隧道设计书

精选优质文档-倾情为你奉上2014级本科课程设计隧道工程（高速铁路） 姓名：李艳学号：班级：1班指导老师：郭成超目录 1 绪论1.1隧道简介1.1.1隧道及其分类隧道通常指作用地下通道的工程建筑物。一般可分为两大类：一类是修建在岩层中的，称为岩石隧道；一类是修建在土层中的，称为软土隧道，埋深较浅的隧道，一般采用明挖法施工，埋置较深的隧道则多采用暗挖法施工。隧道按其所处的位置不同可分为山岭隧道、水下隧道(河底和海底)以及城市隧道等。隧道按其横断面形状分为圆形、椭圆形、马蹄形、眼镜形(孪生形)等。隧道按其用途可分为交通隧道(包括公路隧道、铁路隧道、城市地铁、人行隧道等)和运输隧道(包括输水隧道、输气隧道、输液隧道等)。公路隧道按其长度的不同又分为四类,见表1-1所示：表1.1 公路隧道分类隧道分类特长隧道长隧道中隧道短隧道隧道长度(m)L30003000L10001000L500L500隧道长度，是指进出口洞门端墙之间的水平距离，即两端端墙面与路面的交线同路线中线交点间的距离，并以此作为计量支付的依据。尽管隧道有各种用途、不同长度及横断面形状，但其构造组成大体相同，均由主体建筑物和附属建筑物两大部分组成。1.1.2隧道的作用及其优点隧道在山岭地区可用做克服地形或高程障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏，保护生态环境；还可用做克服落石、坍方、雪崩、雪堆等危害。在城市可减少用地，构成立体交叉，解决交叉路口的拥挤阻塞，疏导交通，保护环境，提高社会综合效益。在江河、海峡、港湾地区，可不影响水路通航。修建隧道既能保证路线平顺、行车安全、提高舒适性和节约运费，又能增加隐蔽性、提高防护能力和不受气候影响。1.1.3隧道工程及其发展隧道工程从原始的洞室开挖（明挖法，盖挖法），经历了钻爆开挖，发展到现在的盾构法，沉管法，顶管法和沉箱法。计算理论也经历也一发展阶段，依次经历了刚性理论，弹性理论，弹塑性理论，连续介质理论和数值分析和反馈理论。隧道施工的应用范围也不断地扩大，由岩质隧道扩展到现在的土质隧道和水工隧道，由铁路隧道扩展到公路隧道，地铁隧道，水工隧道，地下管线隧道，观光隧道，相应的施工方法也由单一的木支撑开始，经历了钢支撑，发展到现在的柔性支付（复合式支护）。对于开挖的隧道柔性支护应用越来频繁，设计理论由荷载结构法发展到现在的地层结构法。荷载结构法计算比较简单，但没有考虑围岩和结构之间的相互作用，与工程实际相比误差较大。目前，地层结构法还处于发展阶段，国内外诸多学者提出许多计算模型，例如，同济大学孙军院士提出隧道网络神经分析法，侯学渊教授提出的同济大学模型，PECK.R.B教授提出PECK公式等，对地层结构法的发展和完善起着极大的推动作用。随着隧道向软土等复杂地质条件下的应用，盾构技术也越来越受到重视，作为一种非开挖技术，盾构法能够有效地控制地面沉降，提高施工效率等，盾构机机型也不断增加，主要有泥土静压平衡盾构，泥水静压平衡盾构，网格挤压盾构，网格水力机械出土盾构等，能够适应不同的地质情况，大大地扩展了施工范围。随着计算理论的发展，数值分析的应用，施工监测和信息反馈不断发展，施工经验的积累，隧道工程技术不断也不断地向前迈进1.1.4新奥法施工新奥法是本世纪四十年代开始发展起来的，它是以喷混凝土和锚杆为主要支护手段的一种方法。这种方法把坑道的衬砌支护与围岩看作是互相作用的一个整体，既发挥围岩的自承能力，又使支护起到加固围岩的作用。在确保坑道稳定的基础上，使设计更加合理、经济。目前这种方法还处于经验设计阶段，需在实施过程中根据现场测量数据加以修正。新奥法与传统的矿山法相比，更能结合实际地质条件。随着理论上的日益完善，将会在地下工程中得到更加广泛的应用。1.2目的和意义 课程设计是对本课程学习知识的检验和考察，通过这次课程设计使学生对本专业的知识有更深一步的了解，和更深一步的掌握，以便在以后的学习工作中能灵活的运用所学专业的知识。 本项设计是沈阳至丹东高速铁路隧道设计，技术标准高，将其作为设计课题，把所学的基础理论、专业知识、基本技能综合运用于实际工程设计中的一次完美组合，本项设计有针对性地在隧道选线、隧道衬切、支护设计、隧道洞门设计、隧道防排水设计、隧道通风照明设计、隧道爆破设计、隧道施工组织设计等方面进行了深入研究，通过比较的研究方法，能够使我掌握各分项设计中的重难点，掌握计算的方法及计算要点，满足我以后工作和继续深造的需要。2 设计资料2.1工程概况沈丹高速铁路是沈阳至丹东铁路客运专线全长205.7公里，设有沈阳南、本溪新城、本溪、南芬北、通远堡西、凤城东、新五龙背、丹东8个车站，设计时速为250公里。沈阳站至丹东站运营里程222.095km。