铁路隧道施工组织设计

清华大学毕业设计

毕业题目 铁路隧道施工组织设计 学 生 *** 指导教师 *** 专 业 铁道工程技术

2011年6月

清华大学工程测量技术专业毕业设计

开 题 报 告

专 业 铁道工程技术

设计方向 铁路隧道施工组织设计

姓 名 ***

指导教师审查意见： 指导教师签字： 年 月 日 审查合格，同意存档。 马家山隧道施工组织设计

一、 选题的背景与意义

新中国成立五十年来，特别是改革开放二十多年来，我国铁路交通得到了长足发展，交通基础设施总量达到一定规模，能力有了较大提高，运输市场供求关系发生了重大变化，行业管理体系初步建立，铁路交通对经济和社会发展的适应状况有了较大改善。

从新世纪开始，我国将进入全面建设小康社会、加快推进社会主义现代化的新的发

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展阶段。今后五到十年，是我国经济和社会发展的重要时期，是进行经济结构战略性调整的重要时期。为适应国民经济发展和经济结构战略性调整的要求，必须对铁路交通结构进行调整，，全面提升铁路交通行业整体素质，加快铁路交通现代化进程。

二、毕业设计的主要内容

它主要包括以下内容：

1．本设计是关于马家山隧道(出口) Ⅳ~Ⅴ级围岩施工组织方面的总体设计，隧道位于甘肃省宕昌县哈达铺镇左侧，全长7435m，起讫里程DK239+696～DK247+131，此隧道是特长隧道，其中包括进口，上罗斜井及出口。本毕业生设计包括了施工组织方面的各个部分的资料， 设计中包含了大量的图片资料和表格，更加直观的体现设计中的内容，在实际的施工组织过程中一目了然，便于施工人员参考，此设计完全依照《铁路隧道设计规范》来设计，同时结合了当地的地形、地质和环境，综合各方面的资料来设计，此设计还包含了洞门图、平面图、横纵断面图、炮眼布置图，便于现场的施工人员对工程的施工。 三、参考文献

[1] 李德武主编.《隧道》.中国铁道出版社.2004

[2] 铁道部专业设计院主编.铁路隧道结构物设计计算丛书《洞门》.中国铁道出版社.1990

四、设计时间安排

（1）确定题目：2009.3.至2009.7 （2）现场调研：2009.8至2009.11 （3）查阅文献：2009.11至2010.1 （4）资料整理分析：2010.1至2010.3 （5）编写设计、总结：2010.3至2010.5

（6）打印、提交、送审设计，准备答辩：2010.5至2010.6

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马家山隧道施工组织设计

摘要

文章介绍了马家山隧道施工技术创新理论，联系铁路运输市场的现状，探讨了施工技术创新对铁路运输市场机制建立、发展的作用。并且建立铁路运输市场体系的动态规划模型，提出铁路运输市场体系可持续运输的发展目标及其运行框架。利用公路运输市场体系的动态规划模型，根据制定国企改革的原则、方向，文章得出了施工技术创新对铁路运输企业经济增长具有重要影响的结论。并提出铁路运输企业资产经营创新和资产重组创新的策略和方法。

关键词：科技兰渝；安全兰渝；绿色兰渝；品牌兰渝；

目 录

绪论 .................................................................. - 5 -

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第一章 隧道位置的选择及纵断面设计.................................... - 8 - 第一节 隧道位置的选择.............................................- 8 - 第二节 隧道纵断面设计.............................................- 8 -

一 坡道形式................................................... - 8 - 二 坡度大小................................................... - 9 - 三 坡段长度...................................................- 11 -

第二章 洞门的选择及稳定性检算........................................- 11 -

第一节 洞口位置的选择.............................................- 11 -

一 选择洞口位置的原则.........................................- 11 - 二 用作图法确定进洞里程和洞口边、仰坡开挖线 ................. - 14 - 第二节 洞门形式的选择及其检算 ................................... - 17 -

一 洞门结构的构造 ........................................... - 17 - 二 曲线隧道净空加宽 ......................................... - 18 - 三 检算 ......................................... 错误！未定义书签。

第三章 衬砌形式的选择及强度检算 ..................................... - 31 - 第一节 铁路隧道衬砌的形式及适用条件 ............................. - 31 -

一 隧道衬砌形式 ............................................. - 31 - 二 隧道衬砌的构造要求 ....................................... - 34 - 第二节 隧道衬砌强度计算 ......................................... - 35 -

一 概述 ..................................................... - 35 - 二 常用的计算模型 ........................................... - 36 - 三 衬砌强度计算 .............................................. - 36 -

第四章 施工组织设计 ................................................. - 45 - 第一节 施工总原则.................................................- 45 -

一 新建马家山隧道工程地质说明及工程概况 ....................... - 45 - 二 施工原则 ................................................... - 46 - 第二节 主要工程项目的施工 ....................................... - 48 -

一 主要工程项目施工方法 ....................................... - 49 - 二 主要工程项目施工工艺 ....................................... - 56 - 第三节 施工要求及保证措施 ......................................... - 60 -

一 施工进度安排 ............................................... - 60 - 二 质量目标 ................................................... - 61 - 三 质量标准 ................................................... - 61 - 四 质量保证措施 ............................................... - - 五 安全保证措施 ............................................... - -

5结 论 ............................................................. - 67 -

致谢

主要参考文献

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绪论

我国内地大多是山区，地势起伏、山峦纵横，铁路穿越这些地区时，往往会遇到高程障碍。而铁路限坡平缓，无法拔起所需要的高度，同时，限于地形又无法绕避，这时，开挖隧道直接穿山而过最为合理。它既可使线路顺直，避免许多无谓的展线，使线路缩短，又可以减小坡度，使运营条件得以改善，从而提高牵引定数，多拉快跑。所以，在铁路线上，尤其是在山区铁路线上，隧道的方案常为人们所选用，修建的数目也越来越多。我国铁路采用隧道克服山区地形的范例是很多的。例如，川黔线上的凉风垭隧道，在穿越分水岭时，拔起高度小，展线短，线路顺直，造价低，越岭高度降低了96m,线路缩短了14.7km,并避开了不良地质区域。宝成线宝鸡至秦岭一段线路上密集地设有48座隧道，总延长17.1km ，占线路总延长的37.75﹪。

隧道工程施工时，首先要把施工地区的地质和水文情况勘查清楚，将勘查到的资料结合工程使用的要求，进行结构设计和施工方法的抉择。然后通过施工设计的指导，有步骤地进行施工，并在施工的过程中，随时进行各种量测，不断有针对性的修正支护结构设计和施工方案，使之跟趋于合理。在隧道建成交付使用后，还要定期检查，并按检查出的问题或病害，做出养护计划，分轻重缓急予以修复或大修，无视工程建筑物时刻处于良好状态，正常发挥它的工作效能。

隧道建筑是地下作业，共组面狭小，光线暗，空气潮湿，劳动条件差，因此发展机械化施工时改善劳动工人劳动条件，以高劳动生产率的唯一途径。

目前，我国用钻爆法开挖的铁路隧道最高施工速度，曾达到平均单口月成洞152米。 铁路隧道全断面一次开挖成型，是近数十年来隧道技术上的一项重要发展。它对加快隧道工程施工进度，使用大象机械化开挖，崛起了极其重要的作用。

在围岩支护技术方面，大力推广了锚杆--喷射混凝土支护，我国在具有不同地质条件的铁路隧道中，都取得了使用喷锚支护的成功经验，特别是曾在软弱围岩中使用了喷锚支护取代支撑这类传统的临时支护。

为了配合喷锚支护，换大力推广了光面爆破和预裂爆破技术，不仅能使围岩表面轮廓平整，而且可以减少爆破对围岩的破坏。

在勘测设计和理论研究方面，曾进行过坑道围岩变形、支护结构的应力和变形以及围岩与衬砌之间的接触应力等的量测工作，为发展和完善隧道力学理论，探讨设计支护

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系统的正确方法，提供了依据。

在对围岩的稳定性进行分析时，除了采用有限元法外，对于有遍布节理的块状岩体，还应用了赤平投影的几何理论来分析洞室的稳定性。

正确的预测隧道的地质情况，是保证高效、安全、机械化正常施工的重要条件，但目前我国地下洞室的地质勘测手段还比较简单、弹性波勘查等地球物理以及超前钻孔等技术刚刚开始使用。

在采用喷锚支护时，施工的监控技术和控制还在试验阶段，不能用于指导和控制施工，在量测元件、仪表、以及量测信息的分析和控制方面都还不够完善，几代努力改进。其次，是喷射工艺和喷射机械都有待进一步完善。

在地下工程理论研究上，虽然在应用有限元、赤平投影和工程地质力学等方面，都有了很大进步，但对岩体尤其是裂隙岩体的基本特征，尚未很好的展开，有待进一步努力。

虽然近几年来隧道工程已经取得了一定的成就和相应的发展，但是还存在许多的问题和缺点。总之，认识事物并改造事物使之为人类服务是我们责无旁贷的责任，只要我们不断地去实践，不停地向前探索，就一定会把隧道建设事业推向前进。

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第一章 隧道位置的选择及纵断面设计

第一节 隧道位置的选择

隧道工程对线路技术条件、工程造价、施工工期等都起着控制作用。因此，在线路勘测设计中，如何正确地选好隧道线路，是一个十分重要的课题。隧道位置与线路是互为相关的。在一般的情况下，当一段线路的方案比选一旦确定以后，区段上隧道的位置就只能依从于线路的位置大体决定，最多是上、下、左、右很小幅度内作些小的移动而已。但是，如果隧道很长，工程规模很大，投资很多，工期时间很长，技术上也有一定的困难，属于本区段的重点控制工程时，那么这一区段的线路就得依从于所选定的最优位置，然后线路以相应的引线凑到隧道的位置上来。所以，隧道位置的选定是与线路的选定同时考虑的，不可分开考虑。要选择好隧道线路位置，一般来说，主要应对沿线的地形、地质作详尽的了解，充分掌握这两方面的资料，认识它们之间的内在联系，分清主次，统筹研究，处理好近期与远期、隧道工程与其它工程的关系，就可以选择出较为理想的隧道线路位置和恰当的隧道进出口位置。 第二节 隧道纵断面设计

为了保证隧道内列车能安全平顺地行使，机车能够牵引足够的列车重量，同时考虑将隧道内的水顺利排出洞外以及通风要求等因素，必须对隧道内线路的纵断面进行合理地设计。隧道纵断面设计的主要内容包括选定隧道内线路坡道形式、坡度大小、坡段长度和坡段间的衔接等。 一 坡道形式

隧道处于地层之内，除了地质有变化以外，线路的坡形本来不受什么，用不着采用复杂多变的形式。一般可采用简单的单坡形或不复杂的人字坡形，如图1-1所示。

（a）单坡形 （b）人字坡形

图1-1 坡道形式

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单坡多用于线路的紧坡地段或是展线的地区，因为单坡可以争取高程，拔起或降落一定的高度。此外，单坡隧道两洞口的高程差较大，由此而产生的气压差和热位差也大，能促进洞内的自然通风。单坡道的优点还有施工及测量上都比较方便。它的缺点是在施工阶段，下坡进洞的一端，出于上部的水自然地流向下部开挖工作面，使开挖工作受到干扰，不但需要随时抽水外排，而且影响到电爆破的绝缘质量；此外，运碴时，空车下坡重车上坡，运输效率低。人字行坡道多用于长隧道，尤其时越岭隧道。因为越岭无需争取高程，而垭口两端都是沟谷地带，同是向下的人字形坡道，正好符合地形条件。人字坡的优点是施工时，水自然流向洞外，排水措施相应地简化；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害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，长期积累，浓度渐渐增的，使列车司乘人员以及洞内维修人员的健康受到影响。

两种不同的坡形适用在不同的隧道，设计时应结合隧道所在地段的地形、工程地质与水文地质、线路纵断面、牵引类型、隧道长度、施工条件、运营要求等具体情况全面考虑。对于位于紧坡地段的隧道、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、地下水不大的隧道或是可以单口掘进的短隧道，可以采用单坡形。对于长大隧道、越岭隧道、地下水丰富而抽水设备不足的隧道、出碴量的很大的隧道，设计为人字坡形往往比较有利。 二 坡度大小

对于线路来说，考虑到运营效率，应具有良好的行车条件，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，需要随着地形的变化设置与之相适应的线路坡度。但坡度不能太大，若坡度超过了线路最大允许的坡度，机车的牵引能力达不到，不是列车爬不上去，就是必须减轻列车的牵引重量。所以设计坡度时，注意应不超过坡度i限。如果在平面上有曲线，还需为克服曲线的阻力，再减去一个曲线的当量坡度。即

i允i限i曲

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最大坡度；

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i曲─曲线阻力折算的坡度折减量；

以上讨论的是明线坡度要求，隧道内的行车条件要比明线差，对线路最大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坡度上再进行折减。要求坡度折减的原因主要有以下两点：

（1）列车车轮与钢轨踏面的粘着系数降低─机车的牵引力是由车轮与轨面之间的粘着力来控制的。隧道内空气的相对湿度较露天处所为大，因而钢轨踏面上常凝有一层薄面，使轮轨之间的粘着系数降低了，于是机车的牵引力也随之降低。此外，如果是蒸汽机车牵引，机车喷出的煤烟渣落在轨面上，也会使粘着系数降低。因此，隧道内线路的坡度应比明线坡度有所减小。

（2）洞内空气阻力增大─列车在隧道内行使，其作用犹如一个活塞，洞内空气将像活塞那样给前进的列车以空气阻力，使列车的牵引力消弱。所以，隧道内的坡度要比明线的坡度为小。

由于上述原因，隧道内线路的最大坡度要比明线最大坡度小。现行《铁路隧道设计规范》规定，位于长大坡道上的隧道长度大于400m的隧道，其坡度不得大于最大坡度按规定折减后的数值，隧道内线路坡度折减是在明线最大坡度上乘以一个小于1的折减系数m。当隧道内有曲线时，要先进行隧道的线路坡度折减，然后再扣除曲线折减。折减按下式进行计算： i允mi限i曲

