毕业设计特长铁路隧道设计与施工.doc

特长铁路隧道设计与施工Design and Construction of Long Railway Tunnel 毕业设计成绩单学生姓名学号班级专业地下工程毕业设计题目特长铁路隧道设计与施工指导教师姓名指导教师职称副教授评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长(主任) 签字：年 月 日毕业设计任务书题目特长铁路隧道设计与施工 专 业土木工程班 级地下061学生姓名承担指导任务单位土木工程分院导师姓名导师职称副教授隧道名称：太行山隧道一、设计内容以太行山隧道进口为工程背景，主要进行以下内容：1.国内外现状调研(包括国内外特长铁路隧道发展现状及典型工程实例、与自己的研究对象有关的不良地质隧道的国内外现状等)。2.根据具体工程环境及地质条件确定具体施工方法。3.设计依据及原则：包括设计应遵循的主要规范规程及主要原则。4.隧道结构设计：包括衬砌断面拟定、荷载确定、计算模型的建立、衬砌结构计算及整理、结构配筋计算。5.施工组织设计：包括施工总体部署（主要应包括施工准备、施工场地布置、施工临时设施设计、不同区段的施工方法等），主要施工方法、工序及工艺(包括爆破、出碴运输、超前支护、喷射混凝土、锚杆、钢架、防排水、二次衬砌、施工监测等)，施工辅助作业、不良地质地段的工程措施、机械配套、指导性施工进度计划等。应附图：工程平面图、地质纵剖面图，衬砌结构横剖面图，计算模型及计算结果图，施工方法图平、横、剖面图，典型工法步序图、施工监测测点布置图等。6.外文翻译等相关文档和完整的设计报告书。二、基本要求1.通过调研，掌握特长铁路隧道的主要施工方法及其适用条件；2.熟悉隧道衬砌结构设计计算方法及计算内容；3.掌握隧道施工中主要施工工艺及施工步序。三、主要技术指标(另见具体资料)四、应收集的资料及参考文献1.现行铁路隧道设计规范；2.现行铁路隧道施工规范；3.隧道工程朱永全 宋玉香编；4.现行混凝土结构设计规范；5铁路工程设计技术手册.隧道五、进度计划第1周 熟悉资料，查阅文献，选择设计区段；第2周 写出开题报告；第3周 外文翻译；第47周 隧道衬砌结构设计；第811周 施工组织设计；第12周 文整；第13周 答辩毕业设计开题报告题目特长铁路隧道设计与施工学生姓名学号班级地下061专业土木工程一、 课题研究背景太行山特长隧道位于石太客运专线小寨车站和盂县车站之间。隧道穿过高度为1311米的太行山山脉主峰越宵山，起止里程为DK69+255DK97+094(左线)、YDK69+271YDK97+119(右线)，设计为双洞单线隧道，最大埋深445cm，两线间距35m。左线隧道长27839 m，右线27848m,旅客列车设计行车速度250km/h。太行山隧道位于直线上，左线、右线隧道的纵向设计坡度基本一致，除进口段长74m的坡度为6的上坡，出口段长68m的坡度为11的上坡，其余部分的坡度为13的上坡。石家庄端洞口路肩设计高程为614.2m，太原段洞口路肩设计高程为976.0m。太行山隧道地质结构复杂，极易发生坍塌和大变形。在建设过程中，建设、设计、监理、施工单位，采用钻爆法施工，全隧道共设进口1个、斜井9个、出口1个，共11处施工通道，在24个工作面同时展开施工。在太行山隧道施工过程中，工作人员通过采用长隧道硬质围岩快速施工技术、长距离掘进施工通风技术研究、双车道斜井无轨运输快速施工技术、轨道斜井有轨运输快速施工技术、长隧道控制测量技术等，以及多斜井多工作面同时开挖的高效组织模式，为国际和国内形成膨胀岩石膨胀势判定统一标准提供了宝贵的参考依据，为中国特长隧道建设积累了宝贵经验。二、国内外研究现状随着我国城市经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，城市地下空间资源已经被视作一种宝贵的空间资源，已经成为城市基础设施建设的发展方向。铁路隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车车辆通行的建筑物。