铁路隧道施工设计(毕业设计)

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1、兰州交通大学毕业设计（论文） - 1 - 绪绪论论 随着我国铁路建设事业的蓬勃发展，铁路隧道已经越来越得到国家的重视。在贯 穿我国山区的新建铁路线上， 修建了大量的隧道， 使我国铁路隧道的座数和总延长量， 都跃居为世界各国的前列，同时还积累了丰富的经验，拥有了较先进的技术，也为铁 路隧道的设计提供了大量的资料和数据。 近年来计算机技术的发展， 对隧道的发展注入了活力，越来越多的新型技术被用 于隧道工程的实践中，如：隧道的管线位移应力应变分析可以考虑采取数值模拟，把 隧道与管线当作一个系统考虑将隧道施工与管线的变形作为一个整体计算。 这样 就可以通过采用不同的单元模拟不同土体、管土接触关系、管线

2、类型以及考虑不同 的隧道施工方法等，从而实现对“隧道管线”的整体分析。以及许多隧道的维护、整 治和科研中计算机都成来一件有力的武器，隧道事业的脚步是越来越快，超长隧道、 电气化隧道被人类更多的关注。隧道工程的理论方面，分析结构内力的方法，已经从 结构力学的计算转到以矩阵分析的方式用计算机计算， 并进一步用有限元方法进行分 析； 从不地层压力视为外力荷载，到把围岩和支护结构组成受力统一体系的共同作用 理论；从过去认为地层为松散介质，进行考虑岩体的弹性、塑性和黏性，以及各种性 质的转变，拟出各种能进一步体现岩性的模型，进行受力的分析；在隧道的设计计算 理论中已经引入了不确定性的概念，现在正向可靠度

3、设计过渡。 本文首先，通过该地区的地质、地形条件确定隧道的位置及控制高程，结合一些 实际条件计算绘制边、 仰坡的开挖线的有关数据并在地形图上绘制开挖线、 做纵断图； 然后， 根据地质条件和围岩级别选择合适的隧道洞门， 查阅相关资料进行稳定性检算， 以便确定洞门能否合格；接下来，根据洞门和地下水情况确定合适的隧道衬砌，并依 照计算程序进行衬砌强度检算， 看是否符合规范要求，如果不合格通过调整必要的资 料来重新检算；最后，按照以上设计进行施工组织设计，安排施工进度及主要施工方 法，合理调配施工机械设备，还要组织有效的质量保证措施及安全保证措施，这样就 完成本设计的主要内容。 通过这次设计不仅培养了

4、我们独立思考问题的能力， 也给我们在以后的工作中提 供了扎实的理论基础。 第一章第一章隧道位置的选择及纵断面设计隧道位置的选择及纵断面设计 兰州交通大学毕业设计（论文） - 2 - 第一节第一节隧道位置的选择隧道位置的选择 地形是选定隧道位置的重要条件之一。 一般山区铁路不论沿河傍山， 在河道曲折、 地势陡峭的峡谷地段或跨越分水岭，常常修建隧道。故仅就地形条件而言，可分为越 岭隧道与河谷线隧道。越岭地段，一般山峦起伏、地形崎岖、地质条件复杂、自然条 件变化差异很大，其中分水岭垭口的高低、垭口两面的沟谷地势、山梁的薄厚、山坡 的陡缓以及山前主支沟台地的分布情况等， 与隧道平面位置及立面位置的选择

5、关系密 切。本隧道所在位置地势比较陡峭，由中密的、饱和石质灰岩为主、砂粘土充填的碎 石土和钙质胶结、细晶结构质、节理发育的灰岩夹页岩及泥灰岩组成，结构比较单一 适合做隧道。 第二节第二节隧道纵断面设计隧道纵断面设计 隧道宜设在直线上，应尽量采用较大的曲线半径，并尽量避免设在反向曲线上。 为了保证隧道内列车能安全平顺地行使，机车能够牵引足够的列车重量，同时考虑将 隧道内的水顺利排出洞外以及通风要求等因素， 必须对隧道内线路的纵断面进行合理 地设计。隧道纵断面设计的主要内容包括选定隧道内线路坡道形式、坡度大小、坡段 长度和坡段间的衔接等。 一、一、坡道形式坡道形式 隧道处于地层之内，除了地质有变化

