铁路隧道施工组织设计(毕业设计)

绪论

随着我国铁路建设事业的蓬勃发展，铁路隧道已经越来越得到国家的重视。在贯穿我国山区的新建铁路线上，修建了大量的隧道，使我国铁路隧道的座数和总延长量，都跃居为世界各国的前列，同时还积累了丰富的经验，拥有了较先进的技术，也为铁路隧道的设计提供了大量的资料和数据。

近年来计算机技术的发展，对隧道的发展注入了活力，越来越多的新型技术被用于隧道工程的实践中，如：隧道的管线位移应力应变分析可以考虑采取数值模拟，把隧道与管线当作一个系统考虑——将隧道施工与管线的变形作为一个整体计算。这样就可以通过采用不同的单元模拟不同土体、管－土接触关系、管线类型以及考虑不同的隧道施工方法等，从而实现对“隧道－管线”的整体分析。以及许多隧道的维护、整治和科研中计算机都成来一件有力的武器，隧道事业的脚步是越来越快，超长隧道、电气化隧道被人类更多的关注。隧道工程的理论方面，分析结构内力的方法，已经从结构力学的计算转到以矩阵分析的方式用计算机计算，并进一步用有限元方法进行分析；从不地层压力视为外力荷载，到把围岩和支护结构组成受力统一体系的共同作用理论；从过去认为地层为松散介质，进行考虑岩体的弹性、塑性和黏性，以及各种性质的转变，拟出各种能进一步体现岩性的模型，进行受力的分析；在隧道的设计计算理论中已经引入了不确定性的概念，现在正向可靠度设计过渡。

本文首先，通过该地区的地质、地形条件确定隧道的位置及控制高程，结合一些实际条件计算绘制边、仰坡的开挖线的有关数据并在地形图上绘制开挖线、做纵断图；然后，根据地质条件和围岩级别选择合适的隧道洞门，查阅相关资料进行稳定性检算，以便确定洞门能否合格；接下来，根据洞门和地下水情况确定合适的隧道衬砌，并依照计算程序进行衬砌强度检算，看是否符合规范要求，如果不合格通过调整必要的资料来重新检算；最后，按照以上设计进行施工组织设计，安排施工进度及主要施工方法，合理调配施工机械设备，还要组织有效的质量保证措施及安全保证措施，这样就完成本设计的主要内容。

通过这次设计不仅培养了我们独立思考问题的能力，也给我们在以后的工作中提供了扎实的理论基础。

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

地形是选定隧道位置的重要条件之一。一般山区铁路不论沿河傍山，在河道曲折、地势陡峭的峡谷地段或跨越分水岭，常常修建隧道。故仅就地形条件而言，可分为越岭隧道与河谷线隧道。越岭地段，一般山峦起伏、地形崎岖、地质条件复杂、自然条件变化差异很大，其中分水岭垭口的高低、垭口两面的沟谷地势、山梁的薄厚、山坡的陡缓以及山前主支沟台地的分布情况等，与隧道平面位置及立面位置的选择关系密切。本隧道所在位置地势比较陡峭，由中密的、饱和石质灰岩为主、砂粘土充填的碎石土和钙质胶结、细晶结构质、节理发育的灰岩夹页岩及泥灰岩组成，结构比较单一适合做隧道。

第二节隧道纵断面设计

隧道宜设在直线上，应尽量采用较大的曲线半径，并尽量避免设在反向曲线上。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限制，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

由于本隧道所在位置地形比较陡峭，为了减少开挖量，必须要争取高程，所以选择了单坡形隧道。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限制坡度，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，注意应不超过限制坡度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限制最大坡度；i曲─曲线阻力折算的坡度折减量；

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为平坡，最小的允许坡度不小于3‰，在最冷月平均气温低于－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。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。

本隧道采用单坡行隧道，因为隧道内线路的坡形单一，坡度已用到了最大限度，所以不宜把坡段定得太长，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

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。多年实践的体会，总结出一个指导思想，即“早进晚出”。在一般情况下，这一指导思想是符合实际的。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。

