摘 要

石头山隧道是一条全长307m的线隧道，进口里程为DK170 935，出口里程为DK171 242。该隧道通行列车时速为160Km/h，该设计按以下步骤进行：1确定隧道洞口位置并完成洞门结构设计；2衬砌的选择及验算；3进行施工组织设计等。

该设计依据石头山隧道的实际工程资料展开隧道设计，因此采用以下顺序对该隧道一步一步设计： 第一了解石头山隧道的工程地质资料，并对石头山隧道有一个大概的了解并在自己的大脑里对该隧道有一个构思，紧接着对隧道洞口位置选择，对洞门选择并依据理论公式对洞门的强度以及稳定性进行检算，符合安全标准要求；第二隧道衬砌的选择，依据设计规范初步明确横断面的断面形式和各部分尺寸，接着对作用在隧道结构上的荷载进行计算，并对II级和III级围岩展开衬砌结构设计、计算及验算，通过理正岩土计算设计软件对衬砌内力进行检算，计算结果在预期的范围内，符合工程安全要求；第三按照设计报告书，用AUTOCAD绘制进出口图、衬砌图和洞身图，

关键词: 双线隧道；洞门；衬砌 ；结构计算；施工组织；

abstract

The stone mountain tunnel is a full-length 307m line tunnel with an import mileage of DK170 935 and an export mileage of DK171 242. The speed of the tunnel is 160Km/h. This design will be carried out according to the following steps: 1 to determine the location of the tunnel entrance and to complete the design of the tunnel portal structure; the selection and checking calculation of the 2 lining; 3 to carry out the construction organization and design.

The design is designed according to the actual engineering data of the stone mountain tunnel. So I will design the tunnel step by step in the following order: first understand the engineering geological data of the stone mountain tunnel, and have a general understanding of the stone mountain tunnel and have a conception on the tunnel in his own brain, followed by the right connection. The selection of tunnel entrance is selected and the strength and stability of the portal are checked and calculated according to the theoretical formula. It meets the requirements of the safety standard. The selection of the second tunnel lining, according to the design specification, clearly defines the cross-section form and the size of the sections, and then calculates the load on the tunnel structure. At the same time, the lining structure design, calculation and checking calculation of II and III class surrounding rock are calculated. The lining internal force is checked by the lining design software of the tunnel lining. The calculation results are in the expected range and meet the safety requirements of the project. Third according to the content I designed, 3-4 drawings of A2 drawing are drawn with AUTOCAD, and the request of hand drawing is drawn. Making import and export charts, lining drawings and cave drawings,

Key words: single track railway tunnel; portal; lining; structural calculation; construction organization

