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1、 工程概况11工程场地地层特性12.2 工程水文特性2 构造设计22.1都市轨道交通地下工程类型22.2 选定施工措施22.3 隧道断面设计3 构造计算3.1荷载计算模式33.2 荷载计算措施33围岩压力的计算6.衬砌内力计算7.衬砌强度检算及配筋9351 强度检算原理93.5 强度检算及配筋113.3配筋成果133.6区间隧道复合式衬砌设计参数13小结 工程概况.1工程场地地层特性场地的地层上而下划分为层,各层特性及描述如表-1，强度参数如表1-2。2. 工程水文特性地下水重要赋存于卵石层中，属兰州断陷盆地松散岩类孔隙性潜水，是兰州市的重要水源地。水位埋深10.0m，水位具有由北西向南东缓慢
2、减少的趋势,水位变化幅度一般2.0m-3.。 表1- 地层特性表层号土层名称岩性描述第四系全新统(Q4）-1杂填土杂色,广泛分布于本场地地表和道路表面、建筑场地表面、垃圾填埋场,成分复杂,以粉土、中粗砂、卵石、圆砾为主，含砖块、水泥块、煤渣、生活垃圾等,一般稍密,路基基本经压实解决，达密实状态。该层厚度. m。-1黄土状土灰黄色、深灰色,硬塑,大空隙、针状空隙及虫孔发育,有铁锰质及钙质条纹，含植物根系、蜗牛壳、云母片等，具水平层理。塑形指数Ip平均值为3.5,室内定名为粉质粘土，本层层顶深度3.0m,厚度30m。液性指数IL=0.1，压缩系数a1-2=.45MPa-1，为中压缩性土。地下水位低
3、于该层。广泛分布于二级阶地上部。该层土层从上至下，灰黄色部分，粉粒含量较高;深灰色部分,粘粒含量较高;该层底部局部存在0cm40cm厚的粉细砂层。2细砂灰黄色,湿,一般粒径0.5mm-2m为主，含量不小于%,矿物成分重要为石英、长石、云母等。局部地段加有中砂，含少量圆砾、砾砂。含量5%-5。具水平层理,稍密。该层分布不持续 ，以薄层状或透镜体状分布于卵石层顶面,本次勘探揭发透镜体厚度05m。21卵石杂色、灰白色，局部夹有薄层或透镜状砂层，广泛分布于地黄土状土之下。据颗分资料及现场调查，该层漂石、卵石含量占0%60%,一般粒径20mm60mm,漂石含量较少，最大粒径为00m。粒径2mm20mm的
4、圆砾含量占17%28%,中粗砂填充。卵石、圆砾母岩成分重要为砂岩、花岗岩、石英岩、硅质岩、钙钙质泥岩、燧石等。级配不良,磨圆度较好、分选性较差。水下部分饱和,重型动力触探锤击数修正值的平均值6.5=2.8,密实。该层分布稳定，层顶埋深65m,厚度6.0。第四系下更新统（Q1）3-7 中砂青灰色，饱和,一般粒径.25m2mm为主，含量不小于50%，矿物成分重要为石英、长石、云母等。局部地段加有细砂或粗砂，含少量圆砾、砾砂,含量5%-。具水平层理,密实。该层分布不持续,以薄层状或透镜体状分布于3-11卵石层中,本次勘探揭发透镜体厚度0.m-.2m。3-1卵石黄绿色、青灰色，饱和，局部夹有薄层或透镜
5、状砂层,广泛分布于二级阶地上部。据颗分资料及现场勘查,该层漂石和卵石含量占50%-6%，一般粒径20-50mm,漂石含量较少，最大粒径可达40m；粒径2m20mm的圆砾含量占20%;中粗砂填充。卵石、圆砾母岩成分重要为砂岩、花岗岩、石英岩、硅质岩、钙质泥岩、燧石等。级配不良、磨圆度较好，分选性较差。泥质微胶结，局部成钙质弱胶结，钻孔局部可形成柱状岩心。重型动力触探锤击数修正值的平均值N6.5=2825，密实。该层分布稳定，层顶埋深0.m-13.64m,厚度大。本次勘探最大深度40m未揭穿该层。据区域资料该层厚度可达2m300m。 表1-2 岩土抗剪强度指标建议值表岩土编号岩土名称直接剪切实验备
6、注快剪粘聚力c（kPa)内摩擦角（)1-1杂填土02-1卵石0403-1卵石043微胶结2 构造设计21都市轨道交通地下工程类型根据设计任务书规定，本次设计都市轨道交通地下工程的构造类型选用地下区间隧道。2 选定施工措施在隧道施工中,开挖措施是影响围岩稳定的重要因素。因此,在选择开挖措施时,应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、支护条件、工期规定、机械配备能力、经济性等有关因素进行综合分析，在保证围岩稳定或减少对围岩扰动的前提下,采用恰当的开挖措施。在本地下区间隧道的施工措施选用过程中,按照“安全、可靠、经济、合用”的原则，根据本工程的实际地质状况拟定使用暗挖法施工。由于地层中重要是黄土
7、,细砂、中砂、卵石，并且地下水较发育，岩体松散,透水,工程地质条件较差,拟定该工程所处地质条件为V级围岩,故开挖时架立临时支撑,设立临时仰拱，采用暗挖法中较为安全的交叉中隔壁法(CD法）。交叉中隔壁法(CRD法)水平方向分两部,上下分三部开挖。先开挖中隔壁左侧的3部，及时支护并封闭临时仰拱，再开挖右侧分部及支护,形成左右两侧开挖及支护互相交叉的情形。同一层左右两部开挖工作面相距m,上下层开挖工作面相距保持36m，且待喷射混凝土强度达到设计强度的%后开挖相邻部位。根据监控量测成果,中隔壁及临时仰拱在仰拱浇筑前逐段拆除,每段拆除长度12m。仰拱的浇筑距开挖面18,每次浇筑长度6m。为避免仰拱浇筑对