该线的建设，经沈阳枢纽连通秦沈、哈大、京沈等既有、在建和规划客运专线，将形成辽宁省铁路主骨架，完善了国家铁路客运专线网的可通达性;同时连接沈阳至抚顺城际铁路，以及沈阳至铁岭、沈阳至鞍山等规划城际铁路，将全面形成辽宁省城际铁路客运网。进大顶山隧道进口里程为DK77+385，出口里程DK83+650，隧道全长6265米。隧道主要穿越泥灰岩、页岩，级围岩2345m、级围岩2490m、级围岩665m、级围岩765m，洞身最大埋深约267m，最小埋深约15m。隧道进口里程DK77+385，出口里程DK83+660，全长6275m。斜井两处，1#斜井里程DK79+400,长335米，2#斜井里程DK82+000，长463米。隧道进口至DK78+856.9993位于曲线上，曲线半径R=4500m,DK78+856.9993至出口段位于直线上。隧道进口至DK77+500段坡度为12.0847的上坡，DK77+500至DK80+750段坡度为3的上坡，DK80+750至出口段坡度为12的上坡。隧道最大埋深为267.1m。2.2 工程地质条件2.2.1地层特性 隧道范围内丘间河谷内表层多为第四系上更新统坡洪积（Q3dl+el）粉质粘土、碎石土覆盖，隧道洞身通过底层较为复杂。洞身地层为青白口系南芬组（Qnn）泥灰岩、页岩；青白口系钓鱼台组（Qnd）石英砂岩。隧道进口处地层为第四系上更新统坡洪积层（Q3dl+el）粉质粘土、粗角砾土、隧道出口处地层为第四系上更新统坡洪积层（Q3dl+el）细角砾土。 主要地质问题：洞身通过大的区域断层及物探断层，岩层破碎，极易发生塌方、突泥涌水等地质问题；岩层产状平缓，层状构造，且节理裂隙发育，洞顶易塌方。2.2.2地质构造 褶皱构造：隧道穿越南芬桥头复背斜的核部，与线路走向大致平行，本褶皱构造属于新华夏系褶皱构造。地层基本稳定，洞身地层为青白系南芬组页岩、泥灰岩，局部为钓鱼台组石英砂岩、页岩，核部发育次一级平缓波状褶皱，褶皱核部岩石较破碎，节理裂隙较发育。断层 F1：该断层属何家堡子后塔沟断层（华夏系断裂构造）的一部分。断层产状：3000500，上下盘为青白系南芬组页岩。推测洞身处该断层从DK79+845附近通过，破碎带及其影响带宽约50米； F2：该断层属何家堡子后塔沟断层（华夏系断裂构造）的一部分。断层产状：2900600，上下盘为青白系钓鱼台组及南芬组。推测洞身处该断层从DK80+575附近通过，破碎带及其影响带宽约50米； F3：该断层属何家堡子后塔沟断层（华夏系断裂构造）的一部分。断层产状：1700750，上下盘为青白系南芬组。推测洞身处该断层从DK82+300附近通过，破碎带及其影响带宽约50米； F4：该断层属何家堡子后塔沟断层（华夏系断裂构造）的一部分。断层产状：1750550，上下盘为青白系钓鱼台组及南芬组。推测洞身处该断层从DK83+835附近通过，破碎带及其影响带宽约50米； 有大地电磁推测断层大地电磁推测断层FWT-1、FWT-2及FWT-3分别在DK79+200、 DK80+575及DK82+300附近穿过洞身；地下水类型主要为少量的基岩裂隙水及第四系孔隙潜水，但由于岩体节理裂隙发育，基岩裂隙水能够沿节理面下渗。雨季因地表水下渗，隧道洞身范围有少量的基岩裂隙水。DK77+520 DK79+520段环境税具硫酸盐侵蚀性，环境作用等级为H1。隧道区除局部表覆第四系上更新统坡洪积层（），主要有分布于山顶古滑移体堆积层及其底部少量压碎岩体，以及分布于洞身的寒武系下统（1）的粉砂岩夹页岩，灰岩、泥灰岩、页岩等，各地层分布、厚度详见纵断面图。现将各地层岩性简述如下：2.2.3 岩石分级指标表2.1 岩石坚硬程度的划分岩石类别单轴饱和抗压强度代表性岩石 硬质岩极硬60花岗岩、闪长岩、玄武岩、等岩浆岩。硅岩、钙质胶结的砾岩、砂岩、石灰岩、白云岩等沉积岩；片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩、等变质硬岩3060软质岩较软岩1530凝灰岩等喷出岩砂砾岩、泥质砂砾岩、泥质页岩、灰质页岩、泥灰岩、泥岩、煤等沉积岩云母片岩或千枚岩等变质岩2.3 气象及水文地质条件隧道内少量基岩裂隙水。沈阳市从北至南横贯浑河冲洪积扇。扇地地下水的赋存条件与古地貌、地层结构、岩土孔隙度和水理性质等因素密切相关，不同砂体赋存地下水的丰富程度有很大差别。整个浑河扇地蕴藏着丰富的孔隙承压水、潜水。勘察期间，各勘探孔均见地下水，水温915，一般1113 ，属冷水，地下水类型为第四系松散岩类孔隙潜水，稳定水位埋深5.115.7m之间，水位标高31.7542.29 m。地下水常年水位变幅0.52 m。据沈阳水文站实测水头高H=40.95 m、流量Q=5010 m3s、流速V=3.14 ms,河底最大冲刷变幅7.0 m。浑河扇地地下水流向总体上由东向西径流。抽水试验表明单井涌水量在1720.86306 m d，降深1.7212.05 m，单位涌水量104.33 665.02 m3dm，水量丰富一极丰富。