摘 要

本设计为九合二号隧道主体结构（衬砌）设计，主要包括了围岩分级、衬砌内力计算、衬砌配筋与施工方法监控量测设计等。

围岩分级主要根据所提供的设计资料结合《铁路隧道设计规范》（GB 10003—2005）规定确定，初次确定后按规范进行修正从而确定最终分级结果。

本设计衬砌内力计算时使用ANSYS有限元软件进行，输入参数生成模型，在建模过程中要将围岩荷载转换为节点荷载，注意单位统一。然后整理所得弯矩、剪力和轴力数据，进行下一步配筋工作。配筋采用对称配筋（衬砌单元采用最大安全配筋结果统一配筋）。

隧道施工采用三台阶临时仰拱法进行设计，监控量测主要根据规范规定结合隧道设计来确定。

关键词：围岩分级；设计；三台阶临时仰拱法；监控量测

Abstract

The design of the main structure of the Nine-two tunnel design, including the classification of the surrounding rock, lining the internal force calculation, lining reinforcement and construction methods to monitor the measurement design.

The classification of the surrounding rock is mainly based on the design data provided in conjunction with the "Railway Tunnel Design Code" (GB 10003-2005) provisions to determine the initial determination by the standard after the amendment to determine the final grade results.

The internal force calculation of this design is carried out using ANSYS finite element software. The input parameter generation model is used to convert the surrounding rock load into the node load during the modeling process. And then finishing the resulting bending moment, shear and axial force data, the next step reinforcement work. Reinforcement with symmetrical reinforcement (lining unit with the largest security reinforcement results unified reinforcement).

Tunnel construction using three steps of temporary inversion method for the design, monitoring and measurement based on the provisions of the specification combined with the tunnel design to determine.

Key Words: Surrounding rock classification; design; three step temporary inversion method; monitoring measurement

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 隧道概况 1

1.1 设计任务及要求 1

1.2 隧道工程概况和工程地质简述 1

1.2.1 隧道工程概况 1

1.2.2 地形地貌 1

1.2.3 地层岩性 1

1.2.4 地质构造及地震烈度 2

1.2.5 水文地质条件 2

1.2.6 不良地质问题 3

1.2.7 气象资料 3

1.3 围岩分级 3

1.3.1 隧道围岩等级确定 3

1.3.2 隧道围岩等级修正 4

第二章 隧道衬砌结构计算 7

2.1 隧道埋深情况 7

2.2 隧道深、浅埋的确定及围岩压力计算 7

2.2.1 隧道深、浅埋的确定 7

2.2.2 围岩压力计算 7

第三章 衬砌内力计算（ANSYS建模计算） 10

3.1 ANSYS建模方法的选取 10

3.2 建模要点 10

3.3 建模过程 11

第四章 衬砌配筋计算 33

4.1 计算依据 33

4.2 相关参数 33

4.2.2 偏心受压计算 33

4.2.3 抗剪设计及斜截面抗剪验算 38

4.2.4 弯矩平面内正截面承载力复核 42

4.2.5 最大裂缝宽度验算 49

4.2.6 结构构造要求复核 53

4.2.7 钢筋选择最终方案 53

第五章 防排水设计 54

5.1 洞内防排水 54

5.2 洞外防排水 54

第六章 超前加固措施 55

6.1 超前地质预测预报 55

6.2 长管棚 55

6.3 小导管 57

第七章 施工方法 60

7.1 三台阶临时仰拱法施工 60

7.2 三台阶临时仰拱法施工工序 61

第八章 监控量测 63

8.1 监控量测测点布置 63

8.2 监控量测频率 64

8.3 监控量测方法与数据分析反馈 65

结束语 66

参考文献 67

致谢 68

第一章 隧道概况

1.1 设计任务及要求

通过本次毕业设计，要求掌握铁路隧道的设计过程并在老师指导及同学讨论下自主完成设计。铁路隧道设计过程包括选线、线型设计、隧道洞口位置及形式的选择与优化、根据不同围岩性状选择支护类型和施工的方法；隧道围岩的荷载计算以及隧道内力计算（本设计采用ANSYS软件建模计算）、围岩配筋及结构安全性验算；一些相关辅助施工的了解与相关环境评价等。

结合九合二号隧道设计过程，培养个人设计能力与学习能力，扩大知识面，掌握相关设计软件（本设计采用ANSYS）与绘图软件，提高对专业知识的认知，最后完成隧道的设计任务。

1.2 隧道工程概况和工程地质简述

1.2.1 隧道工程概况

九合二号隧道位于兰州皋兰县九合镇。隧道起讫里程HK6 917~HK9 787，全长2870m。为双线隧道，洞身纵坡依次为2393m的10.5‰，387m的10‰。为单面上坡，坡度隧道洞身99.8m（左线）、右线109.8m（右线）位于直线段外，其余部分均在曲线段上，在隧道进口区域处曲线的半径为1200m,隧道出口处曲线的半径800m。隧道进口位于京藏高速南侧路基下，有施工便道通过；出口位于京藏高速北侧约100m，有小路到达。进出口交通较为便利。

1.2.2 地形地貌

九合二号隧道处所处地区为中低山区，山区内地面起伏不平，有时变化较陡，自然形成的坡度一般为20°~45°。山谷中沟壑较多，经常可以看见 “U”字型地貌，地面高程一般为1580~1790m。此外山山体植物稀少，岩体多裸露在外，风积砂质黄土在山顶缓坡与不陡的地方经常覆盖。

1.2.3 地层岩性

九合二号隧道洞身通过的地层主要有三统，包括第四系全新统、第三系中新统和第四系上更系统。

第四系全新细砂（）统（）主要含有人工填土（）、砂质黄土（）、粉质粘土（）和细圆砾土（）。其中人工填土（）主要是因为隧道上部高速公路的路基填方与挖方弃置的无用土体，多存在于隧道进口段，土体的厚度可达3m左右，土颗粒多为粉粒状，土体均匀稍湿，密度一般；砂质黄土（）多存在于于沟谷的地表，厚度较厚，一般为10m，土颗粒的成份多为粉粒，土质较为均匀；粉质粘土（）主要存在于冲积沟，土质不均匀且厚度较薄一般为2m；粉土（）主要分布在冲积沟谷的砂质黄土或砂类土的下方，厚度较薄一般2m；细砂（）主要存在于冲沟地表或以层状的形式分布在砂质黄土的下面，厚度一般为3、4m；细圆砾土（）主要以很薄的层状或透镜形态存在于冲沟内的砂类土之下，厚度比较薄，一般为1m左右。