6、以外，线路的坡形本来不受什么限制，用不 着采用复杂多变的形式。一般可采用简单的单坡形或不复杂的人字坡形，如图 1-1 所示。 （a）单坡形（b）人字坡形 图图 1-11-1 坡道形式坡道形式 由于本隧道所在位置地形比较陡峭，为了减少开挖量，必须要争取高程，所以选 择了单坡形隧道。 二、二、坡度大小坡度大小 对于线路来说，考虑到运营效率，应具有良好的行车条件，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， 需要随着地形的变化设置与之相适应的线路坡度。但坡度不能太大，若坡度超过了线 路最大允许的限制坡度，机车的牵引能力达不到，不是列车爬不上去，就是必

7、须减轻 兰州交通大学毕业设计（论文） - 3 - 列车的牵引重量。 所以设计坡度时， 注意应不超过限制坡度 限 i。 如果在平面上有曲线， 还需为克服曲线的阻力，再减去一个曲线的当量坡度。即 曲限允 iii 式中 允 i设计中允许采用的最大坡度； 限 i按照线路等级规定的限制最大坡度； 曲 i曲线阻力折算的坡度折减量； 当机车进入隧道时，空气阻力就已增加，粘着系数也已开始减小，机车的牵引能 力相应降低，因此不但隧道内的线路应按上述方式予以折减，洞口外一段距离内，也 要考虑相应的折减。 在上坡进洞前半个远期货物列车长度范围内，按洞内一样予以折 减。至于列车出洞，机车已达明线，这就不存在折减问题了

8、。 另一方面， 考虑隧道排水的需要， 除了最大坡度的限制以外， 还要限制最小坡度。 因为隧道内的水全靠排水沟向外流出。 铁路隧道设计规范规定，隧道内线路不得 设置为平坡，最小的允许坡度不小于 3，在最冷月平均气温低于5的地区和地 下水发育的隧道宜适当加大坡度。 三、三、坡段长度坡段长度 隧道内的线路坡段也不宜太短， 因为坡段太短就意味着变坡点多而密集，列车行 驶就不平稳。另外，如果隧道内坡度变化甚多，也将给施工和运营养护增加困难。所 以， 从行车平稳的要求和照顾施工和养护的方便出发，隧道内坡段长度最好不小于列 车的长度，考虑到长远的发展，坡段长度最好不小于远期到发线的长度。 本隧道采用单坡行隧

9、道，因为隧道内线路的坡形单一，坡度已用到了最大限度， 所以不宜把坡段定得太长， 此外， 顺坡设排水沟时， 如果坡段太长， 水沟就难于布置， 不是流量太大，就是沟槽太深。有时为此需要设置许多抽水、排水设施，分级分段排 水。这就给今后的运营和维修增加了工作量。所以，隧道内线路的坡段不宜太长。 第二章第二章洞门的选择及稳定性检算洞门的选择及稳定性检算 兰州交通大学毕业设计（论文） - 4 - 第一节第一节洞口位置的选择洞口位置的选择 一、一、 选择洞口位置的原则选择洞口位置的原则 确定隧道洞口位置时，应当结合地形特征、地质和水文地质条件、施工技术、运 营条件以及附近相关工程，全面考虑，详细比较决定。

10、多年实践的体会，总结出一个 指导思想，即“早进晚出” 。在一般情况下，这一指导思想是符合实际的。选定隧道 洞口位置时， 首先要按照地质条件控制边坡和仰坡的高度和坡面长度，其次是避开不 良地质区域和排水影响，最后才谈得到从经济方面进行比较。 根据陈家院子隧道位置的具体情况，确定洞口位置如下： 1、地质条件：岩层由二层组成，上层为约 2.4 米厚的碎石头、中密饱和的石质 的灰岩，由沙粘土充填，下层为 12.3 米的灰岩夹页岩及泥灰岩组成。钙质胶结、细 晶结构质坚硬性脆，节理发育、节理面见方解石脉。 2、围岩等级：由地质条件确定，岩层为较破碎的软岩，所以可确定为级围岩。 二、二、用作图法确定进洞里程

11、和洞口边、仰坡开挖线用作图法确定进洞里程和洞口边、仰坡开挖线 当线路的方向确定后，可采用作图法来确定进洞里程和边、仰坡开挖线。 （一）（一）进洞里程的确定进洞里程的确定 在洞口地形平面图上用作图法确定进洞里程： 1、在洞口地形平面图上找出控制等高线。选定仰坡的极限开挖高度 H 在隧道纵 断面地质图上粗略地拟定进洞位置， 定出进洞的路基标高 路 H， 则控制等高线标高为： H路=2246-(3.15+7.70+0.8)=2234.35m HHH 路控 =2234.35+15.65=2250m 为了在洞口地形平面图上查找方便， 可取整数（但要保证开挖高度 H 在极限范 围内） ，所以选 H=15.

