1、第 1 页 共 74 页 武广高速铁路客运专线 XX 段部分隧道设计摘要国内建设线路里程最长、技术标准最高的标准客运专线武广客运专线 XX 隧道，隧道全长 10115 米。隧道穿越市区建筑物、立交桥等市政设施，具有复杂环境条件下城市地铁隧道工程特点。根据该工程特殊地质情况与大断面 XX 隧道的特点，对隧道 V、VI 级围岩下的支护结构、各种围岩条件下的施工方法、监测、洞门等进行设计。本隧道采用全封闭防水型衬砌结构，利用 ANSYS 软件，根据隧道埋深与地质的情况，得出隧道在城市地下段二次衬砌中的受力与变形进行验算，并得出验算结果。关键词：高速铁路隧道；结构验算；温氏假定第 2 页 共 74 页
2、Part Of The Tunnel Design Of In Wuhan-Guangzhou High-Speed Rail Passenger Line In XXABSTRACTThis in the domestic construction milestone in the longest lines, technical standards, the highest standards of passenger green - green-wide passengerXXX tunnel, The total length of this tunnel is10,115 meter
3、s. Tunnel pass through the urban buildings and flyovers, and other municipal facilities. This project characteristics has the complex environment under the conditions of urban subway tunnel.According to the special geological conditions and engineering large section of the Liuyang River Tunnel featu
4、res, many things had been designed, such as the rock-supporting structure under the V-VI of the tunnel, the construction methods in all kinds of rock under the conditions, monitoring and so on. The tunnel was closed by the whole structure of water-resistant lining. According to the depth and geologi
5、cal condition of the tunnel, the forces and deformations of the 2nd lining for the obtained tunnel had been calculated, by the using of ANSYS software.Key words: high-speed railway tunnel; structure checking calculation; Wens assumption; 第 1 页 共 74 页 隧道概况1.1 工程概况1.1.1 隧道工程位置XX 隧道位于 XX 市东部，捞刀河以南，止于黎托
6、乡平阳村。线路从星沙镇至彭家港的潇湘路附近起，隧道下穿星沙镇物流场、京珠高速公路、长永高速、星沙镇市区、XX 市远大路、人民东路、XX、机场高速公路，于黎托乡平阳村出地面。自北向南依次穿过 XX 市开福区捞刀河镇、芙蓉区东岸乡、雨花区黎托乡等。1.1.2 隧道建设规模XX 隧道工程范围 10115m，暗洞段长 9935m，全隧道共设置三座竖井及一座斜井，隧道建设规模见下表 1-1表 1-1 XX 隧道建设规模表里程类别起始里程 终止里程长度（m） 备注隧道建筑长度 DIIK1560+785 DIIK1570+900 10115隧道长度 DIIK1560+785 DIIK1570+720 993