根据陈家院子隧道位置的具体情况，确定洞口位置如下：

1、地质条件：岩层由二层组成，上层为约2.4米厚的碎石头、中密饱和的石质的灰岩，由沙粘土充填，下层为12.3米的灰岩夹页岩及泥灰岩组成。钙质胶结、细晶结构质坚硬性脆，节理发育、节理面见方解石脉。

2、围岩等级：由地质条件确定，岩层为较破碎的软岩，所以可确定为Ⅳ级围岩。

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：

1、在洞口地形平面图上找出控制等高线。选定仰坡的极限开挖高度H在隧道纵断面地质图上粗略地拟定进洞位置，定出进洞的路基标高H路，则控制等高线标高为：

H路=2246-(3.15+7.70+0.8)=2234.35m

H控=H路+H=2234.35+15.65=2250m

为了在洞口地形平面图上查找方便，可取整数（但要保证开挖高度H在极限范围内），所以选H=15.65

2、在预先选定的洞口附近，以洞门墙宽度B为距离，作对称于线路中心线的平行线Ⅰ－Ⅰ和Ⅱ－Ⅱ，由标准图得洞门墙宽度B=Bm+4.5=11.84m。

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及仰坡坡率m求出，即d＝(H－h)m=[15.65-(3.15+7.70-0.8)×1]=5.6m，其中h为路基面至仰坡坡脚的高度，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=1.5+0.5+(3.15+7.70-0.35)×

1.5

=0.715m为间距（由洞门图查得），作oo'线的平行线pp',则pp'线为洞口里程位

10置。

图2-1洞口里程的确定

同理可确定：

出洞：H路=2244-11.65=2232.35m

H=17.65m

H控=2232.35+17.65=2250md=[17.65-(3.15+7.70-0.8)]=7.6m隧道长度DK431+065-DK429+610=1455m

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，才能最后确定洞口位置的最佳方案。

b=0.715m

(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）。

洞门位置确定后，可计算仰坡坡脚标高，H仰=H路+（0.8+7.70+3.15-0.8）=2234.35+10.85=2245.2m，仰坡坡率为m=1,投影距离：

d1=(2249-2245.2)×1=3.8md2=(2248-2245.2)×1=2.8m

即可计算各等高线距仰坡坡脚的水平

d3=(2246-2245.2)×1=0.8md4=(2244-2245.2)×1=1.2m

边坡坡脚标高为H边=H路=2234.35m,边坡坡率为n=1,即可计算边坡坡脚的水平投影距离：

c1=(2236-2234.35)×1=1.65mc2=(2238-2234.35)×1=3.65mc3=(2240-2234.35)×1=5.65mc4=(2242-2234.35)×1=7.65m

c5=(2244-2234.35)×1=9.65m

绘制边、仰坡开挖线如图2-1：

图2-2边、仰坡开挖线

第二节

一、洞门结构的构造

洞门形式的选择

洞门是用以保护洞口、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。此外，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。

洞门的作用有以下几方面：

1.减小洞口土石方开挖量2.稳定边仰坡3.引离地面流水4.装饰洞口

根据洞口地形、地质及衬砌类型等不同的情况和要求，洞门结构主要有以下两大类型：

1.隧道门—隧道门指修建在不设明洞的隧道洞口的支挡结构物，包括环框时洞门、短墙式洞门、翼墙式洞门、柱式洞门、台阶式洞门、斜洞门和耳墙式洞门等。

2.明洞门—明洞门主要配合明洞结构类型设计，明洞有拱形明洞和棚洞之分，相应明洞门也分拱形明洞门和棚式明洞门两大类。棚式明洞门并不单独设置，通常在棚洞洞口端横向顶梁上加设端墙，以拦截落石，避免其坠入线路影响行车安全。

