02 5.87E-02 5.42E-02 2.67E-02 7.39E-03 7.69E-04 1.72E-03 2.03E-03 7.91E-03 2.19E-03 1.49E-02 3.82E-02 5.34E-02

抗压验算合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格

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续表3-12

节点号 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66

弯矩(N²m) -4224.6 -1690.8 620.32 2948.9 3876 4512.5 3387.5 1842.5 353.39 -827.48 -1384.1 -539.49 3101.9 2290.2 323.89 -1631.1 -2352.5 238.97 8859.8 12417 12019 8795.9 3853.9 -1775.1 -7178 -11600 -14478

轴力(N) -1.53E+05 -1.87E+05 -2.32E+05 -2.90E+05 -3.66E+05 -3.56E+05 -3.45E+05 -3.36E+05 -3.27E+05 -3.19E+05 -3.12E+05 -3.06E+05 -3.02E+05 -2.98E+05 -2.93E+05 -2.91E+05 -2.91E+05 -2.98E+05 -2.90E+05 -2.81E+05 -2.72E+05 -2.62E+05 -2.54E+05 -2.46E+05 -2.40E+05 -2.36E+05 -2.34E+05

e0(m) 2.77E-02 9.03E-03 2.67E-03 1.02E-02 1.06E-02 1.27E-02 9.81E-03 5.49E-03 1.08E-03 2.59E-03 4.43E-03 1.76E-03 1.03E-02 7.69E-03 1.10E-03 5.61E-03 8.08E-03 8.03E-04 3.06E-02 4.42E-02 4.43E-02 3.35E-02 1.52E-02 7.20E-03 2.99E-02 4.91E-02 6.20E-02

抗压验算合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格

抗裂验算不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂

3.4.5.3 纵向筋配置结果

Ⅴ级围岩断面衬砌配筋结构为：4φ18(=1018mm2)。间距为250mm。 3.4.5.4 箍筋配置

封闭式箍筋选用φ8，满足直径大于d/4=4.5mm，且不小于8mm的要求。根据构造要求箍筋间距S应满足：S≤15d＝15×18=270mm，S≤b=450mm，故选用箍筋间距选用：S=250 mm。

3.4.5.5 截面配筋配筋图

Ⅴ级围岩加强复合式衬砌断面配筋图及其配筋参数详见本设计附录B(图号04：Ⅴ级围岩加强复合式衬砌断面配筋图)。

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3.4.6 Ⅳ级围岩结衬砌构内力计算和强度验算

区段里程DK88+554.5~DK88+734.5。围岩级别：Ⅳ级围岩容重：22kN/m3

围岩弹性抗力系数：350MPa/m 围岩似摩擦角：55°

太行山隧道本区段的洞身位于的岩层为石灰岩，薄至中厚层状，弱风化节理裂隙较发育，岩体较破碎呈块状、碎石状结构，具溶蚀现象。初步假设洞身的初期支护为15cm，二次衬砌为35cm，初支与二衬见预留变形量为6cm。拱墙、仰拱衬砌选用C30混凝土，仰拱填充选用C20混凝土。 3.4.6.1 隧道所受围岩压力计算

所选区段埋深隧道埋深h=13.22m，隧道宽度：B=9.00m，隧道高度Ht=9.51m。根据荷载计算公式(3-1)~(3-14)，结合隧道所处地理环境情况计得出荷载计算结果见表3-14。

表3-13 荷载计算结果

隧道断面所处区段里程

DK88+554.5~DK88+734.5

计算埋深 (m) 13.22

深/浅埋情况深埋

垂直荷载 (kN/m） 110.88

水平均布荷载

(kN/m)

33.264

3.4.6.2 ANSYS加载公式分析

C25混凝土的容重γ=25kN/m3，Ra=19MPa ，Rw=24.2MPa，Rl=2.0MPa Ec=29.5GMPa，ν=0.2，钢筋采用HRB335。

由ANSYS建模生成的变形图见图3-11。

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图3-11 变形图

Ⅳ级围岩截面计算的内力图如图3-12、3-13。

图3.4-12 ANSYS计算弯矩图

图3-11 ANSYS计算轴力图

利用ANSYS进行计算，得到的结构内力数值如3-14表。

表3-14 结构内力数值表

节点号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

弯矩(N²m) -42884 -39965 -31710 -19103 -3743 12237 26281 35528 36960 27551

轴力(N) -4.27E+05 -4.32E+05 -4.43E+05 -4.58E+05 -4.77E+05 -4.98E+05 -5.20E+05 -5.43E+05 -5.63E+05 -5.81E+05

e0(m) 1.00E-01 9.24E-02 7.16E-02 4.17E-02 7.85E-03 2.46E-02 5.05E-02 6.55E-02 6.56E-02 4.74E-02 28

抗压验算不验算抗压不验算抗压

合格合格合格合格合格合格合格合格

抗裂验算合格合格不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂

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续表3-14 节点号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

弯矩(N²m) 4417.9 -5076.6 -5628.9 -2033.3 1712.2 2217.5 -3482.8 -4735.4 -3659.2 -1248 2211.8 6686.4 12182 17475 16452 1117.5 -8463.4 -14280 -16024 -10681 -5156.5 -1974.7 -1039.4 -917.81 613.67 -1869.7 -6818.1 -12098 -14121 -7176.2 1240.1 8033.8 12751 11861 9322.6 5690.2 2234.2 -803.16 -3150.4 -4291.3

轴力(N) -5.61E+05 -5.54E+05 -5.54E+05 -5.58E+05 -5.62E+05 -5.65E+05 -5.71E+05 -5.80E+05 -5.89E+05 -6.01E+05 -6.15E+05 -6.31E+05 -6.48E+05 -5.72E+05 -5.11E+05 -4.14E+05 -3.51E+05 -3.06E+05 -2.99E+05 -2.99E+05 -2.99E+05 -3.00E+05 -3.00E+05 -3.00E+05 -3.00E+05 -3.00E+05 -3.00E+05 -3.04E+05 -3.14E+05 -3.54E+05 -4.03E+05 -4.68E+05 -5.48E+05 -6.49E+05 -6.33E+05 -6.18E+05 -6.05E+05 -5.93E+05 -5.84E+05 -5.75E+05

e0 (m) 7.87E-03 9.17E-03 1.02E-02 3.64E-03 3.05E-03 3.92E-03 6.09E-03 8.17E-03 6.21E-03 2.08E-03 3.59E-03 1.06E-02 1.88E-02 3.06E-02 3.22E-02 2.70E-03 2.41E-02 4.66E-02 5.35E-02 3.58E-02 1.72E-02 6.59E-03 3.47E-03 3.06E-03 2.04E-03 6.23E-03 2.27E-02 3.98E-02 4.50E-02 2.03E-02 3.08E-03 1.72E-02 2.33E-02 1.83E-02 1.47E-02 9.20E-03 3.69E-03 1.35E-03 5.40E-03 7.46E-03

抗压验算合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格

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续表3-14 节点号 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66

弯矩(N²m) -3084 2421.9 1803.6 -2256.8 -6173.8 -5955.9 3292.7 26500 35995 34658 25517 11587 -4271.8 -19504 -31981 -40101

轴力(N) -5.69E+05 -5.66E+05 -5.62E+05 -5.58E+05 -5.57E+05 -5.65E+05 -5.84E+05 -5.67E+05 -5.46E+05 -5.23E+05 -5.00E+05 -4.79E+05 -4.60E+05 -4.44E+05 -4.33E+05 -4.27E+05

e0(m) 5.42E-03 4.28E-03 3.21E-03 4.05E-03 1.11E-02 1.05E-02 5.64E-03 4.68E-02 6.59E-02 6.62E-02 5.10E-02 2.42E-02 9.30E-03 4.39E-02 7.38E-02 9.39E-02

抗压验算合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格不验算抗压

抗裂验算不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂不验算抗裂

合格

3.4.6.3 纵向筋配置结果

Ⅳ级围岩断面衬砌配筋结构为：4φ18(=1018mm2)。间距为250mm。 3.4.6.4 箍筋配置

3.4.6.5 截面配筋配筋图

Ⅳ级围岩复合式衬砌断面配筋图及其配筋参数详见本设计附录B(图号04：Ⅳ级围岩复合式衬砌断面配筋图)。

3.5 各级围岩复合式衬砌参数确定

太行山双线铁路隧道本设计标段的各级围岩复合式衬砌设计参数见表3-15。

石家庄铁道大学毕业设计表3-15 复合式衬砌设计参数

项目

类型长度间距

初期支护

直径间距厚度纵距

单位 cm cm cm mm cm cm cm cm

Ⅱ 拱部 HCB25 250 150³150 纵环向 Ф8³Ф8 20³20 5 30

Ⅲ 拱部

边墙

拱部

Ⅳ

边墙 Ф22 300

Ⅴ(加强) 拱部、边墙 HCB25 400 100×75 纵环向 Ф8³Ф8 15×15 25 75 45 拱部超前小导管注浆

HCB25 Ф22 HCB25 250

250

300

系统锚杆

150³150 纵环向 Ф8³Ф8 20³20 10 35

120³120 纵环向 Ф8³Ф8 20×20 15 120 35

钢筋网

喷射砼格栅二次衬砌厚度

超前支护类型

3.6 各级围岩断面开挖尺寸确定

本设计标段隧道各级围岩正洞的开挖断面尺寸见表3-16。

表3-16 围岩开挖断面尺寸

洞室类型正洞

Ⅱ级

开挖 970³943

Ⅲ级开挖 1130³1151

Ⅳ级开挖 1140³1161

Ⅴ级(加强) 开挖 1180³1201

注：表中尺寸单位为cm，表中数字分别表示洞室的宽和高，宽度指隧道横断面大跨宽度。

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第4章施工组织

4.1 编制依据及编制原则

4.1.1 编制依据

石太客运专线太行山隧道设计图，《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》；《客运专线铁路隧道施工技术指南》。

4.1.2 编制原则

遵循“严肃性、标准性、先进性、可行性、连续性、均衡性、节奏性、协调性、经济性”的九性原则。

4.1.3 编制范围

本设计的施工组织设计编制范围为太行山隧道(DK69+255~DK74+160)。工作内容包括隧道正洞的洞口工程、洞身开挖、支护、衬砌、明洞工程及1#寺坪斜井(DK73+200.672=寺斜0+00，L=1093.18m)和附属洞室、防水和排水附属设施。

4.2 施工准备

4.2.1 技术准备

(1)熟悉审查图纸及相关文件；

(2)掌握地质,地貌,水文等设计勘测文件； (3)进行各种工艺试验； (4)确定施工方案； (5)编制施工组织； (6)核实工程量。

4.2.2 施工现场准备

(1)做好 “三通一平”； (2)做好交接桩和施工前期放样； (3)临时设施的施工及准备；

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(4)各种物资的准备(进料,储备等)； (5)人员进场培训以及设备进场。

4.2.3 施工测量

经理部成立精测组，负责洞外控制网及洞内精密导线的测设，贯通测量以及施工复测。项目队成立测量组，负责全部施工测量、施工放线、洞内精密导线点的保护，实行分级管理，落实测量分工负责制、测量复核制，加强施工中的测量仪器维修保养，保证测量仪器的完好。 4.2.3.1 洞外控制测量

洞外水准测量使用S1水准仪，采用三等水准测量，往返测高差不符值限差2.4n/2（n为两水准点间单程测站数）；相邻水准点高差之差的限差不大于3.0mm。

在隧道洞口布设三角网，保证洞口控制点不小于3个，洞口点到后视控制点的边长不小于300m。

采用GPS静态测量方法进行隧道GPS控制点的测量。外业观测前对GPS接收机按规程进行严格检查和编号，并编制卫星可见性预报表，按照GPS网B级精度进行观测。

采用GPS数据处理的最优软件SKI-PRO，获取高精度的地心坐标，平差前对各基线向量进行严格的筛选。采用严密的平差理论进行平差计算。平差使用统一的坐标和GPS广播星历基准数据。平差后最终坐标为本工程独立坐标系统。

洞外中线测量采用二等三角网测量。按《测规》二等三角网测量边长不小于600m，采用J1级全站仪，测量角中误差±1.0″，测回数为9个，各测回同一方向值互差小于6″，距离及竖直角应往返测量各2测回，距离每测回读数三次，测距限差为同一测回各项读数互差小于6mm，测回间读数较差7mm，往返测平距较差2mD（m为标称精度、D为测距），使用光电测距时，测边两端高差不宜大于按公式计算的值。边长相对中误差，最弱边不大于1/50000，起始边不大于1/100000，基线不大于1/200000。