7、5进口明挖暗埋段 DIIK1560+785 DIIK1560+914 129洞身暗挖段 DIIK1560+914 DIIK1561+500 586洞身明挖暗埋段 DIIK1561+500 DIIK1562+860 1360洞身暗挖段 DIIK1562+860 DIIK1569+650 6790DIIK1568+666- DIIK1569+028 段下穿 XX出口明挖暗埋段 DIIK1569+650 DIIK1570+148 498 下穿机场高速出口暗挖段 DIIK1570+148 DIIK1570+200 52出口明挖暗埋段 DIIK1570+200 DIIK1570+720 520分段情况出
8、口引道敞开段 DIIK1570+720 DIIK1570+900 180第 2 页 共 74 页1.2 自然地理概况1.2.1 交通XX 隧道从 XX 市东侧穿越 XX 盆地 XX 地区，经过星沙镇和黎托乡，区内交通发达，京珠高速公路、机场高速公路、城区公路等纵横交错。表 1-2 XX 隧道地貌分区序号 1 2 3 4 5 6里程范围DIIK1560+785DIIK1562+330DIIK1562+330DIIK1563+080DIIK1563+080DIIK1564+550DIIK1564+550DIIK1565+270DIIK1565+270DIIK1567+170DIIK1567+170
9、DIIK1570+900地貌单元剥蚀低丘区（II b）垄岗间谷地区（I c-1）岗地化高阶地（I c）垄岗间谷地区（I c-1）岗地化高阶地（I c）XX 一级阶地及河漫滩区(I2）59.1766.78m43.1559.62m44.5159.72m38.6041.83m42.3762.65m25.9246.52m高程范围 平均 66.78m 52.88m 50.71m 40.62m 52.83m 33.89m1.2.2 区域气候特征属亚热带季风湿润气候，气候温暖潮湿。春夏多雨，秋冬干旱，暑热期长，严寒期短。年平均气温 17.1，极端最高气温 43.7，极端最低气温-11.8，年平均降雨量 13
10、001500mm，大部分集中在 49 月，暴雨以 5、6 月最多，每年洪水期在 4月，占全年降水量的 46%左右，日最大降水量为 259.5mm，年蒸发量 13001570mm，年相对湿度 80%，年日照 5000.91560.8 小时，年主导风向为北北西及北西，年平均风速 2.43.0m/s,最大风速 25m/s。1.2.3 河流水文特征区内地表水系主要为 XX，隧道穿 XX 下游。每年 46 月为丰水期，期间多有洪水发生，汛期常有湘江河水回托，XX 最大壅水量喧 36.m3/s（榔梨站 1987 年 5 月 19 日） ，多年平均含砂量 0.080.24kg/ m3。 XX 集水面积 38
11、15km2(榔梨站),水位高程年平均30.19m 极大值 39.07m（1958 年 5 月 17 日） ，极小值 25.72（1973 年 12 月 18 日） ，其十年一遇洪水位是 35.82m，百年一遇洪水位是 38.14m。流量年平均 97.4m3/s，极大值3400 m3/s (1969 年 6 月 27 日)，极小值 0.00 m3/s（1981 年 9 月 19 日） 。XX 长第 3 页 共 74 页57.4km，宽 100300m，水面坡降 0.080.44（榔黎站以下） ，隧道穿越段 XX 床宽210m 左右，勘探期间水面宽约 200m，水深 7m 左右，隧道区地下水以雨水
12、补给为主，其次受 XX 补给，地下水略具承压性。地下水径流变化与降水量密切相关，年际间变化较大，年内分配不均。1.3 隧道水文地质条件分析隧道区地下水位的变化特征：阶地及河漫滩表层粘性土上的地下水量极小，且渗透性差，将其视为阻水层考虑。由于本区最主要的河流为 XX，其十年一遇水位为 35.82m，百年一遇的水位为 38.14m,均远高于两岸河漫滩地面标高,且河水与卵砾石富水层的地下水水力联系极为密切。河水水位的变化对两岸卵砾石富水层的地下水位变化起着决定性的作用。洪水期，由于河水水位抬升至卵砾石富水层层面标高以上时，卵砾石层孔隙水受上部粘性土阻水层影响而具承压性，承压水头受渗透阻力影响，距 X