二、洞门形式的选择

根据陈家院子隧道所处地段的地质、地形及水文条件，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。

第三节洞门检算

一、基本计算数据

岩体内摩擦角：φ=50︒内轨面至路基面高：h2=80厘米仰坡率：1:1

衬砌加宽值：W=0

33

γ=19.6⨯10KN/m岩土容重：

33

γ=22.54⨯10KN/m圬工计算容重：

3

[σ]=3.5kg/m基底容许压应力：

基底摩擦系数：f=0.4

墙身仰角：tgα=0.15查表得：λ端=0.152

ω/tgω=30055'/0.5988

λ=0.085

翼

二、洞门尺寸的拟定

1.依据所选用洞口衬砌断面,按规范要求作洞门正面主要尺寸图2．按工程类比初选洞门主墙厚b=1.1米，翼墙厚1米。

11

1:1

100

278

315

100

150

11.25

线路中线

隧道中线

线路中线

10:1

770

350200

200

350

1:1

110

1621142162

图2-3洞门图（cm）

三、翼墙稳定性和强度检算

翼墙计算条带为洞门端墙墙趾前之翼墙宽1米的条带，如图

10

510

6038

000

315

200

10:1.5

1:

941

1275

50

770

110

X15

▽内轨顶面(水沟未示）

200图2-4翼墙、端墙侧面图(cm)

10

80

10:1.5

10328

计算高度：H平均=9.47-[9.47⨯

1.5

-1.00=6.55m10

1、翼墙墙身偏心距检算：（1）、墙背主动土压力：

11

E=γH2γ=⨯19.6⨯103⨯6.552⨯0.085=35.74⨯103KN

（2）、倾覆力矩（对B点）：

11

MB=H平均E=⨯6.55⨯35.74⨯103=78.03⨯103KN⋅m

33

（3）、稳定力矩：

自重：

0.4+0.5

21

0.3⨯22.54⨯103+[2.3⨯4.55+3.8⨯

1

3.66+⨯(0.5+0.4)⨯1]⨯22.54⨯103

=547.36KN

∑N=6.55⨯1⨯22.54⨯103-

稳定力矩：

11

My=(0.5+⨯6.55⨯⨯550.40⨯103-(6.55

210

1

⨯+0.5)⨯3.04⨯103=451.94⨯103KN⋅m（4）、偏心计算：

My-MB451.94⨯103-78.03⨯103

c===0683m

∑547.36⨯10b

-c=0.5-0.683=0.183

（5）、墙身应力计算：

e=

N∑MN6e547.36⨯103

σ=±=(1±=1⨯1

⎫6⨯(-0.183)3⎛0.098[1±=547.36⨯10⨯ ⎪

⎝2.098⎭⎛53.64⨯103

= 3⎝1148.38⨯10

⎫

⎪

（合格）

四、端墙的检算

检查端墙最不利的II部分：

1、尺寸及数据：

a=0.38+0.3+0.29=0.97m

b=0.5m（根据测量取轨面以上4.125m处）

a0.97

h0=a+0.1h0⇒h0===1.08m

h0+H=12.75-(1.1+0.8+4.125)-0.5=6.225mH=5.145m

已知λ端=0.1520 tgω=0.5988 ω=30︒55'

则：h'=

a1.16

==2.58m

--h'-h0=1.5m

H+h0-h'=6.225-2.58=3.645m

σ=γh'(1-

h'

h01.08λ=19.6⨯103⨯2.58⨯(1-⨯0.1520'2.58

=4.47⨯103KN/m2

H

H

端

σ=γλ=19.6⨯103⨯5.145⨯.1520=15.33⨯103KN/m2

2、主动土压力：

11

E=[σHH+σh'h0]⨯0.5

11

=[⨯15.33⨯103⨯5.145+4.47⨯103⨯1.08]⨯0.5

22 =42.01⨯103KN/m

3、倾覆力矩：

1111

M倾=H⨯σHH+[h'+(H+h0-h')]⨯h'h'

323211

-[(h'-h0)+(H+h0-h')]⨯σh'(h'-h0)}⨯0.5111

=⨯5.145⨯⨯15.33⨯103⨯5.145+[2.58+11

(5.145+1.08-2.58)]⨯⨯4.47⨯103⨯2.58-[1

(2.58-1.08)+(5.145+1.08-2.58)]⨯4.47⨯103

2

⨯(2.58-1.08)}⨯0.5

=(67.63⨯103+12.1⨯103)⨯0.5=39.87KN⋅m

4、稳定力矩：

N=[(H+h0-0.4)⨯1.1

(0.5+1.1-0.25)

