寒区硬岩隧道冻胀力的量值及分布规律
第28卷,第1期 中国铁道
科学Vol 128No 11
2007年1月 C HINA RA IL WA Y SCIENCE
J anuary ,2007
文章编号:100124632(2007)0120044206
寒区硬岩隧道冻胀力的量值及分布规律
范 磊,曾艳华,何 川,程小虎
(西南交通大学隧道与地下工程系,四川成都 610031)
摘 要:根据寒区硬岩隧道冻胀力产生的机理,推导冻胀力的计算公式,并以此得出冻胀力的分布规律服从正态分布。采用半公式半经验的方法,即“等效弹性当量系数法”计算出冻胀力的量值。衬砌结构所受的冻胀力是由衬砌结构与围岩之间积存的水体冻胀引起的,其方向始终垂直于衬砌结构。积存的水体深度主要取决于施工因素,可近似为毛洞超挖的高度。冻胀力的大小与衬砌结构和冰的弹性当量系数的平均值、围岩的弹性抗力系数的平均值、水的冻胀率和积存水体的深度等有关,其量值随围岩级别的不同而有所差异,通常情况下冻胀力取019～1143MPa ;而对冬季地下水仍很丰富的地区,其冻胀力取为0192～2131MPa 。当其它因素一定时,冻胀力随衬砌结构弹性当量系数的增大而增大,说明衬砌结构刚度的增加对抑制冻害不利,因此衬砌结构宜柔不宜刚。
关键词:衬砌结构;冻胀力;量值;分布规律;寒区硬岩隧道 中图分类号:U451 文献标识码:A
收稿日期:2006206221;修订日期:2006211215 基金项目:四川省科技资助项目
作者简介:范 磊(1977—
),男,四川南部人,助理工程师。 在寒区修建的隧道都不同程度地遭受冻害,威胁隧道的正常运营。冻害导致隧道破坏的形式有:隧道衬砌结构部分被推出,甚至隧道整体塌陷;隧道衬砌产生大面积剥落、裂缝;隧道拱部和侧墙发生冻结形成冰柱和壁冰,到夏季可能导致融解漏水,甚至涌水等[1]。对已建成的寒区隧道的调查显示,在日本北海道和我国东北地区发生严重冻害现象的隧道中,80%以上是岩质隧道。
《铁路隧道设计规范》中明确规定最冷月平均温度低于-15℃和受冻害影响的隧道要考虑冻胀力的作用[2]。因此,在对高海拔严寒地区隧道的设计中应考虑冻胀力这一可变载荷对衬砌结构的作用。本文从冻胀力产生的机理出发,研究硬岩隧道所受冻胀力的量值及其分布规律。
1 冻胀力的成因和产生机理
在寒冷地区开挖隧道以后,原有稳定的封闭热力系统遭到破坏,代之以开放通风对流,没有太阳热辐射的新的热力系统,从而使隧道围岩处于季节冻土(岩)或多年冻土(岩)的条件下。当围岩裂隙和孔隙中的水冻结时,发生体积膨胀,这种体积
膨胀受到隧道衬砌和未冻岩体的约束时,冻结围岩便对隧道衬砌产生作用力,这就是围岩的冻胀力。
冻胀力在本质上属形变压力,与坍塌岩块重力引起的松散压力相比,它有2个显著特点:冻胀力的量值同结构的刚度有关;冻胀力的量值和分布同周围冻融介质(包括土体和水体分布)有关。在硬岩隧道中,由于岩石本身无冻胀或者冻胀很小,可忽略不计,衬砌结构所受的冻胀力主要是由衬砌与围岩之间积存的水体冻胀引起的[3]。由于岩石隧道开挖面不规则,超、欠挖的现象普遍存在,特别是20世纪90年代以前开挖的隧道受到“宁超勿欠”观念的影响,超挖的现象特别严重,且硬岩隧道的最大超挖多出现在拱肩处,因此,在施工中很难将衬砌结构与围岩紧密贴合在一起,在衬砌与围岩之间留有存水空间。特别是在拱顶部位,由于混凝土浇注工艺方面的原因,这种空间是普遍存在的。可见硬岩隧道中产生的冻胀力主要取决于施工条件。
2 冻胀力的计算公式
211 计算模型
本文采用文献[3]提出的局部积水冻胀模型,