横向贯通误差不大于50mm，高程贯通误差不大于50mm，横向中误差洞外不大于150mm，洞内不大于200mm，洞内洞外合计不大于250mm；高程中误差洞外不大于18mm，洞内不大于17mm，洞外、洞内合计不大于25mm。 4.2.3.2 洞内控制测量

洞内控制测量使用J2级全站仪，二等导线测量。导线布置形式为主副导线闭合环，每期测量的洞内导线根据角度闭合条件以供检核和评定测角精度，斜井的测设方法和精度与正洞相同，洞内直线段，测边长度不小于400m，曲线段不小于70m，同

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时两相邻边长不能相差太大。

正洞和斜井的水准控制测量使用S3级水准仪，控制等级为四级，以洞口的2个水准控制基点为基准，往返观测误差为±20L。每隔500m左右在洞内设水准控制基点，各洞内控制基点到洞口的水准控制基点的往返观测误差均不大于±20L，防止误差累积，以保证隧道贯通后的水平误差不超限。 4.2.3.3 洞内施工测量

洞内施工中线测量采用J2级全站仪依据洞口中线平面控制点向洞内引入，直线上每隔150m左右，曲线上每隔60～80m设1个正式中线测点（正式中线测点用混凝土包铁芯桩），由项目经理部测量工程师进行复核。在洞内设有导线控制点后，正式中线测点必须与导线控制联测并调整。

水平测量采用S3水准仪自洞口引入，每100m设1个临时水准点并在洞内有水准控制基点时联测并调整。在洞内各桩位两侧墙壁上必须将点编号，里程标注清楚，以利保护和使用。

施工中为缩短测量放线时间，在洞内设置激光准直仪。激光准直仪使用过程中经常进行测量复核，确保正确和准确。 4.2.3.4 竣工测量

竣工测量应进行中线测量、高程测量和横断面测量。中线测量时每50m设加桩，必要时可加密到20m一桩。高程竣工测量时，应在适当地方埋设稳固的水准点。横断面竣工测量内容包括：隧道以线路中线为准的实际净空的测量并绘制竣工图。

4.2.4 雨季施工准备

(1)施工项目安排：安排好雨季施工项目和进度,•做好雨季施工准备的技术措施以应付雨季来临时正常安全施工；

(2)施工场地：做好施工场地周围的防排水设施,•做好低洼地段的排水以及边坡的防护，保证安全。

(3)施工设备的防护：预备好雨季的防护材料，抽水设备，雨季的施工材料,对水泥钢筋等易受潮材料做好防护，搭设储物棚，做好雨季机电设备的防雨，防潮,•防电；同时要做好临时设施的防水。

4.2.5 主要施工机械、设备准备

根据本设计标段的施工方法确定各种施工机械、设备种类及数量如表4-1。

石家庄铁道大学毕业设计表4-1 主要施工机械、设备表

机械名称

机械型号/台数

机械名称

机械型号/台数

机械名称机械型号/台数

(钢筋加工设备) 钢筋调直切断机电焊机弯曲机

GT4－14/6 BX300/12 GW40/6

(开挖运输)

液压凿岩台车隧道挖掘装载机挖掘机

353E/6 ITC312H3/8 PC200/10 (喷锚支护)

超前水平地质钻机液压锚杆钻机

YG-300/2

(混凝土生产及衬砌) 混凝土自动计量搅拌站混凝土输送车仰拱栈桥混凝土振动器液压衬砌台车（正洞）液压衬砌台车（斜井）

JS750/5 PY5311GJ8/4

5m/12 ZX25-70/4 长度5m/5

（供电设备）变压器

S9－3150KVA

/13

300KW/10

MYT－140/4 长度5m/1 发电机

混凝土喷防水板铺

阿力瓦PM500PC /6

射机器人设台架湿喷机注浆泵砂浆搅拌机

TK961/3 GZB－YX/8

长度8m/7 (供风设备)

（其他设备）

20m3/min 空压机 LWJ20/8，/15 移动内燃

空压机

履带式推TY220，165KW 土机 /3 地质钻孔机洒水车

YX-2B/3 YGJ5170/2

双缸2*250/3 (通风设备)

VY－12/4

通风机单向射流风机

2DT－125，220KW/5

SDS100K/9

4.3 隧道施工总体方案

太行山隧道为我国最长的一座山岭隧道，除进出口外，均由斜井开辟工作面进入正洞施工，洞内施工作业面多，工序干扰大，作业环境差，工作强度高，持续时间长，且采用无轨运输，施工难度大，通风条件差，交通狭窄，工期紧。为安全优质、快速完成太行山隧道的施工任务，严格按照“爱护围岩、内实外美、重视环境、动态施工”的原则，投入大型开挖、装碴、支护、衬砌机械进行作业，全面提高隧道施工机械化

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作业程度；对砼、钢架、锚杆等实行工厂化作业；广泛应用全断面光面爆破技术实现大断面隧道快速施工；通过先进的监控量测手段对大断面软岩隧道的变形进行实时监制。施工中进行超前地质预报，采用先进的测量、探测技术取得围岩地质参数，通过数据分析和处理及时反馈信息，以指导隧道的安全施工。

本设计标段(太行山隧道DK69+255～DK74+160)的工程范围为新建石家庄至太原铁路客运专线重点工程，包括1#寺坪斜井(DK73+200.672=寺斜0+00，L=1093.18m)及太行山隧道DK69+255～DK74+160段正洞的施工、竣工和缺陷修复，长度4905双延米。包含了隧道通风、设备安装、无碴轨道等工程。

4.3.1 各区段施工方案

本设计标段所处地质环境条件、围岩性质复杂，在施工过程中应根据工程实际情况选择相应的施工方法，各种围岩性质的施工方案见表4-2。

表4-2 各种围岩性质施工方案

序号 1 2 3 4 5 6 7 8

各设计区段里程 DK69+255DK69+262.5 DK69+262.5~DK69+297.5 DK69+297.5~DK69+460 DK69+460~DK70+065 DK70+065~DK70+210 DK70+210~DK73+690 DK73+690~DK74+040 DK74+040~DK74+160

围岩性质 Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅴ

衬砌类型设置洞门缓冲结构单线Ⅳ级围岩复合

式衬砌单线Ⅲ级围岩复合

式衬砌单线Ⅱ级围岩复合

式衬砌单线Ⅲ级围岩复合

式衬砌单线Ⅱ级围岩复合

式衬砌单线Ⅲ级围岩复合

式衬砌单线Ⅴ级围岩加强下锚复合式衬砌

开挖方法衬砌长度(m) 明挖法台阶法全断面法全断面法全断面法全断面法全断面法短台阶法

7.5 35 162.5 605 145 3480 350 120

4.4 隧道施工

本隧道设计标段 (太行山隧道进口段，里程DK69+255~ DK74+160)的围岩级别分别Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ级围岩，但在区段DK69+262.5~DK69+297.5其岩性为Ⅲ级围岩，但是根据工程地质及水文条件等情况的影响在施工中要求施作成单线Ⅳ级围岩复合式衬砌，开挖方式的选择与Ⅲ级围岩开挖方式相同。根据设计要求和实际施工需要，采用不同的钻爆设计方案。对于Ⅴ级围岩采用超短台阶法开挖。一般地层采用光面爆破

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技术，水平地层采用预裂爆破技术。隧道开挖断面采用激光断面仪及时修正钻爆设计，严格控制超欠挖。

施工过程中根据不同的施工方法和围岩情况不断调整钻爆设计。总体实施掘进（钻爆、无轨运输出碴）、支护（管、锚、钢架、网、喷）、衬砌（拌、运、浇注、振捣）三条机械化作业线。隧道进口端和出口端Ⅴ级围岩采用台阶法施工，其中进口7.5m范围内采用明挖法施工。出碴进料采用无轨运输，ITC312挖掘装载机装碴，自卸汽车运输。

4.4.1 不良地质地段施工方案

在修建隧道及地下工程中，工程地质状况及水文地质情况是人们面临的首要对象。在一般情况下，隧道的修建速度和质量好坏取决于对地质情况的认识和掌握程度。

根据超前地质预报和施工地质工作获取的地质信息及斜井所揭示的工程地质、水文地质条件，建立预警机制，做好相应的防灾施工预案和技术措施，调整施工方案，确保施工顺利进行。

本设计标段不良地质区段主要位于太行山隧道里程DK74+040~DK74+160的Ⅴ级围岩，工程地质是断层破碎带及影响带，岩体极其破碎呈散体状结构，而且水文条件构造裂隙水情况比较明显。施工中采取小导管超前注浆和开挖后径向补注浆等形式，综合治理涌水及渗漏水，以确保施工安全、施工进度，并有效防止地表水的流失。 4.4.1.1 超前注浆小导管支护的材料及配比

本设计标度在超前注浆小导管支护的材料选用为水泥—水玻璃双浆液以控制注浆范围。注浆材料的配比应根据地层情况和胶凝时间要求，并通过试验定为：水灰比采用1：1，需缩短凝结时间时，可加入氯盐、三乙醇胺速凝剂。水玻璃浓度为400Be,水泥浆与水玻璃的体积比为1：0.3。 4.4.1.2 超前注浆小导管的布置和安装

(1)小导管安装前，对开挖面及距离开挖面5m范围内的坑道喷射5~10cm厚的混凝土封闭。

(2)小导管采用φ32mm的焊接管，长度为4m，前端尖锥形，前段管壁上每隔15cm交错钻眼，直径为7mm。

(3)钻孔直径为40cm，外插角控制在15°左右。

(4)导管插入后露出0.2m，用以连接注浆，并用塑胶泥封堵导管周围。

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4.4.1.3 小导管注浆的施工.

注浆顺序为先注无水孔，后注有水孔，从拱顶顺序往下进行.注浆压力控制在0.2-0.5MPa.当压力达到0.5MPa，停止注浆泵，等待几分钟后若压力下降，再继续注浆.这样反复几次，直到压力持续5min而不再下降时停止注浆.注浆完成后，立即关上小导管端头阀门，防止浆液外流.然后卸下注浆管.注浆过程中逐管记录注浆时间、注浆量、注浆压力、发生情况及处理过程。

本设计标段Ⅴ级围岩由于围岩性质不稳定，所以在隧道开挖施工前应采取超前注浆小导管措施来保证工程的安全性和稳定性，超前注浆小导管措施的横断面图和布置图见图4-1、4-2。

图4-1 超前注浆小导管的横断面

15°

图4-2 超前注浆小导管的布置图 4.4.2 全断面法施工

本设计标段全断面法开挖的断面所在围岩级别主要为Ⅱ、Ⅲ级围岩，该级别围岩情况良好故采用全断面钻爆法施工。此区段隧道具体施工方法为新奥法。

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4.4.2.1 全断面法开挖流程

Ⅱ、Ⅲ级围岩全断面法开挖流程见图4-3。

测量布线台车就位钻孔、装药爆破通风洒水、清危排险出渣初喷打锚杆、挂钢筋网、安装钢拱架监控量测复喷稳定性安全检查二次衬砌

图4-3 Ⅱ、Ⅲ级围岩全断面法开挖流程

4.4.3 台阶法施工

4.4.3.1 台阶法开挖工序和流程

太行山隧道本设计标段正洞Ⅴ级围岩开挖使用的是上下两台阶法开挖(短台阶)，使短台阶法用于本设计区段的开挖施工，由于台阶长度短的局限性，利用爆破将石渣翻至下台阶有较大难度，必须采用人工翻渣。上台阶高5.9m，当上台阶爆破开挖到约5m时开始做初期支护和加格栅钢拱架临时支撑，然后开挖下台阶，下台阶高度为5.41m，当下台阶爆破开挖完成后立即施做初支和临时支撑的格栅钢拱架，仰拱紧跟下台开挖工作面，早封闭成环，仰拱均采用仰拱栈桥一次完成。本标段中Ⅴ级围岩的仰拱开挖高度为0.7m，上下台阶开挖都是使用光面爆破，仰拱的开挖使用机械开挖。台阶法开挖完成后修筑二次衬砌的施工流程：①仰拱；②拱墙二衬；③仰拱填充及水沟电缆槽，Ⅴ级围岩台阶法爆破设计见本章4.5.3.2节(爆破设计施工)。Ⅴ级围岩两台阶法开挖的横断面、纵断面示意图见图4-4、开挖流程见图4-5。 127012500541590