式中 m隧道内线路的坡度折减系数，m与隧道的长度有关。

当机车进入隧道时，空气阻力就已增加，粘着系数也已开始减小，机车的牵引能力相应降低，因此不但隧道内的线路应按上述方式予以折减，洞口外一段距离内，也要考虑相应的折减。在上坡进洞前半个远期货物列车长度范围内，按洞内一样予以折减。至于列车出洞，机车已达明线，这就不存在折减问题了。

另一方面，考虑隧道排水的需要，除了最大坡度的以外，还要最小坡度。因为隧道内的水全靠排水沟向外流出，如果隧道坡度设为平坡，那么很长的水沟，按照流水的坡度要求，势必沟槽很深，这是比较难于设置的，有时甚至时不可能的。《铁路隧道设计规范》规定，隧道内线路不得设置为平坡，最小的允许坡度不小于3‟，在最冷月

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平均气温低于－5℃的地区和地下水发育的隧道宜适当加大坡度。 三 坡段长度

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，司机操纵要随时调整。当列车经过变坡点时，受力情况也跟着变化，车辆间会发生相互的冲撞，产生附加力和附加加速度。如果坡段太短，一列车在行驶中，同时跨越两个变坡点，车体、车钩都在同时受到不利的影响，有时会因此发生事故。另外，如果隧道内坡度变化甚多，也将给施工和运营养护增加困难。所以，从行车平稳的要求和照顾施工和养护的方便出发，隧道内坡段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。对于凸形纵段面的分坡平道，当货物列车以接近计算速度通过时，允许分坡平道长度缩短至200m。坡段长最小为200m。 隧道内线路的坡形单一，但不宜把坡段定得太长，尤其是单坡隧道，坡度已用到了最大限度，如果是一气上大坡，列车就必须用尽机车的全部潜在能力，持续奋进。这样，会使机车疲劳或超负荷。虽然坡度未超，但坡段长了，也会越爬越慢，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，制动时间过久，机车闸瓦摩擦发热，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，使机车有一个喘息或缓和的时间。此外，顺坡设排水沟时，如果坡段太长，水沟就难于布置，不是流量太大，就是沟槽太深。有时为此需要设置许多抽水、排水设施，分级分段排水。这就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太长。

第二章 洞门的选择及稳定性检算

第一节 洞口位置的选择 一 选择洞口位置的原则

隧道的位置确定以后，隧道的长度是由它的两端洞口位置来决定的。而隧道的造价大小和施工难度在很大程度上是与其长度密切相关的。一般情况下，隧道进洞以前，总要有一段引线路堑。当路堑深度达到一定程度时就开始进洞。因此，决定洞口位置实质上就是决定从引线路堑转为隧道最适宜的转换点。隧道洞口位置选择恰当，隧道和路堑的安全稳定程度就高，总的造价也最合理。反之，选择得不恰当。就会产生路堑边坡坍

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塌、崩解，隧道上方的仰坡滚石掉块，危及行车安全。必要时，还得花较多的费用接修明洞。所以，洞口的位置应审慎比较而决定。

确定隧道洞口位置时，应当结合地形特征、地质和水文地质条件、施工技术、运营条件以及附近相关工程，全面考虑，详细比较决定。而其中最主要的是考虑边坡的稳定和仰坡的安全，其次才是经济因素。过去为了节省投资，从经济方面考虑得多一些，把隧道洞口位置选定在所谓隧道与明堑的等价点上。认为明堑造价一般都是低于隧道造价的。但是每米的明堑造价是随着明堑的挖深增大而显著增大的。当明堑挖深达到某一程度，其每米造价已上升到与每米隧道的施工与运营换算造价相等时，就是明堑转入隧道最经济合理的地方。这样单纯从经济观点来判断的方法，往往定出的隧道偏短，洞口缩在山体以内很深，明堑挖深很大，边坡及仰坡很高。施工时，常易发生塌方。行车后，又常滚石掉块，危及行车。最后不得不再修明洞来接长隧道。与最初愿望相反。节省不了工程费用发到加倍耗费投资，还对施工和运营造成后患。建国以来，这一教训是十分深刻的。例如，宝成线1956年洞口坍方占全线的22.6﹪，中断行车占全线中断行车时间的59.6﹪。119座隧道洞口位置都有不同程度的接长，接长的洞身和加建明洞的总长度达到4000m以上。不但工程费用增加很多，而且给运营和维修带来极大的麻烦。

多年实践的体会，总结出一个指导思想，即“早进晚出”。意思是在决定隧道洞口位置时，为了施工及运营的安全，宁可早一点进洞，晚一点出洞。这样做，虽然隧道长度稍稍长了一些，但却安全可靠得多。从全面观点出发，这样做是值得的、合理的。当然，所谓早和晚都是相对的，并不意味着进洞越早越好，出洞越晚越好。不应当盲目地把隧道定得很长很长，而是应当更着重从安全方面来考虑问题。在一般情况下，这一指导思想是符合实际的。

通过实践总结出以下几点经验：

1、洞口应尽可能地设在山体稳定、地质较好地下水不太丰富的地方。避开不良地质,如落石、崩塌、滑坡、岩堆、流砂、泥石流、多年冻土、盐岩、雪崩、冰川等对结构物会造成危害的地方。如遇到不良地质地段，宜早进洞或加接明洞，还可以设柔性刚性网防护，对于有些大型危石或集中落石区，根据具体情况分别采用清除、支顶、锚杆、锚索加固等措施处理，保证隧道运营安全。

2、洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路。因为，在一般情况

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下，垭口沟谷在地质构造上是最薄弱的一环，常会遇到断层带或褶曲带、古坍方、冲积土等松散地质。此外，地面流水都汇集在沟底，再加上洞口路堑的开挖，破坏了山体原有的平衡，更容易引起塌方，甚至不能进洞。所以，洞口最好放在沟谷一侧，让出沟心，留出泄水的通路。

3、洞口应尽可能设在线路与地形等高线相垂直的地方，使隧道正面进入山体，洞门结构物不致受到偏侧压力。傍山隧道限于地形，有时无法做到上述要求，只能斜交进洞时，也应使交角不要太小，而且要有相应的补救措施，如采用斜洞门或台阶式洞门。切忌隧道中线与地形等高线平行。《铁路隧道设计规范》规定：当地形等高线与线路中线斜交角在45°～60°之间，地面横坡较陡，地质条件较好（单线Ⅰ～Ⅲ、双线Ⅰ～Ⅱ级围岩）时可采用斜交洞门，其端墙与线路中线的交角不应大于45°。

4、当线路位于有可能被淹没的河滩上或水库回水影响范围以内时，隧道洞口标高应在洪水位以上，并加上波浪的高度，以防洪水倒灌到隧道中去。

5、为了保证洞口的稳定和安全，边坡及仰坡均不宜开挖过高，不宜使山体扰动太甚，也不宜使新开出的暴露面太大。一般情况下，各类围岩中隧道洞口上方的仰坡和路堑的坡控制高度和坡度可参考表2－1。

围岩级别 破率 高度（m） 贴壁 ＜15 Ⅰ-Ⅱ 1：0.3 ＜20 Ⅳ 1：0.75 ＜25 1：1 ＜18

表2－1 洞口边仰坡控制

6、若洞口附近遇到水沟或水渠横跨线路时，应慎重处理，当线路横沟进洞时，设置桥涵净空不宜太小以免后患。当地行条件不适于设置桥涵时，应结合地形、地质情况、水流大小，经过技术经济比较，采取相应的工程措施，如扩大洞门墙顶水沟，将水引离

1：1.25 20左右 Ⅴ-Ⅵ 1：1.25 ＜15 1：1.5 ＜18 1：0.5 25左右 1：0.5 ＜20 Ⅲ 1：0.75 25左右 - 13 -

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隧道；利用明洞洞顶做过水渡槽引接；当洞顶水沟流量大，对隧道施工、运营不利时，应结合地形、地质条件，改沟排出。

7、若洞口前方岩壁陡立，基岩裸露，此时，最好不刷动原生坡面，不开挖山体。因为山体经过若干年的地质构造运动，内力已经自行调整，达到了稳定的平衡。如不扰动，它是稳定的。一旦挖开，尤其是刷方太甚，原有的平衡遭到破坏，反到会产生移动，出现坍方。所以，天然平衡不宜破坏，尽管纵坡超出了限值，仍以不动为好。此时，可以贴壁进洞，只把洞门墙留出一定的空档，用以档截小量的剥落碎块即可。

8、洞口以外必须留有生产活动的场所。隧道洞口一般都在山地沟谷中，地势狭窄，而施工有许多工序是在洞外进行的，需要一定的场地。尤其是隧道不断深入，就不断地出碴，堆卸以后，地面就显得狭小。因此，在选定洞口位置时，要考虑到场地的布置。例如，需要有布置运输便道的位置，弃碴的地点，材料堆放的用地以及生产、生活的房屋面积，都要预先估计到。

总起来说，选定隧道洞口位置时，首先要按照地质条件控制边坡和仰坡的高度和坡面长度，其次是避开不良地质区域和排水影响，最后才谈得到从经济方面进行比较。 二 用作图法确定进洞里程和洞口边、仰坡开挖线

当线路的方向确定后，可采用作图法来确定进洞里程和边、仰坡开挖线。 （一） 进洞里程的确定

在洞口地形平面图上用作图法确定进洞里程的具体步骤为：

1、在洞口地形平面图上找出控制等高线。首先根据表2-1选定仰坡的极限开挖高度H值在隧道纵断面地质图上粗略地拟定进洞位置，在地形图上依照“早出晚进”定出进洞的路基标高H路=225.09，则控制等高线标高为：H控H路H=225.09+12=237.09m 。为了在洞口地形平面图上查找方便， 可取整数

H控=238m（但要保证开挖高度H在极限范围内）。

2、在预先选定的洞口附近，以洞门墙宽度B=10.86m为距离，作对称于线路中心线的平行线Ⅰ－Ⅰ和Ⅱ－Ⅱ。

3、以仰坡坡脚至开挖高度控制点的水平距离d 为半径，用分规沿Ⅰ－Ⅰ（或Ⅱ－Ⅱ）线移动，找出与控制等高线相切于a点(即控制点)的圆心o。其中d值可根据洞门构造图

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及仰坡坡率m求出，即d＝(12－h)m==2.5m,（其中h为路基面至仰坡坡脚的高度，h=6.71+6.75+2.54-0.5=9.5m；H是仰坡的极限开挖高度）。

4、过o点作线路中心线的垂线oo’。

5、以洞口里程至仰坡坡脚的的水平距离b（由洞门图查得，或可计算得： b=2.1+（6.71+2.54）×0.1-0.1=2.93m为间距，作oo’线的平行线pp’,则pp’线为洞口里程位置。如图2-1所示

图2-1 洞口里程的确定

在实际设计中，若有几个控制点时，可根据“早进晚出”的原则，综合考虑洞口附近的地形、工程地质及水文地质情况，经详细比较，才能最后确定洞库位置的最佳方案。 (二) 绘制隧道洞口边、仰坡开挖线

为了布置洞顶排水设施和洞口附近其它建筑物，需要定洞口边、仰坡开挖范围，在洞口地形平面图上绘制边、仰坡开挖线（即路堑边坡坡面及洞门仰坡坡面与地面的交线）。 1.绘制仰坡开挖线

绘制边、仰坡开挖线。洞门位置确定后，可计算仰坡坡脚标高H仰 =H路 +h=234.59m，去为整数234m,仰坡坡率为m=1：1.25，即可计算241至238各等高线距仰坡坡脚的水平投影距离d1、d2„等各值。

对235m等高线：d1=(235-234.59)×1.25=0.625m 对236m等高线：d2=(236-234.59)×1.25=1.7625m 对237m等高线：d2=(237-234.59)×1.25=3.0125m

在洞门地形图上，作与边墙平行相距为d1的线交235m等高线于①点，作于洞门墙

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相距为d2的2-2线交236m等高线于②点，„以此类推。

连接各点，即为仰坡开挖线。 2.绘制边坡开挖线

边坡开挖线绘制原理同前，确定边坡坡脚标高为225.09m,（取为225m）,边坡坡率为n=1.25,可计算不同标高位置的边坡顶至边坡坡脚的水平投影距离 C：

C1=（227-225）×1.25=2.5m C2=（229-225）×1.25=5m

作I-I线于路堑坡脚平行且相距为c1,交227m等高线于①，作Ⅱ-Ⅱ线于路堑坡脚平行且相距为c2，交229m等高线于②，同理求得其他各点。连接各点，即得边坡开挖线。

85°40°

图2-2 边、仰坡开挖线

3.绘制仰坡与边坡交角处开挖线

洞门开挖方式有两种，甲式开挖于乙式开挖，其刷坡的起坡点不同。采用甲式开挖时，起坡点为翼墙端点;乙式开挖时，起坡点为仰坡坡脚。由此可确定相应起坡点的标高值。

采用甲式开挖，绘制边仰坡交本隧道角处开挖线方法如下：

（1）在90º交角范围等分6等份，既有边坡至仰坡的累积度数为：15º、30º、45º、60º、75º、90º。

21进洞里程- 16 -

0.36+120清华大学工程测量技术专业毕业设计

当边坡与仰坡的坡率n、m不同时，应圆顺过渡，其等分的坡率k可按下式计算：

kn*m/n2sin2m2cos2 n—边坡坡率 m—仰坡坡率

--圆角部分等分角度的累积度数。（右边坡至仰坡）。 （2）确定等分线与开挖线交角。

假定=30º，m=n=1.25。则K=0.884,可计算不同标高位置的坡顶与仰坡坡脚的水平投影距离r。

r1=（235-225）×0.884=17.68 r2=（237-225）×0.884=2

以o点为圆心，以r1、r2„„为半径，分别交等高线239、240„„与a、b、„„，连接a、b、„„各点所形成的曲线交角度线与i点，即为该等高线与开挖线的交点。边、仰坡开挖线如图2-2所示。 第二节 洞门形式的选择及其计算 一 洞门结构的构造

洞门（隧道门的简称，通常也泛指隧道门及明洞门）是隧道洞口用圬工砌筑用以保护洞口、排放流水并加以建筑装饰的支挡结构物。它联系衬砌和路堑，是整个隧道结构的主要组成部分，也是隧道进出口的标志。对于铁路隧道，隧道的场地就是其进出口洞门墙外表面与线路内轨顶面标高线交点之间的距离。