含水层综合渗透系数74.8210 m，影响半径( 80350 ）m。2.4 抗震设计参数及地震效应根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001）附录A中国地震动峰值加速度区划图，本场地地震动峰值加速度为0.15g(地震基本烈度为度）。2.5 区域稳定性评价根据铁路工程地质勘察规范（GB100122001），整个区域内岩层强度较低，地层以软质类岩层为主。隧道通过弱风化软岩岩体，岩体较完整，隧道围岩基本分级一般为IV级，隧道通过全强风化软岩岩体以及高阶地土层时，围岩分级一般为低至V级。综合考虑隧道场址岩土层的岩性特征与分布特征，以及地下水和洞身埋深。2.6 不良地质现象隧道进口地面高程为143.189144.670米，地面起伏不平。开挖地层主要有人工填土、残坡积粉质粘土、粉砂岩夹页岩、泥灰岩泥、灰岩。围岩筹等级为V级，岩土施工等级为IIIIV级。隧道进口地处地层为残坡积层以及含粉砂岩夹页岩、泥灰岩泥、灰岩全强风化层，多为软岩，由于软岩强风化层易软化崩解、易风化，工程性质相对较差，暗挖易塌。隧道洞身段往小里程方向为粉砂岩与页岩为主，大里程方向以石灰岩为主，与砂岩泥灰岩呈顺层接触。里程推测为砂砾岩与泥质砂岩分界线。岩性单一，主要为石灰岩，夹杂泥灰岩。2.7设计标准铁路等级：客运专线(设计速度250Km/h)；正线数目：双线；最小曲线半径：一般9000m，困难7000m；正线线间距：5m最大坡度:20到发线有效长度：700m牵引种类：电力；列车运行方式：自动控制；行车指挥方式：综合调度集中；隧道采用型板式无砟轨道设计，轨道结构高度742mm。2.8计算断面资料桩号：DK79+460.00；围岩类别：V级；复合式衬砌类型：Vb（相当于V级浅埋，采用50cmC35钢筋混凝土）；3 初步设计3.1 围岩分类隧道主要穿越泥灰岩、页岩，级围岩2345m、级围岩2490m、级围岩665m、级围岩765m，洞身最大埋深约267m，最小埋深约15m。本次主要以五级围岩为设计重点。3.2隧道平面设计要点一般情况下隧道内的线路最好采用直线，但是，如受到某些地形的限制，或是地址原因往往不得不采用曲线时，应采用较大的曲线半径。例如，当线路绕行于山嘴时，为了避免直穿隧道太长，或是为了便于开辟辅助性的横洞，有时也会有意识地设置与地形等高线相接近的曲线隧道。当隧道越岭时，线路常常是沿着垭口的一侧山谷转入山体后，又沿垭口另一侧山谷转出。这样可以使隧道较长的中段放在直线上，但两段为了转向都要落在曲线上。如果垭口两侧沟谷地势开阔，则可将曲线放在洞口以外。有时，隧道已经施工，在开挖前进中发现前方由不良地质，不宜穿过。此时，不得不临时改线绕行，于是出现曲线，而且将是左转与右转两个曲线，才能回到原线上来。上述情况在山区的线路中是常遇到的。设计时，应尽量采用较短的曲线，或是半径较大的曲线，使它影响小一些。铁路隧道在曲线两端设缓和曲线，最好不使洞口恰恰落在缓和曲线上。缓和曲线在平面上半径总在改变，竖向的外轨超高也在变化，这样，在双重变化下，列车行驶不平稳。所以，应尽可能将缓和曲线设在洞外距离以外，圆曲线的长度不应短于一节车厢的长度。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。列车同时跨在两个曲线上时，行车很不稳当。所以，两曲线间应有足够长的夹直线，一般要求在3倍车辆长度以上。高速铁路设计规范规定：与设计速度匹配的平面曲线半径应符合规定；正线不应设置复曲线；设计正线间距要符合规定250km/h时速，最小线间距4.6m：缓和曲线按照规范表5.2.5-1和5.2.5-2合理选用。3.3隧道纵断面设计要点3.3.1 坡道形式隧道位于岩层之中，除了地质有变化以外，线路走向不受任何限制，不必采用复杂多变的形式。一般可采用单面坡或人字坡。单面坡多用于线路的紧坡地段或是展现的地区，因为单面破可以争取高程，拔起或降落一定的高度。单面坡隧道两洞口的高程差较大，由此产生的气压差和热位差也大，能促进洞内的自然通风。它的缺点是：在施工阶段，对于下坡开挖，洞内的水自然地流向开挖工作面，使开挖工作受到干扰，需要随时抽水外排。此时，运渣时，空车下坡重车上坡，运输效率低。人字形坡道多用于长隧道，尤其是越岭隧道，因为越岭无需争取高程，而垭口两端都是沟谷地带，同时向下的人字形坡道，正好符合地形条件。人字坡的优点是：施工是水自然流向洞外，排水促使相应的简化，而且重车下坡，空车上坡，运输效率高。它的缺点是：列车通过时排出的有毒气体聚集在两坡间的顶峰处，尽管用机械通风，有时也排除不干净，长时间积累，浓度渐渐增大，使司机以及洞内维修人员的健康受到影响。两种不同的方法用于不同的隧道。