20世纪初期，欧美一些国家就已经建成了一些特长铁路隧道，如瑞士和意大利间的修建的辛普朗铁路隧道长19.8公里。进入新世纪后，越来越多的特长隧道相继建成：2000年挪威的莱尔多（Laerdal）隧道全长24500m；1980年瑞士的圣哥达（SaintGothard）隧道全长16918m；1978年奥地利的阿尔贝格（Arlberg）隧道全长13972m。 在国内，特长铁路隧道的修建也比较广泛。如秦岭隧道全长18456m，最大埋深1600m，是目前我国洞身最长、埋置最深、工程规模最大的隧道。设计时速为80公里，走完全程大约需要15分钟的时间；2006年8月日上午中国最长的铁路隧道2005公里的乌鞘岭特长隧道实现双线开通，其中左线弹性整体道床设计时速为200km/h；东秦岭隧道位于秦岭山脉深处,是西南铁路的“咽喉”动脉工程,也是我国已通车的长大双线铁路隧道之一，该隧道全长12.26 km。隧道的修建，不仅给地理资源节约了空间，而且给各种运输节约了时间。三、设计研究内容1.隧道结构设计依据隧道施工的相应的技术规范，例如铁路隧道设计规范、铁路隧道施工规范、客运专线铁路隧道工程施工技术指南等对隧道进行设计，其设计内容主要包括：二次衬砌断面的几何尺寸拟定、荷载计算、计算模型的建立、衬砌结构的计算及其对计算结果的整理，通过对计算结果的分析和强度检算，对不符合要求的结构的进行配筋计算。2施工组织设计施工组织主要内容：包括施工总体部署（主要应包括施工准备、施工场地布置、施工临时设施设计、不同区段的施工方法等），主要施工方法、工序及工艺(包括爆破、出碴运输、超前支护、喷射混凝土、锚杆、钢架、防排水、二次衬砌、施工监测等)，施工辅助作业、不良地质地段的工程措施、机械配套、指导性施工进度计划等。依据铁路隧道设计规范、铁路隧道施工规范及具体工程环境及其水文地质条件将项目划分为不同的区段，并设计各区段竖井、斜井或其他辅助坑道的数目及其具体位置, 努力做到依靠科技、精心组织、合理安排。做到与施工单位、监理单位和设计单位协作，合理运用施工人员、机具、物料、资金和信息，实现施工质量与造价在保证工期和安全施工的前提下的最佳解决方法。四、主要研究方法根据设计隧道的工程环境、施工要求及相应的水文地质条件，拟定隧道的衬砌断面形式、荷载确定并且建立计算模型。隧道的结构计算利用ANSYS软件建立结构荷载模型，对隧道的结构安全性和结构在修建过程中的可靠性做出评价。根据工程环境和围岩地质条件对隧道选择不同施工方法、初期支护、二次衬砌以及其他防护措施等。例如在该工程级围岩中断层破碎带及影响带选择台阶法开挖；又如矿山法隧道复合式结构的衬砌结构按“荷载结构”计算模式，按局部变形理论计算地层被动压力。明确各种施工工艺的主要技术指标和施工中的运输方式、考虑各种变形影响。准备各种施工应附图以及编写好工程适用的施工组织设计：组织相关管理人员认真研究本工程各项目的特点，针对项目特点及时讨论达成共识并迅速进行目标分解及贯彻进行；合理安排工期并尽快展开平行作业工序，保证各环节衔接紧密；迅速出台与本工程相关的各项保证制度及管理办法；结合工程进展程度合理安排各项资源的投入及协调。五、预期目标1.通过本次设计，掌握隧道设计原则及有关技术指标；2.通过本次设计，掌握特长铁路隧道的主要施工方法及其适用的地质条件；3.通过本次设计，熟悉隧道衬砌结构设计的选择、计算内容及计算方法；4.通过本次设计，学会各种工程软件的使用（ANSYS软件、CAD制图软件）；5.通过本次设计，掌握隧道施工中主要的施工工艺及施工步序；6.通过本次设计，了解施工组织设计的编制与应用；7.通过本次设计，训练和提高分析设计能力、理论计算能力、外语等应用能力。 六、进度计划第1周 熟悉资料，查阅文献，选择设计区段； 第2周 写出开题报告；第3周 外文翻译；第47周 隧道衬砌结构设计； 第811周 施工组织设计；第12周 文整； 第13周 答辩。指导教师签字时 间摘要 随着社会的快速发展，人们对铁路交通系统的需求量已变得越来越大。