图4-4 Ⅴ级围岩台阶法开挖横、纵断面示意图

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上台阶测量布线钻眼爆破通风洒水、清危排险初喷出渣打锚杆、挂钢筋网、安装钢拱架监控量测复喷下台阶开挖初期支护稳定性安全性检查二次衬砌

图4-5 Ⅴ级围岩台阶法开挖流程

4.4.4 正洞各级围岩主要开挖法步骤及施工方法

正洞各级围岩主要开挖法步骤及施工方法见表4-3。

表4-3 正洞各级围岩主要开挖法步骤及施工方法

围岩级别开挖方案

全断面开

Ⅱ、Ⅲ级

挖，光面爆破法

开挖图示

施工方法

1、台车钻孔，台车装药。检测开挖

面超欠挖及炮眼定位。

2、通风排烟后，Ⅱ级围岩拱部、Ⅲ

级围岩拱墙挂网初喷，拱部采用系统锚杆（采用HBC25N组合式锚杆），Ⅲ级边墙部位采用φ22砂浆

主要地质情况：本标段Ⅱ、Ⅲ级围岩主锚杆。

要为竹叶状灰岩、白云岩、页岩、泥质3、用隧道挖掘装载机装碴、汽车运条带灰岩。中厚层状、弱风化，节理裂输。

4、喷锚用湿喷。隙发育，岩体较完整，呈块状结构。

Ⅱ级围岩Ⅲ级围岩

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续表4-3 围岩级别开挖方案

开挖图示

施工方法

1、采用地质超前预报，探明掌子面地质情况。 11 2、采用上下台阶，短进尺法开挖，22台阶法开500 上部用风枪钻孔，下部用台车成孔。Ⅴ级围岩挖,光面控3、开挖前，采用小导管φ42超前制爆破法主要地质情况：断层破碎带及影响带，小导管注浆。

岩体极破碎，呈散体状结构，具溶蚀现4、上台阶用挖掘机扒碴，装载机装象，具弱～中等膨胀性，易坍塌冒落。碴，汽车运输。

4.4.5 明挖法施工

本设计标段在隧道进口处的明洞使用到了明挖法施工，但是明挖法施工不是本设计的重点，所以在此不作重点介绍。

4.5 爆破施工设计

4.5.1 爆破施工控制标准

爆破施工应与隧道开挖方法相适应，采取控制爆破的方法。注意对已浇筑二次衬砌、防排水管道进行有效的保护，尽量减少爆破振动的影响，加强通风排烟措施，创造良好的工作环境。

本隧道开挖采用光面爆破，爆破效果和质量好坏直接影响整个隧道的施工进度、安全和质量；爆破效果好，对控制隧道超欠挖，减少对围岩的扰动，提高炮孔利用率以及机械作业效率，节省支护费用和时间，加快工程进度，保证施工安全都十分重要。

4.5.2 爆破施工工艺

爆破施工的内容和要求：

(1)测量。测量是控制开挖轮廓精确度的关键。采用隧道断面激光测量仪进行断面和炮孔划线。每循环都由测量技术人员在掌子面标出开挖轮廓和炮孔位置。

(2)定位开眼。采用钻孔台车钻眼时，台车与隧道走线保持平行，台车就位后按炮眼布置图正确钻孔。对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它眼要高，开眼误差要控制在3～5cm以内。

(3)钻孔。钻工要熟悉炮眼布置图，要能熟练地操纵凿岩机械，特别是钻周边眼，一定要丰富经验。周边眼钻孔时应向外有一定的外插角度。

70541590石家庄铁道大学毕业设计

(4)装药。钻完孔后，用高压风吹孔，经检查合格后装药。装药分片分组负责，自上而下严格按爆破设计规定的装药量、雷管段号“对号入座”。爆破网路连接、检查及起爆，按照爆破设计要求和GB6722—2003《爆破安全规程》执行。

(5)堵塞所有装药的炮眼均堵塞炮泥，堵塞长度不小于40cm。

(6)瞎炮处理。发现瞎炮，应首先查明原因，如因孔内导爆管损坏或其本身存在问题造成瞎炮，则应参照《爆破安全规程》有关条款处理。

(7)爆破完成后，应对爆破效果进行检查，确定其是否满足要求。

4.5.3 各种施工方法的爆破设计

4.5.3.1 全断面法开挖的爆破设计

钻爆参数：初步计划每循环进尺3m，照此推算出月进尺130m，每月施工28d，采用两班循环作业，假设炮眼利用率为η=0.93，采用2号铵梯炸药，药卷直径为φ32，炮眼直径取φ42。(以Ⅱ级围岩为例，Ⅲ级将爆破参数稍作调整)

(1)计算导坑炮眼数N：

NqS1.179.14202.9个

0.550.78式中：开挖面积S=79.14m2；

装药系数τ=0.55;；铵梯炸药每米质量r=0.78；单位耗药量q=1.1kg/m3

实取N=203个。

(2)每循环炮眼深度：

每循环的计划进尺数：l=130÷28÷3=1.548m

Ll1.5481.67m 0.93实际取炮眼深度为2m，每循环进尺：l’=2³0.93=1.86m

故各种炮眼的深度如下：

L深2.2m；L浅1m；L余2m。

(3)炮眼间距和排距： ①掏槽眼

采用复式楔形掏槽，对于Ⅱ、Ⅲ级围岩由表可查得：最外层掏槽炮眼与开挖面之

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间的夹角分别为a=700~750, a=750~800。所以都取a=750。共布置10个掏槽眼，其中深掏槽眼6个，浅掏槽眼4个,个炮眼间距见图。

②周边眼

周边眼炮眼间距E=60cm，最小抵抗线W=80cm，所以光爆密集系数为0.75。

周边眼向外倾斜，眼底距开挖轮廓线为10cm。底眼间距适当增大为75cm。

隧道的周边总长度为l=33.06m，按隧道周边总长度和炮孔间距，可以计算周边眼个数为：

N周l55.1个 0.6实际取52个。 ③辅助眼

为了减少钻眼工作量，加快施工速度，辅助眼间距应适当加大，本隧道断面布置的辅助眼间距为85cm，共布置141个。

(4)单孔装药量及总装药量：

根据炸药供应及围岩情况，使用2号岩石铵梯炸药，其药卷直径为φ32，长度为200mm，每卷药卷为0.15kg。各种炮眼装药系数τ：

掏槽眼=0.60 辅助眼=0.50 周边眼=0.55

①浅掏槽眼：

单孔装药卷数=0.60³1.0÷0.2=3卷单孔装药量=3³0.15=0.45kg

②深掏槽眼：

单孔装药卷数=0.60³2.2÷0.2=6.6卷实取6.5卷

单孔装药量=6.5³0.15=0.975kg

③辅助眼：

单孔装药卷数=0.50³2.0÷0.2=5卷单孔装药量=5³0.15=0.75kg

④周边眼：

单孔装药卷数=0.55³2.0÷0.2=5.5卷单孔装药量=5.5³0.15=0.825kg

⑤每循环进尺的总装药量为：

Q(40.45)(60.975)(1410.75)(520.825)156.3kg

正洞在Ⅱ级围岩全断面开挖爆破参数见表4-4。

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表4-4 全断面爆破参数

炮孔名称浅掏槽眼深掏槽眼辅助眼周帮眼边顶眼眼底眼

孔深/m 1 3.2 3 3 3

孔数/个 4 6 141 39 13

装药系数 0.6 0.6 0.5 0.55 0.55

单孔装药量/kg

0.45 0.975 0.75 0.825 0.825

单孔装药卷数

3 6.5 5 5.5 5.5

(5)炮眼布置图见4-6。

60385285602w=809432313210085100752497024

说明：

1.图中尺寸均以cm计；

2.图中1代表掏槽眼，2代表辅助眼，3代表周边眼中的顶眼和帮眼，4代表底眼；

3.本设计适合太行山单线双洞隧道Ⅱ级围岩开挖全断面爆破措施，Ⅲ级围岩开挖爆破可按此作适当调整即可； 4本设计的起爆顺序：1-2-3-4.各种类炮眼由内向外逐步起爆。

图4-6 Ⅱ级围岩全断面爆破开挖炮眼布置图

4.5.3.2 台阶法开挖的爆破设计

钻爆参数：初步计划平均日进尺2.5m，照此推算出月进尺70m，每月施工28d，采用两班循环作业，假设炮眼利用率为η=0.93，采用2号铵梯炸药，药卷直径为φ32，其每米质量r=0.78kg/m,炮眼直径取φ42。(以Ⅴ级围岩为例)上下台阶相差3~5m取

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5m，最小抵抗线W=65cm。

(1)总装药量Q：

每掘进循环的计划进尺数：

l2.51.25m 2QqVqSl1.1115.51.25158.82kg

式中：开挖面积S=115.5m2；

断面周长B=38.53m；

单位耗药量q=1.1kg/m。

(2)上台阶总装药量Q上：

Ⅴ级围岩施工横断面开挖上台阶面积：S上=54.68m2

Q上qV上qS上l75.19kg

(3)上台阶各炮眼数目N上n及其装药量Q上n： ①上台阶周边眼数N上1及其装药量Q上1：

上台阶开挖断面周长为18.54m，底线长为11.8m，取周边眼炮眼间距E=50cm，周边眼深度为：

L1l1.34m

周边眼装药系数为τ1=0.4，所以：

18.54N上1138.08个

0.5实取N上139个。

Q上1N上11L116.31kg

②上台阶底眼底眼数N上2及装药量Q上2：

上台阶底眼间距取ɑ=45cm，深度L2=1.34,取1.5m，装药系数为τ2=0.4，所以：

11.8N上2125.2个

0.45实取N上2 =26个。

Q上2N上22L212.168kg

③上台阶掏槽眼数N上3和装药量Q上3：

掏槽眼采用4眼垂直楔形掏槽形式，掏槽眼N上3=4个，最外层掏槽炮眼与开挖

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面之间的夹角为a=750，上下两排掏槽眼之间的距离为ɑ=100cm，同一平面上两炮眼的眼底的距离为b=100cm。掏槽眼装药量系数取t3=0.50。掏槽眼应较周边眼深度加深0.2m，取:

L3(L10.2) 1.59m，0sin75实取L3=1.6m。则掏槽眼装药量，即：

Q上3N上33L32.48kg

④上台阶辅助眼数N上4和装药量Q上4：

Q上4Q上Q上1Q上2Q上344.232kg

辅助眼的装药系数为τ4=0.4，辅助眼深度和周边眼一样L4=1.34m，可得上台阶辅助眼的数目：

N上4Q上444.232105.79个

0.41.340.784L4实际取N上4=106个。辅助眼间距取a=85cm。

(4)下台阶总装药量Q下

Ⅴ级围岩施工横断面开挖下台阶面积：S下=48.67m2

Q下qV下qS下l1.148.671.2566.92kg

(5)下台阶各炮眼数目N下n及其装药量Q下n：

下台阶开挖面周长30.84m，底线长为10.16m，由于上台阶爆破后已经给下台阶的爆破提供了临空面，故不再设置掏槽眼。

①下台阶周边眼数目N下1及其装药量Q下1,取周边眼间距E=50cm，所以：

30.8410.16N下1142.36个

0.5实取N下1=43个。

Q下1N下11L1430.41.3423.05kg

②下台阶底眼数N下2及其装药量Q下2：

取底眼间距45cm，底眼深度L2=1.34m,取1.5m，装药系数为t2=0.40，所以：

10.16N下2121.58个

0.45实取N下2=22个。

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Q下2N下22L2220.41.50.7810.3kg

③下台阶辅助眼数N下4及其装药量Q下4：

Q下4Q下Q下1Q下233.57kg

N下4Q下433.5780.29个

4L40.41.340.78取N下4=81个。辅助眼间距取a=85cm。

(6)单孔装药量及总装药量

根据炸药供应及围岩情况，使用2号岩石铵梯炸药，其药卷直径为φ32，长度为200mm，每卷药卷为0.15kg。各种炮眼装药系数τ：

掏槽眼=0.50 辅助眼=0.40 周边眼=0.40

①4个掏槽眼：

单孔装药卷数=0.50³1.6÷0.2=4卷

单孔装药量=4³0.15=0.6kg

②82个周边眼(上台阶39个下台阶43个):

