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1、地下结构工程课程设计项目名称:大瑶山隧道施工与支护设计及稳定性评价 设计时间:年月日月日指导教师:班 级：姓名：学 号：北京科技大学2014.5目录1 工程概况12 隧道区域地应力13 工程地质和水文地质简介33.1 岩性33.2 构造43。3 不良地质53.4 水文地质54 设计内容54.1隧道设计分区54。2进出口段（约100m）设计54。2。1隧道围岩分级54。2.2支护选型64.2.3稳定性计算64。2.3支护与开挖设计74。3 中部段隧道设计84.3。1围岩分级84.3.2初期支护设计84.3.3稳定性计算94。3.4设计图105 隧道施工125。1光面爆破125.1。1光面爆破作用
2、机理125。1.2光面爆破的特点125。1。3光面爆破参数的确定125.2隧道支护施工135。2.1新奥法概述135.2。2隧道施工的施工工序145。2.3隧道施工中的注意事项156 附图。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 181 工程概况通过专业绘图软件AutoCAD绘制的大瑶山隧道平剖面图如图1.1所示。大图见附图。该隧道是双线铁路隧道,位于京广线坪石至乐昌段，是京广线上的关键工程。隧道全长14.295km，设计宽约11m，高约9m。埋置深度为70500m，最大为900m。隧道穿越瑶山山区和武水峡谷，地形地
3、质条件极为复杂。2 隧道区域地应力铁道科学院西南研究所做的现场地应力测试结果列入表2.1表2。3中。地应力测量位置见图1.1。表2.1 滑石排1号试验洞初始应力主应力应力/MPa方位角/（）倾角/（）138N88W60221N54W26313S33W15表2.2 滑石排2号试验洞初始应力组别主应力应力值/MPa方位角/（）倾角/(）第一组合113。3NE104025.7SW294934。1SE729第二组合113。7NE324528.1SE381934.8SW6889说明：1.方位角、倾角是按以测点为原点的坐标计算的，X指北、Y指西、Z指上。2。倾角为正是仰角，负者为俯角。表2。3 滑石排1号
4、试验洞应力分量表x/MPay/MPaz/MPaxy/MPaxz/MPayz/MPa-24。015.033。62.86.16.21图1。1 隧道地表等高线和泡面图以及地应力测试位置图在该处最大主应力为38.4MPa，约为滑石排2号初始应力的3倍，其方位角为NW88。大致垂直与构造线，与构造应力基本一致，同时也与地形有关，在应力量级方面考虑该处埋深只有600m，自重应力不会超过24MPa，因此该处构造应力占比重很大。从上述两个试点来看，大瑶山隧道围岩初始应力较高,在隧道稳定性分析中，不应采用最大主应力考虑，如以隧道纵轴为X轴，往广州方向为正,Y、Z轴按右手法则取向，则六个应力分量如表2.3。上述数
5、据中,1的大小、方向非常接近，2、3差别大，但其值相差不大。考虑地质差异，可以认为上述数据具有代表性,反映了这一地区的应力条件。应力状态与地质条件的关系见图1。1。按山高为750m来考虑，h=15。6MPa,其中h=750160=590m（160m为测点标高），=26。5kN/m3。按覆盖层厚度计算应力大于实测应力，因此可以认为该处初始应力主要是自重应力引起的，构造应力为次要的。3 工程地质和水文地质简介3.1 岩性大瑶山隧道进出口两端为震旦、寒武系浅变质碎屑岩，中部为泥盆统桂头群砂砾岩、砂岩、页岩及东岗组的白云岩、灰岩、白云质灰岩。这些岩石是一套以硅质、泥质为胶结物的碎屑岩系，经加里东构造运
6、动，发生了区域变质.两个时代的岩体的组成基本相似。在较大规模的岩脉侵入带中，有的岩层发生了石英岩化的现象。上述岩石呈互层状。岩层的单层厚度一般为2050cm，厚者达12m,薄者仅15cm.浅变质岩中发育有三组或三组以上的节理，其产状和性状受局部构造的影响。岩体中的体积节理数Jv值是单位体积各组节理条数的总和。是评价岩体节理密度和可能被切割单元岩块大小的一种指标。据统计：厚层至巨厚层砂岩，板岩的Jv=813条/m3、中厚层砂岩，砂质板岩Jv=820条/m3、薄层板岩Jv=1325条/m3、风化破碎岩体Jv30条/m3。隧道围岩的岩石力学特性见表3.1。表3。1 大瑶山隧道浅变质岩系的主要物理力学
7、特性岩石指标灰绿色石英岩灰绿色长石砂质板岩泥质板岩岩体砂岩板岩容量/2。732.712.692。70孔隙比/1.72。6单轴抗压强度/MPa75。196。887.358。5抗压强度/MPa11。79.35。1岩体粘聚力C/MPa2。11.81。5岩体内摩擦角/(）514842静弹性摸量E/GPa85.468。842。065.712。823.4泊松比0.200。230。250。30动弹性摸量Ed/GPa609045804098纵波速度Vp/ms11035.6655。43。85.24634.53。2 构造图3。1显示了大瑶山隧道地质剖面图。由此可见,隧道处于湘桂径向斜构造的东侧，南岭东西经向构造带
