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1、石家庄铁道大学四方学院毕业设计第1章 绪论1.1 选题背景目前，我国铁路的营运里程已居世界第三位和亚洲第一位，其年货物发送量和旅客周转量均为世界第一，客货周转量分别占全社会的35%和53%以上。作为一个铁道大国，根据铁道部提出的跨越式发展思路，我国理应尽快发展高速铁路。而铁路作为国家重要的基础设施、国民经济大动脉和大众化交通工具，具有占地少、能耗低、污染小等比较优势，加快铁路发展，符合可持续发展的要求铁路现代化是国家现代化的重要标志之一，也是现代化的基础性保障条件。.铁路的发展和现代化程度在某种意义上是衡量一个国家的现代化和社会文明程度的标志之一。我国以高速铁路为重点的客运专线网为代表的新一轮
2、铁路建设是按照世界先进水平开展的现代化铁路网的建设，它将极大地改变我国铁路网建设的传统标准和模式。2007年10月，国务院常务会议通过的综合交通网中长期发展规划，到2020年的铁路网规模将增加到12万km以上，时速200km及以上的客运专线将达到1.8万km。经过几年的不懈努力，我国投入运营的高速铁路已达到6920营业公里。其中，新建时速250350公里的高速铁路有4044营业公里；既有线提速达到时速200250公里的高速铁路有2876营业公里。我国高速铁路运营里程居世界第一位。正在建设中的高速铁路有1万多公里。我国高速铁路运营状况总体很好。一是设备质量可靠。无论是线路基础、通信信号、牵引供电
3、等固定设备，还是动车组等移动设备，质量稳定，运行平稳。二是运输安全稳定。高速安全保障体系日趋完善，职工队伍素质过硬，保持了良好的安全记录，没有发生旅客伤亡事故。三是经营状况良好。高速铁路受到广大旅客的青睐，市场需求旺盛。目前，全国铁路每天开行高速列车1000列左右，平均上座率达到101.7%。高速铁路为广大旅客创造了美好生活的新时空，赢得了大家的赞誉。并且，高速铁路作为现代社会的一种新的运输方式，具有极为明显的优势。在运行速度上，目前最高时速可达350公里，正在建设的京沪高速铁路最高时速将达到380公里，堪称陆地飞行；在运输能力上，一个长编组的列车可以运送1000多人，每隔3分钟就可以开出一趟
4、列车，运力强大；在适应自然环境上，高速列车可以全天候运行，基本不受雨雪雾的影响；在列车开行上，采取“公交化”的模式，旅客可以随到随走；在节能环保上，高速铁路是绿色交通工具，非常适应节能减排的要求。 我国铁路建设已经进入一个黄金机遇期。落实科学发展观，构建和谐社会，建设资源节约型、环境友好型社会的战略任务，使铁路的比较优势更加突出。我国经济社会的快速发展使铁路运力需求增长很快。铁道部提出的“政府主导，多元化投资，市场化运作”思路后，各省区市加快发展铁路的积极性空前高涨，铁道部已与31个省区市签订了战略合作协议，为铁路建设营造了良好的外部环境，路地合作正在向广度和深度发展；广泛吸纳社会资金参与铁路
5、建设，包括民营企业在内的许多企业积极投资铁路。相信今后几年，中国高速铁路建设将进入全面收获时期。到2012年，我国铁路营业里程将达到11万公里以上，其中新建高速铁路将达到1.3万公里。到2020年，我国“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统将全面建成，我国将完全进入“高铁时代”。 1.2 客货共线铁路发展状况客货分线铁路在各国铁路发展的迅猛。特别是自以日本新干线、法国TGV为代表的快速铁路投入运营以来，以安全可靠、技术创新、优质服务的优势为铁路的发展带来了新的机遇，为国民经济的发展带来了巨大动力。快速铁路的成功，有力地促进了国家经济的增长和社会进步，促进了沿线经济发展。快速铁路的
6、发展规划，不仅在欧洲、亚洲得到推广，而且目前在美洲和澳大利亚也在进行中。从这些国家快速铁路的发展史，对照我国铁路建设的经验和教训，可以得到许多重要的启示。在我国，高速铁路的研究工作起步于20世纪90年代，现已为高速铁路的建设做了大量的技术准备。铁路主要技术政策明确指出：运输紧张的繁忙干线修建四线或多线，实行客货分线运输。在大中城市间发展客运专线，在人口稠密地区发展城际铁路，加快形成覆盖我国主要城市的快速客运网。在我国铁路发展史上首次明确提出了客货分线的方向。随着中长期铁路网规划的逐步实施，武(汉)-广(州)、郑(州)-西(安)、京(北京)-津(天津)、石(家庄)-太(原)等客运专线先后立项。在
7、这些客运专线的建设中，有必要借鉴国外客运专线建设的经验，修建我国高质量的客运专线。 但是，我国毕竟没有高速铁路修建的实践经验，而高速铁路又是涉及面积广、科技水平极高的系统工程，因此，我们应贯彻“先进、成熟、经济、实用、可靠”的技术方针，开创我国客运专线和高速铁路事业。1.3设计研究内容及采用方法本设计为铁路隧道设计与施工，所需要解决的问题主要是隧道施工方案,施工组织设计及施工工艺。在对隧道结构设计进行检算时，需依据我国最新出版的铁路隧道设计规范，并结合本隧道的工程特点，利用相关计算围岩压力公式，计算出坑道开挖后隧道衬砌受载情况。然后，使用Ansys工程软件对隧道衬砌建模，计算并检验隧道衬砌在所
8、加荷载作用下是否满足强度要求。对不满足强度要求的隧道衬砌，进行配筋计算。在对隧道施工方案及施工工艺进行设计时，需依据我国出版的铁路隧道设计规范和铁路隧道施工规范，并结合在隧道全长范围内不同性质围岩和围岩所处的位置，来确定隧道的进洞方案、不同围岩段的开挖方案、不良地质处理方法、初期支护情况、二次衬砌施工方法、隧道防排水措施和环保设计等。第2章 工程概况2.1 隧道概况新建贵广铁路下豪一号隧道隧道全长480m，隧道进出口里程分别为DK723+140、DK723+620；隧线分界里程分别为：DK723+140、DK723+620，隧道位于广东省肇庆市四会市黄田镇境内。本隧道位于直线上，隧道内为“V”