单孔装药卷数=0.40³1.34÷0.2=2.68卷，实取3卷

单孔装药量=3³0.15=0.45kg

③48个底眼(上台阶26个下台阶22个)：

单孔装药卷数=0.40³1.5÷0.2=3卷单孔装药量=3³0.15=0.45kg

④187个辅助眼(上台阶106个下台阶81个)：

单孔装药卷数=0.40³1.34÷0.2=2.68卷，实取3卷

单孔装药量=3³0.15=0.45kg

实际总装药量Q：

Q40.6820.45480.451870.45145.05kg

此值略小于按体积公式计算的总装药量，所以按此值进行装药。 Ⅴ级围岩段台阶法开挖爆破设计参数见表4-5。

石家庄铁道大学毕业设计表4-5 段台阶法爆破设计参数

台阶

炮孔名称掏槽眼周边眼底眼辅助眼周边眼底眼辅助眼

孔深/m 1.6 1.34 1.5 1.34 1.34 1.5 1.34

孔数/个 4 39 26 106 43 22 81

装药系数 0.5 0.4 0.4 0.4 0.4

单孔装药量/kg

0.6 0.45 0.45 0.45 0.45

单孔装药系数

4 3 3 3 3

上台阶

下台阶

(7) Ⅴ级围岩台阶法开挖炮眼布置见图4-7。

50325034853′502′2′2′852′854′4511804′2′2′3′8522100214528524w=6531131

说明：

1.图中尺寸均以cm计；

2.图中编号1代表上台阶掏槽眼，2代表上台阶辅助眼，3代表上台阶周边眼中的顶眼和帮眼，4代表上台阶底眼，2’代表下台阶辅助眼，3’代表下台阶周边眼，4’下台阶底眼；

3.本设计适合太行山单线双洞隧道Ⅱ级围岩开挖全断面爆破措施，Ⅲ级围岩开挖爆破可按此作适当调整即可； 4本设计的起爆顺序：1 - 2 - 3 - 4- 2’-3’-4’，各类炮眼由内向外逐步起爆。

图4-7 Ⅴ级围岩台阶法爆破开挖炮眼布置图

4.5.3.3 爆破的装药及连线

本隧道设计标段的爆破网路连接方式采用并簇接法，即把各炮眼分成几个区域，将各区域导爆管并为一簇联到一根导爆管上，由一发火雷管起爆。装药方式采用不耦合装药，具体情况见图4-8。

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图4-8 不耦合反向空气间隔装药

4.6 初期支护

本设计标段隧道(太行山隧道DK69+255~DK74+160)正洞分左右线，围岩主要有Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ级围岩。在单线隧道中，Ⅱ级围岩7685m，Ⅲ级围岩700m，Ⅴ级围岩120m。其中：

①采取Ⅱ级围岩复合式衬砌支护的为7685m； ②采取Ⅲ级围岩复合式衬砌支护的为665m； ③采取Ⅳ级围岩复合式衬砌支护的为35m； ④采取Ⅴ级围岩加强复合式衬砌支护的为120m。

太行山隧道本标设计段各级围岩正洞初期支护的具体支护技术参数详见表4-6。

表4-6 隧道复合衬砌支护参数表

项目

类

型长度间距

初期支护

钢筋网喷射砼格栅

直径间距厚度纵距

单位 cm cm cm mm cm cm cm

Ⅱ 拱部 HCB25 250 150³150 纵环向 Ф8³Ф8 20³20 5

Ⅲ 拱部

边墙

拱部

Ⅳ

边墙 Ф22 300

Ⅴ(加强) 拱部、边墙 HCB25 400 100×75 纵环向 Ф8³Ф8 15×15 25 75

HCB25 Ф22 HCB25 250

250

300

系统

锚杆

150³150 纵环向 Ф8³Ф8 20³20 10

120³120 纵环向 Ф8³Ф8 20×20 15 120

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各级围岩衬砌支护施工步序见表4-6、4-8、4-19、4-10。

表4-7 正洞Ⅱ级围岩复合式衬砌支护施工工序表

序号

工序图

工序说明

1 1、全断面开挖；

2、用砼喷射机器人初喷C25

混凝土；

3、拱部局部打设HCB25N

组合式中空注浆锚杆，锚杆长2.5m，纵环向间距1.5³1.5m，梅花状布置； 4、拱部挂网，钢筋网直径采用纵环向Ф8³Ф8mm，网格

间距20³20cm；

5、复喷C25混凝土至设计厚

度5cm。

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表4-8 正洞Ⅲ级围岩复合式衬砌支护施工工序表

序号

工序图

工序说明

1 1、全断面开挖；

2、用砼喷射机器人初喷

C25混凝土；

3、打设HCB25N组合式中空注浆锚杆（拱部）和φ22

砂浆锚杆（边墙），锚杆长2.5m，纵环向间距1.5³1.5m，梅花状布置； 4、拱墙挂网。钢筋网直径采用纵环向Ф8³Ф8mm，网格间距20³20cm；

5、复喷C25混凝土至设计

厚度10cm。

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表4-9 正洞Ⅳ级围岩下锚复合式衬砌支护施工工序表

序号

工序图

工序说明

1 1、全断面开挖；

2、用砼喷射机器人初喷

C25混凝土；

3、打设HCB25N组合式中空注浆锚杆（拱部）和φ22砂浆锚杆（边墙），锚杆长3m，纵环向间距1.2m，梅花状布置； 4、拱墙挂网。钢筋网直径采用纵环向Ф8³Ф8mm，网格间距20³

20cm；

5、钢格栅架立；

6、复喷C25混凝土至设

计厚度15cm。

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表4-10 正洞Ⅴ级围岩加强下锚复合式衬砌支护施工工序表

序号

工序图

工序说明

1、超前支护施工（断层

所在Ⅴ级围岩采用超前

小导管)；

2、上台阶土方1部开

挖；

3、用砼喷射机器人初喷

C25混凝土； 4、打设HCB25N组合式中空注浆锚杆，锚杆长4.0m，纵环向间距1.0

³0.75m，，梅花状布置；

5、钢筋网挂设，钢筋网直径采用纵环向Ф8³Ф8mm，网格间距15³

15cm；

6、钢格栅架立及临时仰

拱；

7、复喷C25混凝土至设

计厚度25cm；

8、短台阶开挖土方2

部；

253

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续表4-10 序号

工序图

工序说明

9、用砼喷射机器人初喷

C25混凝土； 10、打设HCB25N组合式中空注浆锚杆，锚杆长4.0m，纵环向间距1.0

³0.75m，梅花状布置；

11、钢筋网挂设，钢筋网直径采用纵环向Ф8³Ф8mm，网格间距1.5

³1.5m； 12、钢格栅架立； 13、复喷C25混凝土至设计厚度25cm；

14、施工仰拱； 15、拆除临时仰拱。

4.6.1 初期支护中锚杆的使用

4.6.1.1 HCB25N组合式中空注浆锚杆施工(拱部)

HCB25N组合式中空注浆锚杆采用锚杆台车钻孔，成孔后彻底清孔，将安装有锚头的组合式锚杆杆体直接插到孔底，在杆体尾部安设垫板，上紧螺帽，使垫板压紧岩面，然后连接注浆管，用注浆泵通过尾部向孔内注浆，浆液采用水泥砂浆，注浆顺序应自下而上逐根进行。注浆前将止浆塞塞入钻孔，用速凝水泥封孔，防止浆液泄露。HCB25N组合式中空注浆锚杆见图4-9。

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图4-9 HCB25N组合式中空注浆锚杆图

4.6.1.2 砂浆锚杆施工(边墙)

钻孔采用风钻钻眼，孔眼方向垂直于岩面，钻孔直径至少应大于锚杆直径15mm。安装砂浆锚杆时，应根据设计要求截取杆体并整直和除锈，在杆体外露端加工成螺纹，以便安装螺母，在杆体每隔1m设隔离件，以使杆体在孔内居中，保证有足够的保护层。

砂浆锚杆作业程序是：先注浆，后放锚杆。锚杆孔中必须注满砂浆，发现不满时需拔出锚杆重新注浆。

使用掺速凝剂砂浆时，一次拌制砂浆数量不应多于3个孔，以免时间过长，使砂浆在泵、管中凝结。

最后抽样进行锚杆抗拔力试验。施工中应该注意的是：在锚杆端头应安装垫板，垫板必须用螺帽紧固在岩面上，增强锚杆与喷砼的综合支护作用。砂浆锚杆如图4-10。

图4-10 砂浆锚杆图

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4.6.1.3 锚杆的施工

本标段正洞锚杆主要有HCB25N组合式中空注浆锚杆、φ22砂浆锚杆。其中： (1)Ⅱ、Ⅲ级围岩衬砌拱部的HCB25N组合式中空注浆锚杆，长度为2.5m，环纵向间距均为1.5³1.5m，梅花状布置；

(2)Ⅲ级围岩衬砌墙体的φ22砂浆锚杆，长度为2.5m，环纵向间距均为1.5³1.5m，梅花状布置；

(3)Ⅳ级围岩衬砌拱部的HCB25N组合式中空注浆锚杆，长度为3.0m，环纵向间距均为1.2m，梅花状布置，墙体的φ22砂浆锚杆长度为3m，环纵向间距均为1³1m，梅花状布置；

(4)Ⅴ级围岩衬砌(加强下锚复合式衬砌)的拱顶和拱墙均采用HCB25N组合式中空注浆锚杆，长度为4.0m，环纵向间距为1.0³0.75m，梅花状布置。

锚杆施工，均是在出碴完成后接着进行，与钢筋网的挂设、钢支撑的安装(Ⅳ、Ⅴ级围岩)进行立体交叉同步作业。

施作结构锚杆，锚杆为全长粘结型，杆体为HCB25N组合式中空注浆锚杆，长度为4.0mm，间距1.0³0.75m，梅花形布置，径向施作。(以Ⅴ级围岩断面开挖为例，其余见附录B：设计图纸)。

Ⅴ级围岩断面开挖锚杆布置如图4-11。

1001007575

说明：图中尺寸均以cm计；

图4-11 Ⅴ级围加强下锚复合式衬砌锚杆布置图

Ⅴ级围岩断面开挖锚杆布置横断面如图4-12：锚杆施工的主要工程数量以及其余各级围岩衬砌的锚杆布置图见附录B：设计图纸。

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图4.6-4 Ⅴ级围加强下锚复合式径向锚杆示意图

4.6.2 挂钢筋网

钢筋网应在初喷砼后再安装，钢筋网应与锚杆连接牢固，且钢筋保护层厚度不得小于2㎝；钢筋网应随受喷面的起伏铺设，与受喷面的间隙一般不大于3㎝，与锚杆或其他固定装置连接牢固；开始喷射时，应减少喷头至受喷面的距离，并调整喷射角度，钢筋保护层厚度不得小于4㎝。

钢筋网在洞外进行加工，网片大小以方便安装为原则，在洞内由人工进行网片拼装。钢筋网按受喷面起伏铺设，安装时用电焊点焊固定在钢架及锚杆外露头上，以防喷射砼时晃动。钢筋网与受喷面的间隙以3cm左右为宜，混凝土保护层大于2cm。网片间搭接长度不小于20cm。

本设计标段的钢筋网Ⅳ级围岩复合式衬砌和Ⅴ级围岩加强式复合式衬砌地段的初期支护时设置。各级围岩初期支护使用的钢筋网材料是HPB235级钢，钢筋网施工的主要工程数量见附录B：设计图纸。其中：

(1)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩衬砌初期支护挂设钢筋网型号是直径是纵环向Ф8³Ф8mm，间距是20mm³20mm；

(2)Ⅴ级围岩初支挂设钢筋网型号是直径是纵环向Ф8³Ф8mm，间距是15mm³15mm，钢筋网布置示意图如图4-13、4-14。

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202020151515202020

151515

图4-13 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩挂设钢筋网型号图4-14 Ⅴ级围岩挂设钢筋网型号

4.6.3 格栅钢架

本设计标段在里程DK69+262.5~DK69+297.5施作单线Ⅳ级复合式衬砌和里程DK74+040~DK74+160施作单线V级加强复合式衬砌时，由于围岩性质不稳定，为保证施工安全而使用到了格栅钢拱架。

钢拱架的施工：钢架在洞外的加工厂内进行加工，加工前先按1∶1的比例进行放样，确定主要杆件下料尺寸。格栅钢架利用定位胎架焊接成型，工字钢架因截面刚度大，利用冷弯台座逐榀弯制胎型，而后焊接接头钢板并进行试拼，经检查加工拱度满足要求后存放于构件场备用。钢拱架断面图和钢拱架钢材的组合示意图见图4-15、4-16。