13、X 距离越远，地下水的承压水头越小。 枯水季节，由于河水水位降落至卵砾石富水层层顶标高一下时，地下水多向河水渗流补给，造成地下水失去承压性。如 2005 年 11 月河流测时水位为 26.16m,低于两岸地下水含水层标高，造成地下水向河流补充，地下水水量大量减少甚至枯竭。高阶地的孔隙地下水含水量小，含水层地势较高，一般不具承压性，主要流向河漫滩，与河水水力联系相对较弱。基岩岩溶裂隙水水位较高，为承压水，含水量盆地状，地下水具静态水性质，一般与河流水力联系较少，其变化情况相对较小。溪谷中砂砾石层地下水受降水补给影响较大，水位波动较大。1.4 隧道围岩分级根据铁路工程地质勘察规范 （GB10012
14、2001 ）附录 E，结合武广客运专线XX 隧道综合测井报告成果，在白垩系全风化段，弹性波速在 2000m/s 以下。弱风化完整段，砂质泥岩弹性波速一般在 20002600m/s 之间，围岩等级为 VIV 级。完整砂岩层弹性波速个别达到 30003500m/s，个别钻孔的泥质砂岩弹性波速接近3000m/s。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，隧道通过河漫滩土层时，围岩分级一般低至VI 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
15、身埋深，XX第 4 页 共 74 页隧道基本分级主要见表 1-3表 1-3 XX 隧道围岩基本分级表围岩分级 主要工程地质特征 结构特征和完整状态 围岩开挖后的稳定状态VI欠压实稍压实人工填土，软塑性可塑性的冲洪积成因粘土及砂土、软土、碎石土、地下水丰富，遇水软化，崩解的残积土及溶洞充填物粘性土上呈松软状，饱水砂土、碎石上呈松散稍密、中密状围岩开挖后的稳定状态V硬塑性土层、全强风化岩及风化谷、遇水软化崩解，溶洞岩溶呈块石、碎石状，泥质胶结，胶结差，或为溶洞，易输钱化崩解或突水、突泥、涌水围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌，或大量突水突泥IV 碎屑岩弱风化带，岩石完 整。 呈中至厚
16、层状，大部分为较软岩，但岩体完整拱部无支护时 可产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定 ，有水时，易风化、软化崩解1.5 各段岩土工程条件评价及工程措施建议XX 隧道工程设计范围 DIIK1560+758DIIK1563+550，长 2792m。XX 隧道主在通过地层为第四系冲积砂层和残坡积及白垩系泥质粉砂岩、泥岩、砂砾岩等，第四系地层强度低，自稳能力差；基岩软硬差异较大，大多为软质岩，遇水易软化，强度降低，且局部岩溶发育，自稳能力相对较差，隧道设计及施工时应充分考虑。1.5.1 隧道进口明挖段评价DIIK1560+785DIIK1560+914 为一丘间小谷地，地面高程为 56.3766.099
17、米，地面起伏不平。开挖地层主要有人工填土（有部分为公路路基填筑土）、残坡积粉质粘土、全风化砂砾岩、泥质粉砂岩及少量强风化砂砾岩。围岩筹等级为 V 级，岩土施工筹等级为 IIIIV 级。隧道进口地处地层为残坡积层以及含砾砂岩、砂质泥岩全强风化层，多为软岩， 由于 软岩全至强风化层易软化崩解、易风化，工程性质相对较差，暗挖易塌，明挖应采取的支护措施 ，应加强支护，防止发生边坡坍塌和人工填土滑坡，此外，由于 土体及全风化层属可压缩地层，设计中应加强地基变形计算，不能满足要求进行地基处理。进口建议边仰坡坡率为 1：1.51：1.75，边仰坡控制高度 6 米，设计时应尽量降低边仰坡高度，放缓边坡坡坡率。
18、基槽开挖应加强排水工作，以防雨水办公浸泡软坑壁及坑内岩上，以防基坑壁坍塌。第 5 页 共 74 页1.5.2 隧道洞身段根据物探资料：DIIK1561+400 往小里程方向为砾岩为主，夹砂岩互层，大里程方向以粉砂质泥岩为主，与砾岩呈顺层接触。DIIK1562+100DIIK1562+580 段岩石不均匀风化严重。里程 DIIK1563+992 推测为砂砾岩与泥质砂岩分界线。 DIIK1565+975DIIK1566+747 岩性单一，主要为泥质粉砂岩，覆盖层厚度 318 米。综合分析钻探、物探、测井及水文地质试验资料，特别须注意的地段有：DIIK1561+745DIIK1563+225 段地下
19、水中等丰富，隧道洞身稳定性差，应加强排水和加固措施。DIIK1564+020 以南一般都含石膏等矿物。隧道洞身经过的地层绝大部分为软岩或极软岩，易风化、易软化崩解，开挖后应及时支护。第 6 页 共 74 页 XX 隧道总体设计2.1 设计依据及范围2.1.1 设计依据1、国家发展和改革委员会交运【2005】2772 号印发国家发展改革委员会关于审批新建铁路武汉至广州客运专线可行性研究报告的请示的通知2、铁道部工程设计鉴定中心武广客运专线修改初步设计审查意见 （初稿）3、铁道部工程设计鉴定中心武广客运专线乌龙泉至花都段 XX 隧道初步设计的批复2.1.2 设计采用的标准、规范及规程1、铁路隧道设