特长铁路隧道的修建在国内外交通领域里都已经占据了很重要的位置。目前在世界上比较具有代表性的特长铁路隧道有挪威的莱尔多隧道，瑞士的圣哥达隧道，以及我们国内近年来已经建成投入使用的乌鞘岭特长隧道和太行山隧道等。本次设计主要介绍了关于太行山隧道(DK69+255DK74+160)标段的设计与施工。具体内容主要是根据隧道所在的地理位置的工程地质和水文条件等来设计隧道断面衬砌形式以及选择比较合理的施工方案，保证工程施工的效率和安全性。本标段隧道设计的主要任务是关于全断面法和台阶法施工的开挖工序和支护工序，光面爆破的钻眼、布眼设计，工程的防水设施和辅助设施以及施工监控量测的设计和施工组织的编制等，还介绍了在本标段隧道施工中遇见特殊地质问题时所采取的应对措施和各种辅助坑道(斜井)、辅助设施(横通道)的设计。通过本次设计学会将各种施工方法更好的与工程实际地质环境结合于一体，以及怎样更好地编制工程的施工组织。关键词：特长隧道 全断面法 台阶法 施工组织AbstractWith the rapid development of society, people demand for railway transport system has been growing. Long railway tunnels construction in the traffic field of domestic and international have occupied an important position. Currently in the world, more and more representative of the long railway tunnel such as the Laerdal in Norway Lyle and the SaintGothard tunnel in Switzerland's , as well as has been built and put into use this year's Wushaoling tunnel and Taihang Mountain Tunnel in our country.This design introduces a tunnels Design and Construction on a Section of the Taihang Mountains (DK69 +255 DK74 +160) . Mainly to design the tunnel lining section of the form and choose a more reasonable construction plan based on the specific content of the tunnel where the location of the engineering geological and hydrological conditions , to Assure the safety and efficiency of construction. The tenders of the main tasks of the tunnel design is on the construction of full-face method and step methods excavation process and supporting processes ,the drill hole , cloth eye design of the Smooth blasting , water facilities and support facilities and Monitoring and Measurement of constructions design preparation on a project , And the compilation of construction organization , and so on . Also introduced the response program to solve specific geological problems encountered during the construction and the settings of various auxiliary tunnel(shaft), ancillary facilities (cross channel) of the tunnel . Key words: Long Tunnel Full-face method Step method Construction Organization目 录第1章 绪论11.1 国内外研究现状11.2 主要内容11.2.1 隧道结构设计11.2.2 施工组织设计21.2.3 外文翻译等相关文档和完整的设计报告书21.2.4 应附图21.3 主要研究方法21.4 预期目标3第2章 工程概况42.1 工程地理位置42.2 工程数量42.3 工程地质和水文条件42.3.1 地形地貌42.3.2 地层岩性42.3.3 地下水情况52.4 施工条件62.4.1 气象特征62.4.2 交通情况62.4.3 施工用电情况62.4.4 施工用水、施工场地和通信情况62.4.5 物资供应情况6第3章 结构设计73.1 设计依据和设计原则73.1.1 设计依据73.1.2 设计原则73.2 主体结构设计83.2.1 设计思路83.2.2 隧道平面位置、洞口位置和纵断面83.2.3 隧道结构设计83.2.4 建筑限界以及内轮廓93.3 工程材料93.3.1 混凝土和钢筋93.3.2 隧道衬砌横截面形状及尺寸拟定103.4 荷载设计113.4.1 荷载计算原理113.4.2 结构配筋计算133.4.3 级围岩结衬砌构内力计算和强度验算143.4.4 级围岩衬砌结构内力计算和强度验算193.4.5 级围岩结衬砌构内力计算和强度验算233.4.6 级围岩结衬砌构内力计算和强度验算273.5 各级围岩复合式衬砌参数确定303.6 各级围岩断面开挖尺寸确定31第4章 施工组织324.1 编制依据及编制原则324.1.1 编制依据324.1.2 编制原则324.1.3 编制范围324.2 施工准备324.2.1 技术准备324.2.2 施工现场准备324.2.3 施工测量334.2.4 雨季施工准备344.2.5 主要施工机械、设备准备344.3 隧道施工总体方案354.3.1 各区段施工方案364.4 隧道施工364.4.1 不良地质地段施工方案374.4.2 全断面法施工384.4.3 台阶法施工394.4.4 正洞各级围岩主要开挖法步骤及施工方法404.4.5 明挖法施工414.5 爆破施工设计414.5.1 爆破施工控制标准414.5.2 爆破施工工艺414.5.3 各种施工方法的爆破设计424.6 初期支护494.6.1 初期支护中锚杆的使用544.6.2 挂钢筋网574.6.3 格栅钢架584.6.4 喷射混凝土604.7 隧道的防、排水设施施工614.7.1 防水设施624.7.2 排水设施644.8 洞身衬砌654.8.1 施工方法654.8.2 仰拱施工664.8.3 拱墙衬砌施工674.8.4 水沟、电缆槽施工684.9 施工通风、降尘684.9.1 施工通风684.9.2 施工降尘、防尘704.10 施工辅助设施（供风、水、电）714.10.1 施工供风714.10.2 施工供水714.10.3 施工供电714.11 监控量测724.11.1 监控量测的项目724.11.2 监控量测的施工流程734.11.3 监控量测的测点布置734.12 斜井744.13 横通道76第5章 结论78致 谢81参考文献82附录83附录A： 外文翻译83附录B： 设计图纸102第1章 绪论1.1 国内外研究现状 随着我国城市经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，城市地下空间资源已经被视作一种宝贵的空间资源，已经成为城市基础设施建设的发展方向。