计算隧道衬砌所承受的冻胀力。由于文献[3]在推导冻胀力的公式时忽略了冰本身也是弹性体,计算结果会有一定的误差,故本文对硬岩隧道冻胀力的计算公式进行修正和推导。由于开挖面不平整、初期支护不平顺等原因,使得衬砌背后留有局部存水空间,一旦存水结冰便产生冻胀力,冻胀力的方向垂直于衬砌结构。岩石在冻胀力的作用下体积变化相当小,故可以忽略不计。为了简化计算,假定横断面上存水空间为三角形,如图1所示
。
图1 计算模型
212 计算公式的推导
衬砌结构及围岩之间的水在结冰时,因体积膨胀而产生冻胀力,冻胀力的作用将使衬砌、冰体和
围岩产生一定的形变位移且三者之间的变形位移满足变形协调条件,即在围岩与冰体的接触点处围岩和冰体的位移相等,在衬砌与冰体的接触点处衬砌和冰体的位移相等。由于产生冻胀力的根本原因是水在结冰的过程中体积发生膨胀而受到围岩与衬砌结构的约束形成的,由此不难发现,结冰时体积的膨胀会使水体内的每一点都产生一定的位移。为了分析问题的方便,用高等数学中微元理论将图1计算模型沿环向分成n 等分。
首先对第i 等分进行分析。假定在单位冻胀力1M Pa 的作用下第i 等分上围岩与冰体接触点A i 的位移为δr i (i =1～n )、
第i 等分上衬砌与冰体接触点B i 的位移为Δl i (i =1～n ),由于每一等分都相当薄,因此可认为单位纵向长度上第i (i =1～n )等分上的水在结冰时只沿径向发生位移,其环向位移忽略不计。根据第i 等分上的水结冰产生的冻胀力的成因可知,在径向方向上发生位移时,靠近衬砌一侧的水在结冰时会向衬砌方向发生位移,而靠近围岩一侧的水在结冰时会向围岩方向发生位移。为使研究问题简化,令在结冰的过程中径向长
度中间的等分点O 的水不发生位移,其左侧的水向围岩一侧发生位移,其右侧的水向衬砌一侧发生位移。根据上述假设,现用三个串联的弹簧来模拟围岩、冰和衬砌的变形,见图2所示
。
图2 冻胀力计算模式
图中P 代表水结冰后产生的冻胀力,K r i 和K l i
分别为围岩和衬砌的弹性抗力系数,中间弹簧的变形来代替水结冰时发生的变形位移,其弹性当量系数为K i i 。在单位冻胀力P =1M Pa 作用下,A i 点和B i 点处的位移分别为
δr i =
1K r i +K i i
(1) Δl i =
1
K l i +K i i
(2)
原水体的体积为
Ω0=12
ltB (3)式中:B 为水体纵向长度;t 为水体深度;l 为水体环向长度。
由位移沿水体环向长度积分得到因衬砌和围岩位移而产生的空间体积增量为
Ω1=PB
l
n
∑n i =1
(Δ
l i
+δr i )(4)
将式(1)和(2)代入式(4)可得: Ω1=PB l
n
∑
n
i =1
1K l i +K i i +1K r i +K i i
(5)
根据水冻胀时的膨胀特性,水体膨胀量为 ΔΩ=αΩ0=12
αltB
(6)式中:α为冰的冻胀率。
由上述变形协调条件可知:水结冰膨胀所增加的体积与衬砌和围岩在冻胀力作用下发生变形位移
后产生的空间体积增量相等。即ΔΩ=Ω1,所以由
式(5)和式(6)可得冻胀力:
P =n αt
2∑
n
i =1
1K l i +K i i +1
K r i +K i i
=
αt
2
1
K lm +K im
+
1
K rm +K im
=
αt (K lm +K im )(K rm +K im )
2(K lm +2K im +K rm )
(7)
式中:K rm 为围岩的弹性抗力系数的平均值;K lm
5