对位于紧坡地段，要争取高程的区段上的隧道、位于越岭隧道两端展线上的隧道、地下水丰富而抽水设备不足的隧道，宜采用人字形坡道。3.3.2坡度大小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，如果在平面上由曲线，还需为克服曲线的阻力，再减去一个曲线当量坡度，即 i允=i限-i曲 （3-1）式中 i允 设计中允许采用的最大坡度（%）； i限 按照线路等级规定的限制最大坡度（%）； i曲 曲线阻力折算的坡度当量（%）；隧道内行车条件要比明线差，对线路最大限制坡度的要求更为严格。因此隧道内线路的最大允许坡度要在明线最大限制坡度上乘以一个折减系数。考虑坡度折减的原因：列车车轮与钢轨踏面间的粘着系数降低；洞内空气阻力增大。由于上述原因，隧道内线里的限制坡度要在明线限制坡度上乘以一个小于1的折减系数。按现行的铁路隧道设计规范，除隧道小于400m时，上述影响不太显著，坡度可以不这件以外，其他长度大于400m的隧道都要考虑坡度的折减。折减方法按下式： i允=mi限-i曲其中，m为隧道内线路的坡度折减系数，它与隧道的长度有关。当隧道内有曲线时，注意要先进行隧道内线路坡度的折减，然后再扣除曲线折减。除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平坡，最小的允许坡度不宜小于3%；高速铁路设计规范规定：区间正线的最大坡度不宜大于20%，困难情况下经技术经济比较后不应大于30%.3.3.3 坡段长度铁路隧道内线路的坡型单一，但不宜把坡段定得太长，尤其是单坡隧道。如果是一路大上坡，列车就必须用尽机车的全部潜在能力，持续奋进。这样会越爬越慢，以至有停车的可能或出现车轮打滑的情况，容易发生事故。在下坡时由于坡段太长，制动实时间过久，机车闸摩擦发热，将使燃油失效，以致刹不住车，发生溜车事故。所以，在限坡地段，坡段不宜太长。如果隧道很长，坡度又不想变动，为了不使机车爬长坡，可以设缓坡段，使机车有一个喘息和缓和的时间。此外，顺坡设排水沟时如果坡段太长，水沟就难以布置。不是流量太大，就是沟槽太深，有时为此需要设置许多抽水、扬水设施，分级分段排水。这也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设置太长。一次相反，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，四级操纵要随时调整。列车过边坡点时，受力情况也随之变化，车辆间会发生相互的冲撞，车钩产生附加应力。如果坡段过短，一列车在行驶过程中，同时跨越两个变坡点，车体、车钩都在同时受到不利的影响，有时会因为发生事故。实践指出，坡段的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。高速铁路设计规范规定：最小坡段长度应按下式计算确定且取值为50m的整数倍，并符合下列规定：lp=i1+i22Rsh+0.4v （3-2）式中 lp 最小坡段长度（m）； i1、i2 坡段两端坡度差（%）； v 设计速度（km/h）； Rsh 竖曲线半径； 正线宜设计为较长的坡段。最小坡段长度一般条件下不应小于900m，困难条件下不应小于600m，列车全部停战的车站两端不应小于400m；最小坡段长度不宜连续采用，困难条件下不应连续采用，竖曲线不应重叠。3.3.4 坡段连接对于铁路隧道来说，为了行车平顺，两个相邻坡段坡度的代数差值不宜太大，否则会引起车辆之间仰俯不一，车钩受到扭力容易发生断钩。因此，在设计坡度时，坡间的代数差要有一定的限制。从安全的观点触发，两坡段之间的代数差值i不应大于重车方向的限坡值。高速铁路设计规范规定：正线相邻坡段的坡度差大于或等于1%时，应采用圆曲线型竖曲线连接，最小竖曲线半径应根据设计速度选用；最大竖曲线半径不应大于30000m；最小竖曲线不应小于25m；竖曲线（或变坡点）起终点与平面曲线起终点间的最小距离不宜小于20m，竖曲线（或变坡点）与缓和曲线，道岔不应重叠设置；竖曲线与平面圆曲线不宜重叠设置，困难条件下重叠设置时，最小曲线半径应符合规范中规定。3.4 横断面设计要点 隧道净空断面除应符合建筑限界的规定以外，还应考虑通风设备及排水、照明、消防、监控、管线电缆等设施所需的空间，并考虑土压影响，施工方法等必要的富余量。经综合考虑该隧道采用曲墙式断面构造。3.4.1 净空 隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。铁路隧道净空是根据“隧道建筑限界”确定的，而“隧道建筑限界”是根据“基本建筑限界”制定的，“基本建筑限界”又是根据“机车车辆限界”制定的。直线隧道净空要比隧道建筑限界稍大一些，除了满足衔接要求外，考虑避让等安全空间、救援通道及技术作业空间，还考虑了在不同的围岩压力下，衬砌结构的合理受力形状以及施工方便等因素。