铁路隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车车辆通行的建筑物。20世纪初期，欧美一些国家形成的铁路网，瑞士和意大利间的修建了辛普朗铁路隧道长19.8公里。在进入新世纪后，越来越多的特长隧道相继建成：2000年挪威的莱尔多(Laerdal)隧道全长24500m；1980年瑞士的圣哥达(SaintGothard)隧道全长16918m；1978年奥地利的阿尔贝格(Arlberg)隧道全长13972m。 在国内，特长铁路隧道的修建也比较广泛。秦岭隧道全长18456m，最大埋深1600m，是目前我国洞身最长、埋置最深、工程规模最大的隧道。设计时速为80公里，走完全程大约需要15分钟的时间；2006年8月23日上午中国最长的铁路隧道2005公里的乌鞘岭特长隧道实现双线开通，其中左线弹性整体道床设计时速为200km/h；东秦岭隧道位于秦岭山脉深处,是西南铁路的“咽喉”动脉工程,也是我国已通车的长大双线铁路隧道之一，该隧道全长12.26 km。隧道的修建，不仅给地理资源节约了空间，而且给各种运输节约了时间。1.2 主要内容 太行山隧道为双洞单线铁路隧道，隧道全长27839m，两线间距35m,位于石太客运专线小寨车站和盂县车站之间，通过该段太行山山脉的主峰越宵山。本设计标段为太行山隧道的进口段，起止里程为DK69+255DK74+160，全长4905m(共计：9810m)，旅客列车设计行车速度250km/h。1.2.1 隧道结构设计依据隧道施工的相应的技术规范，例如铁路隧道设计规范、铁路隧道施工规范、客运专线铁路隧道工程施工技术指南等对隧道进行设计，其设计内容主要包括：二次衬砌断面的几何尺寸拟定、荷载计算、计算模型的建立、衬砌结构的计算及其对计算结果的整理，通过对计算结果的分析和强度检算，对不符合要求的结构的进行配筋计算。1.2.2 施工组织设计施工组织主要内容：包括施工总体部署（主要应包括施工准备、施工场地布置、施工临时设施设计、不同区段的施工方法等），主要施工方法、工序及工艺(包括爆破、出碴运输、超前支护、喷射混凝土、锚杆、钢架、防排水、二次衬砌、施工监测等)，施工辅助作业、不良地质地段的工程措施、机械配套、指导性施工进度计划等。施工方法设计：根据具体工程环境及地质条件确定所选区间段的具体施工方法。包括主要施工方法、施工工序和工法转换等内容。依据铁路隧道设计规范、铁路隧道施工规范及具体工程环境及其水文地质条件将项目划分为不同的区段，并设计各区段竖井、斜井或其他辅助坑道的数目及其具体位置, 努力做到依靠科技、精心组织、合理安排。做到与施工单位、监理单位和设计单位协作，合理运用施工人员、机具、物料、资金和信息，实现施工质量与造价在保证工期和安全施工的前提下的最佳解决方法。1.2.3 外文翻译等相关文档和完整的设计报告书1.2.4 应附图地质纵剖面图，衬砌结构横剖面图，计算模型及计算结果图，施工方法图，平、横、剖面图，典型工法步序图、施工监控测测点布置图等。1.3 主要研究方法根据设计隧道的工程环境、施工要求及相应的水文地质条件，拟定隧道的衬砌断面形式、荷载确定并且建立计算模型。隧道的结构计算利用ANSYS软件建立结构荷载模型，对隧道的结构安全性和结构在修建过程中的可靠性做出评价。根据工程环境和围岩地质条件对隧道选择不同施工方法、初期支护、二次衬砌以及其他防护措施等。例如在该工程级围岩中断层破碎带及影响带选择台阶法开挖；又如矿山法隧道复合式结构的衬砌结构按“荷载结构”计算模式，按局部变形理论计算地层被动压力。明确各种施工工艺的主要技术指标和施工中的运输方式、考虑各种变形影响。准备各种施工附图以及编写好工程适用的施工组织设计：(1)组织相关管理人员认真研究本工程各项目的特点，针对项目特点及时讨论达成共识并迅速进行目标分解及贯彻进行；(2)合理安排工期并尽快展开平行作业工序，保证各环节衔接紧密；(3)迅速出台与本工程相关的各项保证制度及管理办法；(4)结合工程进展程度合理安排各项资源的投入及协调。