隧道两端洞口处应设置洞门。洞门的作用有以下几方面：

1.减小洞口土石方开挖量—洞口段范围内的路堑是依照地质条件以一定的边坡而开挖。当隧道埋深较大时，开挖量就很大。设置隧道洞门，能起到挡土墙的作用，可以减少土石开挖量。

2.稳定边仰坡—由于边坡上的岩体不断受到风化，坡面松石极易脱落滚下；或边坡太高，边坡难于自身稳定，仰坡上的石块也会沿着坡面向下滚落。有时会堵塞洞口，甚至砸坏线路轨道，对行车造成威胁。修建洞门可以减小引线路堑的边坡高度、缩小正面仰坡的坡面长度，从而使边坡及仰坡得以稳定。因此，洞门对于确保洞内安全和隧道正常运营具有重要的作用。

3.引离地面流水—地表流水往往汇集在洞口，如不予以排除，将会浸及线路，妨碍

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清华大学工程测量技术专业毕业设计

行车安全。修建洞门时，洞门上方女儿墙应有一定的高度，并设有排水沟渠，以便把流水引入侧沟排走，保证洞口的正常干燥状态。

4.装饰洞口—洞口时隧道惟一的外露部分，是隧道的正面外观。修建洞门也可以算是一种装饰。特别是在城市附近、风景区内的隧道，更应配合当地的环境，给予艺术处理进行美化。

洞门是隧道的咽喉，也是隧道的外露部分，在保证安全的同时，还应根据实际情况，选择适合的洞门形式，并应适当进行洞门美化和环境美化。洞门结构的形式应实用、经济、美观、醒目；洞门墙应根据实际情况设置伸缩缝、沉降缝和汇水孔；洞门墙的厚度可按计算或结合其他已建成隧道洞门用工程类比法确定；洞门墙基础必须埋置在稳定的地基上，应视地形及地质条件，埋置足够的深度，保证洞门的稳定性。基底埋入土质地基的深度应不小于1m，嵌入岩石地基的深度应不小于0.5m，冻胀土层基底应设在冻结线以下不小于0.25m,墙基底埋设的深度应不大于边墙各种沟、槽、管道基底埋设的深度。

根据丁家营二号隧道所处地段的地质、地形及水文条件，进洞选择耳墙式隧道门比较合适。耳墙式洞门即带耳墙的翼墙式洞门，它是工程实践中总结、提高和发展起来的一种洞门类型。翼墙式洞门洞口开挖范围较窄，可节约土石方，减少圬工量；惟其形式似大涵洞，墙顶虽有水沟，因截水面小作用不大，端墙范围外仰坡坡面汇水只能通过沿翼墙背后的坡面流下，导致坡面长期受水冲刷，易出现沟槽，养护部门不得不将边坡全面铺砌。为改进其不足，后多将翼墙式洞门端墙两侧各接出一个耳墙至边坡内，呈带耳墙的结构，形成耳墙式洞门。这种洞门结构形式对于排泄仰、边坡地表汇水，阻挡洞顶风化剥落体，效果良好，并可大大减少对坡面的冲刷，洞口显得宽敞，结构式样比较美观，而且对于边、仰坡坡度不一致的洞口，设计时亦便于处理。设计这种洞门是因为它适用、经济、美观。 二 曲线隧道净空加宽 （一）加宽原因

车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却不能随线路弯曲仍保持其矩形形状。故其向两端曲线外侧偏移，中间镶曲线内侧偏移。由于曲线外轨超高，车辆镶曲线内侧倾斜，使车辆限界上的控制点在水平方向内移动了一个距离。 （二）加宽值的计算

由于本曲线隧道是双线电气化曲线隧道，所以加宽值计算按双线计算。

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清华大学工程测量技术专业毕业设计

（1）车辆中间部分向曲线内侧的偏移d内1为：

d内1=4050／R=1.62cm（其中R是曲线半径，本隧道为2500m） （2）车辆两端向曲线外侧的偏移d外为：

d外=4400／R=1.76cm

（3）外轨超高使车体向曲线内侧偏移d内2为：

d内2=2.7E=2.7×0.76×160²／2500=21cm（其中E=0.76v²／R） 对于曲线隧道加宽值的计算： 内侧加宽：W1=d内1+d内2=22.62cm 外侧加宽：W2=d外=1.76cm

总加宽：W=W1+W2 =24.4cm 取30cm

单线曲线隧道内侧线路中线至隧道中线的距离： d=1/2（W1-W2）=10.45cm

一、 隧道洞门计算

基本计算数据 （一）地层特征

边，仰坡坡度1：1.25配合2类围岩曲墙衬砌； 地层容重=18kN/m3; 地层计算摩擦角=45; 基底摩擦系数地f=0.4; 基底控制压应力[]=0.3mp (二)建筑材料容重和容许应力 顶帽150号混凝土容重1=23kN/M3; 端,翼墙水泥沙浆砌片石容重2=2kN/M3;

100号水泥沙浆砌片容许压应力[a]=1.5MPa100号水泥沙浆砌片容许压应力[t]=0.2MPa；

（三）检算端墙和翼墙应力，偏心，稳定性要求

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墙身截面压应力≤[a]；

墙身截面偏心距e≤0.3b (b端，翼墙厚度）； 基底应力≤[]； 基底偏心ej≤

bj6

滑动稳定系数Kc≧1.3； 倾覆稳定系数K0≧1.5。 二洞门各部尺寸的拟定

本洞门采用的衬砌断面加宽值W=30，轨道类型选用重型，开挖方式采用甲式（圆角）开挖，各部尺寸见图1-1，1-2。

翼墙式隧道门的端墙尺寸要求与端墙式隧道门基本相同本洞门端墙厚度为1.1m,基础埋深为1.0m

(一）洞门端墙高度H的拟定

端墙高度的拟定同端墙式隧道门的端墙相同，本洞门中，h=6.71m,h1=2.54m,h2= 0.75m,h3=1.0m,故端墙高度为: H=h+h1+h2+h3

6.71+2.54+0.75+1.0=11.00m

9050405010251060303030234050556530613hb10:1

隧道中线60线路中线6711.1:87425110

195350350内轨顶面100751001020ly186706图1-2(二）洞门墙宽度Bm的拟定

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hy

226

1.50.50.0250.1hc301001.25hc 清华大学工程测量技术专业毕业设计

hc= =1.761m

hy=H-hc-0.5=11.0-1.761-0.5=8.74m

Bm=3.5+(hy-h3)0.1+1.0 =3.5+(8.71-1.0)0.1+1.0 =5.27m

(三）洞门翼墙尺寸的拟定

翼墙的尺寸主要是根据端墙尺寸和仰坡坡度来确定。翼墙的最高点为端墙面坡和仰坡的交点，见图2-3中的a点。翼墙的厚度由自身强度及构造决定，要满足排水和施工的要求，通常在设计中取为1.0m。

由于翼墙除支挡边坡外，还要与端墙共同作用，增强端墙的稳定性，翼墙面坡的大

hb小直接影响到端墙和边，仰坡的工程数量，故一般翼墙面坡取为1：0.1。

hy当仰坡较缓，翼墙较长时，亦可考虑将翼墙作为变截面台阶形，台阶位置是根据翼

墙截面强度和造价考虑的，本洞门墙后设一台，台阶高度为2.0m，见图2-4。

翼墙计算仰坡坡度'的确定，与开挖方法有关，当采用乙式开挖方法时，'= 当采用甲式开挖时，由于翼墙墙顶的刷方坡度比仰坡坡度要小，而又比水平要大，本计

1'tg算采用=/2。

1.25三，翼墙墙身截面偏心，应力检算 （一）翼墙墙背主动土压力E

' 取距翼墙基底1.0m的截面为检算截面，计算宽度取0.5m，（图 截面），翼墙

12hb0.5计算高度 为；

hb=hy-（0.1 +0.5）1.25-1.0

1.50.50.025 =8.74-（0.18.74+0.5）1.25-1.0

1.15 =6.m

已知 =45， tg0.1，

219202 根据附录一公式Ｉ，可计算求得tg0.5273，0.1566

E =

12- 21 -

清华大学工程测量技术专业毕业设计

6.20.5 = 18 0.1566

= 31.07kN (二）倾覆力距M

M =

=

（三）稳定力距My 1.墙身自重P（图 1-3）

1P= 0.51.023- （0.4+0.5）

210.323+6.140.122+4.0.622+（ 0.22.0+20.4）180.5 =5.75-1.55+67.54+30.62+1.8+7.2 =111.36kN

My

2

图1-3

2.稳定力距My

=5.57(0.5+6.390.1)-1.55(0.5+6.490.1)

131.076.68.77mN0.1)+ +67.54(0.5+3.070.1)+30.62(1+0.3+2.323

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1Ehb3清华大学工程测量技术专业毕业设计

1.8(1.0+0.4+2/30.2)+7.2(1.0+0.4+0.2+0.2) =6.55-1.78+54.50+46.91+2.88+13.42 =122.48kNm (四) 截面偏心,应力检算

122.48-68.77C= = = 0.48m

p111.36MoMy1.6be= - C= -0.48 = 0.32＜0.3b=0.48(可）

22

p6e(1)= 0.5bb

60.32111.36 = (1± ) 1.60.51.6

1.50.31306.243MP = kN/m= aa＜[ ] MPa(可） 0.227.840.03

四 翼墙基底偏心,应力检算 (一)墙背主动土压力E

1(hb1.0)20.25 E= 2

= 187. 0.15660.5

122 =41.13kN (二)倾覆力矩 M 1E(hb1.0) M = 3

141.137. 3 =104.74Nm (三)稳定力矩M y1. 墙身自重P

P=111.36+0.5(2.0+2.1)1.00.522

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=133.91kN 2. 稳定力矩M y (0.5+6.390.1+0.5)-1.55(0.5+6.490.1+0.5)+67.54(0.5+3.07 M =5.75y20.1+0.5)+30.62(1+0.3+2.320.1+0.5)+1.8(1.0+0.5+0.4+ 0.2)+7.2

3(0.5+1.0+0.4+0.2+0.2)+22.551.0

=9.42-2.56+88.27+62.22+3.78+17.02+22.55 =200.70kN m

(四) 翼墙基地偏心、应力检算

200.70104.74 C= = =0.72m 133.91P

MyMobj2.0 e= - C= -0.72=0.28m＜ =0.33m(可）

622bj



P6e(1)bj0.5bj133.9160.28(1) = 20.52.0

246.390.252MPa＜[ ]=1.5 = kN/m= MPa(可） 21.430.02

（五） 稳定检算

Ko1. 倾覆稳定系数

1.921.5K0 = （可）

MyMo200.70104.74

2 滑动稳定系数Kc

1.3 Kc= （可）

PfE133.910.441.13

五、 端墙墙身截面偏心 、应力检算 （一）端墙墙背主动土压力E

端墙计算条带计算宽度取0.5m，根据计算，计算条带高度为6.15m，计算条带中

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清华大学工程测量技术专业毕业设计

线距线路中线为3.65m

b=0.5+3.650.05=0.68m

A=1.2-(0.68-0.5)1.25-[1.1-0.5-0.3-(0.68-0.25)0.1]=0.72m (见图 a b )

1tg0.8，= 3840由附录二可查得 已知 1.25 tg0.6526 ，0.2235

atgho1tgtg

0.720.80 = 0.63m10.800.1

H1=6.15-b-h0 =6.15-b-h0

=6.15-0.68-0.63=4.84m

图1-4 图1-5

1:21.5H1h04.840.635.47 M a 1.30mh4tgtg 1H1a

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=184.840.2235=19.47kN/m

2

2(h4h0)a

=18(1.30-0.63)0.2235 =2.70kN/m

2

3

H1h05.472.72h41.302

=11.36kN/m

EE1E2

11(Hh)0.5(H1h0h4)(13)0.5 = 10322

11 = 5.4711.360.5(5.471.30)(19.4911.36)0.522

=15.45+8.46=23.91kN (二） 倾覆力矩My

墙身自重（图1-6）

图1-6

P=[(6.15-0.25）1.122- 0.30.8322-0.220.8322-0.83

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1212清华大学工程测量技术专业毕业设计

1 0.08322+0.60.2523- 0.10.123]0.5

2

71.39-1.37-2.01-0.38+1.73-0.06

=69.30kN

My稳定力矩：

1.15.900.121.37(5.900.10.50.3)2.01(5.9023 10.10.50.30.22)0.38(5.900.10.50.30.222

1 0.830.1)1.73(5.90.10.30.1)0.063 2(5.900.10.1)3

= My71.39 =60.32-1.77-3.02-0.62+1.37-0.03 =56.27kNm (四）偏心及应力检算 C

MyMoP56.2739.750.24m69.30b1.1 （可） C0.240.31m0.3b0.33m22

P6e (1)b0.5b

69.3060.31(1) = 1.10.51.1

0.35339.502aMPa＜ = kN/m =

0.0987.05 1.5MPa = 0.2

六、端墙与翼墙共同作用时稳定性检算

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（1） 端墙墙背主动土压力E

端墙总高度为11.00m，端墙与翼墙共同作用时的计算宽度b1为：

b1Bm

B7.065.562.03m227.062.03)0.050.73m22b0.5(

a1.2 =0.66m (0.730.5)1.251.10.30.50.730.250.1

h0

atg0.660.800.57m1tgtg10.80.1

H1Hbh0

=11.0-0.73-0.57=9.7m H1h09.70.5710.27m

h4

a0.661.19m

tgtg0.65260.1

1H1a189.70.223539.02kN/m2 2(h4h0)a

18(1.190.57)0.2235

=2.35kN/m

Hh10.2731022.3520.28N/m2 h41.19

E=E1E3 11(Hh)b(H1h0h4)(13)b1 = 102122 1110.8420.282.039.65(39.0220.28)2.03 =223.13+183.55 22 =406.48kN

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2

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(二）端墙自重（图1-7）

P=[(11.0-0.25) 1.1 22- 0.3 0.87 22-0.21 0.87 22- 0.87 0.1 

12120.87 22+0.6 0.25 23- 0.1 0.1 23] 2.03=483.39kN 

图1-7

(三）翼墙自重(图 1-7，1-8)