目录

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究目的和意义 1

第二章 石头山隧道工程概况 2

2.1地貌特征 2

2.2地层岩性地质构造 2

2.3水文地质条件 2

2.4不良地质 2

2.5工程地质条件 2

第三章 石头山铁路隧道主体结构设计 3

3.1设计标准及主要依据 3

3.2设计范围 3

3.3隧道选址 3

3.3.1隧道位置选择 3

3.3.2隧道洞口位置的选定 4

3.4隧道的平、纵断面设计 5

3.4.1隧道平面设计 5

3.4.2隧道纵断面设计 5

3.5隧道建筑限界及衬砌内轮廓设计 5

第四章 隧道洞门设计 7

4.1洞门形式选择及尺寸拟定 7

4.2进出口洞门建筑材料 8

4.3洞门稳定性验算 9

第五章 隧道衬砌设计 14

5.1隧道衬砌类型的选择 14

5.1.1 衬砌与支护类型 14

5.1.2隧道衬砌类型的选定 14

5.2初期支护设计 16

5.3二次衬砌设计 16

第六章 衬砌结构检算 17

6.1围岩压力的确定 17

6.2衬砌结构内力计算 19

6.2.1计算方法 19

6.2.2参数设置 19

6.3衬砌截面强度检算 25

第七章 施工组织设计 27

7.1编制原则和依据 27

7.2施工方法的选择 27

7.3开挖方法的选择 28

7.4衬砌的施工 29

7.5隧道避车洞设计 29

7.6排水 29

第八章 设计总结 30

致谢 31

参考文献 32

附录 33

绪论

1.1研究背景及国内外研究现状

现在的中国，经济实力的不断提高，对我国的铁路运输的需求越来越大。而且相对于其他的交通运输，铁路在长途运输中具有举足轻重，至关重要的作用。我国中西部山地居多，因此很多时候需要开挖隧道修建铁路。中国的地质构造复杂，要求我们以更高标准要求自己进行铁路隧道的设计与施工。而且对隧道的工程质量、耐久性、稳定性、安全性等方面提出了更高的要求。

随着高素质人才的不断探索，隧道的用途拓展的很宽泛，国内外隧道设计与施工的研究硕果累累，各种新的技术不断成熟与发展应用到了隧道的设计与施工过程中，对铁路隧道建设的技术不断革新与发展，而且通过很多的工程实践归纳的到了一套较为完整的隧道设计与施工的理论与规范，并且成功的应用在隧道建设中屡试不爽。

1.2研究目的和意义

铁路隧道作为宝贵的地下空间资源的一种，现在已经对于城市发展起着不可磨灭的意义并且铁路隧道的发展成为着城市基础设施建设的重要一环。在中国广袤的版图上，一条条铁路穿过崇山峻岭将东西南北链接到一块。期间通过铁路隧道而创造出重大的经济和社会效益不言而喻。铁路隧道可以缩短铁路修建的里程减少占地面积，节省空间，减少对环境破坏，总而言之，铁路隧道的修建可以称它为交通发展的功勋人员。随着我们对铁路隧道的不断深入研究，为它投入自己特别多的心血，让使铁路隧道迸发出强劲的生命力，无论在技术创新方面，还是施工创新等方面都成果斐然。

如若想要设计并修建好一条符合工程安全规定并具有较长使用年限且又美观的铁路隧道，对于我们设计者有较高的要求，除了掌握地下空间工程，地质学以及相关力学相关方面的知识外还的具有高的综合素质，以及各种风险方案的应急处理能力。学科发展的目的是为了让我们更好的将所学知识运用到实际工程中去。一些新技术的产生以及在隧道灾害预测的实际情况中应用不但有助于新技术的发展而且对于当我们在设计与施工中，可以减少很多潜在的隧道灾害事故的发生，不但避免了不必要的事故的发生，而且保证了施工的安全，同时节省了大量的开支，和没必要的成本投入。

第二章 石头山隧道工程概况

2.1地貌特征

石头山隧道处于低山区，谷地呈现窄条带状，植被发育良好，该隧道绝对标高650~735m，高差为85m，自然坡度为30度到40度，可以依稀看到裸露的基岩，从上到下，有极个别村庄，隧道的左边是一条公路，使得材料运输比较方便。

2.2地层岩性地质构造

山坡局部表层为dl elQ粉质黏土还有黏土的厚度在3m之内；岩石为主要由T_IJ灰岩，块状溶崩角砾岩构成，颜色呈现灰色，有一部分为褐黄，岩石的结构致密，质纯而且坚硬，节理发育。岩层比较破碎而且弱风化，并且表层的溶蚀现象比较严重。

2.3水文地质条件

石头山隧道的地下水，主要由岩溶裂隙水构成，一年四季的水量受季节降水影响比较大，尤其当雨季的时候，天空将降雨补给地下熔岩裂隙水。石头山隧道的路肩比水位标高低30米以下，所以大型涌水，涌泥等破坏不可能发生。但有一点比较值得注意的是，天降大雨的时候，由于隧道处于岩溶发育垂直渗流带内，施工时有可能发生小规模灌水，涌泥的现象，所以，应提前做好相应的防护措施。