1.4 预期目标通过本次设计，让自己掌握隧道设计原则及有关技术指标和特长铁路隧道的主要施工方法及其适用条件。熟悉隧道衬砌结构设计的选择、计算方法及计算内容，学会各种工程软件的使用（ANSYS软件、CAD制图软件）。掌握隧道施工中主要施工工艺及施工步序，了解施工组织设计的编制与应用。第2章 工程概况2.1 工程地理位置新建铁路石家庄至太原客运专线工程起自石家庄北站K4+475.7, 途径河北省石家庄市、鹿泉市、井陉县，再经山西省盂县、寿阳县、阳曲县，止于太原站K228+213，正线全长188.4公里。太行山隧道设计为双洞单线铁路隧道，隧道起止里程为DK69+255DK97+094(左线)、YDK69+271YDK97+119(右线)，两线间距35m，隧道全长27839m,位于石太客运专线小寨车站和盂县车站之间，通过该段太行山山脉的主峰越宵山。太行山隧道是目前我国设计的最长山岭隧道。2.2 工程数量本设计标段工程范围为新建石家庄至太原铁路客运专线重点工程，包括1#寺坪斜井(DK73+200.672=寺斜0+00，L=1093.18m)及太行山隧道DK69+255DK74+160段正洞的施工、竣工和缺陷修复，长度4905双延米，包含隧道通风、设备安装、监控量测等工程。以及在本设计标段中所设的10个级围岩横通道和1个级围岩横通道。2.3 工程地质和水文条件2.3.1 地形地貌太行山隧道位于太行山脉中南段剥蚀低山和低中山区，沿线总的地势特点呈现为西高东低，中西部最高的不对称三角形。太行山脉剥蚀中低山区内山峰林立，绵延起伏，形成了型态各异的陡崖、峭壁、单面山。峡谷深切，多呈“V”字型，地形起伏较大，最大高差约600余米。峡谷中无水，均为干谷。山上植被较为茂密，基岩裸露，呈现山地地貌的典型特征。2.3.2 地层岩性地层的岩性对于隧道穿越山体位置的选择、隧道具体施工方法的选择是一个特别重要的因素，在施工前期应对其进行详细的勘测。太行山隧道本设计标段所属范围地层岩性见表2-1。表2-1 设计标段所属范围地层岩性序号里程岩性情况描述1DK69+255DK69+460隧道洞身所通过该段的地层为泥质条带灰岩，薄至中厚层状，弱风化，岩体较完整。呈块状结构，岩层平缓，拱顶易坍塌落石。2DK69+46DK70+065隧道洞身位于的岩层为竹叶状灰岩、泥质条带灰岩，薄至中厚层状，弱风化，节理裂隙发育，岩体完整，呈大块状整体结构。3DK70+065DK70+210隧道洞身位于的岩层为竹叶状灰岩、泥质条带灰岩，薄至中厚层状，弱风化，岩体较完整。呈块状结构，岩层平缓，拱顶易坍塌落石。4DK70+210DK73+690隧道洞身位于的岩层为竹叶状灰岩、泥质条带灰岩及白云岩，薄至中厚层状，弱风化，节理裂隙较发育，岩体完整，呈大块状整体结构。5DK73+690DK74+040隧道洞身位于的岩层为石灰岩、竹叶状灰岩、泥质条带灰岩及页岩，中厚层状，弱风化，节理裂隙发育，岩体较完整，呈块状结构。6DK74+040DK74+160隧道洞身位于的岩层为断层破碎带及影响带，岩体极破碎，呈散体状结构。2.3.3 地下水情况本设计标段地下水对混凝土不具腐蚀性；石灰岩、白云岩地下水中的侵蚀性CO2对混凝土具有中等腐蚀性。角砾状泥灰岩(膏溶角砾岩)对混凝土具有硫酸盐弱腐蚀性。本设计标段各级围岩区段地下裂隙水情况见表2-2。表2-2 各设计区段裂隙水情况序号区段里程地下水形式地下水水量备注1DK69+255DK69+740雨季时有基岩裂隙水Q0=0.1 m3/d·m/2DK69+740DK74+030裂隙溶隙水Q0=1.65 m3/d·m；Qs=0.46 m3/d·m/Q0=2.99 m3/d·m；Qs=0.69 m3/d·m/3DK74+030DK74+160构造裂隙水Q0=1526 m3/d；Qs=162.79 m3/d小导管及径向注浆堵水2.4 施工条件2.4.1 气象特征太行山隧道地处温暖带亚润湿区，属高寒山地气候，降水稀少，气候垂直分带不明显。