4001008515010065150

图4-15 格栅钢拱架断面图

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图4-16 格栅钢拱架组合示意图

初喷混凝土厚度达4cm后架立，采用台阶法施工的地段，为减少初支下沉量，在钢架拱脚处设置两根锁脚锚杆，同时将钢架底角处浮渣清除干净，并在其底部设型钢垫板，以增大受力面积，减少下沉量。为保证钢架置于稳固的地基上，应在钢架基脚部位预留0.15～0.20m原地基，架立时挖槽就位。格栅钢架安装工艺流程见图4-17。

钢架单元放样施工准备钢架单元加工测量放样接头板加工分部安设钢架单元并用接头板连接否检查是否与初喷砼密贴加砼垫块或钢板纵向连接钢筋将钢架连成整体下道工序

图4-17 格栅钢架安装工艺流程

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4.6.4 喷射混凝土

太行山隧道本标段各级围岩衬砌初期支护喷射混凝土的喷射方式采用湿喷法施工，具体工程数量见附录B：设计图纸。湿喷法喷射砼工艺流程见图4-18。

本设计标段设有格栅钢架喷混凝土应符合下列要求：钢架与围岩之间的间隙用喷射混凝土充填密实。喷射顺序，从下向上对称进行，先喷射钢架与围岩之间空隙，后喷射钢架之间混凝土。钢架需全部被喷射混凝土所覆盖，保护层厚度不得小于4cm。

喷射混凝土的要求：喷射砼分初喷、复喷两次达到设计厚度。湿喷砼要求初喷厚度控制在6cm以上，复喷砼时即应达到设计厚度要求，Ⅱ级围岩喷射砼衬砌可一次喷至设计8cm厚度。

喷射砼分段、分片自下而上顺序进行，每段长度不超过6m，喷砼前先清理喷射面，使用高压风、水冲洗岩面，发现松动的石块等及时清除，然后采用湿喷机进行喷射砼作业，喷射时，喷嘴正对受喷面作均匀顺时针方向螺旋转动，螺旋直径20～30cm，以使砼喷射密实。喷嘴与受喷面尽量保持垂直，同时与受喷面保持一定的距离，其距离取0.8～1.0m为好。后一层喷射在前层砼终凝后进行，新喷射的砼按规定洒水养护。

图4-18 喷射砼工艺流程

喷射混凝土配合比：可按经验选择后通过试验确定采用灰骨比为1：5；骨料含砂率60%；水灰比0.5。喷第一层时，水泥：砂：石＝1：2：2，以利于混凝土与岩面的粘结和减少回弹。

水泥选用普通硅酸盐水泥的标号为32.5级，细骨料采用坚硬的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5，含水率控制在6％。

粗骨料采用坚固耐久的碎石或卵石，粒径不宜大于15mm。速凝剂掺量为水泥用量的4％。

喷射混凝土前对喷射面进行净空检查，先复核中线及高程，用激光断面检测仪或坐标法检查开挖断面，认真做好记录。

喷射作业面检查合格后，对岩面进行清洗，采用高压风吹净岩面灰尘，在已清净

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的岩面上，按要求埋设标志，用于量测喷射混凝土厚度，然后方可进行混凝土喷射作业。

喷射砼分初喷和复喷二次进行。初喷在开挖完成后立即进行，以尽早封闭围岩，防止表层风化剥落。复喷砼在锚杆、挂网和钢架安装后进行，尽快形成喷锚支护整体受力，以抑制围岩变形。

喷头与受喷面的距离：喷头距离岩面为1.5～2.0m时较适宜。

喷射角度：喷头应保持与受喷面垂直，若受喷面被格栅、钢筋网覆盖时，可将喷头稍加偏斜，但不宜小于70°，如果喷头与受喷面的角度太小时，会形成混凝土物料在工作面上滚动，产生凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响喷射混凝土的质量。

喷头运动方式：喷头应作连续不断的圆周运动，并形成螺旋状运动，后一圈压前一圈三分之一。喷射路线应自上而下，呈“S”形运动，隧道内的喷混凝土应先边墙后拱部。

喷射厚度：喷射边墙时一次喷厚可达10cm以上，拱部一次喷射厚度可达7cm。喷射地段有漏、滴、渗水现象时，及时采取堵、截、排等手段进行处理，使喷射面无淋水、滴水现象，保证混凝土与岩面的粘结。

混凝土终凝后2h立即开始洒水养护，养护日期不小于14d，洒水次数以能保持混凝土充分湿润为度。

4.7 隧道的防、排水设施施工

本设计标段的隧道在里程DK74+040~DK74+160洞身位于Ⅴ级围岩断裂破碎带，地下水较大，采用防、排、截、堵相结合的措施。在裂隙水较发育及水文环境严格要求的地段，防排水采用以堵为主，限量排放的原则，达到防水可靠、经济合理的目的。本隧道的防水等级为一级。具体要求和措施如下：

(1)防水层要具有一定的抗穿强度，并具有良好的耐久性、耐腐蚀性、耐菌性、湿热老化性等。对环境无污染，防火性能好，保证施工人员安全，无毒无异味；

(2)防水层采用“土工布+防水板”形式； (3)土工布采用400g/m2，防水板采用ECB。二次衬砌砼采用防水砼，抗渗等级不低于P8。

隧道初期支护与二衬之间采用铺设柔性防水层，防水层采用ECB防水板加土工布缓冲层，防水层一般地段铺设厚度1.2mm，富水地段铺设厚度1.5mm，土工布重量不小于350kg/m2。

隧道初期支护与二衬间环向设50mm软式透水管盲沟，边墙墙脚设80mm软式透水管，与环向盲沟连通。

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二衬施工缝采用中埋式橡胶止水带，每10米一道。变形缝在地层显著变化处、断面明显变化处设置，采用背贴式橡胶止水带加中埋式钢边橡胶止水带。

4.7.1 防水设施

4.7.1.1 ECB防水板铺设

为保证防水施工质量与施工效果，本隧道设计标段采用无钉方案，板间接缝采用防水板专用热合机焊接。

利用平台车按设计要求铺设复合防水板，其施工程序为：喷砼基面处理→电钻钻孔→埋设塑料胀管→复合防水板展开→防水板背后系绳与塑料胀管系紧→防水板铺平→防水板间焊接。其施工方法及技术要求为：

(1)测量隧道断面，利用作业台车对断面进行修整，首先应凿除喷射混凝土表面“葡萄状”结块，割掉外露的锚杆头和钢筋头，采用1：2.5的水泥砂浆抹平明显坑洼，其平整度要达到边墙：D/L=1/6，拱部：D/L=1/8。（L:喷射混凝土相邻两凸面间的距离；D：喷射混凝土相邻两凸面间凹进去的深度。）在初期支护面上标出拱顶中线和垂直于隧道轴线的断面线。检查防水板的质量，保证无老化、波纹、刀痕、撕裂、空洞等缺陷，在防水板边沿划出焊接线和拱顶分中线。

(2)在初期支护表面使用电钻钻孔埋设塑料胀管，复合防水板背后系绳要与胀管系紧。防水板严禁采用射钉枪固定，确保防水板性能不受损害。点间防水板不得绷紧，以保证二次模注砼衬砌时板面与喷砼面紧贴。为保证便两幅防水板之间的洞内焊接质量，接缝处喷砼面应事先整理平顺，使防水板在平整的基面上进行铺贴。

(3)防水板间接缝焊接是否严密，关系到防水的可靠性，采用热合机进行双焊缝焊接，搭接长度大于10cm。无防布防水板的铺设要松紧适度，使之能紧贴在喷射混凝土表面上，不致因过紧被撕裂；过松，无纺布防水板褶皱堆积形成人为蓄水点。

(4)焊缝完成后，采用空气检测器检测防水板焊接质量。先堵住空气道的一端，然后用空气检测器从另一端打气加压，直到压力达到0.1～0.5MPa并稳压2min，说明完全粘合。否则，须用检测液找出漏气部位，用电热压焊器修补后再次检测，直至达到完全粘合。钢筋绑扎时（V级围岩）要对防水层进行防护，所有靠防水板一侧钢筋弯钩及绑扎铁丝接口应设在背离防水板一侧。焊接钢筋时必须在此周围设防火板进行摭挡，以免电火花烧坏防水层。混凝土振捣时不能触碰到防水板。无钉铺设防水板示意图见4-19图，防水板施工工艺流程见4-20图。

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图4-19 无钉铺设防水板示意图

防水板质量检查、拼接成幅准备工作固定土工布防水板的铺设用热焊机将防水板焊接在垫圈上台架就位，切除外露钉头、砂浆，找平补强焊接防水板搭缝质量检查移走吊挂台车结束

图4-20 防水板施工工艺流程

4.7.1.2 施工缝止水带安装

施工缝是防水的薄弱环节，因此必须按规范规定和设计要求认真施作。太行山隧道本设计标段衬砌根据设计在施工缝中设置止水带，施工主要特点如下：

止水带在安装时以及在混凝土浇捣作业过程中，应注意止水带与止水条的保护，不得被钢筋、石子和钉子刺破，如发现有被刺破、割裂现象，必须及时修补。

在浇筑混凝土过程中，应防止止水带偏移。加强混凝土振捣，排除止水带底部气泡和空隙，使止水带和混凝土紧密结合。施工缝中埋式止水带示意图见图4-21。

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图4-21 施工缝中埋式止水带示意图

4.7.1.3 防水混凝土

太行山隧道本设计标段的防水混凝土的使用为：初喷和复喷使用的混凝土都是C25混凝土。

4.7.2 排水设施

4.7.2.1 纵环向排水盲管布设

盲管排水系统由纵环向盲管和“Ｔ型接头”组成。纵向排水盲管沿纵向布设于左、右墙角水沟底上方，为φ80透水管；环向排水盲管为φ50透水管，沿隧洞环向布设。

(1)纵向排水盲管安设：按设计位置在边墙底部测放盲管设置线，沿线钻孔，打入膨胀螺栓，安设纵向盲管，用卡子卡住盲管，固定在膨胀螺栓上。

(2)环向排水盲管安设：先在喷射混凝土面上定位划线，线位布设原则上按设计进行，但根据洞壁实际渗水情况作适当调整，尽可能通过喷射层面的低凹处和有出水点的地方。集中出水点处沿水源方向钻孔，然后将单根引水盲管插入其中，并用速凝砂浆将周围封堵，以便地下水从管中集中流出。环向排水盲管安装示意图见图4-22。

膨胀螺栓环向泄水盲管图4-22 环向排水盲管安装示意图64 石家庄铁道大学毕业设计

4.8 洞身衬砌

衬砌作为隧道的永久支护，对其施工的质量必须严格按规范要求控制。衬砌砼表面作为隧道施工后唯一外露部分，其表面的质量情况，直接体现隧道的美观程度，因此对衬砌砼表面要求必须有高质量、高标准。本设计标段的太行山隧道各级围岩的衬砌参数见表4-11。

表4-11 隧道复合衬砌参数表

洞室类型

二次衬砌

围岩级别

二衬方案

位置仰拱

Ⅱ

Ⅱ级围岩复合式衬

砌方案

拱墙底板仰拱

Ⅲ

Ⅲ级围岩复合式衬

砌方案

拱墙仰拱回填仰拱

Ⅲ

Ⅳ级围岩复合式衬

砌方案

拱墙仰拱回填仰拱

Ⅴ

Ⅴ级围岩加强复合式衬砌方案

拱墙仰拱回填

强度 / C25 C30 C25 C25 C20 C30 C25 C25 C30 C30 C25

防水钢筋砼防水钢筋砼

防水钢筋砼防水钢筋砼类别 / 防水砼钢筋砼防水砼防水砼

厚度（cm） / 30 30 35 35

4 2 预留形量 (cm)