4第1期 寒区硬岩隧道冻胀力的量值及分布规律
为衬砌结构的弹性当量系数的平均值;K im为冰的弹性当量系数的平均值。
从冻胀力的计算公式可看出:当其他因素一定时,随着隧道衬砌结构的弹性抗力系数值的增大,冻胀力也会随之增大。这说明随着衬砌结构刚度的增加,冻胀力是有增无减,不利于抑制冻害,这与文献[3]提出的观点是一致的。
3 冻胀力的分布规律
从式(7)可见,冻胀力除了与衬砌结构的弹性当量系数的平均值、围岩的弹性抗力系数的平均值、冰体的弹性当量系数的平均值有关以外,还与水体的深度和水的冻胀率有关。从相关统计资料中查出的各类围岩的弹性抗力系数平均值为:Ⅱ级围岩1500MPa?m-1;Ⅲ级围岩850M Pa?m-1;Ⅳ级围岩350M Pa?m-1。隧道衬砌结构的弹性当量系数的平均值同地面结构中相应强度等级的混凝土的弹性当量系数的平均值一样,可由试验测定。冰的弹性当量系数的平均值也可由试验进行测定。虽然衬砌结构和冰的弹性当量系数目前还缺乏试验资料,但从K lm和K im的意义不难发现,它们应为常数值,而不是随机变量。水的冻胀率α通常取常值为0109,故还需统计出水体深度这一随机变量的平均值。因此寒区硬岩隧道冻胀力的分布规律取决于积存在围岩与衬砌结构之间水体深度的分布规律。
根据硬岩隧道冻胀力的成因和机理可知:由于岩石隧道开挖面不规则,超、欠挖的现象普遍存在,使得开挖轮廓不平整,在衬砌与围岩之间留有存水空间,故可视这些水体均积存在毛洞超欠挖与衬砌之间。由于欠挖处的围岩向洞室内凸出,往往与衬砌结构贴合得紧密,而超挖处因施工的困难很难将其回填密实,故水体便积存在毛洞超挖与衬砌结构之间。在衬砌施工过程中会在超挖与衬砌结构之间积留一些施工用水,另外,地下水会沿毛洞开挖过程中产生的大量不规则裂隙进入到这些未填实的空间。在暖末寒初,排水系统的出水口首先被冻结,并且冻结逐渐往里发展,洞身的水将无法排出被堵在衬砌背后[4]。积存的水体深度即为围岩与衬砌之间的水体深度,即水体的深度可近似为毛洞超挖的高度,因此毛洞超挖高度的分布规律即为水体深度的分布规律。根据此思路,可将统计水体深度这一难题转化为统计硬岩隧道中毛洞的超挖值,这将使问题变得简单,容易解决。
采用近景摄影技术测定开挖断面轮廓的方法是,直接在隧道内设置摄站,布置摄影基线,分别用正直、等倾左偏和右偏等摄影方式,以获取立体像。本文对Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ级围岩分别在开挖面处摄影采样[5],在总长221m的范围内,共获得实测断面的12180个超、欠挖数据,列于表1中。
表1 超欠挖样本数
围岩级别断面数测点数超欠挖数Ⅱ128354480
Ⅲ68352380
Ⅳ152355320
坑道轮廓表面的形状可近似地用零截面的偏差距来表示。零截面可采用设计截面,超挖区取正,欠挖区取负,零截面的最大偏差距在轮廓上是随机发生的,是一个随机值。利用量测所得数据,对超、欠挖样本数中的超挖值采用K—S(柯尔莫哥洛夫—斯米尔洛夫)检验,编制程序寻求随机变量的规律。其结果符合正态分布,统计结果列于表2中
。
图3 隧道开挖轮廓图
表2 毛洞超挖值统计结果
围岩级别平均值/cm分布规律
Ⅱ161140正态分布
Ⅲ171927正态分布
Ⅳ101205正态分布
根据表2可知,毛洞超挖的高度服从正态分布规律,因此,积存在衬砌与围岩间的水体深度也服从正态分布规律。
在其他因素均很明确的情况下,冻胀力的随机性主要由积存在衬砌与围岩之间的水体高度的随机性所决定。由此不难得出:寒区硬岩隧道衬砌结构所受的冻胀力服从正态分布规律。