2.4不良地质

石头山隧道岩溶发育，在施工时间段内如果恰巧遇到了降水的情况，赶上了雨季，那就必须要做好相应的预防措施，多筹备些排水，排泥装置，做好排水措施和堵水措施。

2.5工程地质条件

石头山隧道围岩基本分级为：从DK170 936~到DK170 950 呈III级围岩；从DK170 950~到DK171 195 呈II级围岩；从DK171 195~到DK171 240 呈III级围岩。本地的地震峰值加速度为0.05g。工程所需要的砂料需要通过远距离的运输，石料就地取材即可，另外特别注意隧道施工时的排水工作。

第三章 石头山铁路隧道主体结构设计

3.1设计标准及主要依据

(1)《铁路隧道设计规范》；

(2)《混凝土设计规范》；

(3)《铁路隧道施工规范》；

(4)《宜万隧参》03

（5）《建筑结构载荷规范》

（6）《地下工程防水防水技术规范》

（7）《铁路工程喷锚构筑技术规范》

3.2设计范围

石头山隧道长度为307米,我将以认真的态度对这条隧道倾注自己的心血，运用自己所学的知识从DK170 935到DK171 242的范围内开挖一条安全,稳定,使用年限比较久的隧道.

3.3隧道选址

3.3.1隧道位置选择

石头山铁路隧道位置的挑选，要尽量避免穿越工程地质以及水文地质比较难,而且不利于施工的地方,并且隧道所处的位置地层要稳定,综合考虑各种条件如工程造价,施工安全,施工方便,难易程度等一系列的因素。在进行隧道位置的选择时,依据相关的标准手册参考相关遥感,地形图等资料进行分析比选，从中选出一个满足早进晚出的原则的合理的位置。

通过对石头山铁路隧道的地质图,地质资料、石头山隧道的横断面图、石头山隧道的纵断面图和石头山隧道全图等资料的综合分析，经过综合考虑我选择最佳的位置。具体见附录G

3.3.2隧道洞口位置的选定

洞口是隧道进出的咽喉，又是隧道施工中的主要通道。洞口位置的选择好坏，将直接影响隧道施工，造价，工期和运营安全。在选择隧道洞口的时候我们要结合地形,地质,水文条件进行分析并结合施工，运营条件以及洞口的相关工程等综合分析,隧道应该满足早进晚出的条件外还需要满足以下条件

[1]洞口位置的选择规避容易发生地质灾害的地段，否则对于施工以及维护等造成严重影响得不偿失。

[2]洞口的位置排水一定要方便，总所周知洞口周围地势相对较低一点山上的流水往下流动流动到这个位置如果排水不便很容易造成积水，不宜于设置洞口所以充分考虑洞口排水

[3]切记不要将洞口设置在悬崖峭壁上，否则除了给设计隧道的人增加麻烦外还有就是给施工者造成一个不安全的施工环境。洞口处于一个方便的地方不仅有助于施工的顺利进行而且有助于高水准作业的顺利进行

[4]洞口应尽可能多伸出隧道一部分这样有助于避免洞口处发生塌方，落石以及泥石流等自然灾害对于隧道的破坏而且也可以避免山上的水流进隧道对行车造成通车影响

[5]设计洞口的时候要相应的对等高线有一定的参考，在后期通过地质上的等高线就可以了解到洞口的位置所以在设计的时候应当将隧道洞口与等高线对应起来，而且为以后衬砌计算，埋深等做一个相应的准备，让石头山隧道有一个良好的受力条件

[6]隧道设计应该选择一个交通方便的地方，就石头山隧道来说距红建公路比较近所以交通便利而且排土场要建立在附近，这样有助于减少运输上的物力以及人力

[7]对于隧道的施工尽可能做到以人为本的原则，尽可能的不要影响打扰到周围居民的生活和休息，所以选择隧道洞口位置时要远离居民区，避免发生一些没有必要的纠纷以及影响。

综上所述，我们应该结合以上的注意事项并结合隧道设计手册重视隧道洞口的选择，而且它的设计和洞身一样重要，我们应综合而又全面考虑。所以最终确定洞口位置在出口DK170 935出口位置在DK171 242