20、计规范2、铁路隧道防排水技术规范3、混凝土结构设计规范4、锚杆喷射混凝土支护规范2.1.3 设计范围XX 隧道工程设计范围 DIIK1560+758DIIK1563+550，长 2792m。2.2 总体线位线路避开在建的湘绣城后，径直穿京珠高速公路及牛角冲互通立交，旋即转至其东侧。 此后沿桂花路西侧南行，出张公岭高阶地之下穿行，过 XX 后至机场高速现侧接入新 XX 站。线路设计为 3 个 R=9000m 的平曲线，夹直线长为 1258.68m、5657.69m.隧道洞身处于两曲线反弯中，但夹直线长，且曲线均位于洞口附近。2.3 隧道纵坡潇湘路至牛角冲段，地面建筑物稀少，尤其是开元西路至牛角冲
21、段，仅有几条通往中南汽车大世界的城市道路，其场地开阔，在一定程度具备放坡开挖条件。另该段也是砾岩岩溶发育区。针对以上特点，对牛角冲以北采用浅埋隧道纵坡。第 7 页 共 74 页2.4 隧道建设规模XX 隧道工程范围 10115m，暗洞段长 9935m，全隧道共设置三座竖井及一座斜井，隧道建设规模见第一章节。2.5 轨道类型隧道采用双式无碴轨道，轨道高度 49.7cm.2.6 主要技术标准与设计原则2.6.1 主要技术标准1.铁路等级：客运专线；2.正线数目：双线；3.最小曲线半径：一般 9000m，困难 7000m；4.正线线间距：5m5.最大坡度:206.到发线有效长度：700m7.牵引种类
22、：电力；8.列车运行方式：自动控制；9.行车指挥方式：综合调度集中；2.6.2 隧道建筑限界及衬砌内轮廓1、隧道建筑限界本隧道按京沪高速铁路设计暂行规定 （铁建设【2004】157号）执行，建筑限界下图2.1所示。 第 8 页 共 74 页中中中中651702417502157301674图2.1 隧道建筑限界图(cm)2、隧道衬砌内轮廓为满足隧道缓解空气动力学效应的要求，隧道轨面以上(或救援通道底面以上)有效面积保持 100m,双线隧道净空有效面积 103.3，内设双侧救援通道，救援通道宽 1.5m,工程技术作业空间 0.3m。隧道内线间距 5m。隧道断面均采用曲墙带仰拱形式，仰拱与边墙采用
23、圆顺连接，仰拱矢跨比一般不小于 112，连接部半径一般为 3m。轨面自沟槽顶面下移 30cm，双侧水沟方案，道两侧沟槽顶面宽 1.88m，沟槽边线距同侧线路中线 2.2m。轨上断面均采用单心圆形式。第 9 页 共 74 页中中123 中42%2O0中中中R6850R6853051XY.图2.2 隧道衬砌内轮廓（cm）2.7 主体设计原则隧道设计使用年限：100 年主体结构安全等级：一级隧道按百年一遇高水位设计，按三百年一遇水位校核，并满足低水位的设计要求隧道抗震设计应满足相关规范的要求，洞门、洞口敞开段及洞身浅埋段应满足国防对铁路的要求为确保运营安全，暗挖地段二次衬砌按受全部荷载设计，初期支护
24、是隧道主体结构的组成部分，必须满足施工安全和控制地面沉降的要求。运营期间隧道抗浮稳定安全系数1.1。结构允许裂缝开展宽度0.2mm，允许出现贯穿裂缝。防水等级：一级，地下水位在拱顶以上深度50m 地段采用全封闭不排水方式，50m 地段采用容许少量排水的方式。第 10 页 共 74 页2.8 隧道洞门设计隧道进口里程 DIIK1560+914，主要为粉质黏土与泥质砾岩地层，洞门采用帽檐斜切式；出口里程 DIIK1570+720，为矩形暗埋段与 U 型槽引道敞开段衔接处，主要为粉质黏土地层。2.9 主体地建工程设计2.9.1 暗挖隧道段设计（一）衬砌类型暗挖段隧道按喷锚构筑法原理进行设计，采用复合
25、式初砌。（二）结构设计 初期支护的主要作用是保证施工安全和控制地面沉降，其支护参数依据工程类比并辅以必要的理论分析，以及考虑机械开挖及弱爆破法施工的工艺特点确定。初期支护是主体结构的一部分。对采用全封闭防水型式地段，二次衬砌按承受排水系统地段，二次衬砌按承受全围岩压力荷结构模式进行计算。（三）暗挖隧道段施工方法1.一般地段本隧道 IV 级围岩地段均为深埋，因此一般情况下考虑采用三台阶法施工，对于地表存在敏感建筑物，如民房、大型厂房等地段则采用三台阶临时仰拱法施工，心要时对临时仰拱采用钢架喷射混凝土封闭。深埋段 V 级围岩采用三台阶临时仰拱法施工，必要时对临时仰拱采用钢架喷射混凝土封闭。2.进口