64中 国 铁 道 科 学 第28卷
4 冻胀力的量值
411 衬砌与冰体弹性当量系数的确定
在计算冻胀力的量值时,还需确定衬砌结构和冰体的弹性当量系数的平均值。虽然可以通过试验的方法,统计并准确地计算出衬砌结构和冰体的弹性当量系数,但此方法工作量较大、经济性较差。根据文献[6]可知:在测试围岩的弹性抗力系数时,可采用间接测量计算法,即用静力法或动力法测定岩体的弹性模量E0,并根据围岩的泊松比μ计算出单位抗力系数K0:
K0=E0/100(1+μ)(8) 岩体的弹性抗力系数为
K=100K0/r0(9)式中:r0为设计隧道的半径,cm。
由式(8)和式(9)可知:围岩的单位抗力系数的大小主要由岩体的弹性模量与泊松比两因素决定;其弹性抗力系数与围岩的单位抗力系数成正比,与设计隧道的半径成反比。
若将衬砌结构和冰体视为比较均质的岩体材料,同样可通过试验测试出衬砌和冰的E0,μ值,分别计算出衬砌和冰体的单位抗力系数。当衬砌、冰与某一级别围岩的弹性模量、泊松比相等时,其单位抗力系数也与该相应级别围岩的单位抗力系数相等。在同一隧道中测试弹性抗力系数时,围岩、冰体和衬砌结构的r0值相同。
在测试弹性抗力系数时,一般取岩体的有效厚度不小于3倍的洞室直径,从而使衬砌结构、冰体的厚度远远小于围岩的有效厚度。根据寒区隧道防治冻害的需要,一般衬砌结构会采用柔性混凝土,因此在冻胀力的作用下,其变位相对较大。考虑到上述实际情况,衬砌结构、冰的弹性当量系数的平均值可按比其单位抗力系数相等的岩体低一级的围岩弹性抗力系数取值。本文将上述半公式半经验确定衬砌结构、冰的弹性当量系数取值的方法称为“等效弹性当量系数法”。
从《公路隧道设计规范》中查出衬砌结构的弹性模量为2815GPa,泊松比为012。因没有淡水冰的相关资料,采用海冰的特性数据,其弹性模量为1000M Pa,泊松比为013。
根据上述“等效弹性当量系数”的思路,该衬砌结构相当于Ⅱ级围岩,其弹性抗力系数可按Ⅲ级围岩来取值,取其平均值为350M Pa?m-1;而冰体相当于Ⅴ级围岩,按Ⅵ级围岩来取值,取其弹性抗力系数的平均值为50M Pa?m-1。
412 冻胀力量值的确定
隧道开挖过程中,一般采用光面爆破法开挖。光面爆破开挖效果要求在硬岩隧道中保证平均线性超挖量为10cm,最大线性超挖量不超过20cm,即积存在围岩与衬砌结构之间的平均水体深度值约为10cm。
在计算冻胀力的量值时,本文取以下两种不同的平均水体深度值进行计算:①本文统计出的平均水体深度值;②采用光面爆破效果要求达到的平均线性超挖量10cm的水体深度值。按以上2种不同的水体深度值,分别以Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级围岩情况计算出衬砌结构所受冻胀力的量值,其结果见表3所示。
表3 衬砌结构所受冻胀力的量值
围岩级别
按统计出的平均水体
深度计算的冻胀力/
MPa
按光面爆破效果中要求
的平均水体深度计算的
冻胀力/MPa
Ⅱ21311143
Ⅲ21231124
Ⅳ01920190
根据表3,按统计出的平均水体深度计算出的冻胀力的量值在0192～2131M Pa之间,按光面爆破效果中所规定的平均线性超挖量10cm为水体深度计算出的冻胀力在019～1143M Pa之间。考虑到在高原寒区的复杂地质条件下修建隧道,会采取一系列的抗冻防寒措施,冻害也会有所减轻,因此将硬岩隧道衬砌结构所受的冻胀力的量值取为019～1143M Pa较为合理。但也要因地制宜,结合当地的地质情况,如冬季地下水特别丰富的地区,其冻胀力可在0192～2131M Pa取值。