8、的南缘,越北山字型的脊柱部位.因此，隧道地处多种构造体系，区域构造比较复杂的复合交接带.隧道穿过复式褶皱瑶山北斜的东翼,马寨背向斜的北端。这些褶皱均呈紧密的向斜倒转状,轴向NEE至近SN,部分轴向NW.图3.1 大瑶山隧道地质剖面示意图3。3 不良地质隧道通过区存在大量小断层.只要有适当的超前地质预报措施,注意及时按反馈信息进行支护修改即可。3.4 水文地质隧道区围岩主要是灰绿色石英砂岩、灰绿色长石、砂质板岩、泥质板岩,经测定其渗透系数不大，结构面（节理、裂隙）中水量并不丰富.隧道所在地区，全年降水量较大，有紧邻武水峡谷，设计、施工中应注意防水，拟采用1。5mm厚的PVC做防水层。4 设计内容
9、 大瑶山隧道设计的内容包括隧道设计分区、不同分区的隧道围岩分级、隧道支护选型、隧道开挖和支护设计、隧道稳定性评价等内容.隧道开挖和支护的设计是设计的主要内容，具体的设计图通过专业绘图软件AutoCAD绘制。4.1隧道设计分区根据隧道通过区地质条件，将支护分成两地段来设计。4.2进出口段（约100m)设计4.2。1隧道围岩分级采用地质力学分类，对铁路隧道进行围岩分级。（1）岩石的单轴抗压强度。隧道进出口岩石的抗压强度均在60MPa以上。围岩判为极硬岩。（2)岩体的完整程度.岩体的体积节理数Jv大于30条/m3.且节理多以风化型为主.完整程度判为破碎。（3）基本分级。依据上述两项判断，进出口段的围
10、岩定为级围岩。（4)基本分级的修正地下水的分级地下水的分级由下表确定表4.1 地下水状态的分级表级别状态渗水量干燥或湿润10偶有渗水1025经常渗水25-125说明:上表中渗水量的单位是L/(min10m)。地下水对围岩级别的修正：表4.2 地下水影响的修正表围岩级别地下水分级围岩初始应力影响的修正：表4。3 初始应力影响的修正表围岩级别初始应力状态极高应力或高应力或说明：围岩岩体为较破碎的极硬岩、较完整的硬岩时，定为级；围岩岩体为完整的较软岩、较完整的软硬互层时，定为级围岩岩体为破碎的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时，定为级;围岩岩体为完整及较完整软岩、较完整及较破碎的较软岩时,定为级。综上所述
11、,考虑地下水和地应力的影响,将该段围岩定为级围岩。4。2.2支护选型考虑围岩条件、经济条件、建成后的运营条件，初期支护采用锚喷网支护;二次支护采用整体式模注混凝土衬砌，衬砌采用等截面曲墙式衬砌。截面厚40cm，混凝土强度为C30。4。2。3稳定性计算4。2.4支护与开挖设计1、支护设计图：通过AutoCAD绘制的进出口段隧道支护设计断面图如下图4.1所示.绘制的大图见附图中所示。图4.1 进出口段隧道支护设计断面图2、开挖设计图：开挖采用钻爆法，即全断面机械化一次光面爆破的方法。开挖设计图如下图4。2所示，大图见附图。图4.3 钻爆法隧道开挖设计图4.3 中部段隧道设计4。3.1围岩分级由地质
12、力学分类方法进行围岩分级。（1）岩石的单轴抗压强度。隧道进出口岩石的抗压强度均在60MPa以上.围岩判为极硬岩.（2）岩体的完整程度。浅变质岩中发育有三组或三组以上的节理，其产状和性状受局部构造的影响.据统计：厚层至巨厚层砂岩，板岩的Jv=813条/m3、中厚层砂岩，砂质板岩Jv=820条/m3、薄层板岩Jv=1325条/m3。节理裂隙中等发育，以构造性裂隙为主。完整程度判为较完整。（3)基本分级。依据上述两项判断，进出口段的围岩定为级围岩。（4）基本分级的修正地下水的分级地下水的分级由表4。1确定.地下水对围岩级别的修正修正采用表4。2进行修正。围岩初始应力影响的修正修正采用表4。3进行修正
13、。综上所述，考虑地下水和地应力的影响，将该段围岩定为-级围岩.考虑工程的重要性及以后的运营条件，采用复合衬砌进行支护。按照由地质力学分类所给定的复合衬砌选择支护参数。表6.4列出了和级围岩的复合支护参数。表4.4 和级围岩的复合支护参数表围岩级别初期支护二次衬砌厚度喷射混凝土厚度/cm锚杆/m钢筋网钢架拱墙/cm仰拱/cm拱墙仰拱位置长度间距5局部2.02。51。530-1010拱、墙2.02。51.21.535354.3。2初期支护设计（1）锚杆：直径20mm的Q235钢筋、长度为2.0m、间距为1。5m，设置于拱墙和仰拱部位，锚杆用全长砂浆锚杆。(2）喷射混凝土:混凝土强度C30，厚度10cm.喷射于拱墙和仰拱位置。4。3.3稳定性计算按照支护的不同，分两部分进行计算。1、整体式模注混凝土的计算1）衬砌荷载的计算由于衬砌埋深为20m，属于深埋衬砌，计算