3.4.2 曲线隧道净空加宽根据高度铁路设计规范规定，区间正线间距符合规定，曲线地段可不予加宽。3.4.3横断面构造（1）隧道横断面采用锚喷支护复合模筑混凝土衬砌，内夹防排水层。（2）路面采用双面横坡，坡度2%，路面双侧设排水沟，路基中心设中心排水沟。（3）横断面右侧沟槽设弱电缆及消防配水管，左侧沟槽设强电电缆。（4）救援通道多线隧道双侧设置，救援通道宽度距线路中线不应小于2.3m；救援通道的宽度为1.5m，在装设专业设施处可适当减少；高度不应小于2.2m。（5）安全空间应设置在距线路中线的3.0m以外，单线隧道在救援通道的一侧设置，多线隧道在双侧设置；安全空间的宽度不应小于0.8m，高度不应小于2.2m。3.5隧道衬砌标准内轮廓设计根据高速铁路设计规范(TB 10621-2014)规定，隧道的内轮廓标准为单心半圆R1=641cm，如图3.1所示：图3.1 隧道内轮廓线4 洞门设计4.1洞门设计要求隧道洞口位置应根据地形、地质条件，同时结合环境保护、洞外有关工程及施工条件、营运要求，通过经济、技术综合分析比较确定。隧道应遵循“早进洞、晚出洞”的原则，同时按照铁路隧道设计规范关于洞口的一般规定应符合下列要求：1、隧道洞口的设置，应减少对原有破面的破坏；2、当洞口处有坍方、落石、泥石流等威胁时，应尽早进洞；3、线路跨沟或沿沟进洞时，应结合防排水工程，确定洞口位置；4、漫坡地形的洞口位置，宜结合弃渣的处理、填方利用、排水以及有利施工等因素，综合分析确定；5、洞口段应结合地形、地质条件和施工方法确定加固措施，必要时可采取地表注浆。4.2洞门类型的确定洞门的形式很多，从构造形式、建筑材料以及相对位置等可以划分许多类型。目前，我国公路隧道的洞门形式有: 端墙式洞门、翼墙式洞门、环框式洞门、台阶式洞门、柱式洞门、遮光棚式洞门等。端墙式洞门：适用于岩质稳定的级以上围岩和地形开阔的地区，是最常使用的洞门型式；翼墙式洞门：适用于地质较差的级以下围岩，以及需要开挖路堑的地方。翼墙式洞门由端墙及翼墙组成。翼墙是为了增加端墙的稳定性，同时对路堑边坡也起支撑作用。其顶面一般均设置水沟，将端墙背面排水沟汇集的地表水排至路堑边沟内；环框式洞门：当洞口岩层坚硬、整体性好（I级围岩）、节理不发育，路堑开挖后仰坡极为稳定，并且没有较大的排水要求时可采用环框式洞门；台阶式洞门：当洞门傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时，为减小仰坡高度及外露长度，可以将端墙顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形的特点。 沈丹高速铁路隧道属长隧道，基本服从于路线走向，路线与地形等高线基本正交，洞门按受力结构设计。洞门形式结合实际地形、地质情况选定。根据洞门所处地段的地形地貌及工程地质条件，遵从“早进洞，晚出洞”的设计原则，并考虑洞门的实用、经济、美观等因素，因此本隧道使用沈阳端采用翼墙式洞门、丹东端洞口采用端墙式洞门。5 防排水和通风设计5.1 防排水隧道防排水设计方案应结合隧道洞深水环境要求和水文地址条件确定。隧道防排水应采取“防、堵、截、排，因地制宜，综合治理”的原则。根据高速铁路设计规范规定有以下要求：1、避开不良、不稳定地质体，以较短途径引排到自然稳定的沟谷中；经路堑侧沟、涵洞排放时应采用无缝顺接，必要时设置具有检修、维护功能的缓冲井。2、洞口及洞神范围影响施工及运营安全的地表流径、坑洞、漏斗、陷穴、裂缝等，应采取封闭、引排、截流等工程措施消除安全隐患3、横跨洞口及洞身的自然冲沟、水渠的沟底高程大于隧道洞顶高程时，宜采用明洞顶设渡槽排水方案。4、初期支护与二次衬砌的拱墙之间应根据地下水发育情况合理设置防水板，防水板厚度不应小于1.5mm。加强排水及施工缝处理措施，地下水环境保护要求高，埋深浅的隧道应采用全断面封闭防水。5、双线铁路应设置双侧水沟和中心水沟，中心水沟应与双侧水沟相连通。6、隧道衬砌背后应设置与双侧排水沟连通的环、纵向排水盲管。7、不能自然排水的隧道应设集水池及机械排水设施，机械排水设施的排水能力应满足设计排水量要求，并配置备用泵。排水设施应配有控制、监控系统。集水池宜与正洞隔离，机械排水系统应设检修通道。8、寒冷及严寒地区隧道防排水设计应考虑防冻害，其防排水设施应结合当地气候条件、工程与水文地质、环境条件等进行专项设计。9、水沟断面应根据水量大小确定。水沟的设置应考虑清理和检查要求。暗埋中心排水沟应设检查井，检查井间距不应大于50mm，其盖板面宜与隧道底填充面齐平。10、隧道衬砌结构的施工缝、变形缝应按一级防水要求采取可靠的防水措施。5.2运营通风隧道运营通风方式应根据技术、经济条件，考虑维修、防灾救援等因素综合比选确定，并符合现行铁路隧道运营通风设计标准的相关规定。