0.4+

1

0.6⨯0.35-⨯0.12]⨯22.54⨯103⨯0.5

=[(4.145+1.08-0.4)⨯1.1⨯0.5⨯22.54⨯103+ 1.35⨯0.4⨯0.5⨯22.54⨯103+0.6⨯0.35⨯0.5⨯1

22.54⨯103-⨯0.12]⨯0.5⨯22.54⨯103

=77.56⨯103KN

11.5M稳=[1.1+（5.145+1.08-0.4）⨯⨯72.21⨯103

210

1.5

+[0.2+（5.145+1.08+0.45）⨯⨯3.04⨯103

1.5

+[0.15+（5.145+1.08+0.45）⨯2.37⨯103

10

1.5

-（5.145+1.08+0.45）⨯0.06⨯103

=71.26⨯103+3.65⨯103+2.73⨯103-0.06⨯103 =77.58⨯103KN⋅m

五、端墙与翼墙共同作用检算

1、尺寸计算

共同作用部分的宽度（见Ⅲ部分）

b=1.0+9.47⨯0.1=1.95m

H0+h0=12.75-0.8=11.95mH0=11.95-1.08=10.87m

σH=γHλ端=19.6×103×10.87×0.1520=32.38KN/m2

2、主动土压力

1⎡1⎤

E=⎢σHH+σh'h0⎥×1.95

⎣⎦

1⎡1⎤

=⎢⨯32.38⨯10.87+⨯4.47⨯103⨯1.08⎥×1.95

2⎣2⎦

=347.88KN/m

3、洞门端墙自重：

1

1.95⨯22.54⨯103⨯[(12.75-0.35)⨯1.1-(0.25+1.1-0.5)⨯

2

N端=

1

0.85+0.6⨯0.35-⨯0.12]

2

=592.71⨯103KN

翼墙自重：

11

N翼=⨯(7.05+0.1)⨯6.7+⨯(7.05+7.05+0.1)⨯

2210.5+0.4 ⨯[(1.36+1.5)⨯1+0.1375⨯1.36]-22 0.3⨯⨯22.54⨯103

=753.58⨯103KN

4、端墙和翼墙共同作用滑动稳定性检算

Kc==

fN

E

0.4⨯(592.71+753.58)

=1.55﹥1.3(合格)

347.88

第三章衬砌形式的选择及强度检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；内部支护，即对围岩进行加固以提高其稳定性；混合支护，即内部与外部支护同时采用的衬砌。

根据陈家院子的综合情况，其支护结构采用复合式衬砌，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。

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。

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。

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。

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，由于初期支护是限制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Ⅳ级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

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。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，所有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。

对衬砌有不良影响的硬软地层分界处，应设置变形缝。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。

二、常用的计算模型

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，支护结构则约束和限制围岩向隧道内变形。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、围岩压力计算

在本设计中采用的是统计法，它是我国《铁路隧道设计规范》所推荐的方法，现在我国《铁路隧道设计规范》中推荐的计算围岩竖向匀布松动压力的公式，就是根据357个铁路隧道的塌方资料统计分析而拟订的。

q=γhh=0.45⨯2s-1w

式中的γ为围岩重度；s为围岩级别；w为宽度影响系数，计算公式为

w=1+i(B-5),B为坑道宽度，i为B每增减1m时的围岩压力增减率，当B〈5m时，取

i=0.2,当B〉5m,取i=0.1.计算过程

Ⅳ级围岩的竖向松动土压力

h=0.45⨯24-1⨯[1+0.1(10.68-5)]=5.7096mq=γ⨯h=23⨯5.7096=131.32KN/m

围岩水平均布压力

e=0.2⨯q=0.2⨯131.32=26.264KN/m

四、隧道衬砌内力计算

1.初衬及二衬内力计算数据如下：

表3-1衬砌内力输入数据

结点数（个）

初衬二衬结点号[***********][***********][1**********]29

2929初衬x坐标(m)5.225.295.365.405.385.265.064.423.913.392.851.921.340.710.00-0.71-1.34-1.92-2.85-3.39-3.91-4.42-5.06-5.26-5.38-5.40-5.36-5.29-5.22