8、开挖工作的影响,需架设临时仰拱栈桥。滞后仰拱12m进行拱墙二次衬砌的整体浇筑。CRD的爆破应缩短循环进尺，采用少装药、弱爆破,以减小爆破对中隔壁及临时仰拱的影响。开挖步序见图2-。图2-1 RD法施工步序图（单位:m）I超前支护;1左侧上部开挖;II左侧上部初期支护;2左侧中部开挖；III左侧中部初期支护;3左侧下部开挖；IV左侧下部初期支护;右侧上部开挖;V右侧上部初期支护;5右侧中部开挖；VI右侧中部初期支护成环;右侧下部开挖;VI右侧下部初期支护；VIII仰拱及混凝土填充；IX二次衬砌3隧道断面设计该区间隧道采用单洞双线隧道,根据铁路隧道设计规范和铁路工程建设通用参照图，隧道断面采用的复
9、合式衬砌的形式,该隧道处在级围岩段,隧道预留变形量为12cm，因此隧道的开挖净高和净宽初步拟定见表-1所示。除去预留变形量，隧道的断面宽1.38m，高2.24。隧道断面图见附图。表2-1 隧道开挖净高和净宽围岩级别开挖净高（m)开挖净宽(）1.4814.623 构造计算3.1荷载计算模式隧道构造的设计计算涉及对初期支护和二次衬砌的设计计算,本设计只对二次衬砌的设计检算,初期支护由工程类比法拟定,不对其进行计算。二次衬砌的设计计算采用荷载构造模型，将所有荷载施加到衬砌构造上,根据求得的衬砌内力对已拟定配筋的衬砌进行检算,并对检算未通过的衬砌调节截面配筋，直到检算通过为止。整个设计检算过程如下:(
10、)拟定隧道的围岩级别及相应埋深;（2)根据围岩级别和衬砌内轮廓尺寸,由工程类比法初步拟定隧道的支护和衬砌参数，绘制复合式衬砌断面图;()由铁路隧道设计规范，计算围岩压力并拟定典型计算断面;（4)采用荷载构造模型，运用ASS建模进行衬砌内力的计算；(5）由计算求得的弯矩、轴力进行衬砌构造配筋的检算。3.2荷载计算措施 （1)隧道深浅埋的鉴定原则深、浅埋隧道分界深度至少应不小于坍方的平均高度且有一定余量。根据经验,这个深度一般为22.倍的坍方平均高度值,即： (-1)式中，深浅埋隧道分界的深度(m); 等效荷载高度值(m)；系数22.5在松软的围岩中取高限，在较坚硬围岩中取低限。当隧道覆盖层厚度时
11、为超浅埋，时为浅埋，时为深埋。（2)当隧道埋深h不不小于或等于等效荷载高度hq()时,为超浅埋隧道,围岩压力按隧道顶部全土柱重量计算。围岩垂直均布松动压力为： （3-2)式中，围岩容重(kN/m3)，见表3-1; 隧道埋置深度(m);围岩水平压力按朗金公式计算：隧道顶部水平压力: (3-3a）隧道底部水平压力: (3-3）表3-围岩压力有关计算参数取值围岩级别容重(N/m3）弹性反力系数K(MPa/m)岩体两侧摩擦系角（)计算摩擦角()V15500.5V1.5150.645(3)当隧道埋深h不小于等效荷载高度hq且不不小于深浅埋分界深度()时，为一般浅埋隧道,围岩压力按谢家烋公式计算：围岩垂直
12、均布松动压力为： （-4） (35) (-6)式中,坑道跨度(m)；围岩的容度（kN/m3）;洞顶覆土厚度（m）;岩体两侧摩擦角(),见表22;侧压力系数;围岩计算摩擦角()，见表2-2;产生最大推力时的破裂角(）;隧道开挖高度(m)。围岩水平压力按梯形分布,由下式拟定：隧道顶部水平压力： (3-7)隧道底部水平压力： (-7b)（4)当隧道埋深h不小于或等于深浅埋分界深度H(）时,为深埋隧道，围岩压力按自然拱内岩体重量计算：单线、双线及多线铁路隧道按破坏阶段设计，垂直均布压力为： (3-8）式中,等效荷载高度值(m)； 围岩级别,如II级围岩; 围岩的容重（kN/m3); 宽度影响系数，其值
13、为: (9）式中，坑道宽度(m)；每增长1时,围岩压力的增减率(以m为基准)，当5m时,取，5时，取。围岩的水平均布松动压力按表3-2计算求得。表-2 围岩水平均布压力围岩级别IVV水平均布压力0.2q.2q33 围岩压力的计算(1)隧道深浅埋鉴定隧道开挖最大轮廓尺寸：B=14.62m，=12.48m等效荷载高度：深浅埋分界深度:由于围岩为级,岩体软弱破碎、节理发育、强弱风化且含地下水，故取。根据本区间隧道所处地质条件,设立隧道埋深约为13m，且故为一般浅埋隧道。(2)级围岩压力的计算一般浅埋隧道围岩压力按谢家烋公式计算：对于级围岩,计算摩擦角 ，则,垂直均布松动压力:水平松动压力：隧道顶部:隧道底部：4 衬砌内力计算衬砌内力的计算采用荷载构造模型,运用有限元软件NSYS进行计算。NSY加载求解过程如下：（)设立分析类型：隧道采用构造分析模型；()前解决：设立单元类型、实常数、材料属性，建模并划分单元；(3)求解：施加边界条件、荷载并求解;(4)后解决:显示并保存变形图、弯矩图、轴力图和单元成果表。隧道的ANY