翼墙的自重与施工的要求有关,当翼墙较短时,一般要求翼墙整体施工,其自重按整个翼墙重量计算;当翼墙较长,整个施工有困难时,可分段施工,此时需考虑最不利情况,即按第一段墙重计算.本设计为分段施工法施工,翼墙自重取距端墙底3m范围内翼墙计算(图 )

- 29 - 12清华大学工程测量技术专业毕业设计

h18.74(2.00.17)6.57m 图1-8 由图 1-7可知:

l13.00.1h13.00.16.573.66m1.25x2.0x83740.18.74X8.740.120.17(1.258.748.740.1)h2h1

l13.666.573.m1.251.251111A1(hyh22.0)(3.00.1hy)0.1hyhy0.1hyhy2222

11(8.743.2.0)(3.00.18.74)0.18.742

222

=24.03 m

11A2(h2h1)(0.30.1h1)0.1h1222 (3.6.57)(3.00.16.57)110.16.57216.51m222

124.031.016.510.6(0.40.5)1.03.05(0.40.5)0.3210.2(3.08.740.1)22(24.0316.51)(0.6)1822P2V1V2V3V4r2V5r

832.96kN

(四）滑走稳定计算

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一般仅检算抗滑稳定

(PP)f Kc12E

(483.39832.96)0.4 359.02 =1.47＞1.3（可）

第三章 衬砌形式的选择及强度计算

第一节 铁路隧道衬砌的形式及适用条件 一 隧道衬砌形式

隧道开挖以后，坑道周围地层原有的平衡遭到破坏，引起坑道的变形甚至崩塌。因此，除了岩体完整而又不易分化的稳定岩层中，可以只开成毛洞以外，其他在所有的地层中的隧道，都需要修建支护结构，即衬砌。支护的方式有：外部支护，即从外部支撑着坑道的围岩（如模筑混凝土整体式衬砌、砖石衬砌、装配式衬砌、喷射混凝土支护等）；内部支护，即对围岩进行加固以提高其稳定性（如锚杆支护、压入浆液等）；混合支护，即内部与外部支护同时采用的衬砌（如喷锚支护）。从衬砌施工工艺方面将隧道衬砌的形式分为以下4类：

（一） 整体式模筑混凝土衬砌

它是指就地灌筑混凝土衬砌，也称模筑混凝土衬砌。其工艺流程为：立模——灌筑——养生——拆模。模筑衬砌的特点是：对地质条件的适用性较强，易于按需要成形，整体性好，抗渗性强，并适用于多种施工条件，如可用木模板、钢模板或衬砌模板台车等。

（二） 装配式衬砌

装配式衬砌是将衬砌分成若干块件，这些构件在现场或工厂预制，然后运到坑道内用机械将它们拼装成一环接着一环的衬砌，这种衬砌到的特点是：拼装成环立即受力，便于机械化施工，改善劳动条件，节省劳力。目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道中采用。

（三） 喷锚支护

喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土拌和料与水汇合成为浆状，

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喷射到坑道的岩壁上凝结而成的。当岩壁不够稳定时，可加设锚杆、金属网和钢架，这样构成的一种支护形式，简称为“喷锚支护”。喷锚支护是一种符合岩体力学原理的支护方法，它与围岩密贴、支护及时、柔性好，同时封闭了围岩壁面，防止分化，并能封闭围岩的张性裂隙和节理，提高围岩的固有强度,控制围岩的变形，它能充分调动围岩本身的自稳能力，从而更好地起到支护作用。另外，喷锚支护有效地利用了洞内净空，提高了作业的安全性和作业效率，并能适应软弱和膨胀性地层中的隧道开挖，还能用于整治塌方和隧道衬砌的裂损。喷锚支护包括锚杆支护、喷射混凝土支护、喷射混凝土与锚杆联合支护、喷射混凝土钢筋网联合支护、喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护、喷射钢纤维混凝土支护、喷射钢纤维混凝土锚杆联合支护。

喷锚支护是目前常用的一种围岩支护手段，适用于各种围岩地质条件，但是若作为永久衬砌，一般考虑在Ⅰ、Ⅱ级围岩良好、完整、稳定、的地段中采用。在某些不良地质、大面积涌水地段和特殊地段很难成形，不宜采用喷锚支护作为永久衬砌。地下水发育或大面积淋水地段，喷射混凝土很难成形，且即使成形，其强度与围岩的粘结力无法保证，锚杆与围岩的粘结或锚固力也极难保证，难于发挥喷锚支护所应有的作用。膨胀性围岩和不良地质围岩，如黏土质胶结的砂岩、粉砂岩、泥岩等软岩，开挖后极易风化、潮解，遇水泥化、软化、膨胀，造成较大的围岩压力，稳定性极差，甚至流坍。堆积层、破碎带等不良地质，往往有水，施工时缺乏足够的自稳能力和一定的稳定时间。这样，锚杆无法同膨胀性围岩和有水堆积层、破碎带形成可靠的黏结，喷射混凝土与围岩面也很难形成良好的黏结。因此，喷锚支护就难于阻止围岩的迅速变形和通过喷锚支护形成可靠、稳定的承载圈。不宜采用喷锚支护单独作为永久衬砌的情况有：对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求衬砌内轮廓很整齐、平整；辅助坑道或其他隧道与主隧道的连接处及附近地段；有很高的防水要求的隧道；围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆除者等；地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的腐蚀；最冷月平均气温低于-5℃的冻害地段。 （四） 复合式衬砌

复合式衬砌是与喷锚支护和新奥法施工结合起来进行的。在洞壁表面上先喷射一层混凝土，有时也同时施加锚杆，凝固以后形成一个薄层的柔性之后结构，允许它有限度地产生变形，以至少许的裂纹，把围岩因开挖坑道而引起的形变压力全部吸收或吸入了

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绝大部分，并把洞壁的位移逐渐地稳定下来，使外衬与围岩共同组成的初期支护体系处于暂时平衡状态。在施工的同时，定期地量测支护变形的信息，把这些信息反馈的施工和结构的设计中去，据以确定内衬的最佳施作时间，以及内衬的适宜厚度。在外衬与内衬之间，敷设一层塑料防水板等为材料的防水层。复合式衬砌既能调动围岩的自承能力。又可以充分发挥结构的承载力。根据铁道科学研究院和隧道工程局共同进行的模型实验和有限元分析，验证结果表明：复合衬砌的极限承载能力比同等厚度的单层模筑混凝土衬砌可以提高20%～30%，并且如能调整好内衬的施作时间，还可以改善结构的受力条件。 1、外衬（亦称初次衬砌）——为了使围岩在开挖后的变形得以及早地受到约束，所以外衬多半是使用能达到早强的喷射混凝土和锚杆，使柔性的外衬既能容许围岩有所变形，而又约束它不让它的变形发展太大太快。一般说，外衬的厚度多在5～20cm之间。为此，开挖坑道时，要求采用光面爆破，使洞壁平整光顺，喷层足以覆盖凸点，同时内表面也平整，便于以后铺设防水层。

2、内衬（亦称二次衬砌）——从理论上讲，围岩的形变压力已为外衬所吸收，内衬基本上可以不再需要承受什么力，做内衬仅仅是为了洞内的整齐外观或是用以隔潮而已。但实际上，外衬的变形并未完全停止，况且，影响外衬共同作用的因素很多，因而仍会有一部分力量，如围岩的残留变形，以及施工后围岩物理力学参数降低等，需由内衬承担。所以，设计时，内衬仍应按受力结构来计算。

内衬可以用喷射混凝土层柔性结构，也可以用较厚的模筑混凝土。它的厚度视当时外衬变形的情况或变形的速度而定。当围岩无明显的流变性质，而位移有较明显的减缓趋势，水平收敛小于0.2mm/d，拱顶下沉小于0.1mm/d，而且当时的位移值占总位移值的80%以上时，单线隧道内衬厚度可为25cm，双线隧道衬砌内衬厚度可为30cm，均为等厚截面。

3、防水层——内外层衬砌之间的防水层可以用软聚氯乙烯薄膜、聚异丁烯片、聚乙烯片等防水卷材或用喷涂乳化沥青等防水剂。在喷层表面有凸凹不平时，需事先以砂浆敷面，作成找平层，务使岩壁与防水层密贴。防水层接缝处，一般用热气焊接或电敏电阻焊接，亦可用适当的溶剂作溶解焊接，用以保证防水的质量。

铺底及仰拱的厚度与一般模筑混凝土衬砌的铺底或仰拱相同。复合式衬砌最适宜在Ⅱ～Ⅵ级围岩中使用，但遇到下列情况时，应慎重对待。必要时应辅以相应的加固措施。

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复合式衬砌可以保证初期支护施做及时，易变形，与围岩密贴，从而能保护围岩和加固围岩，促进围岩的应力调整，充分发挥围岩的自承作用。二次衬砌完成后，衬砌内表面光滑平整，可以防止外层风化，装饰内壁，增强安全感。它既能够充分发挥喷锚支护的优点，又能发挥二次衬砌永久支护的可靠作用。复合式衬砌是目前隧道工程常采用的衬砌形式。其设计、施工工艺过程与其相应的衬砌及围岩受力状态均较合理，十分符合衬砌结构的力学变化过程，能按受力和变形的规律，按力学变化时间、变形发展状况，给予最适宜的工程措施；其质量可靠，能够达到较高的防水要求；也便于采用喷锚、钢支撑等工艺。因此，它是比较合理的结构形式，其广阔的发展前途。对于复合式衬砌，由于初期支护是围岩在施工期间的变形，达到围岩的暂时稳定，二次衬砌则是提供结构的安全储备或承受围岩压力，因此，初期支护应按主要承载结构设计；二次支护在Ⅲ级及以下围岩时按安全储备设计，在Ⅳ级及以上围岩时按承载结构设计，并均应满足构造要求。总之，复合式衬砌是一种较为合理的结构形式，适用于多种围岩地质条件。 二 隧道衬砌的构造要求

（一） 隧道衬砌的建筑材料及要求

修建隧道衬砌的材料，应具有足够的强度和耐久性，在某些环境中，还必须具有抗冻、抗渗和抗侵蚀性。此外，还应满足就地取材、降低造价、施工方便及易于机械化施工等要求。常用的隧道衬砌材料有：混凝土与钢筋混凝土，隧道工程所用的混凝土强度等级不应低于C15，当最冷月平均温度低于-15℃的地区及受冻害影响的隧道，宜采用整体式混凝土衬砌，混凝土强度等级应适当提高，洞门用混凝土整体灌筑，其强度等级不应低于C20。钢筋混凝土材料主要用在洞门、明洞衬砌级地震区、偏压、通过断层破碎带或淤泥、流沙等不良地质地段的隧道衬砌中，其强度等级对于衬砌段不应低于C20，对于洞门不应低于C15。片石混凝土，为了节省水泥，在岩层较好地段的边墙衬砌可采用片石混凝土。石料和混凝土预制块，用强度等级不低于M10的水泥砂浆砌筑衬砌。喷射混凝土，其强度等级采用C20，所以的水泥应优先采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，也可采用矿渣硅酸盐水泥，必要时可采用特种水泥。锚杆，锚杆的杆体易用20MnSi，也可采用Q235钢筋，缝管式锚杆宜采用16MnSi钢管，亦可采用Q235钢管，锚杆直径宜为18～22mm。 （二） 隧道衬砌的其他构造要求

1、隧道洞口段，比隧道中段受力复杂，除了受有横向的竖直与水平荷载以外，还受有纵

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向的推力荷载。所以，规范规定隧道洞口段应设置加强衬砌，并宜与洞身整体砌筑，其长度应根据地质、地形等条件确定，一般单线隧道洞口应设置不小于5m长的模筑混凝土衬砌，双线和多线隧道应适当加长。

2、围岩较差段的衬砌应向围岩较好地段延伸5～10m。 3、偏压衬砌段延伸至一般衬砌段内5m以上。

4、不设仰拱的隧道应做底板，单线隧道其厚度不得小于20cm,双线隧道其厚度不得小于25cm。

5、对衬砌有不良影响的硬软地层分界处，应设置变形缝。

6、电力牵引的隧道，其长度大于2000m及位于隧道群地段和车站两端时，为了使接触网有良好的工作和维修条件，应根据需要设置接触网补偿下锚的衬砌段。 7、运营通风洞、联络通道等与主隧道连接处的衬砌设计应做加强处理。 第二节 隧道衬砌强度计算 一 概述

由于隧道结构是在地层中修筑的，因此其工程特性、设计原则及方法与地面结构有所不同。在隧道工程初期，由于对其特性认识不充分，在设计方法上多数是沿用地面结构的设计方法。理论和实践证实，这种设计方法与隧道的实际相差很大。随着科学技术的发展和进步，人们对地下结构特性的认识，特别是对作为地下结构主体承载体——围岩的认识的提高，提出了许多地下结构的计算模式和方法以及评价地下结构承载能力的原则和方法。在研究隧道工程所赋存的地质环境问题时曾经指出，隧道的结构体系是由围岩和支护结构共同组成的。其中围岩是主要的承载元素，支护结构是辅助性的，但通常也是必不可少的。在某些情况下，支护结构主要起承载作用。这就是按现代岩石力学原则设计支护结构的基本出发点。如果从围岩稳定性的角度来说明这个问题就比较容易理解。

在长期的实践与理论研究中，尤其是近代岩体力学、工程地质力学的发展，使我们对隧道开挖后在围岩中产生的物理力学现象有了一个较为明确的认识。例如，我们认识到隧道开挖后将要引起一定范围内的围岩应力重分布和局部地壳残余应力的释放；在重新分布的应力作用下，一定范围内的围岩产生位移、形成松弛，与此同时也会使围岩的物理力学性质恶化；在这种条件下隧道围岩将在薄弱处产生局部破坏；在局部破坏的基

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础上造成整个隧道的崩塌。一般说这个认识正确地反映了隧道从开挖后到其破坏的力学动态。但它并不是今天形成的，而是长期工程实践的概括和总结。这说明：隧道开挖前岩体处于初始应力状态，也称为一次应力状态；开挖隧道引起围岩应力的重分布，同时围岩将向隧道内位移，形成新的应力场，称为二次应力状态。从隧道内围岩施加约束，控制围岩变形，改善围岩的应力状态，促使其稳定，这就是三次应力状态，显然这种状态与支护结构类型、方法以及施设时间有关。三次应力状态满足稳定要求后就会形成一个稳定的洞室结构，这样，这个力学过程才告结束。 二 常用的计算模型