容重KN/m2323初衬y坐标(m)9.298.146.976.265.194.493.822.531.871.350.930.400.190.050.000.050.190.400.931.351.872.533.824.495.196.266.978.149.29

3

弹性模量2.6e72.6e7二衬x坐标(m)4.554.865.035.085.064.954.754.153.673.182.6741.791.250.660.00-0.66-1.25-1.79-2.67-3.18-3.67-4.15-4.75-4.95-5.06-5.08-5.02-4.86-4.55

水平荷载（KN）26.26426.264二衬y坐标（m）9.298.046.936.265.214.553.902.702.081.591.140.690.490.360.000.360.490.691.141.592.082.703.904.555.216.266.938.049.29

竖向荷载（KN）131.32131.32

水平弹性抗力系数[1**********]0竖向约束[***********][1**********]

竖向弹性抗力系数[1**********]0

墙角支座宽度(m)0.151.05二衬单元厚度(m)1.050.58380.38590.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.38590.58381.05

弹性支撑约束[***********][1**********]

水平约束[***********][1**********]

转角约束[***********][1**********]

初衬单元厚度(m)0.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.15

初期支护内力计算输出数据：

NO.NQ1753.17394.1382750.250-72.4223744.958-183.1124740.739-30.0455737.11715.1476733.78717.7067726.6234.1828716.49217.1329705.62128.94610691.14843.98111669.77632.11312641.080124.88913615.91783.53514600.4266.21615594.649-66.48816600.426-112.14817615.917-110.42618641.080-20.41419669.776-34.52320691.148-21.40421705.621-10.89322716.492-2.33523726.623-9.70124733.78728.91625737.11775.24426740.739175.10227744.958-47.55728750.250-112.98829-753.17320.695二次衬砌内力计算输出数据：NO.NQ1790.534-981.9312775.407-135.6983751.805-196.3914738.252-49.0625730.278-23.2256724.08948.9367714.14949.4458700.801210.7529684.987315.62410664.977436.709

M

.166-21.644-12.60911.5168.7171.054-.361.788.8611.0411.3774.049-.471-6.127-8.789-6.127-.4714.0491.3771.041.861.788-.3611.0548.71711.516-12.609-21.644-.166M-2.2264.956-5.785.1109.5627.7657.3889.4547.4463.444

[***********][***********]29

636.547601.829574.777559.065553.224559.065574.777601.829636.547664.977684.987700.801714.149724.089730.278738.252751.805775.407-790.534

290.047643.117331.7199.652-268.934-555.912-784.884-239.169-329.142-282.847-148.374-12.63720.34796.18073.770171.048135.011502.146-5.585

24.272-9.937-19.026-27.402-31.071-27.402-19.026-9.93724.2723.4447.4469.4547.3887.7659.562.110-5.7854.9562.226

2、初期支护及二次衬砌的轴力、弯矩图如下所示。

图3-3初期支护单元划分图

图3-4初期支护轴力图（KN

）

图3-4初期支护弯矩图（KN·m）

图3-6

二次衬砌单元划分图

图3-7二次衬砌轴力图（单位：KN）

图3-8二次衬砌弯矩图（单位：kN·m）

五、隧道衬砌强度检算

表3-2衬砌强度检算输入数据

结点号[***********]415

初衬轴力（KN）753.173750.250744.958740.739737.117733.787726.623716.792705.621691.148669.776641.080615.917600.426594.649

初衬弯矩（KN/m）0.166-21.609-12.60911.5168.7171.054-0.3610.7880.8611.0411.3774.049-0.471-6.127-8.789

初衬厚度(m)0.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.15

二衬轴力（KN）790.534775.407751.805738.252730.278724.089714.149700.801684.987664.977636.547601.829574.777559.065553.224

二衬弯矩（KN/m）-2.2264.956-5.7850.1109.5627.7657.3889.4547.4463.44424.272-9.937-19.026-27.402-31.071

二衬厚度(m)1.050.58380.38590.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.35

[***********]2526272829

600.426615.917641.080669.776691.148765.611716.492726.623733.787737.117740.739744.958750.250-753.173