26、浅埋段隧道进口浅埋段、风化层较厚段及隧道下穿牛角冲互通段均采用双侧壁导坑法施工。3.过 XX 及出口浅埋段隧道下穿 XX 地段及出口浅埋段按“避强支护、控制变形、优化工序、快速封闭”的原则，采用三台阶临时仰拱法施工，并对局部地段根据地质、水文条件采取上台阶设置临时钢架进行封闭的加强措施。4.过机场高速公路段第 11 页 共 74 页隧道下穿机场高速公路地段 VI 级围岩，墙脚及仰拱基本上位于基岩中，其余部位位于第四系土层中，因此设计采用双侧壁导坑法施工。（四）暗挖隧道段超前支护1.一般地段IV 级围岩设置长 3.5m 的 25 中空注浆超前锚杆，超前锚杆环向间距是 0.4m。V 级围岩设置长
27、3.5m 的 42 的超前小导管，超前小导管环向间距是 0.4m。对溶蚀发育易，发生突水、突泥地段采用 108 超前长管棚套打 42 超前小导管预支护，长管棚环向间距 0.4m。2.浅埋段（1）暗挖进洞须设置 108 超前长管棚。（2）隧道进口段当结构位于基岩时设置长 3.5m 的 42 超前小导管，超前小导管环向间距为 0.4m。（3）隧道进口 DIIK1560+923.6DIIK1561+010 段隧道两侧设置 800 钻孔灌注桩加固，钻孔桩纵向间距 1.2m，加固深度为仰拱结构以下 2m。（4）隧道进口浅埋段、风化层较厚段及下穿牛角冲段采用 108 超前长管棚套打42 超前小导管预支护，
28、长管棚环向间距 0.4m。3.过 XX 地段下穿 XX 在段为 V 级围岩，隧道基本位于弱风化基岩中。采用 1.8 超前长管棚套打 42 超前小导管预支护，长管棚环向间距 0.4m；超前小导管环向间距 0.4m；同在开挖掌子面设置 25 玻璃纤维杆。4.过机场高速公路段过机场高速公路段为 VI 级围岩，隧道基本位于第四系土层中。超前支护采用 52m长 325 锁口大管棚，注浆加固，施工中采用降水措施。2.9.2 明挖法暗埋段及引道段设计（一）设计范围本隧道明挖结构设计范围共有五段，分为：进口拱形明挖暗埋段（DIIK1560+785+914）、进口端洞身拱形明挖暗埋段（DIIK1562+860）
29、、出口端洞身拱形明挖段（DIIK1569+650DIIK1570+148）、出口矩形明挖暗埋段（DIIK1570+200+720）、出口引道（DIIK1570+720+900）。共计 2687m（二）围护结构第 12 页 共 74 页1、设计原则（1）本工程的基坑采用明挖顺作，围护结构为基坑开挖时候的挡土结构，使用阶段不参与主体结构受力。（2）围护结构要确保施工期安全稳定，控制其变形和沉降，防止对周围环境产生明显不利影响。（3）基坑开挖深度10m 的安全等级为二级（其中靠近机场高速公路段基坑安全等级为一级）；开挖深度10m 的安全等级为三级。2、基坑围护结构的计算荷载作用在围护结构上的荷载为施
30、工荷载，水土压力，考虑地面超载 20KPa，机场路段的超载未完应考虑机场路的影响。3、围护结构概况表2-1 围护结构概况表工程段 里程 长度(m)基坑深度（m）基坑宽度（m） 支护类型进口段DIIK1560+500DIIK1560+914129 5.5417.29 16.5 1：1放坡+喷锚支护进口端洞身段DIIK1561+500DIIK1562+6001100 16.0223.3 16.5上钉墙（DIIK1561+500+518段左侧采用800钻孔灌注桩加强）+局部注浆4、土钉施工要求（1）土钉支护施工必须进行土钉的现场抗拔试验，用来确定极限荷载，并据此估计土钉的界面极限粘结强度;（2）测试
31、钉进行抗拔试验时的注浆体抗压强度一般不小于 6KPa。试验采用分级连续加载;（3）土钉质量进行验收时，试验数量为土钉总数的 1，且不少于 3 根；抗拔力平均值应大于设计抗拔力。5、施工钻孔灌注桩的一般要求（1）成孔要求:成孔垂直偏差1/100，桩位偏差不得大于 100mm； （2）钢筋笼的施工必须按设计要求配筋的整体性和刚度，要求钢筋笼必须在同一平台上整体制作或整体预拼装。钢筋笼的加强和吊点均由施工单位自行决定，但必须防止吊装时产生过大变形造成入孔困难和碰撞孔壁；第 13 页 共 74 页（3）预埋插筋，接驳器和预埋件要求位置准确，严格符合规范要求，若预估不能满足时应及时提出，以便加大余量，满