国际隧道协会在1987年成立了隧道结构设计模型研究组，收集和汇总了各会员国目前采用的地下结构设计方法，经过总结，国际隧道协会认为，目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下4种设计模型：

1、以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主的经验设计法；

2、以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法，例如以洞周位移量测值为根据的收敛—约束法；

3、作用与反作用模型，即荷载—结构模型，例如弹性地基圆环计算和弹性地基框架计算等计算法；

4、连续介质模型，包括解析法和数值法。数值计算法目前主要是有限单元法。 各种设计模型或方法各有其适用的场合，也各有自身的局限性。由于地下结构的设计受到各种复杂因素的影响，因此经验设计法往往占据一定的位置。

从各国的地下结构设计实践看，目前在设计隧道的结构体系时，主要采用两类计算模型：第一类模型是以支护结构作为承载主体，围岩作为荷载主要来源，同时考虑其对直支护结构的变形起约束作用；第二类模型则相反，是以围岩为承载主体，支护结构则约束和围岩向隧道内变形。第一类模型又称为传统的结构力学模型，它将支护结构和围岩分开来考虑，支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承。第二类模型又称为现代的岩体力学模型，它是将支护结构与围岩视为一体，作为共同承载的隧道结构体系，故又称为围岩—结构模型或复合整体模型。

本隧道衬砌内力计算采用结构力学模型。 三 衬砌强度计算

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（一） 围岩压力

1.深埋隧道围岩松动压力的确定方法

隧道的埋深超过某一限值后，围岩松动压力进食隧道周边某一破坏范围（天然拱）内岩体的重量，而与埋深无直接关系。故解决这一破坏范围是关键。围岩松动压力是和围岩级别成正比的，围岩级别越高，稳定性越差，围岩压力越大。在同样围岩条件下，跨度越大，稳定性越差，围岩松动压力越大。

（2） 统计法—我国《铁路隧道设计规范》所推荐的方法。 q=*h

2 h0.45*s-1

（3） 普氏理论

围岩竖向松动压力为：q*hk

围岩水平均布松动压力按郎金公式：e(q1/2**hk)*tg2(45/2) 适用于松散、破碎围岩中。

（4） 泰沙基理论

2.浅埋隧道围岩压力的确定方法:

tgtg0(1tg20)*tg0/(tg0tg)

3.围岩水平均布压力e，按下表的经验公式计算。 围岩级别 I –II III IV V VI 水平均布压力 0 〈0.15q （0.15-0.3）q （0.3-0.5）q （0.5-1.0）q 0.15q（二）衬砌内力检算 1.衬砌围岩压力检算

0.15q坑道宽度B=6.43m，围岩属IV级围岩。

宽度影响系数w=1+i×（B-5） ∵B〉5m ∴i=0.1 ∴w=1+0.1×（6.43-5）=1.143m

坍方平均高度h0.452s1w （s：围岩级别） h=0.45×24-1×1.143=4.1148m

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∴ qh =4.1148×2.2=9.0526t/m2 由于是IV级围岩，所以e=（0.15-0.3）q e=0.5q=0.15×9.0526=1.3579 t/m2 2.衬砌内力计算

910111213141516X

76543218Y1718192021 图3-1衬砌检算单元示意图

衬砌内力采用for77进行计算。 输入数据如下：

21,2.2,1.0e06,1.3579,9.0523,2.0e04,2.0e04,1.15 -2.369,8.505,1,0,1,1,1.15 -2.630,7.527,1,0,1,1,0.79 -2.803,6.527,1,0,1,1,0.57 -2.925,5.520,1,0,1,1,0.46 -2.9,4.507,1,0,1,1,0.45 -2.952,3.493,1,0,1,1,0.45 -2.807,2.4,1,0,1,1,0.45 -2.453,1.542,1,0,1,1,0.45 -1.838,0.739,0,1,1,1,0.45 -0.991,0.192,0,1,1,1,0.45 0.000,0.000,0,1,1,1,0.45 0.991,0.192,0,1,1,1,0.45 1.838,0.739,0,1,1,1,0.45 2.453,1.542,1,0,1,1,0.45

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2.807,2.4,1,0,1,1,0.45 2.952,3.493,1,0,1,1,0.45 2.9,4.507,1,0,1,1,0.45 2.925,5.520,1,0,1,1,0.46 2.803,6.527,1,0,1,1,0.57 2.630,7.527,1,0,1,1,0.79 2.369,8.505,1,0,1,1,1.15 输出结果如下： 1STEP

NO. X-DISP. Y-DISP. X-SPRING Y-SPRING R-DISP. 1 .000000 .000759 1 .000759 2 .000000 .000776 1 .000776 3 .000000 .000794 1 .000794 4 .000000 .000811 1 .000811 5 .000000 .000827 1 .000827 6 .000000 .000839 1 .000839 7 .000000 .000849 1 .000849 8 .000000 .000858 1 .000858 9 -.000008 .000862 0 .000862 10 .000000 .000882 0 .000882 11 .000000 .0009 0 .0009 12 .000000 .000882 0 .000882 13 .000008 .000862 0 .000862 14 .000000 .000858 1 .000858 15 .000000 .000849 1 .000849 16 .000000 .000839 1 .000839 17 .000000 .000827 1 .000827 18 .000000 .000811 1 .000811

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19 .000000 .000794 1 .000794 20 .000000 .000776 1 .000776 21 .000000 .000759 1 .000759 2STEP

NO. X-DISP. Y-DISP. X-SPRING Y-SPRING R-DISP. 1 .000000 .000759 0 .000759 2 .000000 .000776 0 .000776 3 .000000 .000794 0 .000794 4 .000000 .000811 0 .000811 5 .000000 .000827 0 .000827 6 .000000 .000839 0 .000839 7 .000000 .000849 0 .000849 8 .000000 .000858 0 .000858 9 -.000007 .000863 1 .000863 10 .000000 .000882 1 .000882 11 .000000 .0008 0 .0008 12 .000000 .000882 1 .000882 13 .000007 .000863 1 .000863 14 .000000 .000858 0 .000858 15 .000000 .000849 0 .000849 16 .000000 .000839 0 .000839 17 .000000 .000827 0 .000827 18 .000000 .000811 0 .000811 19 .000000 .000794 0 .000794 20 .000000 .000776 0 .000776 21 .000000 .000759 0 .000759 ELEMENT NODAL FORCE

ELEMENT NO.NI NJ QI QJ MI MJ

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1 15.712 -15.712 3.650 -.0 .011 .079

2 11.582 -11.582 .651 .073 -.079 .005

3 8.794 -8.794 .230 -.005 -.005 .010

4 6.819 -6.819 .012 -.005 -.010 .015

5 5.509 -5.509 -.0 .022 -.015 -.007

6 4.558 -4.558 -.282 -.065 .007 .058

7 3.656 -3.656 .019 .212 -.058 -.156

8 3.498 -3.498 -.206 -.458 .156 .307

9 2.214 -2.214 -2.557 .354 -.307 -.049

10 1.241 -1.241 -.268 .268 .049 -.320

11 1.241 -1.241 2.467 -.268 .320 -.049

12 2.214 -2.214 1.023 -.354 .049 .307

13 3.498 -3.498 -.690 .458 -.307 -.156

14 3.656 -3.656 .561 -.212 .156 .058

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15 4.558 -4.558 -.023 .065 -.058 -.007

16 5.509 -5.509 .015 -.022 .007 .015

17 6.819 -6.819 -.161 .005 -.015 .010

18 8.794 -8.794 -.319 .005 -.010 .005

19 11.582 -11.582 -1.148 -.073 -.005 .079

20 15.712 -15.712 -4.051 .0 -.079 -.011

NODAL FORCE

NO. N Q M

1 15.712 3.650 .011 2 13.7 .370 -.079 3 10.188 .151 -.005 4 7.807 .008 -.010 5 6.1 -.035 -.015 6 5.034 -.152 .007 7 4.107 .042 -.058 8 3.577 -.209 .156 9 2.856 -1.508 -.307 10 1.728 -.311 .049 11 1.241 1.368 .320 12 1.728 .6 .049 13 2.856 -.522 -.307 14 3.577 .510 .156

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15 4.107 -.117 -.058 16 5.034 .040 .007 17 6.1 -.091 -.015 18 7.807 -.162 -.010 19 10.188 -.576 -.005 20 13.7 -2.062 -.079 21 -15.712 .0 -.011

1.2100.8691.210X1.9991.9992.5042.5042.8752.8753.5243.5244.315Y4.3155.4655.4657.0837.0839.5539.55310.99810.998一衬轴力图 一衬砌轴力图 0.2150.0340.0340.1090.2240.1090.0410.0050.0050.0110.0110.0070.0070.0040.0040.0550.0080.008一衬砌弯矩图一衬砌剪力图 - 43 -

0.5180.3720.518X0.8570.8571.0731.0731.2321.2321.5101.5101.849Y1.8492.3422.3423.0353.0354.0944.0944.7144.714二衬轴力图

二衬砌轴力图

0.0920.092X0.0150.0150.0470.0960.0170.0170.0020.0020.005Y0.0050.0030.0030.0020.0020.0240.0240.0030.003二衬砌弯矩图

0.2150.0410.055

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衬砌检算

圬工种类 主要荷载组合 荷载 混凝土或砌体达到抗压强破坏原因 混凝土达到抗拉强度极限

混凝土和砌体结构的强度安全系数

（1） 抗压强度控制（e≤0.2d）

混凝土喝砌体构件的抗压强度应按下式计算： KN≤Rabd

3.6 3.0 - - 2.4 度极限 2.0 2.7 2.3 主要荷载+附加荷载 载 加荷载 混凝土 只要荷砌体 主要荷载+附eee10.8012.569015.4440

ddd根据公式用EXCEL计算数据，如下：

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节点号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

轴力截面厚弯矩(M) （N） 度(d) 15.7120 0.0110 1.15 13.70 -0.0790 0.79 10.1180 -0.0050 0.57 7.8070 -0.0100 0.46 6.10 -0.0150 0.45 5.0340 0.0070 0.45 4.1070 -0.0580 0.45 3.5770 0.1560 0.45 2.8560 -0.3070 0.45 1.7280 0.0490 0.45 1.2410 0.3200 0.45 1.7280 0.0490 0.45 2.8560 -0.3070 0.45 3.5770 0.1560 0.45 4.1070 -0.0580 0.45 5.0340 0.0070 0.45 6.10 -0.0150 0.45 7.8070 -0.0100 0.46 10.1880 -0.0050 0.57 13.70 -0.0790 0.79 15.7120 -0.0110 1.15 e0<0.2d 偏心距（e） -0.2293 -0.1638 -0.1145 -0.0933 -0.0924 -0.0886 -0.1041 -0.04 -0.1975 -0.0616 0.1679 -0.0616 -0.1975 -0.04 -0.1041 -0.0886 -0.0924 -0.0933 -0.1145 -0.1638 -0.2307 0.0007 -0.0058 -0.0005 -0.0013 -0.0024 0.0014 -0.0141 0.0436 -0.1075 0.0284 0.2579 0.0284 -0.1075 0.0436 -0.0141 0.0014 -0.0024 -0.0013 -0.0005 -0.0058 -0.0007 偏心影响安全系数系数（a） （K） 0.9991 3.069 1.0110 2.536 1.0013 2.459 1.0042 2.560 1.0081 3.086 0.9954 3.8 1.0471 4.588 0.8546 4.324 1.3583 8.212 0.9055 9.007 0.1405 2.259 0.9055 9.007 1.3583 8.212 0.8546 4.324 1.0471 4.588 0.9954 3.8 1.0081 3.086 1.0042 2.560 1.0013 2.445 1.0110 2.536 1.0009 3.074 第四章 施工组织设计

第一节 施工总原则

一 马家山隧道工程地质说明及工程概况 （一）一、起迄里程

DK239+696~DK247+131，全长7435m。

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（二） 地形地貌

低山及丘陵区，地势南高北低，地形略有起伏，高程为42～494m，相对高差452m。工点位于会川镇顶峰，地表植被发育。 二、地形地貌：

低山区，地势南高北低，地形起伏较大，高程为180～485m，相对高差305m。该隧道穿越临洮车站左侧山体，地表植被发育。 三、地层岩性及构造

（一）地层岩性

工点内地层为中元古界武当山群石英云母片岩，出口端沟床地表上覆第四系全新统洪积粉质黏土。其岩性特征详述如下：

1．粉质黏土（Q4pl1）：分布于出口端沟床地表，厚度1~4m，灰黄色，土质不均，含约30%的碎石、角砾，硬塑， Ⅱ，○σ0=120kPa。

2．石英云母片岩：黄褐色-青灰色，变晶结构，片状构造，片理、节理发育，表层岩体破碎呈碎石、块石状，有轻微揉现象，局部皱可见石英脉。强风化-弱风化，风化层厚3～8m。○Ⅳ。风化层σ0=500kPa，风化层以下σ0=800kPa。

片理产状： N70°W/35°N ～N85°W/35°N。主要发育两组节理：（1）N45°～50°W/65°～75°N，间距0.1～0.4m，平直，微张，延伸1~2m；（2）N20°～40°E/40°～50°S，间距0.2～0.5m，平直，微张，延伸2~3m。

（二）地质构造

本区地处甘肃环山带，大地构造属秦岭褶皱系。本段线路位于会川镇山复背斜

东端，会川镇复背斜是甘肃环山带褶皱系的一部分，是由中元古界会川镇山群地层形成的褶皱山系，由于遭受多期变形变质与岩浆活动的强烈改造，地质构造十分复杂，断裂较为发育,控制线路方案的断裂为北西向的区域性断裂公馆－白河－石花街断裂（F1），其延伸长度大于200km，断裂带由一组北西-南东走向的断层束组成，是一条规模较大的压性断裂带。

F1断裂南界位于线路右侧100～160m处，以N60°W走向沿山脚通过。受断层影响，工点范围内岩体完整性较差，风化现象较严重，有轻微揉皱，局部沿片理面充填石英脉。