-6.127-0.4714.0491.3771.0410.8610.788-0.3611.0548.71711.516-12.609-21.644-0.166

0.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.15

559.065574.777601.829636.547664.977684.987700.801714.149724.089730.278738.252751.805775.407-790.534

-27.402-19.026-9.93724.2723.4447.4469.4547.3887.7059.5620.120-5.7854.9562.226

0.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.38590.58381.05

经检算初期支护和二次衬砌均符合要求。

第四章施工组织设计

施工组织是施工企业管理的重要部分。对于一座隧道的修建来说，其施工组织的好坏对能否优质、按期完成任务起着决定性的作用。

隧道施工以前，要进行施工准备工作；在正式施工中，要组织洞内的协同工作；与此同时，洞外工作也需要密切配合。

施工组织包括施工组织计划（设计）的编制及施工组织计划的实施这两方面。施工组织计划反映施工组织的事前设想，而施工组织计划的实施则包含：施工中的组织指挥，解决施工出现的各种问题；施工统计与经济活动分析；根据情况变化及时对计划进行合理调整，以及为了计划的实现，在施工中推行各种行之有效的制度和措施等。

第一节

一、工程概况

施工总原则

陈家院子隧道全长1455m，主要穿越地层为碎石土、灰岩、页岩。围岩级别Ⅳ。隧道加宽W=0cm，出口设置在直线上，结合现场实际情况，决定采用从隧道出口往入口单方向打下坡。隧道采用喷锚作施工支护，薄型模筑衬砌。在模筑衬砌的背后，纵环向设置TR加劲型软式透水管盲沟。隧道洞口段设置格栅架加强支护。洞门进出口均设置为1：1的耳墙式洞门。全部模筑衬砌施工缝采用NPJ腻子型遇水膨胀止水条，平均每8m设置一环。

二、施工原则

1、陈家院子隧道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。

图4-1喷锚构筑法施工顺序

2、Ⅳ级围岩地段采用短台阶法或超短台阶法开挖施工。

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

一、主要工程项目施工方法（一）控制测量

1、洞外控制测量

主要工程项目的施工

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。

图4-2洞口场地布置图

2、洞口段施工

进洞前先做好天沟，并完成地表预加固，进洞采用短台阶或超短台阶法施工，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。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。上导坑做到开挖0.7m，支护0.5m：a、用0.5m台法检查开挖断面尺寸，修整至设计要求；b、初喷混凝土2～3m；c、架设上导钢格网架，并加Φ6mm的钢筋网；d、喷射混凝土至设计厚度，将钢格栅间填平，厚度0.21m～0.22m厚。

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

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）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

。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、Ⅵ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。

Ⅲ、Ⅳ级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：

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。

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。

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

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

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。

陈家院子隧道浅埋短隧道，主要是Ⅳ级围岩，洞门均在软岩层面上，特要求在陈家院子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；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。

表4-1

序123456789合

计号

班组名称掘进班运输班喷锚班混凝土衬砌

班仰拱铺底班通风班电工班养护保证组测量量测组

总人数

[***********]

技术员2，测量工3一个工区劳力组合主要工种及人员数钻机司机8，爆破手6司机8，修理工4喷射手4，混凝土工6混凝土工6，木工2，

钢筋工4

工

序

钻孔，装药爆破，按锚杆

出渣

喷射混凝土，按钢架，挂

钢筋网

立模，衬砌混凝土清底，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

中线水平测量监控

（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、首榀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

（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。

（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材料名称

水泥和干燥状态混合材料

粗，细骨料水及外加剂溶液

混凝土材料配时允许偏差

偏差（%）-2，+2-3，+3-1，+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。5、混凝土养护

6、钢架喷混凝土应符合下列要求：

（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

序

号[***********]4

机械名称变压器空压机挖掘机装载机装载机自卸车电动搅拌机电动搅拌机喷浆机电焊机电焊机混凝土送泵发电机空压机

规

施工主要机械设备格

单位台台台台台台台台台台台台台台

数量[1**********]111

备备

用用

备

注

S8250KW/104L-20/8EX200-1ZL-50ZL-40东风EQ1405T

J2C350MODELPZ-58BX1-500BX6-300HBT6075KW内燃12m3/h

第三节施工要求及保证措施

一、

施工进度安排

根据施工总体部署陈家院子隧道从出口方向单口掘进。按照施工作业，平均月进尺350m，平均月成洞300m。

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。（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）