35 35

正洞

45 45

4.8.1 施工方法

本设计标段洞身衬砌的施工是采用模板液压衬砌台车、泵送砼施工，每环衬砌长度5m。衬砌根据监控量测结果及时进行。

仰拱紧跟下台开挖工作面，早封闭成环，仰拱均采用仰拱栈桥一次完成。填充安排在仰拱砼强度达到70%以上之后采用仰拱栈桥一次完成，灌注砼前架好

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水沟侧的边模。

附属洞室随边墙砼一次灌注，填充顶面以上的沟槽考虑到运输车辆所需的宽度，安排在整体道床施工之后再进行施工。混凝土二次衬砌施工工艺框图见图4-23。

监控量测确定施作清理基底基底加固净空检测中砂台车就位标高测量控制

基仓清理止水条碎石水水泥外加剂面板整修涂脱模剂预埋含水量测施工配合台车加固输送管道安装挡头板安装砼拌和楼砼坍落试件制试件试砼运输砼入泵砼浇注拆模养护

图4-23 混凝土二次衬砌施工工艺流程图

4.8.2 仰拱施工

(1)仰拱清碴

仰拱混凝土施工采用分段间隔作业方法。一次施工5m。利用前方掌子面非出碴时段对仰拱施工段进行清碴。清碴采用人工配合挖掘机，沃尔沃运碴。等前方掌子面开始出碴时架设长5m的仰拱施工栈桥，栈桥下的残碴由人工清除，做到仰拱施工与

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掌子面出碴运输同步进行。

灌注仰拱前，把基底的虚碴、杂物及淤泥清除干净，排除积水，并拦截前方来水，用水泵将前方来水排入后方积水坑内。

(2)钢筋加工与绑扎

仰拱清碴完成，经检查合格后绑扎钢筋（对钢筋混凝土仰拱），钢筋由预制场加工弯制，用汽车运到施工地段，人工进行绑扎。

(3)模板施工

仰拱铺底端头模板，按端头截面形状，采用定型拼装钢模。为便于平台下安装，模板分成2块，用螺栓连接，安装时通过背后支撑定位。预留侧沟的模板采用木模，以便于制作和支立。

(4)凝土灌筑

混凝土由砼输送车运输，利用滑槽直接入仓。仰拱灌筑宜采用低塑性混凝土，由仰拱中心向两侧扩展至拱座。拱座部位要预埋连接筋。仰拱采用插入式振捣器捣固密实。混凝土强度达到2.5Mpa以上方可拆除模，进入下一段施工。

仰拱在仰拱栈桥的辅助下由中心向两侧对称进行，仰拱与边墙衔接处预埋接岔钢筋并捣固密实。仰拱衬砌示意图见图4-24。

44046046044060152601521601602765606060 图4-24 仰拱衬砌示意图

4.8.3 拱墙衬砌施工

二次衬砌施工前应对边墙基底水平施工缝进行处理(100%凿毛后，表层清理干净，润湿，铺垫二衬同标号砂浆)。

二次衬砌施工工艺流程如：测量放线→防水层作业台架就位→净空检查→铺设防水板→钢筋制安→模板台车就位→涂刷脱剂→调整并锁定→安装止水条及端模→混凝土入模→振捣→养生→脱模→养生。

洞身衬砌施工采用全断面液压钢模衬砌台车，混凝土在洞外混凝土拌合站拌合，混凝土搅拌运输车运往洞内，混凝土输送泵灌注，机械振捣。混凝土自模板窗口由输

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送泵左右对称同时灌注。

在混凝土浇筑过程中，观察模板、支架、钢筋、预埋件和预留孔洞的情况，当发现有变形、移位时，及时采取措施进行处理，混凝土灌筑作业间断时间不得超过两个小时，否则按接缝处理，设置接茬企口或安设止水条（带）。模板台车作业循环时间表见表4-12。

表4-12 模板台车作业循环时间表

序号

项目

台车脱离模板后，后退到前循环处脱模，

台架带动模板和浮放轨前进1循环，防水层作业台架前行1循环，衬砌台架前行准

备拆上循环端模利用衬砌台架拆上循环端模，台架定位，

安装端模，两组模板连接

砼生产砼灌注砼等强

一个循环时间总计12小时

附注

1 2小时

在上循环砼等强时间内完

成

2 3 4 5

2小时 3小时 3小时 7小时

与上工序重叠1小时与砼生产重叠2小时

4.8.4 水沟、电缆槽施工

水沟、电缆沟施工时间在二次衬砌形成分区段之后，与衬砌平行作业。水沟、电缆沟盖板在现场预制厂集中进行预制，预制时严格控制盖板的几何尺寸，采用细粒径的混凝土，混凝土要求匀质、密实、和易性好，盖板表面平整、无凹凸现象，盖板四角棱角分明，无缺棱掉角。

水沟、电缆槽采用整体定型模板，一次浇注成型，其施工要点是控制好模板的中线、水平，并要求模板支撑牢固，防止浇捣时模板位移和上浮。

4.9 施工通风、降尘

4.9.1 施工通风

太行山隧道施工通风主要按长管路压入式通风，利用风管对单独掘进工作面供风，根据两条单线施工阶段，调整通风方案，利用贯通斜井，减少废气排放阻力，改善通风环境。

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4.9.1.1 施工通风设计

(1)施工通风计算原则

钻爆法施工正洞所需风量应按洞内要求最小风速、洞内人员需风量、一次爆破后30min排除掌子面炮烟所需的风量计算，取其中的最大值为设计风量。

(2)风量计算

①据洞内同时作业的最多人数计算:采用公式：

Q1=qmk(m3/min) 式中：q-洞内每人每分钟所需新鲜空气

m-洞内同时工作的最多人数 k-风量备用系数

取同一时间在隧道内作业人数的最大值计算，取最大值等于60人，按供给新鲜空气量3m3/人²min计，取风量备用系数为1.2计。所需的新鲜空气量为：

Q1＝3³60³1.2＝216(m3/min)

②按洞内同一时间爆破使用的最大炸药量计算,采用压入式通风计算：

7.83Q2AS2L2(m3/min)

t式中：t-通风时间取30min

A-同一时间起爆总药量(=1563kg) L-压风管口至工作面距离，取30m

S-洞室面积(=79.14mm2)

7.83Q2156379.142302537(m3/min)

30③按洞内允许最小风速计算:采用公式：

Q3=60VS（m3/min）式中：V-洞内最小允许风速60m/s

S-洞室面积

主洞最小允许风速为0.15m/s

主洞最大面积按115.5m2：

Q3=60³0.15³11.5=1039.5(m3/min） ④按洞内同时使用内燃机械计算的供风量:

Q4=niA 式中：ni：使用内燃机作业总功率(kW)

A：每千瓦功率需要供风量为2.8～3.0 m3/min，按3 (m3/min)取洞内内燃机车控制风量：

Q4= (155+243³2³0.5)³3＝1194 (m3/min)

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取上述四种计算中的最大值为通风设计量,即工作面所需风量应大于1194m3/min。

(3)计算扇风机风量

Q遂 =P²Q P=(1-β)-L/100

式中：P-漏风修整系数

β-百米漏风率，PVC增强维纶布风管百米漏风率正常情况下为1.0％

L-通风管长度，取最大4400m。

P=(1-0.01)-4400/100=1.56

Q隧＝PQ＝1.56³1154＝1800 m3/min (4)风压计算

风压计算结果见表4-13。

4-13 风压的计算式及结果

计算式

动压

H动=(ρ/2) ³v2

参数 ρ空气密度 v末端管口风速

H动动压 а管道摩擦系数

摩擦阻力

H摩=2.5³а³L³Q³

9.81/d5

数值 1.16kg/m3 7.9m/s 36Pa 0.00013 2000m 30m3/s 1.2m 3321Pa 332Pa 3689Pa

L通风距离 Q风量 d风管直径 H摩摩擦阻力 H摩=3321Pa

H摩=3321PaH动=36Pa H局=332Pa

局部阻力系统风压

H局=0.1³ H摩 H= H摩+H动+ H局

太行山隧道根据其地质环境因素，在隧道施工过程中才用的通风方式为压入式机械通风，各级围岩隧道施工所用使用的压入式机械通风机械见表4-1(机械设备表)。

4.9.2 施工降尘、防尘

4.9.2.1 压气水幕降尘

在距工作面40m距离处设置3道水幕，压气水幕降尘器设置在边拱上，爆破10min前打开水幕开关，爆破后30min关闭。同时，在出碴前和出碴过程中用高压水雾对碴堆进行分层洒水，保持石碴湿润，减少装碴过程扬起的粉尘，形成湿式作业。

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4.9.2.2 机械净化

洞内除采用低排放、低污染源运输车辆外，还加强机械的维修保养。按照设备日常保养和定期维修规定，特别对进气、燃油部分进行强化保养，坚持燃油沉淀过滤制度。在柴油中加入少量添加剂，降低CO和其它有害气体的排放量。 4.9.3.3 洞内防尘措施

洞内防尘的基本原则采用湿式凿岩与湿喷砼和个人防护相结合。

出碴防尘：水洗岩帮：放炮后出碴前，用水枪在掘进工作面自里向外逐步洗刷顶板及两帮。水枪距工作面15～20m处，水压一般为0.3～0.5MPa。装碴洒水：在装碴前及装碴时，向碴堆不断洒水，直到石碴湿透。对干燥的石碴，其洒水量可取4～8L/m3；如果石碴湿度大，可以少洒水或不洒水。

喷砼防尘：采用湿喷工艺，参加粘稠剂、速凝剂等外加剂，也可加入合成纤维降低回弹率。严格按照喷射砼操作规范控制风压，一般控制在0.15Mpa以内。在喷射砼工作面设局部风机和集尘仪。

个人防护：掘进、装碴及其他辅助作业工人佩带防尘口罩。喷射砼工作人员佩带附有净化器和呼吸器的防尘安全帽。

4.10 施工辅助设施（供风、水、电）

4.10.1 施工供风

本设计标段隧道采用斜井洞口风站集中供风，洞口风站配备6台20m3/min电动空压机，风管采用Φ200mm的焊接钢管。以本设计标段的Ⅴ级围岩隧道正洞为例。其他各级围岩隧道正洞以此作为参考，稍做调整即可。

4.10.2 施工供水

自水井安装抽水泵站，铺设临时给水干管路，管径Φ100mm。为了保证供水压力（不小于0.3MPa），在工地设高山水池，水池容积不小于100m3，必要时可在山坡上修建二级30m3水池，用多级泵抽水接力至高山水池。

4.10.3 施工供电

施工现场供电线路采用三相四线制供电线路，为确保安全，作业地段照明用电采用36Ⅴ低压供电线路，已衬砌地段采用220V供电线路。

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供风、供水、供电管线布置见洞内管线布置图4-25。

图4-25 Ⅴ级围岩隧道正洞洞内管线布置图

4.11 监控量测

4.11.1 监控量测的项目

使用新奥法原理修建的隧道，其特点的借助现场量测对隧道围岩和支护机构进行动态监测，并据此知道隧道的开挖作业，使支护结构的设计与施工可以进一步优化。

本设计标段隧道的监控量测以洞内观测、水平收敛量测、拱顶下沉量测为必测项目，其他特殊地段可根据工程需要进行。洞外在进口浅埋段地表布点，进行地表下沉量测。监控量测德的项目、方法和频率见4-14表。

表4-14 监控量测德的项目、方法和频率

量测项目

洞内外观察

必测项目

周边位移

拱顶下沉地表下沉围岩压力围岩弹性波

速

量测部位工作面及已开挖部位 10～40 m设一量测断面 10～40 m设一量测断面洞内50m范围内

根据设计或业主要求或于断层及其

影响带内

量测仪器及方法观察记录地质素描收敛仪水平仪、收敛仪水平仪锚杆应力计声波检测仪

选测项目

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4.11.2 监控量测的施工流程

本设计标段对各级围岩的施工监测和信息化设计流程见4-26图。

理论方法模型及参数选择力学计算修改参数、模型反分析经验方法地质调查岩土室内试验力学设计施工监测竣工围岩分类经验类比专家系统

图4-26 围岩施工监测和信息化设计流程

4.11.3 监控量测的测点布置

测点的布置：每个量测断面各布置拱顶下沉测点和一条水平净空收敛量测基线。台阶开挖时，在拱脚加测一条，本设计标段对Ⅴ级围岩台阶法施工测点布置情况见4-27、4-28图。

图4-27 Ⅴ级围岩施工测点布置纵断面图

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图4-28 Ⅴ级围岩施工测点布置横断面图

4.12 斜井

本设计标段寺坪斜井所处地质环境为Ⅲ级围岩，石灰岩、竹叶状灰岩、泥质条带灰岩及页岩，中厚层状，弱风化，节理裂隙发育，所以寺坪斜井选用洞口为端墙式洞门，洞门端墙采用C20混凝土整体灌注，进口段采用Ⅲ级围岩衬砌。本标段斜井施工采用全断面法开挖。1#寺坪斜井参数见表4-15。

