简述铁路隧道衬砌结构类型的选择及计算.pdfVIP

简述铁路隧道衬砌结构类型的选择及计算

摘要：隧道衬砌种类多样，本文以Ⅴ级围岩下一段标准铁路隧道为依托，根

据围岩的等级及地质特点，对隧道洞身衬砌类型的确定进行简要论述并检算。

关键词：隧道、衬砌

1、工程概况

1.1设计概况

杜家沟隧道长51m，位于低山丘陵区，为一段标准单线铁路隧道。地形陡竣，

沟梁相间，山间沟谷多呈U型，沟谷中现已开恳为稻田，多呈阶梯状分布，海

拔高程为200～230m，相对高差20～40m。

1.2工程地质情况

工点范围内地层为第四系全新统洪积的粉质黏土，下伏白垩系砾岩夹砂岩，

无断裂构造。

1.3工程水文情况

工点内沿山体坡面处据调查未发现地下水出露。山间沟谷中为季节性流水

沟，勘测期间沟谷中地表径流较小，主要是稻田灌溉水。沟谷中地下水水位埋深

0～2m，属第四系松散层中的孔隙水，水量丰富，水质较好，其补给来源主要为

稻田灌溉水及大气降水，无侵蚀性。

2、隧道衬砌结构类型的选择

2.1隧道衬砌结构类型

从衬砌施工工艺方面将隧道衬砌的形式分为以下4类：

⑴整体式模筑混凝土衬砌

就地灌筑混凝土衬砌，工艺流程为：立模—灌筑—养护—拆模。特点是对地

质条件的实用性较强，易于按需成形，整体性好，抗渗性强，并适用于多种施工

条件，如可用木模板、钢模板或衬砌模板台车等。

⑵拼装式衬砌

拼装式衬砌是将衬砌分成若干块构件，这些构件在现场或工厂预制，然后运

到坑道内用机械将它们拼装成一环接一环的衬砌。特点是拼装成环后立即受力，

便于机械化施工，改善劳动条件，节省劳力。目前多在使用盾构法施工的城市地

下铁道中采用。

⑶锚喷衬砌

当岩壁不够稳定时，可加设锚杆、金属网和钢架，这样的喷锚支护形式叫锚

喷衬砌，为目前常用的一种围岩支护手段，适用于各种围岩地质条件，常作为初

期支护衬砌，若作为永久衬砌，一般考虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩良好、完整、稳定的

地段中采用。

⑷复合式衬砌

复合式衬砌把衬砌分成两层或两层以上，可以是一种形式、方法和材料施工

而成的，也可以是不同形式、方法、时间和材料施工而成的。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，也是目前隧道工程常采用的衬

砌形式。

2.2隧道类型的选择

由于复合式衬砌的初期支护可以满足初期支护施作及时、刚度小易变形的要

求，且与围岩紧密，从而能保护围岩和加固围岩，促进围岩的应力调整，充分发

挥围岩的自承作用。它既能容许围岩有一定的变形，又能限制围岩产生有害变形。

二次衬砌完成后，衬砌内表面光滑平整，可以防止外层风化，装修内壁，增强安

全感。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。

结合各种衬砌的特点及隧道的综合情况，本隧道采用复合式衬砌。由于隧道

围岩级别为V级，所以采用喷锚支护，复合式衬砌。

初期支护：开挖后，拱墙处设置间距1m、长2.5m锚杆，围岩破碎段拱墙、

仰拱铺设钢筋网，然后喷混凝土。必要时铺设钢拱架。

二次衬砌：采用筑模台车浇筑而成，二衬厚度35cm。

3、衬砌的计算及检算

3.1围岩压力计算

3.1.1弹性链杆法

基本原理

⑴采用―局部变形原理‖的弹性地基来模拟围岩。

局部变形理论：认为地层表面某点上施加的外力只会引起该点产生沉陷（变

形），外力与沉陷之间为非线性关系。

共同变形理论：认为地层表面某点上施加的外力不仅会引起该点产生沉陷

（变形），而且会引起附近的地层也产生沉陷变形，外力与沉陷之间为非线性关

系。

⑵将衬砌与围岩所组成的衬砌结构弹性散化为有限个衬砌单元和弹簧单元

所组成的组合体。

⑶确定由主动荷载直接作用在计算模型上所引起的变形，调整弹簧单元的设

置使其与衬砌变形相协调。

⑷计算衬砌内力。

根据必威体育精装版的铁路隧道设计规范可知单线深埋隧道衬砌时，围岩压力按松散压

力考虑，其垂直及水平均布压力的作用标准值可按下列规定计算。

3.1.2垂直匀布压力可按下式计算确定

q=γh，h=0.41×1