隧道的防灾通风应与运营通风统筹考虑，应采用可靠的防火安全措施，并符合现行铁路隧道防灾救援疏散工程设计标准的相关规定。6 隧道衬砌设计根据铁路隧道设计规范规定：隧道应设衬砌，并优先采用复合式衬砌，衬砌结构的尺寸，可根据围岩级别、水文地质条件、埋深深度、结构工作特点，结合工作条件等，通过工程类比和结构计算确定，必要时，还应经过试验论证。根据高速铁路设计规范规定：1、矿山法施工应采用复合式衬砌。2、级围岩隧道衬砌应采用曲墙有仰拱的结构形式，边墙与仰拱应圆顺连接；隧道二次衬砌级围岩地段宜采用钢筋混凝土。3、隧道衬砌混凝土强度不应低于C30，钢筋混凝土强度等级不应低于C35，仰拱填充混凝土强度等级不应低于C20。复合式衬砌初期支护及二次衬砌设计参数，应根据隧道围岩级别、岩体构造特征等采用工程类比、理论分析确定，并应根据现场围岩量测信息，对支护参数作必要的调整。土质隧道、浅埋隧道、设置大管棚地段隧道的拱部可不设置径向锚杆。6.1围岩压力计算（曲墙式）表6.1 时速250300 km双线铁路隧道排水型复合式衬砌设计参数衬砌类型初期支护二次衬砌预留变形量（cm）喷混凝土钢筋网(8mm)锚杆钢架拱墙（cm）仰拱/底板（cm）部位厚度（cm）网格间距（cm）设置部位（cm）长度m间距（环纵）规格间距（cm）拱墙/52.5局部35/30*35拱墙/152525拱部3.01.214055/58偏压拱墙/182020拱部3.01.21型钢1.0（拱墙）40*55*/58拱墙/25仰拱/102020拱墙3.51.01格栅1.0（拱墙）45*55*/810加强全环/252020拱墙3.51.01格栅型钢1.0（全环）45*55*/810偏压全环/252020拱墙3.51.01型钢0.8（全环）50*60*/810全环/282020拱墙4.010.8格栅型钢0.60.8全环50*60*/1015加强全环/282020拱墙4.00.81型钢0.6（全环）50*60*/1015偏压全环/282020拱墙4.00.81型钢0.5（全环）50*65*/1015表中带*为钢筋混凝土，所有拱墙喷射混凝土中均掺加合成纤维，加强衬砌用于浅埋隧道段，喷射混凝土强度等级为C25，素混凝土强度等级为C25，钢筋混凝土强度等级为C30。围岩等级为，按表中规范所取：喷混凝土厚度为28cm，二次衬砌拱墙厚度为50cm，仰拱厚度为60cm，预留变形量为12cm。6.1.1 隧道的宽度B与高度Ht的确定隧道的宽度B与高度Ht确定可按下式进行计算：B=2+2d+2e=26.41+20.78+20.12=14.62(m) （6-1）Ht=+d+e=2.27+6.41+0.78+0.12=9.58(m) （6-2）式中： r1拱部圆弧半径（m）； d衬砌厚度预估，喷射混凝土厚度+二次衬砌厚度（m）； e预留变形量（m）； Ht路面至起拱线的高度（m）。6.1.2 判断隧道深、浅埋深埋和浅埋的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判断。级围岩的重度为=20KN/m3按等效荷载高度计算公式如下： =1+iB-5=1+0.114.62-5=1.962 （6-3） q=0.452s-1=0.4525-1201.962=282.528(KPa) （6-4） hq=q=282.52820=14.1264(m) （6-5）式中： q垂直均布压力(KN/m)； S围岩级别； 围岩垂直重度(KN/m3)； 宽度影响系数, B隧道宽度； i 当B5m时，取i=0.1。在矿山法施工条件下：-级围岩取Hp=2 hq HP=2hq=214.1264=28.2528(m) 式中: Hp隧道深浅埋的分界高度； hp等效荷载高度; 判断：设隧道埋深为H=15m（坑顶至路面的距离，m）H7870806070506040503040根据表6.2 所示，级围岩取值为0=43，=23 tan=tanc+(tan2c+1)tanctanc-tan （6-6） =tan43+tan243+1tan43tan43-tan23=2.8159 = tan-tanctan1+tantanc-tan+tanctan （6-7） = 2.8159-tan432.81591+2.8159(tan43-tan23)+tan43tan23=0.4685 至此，极限最大阻力T值可求得。