四季分明，夏季炎热少雨，冬季寒冷干燥，年降水量在350800mm。根据盂县气象局统计资料（19842003年）：盂县地区多年最大降水量为797.4 mm（1995年），多年最小降水量为315.7mm（1997年），降水主要集中在59月份，约占全年降水量的64%97%；土壤最大冻结深度为1.01m。2.4.2 交通情况本设计标段交通便利，在DK73+200.672处的1#斜井(寺坪斜井)井口与314省道相邻。2.4.3 施工用电情况太行山隧道施工用电采用永临结合方式，从当地变电站接引35KV电力线，保证施工用电不间断，考虑部分（20%）用电采用自发电。施工前期采用自发电以保证施工用电。2.4.4 施工用水、施工场地和通信情况本设计标段于里程DK73+200.672处的1#(寺坪)斜井可利用附近的深井来提供1#斜井的生产、生活用水。1#斜井井口附近的地形比较开阔，施工场地可在井口附近布置。经调查，本设计标段沿线有通讯线路，施工时可以与当地电信部门联系，接入施工现场。2.4.5 物资供应情况物资可利用隧道旁的314省道运输，油料和火工品等材料可由供货商直接供应至各工区；弃碴场挡护工程用的块石、片石及主体工程用碎石在盂县附近材料质量合格的石场购买；主体工程所采用的砂，在合格砂场购买。本设计标段太行山隧道纵断面图见附录B(图号01：太行山隧道设计标段纵断面图)。第3章 结构设计3.1 设计依据和设计原则3.1.1 设计依据客运专线铁路隧道工程施工技术指南 (TZ2142005)混凝土结构设计规范 (GB500102005)建筑荷载设计规范 (GBJ92001)地下工程防水技术规范 (GB501082001)铁路隧道设计规范 (TBJ100032005)高速铁路设计规范 (TB106212009)3.1.2 设计原则(1)主要构件设计使用年限为100年。根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，采取有效措施，保证结构强度、刚度，满足结构耐久性要求；(2)根据工程地质和水文地质条件，结合周围地面建筑物、地下构筑物状况，通过对技术、经济、环保及使用功能的综合比较，合理选择结构形式；(3)结构设计应满足施工、运营、环境保护、防灾等要求；(4)结构的净空尺寸除应满足建筑限界要求外，尚应考虑施工误差、测量误差、结构变形和沉陷等因素；(5)断面形状和衬砌形式应根据工程地质及水文地质、埋深、施工方法等条件，从地层稳定、结构受力合理和环境保护等方面综合确定；(6)隧道结构按结构“破损阶段”法，以材料极限强度进行设计；(7)施工引起的地层沉降应控制在环境条件允许的范围内；(8)隧道建设应尽量考虑减少施工中和建成后对环境造成的不利影响；(9)设计中除参照本指导书外，尚应符合铁路隧道设计规范或地铁设计规范等相关国家现行的有关强制性标准的规定；(10)隧道主体工程等级为一级、防水等级为二级，耐火等级为一级；(11)隧道结构的抗震等级按二级考虑，按抗震烈度8度设防；(12)结构设计在满足强度、刚度和稳定性的基础上，应根据地下水水位和地下水腐蚀性等情况，满足防水和防腐蚀设计的要求。当结构处于有腐蚀性地下水时应采取抗侵蚀措施，混凝土抗侵蚀系数不低于0.8；(13)在永久荷载基本荷载组合作用下，应按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响进行结构构件裂缝验算。二类环境混凝土构件的裂缝宽度(迎土面)应不大于0.2mm，一类环境(非迎土面及内部混凝土构件)混凝土构件的裂缝宽度均应不大于0.3mm。当计及地震、人防或其它偶然荷载作用时，可不验算结构的裂缝宽度。3.2 主体结构设计3.2.1 设计思路 以石太客运专线太行山隧道为对象进行设计。计划采用新奥法施工，隧道采用有仰拱形式断面。铁路隧道设计规范设计隧道横断面，并结合工程经验初步确定隧道横断面的具体尺寸，以及二次衬砌的设计参数。判断深浅埋，取最不利的横截面并计算作用在结构上的荷载。