表4-15 1#寺坪斜井参数表

斜井名称 1＃斜井（寺坪斜井）

斜井长度（m）与线路交角（β°）井身倾角（α°） 1093.18

44.5

5.98

与正洞交会里程 DK 73+200.672=寺斜

0+000

本设计标段1#寺坪斜井采用全断面法开挖，开挖后在拱部设锚杆，喷锚支护，作为永久斜井使用,拱墙二次衬砌采用C25混凝土，铺底采用C20混凝土。1#寺坪斜井的衬砌支护参数见表4-16。

石家庄铁道大学毕业设计表4-16 斜井衬砌支护参数

超

洞前

开挖室支

尺寸类护

（cm）型类

型

二次衬砌喷射

混凝

二

土厚

衬位强类厚度度

类置度别（cm） (cm)

型双车道

拱墙 Ⅲ10 级

围岩衬

普

铺

C20 通底

砼普

底

C25 通板

砼

锚杆部位

钢筋网

(cm)

长间网眼

部直径

度距尺寸

位 (mm)

(m) (m) (cm)

拱部

2.0

1.5

拱

墙

斜井

731 × 937

纵环ф8 × ф8

15 × 15

本设计标段1#寺坪斜井的横断面图见图4-29。

锚杆L-2m7314-29 1#寺坪斜井横断面图

837

本设计标段1#寺坪斜井的施工工艺流程见图4-30。

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全断面开挖施工准备钻孔爆破通风排烟出渣初喷拱部锚杆(永久结构设环向锚杆)复喷循环开挖、二次衬砌

图4-30 斜井施工工艺流程

4.13 横通道

本隧道设计标段的横通道一共有11个，其中处在Ⅱ级围岩的有10个，Ⅲ级围岩的有1个，横通道的二次衬砌施工方法与正洞的二次衬砌施工方法一样。

本设计标段内各类横通道支护和二衬的参数见表4-17。

4-17 横通道支护、二衬参数表围岩开挖尺级别寸通道数量初支喷砼强度 10 C20 3 厚度（cm）锚杆位置二次衬砌强类厚度度别（cm） Ⅱ 548 × 407 位长度间距拱墙 C25 普置（m）（m）通砼拱1.5 1.0 底板 C20 部 25 Ⅲ 658 × 473 强度 1 C20 厚度（cm） 5 位长度间距拱墙 C25 置（m）（m）普通砼拱2.0 1.5 底板 C20 部 25

本设计标段各级围岩横通道的横断面图见图4-31、4-32。

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548

4-31 Ⅱ级围岩横通道断面图

6584-32 Ⅲ级围岩横通道断面图

473

407石家庄铁道大学毕业设计

第5章结论

本次设计是以石太客运专线小寨车站与孟县车站之间的太行山隧道为研究背景，本设计的内容是关于太行山隧道(DK69+255～DK74+160)标段的设计与施工，通过本次设计我得到的结果如下： (1)结构设计方面

太行山隧道所处地理位置工程地质和水文条件复杂，交通运输条件不便利，结合这些因素来本设计标段隧道的衬砌进行了结构设计，完成了二次衬砌的内力计算以及截面的强度验算和配筋结果本标段隧道所采用的二次衬砌材料、厚度、配筋结果等参数见表5-1。

表5-1 各级围岩二衬配筋参数表

二衬方案

混凝土施作

位置

拱墙底板仰拱拱墙仰拱回填仰拱

Ⅳ级围岩复合式衬

砌方案

拱墙仰拱回填仰拱

Ⅴ级围岩加强复合式衬砌方案

拱墙仰拱回填

混凝土强度

C25 C30 C25 C25 C20 C30 C25 C25 C30 C30 C25

混凝土类别防水砼钢筋砼防水砼防水砼 / 防水钢筋砼防水钢筋砼 / 防水钢筋砼防水钢筋砼 /

混凝土厚度

(cm)

30 35 35 / 35 35 / 45 45 /

4φ18 4φ18 4φ16 配筋结果(mm)

Ⅱ级围岩复合式衬

砌方案

Ⅲ级围岩复合式衬

砌方案

(2)施工组织方面

太行山隧道本设计标段的施工结合地质勘察结构和结构设计参数等资料，其不同区段采用的主要施工方法、钻爆设计主要结果、超前支护形式、主要施工工艺、施工

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辅助作业、不良地质地段采用的主要措施等见表5-2。

5-2 各级围岩施工组织参数表

围岩性质

开挖

衬砌

尺寸

类型

(mm)

开挖方法

超前支护形式

支护施工工艺其余工程量钻爆设计

锚杆

Ⅱ级复合式

全断面法

钢筋网

喷射砼格栅锚杆

Ⅲ级复合式

全断面法

钢筋网

喷射砼格栅锚杆

Ⅳ级复合式

1140³1161

全断面法

钢筋网

喷射砼格栅锚杆

Ⅴ级加强复合式

1180³1201

台阶法

超前注浆小导管

钢筋网喷射砼格栅

见表4-6 见表4-6

斜井

见表4-6

横通道数量

Ⅱ

970³943

尺寸

见表4-4

(cm) 548 × 407

斜井

见表4-6

横通道

Ⅲ

1130³1151

数量 1

尺寸(cm) 731 × 937

数量 1

尺寸(cm) 658 × 473

Ⅲ / /

Ⅴ / 见表4-5

本次设计让我对地下工程特别是特长隧道施工方面的认识有了很高的提高，对将

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来走上工作岗位打下了坚实的基础。

(1)在特长特路隧道的设计初期，应该充分考虑各种因素的影响并进行综合评定以后才开展下一步工作；

(2)特长铁路隧道衬砌断面形式的设计应使结构受力合理，改善结构的受力状态；选择更接近实际的计算模型，在本设计中选用的“荷载-结构”模型；

(3)结构设计应遵循经济合理，安全可靠、耐久性良好等要求；

(4)施工方案的选择应该结合工程条件和施工要求等，以在减少环境影响的前提下获得最大的施工便捷条件；

(5)在工程施工过程中应加强施工现场的监控量测，将信息及时反馈于隧道结构设计，指导施工和为工程设计的修改提供依据；

(6)在整个隧道的设计和施工中应该充分考虑各部分工程的衔接的合理性和安全性，以求降低工期，及早投入使用。

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致谢

本次毕业设计是在指导老师刘志春老师点点滴滴的悉心关切和指导下完成的，在毕业设计即将告一段落时，我要真诚的对刘老师说声：“老师，您辛苦啦！谢谢你给予我在学习上的关心和孜孜不倦的教诲！”。同时，在设计过程中我还得到学院地下工程教研组多位老师的指导，在此我也要真心的感谢他们。

“严谨治学，精益求精，立足实践”是刘老师给我的深切感受，同时这种精神也是我今后踏上工作岗位后所应该去追求的。虽然本次设计只是短短的三个月时间，但是我却觉得这是我大学生活中最为重要，最为充实的时光。因为在这段时间里，我学会了将所学知识与实践更进一步的结合在一起，虽然尝试过很多的失败，但却享受着猛然间觉悟的那种乐趣。而且设计上的每一次失败都能从老师那里活得宝贵的知识，这是只属于自己的成果。在整个毕业设计过程中刘李老师不仅是我们良师，还恰似我们的益友。他给予我的教导我想不仅仅用于现在，在以后工作生活中，也会是一个正确的引导。

在此，我还要感谢我的组员，每次有问题在和你们探讨过程中，都能让我看得更明了，让我以后的的思考更加的深刻，也许就是缘分关系才会让我们一起分享这次毕业设计的乐趣！

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参考文献

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[15] Yao Lan．Design of Architectural Scheme of Panyu Sguare Station on Line 3 of GuangZhou Metro

[J]．Tunnelling and Underground Space Technology，26(2006)：28~31

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附录

附录A：外文翻译

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新意法的设计与施工

10.4施工期间监控量测系统的设计

施工期间监控量测系统的设计，应基于量测阶段预期出现的变形现象的类型和大小。由于掌子面稳定的重要性，所以当一个隧道设计工程师在设计一个监测系统时，他将拟定一项计划对掌子面核心土的应力应变进行监测并通过对其监测结果进行分析和预测，然后通过这些信息与诊断阶段和处治阶段的预测结构进行对比分析。过程如下：

• 在掌子面核心土稳定的条件下时(如围岩性质比较坚硬)，工程施工就应该立即大致地对开挖面地层的弹性范围和变形影响进行监测，但是没有必要反复监测和使用的精密的监测仪器，一般是在监测特殊的地质环境出现局部失稳时（例如岩石滑坡或岩石脱落）或者是在围岩性质不连续和出现裂痕的方向平行于隧道轴向需要用到刚性材料时才会用到精密的监测仪器，以此来预防发生岩爆。因此，在这样的情况下通常都会在隧道内每个100米设置系统量测站和监控量测站来达到要求。

• (围岩的粘性现象)掌子面核心土虽然可以短期稳定，而且围岩应力在弹塑性范围内，但变形发生会在后期发生，而且是不可忽略的量级。所以设计工程师在施工中通过挤出量测站、主量测站、监控量测站(与隧道埋深有关)及系统量测站，对变形和应力的大小及发展趋势进行及时监测尤为重要。对测量进行校准和完善，这是得到的必要资料的唯一方法，可以此来评估经开挖后掌子面核心土是否充分稳定。

其中各种类型的量测站安装使用的频率将取决于当地地理环境和地质构造特征。还应该设置掌子面挤出变形的量测站，因为在整个施工中要随时预测掌子面前方地层发生大幅度的塑性变形或是通过它来选择开挖方式和调控稳定监测技术，这项工作最好在隧道开挖停止7天后进行。如果超前核心土在这种情况下没有充分保护，在过去的许多经验证明其实，在施工中，由于开挖使围岩内部缺少大量岩体将会产生一系列导致隧道不稳定的因素。

挤出变形量测站最好在系统量测站安装后，错开四分之一洞径的距离，以便量测掌子面核心土两侧的三维变形。

最后，通常每隔20~40米监控量测站与系统监测站隔开设置

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监测阶段所使用的测量仪器

滑动变形计

滑动变形计是滑动测微计的经济版本，应用广泛，操作简单，坚固可靠。尽管滑动测微计有更高的精度，但滑动变形计0.02毫米/米的精度是可以满足要求的，可以不必采用高精度的滑动测微计。

滑动测微计是由一系列外径32mm的PVC管(每节长3m)组成。管和管之间用套管连接组装成一个整体。每隔1m设一个探测点。测管的现场安装需钻约56mm的钻孔，然后用膨胀水泥锚固。探测器的安装是通过球形头，它可以在管内安装的沟槽自由滑动，量测过程也是这样的。

M0是指探头与测量点之间的距离，这个值经过机器从测量杆上不间断的传送到位于测量管外的位移传感器上。随后的测量是探头和测量点之间的新的距离（M1），L0的位移ΔL是由M1与M0之间的差值求得。这些测量线上位移的差值就使得变形沿测斜管分布，测量线上的总位移可以通过所有的变形计算出来。

• 在掌子面核心土不稳定的情况下时（如围岩性质比较松散），在施工阶段如果没有对开挖土体进行适当的控制和加固等超前约束的话，地层的变形就会慢慢变大而导致不稳定。所以设计工程师就应该立即指定安装极为频繁的挤出变形量测站、主量测站、监控量测站和系统量测站（相隔10~20米）。

通常从围岩稳定状态到围岩失稳状态是很突然的而且变形量很小。如果变形在工程施工中期出现小的特殊变化或是恶化都将会足以引起极其严重和不可逆转的变形，例如会导致掌子面核心土失稳和隧道洞身的塌陷，所以对掌子面的挤出变形的量测是至关重要的。在实际施工中当应力—应变状况难以监控时，单是收敛变形是不足以保持围岩的变形效应基本都处于控制范围内以及防止隧道塌方的，这是因为收敛变形处于整个变形过程的最后阶段，因此就出现无法控制的现象，这是隧道洞身周围岩体发生塑性变形的结果。众所周知，塑性变形一旦明显以后就难以控制。另一方面，掌子面的挤出变形是整个变形过程的第一阶段，如果经过妥善的监测的话,它将会出现大量的预收敛变形和收敛变形的现象，但是不会出现隧道塌方的现象，因为它有充足的时间来给隧道进行支护和加固等。

监测必须认真地按照具体情况执行。

例如当隧道内某区段受大型构造断裂带影响时，可能会遇到各种不同性质的材料和施工组织的混乱等情况，这种情况有时是难以预测。在这种情形下，材料的地质力学预测是十分困难的，尤其是材料的变形性能。模拟计算会变得很困难，只能通过精密仪器量测开挖期间和开挖后的变形的类型和大小。了解地层压力张量也是十分有益