得T值后，代入(6-8)可求得作用在HG面上的总垂直力Q浅=W-2Tsin=W-h2tan （6-8）由于GC、HD与EF、EG相比较小，而且衬砌与土的摩擦角也不同，前面分析时按计，当中间土块下滑时，由于HF及EG面传递，考虑压力稍大些对设计的结构也偏于安全，因此，摩阻力不及隧道部分而只计洞顶部分，即在计算时用H代替h: W=BtH （6-9） Q浅=W-H2tan=H(Bt-Htan) （6-10） =202014.62-200.4685tan23=4257.0684KPa 换算为作用在支护结构上的均布荷载为; q浅=Q浅Bt=4257.62=291.223KN/m （6-11） 作用在支护结构两侧的水平侧压力为; e1=H=20200.4685=187.4KN/m （6-12） e2=h=2027.610.4685=258.7057KN/m （6-13）侧压力视为均布压力时： e=12e1+e2=12187.4+258.7057=223.05285(KN/m) （6-14） 图6.2 浅埋隧道支护结构上的荷载6.2 衬砌结构计算6.2.1 基本设计参数 围岩参数围岩等级：级 围岩容重：弹性抗力系数： 变形模量： 衬砌材料参数衬砌材料：C30钢筋混凝土 材料容重： 弹性模量： 衬砌拱墙厚度：6.2.2 衬砌几何尺寸内轮廓线半径：内径所画圆曲线的重点截面与竖直轴的夹角采用等截面衬砌，拱顶截面厚度，拱顶截面厚度拱轴线半径：拱轴线圆弧段中心角：6.2.3半拱轴线长度由上可知半拱轴线长度 （6-15）将半拱轴等分为8段，每段的长度为： （6-16）6.2.4各分块接缝（截面）中心几何要素 与竖直轴夹角 （6-17） ，角度闭合差。注：因墙底面水平，计算衬砌内力时用 接缝中心点坐标计算 图6.3 衬砌结构图 （6-18）衬砌计算结构图如图6.3所示6.3 计算位移6.3.1 单位位移衬砌几何要素、拱部各截面与垂直轴之间的夹角和截面中心垂直坐标汇总于表表6.3 单位位移计算表截面0001000.5113.0.2330.9721.5450.1850.5226.0.4540.8913.0120.7230.5340.0.6490.7614.3061.5860.5453.0.8080.5895.3612.7270.5567.0.9230.3846.1244.0870.5680.0.9870.1586.5495.5870.5794.0.997-0.0776.6157.1490.5890106.6356.6350.5截面积分系数00.0104960099.286 110.01049617.7603.286146.182 420.01049669.40850.182337.478 230.010496152.256241.478809.907 440.010496261.792713.9071699.543 250.010496392.3521603.5433092.599 460.010496536.3522996.5995002.387 270.010496686.3044906.3874322.230 480.010496639.9604226.23099.286 10.0948642116.22414741.61217722.636注：1、截面惯性矩，取单位长度；2、不考虑轴力影响。用辛普生法近似计算单位位移值如下： （6-19） 计算精度校核为： 闭合差：6.3.2 载位移主动荷载在基本结构中引起的位移（1）每一楔块上的作用力：竖向力： 侧向力： 自重力：式中：衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度，由图6.3中量得； 衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度，由图6.3中量得； 接缝的衬砌截面厚度。 ，修正闭合差，每个加上0.1915，则作用在各楔体上的力均列入表6.4，各集中力均通过相应图形的形心。（2）外荷载在基本结构中产生的内力楔块上各集中力对下一接缝的力臂由图6.3 中量得，分别记为，内力按下式计算：弯矩： （6-20）轴力： （6-21）式中：相邻两接缝中心点的坐标增值，按下式计算： （6-22）的计算结果如表6.4和表6.5所示。表6.4 载位移计算表截面1496.494 18.352198.629 0.7480.7710.339371.378 14.149 2459.915 18.352124.174 0.6480.7180.5275298.025 13.177 3401.057 18.352199.365 0.5130.6250.716205.742 11.470 4323.094 18.352263.849 0.3490.4880.743112.760 8.956 5230.336 18.352312.899 0.1660.3430.80438.236 6.295 6127.851 18.352345.687 0.0380.1690.824.858 3.101 790.195 18.352359.026 -0.509-0.01440.792-45.909 -0.264 8018.352351.777 0-0.190.7040-3.487 截面167.335 