9、字坡，DK723+140（进口） DK723+600为8.12下坡，隧道内坡长为460m；DK723+600 DK723+620（出口）为3上坡，隧道内坡长为20m。隧道内DK723+461 DK723+620段设置圆曲线型竖曲线，竖曲线半径为25000m。竖曲线长l-159m，竖曲线E-0.386m。2.2隧道地质情况1)地形地貌： 下豪一号隧道位于丘陵区，场区以构造剥蚀中低山为主，地形陡峻，植被发育，山坡自然坡度一般为3050。其中，隧道最大埋深为58.7m，隧道轴线总体走向为150。2)地层岩性： 本隧道洞身穿过地层从新至老为：第四系残坡积（Q4el+dl）、奥陶系（Oa）等地层。a、第
10、四系残坡积（Q4el+dl）粉质粘土，棕黄棕红色，硬塑，层厚0.82m，由绢云母石英片岩风化而成，以粉、粘粒为主，土质均匀性差，粘性较弱。b、奥陶系（Oa）绢云母石英片岩，褐色夹红褐色，全弱风化，全风化带层831m；强风化层厚428m；下为弱风化。3）地质构造：隧道区内地层单一，为单斜构造，未发现断层、褶皱等地质构造。4）水文地质特征：a、地下水类型及富水性 地下水类型主要为基岩裂隙水，基岩富水性差，地下水弱发育。b、地下水地表水对混凝土的影响 根据地质资料，隧道地下水无侵蚀性。5）地震动参数：根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），隧址区地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱
11、特征周期为0.35s。此外，本隧道炭化环境等级为T2.2.3隧道纵断面图隧道纵断面图，详细标明了隧道围岩工程分级、隧道衬砌段分级、各段开挖方法及各段水文地质条件等，参见附录。第3章 隧道结构设计检算3.1 隧道结构设计检算原理对隧道结构进行设计检算，主要是依据荷载-结构计算模式，通过对衬砌结构建模，计算得出衬砌结构在荷载作用下的内力和位移，利用结构最危险点的内力对衬砌强度进行检算，对不满足强度要求的配筋。荷载结构法是我国目前广泛采用的一种主要的地下结构计算方法，它是将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载，以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形的
12、方法。其设计原理是按围岩分级或实用公式确定围岩压力，围岩对支护结构变形的约束作用是通过弹性支撑来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支撑的约束能力时间接考虑。它以承受岩体松动、崩塌而产生的竖向和侧向主动压力为主要特征。总的来说，“结构荷载”模型概念清晰，计算简便，容易被工程师们所接受，至今仍很通用。 3.2 隧道衬砌结构计算内容隧道衬砌结构计算的主要内容包括：拟定隧道结构很断面尺寸、支护参数；确定围岩压力；通过建立荷载-结构计算模型，进行力学计算，求出各级围岩衬砌的结构内力；检算截面强度，不满足规范要求予以结构配筋。3.2.1 各级围岩衬砌段基本情况表3-1 下豪一号隧道各围岩级别及
13、开挖方法起讫里程所使用衬砌类型长度(m)所采用的施工方法DK723+140DK723+16222明挖法DK723+162DK723+20240三台阶临时仰拱法（四步）DK723+202DK723+27775三台阶临时仰拱法DK723+277DK723+441164台阶法（三步）DK723+441DK723+561120三台阶临时仰拱法（三步）DK723+561DK46+59130三台阶临时仰拱法（四步）DK723+591DK723+60110明挖法DK723+601DK723+62019明挖法根据所给的纵断面图纸，可确定出新建贵广铁路下豪一号隧道各级围岩衬砌段的位置、长度、方法和每一段的埋深等
14、，详情见表3-1。在下豪一号隧道全长范围内，隧道衬砌的内轮廓线是一致的，由于衬砌的厚度，初期支护的厚度和预留变形量不同，隧道开挖轮廓线是不同的，坑道的净跨和净高见也不同。级和级围岩的衬砌形式和衬砌详细尺寸见附录B中图02，图03。表3-2 衬砌净宽和净高(m)衬砌类型坑道净宽坑道净高14.4212.0614.5812.323.2.2 荷载计算3.2.2.1 荷载计算方法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，计算公式也不相同。(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
15、方的平均高度且有一定余量，根据经验，这个深度通常为22.5倍的坍方平均高度值，即 (3-1)式中，深浅埋隧道分界的深度；等效荷载高度值。系数22.5在松软的围岩中取高限，而在较坚硬围岩中取低限。当隧道覆盖层厚度时为深埋，时即为浅埋。因为新建贵广铁路一号隧道为双线隧道，等效高度值的计算公式为 (3-2) (3-3)式中，等效荷载高度值；围岩级别； 宽度影响系数； 坑道宽度，以计； 每增加1m时，围岩压力的增减率(以为基准)，当时，取，时，取。(2)深埋隧道围岩松动压力的计算方法双线铁路隧道竖直均布松动压力公式为 (3-4)式中，竖直均布松动压力；围岩容重。水平均布松动压力e可根据竖直均布松动压力求得，小寨隧道水平均布压力的经验公式见表3-3。表3-3 水平均布松动压力经验公式围岩级别
