1、山东科技大学学生毕业设计（论文）1摘 要随着城市快速经济的增长及人口的高度集中，城市隧道及地下工程的修建日益迫切。但是城市隧道的建设面临一系列的问题，软弱围岩就是其中之一。所以本次设计的主要目的就是解决目前在软弱围岩隧道施工中的各种难题，控制隧道在开挖过程中的变形和围岩松弛，减少施工临时支护，防止坍塌，改善和提高现有技术水平。本设计题目是青岛市地铁一期工程（3 号线）中山公园站 2号风道支护，主要设计内容有：二次衬砌荷载的计算和配筋，初期支护设计，施工管理，监测方案等。为有效控制隧道工程安全风险，避免或减少坍方事故发生，应以“充分调动围岩的承载能力，有效控制围岩变形和松弛”为设计理念，按新奥法
2、原理进行软弱围岩隧道设计。软弱围岩隧道具有自稳差、易坍塌的工程特点，因此在这类围岩中施工必须根据隧道开挖后可能产生的变形实态，采取相应应对措施，如：采取控制地表面下沉及拱脚下沉的技术；大管棚超前支护等 。关键词：软弱围岩隧道；新奥法；变形；施工管理山东科技大学学生毕业设计（论文）2AbstractWith rapid growth of urban economy and concentration of population, it becomes urgent to construct urban tunnel and underground projects. But urban tun
3、nels construction faced a lot of problems; soft rock is just one of them. So the main purpose of this design is to deal with the different problems in construction of tunnels in soft rock, control the deformation and the relaxation of wall rock in tunnel excavation process, reduce the construction t
4、emporary support, to prevent collapse, improving and enhancing the technical levels of existing. The designed topic is Qingdao subway (line 3) zhong shan park station 2# ventilation tunnel support, the paper includes: lining load calculation; primary support design; reinforcement calculation of the
5、secondary lining of tunnel; construction management; the monitoring plan; etc.For effective control of tunnel construction safety risk, avoid or reduce a cave-in occurred, we should use The New Austrian Tunneling Method in design of tunnels in soft rock based on the design methodfully mobilize the b
6、earing capacity of wall rock, to effectively control its deformation and relaxation. The soft and weak rock tunnel has project characteristics of poor stability and easy collapse. So construction must be based on the tunnel excavation in this type of surrounding rock deformation may be produced afte
7、r the 山东科技大学学生毕业设计（论文）3solid state and adopt corresponding technical countermeasures, such as: Take the control of ground surface subsidence and the arch feet sink technical countermeasures and so on; Pre-grouted big tube canopy. Keywords: Tunnels in soft rock; Support in advance; New Austrian Metho
8、d; Construction management山东科技大学学生毕业设计（论文）4目 录第 1 章 绪论 .11.1 研究目的和意义 .11.2 软弱围岩隧道施工问题 .21.3 研究思路和方法 .31.4 研究内容 .4第 2 章 工程概况 .62.1 工程简介 .62.2 自然地理概况 .62.3 工程地质 .72.4 水文地质 .102.5 工程地质条件评价 .102.6 地层物理力学参数 .11第 3 章 初期支护设计 .143.1 支护类型 .143.2.设计方法 .143.2.设计参数 .15第 4 章 二次衬砌受力计算 .164.1 围岩压力 .164.2 荷载确定 .254
9、.3 衬砌断面几何要素 .264.4 位移计算 .294.5 解力法方程 .36山东科技大学学生毕业设计（论文）54.6 最大抗力值的求解 .364.7 拱部各截面弯矩、轴力计算 .374.8 边墙内力和弹性抗力的计算 .384.9 内力图 .41第 5 章 二次衬砌的配筋计算 .425.1 最大正弯矩截面 .435.2 最大负弯矩截面 .45第 6 章 施工管理 .496.1 综合说明 .496.2 施工组织机构及施工队伍安排 .51第 7 章 隧道监测方案 .637.1 编制依据 .637.2 监测目的 .637.3 监测项目 .647.4 监测作业 .657.5 监测管理 .68第 8