001.5470.18300 -452.862 265.502 556.373220.9441.4620.538-813.418 -11.268 -1201.389 3142.745 1083.053882.6871.2960.865-1403.638 -71.524 -1835.119 4196.040 1551.9858181.831.0601.144-1645.105 -208.014 -2170.874 5251.570 1938.2528312.8510.7621.357-1476.949 -424.539 -2197.588 6283.464 2221.581468.5120.4251.499-944.172 -702.299 -1937.895 7284.348 2387.3078640.2880.0641.557-152.788 -996.928 -1387.891 8247.651 2427.2836818.686-0.3011.531+730.612 -1253.408 -766.960 表6.5 载位移计算表截面0010000010.7920.703 556.373220.944536.738 11.931 524.807 20.965 0.570 1083.053882.687402.435 77.044 325.391 30.372 0.932 1551.9858181.83-788.494 158.864 -947.357 4-0.508 0.874 1938.2528312.851-1925.618 170.747 -2096.36 5-0.993 0.546 2221.581468.512-1532.762 361.355 1894.117 6-0.690 0.771 2387.3078640.288385.574 631.955 -246.381 70.162 0.987 2427.2836818.6862135.995 521.630 1614.365 8102445.3156990.231536.738 11.931 524.807 （6-23） （6-24）另一方面，从表5.2中得到 闭合差 （3）主动荷载位移表6.6 主动荷载位移计算表截面0096010001-1201.389 9617.6641.184-43474.752 -21221.331-452.8622-1835.119 9669.61.725-.323 -.302-1422.4443-2170.874 96152.9282.593-.451 -.416-3165.5814-2197.588 96263.043.74-.902 -.655-5629.0765-1937.895 96393.9845.104-.487 -.561-8218.9816-1387.891 96538.4646.609-.905 -.420-9891.0157-766.960 96688.5128.172-.550 -.015-9172.5738-452.862 96835.8729.707-73628.139 -21221.331-6267.595求和-.509-.700-44220.127 （6-25） （6-26）计算精度校核： （6-27） （6-28）闭合差6.3.3 载位移单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移（1）各接缝处的弹性抗力强度抗力上零点假定在接缝3处，；最大抗力值假定在接缝5 处，最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算： （6-29）带入数据计算出最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算： （6-30）式中：所求截面与外轮廓线交点到最大截面抗力截面的垂直距离； 墙底外边缘到最大抗力截面的垂直距离。在图6.3中量出：求出：按比例将所求的抗力绘制在图6.3上。(2)各楔块上抗力集中力按下式近似计算： （6-31）(3)抗力集中力与摩擦力的合力Ri按下式计算：，。 （6-32）则：其作用方向与抗力集中力的夹角，由于摩擦阻力的方向与衬砌位移的方向相反，其方向向上， 作用点即为与衬砌外缘的交点。将 的方向线延长，使之交于竖直轴，量取夹角，将分解为水平与竖直两个分力： （6-33）将计算结果列于表6.7。表6.7 弹性抗力及摩擦力计算表截面300000010040.53880.26941.6220.446610.8750.4850.3900.216510.76941.6221.273730.9560.2921.2170.37260.89160.94581.6221.564850.9960.0871.5590.136