四、水文地质特征

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工点范围内地下水主要为基岩裂隙水。由于隧道岩层受区域构造影响片理、节理较发育，岩体完整性较差，表层风化破碎，地表水及大气降水下渗而形成基岩裂隙水。隧道洞身基岩裂隙水较发育，水质较好，对圬工无侵蚀性。 五、地震与气象

1. 地震：根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本段地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s,相当于地震基本烈度六度。

2. 最大季节冻土深度最大冻结深度50cm，其它详见《气象资料汇总表》。

六、围岩分级

1.隧道进口至DK242+800为石英云母片岩，隧道洞身埋藏较浅，沟谷发育，基岩裂隙水发育，围岩分级为Ⅴ级，须加强衬砌。

2. DK242+800～DK245+760为石英云母片岩，岩层构造节理较发育，围岩分级为Ⅳ级。

3. DK245+760至出口为石英云母片岩，隧道洞身埋藏较浅，沟谷较发育，基岩裂隙水发育，围岩分级为Ⅴ级，须加强衬砌。

七、工程措施意见

1．隧道埋深较深，但是受F1断层的影响，岩体较破碎，有揉皱现象，应加强支护和衬砌。

2．隧道进出口路堑边坡及仰坡边坡率建议采用1∶1，坡面须防护，在开挖过程中须注意左侧边坡的顺层问题。

3.隧道洞身须进行防渗水处理。 二 施工原则

1、马家山隧道(出口)均按喷锚构筑法原则及全过程信息化组织施工、钻爆开挖、喷锚支护、模筑衬砌，施工顺序见图4-1。

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图4-1 喷锚构筑法施工顺序

2、此地段均为Ⅴ级围岩，选用台阶法施工上、下台阶保持距离5～8m，

3、对洞口段地表采用竖直锚杆结合地表网喷射混凝土进行加固。对洞口段做到“短进尺、小循环、早喷锚、强支护、快封闭”确保洞口段施工安全。

4、土质及软弱破碎围岩隧道采用人工风镐开挖，尽量减少对围岩的扰动。石质隧道均采用上台阶光面爆破，下台阶预烈爆破，严格控制超挖。对软岩、破碎岩层，实施浅眼多循环、超前支护及强支护、早封闭的开挖原则。 5、隧道洞内按无轨运输组织施工。

6、挖、装、运、锚喷施工支护，衬砌等工序按配套完善，匹配合理原则组织机械化作业。 7、施工过程中遵循“弱爆破、强支护、勤量测、早衬砌”的原则，确保隧道施工安全。

第二节 主要工程项目的施工

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一 主要工程项目施工方法 （一） 控制测量 1、洞外控制测量

在洞外根据复测成果布设精测网点。隧道外采用五等主、副精密导线控制。导线各水平角及导线边采用尼康DTM-450ES全站仪进行观测，导线测角进行3个测回，导线边往返观测二个测回，要求精度1/10000以上。 2、洞内控制测量

洞内平面控制点利用洞外五等导线投3～4个基准点，洞内设主、副导线，形成角度闭合条件，洞内观测角采用J2级经纬仪，观测2个测回，导线边丈量采用DI2002光电测距仪，要求精度1/10000以上。 3.、程控制测量

采用五等高程控制测量，洞口设2～3个水准点。 （二） 洞口工程 1、地表预加固

依据隧道洞口的工程地质现状和地面斜坡，进洞前需对洞口，洞顶地表进行预加固。 首先在仰、边坡刷坡顶外5～8m作双向截水沟，以拦截地表水，防止流水冲刷洞门造成危害。对洞门四周地段采用横竖锚杆并结合地表网喷射混凝土进行加固。即从隧道洞口段至埋深小于10m地段，横向5m范围内设置竖向锚杆加固地表。锚杆长度为3～5m，呈梅花型布置，间距1.0×1.0m。

根据实际地质情况，调整普通锚杆为注浆锚杆，并对地层注水泥净浆，同时将仰坡面刷到洞门端墙背，并挖至其拱脚标高，沿拱部开挖轮廓外0.1m处，设环向双层水平灌浆锚杆加固，长度4.0m，外露0.5m，外插脚5°～10°，环向间距0.4m，层间间距0.3m，外露双层锚杆，用Φ20钢筋连成整体钢构，同时仰坡挂钢筋网喷射5～8cm厚C20混凝土，根据洞口开挖边坡地质情况，必要时边坡面用网喷混凝土封闭洞口段，以确保洞口安全。 2、洞口段施工

进洞前先做好天沟，并完成地表预加固，进洞采用短台阶法，先施工上台阶，凡能用十字镐，风镐挖洞者，不允许爆破，需爆破时，采用由隧道中心掏槽分段起爆，严格控制药量，人工风镐修边，控制超欠挖，减少对围岩的扰动。

采用超前小钢管进行超前支护，配合格栅钢架及锚、喷、网综合加固的方式，先拱后墙喷锚支护进洞，然后先墙后拱分段完成模注混凝土，确保洞口段施工安全。

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①施工做到“短进尺、小循环、早喷锚、强支护、快封闭”全段人力开挖，人力出渣，确保洞口段施工安全。

②按洞门坡度要求开始立第一排钢格栅并按每0.5m间距布设钢格栅架。

③按要求设置Φ22螺纹钢筋超前锚杆，长度为3～5m，环向间距40cm，外插角5～10。纵向相邻两排锚杆保证不超过1m的水平搭接长度。

④由于此段顶部土层较薄，为安全保证，将施工误差考虑5cm，预留沉落量按2cm设置。 ⑤拱部边墙设置经向锚杆，锚杆采用Φ22mm，L=3m,梅花型布置，环向间距1m，纵向间距1m，顶部，边墙采用Φ6mm网格，间距20×20cm。 （三） 洞内施工 1、洞身开挖

（1）开挖方法和钻爆设计

对IV、Ⅴ级围岩段采用短台阶法施工，应用光面预裂爆破技术。如图4-3所示

图4-3 短台阶法施工图

作业顺序 上半断面开挖：

①用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破，地层较软时亦可用挖掘机或人工开挖。 ②安设锚杆和钢筋网，必要时可加设钢支撑、喷射混凝土。 ③用推铲机将石碴推运到台阶下，再由装载机装入车内运至洞外。

④根据支护结构形成闭合断面的时间要求，必要时在开挖上半断面后，可建筑临时底拱，形成上半断面的临时闭合结构，然后在开挖下半断面时再将临时底拱挖掉。

下班断面开挖：

①用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破，装碴直接运至洞外。 ②安设边墙锚杆和喷混凝土。

③用反铲挖掘机开挖水沟，喷底部混凝土，浇筑水沟。 （2）开挖超前支护

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根据设计文件，在进、出口围岩破碎段，采用4m长的超前锚杆进行超前预支护。对于隧道其它地段，结合现场地质实际情况，对浅埋、破碎及断层等地质不良地段，会同设计、监理，共同制定超前支护方法，稳妥掘进，确保施工安全。 （3）洞内施工

①DK247+121～DK246+500段，

a、施工中采用喷锚支护，台阶法施工， 每次掘进0.8m，开挖放爆，按爆破设计布眼，光面爆破，岩层变好，逐步加长打眼深度，作到早成型、早喷锚支护。 b、施工误差按5cm设置。

②DK246+500～DK245+131段。20型工字钢0.8m间距布设。 （4）开挖施工机械

台阶法施工时上台阶采用简易操作平台配7655型风钻进行爆破钻眼，装药施工，下台阶及全断面施工时采用自制工作平台（载重汽车底盘架设钢管工作平台）配7655型风钻进行爆破钻眼，装药施工。

7655型风钻配备：隧道每工作面上台阶为4台，下台阶为8台；隧道全断面为12台。 2、装渣运输

采用无轨运输方式，用ZL-30侧卸式装载机装渣,5t自卸汽车配合运输出渣，利用洞内避车洞布设汽车调头，会车及设备避让场所。进洞的汽车、装载机等设备均安装气化装置，以减少尾气中一氧化碳等有害气体含量。拟配置5台汽车出渣，隧道弃渣用作车站填方。 3、喷锚支护

喷锚支护作为稳定围岩，确保施工安全的必要措施，必须在开挖后立即进行。支护作业视围岩稳定程度，依据设计文件，采用不同的支护参数。

Ⅴ级围岩喷锚施工支护必须紧跟开挖面实施，安设系统锚杆，拱墙部挂钢筋网加设格栅钢架，喷C20早强速混凝土。

Ⅴ级加强围岩拱部安设随机锚杆，视围岩地质情况，局部挂网喷C20早强速混凝土。 混凝土喷射采用TK961型湿式喷射机，施工时认真优化混凝土配合比设计，控制计量，混凝土初凝不大于5min，终凝不大于10min，在作业面采用LKKG30除尘机净化空气。 锚杆施工采用风钻钻眼，拱部锚杆锚固采用早强锚固药卷，边墙锚杆采用早强砂浆锚固。

喷锚前作好以下准备工作： （1）检查开挖断面尺寸。

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（2）清除松动岩块和墙脚岩渣，用风或水清洗待喷面。 （3）埋设喷混凝土厚度的标尺桩。 （4）检查机具设备并试运转。

喷射作业分段，分片由下而上顺序进行，每段长度根据围岩情况控制在1～5m。喷射作业一般分为两次完成，第一次在开挖后随即初喷一层厚约5cm，然后安锚杆、挂网、钢拱架，随后复喷到设计厚度。喷射后4小时方能进行爆破作业。

对于软弱破碎围岩喷射混凝土作业应紧随工作面，随挖随喷，当工作面岩体自稳时间小于一个掘进循环时，除加强量测和修改施工方法外，工作面应及时采用喷射混凝土加固，锚杆安装应采用速凝早强砂浆锚杆，锚杆施工应尽早安排，一般不超过24h。 4、清底、仰拱、铺底

在整个断面开挖，喷锚支护完成后，及时清底施作仰拱和铺底，为避免与开挖面工作相干扰，该项工作视围岩软硬安排在开挖面20～50m后进行。 5、隧道衬砌

根据设计文件，该隧道采用薄型模筑衬砌。

模筑衬砌的施工时间根据施工工序安排，原则上与开挖面的距离不大于50m，在洞口浅埋、破碎带，适当布点进行监控量测，量测项目为拱顶下沉周边收敛量测，用以指导施工，尽早进行模筑衬砌。

对有明显流变或未胶结松散地层，由于围岩压力大和支护变形无收敛趋势时，应及时提前做二次衬砌。并会商有关部门对这类二次衬砌进行加强。

模筑衬砌采用衬砌台车，采用混凝土输送泵灌注，机械振捣。

（1）本隧道衬砌采用日本公司自行设计制造，符合《铁路隧道施工规范》和《结构设计规范》GBJ17-88，台车全长8m，宽度能满足W=10～50cm加宽要求，满足本隧道边墙为曲墙、直墙的要求：

衬砌台车采用大块钢模板制成，有足够的刚度，浇注成型接缝少，表面平整，光滑。 衬砌台车采用机械螺旋顶，并设有附着式振动器，振动简便，折装件单重部件最重6T，折装运输方便。

衬砌台车门架内净宽2.6m，净高4m，能满足出渣车运输要求。 （2）衬砌台车操作程度 ①组装衬砌台车

a、在隧道口平整的路基上铺设约10m长，轨距2.9m±5mm，水平±5mm，轨缝±8mm，P43或P50轨。先行轨铺设符合线路的一般要求。

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b、安装好架体后，利用支架逐块安装模板，从顶部到边板顺序安装。安装完毕后，清理模板，机油涂刷表面（或脱模剂）。 ②浇注混凝土

a、衬砌台车利用葫芦牵引到位后，用机械螺旋顶将台车走行横染顶起，并用硬杂木抄实。 b、衬砌台车顶模用机械螺旋顶立模，并左右平移对中，用连接杆件将上I字钢与台车龙门架固定，中间两组门架用千斤顶顶进（垫实）。

c、使用丝杆立边模板，调整至设计位置，将全部丝杆顶实。 d、将台车最后一块模板用螺栓连接好，调平到位。 e、浇注混凝土应左右对称施工，其高差不得超高0.3m。 f、拆模顺序与立模相反操作。 （3）衬砌台车操作要求

①对有关作业人员需进行培训上岗，知道其性能和操作程序。认真学习操作规程。 ②衬砌与前方爆破作业要有20m以上的距离。

③衬砌过程中，尽量不要安排出渣，出渣运输时，车辆通过衬砌台车必须有专人指挥通过。

④每次拆模后，应认真清洗模板，并刷好机油待下次再用。

衬砌工序时间安排：

a、每循环灌注8m，约需10～15小时。

b、每循环脱模时间，当混凝土强度达到2.5Mpa时即可拆模。 c、台车脱模后清洗，用时8～12小时。 d、每循环总计作业时间48～72小时。

严格按照设计设置排水盲沟，控制隧道双侧排水沟纵坡，保证洞内主排水渠道畅通。所有的工作缝、沉降缝和伸缩缝均应按设计要求埋设橡胶止水带，进行防水处理，按施工规范认真施作，确保不渗不漏。

在地质变化的围岩分界处，洞口范围及衬砌断面变化处应按设计要求设计沉降缝。衬砌施工应与设计的沉降缝、伸缩缝相结合布置。

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图4-4 模板台车施工工艺流程图

（四） 施工辅助设施 1、供高压风及供高压水

据钻岩、锚喷、压浆、泵送混凝土等各工序的总用风量和工作面风压不小于0.5Mpa的要求，在各洞口附近设空压机站，以直径150mm主风道送风至工作面附近风包，再以软管接至风动机械。

风管在洞内应敷设于电线路的另一侧，并与运输道路有一定间距，管道高度不应超过运输道路且不影响水沟排水。

隧道施工时必须有足够的水源以满足工程施工和生活需要。根据本标段工程特点，隧道洞口附近打水井或设蓄水池利用地表水，再用泵送管路输水至高山蓄水池。高山蓄水池修建在洞顶附近上方，水池位置高度应能保证工作面水压不小于0.3Mpa的要求。水池的输出管设总闸阀，以便控制和维修管道。管道与前端主开挖面保持距离为30m，用直径50mm高压软管接分水器，给水管道安设在电线路的异侧，不应妨碍运输、行人、供电