32、足 使用和后续工序的要求；（4）钢筋笼考虑整段吊下，钢筋接头，在同一断面上焊接接头不超过钢筋总根数的 50；（5）钢筋间全部用焊接而不用绑扎，纵横向钢筋相交部位须蹼焊，以增加钢筋笼的整体刚度;（6）为确保主筋保护层厚度，隔一定距离应在钢筋笼的主筋上焊接定位钢筋，以保证保护层厚度和钢筋笼的垂直度。6、支撑系统及基坑开挖施工要求（1）基坑开挖前须采取有效的措施抽干地直水；（2）基坑开挖必须在围护结构达到设计强度后方可进行；（3）土方开挖开挖基坑土体分层分段对称开挖，纵向按限定（6m）的长度逐段开挖， 1并控制两边坡的稳定，横向分层（33.5m）分小段（约 6m）开挖。尽量控制开挖面范围，具体开挖施
33、工步骤应事先征得设计单位同意；开挖期间应及时安装钢管支撑或土钉，支撑安装应开槽，施工不得超挖 2；主体结构完成并达到强度和抗浮稳定性后方可拆除全部降水井； 3土方开挖不得超挖，基坑暴露时间不得过长，垫层宜边挖边筑，并考虑 4基坑隆起的影响；土方开挖时，弃土堆放应远离基坑顶边线 1.5 倍开挖深度以外，若必须靠 5近基坑边临时堆土，则堆土高度不得高于 0.5m；(4) 支撑轴力及预加轴力支撑安装完毕后，应及时检查各节点的连接状况，经确认符合要求后方可施加预加轴力，预加轴力的施加应在支撑的两端同步对称进行；预加轴力应分级施加，重复进行，加至设计值时，应再次检查各连接节的情况，必要时对节点进行加固，
34、待稳定后锁定。7、基坑加固及防水第 14 页 共 74 页针对本工程地质与水文条件以及周边环境情况，对隧道范围内有粗圆砾土含水层且距离 XX 较近的出口洞身及出口段，采用周边帷幕止水与坑底降水相结合的方式，抽干基坑内的地下水，过到无水作业、稳定基坑的目的。具体为：钻孔桩墙围护地段;桩间采用高压旋喷桩止水，坑底采用坑外降水； 1土钉墙与放坡开挖地段；采用止水帷幕（摆喷桩）和坑外降水相结合； 2止水帷幕施工时应针对不同地层进行试验取水泥掺量，但水泥最小掺量不应小 3于 18，旋喷桩 qu2MPa。8、基坑降水DIIK1562+600+860 段基坑采用坑内井点降水，降至坑底以下 3m。其他段基坑降
35、水采用基坑外降水，基坑内的水位稳定于基坑开挖面以下不小于 0.5m。为避免地面水流入基坑，应在冠梁上砌砖防护，砌体高度高于地面不小于 10cm。9、测量定位本工程平面定位以线路中线为准。放线时请按围护平面图坐标及尺寸进行量测定位，注意严格按照线路纵断面上的标高确定各里程处的标高。（三）主体结构1、设计原则（1）结构设计使用年限为 100 年；结构安全等级为一级;（2）结构抗浮：抗浮稳定安全系数 1.1。2、明挖段结构形式明挖段结构形式包括明挖拱形断面、明挖矩形断面和 U 型槽。明挖段总长度为 2687m，其中暗埋段长 2507m，敞开段长 180m。暗埋段采用拱形或矩形结构。在进口拱形段设一段
36、 30m 的风机加宽段，在出口矩形段设两段 30m 的风机加宽段。出口段矩形结构和 U 型结构底板设置抗拔桩，抗拔桩作为主体结构的一部分参与结构受力。3、结构设计计算荷载（1）永久荷载结构自重：钢筋混凝土容重取 25KN/m3 1覆土压力：覆土 =1820KN/m 3（覆土厚度按后期回填土标高计算）; 2水平水土压力： 3第 15 页 共 74 页侧向土压力采用静止土压力公式计算;墙外水土压力采用水土合算。浮力与地基反力；水浮力取 100，地基基床系数根据地质资料选取。 4混凝土收缩；混凝土收缩应力按降温 15考虑。 5（2）可变荷载地面超载；运营阶段按 20KN/m2 1列车荷载；按京沪高速
37、铁路设计暂行规定（铁建设【2004】159 号） 2计算。施工荷载；一般按 1.5KN/m2 3设备荷载：按实际取值。 4（3）偶然荷载地震荷载：按 100 年基准期超越概率 10的场地地震烈度设防要求进行结构抗震承载能力、变形验算、按超越概率 2的烈度进行承载能力验算。4、主要的计算原则（1）结构的设计充分考虑工程地质条件和各阶段应力变化的特点，满足强度、刚度、施工、稳定性、抗浮和耐久性等要求。结构设计时分别按施工阶段和正常使用阶段进行结构强度计算，并进行裂缝宽度控制计算。在各种荷载短期效应组合作用下，并考虑长期效应组合的影响，混凝土构件裂缝宽度不超过 0.2mm；（2）结构抗浮稳定验算时，