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的，或者是简单的水平与竖直压力的比例，通常是其中一个压力更大而使结构受力不均。这时必须安装监控量测站进行隧道周边变形的量测，围岩内部位移的量测，以及围岩内部应力的量测，为了确定是否残余应力起作用。这可以根据隧道承受的荷载情况确定是安装主量测站还是监控量测站。

如果在可能发生围岩滑坡的地方出现了破裂面或断层时，最好的方法是在围岩各个方向个不连续性处将测量器具综合使用。然后工程师根据特殊的地理环境和地质情况等因素选择测量器械的种类、数量和测量位置。

在构造作用强烈的地区，水文地质量测是非常重要的。因为岩性往往在水的渗透以及压力作用下将会方生急剧变化。如果没有得到迅速的控制，强大水力梯度可能会严重影响隧道长期和短期稳定性。

监测阶段所使用的量测仪器

磁力变形计

磁力变形计主要广泛应用于测量施工期间道路路基的垂直沉降位移和大坝的水平位移。它由一对受保护的波纹外套管保护着的检查管组成, （测量点）每隔一定的距离加上金属磁圈。当检查管插入到钻孔内时，金属磁圈就固定到地层中了。测量工作是将一个探头滑入检查管内测量金属磁圈的位置，因此在各个测量点就产生了位移。磁力变形计每个金属磁圈的精确度可以达到± 1毫米左右,如果该测量精度达不到的话也要满足整个测量工作以及掌子面核心土的挤出变形的要求。

隧道开挖在遇到地下水层时对水的截断是非常重要的，所以要在衬砌后修输水渠道，然后进行系统地分析和测量排水流量。必须弄清楚测压水位变化与弹簧两者在隧道附近产生影响之间的关系。为了建立一个更为贴近实际而且能更好地评估在含水层隧道中排水设备所产生长期影响的水文地质模型，设计工程师也必须监控隧道浅埋段产生的围岩变形以及测量由于隧道开挖深度和水平地面沉降而引起的变形。无论测量的结果是什么，对隧道在穿越下表结构时的施工都特别的重要，例如道路、建筑物或是当在河床下进行开挖工作时。再者，表层结构本身就需要适当的仪器对其监测（表面测角器、不均匀沉降压力表等），通过监测来验证它的原始状况没有变化（绝对沉降和差异沉降监测、监测所有裂缝开放及受振动造成的影响等）。在做好这些后对水文地质情况的监测也要必须进行，在监控隧道如何排除地表水流，并确保在隧道施工中不会出现任何静电干扰和安全问题上的监测工作是不可或缺的。

在隧道位于城市地区有可能毁坏一些基础设施时，设计工程师将更注重所有具有实用功能的基础设施。由于地下隧道的通过甚至可能会导致下水道和天然气的泄漏而

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形成渡槽引起巨大的危险，高压电力线路也会因为受轻微的扰动将不再工作。在这方面使用一个综合监测系统将是不可缺少的，以便交叉测量与数据重复处理能够同时进行，以消除或至少大大减少了因潜在的不准确的测量误差所产生错误的可能性。

10.5 隧道在使用时的监测

如果该地下工程具有巨大的价值或者可能对周边环境产生正面或负面的影响时，就必须对其安全性和产生的效果进行清晰连续的监测，这项工作的持续时间应该是施工后和其整个使用寿命时间范围内。

在几年前这种类型的监测不是很常见，部分原因是在监测中可能要中断工程的使用以便给维修人员时间来采取必要的测量。但是今天，远程遥控自动装置可以测量到关于监测该地下建筑可以正常运行的很多参数。这就意味着一个监测系统可以在施工期间被使用，就能够在多年后还能继续提供数据来保证隧道不受外界影响以及隧道的正常使用。

根据隧道的情况在施工时结合现代化的最新信息这种方法使用以后，对地面结构体系的应力应变作用就有了足够的认识，在工程维护和修理的问题上就可以用科学的方法来解决。

检测阶段所使用的测量工具

单点和多点式位移计

单点和多点式位移计是用来测量地层沿钻孔轴线方向的移动，以此来保证洞口处不同深度测量点的数量。是选用单点或是多点位移计取决于它安装的测量点的数量。

单点式位移计使用时需要一个有直径约4.5厘米的钻孔，而多点式位移计则需要一个直径约10厘米的钻孔。它们都是用于测量隧道洞室周围岩体的变形。

该系统的组成是在地层中钻孔安装锚杆通过钢丝与地表相连接，殷钢和玻璃纤维杆受高强的润滑剂外壳保护。

因为殷钢的膨胀系数即大约高于普通钢的十分之一，所以在预计温度将要发生大幅度变化时选用殷钢更好。玻璃纤维杆因为其实用性现在已经被广泛推广（它的伸长量可达到为准备安装的基本的折叠），但是当该测点的安装长度大于70 - 80米它不能用于测量收缩量。

玻璃纤维杆可以在保护壳内锚杆点与位移计口之间自由滑动，而它的每一次动作

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都将被数值比较器或电位仪传感器测量记录下来。

施工期间大部分用于监测的的仪器将被安装在测量站，其目的是提到监控量测的质量。尤其是，如果在隧道的使用中采用解释的测量，与类似的测量直进行接比较的的话更容易理解和更有意义。

显然这些需要仔细监测服的隧道在使用时最务时将会因为一些随时间变化不稳定因素而受到影响。例如发生隧道滑坡和严重的tectonised，或是在任何情况下受到大量粘性和徐变现象等。

对于浅埋隧道洞口段的施工方法应在整个施工工作中进行监测，因为由于周围环境任何时候的大幅扰动它将受到影响（如地震活动的结果）,即使建设完成以后也一样。

那哪个才是隧道在运行时最合适的测量呢？在回答这个问题之前我们必须明确一个长期的监测目的。它必须要做到以下几点：

• 核实监测的作用，要知道所有的监测行为是为了确保地下洞室的稳定性和完整性，是工程设计活得符合规定的安全系数的保证。

• 给建筑对周围环境的影响进行监测和评估, 特别重视早已存在的水文地质环境的均衡性（监测范围应包括由于地表水位下降可能会使农作业土壤肥力减少或者是在它包含有害物质溶液或悬浮液时存在排水困难现象等潜在的危害）。

因此对于隧道使用时的监测应包括获得一些关于隧道洞身周围水文地质条件的变化和稳定器械应力——应变状态发生改变的数据。

该仪器在施工阶段就已经安装上而不可缺少，可直接测量在初期支护和二次衬砌时的压力分布。设计工程师应该注意那些通常有数据模型预测不了的，特别是以前就存在地应力状态可能出现的不对称荷载。

收敛变形的量测在监测工作中占有重要的地位，它包括对衬砌内部轮廓的基本测量以及查明它不会随时间发生变形（即检查隧道断面是否会变成椭圆形）。一般来说测距计、收敛钉和地形指标通常都可以满足这种类型的测量，但是这些系统必须保证对隧道的运行产生的影响很小甚至没有，比如雷达或电视等都可在特定情况下使用。

检测阶段所使用的测量工具

收敛计

收敛计就像是一个用于测量隧道收敛变形参考点的带有螺纹和吊环头的针一样。在收敛计测量时是将它们固定在隧道洞室周围，在对测量面的测量点进行几何布置后，部分收敛计应立即固定于地层内，测量面的测点一般是2个、3个或者是5个。

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每个测量点采用这样的配置的话就可以使用各种系统来周期性的测量它的收敛变形。最古老和最常用的方法是采用以刻度厘米为单位的殷钢钢丝（收敛线），一旦它连接到一对收敛计的两端，通过一个特殊的测力装置就会带来一个恒定张力。每一对收敛计间的距离可使用机械或者数字化测量仪器读出来最近几年地形测量系统的使用已经非常普遍，以避免现场测量活动受施工的影响。适当的光学目标被安装在收敛计上，而他们之间的距离则使用经纬仪周期性的测量。

无论使用什么样的测量方法，最重要的是在收敛计安装好以后能够尽快的调零进入测量工作。

当然，如果测量发现有异常情况，设计工程师必须对此作出详细分析，找出其原因采取补救方法恢复测量的原来最好的状态。

如果隧道通过大量含水层，当地下水位首次干涸和补充时那么设计工程师监督其过渡期（一般来说时间比较长而且占用较大空间）是非常重要的。这个可以通过在施工开展之前安装网络的水压计来解决，以保证整个隧道施工的连续性。如果隧道开挖前进是处于水动力条件下时，沿隧道路线沉降量可能会相当大, 其中包括整个地区的地基固结现象影响。

应同时给予或多或少的各种器械使用说明及数量，但在必须测量的地方也不必提及其环境情况。尽可能采用自动化的方法获取和处理数据是非常可取的办法，在隧道建筑或是对于其使用者来说这是保证对隧道进行定期和系统地测量的进行而对开挖工作不会产生丝毫的干扰的唯一办法。

一个典型的数据采集和传输系统的组成（图10.3）：

• 由电脑控制单元管理测量站的一系列的子系统位于隧道内放在测量站附近一个安全的地方。

• 许多受微处理器控制的中心装置通过电话点控制和要求各个子系统的工作要与设定的时间表相一致。同事读取在隧道各个不同路段的所有使用仪器的读数至少一次，如果有必要的话要求对每个仪器读数分别单独读取。如果这些仪器位于隧道入口附近的位置，即使在报警信号提示存在潜在危险的情况下时它们都能通过调制解调器连接,通过接收和传输命令完成对话。

• 操作装置是本系统真正的大脑，通过调制解调器编程管理一个或多个中心装置。隧道的全程监控可以由它来控制并采集数据和进行所有必要的处理。

集中化和电脑化的测量使系统的安装技术不断的活跃，当隧道内应力和变形超过临界值时，隧道管理员可通过报警系统来采取安全防范措施，

100

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检测阶段所使用的测量工具

测斜仪——1

普通信息的工具

测斜仪广泛应用于监测地层的垂直和水平位移以及测量结构位置的变化。它的作用是测量重要点的垂直变化，用数值积分法获得各点移动后的倾角。测斜仪可以采用可移动的或固定的两种装置来测量，活动测斜仪是在地层受长时间的大幅扰动时为测斜管需要读取整个长度。但是，如果是要求必须非常频繁的监测或自动观测时建议最好使用固定测斜仪，因为必要时它能过连接到一个计算机数据采集系统。该仪器基本包括以下部分：

1. 测斜管、防滑移制动系统、铝或玻璃纤维导槽（见图）。

2. 测斜仪探头，它是由在测斜管导槽内滑动的两个圆轮和一个金属圆柱体组成，以确保测斜管的方位角保持不变。两个滑轮之间的距离也就决定了测量点之间的距离（一般是50厘米）。测量传感器安装在金属圆柱体上进行一些模拟或得到一些数据。使得伺服加速度计式或磁电阻式可以在在两个相互正交的平面上来测量测斜管的倾角。

3. 测量电缆用于提升和下降探头以及电气连接给测读仪传递量测信息。在电缆线上一般每隔50厘米就会有一个缺口，方便在测量工作中定位测斜仪探头。

4. 读数仪是一个控制单元可以让该测斜仪测量量可以用不同距离形式的读取，数字探头可以直接连接到一台便携式电脑上。以下配件可使得测量更加恰当和精确。

• 测试探头是检查测斜管在测量探头被引用以前是否妥善安置和工作； • 螺旋探头是测量旋转角度和测斜管内导槽各部分发生不一致扭转（加入的套筒联轴器）或是恢复在安装测量仪器时在临时衬砌上使用的钻孔

• 校准测斜仪探头试验台，用于像活动测斜仪一样固定测斜仪，但是它是由一连串永久插入测斜管并自动连接到数据采集系统的测斜探头组成。

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附录B：设计图纸

图号01：太行山隧道设计标段纵断面图图号02：隧道建筑限界、衬砌内轮廓图图号03：Ⅲ级围岩复合式衬砌断面配筋图图号04：Ⅴ级围岩加强复合式衬砌断面配筋图图号05：Ⅳ级围岩复合式衬砌断面配筋图图号06：Ⅱ级围岩复合式衬砌断面图图号07：Ⅲ级围岩下锚复合式衬砌断面图图号08：Ⅳ级围岩下锚复合式衬砌断面图图号09：Ⅴ级围岩加强复合式衬砌断面图图号10：各级围岩衬砌断面主筋大样图

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