10、章 专题设计地铁盾构法隧道 .70参考文献 .96附录 .97致谢 .108山东科技大学学生毕业设计（论文）0第 1 章 绪论1.1 本课题的研究目的和意义1.1.1 研究目的随着城市快速经济的增长及人口的高度集中，城市隧道及地下工程的修建日益迫切。但是城市隧道的建设面临一系列的问题，软弱围岩就是其中之一。所以本次设计的主要目的就是解决目前在软弱围岩隧道施工中的各种难题，控制隧道在开挖过程中的变形和围岩松弛，减少施工临时支护，防止坍塌，改善和提高现有技术水平。1.1.2 理论意义本课题设计中有许多技术难题和不良地质段的施工难题，这些问题的解决可以为我们未来更多的软弱围岩隧道建设提供经验和技术借
11、鉴。重点在于支护方案的选择与支护参数的确定，衬砌结构断面优化与防排水方案，难点在于穿越不良地质段的施工措施和超前预支护方案的确定等。在设计的过程中将加深对自己所学的弹性力学、结构力学、土力学、岩石力学、混凝土设计等课程的理解。同时掌握相关的计算工具和软件（mat lab 、cad、office ） ，培养分析、解决问题的能力，结合工程实际，熟悉相关的国家规范和标准，提高自己的专业素质和能力。1.1.3 实践意义青岛市地铁一期工程（3 号线）中山公园站的建成将是中国软弱围岩隧道又一个成功的实践，为以后软弱围岩隧道的施工和重要问题的解决提供了可参考的实际例子，为相关理论的发展提供了实践基础，推动了
12、学科的丰富，促进了施工及其理论的进一步发展山东科技大学学生毕业设计（论文）11.2 软弱围岩隧道施工主要技术问题隧道软弱围岩就是用通常的初期支护及简易的小导管支护不能控制开挖后的围岩变形，而需要采用“有针对性地控制变形对策” （即所谓的辅助工法）的围岩。隧道开挖后，地应力将重新分布。由于软岩强度较低，对工程扰动极其敏感，在受拉或受压条件下将产生塑性区，使围岩和支护发生变形。一旦施工方法和工程措施不当，将极易发生初期支护变形侵限或者隧道塌方等工程灾害。从隧道开挖后的围岩变形看，在软弱围岩中开挖，经常出现以下力学现象，如：1、拱顶崩塌；2、掌子面失稳；3、底鼓现象严重；4、长时间的持续变形，或变形
13、不收敛；5、初期支护严重变异；6、在富水条件下出现异常涌水，围岩流失等。综上所述，在软弱围岩地质条件下，围岩变形的终极结果是造成现掌子面崩塌、拱部坍塌以及各种异常现象。因此在这类围岩中施工必须根据隧道开挖后可能产生的变形实态，采取相应的技术对策，如：1、采用预支护（加固）方法控制掌子面前方先行位移以及掌子面挤出位移的对策；2、采取控制地表面下沉及拱脚下沉的技术对策；3、采取控制掌子面后方测量位移的对策；4、采取控制地下水的技术对策；5、采取有针对性的观察、测量、前方围岩探查等技术对策。山东科技大学学生毕业设计（论文）2我国铁路隧道施工技术指南 （TZ 2042008） ，规定了特殊岩土和不良地
14、质地段隧道施工的原则，这些隧道包括以下围岩条件下的隧道。1、富水软弱破碎围岩；2、岩溶；3、风积砂和含水砂层；4、膨胀岩；5、瓦斯；6、挤压性围岩等。此外，在围岩强度应力比很小的地质条件下，也常常具有上述的复杂地质特性。1.3 研究的思路和方法软弱围岩隧道的支护问题，在研究思路与方法上要利用工程类比和理论计算相结合的，并且以手算为主，并结合计算机软件进行校核，最后对设计成果加以检验。在研究思路和方法上主要运用以下知识：1.3.1 支护方案的选择针对工程的实际情况，综合考虑围岩性质、支护设备和材料、工程造价以及场地的施工条件等各方面的信息，并且通过典型工程对比，选择合理的支护方案。对于软弱围岩，
15、需进行超前支护。1.3.2 围岩压力的计算通过所给的地质资料和围岩性质，运用合理的理论计算模型和规范对隧道的围岩压力进行计算。采用手算和计算机软件校核的方法，准确计算围岩压力。1.3.3 衬砌受力的计算山东科技大学学生毕业设计（论文）3围岩压力采用荷载结构设计模式计算，这种模式是假定已知地压荷载和地层对结构变形的约束抗力的条件下，按弹性地基上杆件系统的结构力学原理进行衬砌内力计算。此设计中采用力法计算。1.3.4 支护参数的确定支护方案确定以后，必须合理选择支护参数。通过计算和典型工程类比选择合理的支护参数，不仅可以节省支护材料，实现经济施工原则，还可以使隧道断面更加合理，达到良好的支护效果。
16、1.3.5 支护效果验算和数值模拟支护效果的验算是保证工程能顺利进行的一个很重要的方面。支护效果验算不仅是简单的对数据的核算，更是发现问题的很重要步骤。在该阶段，采用数值模拟手段进行验算，不仅可以检验理论解的正确性，而且可以进一步揭示衬砌与围岩之间的受力特性。1.4 本课题的主要研究内容我的研究课题“ 青岛市地铁一期工程（ 3 号线）中山公园站 2 号风道支护设计”，是一个比较完整的实际工程的支护组织施工设计，该课题的主要研究内容分为以下几个方面：1.4.1 隧道围岩压力以及衬砌受力的计算对隧道而言，围岩压力及衬砌受力的计算是隧道设计中非常重要的问题，因为它直接关系到隧道开挖后初次支护方案的选
17、型、注浆加固圈的厚度，以及具体的支护参数的确定。1.4.2 支护形式的对比和选型现阶段隧道的支护方案有许多种，目前常用的支护方式有钢拱架支护、锚杆支护、喷射混凝土支护、管棚支护、整体式混凝土支护、复合式支护等形式。山东科技大学学生毕业设计（论文）41.4.3 初期支护参数的确定根据计算确定合理的支护参数不仅可以大量节省工程费用，而且能达到良好的支护效果，使隧道在结构设计上更加合理。在该过程我决定采用手算和计算机软件校核相结合的方法确定最优化的支护参数来达到安全支护的目的。1.4.4 经济和安全问题合理的支护形式、支护参数和支护材料可以节省工程开支，开挖时运用机械设备出渣，自动化施工可以使工程具有经济性，合理进行施工组织安排也可以达到经济施工的目标。施工过程中还应该提前预测不安全因素，并且制定相关预案。同时运用超前地质预报系统，对前方的地质条件进行提前勘测，施工中采用先进的技艺，如先进混凝土的运用、喷锚支护等技艺的运用，也会保证整个隧道施工的安全，从而避免事故的发生。