38、取抗浮安全系数1.1；（3）结构按抗震等级四级采取构造加强措施；（4）结构荷载考虑了永久荷载、可变荷载、偶然荷载；（5）结构计算考虑地下水位变化不同荷载的组合。5、抗浮进口明挖段，进口端洞身明挖段、出口端洞身明挖段 DIIK1569+650DIIK1570+100 段依靠自重及覆土能够满足抗浮要求。对抗浮验算安全系数1.1 的其余地段，设计采取以下措施进行抗浮处理：出口洞身 DIIK1570+100 +148 拱形段利用两侧延伸的底板上的压重来抗浮；第 16 页 共 74 页出口 DIIK1570+200+720 矩形段和 DIIK1570+720+900 敞开段采用底板下设置抗拔桩抗浮。6、
39、 结构纵向不均匀沉降控制沿纵向每隔 30m 左右及在结构、地基或荷载发生明显变化的部分，应设置变形缝，变形缝宽度一般为 10mm，在底板变形缝处设置抗剪措施，防止缝两侧的结构发生竖向错动。7、 一般构造要求（一）构件主钢筋混凝土保护层厚度（1）底板、顶板、侧墙：50mm；（2）抗拔桩为 70mm；（3）顶梁、底板钢筋根据保护层厚度相应设置。（二）钢筋锚固长 La(受拉钢筋 )1、未做说明或标注的钢筋锚固长度 La 按以下处理：底板、顶板、侧墙：30d； 1其他内部构件：30d； 2I 级钢筋末端应做 180弯钩，弯钩末端直线长度不应小于 10d，d 为钢筋 3直径。2、钢筋接头所有横向主钢筋接
40、头不得设于框架节点范围内，顶、底板和外墙和内侧横 1向主钢筋接头应尽可能避免设置在跨中；钢筋接头应错开布置（焊接、绑扎、搭接相同） 2接头中点错开距离：55d，500mm接头区段内受力钢筋接头允许百分率：50；梁板中纵钢筋当直径25mm，采用焊接（单面焊：10d，双面焊：5d）； 3当直径25mm，可采用搭接，末注明钢筋搭接头长度均为 42d，锚固长度均为 30d，末注明直角钩长度时为 3d；箍筋及拉筋应满足抗震要求，钢筋末端采用 135弯钩末端直线长度不应 4小于 10d，且不小于 50mm；第 17 页 共 74 页钢筋机械连接的连接区段长度为 35d（d 为被连接钢筋中的较大直径）。I
41、5级接头的接头百分率可取 100，II 级接头的接头百分率不应大于 50；梁内箍筋均采用封闭形式，当梁内钢筋有多排时， 应增加直线段、箍筋在 6二排、三排或四排钢筋以下弯折。（三）顶、中、底板及侧、中墙箍筋加密设计图中末注明箍（拉）筋间距的，一般箍（拉）筋间距采用 400mm400mm加密区间距采用 200mm200mm箍筋加密范围：ch=1.5h； 1当梁上计算弯矩需要较长负弯矩配筋时，另由相应设计图注明。 22.10 防排水设计2.10.1 隧道防排水设计方案对于地下水位至拱顶高差50m 地段的暗挖隧道地段按全封闭防水型隧道进行设计；对于地下水位至拱顶高差50m 的暗挖地段按容许少量水流入
42、隧道排水系统进行设计，根据隧道埋深情况、水文地质条件等，考虑 DIIK1565+743DIIK1567+097 段按排水型方案进行设计，其余地段为防水型。2.10.2 隧道防排水设计原则根据工程地质及施工方法不同，分别采用“以防为主，防排结合”和“以防为主，多道设防”的原则进行防排水设计，并达到地下工程防水技术规范（GB501082001）规定的一级防水标准的要求，衬砌表面无湿渍。2.10.3 截堵水措施主要针对施工过程中，预计地下水量较大影响施工安全或影响地面生态环境时，采用开挖前预注浆或开挖后围岩注浆等措施对地下水截堵，根据统合超前地质预测预报成果判定，当在水量丰富、导水性好的断层破碎带、
43、岩溶水发育段等地段围岩自稳能力差，施工中可能产生突水、突泥，可采取超前预注浆措施。当在一般在段裂隙水较发育但不影响施工安全时，采用开挖后围岩径向注浆。2.10.4 排水措施（1）全隧道洞内设置双侧水沟，隧道中间设置直径为 16cm 的圆形的排水明沟排水；第 18 页 共 74 页（2）在隧道内轨顶面标高最低点处斜井内设置废水泵房，将洞内水引废水泵房后通过斜井抽排到地表进入城市排水系统，有关抽水设备及设置详见给排水专业设计图。2.11 监控量测监控量测是地下工程过程中必不可少的施工程序。暗挖段应按照铁路隧道喷锚构筑法技术规范执行，要施工过程中，对围岩支护体系的稳定状态进行监测，为初期支护和二次衬