3.4隧道的平、纵断面设计

3.4.1隧道平面设计

根据石头山铁路隧道的地质图所示，我了解到这条隧道处在一个地质条件相当良好的位置，在这个地方是施工，困难系数相对很小而且施工环境还相当不错，不用担心一些常见的危害发生，通过仔细阅读石头山隧道地质纵断面图，发现石头山铁路隧道条件相当优越，石头山铁路隧道周围没有受到地形和不良地质的影响，通过认真仔细的考虑，决定石头山铁路隧道采用直线隧道。

3.4.2隧道纵断面设计

经过分析考虑石头山铁路隧道将采用单坡道。理由如下，通过我对上石头山隧道的了解，石头山隧道里程共307米，按照分类条件它属于短隧道，而且石头山隧道处在一个工程地质良好的环境之中，很明显单坡道由于出入口间高程差较大有利于通风对于新鲜的风流很容易出入隧道，污浊的空气流出隧道，即有助于自然通风。

石头山铁路隧道基本处于平坡状态。长度为307米，坡度才16%。根据据石头山铁路隧道的情况，我们首先对标高的选顶，以及把基本工作做好，这有对于石头山铁路隧道的设计有极大的帮助。

3.5隧道建筑限界及衬砌内轮廓设计

隧道净空是指衬砌内轮廓线所确定的空间，依据隧道界限所确定。隧道建筑界限是为了保证隧道内的交通工具安全正常运行，即规定了一定空间大小的没有任何障碍物的空间范围建筑界限就相当于你的最大的活动空间，石头山铁路隧道的建筑限界需要我们考虑好多的东西比如隧道内的管道什么的各个设施，而且我们要了解内部设施的尺寸断面等，以及隧道内部各个部分的必要界限和轮廓线。通过这些尺寸，我们就得到一个具体的范围，这个范围就是我们满足整个隧道所布置各种设备的需求空间，除了这些，还需要考虑隧道的通风条件好坏、照明、电力等设备的运行方便等。在我们设计隧道界限时候可以依据设计规范进行断面尺寸的选择，以及确定各级建筑界限

石头山单线铁路隧道的建筑界限，我是按照《铁路隧道设计手册》以及宜万隧参03等资料选用的，具体参数如下图3.1、3.2所示。

图3.1 隧道建筑限界

图3.2 隧道衬砌内轮廓

第四章 隧道洞门设计

4.1洞门形式选择及尺寸拟定

石头山隧道洞门设计内容为洞门高度、洞门类型等，其中包含挡土墙厚度以及的选定。当车辆通过隧道时，第一个看到的是洞门，洞门要做到的不仅美观而且要与山坡植被共存。洞门首先得保证岩土体的稳定性确保当滚落的石头不能破坏，使得通行列车安全驶入，平安驶出，根据实际情况，挑选合理恰当的洞门，其次考虑洞门美观性。洞门的顶面设置水沟，将端墙背面排水沟汇集的地表水排至路堑边沟内使其避免流到隧道内。

在石头山隧道的进口里程和出口里程处，围岩级别低稳定性比较好，而且没有大的破坏条件或其他影响因素，除此之外隧道进出口地形比较开阔，尽管这是很少见的良好地形，但也的做好预防措施，保证掉落下来的岩石不能将其破坏，进出口条件相似，所以进出口最好都采用端墙式洞门。

依据《铁路隧道设计手册》规定，石头山隧道必须严格遵守，其洞门尺寸在规定允许的范围内进行设计：仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不应小于1. 5 m，洞门端墙顶高出仰坡坡脚不应小于 0.5 m，洞门端墙与仰坡间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不宜小于 1m。基础应置于稳固的地基上，并埋人地面下一定深度，土质地基埋人的深度不应小于 1 m，岩质地基埋人的深度不应小于 0.5 m , 并应低于洞口沟槽的基底。。

石头山隧道洞门设计参数如下:

1、洞门墙体厚度2m，墙面坡度1:0.1，地基埋深2m。

2、洞口仰坡坡度1：0.75。

以石头山隧道的进口洞门为例，洞门的正面图和剖面图绘制如下图4.1和4.2所示：

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