摘 要

本文主要对中川铁路北环隧道进行结构设计，让我们在本科阶段熟悉整个隧道设计过程，并掌握其中一些关键的设计方法和思路。通过对隧道原始设计资料及工程地质条件分析，对照铁路隧道规范对其进行围岩分级，拟定隧道断面及衬砌结构；计算出围岩压力进一步用ANSYS软件进行有限元分析，并用ANSYS输出内力图；手动对衬砌结构进行配筋，保证隧道结构稳定；最后简单地介绍了超前支护措施、隧道施工方法及监控量测方案，确保施工安全。

设计结论：这是我们第一次对隧道进行设计合结构计算。由于隧道的特殊结构及其受地质条件影响比较大，所以其设计和施工方法不同于桥梁和道路：隧道的配筋为全截面统一配筋且安全系数更高，在开挖隧道之前需先进行超前支护措施。

关键词：中川铁路；隧道设计；ANSYS建模；隧道配筋

Abstract

This article mainly on the Zhongchuan Railway North Central tunnel structure design, let us in the undergraduate stage familiar with the tunnel design process, and master some of the key design methods and ideas. Through the analysis of its original design data and engineering geological conditions, the classification of the surrounding rock is carried out according to the railway tunnel specification, and the tunnel section and lining structure are formulated. The finite element analysis of the surrounding rock pressure is carried out by ANSYS software, and ANSYS is used to output the internal force diagram. Manual reinforcement of the lining structure to ensure the stability of the tunnel structure; Finally, a brief introduction to the advance support measures, tunnel construction methods and monitoring measurement program to ensure the safety of construction.

Design conclusion: This is the first time we have designed the tunnel to calculate the structure. Due to the special structure of the tunnel and its impact by the geological conditions are relatively large, so its design and construction methods are different from the bridge and the road: The reinforcement of the tunnel is uniform reinforcement of the whole section and the safety factor is higher. It is necessary to carry out the advanced support measures before excavating the tunnel.

Key Words：Zhongchuan Railway; Tunnel design; ANSYS modeling; Tunnel reinforcement

目 录

第一章 绪论 1

第二章 工程概况 3

2.1隧道工况 3

2.2工程地质和水文地质特征 3

2.2.1工程地质特征 3

2.2.2地质构造 4

2.2.3水文地质特征 4

2.2.4不良地质、特殊岩土 5

2.2.5地震烈度及气象资料 5

第三章 围岩分级 7

3.1围岩分级标准 7

3.2基本分级 7

3.3围岩级别修正 7

3.3.1地下水状态分级 7

3.3.2初始应力状态 8

3.4确定围岩分级 8

第四章 围岩和衬砌压力计算 9

4.1围岩压力计算方法 9

4.1.1竖直均布压力 9

4.1.2水平均布压力 9

4.2 衬砌内力计算 12

4.2.1衬砌参数 12

4.2.2有限元建模 14

第五章 配筋计算 27

5.1计算参数 27

5.2偏心受压 27

5.3配筋计算 28

5.3.1拱顶截面 28

5.3.2侧墙顶部截面 30

5.3.3侧墙底部截面 31

5.3.4底板跨中截面 32

5.4全截面配筋及截面复核 33

5.4.1拱顶截面 33

5.4.2侧墙顶部截面 34

5.4.3侧墙底部截面 36

5.4.4底部跨中截面 37

5.5抗剪配筋 38

5.6抗裂验算 40

第六章 超前加固措施 45

6.1超前支护施工 45

6.1.1管棚施工 45

6.1.2超前小导管施工 47

第七章 施工方法 51

7.1三台阶临时仰拱法施工工序 51

7.2三台阶临时仰拱法施工要求： 53

7.3临时设施 53

第八章 监控量测方案 55

8.1监控量测技术要求 55

8.2监控量测项目 55

8.3监控量测断面及测点布置原则 56

8.4监控量测频率 58

8.5监控量测控制基准 58

参考文献 60

附录A 61

附录B 63

附录C 65

附录D 67

附录E 69

附录F 75

附录H 81

致谢 83

第一章 绪论

我国幅员辽阔，除了地势较为平坦的平原地区之外，我国将近有70%的土地被山区覆盖。山区地势起伏变化，是不利于铁路的铺筑和行驶的，并且山区地形比较复杂，铁路绕行不仅增加了路程，选线也较为繁琐。这时铁路在翻越一些地形较为复杂的大山时，可以采用开挖隧道的方案来铺筑铁路，不仅可以使线路平顺，避免许多不必要的展线，缩短线路长度，还可以使坡度平缓，大大改善了运营条件。

此次毕业设计是本科教育阶段最为重要的环节，是将理论与实际相结合的环节，学生运用三年来所学过的所有理论知识对一个结构进行完整的设计，其中包括对原始资料的分析，荷载和工况的确立，模型的建立，内力分析，配置钢筋，施工阶段设计，毕业设计说明书的书写等，所包含的知识很多，并且还要求我们学会查阅规范运用软件来解决工程问题。所以这次毕业设计我要结合工程原始设计资料和规范，对中川铁路北环隧道进行围岩分级、衬砌结构设计、配筋设计及选定施工方案，并且熟练应用CAD来画工程设计图，运用ANSYS进行有限元分析建立受力模型，熟悉论文的书写模式，培养实事求是的科学精神和一丝不苟的工作信仰，从而有利于我们毕业后更快地适应工作环境。