最后将荷载加到设计结构上，利用Ansys软件计算内力，取最不利情况配筋以及抗裂验算。3.2.2 隧道平面位置、洞口位置和纵断面(1)中小型隧道平面位置遵照线路选线，长大隧道遵照隧道自身工程地质选定，洞口位置选择遵循“早进晚出”、地质条件良好、地势开阔、施工方便，技术、经济合理之处。(2)一般情况下隧道内的线路最好采用直线，但是，受到某些地形的限制，或是地质的原因，往往不得不采用曲线。应尽可能采用较短的曲线，或是半径较大的曲线，使它的影响小一些。隧道在曲线两端应设缓和曲线时，最好不使洞口恰恰落在缓和曲线上。在一座隧道内最好不设一个以上的曲线。尤其是不宜设置反向曲线或复合曲线。(3)铁路隧道对于行车来说线路的坡度以平坡为最好。但是，天然地形是起伏不定的，为了能适应天然地形的形状以减少工程数量，只好随着地形的变化设置与之相适应的线路坡度。但依据地形设计坡度时，注意应不超过限制坡度。3.2.3 隧道结构设计(1)隧道的建筑限界根据已定的车辆类型、行车速度、施工方法及地质条件等按相关规范或暂行规定确定。(2)矿山法区间隧道一般采用复合式衬砌，初期支护由型钢格栅、钢筋网与喷射混凝土组成，二次衬砌采用现浇钢筋混凝土结构。初期支护与二次衬砌间铺设全包防水层。根据地层情况可采用的辅助性地层加固措施有：管棚超前支护，注浆小导管超前支护，锁脚锚杆，加固注浆，回填注浆等。(3)隧道支护设计参数按工程类比选定，衬砌结构设计参数按工程类比初选，并通过结构受力检算。3.2.4 建筑限界以及内轮廓根据标准轨距铁路建筑限界GB 146.2-1983确定隧道限界。本区段的建筑限界及内轮廓设计见图3-1。图3-1 隧道建筑限界及内轮廓3.3 工程材料3.3.1 混凝土和钢筋混凝土和钢筋混凝土结构中用混凝土的极限强度应按表3-1采用。表3-1 混凝土的极限强度(MPa)强度种类符号混凝土强度等级C15C20C25C30C40C50抗压Ra12.015.519.022.529.536.5弯曲抗压Rw15.019.424.228.136.945.6抗拉Rl1.41.72.02.22.73.1混凝土的弹性模量应按表3-2采用。混凝土的剪切弹性模量可按表3-2数值乘以0.43采用。混凝土的泊松比可采用(v=0.2)。表3-2 混凝土的弹性模量Ec(GPa)混凝土强度等级C15C20C25C30C40C50弹性模量Ec262829.53133.535.5钢筋强度和弹性模量按表3-3采用。表3-3 钢筋的强度和弹性模量钢筋种类屈服强度(MPa)抗拉极限强度(MPa)抗拉或抗压计算强度(MPa)弹性模量(GPa)延伸率(%)HPB235(Q235)24038026021025HRB335(20MnSi)34052036020016喷射混凝土的强度等级不得小于C20。喷射混凝土的弹性模量见表3-4。表3-4 喷射混凝土的弹性模量(GPa)喷射混凝土强度等级C20C25C30弹性模量2123253.3.2 隧道衬砌横截面形状及尺寸拟定衬砌类型采用复合式衬砌，其为由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式。复合衬砌设计符合下列规定：(1)初期支护宜采用锚喷支护，即由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式单独或组合使用。(2)二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌界面宜采用连接园顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。(3)在确定开挖断面轮廓时，还应考虑初期支护并预留适当的变形量。预留变形量的大小可根据围岩级别、断面大小、埋置深度、施工方法和支护情况等，采用工程类比法预测。当无预测值时预留变形量可参考表3-5选用。表3-5 预留变形量（mm）围岩级别单线隧道双线隧道10502050508050808012080120100150注：围岩破碎取大值；围岩完整取小值。3.4 荷载设计3.4