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和照明。 2、供电

地方高压电网较为发达，有一定的供电能力，施工用电拟就近利用当地电源。 隧道内用电统一安排，洞内电线布置为：成洞地段400V/230V三相四线绝缘线固定在边墙高2.5m处；作业地段动力用电使用380V橡胶电缆，照明用电压为36V，线路采用移动式布置。 3、通风和防尘

隧道施工存在着废气、炮烟以及爆破，喷射混凝土粉尘等多种污染源，为降低洞内粉尘浓度，排除有害气体，必须加强隧道通风。采用压入式通风，进风口设在洞口外大于20m处，以免污染空气再次进入洞内。压风采用Y200L-4型（28KW）轴流风机配直径600mm通风管。 4、洞内施工防水排水

隧道施工遇有地下水时，当水量较大时，采用集中排水方式，并设排水管道，对于分散的滴水，根据水量的大小，采用相应的止水或疏导措施，如增加喷射混凝土中速凝剂用量，或在滴水点处绑上细孔钢筋网，覆盖半圆形导水管引入排水沟等。

对施工造成的废水，在顺坡掘进的隧道，设与隧道相同纵坡的侧沟排水，引至洞外排水系统。对反坡掘进的隧道着重解决好工作面排水问题，根据纵坡、距离、水量分段设置集水坑，抽水坑分段接通管路排出洞外。排水侧沟以砂浆抹面。排水系统设专人负责疏通清理，做到水管不漏，水沟不堵，工作面无积水。 5、劳动力组织

隧道各工区施工实行弹性作业叫班制，按工序组成专业班组，分设掘进班、运输班、喷锚班、混凝土衬砌班、仰拱班和通风组、电工组、养护保证组、测量量测组。

各班组作业工序时确实行工序责任承包责任制，在队长和领工员的协调安排下，各班组作业根据工作量安排上岗人员数量。各班劳力组合见表4-1。 （五） 隧道监控量测

监控量测是喷锚构筑法的重要组成部分。通过监控量测对围岩动态和支护工作状态作出正确评价，为隧道施工的安全提供依据。

新老营二号隧道是深埋短隧道，主要是VI级围岩，洞门均在软岩层面上，特要求在新老营二号隧道出口进行隧道监控量测达到以下目的： 1、掌握围岩和支护动态，进行日常施工管理； 2、了解支护构件的作用及效果；

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3、确保隧道施工安全；

4、了解地表加固后的效果和对洞口内格栅的影响。

在工地成立监控测量小组，洞内每5m制作拱顶，起拱线，边墙中部，边墙脚共7个测点，作水平高程，径跨丈量，每日一次。洞外，地表进行水平高程测量，每日一次。 根据开挖工作面状态评价和测量数据处理，确定其稳定性，是否要修改支护参数，是否要改变施工方法和加强支护措施，达到安全生产的目的。 二 主要工程项目施工工艺 （一） 光面爆破施工工艺 1、光面爆破设计及说明

台阶法爆破掘进时，采用7655型风钻钻眼；人工装二号岩石硝铵炸药或乳化油炸药，非电导爆管微差起爆网络。

2、光面爆破施工工艺流程及相关注意事项

光面爆破施工总工艺流程是：依据掌子面的地质情况，确定围岩级别，选定爆破方案→爆破设计放线布眼→7655型风钻钻眼→（按规程领取加工爆破火工品）装药→人员设备退场→起爆→排烟→检查爆破效果→修正爆破设计→进入下道工序。

光面爆破时，炮眼的位置、角度、装药量等是光面爆破效果是否好的关键，应认真按爆破设计进行布眼、钻眼，并对钻爆操作人员进行岗前培训，强化过程管理，确保光面爆破效果良好。

装药采用人工进行，周边眼按爆破设计方案，采用间隔装药法装药，药卷与药卷之间用木棍进行间隔。其它炮眼按设计的装药量，进行偶合连续装药结构。

爆破结束后，经排烟完毕，检查爆破效果，如爆破进尺、轮廓线超欠挖、炮痕保存率、爆方式块大小、抛距等情况，并综合考虑，逐步修正爆破设计，以达到满意的钻爆效果。

序 号 1 2 3 4

班组名称 掘进班 运输班 喷锚班 混凝土衬砌表4-1 一个工区劳力组合

总 人 数 主要工种及人员数 工 序 20 钻孔，装药爆破，钻机司机8，爆破手6 按锚杆 16 司机8，修理工4 出 渣 喷射混凝土，按10 喷射手4，混凝土工6 钢架，挂钢筋网 40 混凝土工6，木工2，立模，衬砌混凝- 56 -

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5 6 7 8 9 合 计 班 仰拱铺底班 通风班 电工班 养护保证组 测量量测组 16 3 5 10 5 125 土 清底，仰拱铺底 通风管道安装维 修 电线安装，跟班 值日 供风，供水管接 长，道路养护，洞内排水 中线水平测量监技术员2，测量工3 控 钢筋工4 （二） 格栅钢架

1、格栅钢架在现场制作平台上就地加工，人工就地安装成型，装载机配合安装。 2、格栅钢架加工完成后应放在水泥地面上试拼，当各部分尺寸符合设计要求时，才可进行批量生产。周边接装允许偏差为±3cm，平面翘曲应小于2cm。 3、施工注意事项：

（1）安装前分批按设计图检查验收加工质量，不合格禁用。

（2）安装钢架前，应检查开挖断面的中线及高程，开挖轮廓线应符合设计要求，中线、高程允许偏差为±3cm。

（3）清除干净底脚下的虚渣及其他杂物，超挖部分宜用混凝土填充。安装允许偏差横向和高程均为±5cm，垂直度允许偏差为±2°。

（4）按设计焊连定位筋及纵向连接筋，段间连接安设垫片拧紧螺栓，确保安装质量。 （5）钢架与岩面间安设鞍形混凝土垫块，确保岩面与钢架密贴。 （6）确保初喷质量、钢架在初喷5cm后架立。 （7）沿钢架外缘每隔2m应用楔子临时楔紧。 （三）注浆锚杆施工工艺 1、锚杆类型及其设置

锚杆：Φ20钢筋，L=2.5～3m，施工范围内梅花型布置，间距1.0～1.2m。 2、钻孔

采用7655型风钻钻眼，孔眼方向垂直于岩面，钻孔直径至少应大于锚杆直径15mm。 3、锚杆安装

采用砂浆锚杆时，应根据设计要求截取杆体并整直和除锈。

锚杆注浆安装前须先做好材料、机具、脚手平台和场地准备工作，注浆材料使用标

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号大于325#水泥，粒径小于3mm的砂子，并需过筛，水灰比为0.4～0.45m，砂浆标号大于200号。

砂浆锚杆作业程序是：先注浆，后放锚杆，具体操作是：先将水和稀浆湿润管路，然后将已调好的砂浆倒入泵内，将注浆管插至锚杆眼底，将泵盖压紧密封，一切就绪后，慢慢打开阀门开始注浆，在气压推动下，水在前，砂浆在后，水湿润泵体和管路，引导砂浆进入锚杆孔中，随着砂浆不断压入眼底，注浆管跟着缓缓退出眼孔，直至砂浆注满眼孔后，立即把锚杆插入眼孔，接着用推，锤击方法，把锚杆插至眼底，然后用大楔塞紧眼口，防止砂浆流失。

注浆压力不宜过大，保持在0.2Mpa为宜。压注浆时，必须密切注视压力表，发现压力过高，须立即停风，排除堵塞。锚杆孔中必须注满砂浆，发现不满需拔出锚杆重新注浆。

注浆管不准对人放置，注浆管在未打开阀门前，不准搬动，关启密封盖，以防止高喷出物射击伤人。

使用掺速凝剂砂浆时，一次拌制砂浆数量不应多于3个孔，以免时间过长，使砂浆在泵，管中凝结。

（四） 喷射混凝土施工工艺 1、配合比

喷射混凝土配合比，需符合混凝土的强度和喷射工艺要求，可通过经验选择，并通过试验确定，也可参考以下数据：

水灰比：0.4～0.45，砂率45%～60%，灰骨比：1：4～1：5

速凝剂掺量通过试验确定，一般为水泥重量为2～4%，水泥选用普通硅酸盐水泥，水泥标号不得低于425号，细骨料采用坚硬耐久的中砂或细砂。细度模数宜大于2.5，含水率控制在5～7%。

粗骨料采用坚固耐久的碎石或卵石，粒径不宜大于15mm。 2、搅拌和施喷机具 （1）采用强制式搅拌机。

（2）喷射采用TK961型湿式混凝土喷射机。 3、喷射前的准备工作

（1）检查受喷面尺寸，保证开挖面尺寸符合设计要求。 （2）拆除障碍物。

（3）清除受喷面松动岩石及浮渣，并用射水或高压清洗除掉。

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（4）铺设钢筋网时，作到钢筋使用前清除污锈，钢筋网到喷面间距不小于3cm，钢筋网与锚杆联结牢固，接头应稳定。

（5）机具设备及三管二线，应进行检查和试运转。

（6）喷射地段有漏、滴、渗水现象时，应予以及时处理，采取堵、截、排等手段，使混凝土喷射面无水淋、滴水现象，以保证混凝土与岩面的粘结。

（7）在喷射混凝土地段，地面上应铺设薄铁板或其它易于收集回弹的设备。 4、喷射混凝土材料要求

（1）混凝土材料配量偏差（按重量计） 详见表4-2

表4-2 混凝土材料配时允许偏差

材料名称 偏差（%） 水泥和干燥状态混合材料 -2，+2 粗，细骨料 -3，+3 水及外加剂溶液 -1，+1 （2）拌合应力求均匀，颜色一致。

（3）掺有速凝剂的混合料的有效时间不得超过20min。

（4）喷射机操作：每班作业前，应对喷射机进行检查和试转动。开始时应先给风再给电，当机械运转正常后方可送料，作业结束时，应先停电，最后停风。作业完毕或因故间断时，对喷射机和输料管内的积料必须及时清除干净。

（5）喷头的操作：喷头应保持良好的工作性能，开始喷射时应先给水，再给料，结束时应先停料，后关水。喷头与受喷面宜垂直。其间距离应与风压协调，以0.6～1.2m为宜。严格控制水灰比，混凝土喷射附层应呈湿润光泽状，粘塑性好，无斑和流淌现象。如发现有脱落的石块或混凝土块被钢筋网架住时，应及时清除。

突然断水或断料时，喷头应迅速移离受喷面，严禁用高压或水冲击尚未终凝的混凝土。

回弹料应充分利用，一般在喷射后2h内用完，回弹料可用作为骨料，重新拌合喷射混凝土，亦可作其它附属工程的混凝土用料，但应通过试验确定。 5、混凝土养护

混凝土终凝后2h，即应立即开始洒水养护，养护日期不得小于14天，洒水次数以能保持混凝土充分湿润为度。 6、钢架喷混凝土应符合下列要求：

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（1）钢架与围岩之间的间隙必须喷混凝土以充填密实。

（2）喷射顺序，应从下向上对称进行，先喷射钢架与围岩之间空隙，后喷射钢架之间混凝土。

（3）钢架应全部被喷射混凝土所覆盖，保护层厚度不得小于4cm。 7、在有水地段进行喷射作业时，应采取下列措施：

（1）改变混凝土配合比，增加水泥用量，先喷干混合料，待其与涌水融合后，再逐渐加水喷射。

（2）喷射时，先从远离出水点处开始，再逐渐向涌水点逼近，将散水集中，安设导管，将水引出，再向导管逼近喷射。

（3）当涌水严重时，设置泄水孔，边排水边喷射。 （五） 施工主要机械设备

表4-3 施工主要机械设备

序 号 1 2 3 4 5 机械名称 变压器 空压机 挖掘机 装载机 装载机 规 格 单位 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 数量 备 注 1 1 1 1 1 2 1 1 2 2 2 1 1 1 备 用 备 用 S8 250KW/10 4L-20/8 EX200-1 ZL-50 ZL-40 东风EQ140 6 自卸车 5T 7 电动搅拌机 J2C350 8 电动搅拌机 MODEL 9 喷浆机 PZ-58 10 电焊机 BX1-500 11 电焊机 BX6-300 12 混凝土送泵 HBT60 13 发电机 75KW 14 空压机 内燃12m3/h

第三节 施工要求及保证措施 一 施工进度安排

根据施工总体部署马家山隧道设进口.上罗斜井以及出口三方向施工。按照施工作业，平均月进尺81m，平均月成洞80m。

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本工程计划开工日期2009年6月1日，计划竣工日期为2011年6月1日。 二 质量目标

确保全部分项，分部工程达到国家现行工程质量验收标准，工程一次验收合格率100%，工程质量达到优良，不渗不漏。 三 质量标准 （一） 洞口工程 1、洞门

（1）洞口结构形式必须符合设计要求。

（2）洞门端墙、翼墙及洞口挡土墙的基础设置必须符合设计要求。 （3）洞口的混凝土与砌体及砂浆强度必须符合设计要求。 （4）洞门挡、翼墙结构形式及泄水孔设置应符合设计要求。

（5）洞口的混凝土应密实，外观无蜂窝麻面。砌体的石料应无污渍和风化层，砌缝砂浆饱满。

（6）伸缩缝、沉降缝的设置应符合设计要求。 （7）洞门端墙及挡翼墙墙背的回填密实应符合规定。 （8）洞门检查梯及隧道名牌，号标的设置应符合设计规定。 （9）洞门构造尺寸及墙身，应符合设计规定。 （10）墙身砌体砌筑允许偏差应符合表4-4的规定。 2、洞口边仰坡

（1）边、仰坡坡面和坡脚防护应符合设计要求。

（2）边、仰坡坡顶应无危石，坡度符合设计要求，坡面无显著凹凸不平。 （二） 洞身开挖

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序 号 1 表4-4 洞门允许偏差（mm） 项 目 允许偏差 检验数量 检验方法 水平距离 ＜100 检阅设计 构造尺寸 高 差 +50，-10 3～7点 图，尺量 混凝土 砌体 垂直度 全高 混凝土 表面平整度 砌体 坡面坡度 断面尺度 ＜20 ＜40 ＜50 ≯5 ≯10 ±5% 检阅设计图，尺量 尺量 观察，尺量 尺量 2 不少于7点 *当错缝确有困难时，可有一侧不大于40mm的错缝。 1、喷锚衬砌