序号1

洞身开挖

项

构造尺寸

目水平距离高差混凝土砌体全高混凝土砌体

允许偏差＜100+50，-10＜20＜40＜50≯5≯10±5%

表4-4洞门允许偏差（mm）

检验数量

检验方法检阅设计

图，尺量检阅设计图，尺量尺量

不少于7点

观察，尺量

尺量

3～7点

断面尺度

2

垂直度表面平整

度

坡面坡度

*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）

围岩条件类别

序号

开挖部位

1

拱部

平均10最大20硬岩一般相当于Ⅵ类围岩

中硬岩，软岩相当于Ⅴ～Ⅲ类围岩平均15最大25

破碎松散岩石及土质相当于Ⅱ，Ⅰ类围岩平均10最大15

检验数量检验方法

2

边墙，仰拱，隧

底

平均10平均10平均10

每5～10m

检验一次，量测周边轮廓衬砌紧跟断面，绘断面时，每次衬图，与设计断面砌前检验核对一次

（三）洞身衬砌

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。

（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，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。

（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

结论

本次毕业设计我选择的是陈家院子双线铁路隧道设计。隧道所在位置为碎石和及灰岩夹页岩及泥灰岩构成，属于较完整的软岩，所以选用Ⅳ围岩，洞门选择稳定性较好的耳墙式洞门。

在设计过程中，首先，根据相关数据确定边、仰坡的开挖线，并绘制开挖线图。然后按耳墙式洞门标准图确定洞门位置并绘制洞门图，在此基础上进行洞门稳定性检算，以确保洞门合适；做好洞门设计后，再进行隧道衬砌的设计根据陈家院子的情况，以及洞门的形式，我选择了复合式衬砌，根据复合式衬砌的标准图，绘制衬砌图，并用给定的程序进行衬砌强度检算，使其符合设计要求；最后，按照工作进度，编制合适的施工组织设计，合理配置施工机械用具，选用恰当的施工方法，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。

通过这次设计我认为是对大学学习成绩的一次综合性检验，并对自己是一次很好的锻炼。毕业设计结合工程实际，使我们所学知识系统的结合起来，各个知识点综合应用，培养正确的思路方法。在设计期间，接触大量的工程实际的资料，使我们更好了解工程实际，知识进一步补充。通过毕业设计自己专业知识有了很大的提高，但同时也发现自己很多知识学得不够扎实，今后需进一步补充学习。完成这次毕业设计后，使自己对今后工作学习有很大的信心，它让我所学到的知识让我会在工作中受益无穷。

致谢

时间飞逝，毕业的钟声已经临近，毕业设计也将画上圆满的句号。通过这次设计我认为是对大学学习成绩的一次综合性检验，并对自己是一次很好的锻炼。毕业设计结合工程实际，使我们所学知识系统的结合起来，各个知识点综合应用，培养正确的思路方法。在设计期间，接触大量的工程实际的资料，使我们更好了解工程实际，知识进一步补充。通过毕业设计自己专业知识有了很大的提高，但同时也发现自己很多知识学得不够扎实，今后需进一步补充学习。完成这次毕业设计后，使自己对今后工作学习有很大的信心，它让我所学到的知识让我会在工作中受益无穷。

在这里深深的感谢李德武、陈志敏两位老师，每天在百忙之中抽出时间不辞辛苦的指导我们的设计，耐心的讲解问题、仔细的批阅设计、严格的指正设计中的错误，使我在设计中获得了许多宝贵的知识，提高了自己的能力；另外，老师还教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，我由衷地感谢本组的成员。他们热心地帮助我解决难点，积极协调本组任务，在我们共同努力下，本设计得以顺利完成。

主要参考文献

[1]李德武主编.《隧道》.中国铁道出版社.2004年

[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年

[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

[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年

[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年

[6]钟桂彤主编.《铁路隧道》.中国铁道出版社.1990年