12、6518m。 2、在预先选定的洞口附近，以洞门墙宽度 B 为距离，作对称于线路中心线的平 行线和，由标准图得洞门墙宽度4.511.84 m BBm。 3、以仰坡坡脚至开挖高度控制点的水平距离 d 为半径，用分规沿（或 ）线移动，找出与控制等高线相切于 a 点(即控制点)的圆心 o。其中 d 值可根据 洞门构造图及仰坡坡率 m 求出， 即 d(Hh)m=15.65-(3.15+7.70-0.8)1=5.6m， 其中 h 为路基面至仰坡坡脚的高度，H 是仰坡的极限开挖高度。 4、过 o 点作线路中心线的垂线 oo。 5、以洞口里程至仰坡坡脚的的水平距离 b=1.5+0.5+(3.15+7.70-0

13、.35) 兰州交通大学毕业设计（论文） - 5 - 1.5 10 =0.715m 为间距（由洞门图查得） ，作 oo线的平行线 pp,则 pp线为洞口里程位 置。 图图 2-12-1洞口里程的确定洞口里程的确定 同理可确定： 出洞：H路=2244-11.65=2232.35mH=17.65m H控=2232.35+17.65=2250m d=17.65-(3.15+7.70-0.8)=7.6mb=0.715m 隧道长度 DK431+065-DK429+610=1455m 在实际设计中，若有几个控制点时，可根据“早进晚出”的原则，综合考虑洞口 附近的地形、工程地质及水文地质情况，经详细比较，才能

14、最后确定洞口位置的最佳 方案。 ( (二二) )绘制隧道洞口边、仰坡开挖线绘制隧道洞口边、仰坡开挖线 为了布置洞顶排水设施和洞口附近其它建筑物，需要定洞口边、仰坡开挖范围， 在洞口地形平面图上绘制边、 仰坡开挖线（即路堑边坡坡面及洞门仰坡坡面与地面的 交线） 。 洞门位置确定后，可计算仰坡坡脚标高， 仰 H= H路+（0.8+7.70+3.15-0.8） =2234.35+10.85=2245.2m，仰坡坡率为 m=1,即可计算各等高线距仰坡坡脚的水平 投影距离： 1 d=(2249-2245.2)1=3.8m 2 d=(2248-2245.2)1=2.8m 兰州交通大学毕业设计（论文） -

15、6 - 3 d=(2246-2245.2)1=0.8m 4 d=(2244-2245.2)1=1.2m 边坡坡脚标高为 H边=H路=2234.35m,边坡坡率为 n=1,即可计算边坡坡脚的水平投 影距离： 1 c=(2236-2234.35)1=1.65m 2 c=(2238-2234.35)1=3.65m 3 c=(2240-2234.35)1=5.65m 4 c=(2242-2234.35)1=7.65m 5 c=(2244-2234.35)1=9.65m 绘制边、仰坡开挖线如图 2-1： 图图 2-22-2 边、仰坡开挖线边、仰坡开挖线 第二节第二节洞门形式的选择洞门形式的选择 一、一、

16、洞门结构的构造洞门结构的构造 洞门是用以保护洞口、排放流水并加以建筑装饰的支挡结构物。它联系衬砌和路 堑，是整个隧道结构的主要组成部分，也是隧道进出口的标志。对于铁路隧道，隧道 的场地就是其进出口洞门墙外表面与线路内轨顶面标高线交点之间的距离。此外，洞 门是隧道的咽喉，也是隧道的外露部分，在保证安全的同时，还应根据实际情况，选 择适合的洞门形式，并应适当进行洞门美化和环境美化。 兰州交通大学毕业设计（论文） - 7 - 洞门的作用有以下几方面： 1.减小洞口土石方开挖量 2.稳定边仰坡 3.引离地面流水 4.装饰洞口 根据洞口地形、地质及衬砌类型等不同的情况和要求，洞门结构主要有以下两大 类型： 1.隧道门隧道门指修建在不设明洞的隧道洞口的支挡结构物，包括环框时洞 门、短墙式洞门、翼墙式洞门、柱式洞门、台阶式洞门、斜洞门和耳墙式洞门等。 2.明洞门明洞门主要配合明洞结构类型设计， 明洞有拱形明洞和棚洞之分，相 应明洞门也分拱形明洞门和棚式明洞门两大类。棚式明洞门并不单独设置，通