（1）喷锚衬砌开挖断面的中线，高程必须符合设计要求。

（2）喷锚衬砌断面欠挖量每平方米不大于0.1m2，最大欠挖值不大于5cm。 2、整体式衬砌

（1）整体式衬砌开挖断面的中线，高程必须符合设计要求。

（2）整体式衬砌断面在拱，墙脚以上1m范围内应无欠挖，其它部分在岩层完整，抗压强度大于30MPa时，允许岩石个别突出部分（每平方米不大于0.1m2）侵入断面不得大于5cm。

（3）整体式衬砌开挖断面允许超挖值应符合表4-5规定。

表4-5允许超挖值（cm） 破碎松围岩条件中硬岩，硬岩一散岩石 类别 软岩相 般相当及土质 当于 于Ⅵ类相当于序号 Ⅴ～Ⅲ检验数量 检验方法 围岩 Ⅱ，Ⅰ类开挖部位 类围岩 围岩 每5～10m平均10 平均15 平均10 检验一1 拱部 量测周边轮最大20 最大25 最大15 次，衬砌廓断面，绘断紧跟时，面图，与设计每次衬砌边墙，仰拱，断面核对 2 平均10 平均10 平均10 前检验一隧底 次

（三） 洞身衬砌

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1、锚喷衬砌

（1）喷锚衬砌结构的中线，高程及内轮廓（隧道净空）必须符合设计要求。 （2）混凝土、喷混凝土的强度等级必须符合设计要求。

（3）喷混凝土喷层厚度（包括钢筋网喷射混凝土）应符合设计要求。喷层厚度应有90%及以上符合设计厚度，且喷面平顺，无漏喷。

（4）喷射混凝土前，受喷面应无松动岩块，墙脚无虚渣堆积，且受喷面干净。 （5）锚杆类型、规格、材质符合设计要求。且杆体顺直，表面无锈蚀。

（6）砂浆锚杆的砂浆强度，孔内注浆量，锚杆插入深度及抗拔力符合设计要求，且锚杆孔内砂浆饱满、粘结均匀、托板与岩面密贴。

（7）钢筋网的材质，规格，网格结构形式应符合设计要求，钢筋网与锚杆连接方便牢固。 （8）钢架支撑的架立，应符合下列规定： ①钢架材质、规格、强度和刚度应符合设计要求。

②钢架各部接头及纵向拉杆等装配齐全连接牢固，底板安置稳定。

③钢架支撑形状尺寸应与开挖面相适应，如作为衬砌结构组成部分则应与衬砌断面相配合，且焊接或栓接整体性好，坚固可靠。 2、整体式衬砌

（1）整体式衬砌结构的中线高程及内轮廓（隧道净空）必须符合设计要求。 （2）拱墙衬砌混凝土或砌体的强度等级应符合设计要求。 （3）拱墙衬砌厚度应符合设计要求。 （4）边墙基底稳固，无虚渣杂物及淤泥。 （5）拱墙衬砌外观质量符合下列要求： ①混凝土表面平顺，无蜂窝麻面。

②砌体无缺角破损，石料无风化层及污渍，且各段外观平顺美观。 （6）拱墙背后的回填应密实，且回填及时。 3、铺底

（1）铺底厚度应符合设计要求，局部（每平方米内不大于0.3m2）厚度偏差不应大于50mm。 （2）基底应无虚渣杂物及积水、冒水，且铺底表面平滑。 4、仰拱

（1）仰拱厚度应符合设计要求。

（2）仰拱混凝土强度，应符合设计规定。

（3）仰拱基底应无虚渣杂物及积水、冒水，且仰拱表面平滑。

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（4）仰拱拱座与边墙及水沟连接面结合应符合设计，且拱座与边墙结合密贴。 四 质量保证措施

（一）加强施工人员的质量教育，提高质量意识，深化质量责任制，严格遵守操作规程，广泛开展QC小组活动，消除人为因素造成的工序质量缺陷。

（二）加强原材料的质量控制，定点、定量采购，严格检验和验收程序，消除原材料因素对工序质量的影响。

（三）加强设备管理，提高日常设备维护和检验的工作水平，保证设备完好率，消除和预防机械设备故障导致的工程质量问题。

（四）提高文明施工程序，确保工序作业的环境条件，预防环境因素造成的质量缺陷。 （五）计量仪器和设备定期标定、检查，确保精度，积极采用先进的计量设备和快速准确的测试技术，消除和预防检验，测量和试验因素造成的质量缺陷。

（六）坚持持证上岗，严格施工纪律，按规范组织施工，消除施工方法不当造成的工序质量缺陷。

（七）隐蔽工程施工应掌握好技术规范，明确质量要求，做好技术交底，并做好工序质量检查记录，使工程质量处于受控状态。

（八）在隧道工程施工中，要根据施工设计及工程地质情况，选择安全，稳妥的施工方案，严格按照铁道部现行的隧道设计、施工，检验评定标准组织施工，注意做好以下几项工作，确保工程质量。

1、严格按光面爆破设计布眼、装药、测定掘进断面，检查爆破效果，修正爆破设计，努力提高光面爆破质量，有效控制开挖断面。

2、建立监控量测小组，配备专用测量仪器，按规定周期量测，准确完整地收集数据，分析掌握围岩收敛情况，及时反馈信息，为设计和施工提供科学依据。

3、努力提高锚喷支护的质量，按规定检查锚杆的抗拔力和锚喷层厚度，做到断面尺寸符合设计，支护结构稳定可靠。

4、隧道按设计要求环向及纵向设软式透水盲沟，施工中保证防水材料的性能，符合设计标准，铺设时必须与喷射混凝土表面密贴，保证搭接长度。隧道衬砌使用定型钢模模板组拼，先进行设计，并在衬砌前试拼，在施工过程中精确测量，确保模板缝纵向一条线，环向一个面的整齐外观效果。

5、对于隧道超挖部分，严格按照规范要求，用同级混凝土，进行回填密实。 五 安全保证措施

参加隧道施工的工人必须接受安全技术教育，熟悉和遵守隧道施工技术安全规范，

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并进行安全考试，合格后方准上岗操作，并按规定佩带安全防护面具。各种机械操作人员必须持证上岗，对各种机具应定期进行检查和试验，保证其处于良好状态。专职安全检查员经常对施工安全进行监督检查，对严重违反施工安全规定的工点，有权下令停工整顿，直到复查合格后方可复工。一旦发生事故，严格按照“三不放过”的办法处理。 （一） 隧道施工安全措施

1、坚持以地质为先导的原则，时刻掌握掌子面的地质情况，异常地质要用特殊的超前支护和初期支护措施。

2、坚持先护顶后开挖的原则组织施工：采用超前小导管预注浆加固措施。通过试验确定注浆的压力，固结范围，做到心中有数，保证注浆能够相互胶接，提高围岩的自稳能力。 3、严格控制每循环进尺，开挖形成后及时进行初期支护，确保工序衔接，尽早施作仰拱封闭成环，以改善受力条件，对特殊地段缩小钢格栅间距，加密超前小导管，以加强初期支护。

4、加强对开挖面的量测：开挖初期支护后，量测拱顶下沉及拱脚、墙腰的收敛，隧道隆起量测、格栅钢架的内力量测，对数据进行系统分析，发现异常情况立刻作加强措施，如采用迈式中空锚杆注浆加固、挂双层钢筋网、复喷混凝土等措施，增加初期支护刚度，防护围岩局部突破引起塌方。 （二） 施工现场用电安全措施

施工现场临时用电，严格按《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ468-88的有关规定执行。

1、临时用电线路的安装、维修、拆除，均由经过培训并取得上岗证的电工完成，非电工不准进行电工作业。

2、电缆线路采用“三相五线”接线方式，电气设备及电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度及线距符合安全规定，并架在专用电杆上。

3、变压器必须设接地保护装置，其接地电阻不得大于4Ω，变压器设置围栏，设门加锁，专人管理，并悬挂“高压电危险，切勿靠近”的警示牌。 4、室内配电柜，配电箱前要有绝缘垫，并安装漏电保护装置。

5、各类电气开关和设备的金属外壳均设接地或接零保护。严禁用其它金属丝代替熔断丝。 6、防火防电配电箱，箱内不得存杂物并设门加锁，专人管理。

7、移动的电气设备的供电线使用橡胶电缆，穿过场内行车道时，穿管埋地敷设，破损电缆不得使用。

8、检修电气设备时必须停电作业，电源箱或开关握柄上挂“有人操作，严禁合闸”的警

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示牌或设专人看管。必须带点作业时经有关部门批准。

9、现场架设的电力线路不得使用裸导线，临时敷设的电线路，不准挂在钢筋模板和脚手架上，必须安设绝缘支撑物。

10、施工现场用的手持照明灯使用36V的安全电压，在潮湿的基坑，洞室掘进用的照明灯采用12V电压。 （三） 机械安全措施

1、各种机械操作人员和车辆驾驶员必须取得操作合格证。不准操作与证不相符的机械，不准将机械设备交给无操作证的人员操作，对机械操作人员要建立档案，专人管理。 2、必须按照本说明书规定，严格执行工作前的检查制度和工作中注意观察及工作后的检查保养制度。

3、驾驶室或操作室应保持整洁，严禁存放易燃易爆物品，严禁酒后操作机械，严禁机械带病运转或超负荷运转。

4、机械设备在施工现场停放时，应选择安全的停放地点，夜间应有专人看管。 5、用手柄起动的机械应注意手柄倒转伤人。向机械加油时要严禁烟火。 6、严禁对运转中的机械设备进行维修、保养、调整等作业。

7、指挥施工机械作业人员，必须站在可让人瞭望的安全地点并应明确规定指挥联络信号。 8、使用钢丝绳的机械，在运行中严禁用手套或其它对象接触钢丝绳。

9、起重作业严格按照《建筑机械使用安全技术规程》（JB3-86）和《建筑安装工人安全技术操作规定》规定的要求执行。

10、定期组织机电设备，车辆安全检查，对检查中查出的安全问题按照“三不放过”的原则进行调查处理。制定防范措施，防止机械事故的发生。 （四） 火工品管理和爆破安全管理

爆破工程施工及其材料炸药、雷管、导火索等的运输，贮存发放等必须符合现行的《爆破安全规定》的规定。

1、成立专门的爆破领导组织结构，成立爆破专业施工队，专职负责爆破施工。 2、选用导爆管非电起爆系统，该系统能根据需要选择分段起爆数和微差间隔时间，使爆破震动降低到最低限度。

3、采用微震爆破技术，多循环、短进尺、弱装药，孔内分段微差延时起爆，减少最大分段药量。

4、加强爆破震动监测，根据监测信息及时反馈，调整钻爆参数。 5、加强对爆破器材的管理和规范施工检查。

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6、禁止进行爆破器材加工和爆破作业的人员穿化纤衣服，以免静电引爆。

7、用木质炮棍装药，特别注意装药量，起爆顺序，雷管段数“对号入座”。装药完毕连接网络，经专人检查合格，人员设备撤至安全区后，专人指挥起爆，并设专人进行数炮。 8、起爆后立即开动风机加强通风。爆破工作面的有毒气体含量每周测定一次。

结 论

这次我设计的线路为兰渝铁路新建线马家山隧道，我设计题目为马家山隧道电气化铁路隧道设计，遂道围岩类型为IV～Ⅴ级。主要设计项目有隧道纵断面、洞门强度和稳定性检算、衬砌的内力计算机强度检算，以及施工组织设计。其中洞门采用标准图进行检算，并结合本隧道围岩类型及地质状况进行必要的调整。本隧道洞口围岩为V级页

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岩，首选择翼墙式洞门,采用甲式开挖。洞门检算中，结合标准图，通过计算翼端墙的土压力来进行计算。衬砌计算时，将初二衬结合进行计算，内力计算采用for77程序，计算结果采用程序进行检算，结果合格。施工组织设计采用新奥法进行施工。

通过本次毕业设计，我学到许多在课堂上不能学到的东西。例如，在上网学习for77的同时又对sap90有了一些了解，在涉及到一些公式、常量时，需要自己去查找相关资料，就跑了很多地方去查找相关的资料，是对自身能力的一种提高，同时提高了我的团队协作能力，这对以后工作很有帮助。

致 谢

在本次毕业设计中，首先感谢指导老师于航老师。于老师几经批阅、纠正，给予我很多指导。他那严谨的治学作风、耐心负责的指导态度，以及扎实深厚的理论水平使我受益匪浅。于老师待人和蔼可亲，和他在一起，我不会感到丝毫的紧张。于老师不仅教我怎样做本次设计，还教会我设计以外的东西，比如善于思考、做事认真谨慎、善于发

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现和深入研究等，我相信，这才是宝贵的东西，对我未来的发展而言，是一堂生动的课。

此外，我由衷地感谢我们工程部的所有成员。他们热心地帮助我解决难点，积极协调有关我的论文问题，让我深深感到团结的力量，协作的力量，对我以后走上工作岗位有很大的帮助。

最后，在做本设计过程中，参考了大量相关文献及资料，在此，我向这些作者们深表感谢！

主要参考文献

[1] 李德武主编.《隧道》.中国铁道出版社.2004

[2] 铁道部专业设计院主编.铁路隧道结构物设计计算丛书《洞门》.中国铁道出版社.1990

[3] 铁道部第二勘测设计院主编.铁路工程设计技术手册《隧道》.中国铁道出版社.1995

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[4] 铁道部第二勘测设计院主编.中华人民共和国行业标准《铁路隧道设计规范》.中国铁道出版社.2001

[5] 冯卫星，吴康保主编.《铁路隧道设计》.西南交通大学出版社.1998 [6] 钟桂彤主编.《铁路隧道》.中国铁道出版社.1990 [7]《隧道工程》，陈豪雄，殷杰主编，中国铁道出版社 [8]《铁路工程施工组织设计》，路仲希编 [9]．铁路隧道标准设计图 [10]《隧道工程设计要点集》 [11]《隧道工程施工要点集》 [12]《隧道工程施工与管理》

[13] 陈世民等主编.《SAP2000结构分析简明教程》.人民交通出版.2005

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