44、砌设计参数的调整提供依据，是确定施工及结构运营安全、指导施工组织、便利施工管理的重要手段。有关基坑工程的监测应按建筑基坑支护技术规程（JGH12099）执行，通过监测掌握土本、地下水、围护结构与支撑体系的工作状态信息，通过对量测数据的整理和分析，及时研究确定采取相应的施工措施，确保工程安全和施工工期。通过地表监控量测，掌握施工过程中地面道路、地下管线及周边建筑物的动态，预防工程破坏事故和环境事故的发生；同时将现场量测结果与预测值相比较，以判别前一步施工做到信息化施工；而且可以将量测结果用于优化设计，使工程百叶窗到优质安全、经济合理。2.12 溶洞的处理方案及施工报警设计本隧道 DIIK1561
45、+700DIIK1562+875 段地层中局部砂砾岩、含砾砂岩、钙质砂岩多夹含钙质成分，根据钻孔揭露岩溶较为发育，溶洞多为半充填至全充填，少部分末充填，含承压水，溶洞规模为 1.05.2m。根据物探信钻探成果分析，其分布标高范围存在极大不确定性，另外 DIIK1656+790DIIK1566+303 段小溶孔育较密集，局部孔段呈蜂窝状。施工过程中如遭遇溶洞，一般情况下可以采用如下处理方法方案：边墙及拱顶部位采用水泥浆注加固，基底部位采用片石混凝土进行换填；开挖应对暗挖隧道段基底以下 20m 范围内的岩溶情况进行探查，探查结果及时通知设计单位，以使及时处理，同时施工中应建立洞内外报警联系通讯设备
46、，以确保施工的安全。2.13 施工阶段超前地质预测预报超前预报解决的主要地质解决地质问题是探测地层岩性、软弱层及断层构造位置等，在隧道施工地段所发生和发展的不良地质体或地质灾害进行超前预报并进行详细分析评价，指导安全施工，预报主要方法有：第 19 页 共 74 页对基岩埋深较大，岩体较完整、围岩较稳定地段加强掌子面地质素描、重点了解地层岩性、受地质构造影响程度，围岩稳定状态等；岩溶发育地段、断层破碎带、岩溶物探异常带、岩体破碎及地下水丰富地段可能存在重大突水、突泥、地基失稳及地表塌陷等 严重安全隐患，进行 TSP、HSP 、地质雷达、红外线探水、跨孔（施工段）CT、全景式孔内数码摄影及超前钻探
47、等综合探查分析，预测预报可能发生和发展的不良地质体或地质灾害，确保工程及地面建筑设施安全。2.14 耐久性设计2.14.1 耐久性设计原则1、隧道二次衬砌混凝土应满足 100 年使用年限；2、主体结构设计类型及构造等应利于结构耐久，并有减轻环境侵害的作用；3、主体结构建筑材料及配比应利于结构耐久，并有减轻环境侵害的作用。2.14.2 隧道结构耐久性设计、隧道环境条件及外部作用隧道所处环境基本为与结构所接触的土体、地下水、空气组分及环境温度，环境作用主要为上述环境条件对隧道结构产生的物理及化学作用，包括工程使用过程中承受的气压变化及表面气流冲刷，隧道内环境温度相对稳定，因此隧道内表面主要为炭化环
48、境，环境作用等级为 T3，勘探结果表明部分地段地下水对混凝土有侵蚀性，该地段隧道外表面环境作用等级为 H2，其余地段隧道外表面环境作用等级为 T3。2、隧道混凝土结构久性设计（1）正确选择混凝土材料配制混凝土所用水泥采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，水泥混合材料宜为矿碴或粉煤灰。有关混凝土原材料选择的技术要求应根据环境作用等级严格按照铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定（铁建设【2005】157 号）办理。各种处加剂（防水剂、气密剂等）应有生产商提供的推荐掺量、相应减水率主要成分的化称、氯离子含量、含碱量以及旗注意事项，并测定不同外加剂的相容性。严格控制水胶比和胶凝材料用量，最大水胶比不大于 0.4
49、5，最小胶凝比不小于 320kg/m3 。（2）采用合理的结构及构造措施、严格控制裂缝宽度结构设计 1第 20 页 共 74 页除明挖段拱形风机安装断面及矩形断面外，隧道内轮廓设计均采用单心圆断面。除明挖段拱形风机安装断面外其余断面内净空预留工务工程技术作业空间，可以用于进一步采取耐久性加强措施，如混凝土表面无机涂层保护，减少碳化，结构补强等。结构表面圆顺并尽可能避免棱角出现。隧道二次衬砌采用 C40 钢筋混凝土，并按承担全部荷载进行结构设计。构造措施及裂缝控制 2暗洞初期支护与二次衬砌间及明洞结构外表面设置防水层，拱墙、仰拱采用带补偿收缩功能的外加剂，隧道施工缝信变形缝均采用综合防水措施，最大限度的隔绝环境水土中侵蚀介质对主体结构的作用。内衬结构钢筋保护层厚度应满足相关规范规定，主钢筋的外表面净保护 3层厚度不小于 5cm.，钢筋混凝土配筋率满足裂缝控制要求。其它材料耐久性要求 4防水材料的耐久性要求：防水材料尤其是防水板，除