5 减小冻胀力的工程措施
对于硬岩隧道,冻胀力主要来自衬砌和围岩之间的存水空间。根据冻胀力的计算公式,要减小作用在衬砌结构上的冻胀力,可通过以下几种方式。
(1)在寒区修建的隧道,衬砌结构宜柔不宜刚,可考虑利用钢筋或钢纤维混凝土,并适当减小衬砌的厚度。
(2)加强排水系统并采取保温措施,防止衬砌背后的水冻结并尽可能地将其排出隧道。
(3)在施工中,不宜采用钻爆法。因为该方法
74
第1期 寒区硬岩隧道冻胀力的量值及分布规律
易造成开挖线不规则且超挖值较大,使得在衬砌与围岩间形成大量积水空间,不利于抑制冻害。
(4)利用能充分确保钻孔精度的钻眼设备,采用光面爆破法开挖。当采用全断面开挖的施工方法时,可考虑采用上半断面光面爆破,下半断面预裂爆破的综合方案;当进行分部开挖时,可采用预留光面层光面爆破方案。提高爆破技术,尽量达到光面爆破效果的要求,即在硬岩隧道中保证平均线性超挖量为10cm,最大线性超挖量不超过20cm。
(5)在施工中,确保衬砌和围岩之间的紧密贴合。在超挖空间处一律采用同级混凝土填充,严禁用异物(例如块石等)回填,尽量不给衬砌与围岩间留下积水空间。
6 结 论
硬岩隧道开挖面不规则,超挖现象普遍存在,加之施工的困难,很难将超挖处回填密实,便在衬砌结构与围岩之间留有存水空间。衬砌结构所受的冻胀力就是由衬砌结构与围岩之间积存的水体冻胀引起的,其方向始终垂直于衬砌结构。
冻胀力与衬砌结构、冰的弹性当量系数的平均值、围岩的弹性抗力系数的平均值、水的冻胀率和水体的深度有关。毛洞超挖与衬砌结构之间积存的水体深度可近似为毛洞超挖的高度。
寒区硬岩隧道衬砌结构所受的冻胀力的随机性主要由积存在衬砌与围岩之间的水体深度的随机性决定,统计计算结果表明冻胀力的分布规律服从正态分布。冻胀力的量值随围岩级别的不同而有所差异,通常情况下冻胀力取值在019～1143M Pa;而在冬季地下水丰富的地区,其冻胀力的量值为0192～2131M Pa。
冻胀力的产生主要取决于施工因素,因此在开挖洞室的过程中应提高爆破质量,尽量控制超挖值,同时在施作衬砌时应将混凝土与围岩贴合紧密。此外,还应合理的进行隧道防排水设计与施工,以控制和减小地下水的补给,这对隧道抗冻防寒具有积极的意义。
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84中 国 铁 道 科 学 第28卷
Magnitude and Distribution of Frost H eave Force for
Cold R egion Strong R ock Tunnels
FAN Lei ,ZEN G Yanhua ,H E Chuan ,C H EN G Xiaohu
(Department of Tunnelling and Underground Engineering ,Southwest Jiaotong University ,Chengdu Sichuan 610031,China )
Abstract :Based on t he mechanism of f rost heave force acting on a cold region strong rock t unnel ,t he for 2mula for calculating f rost heave force is deduced and t he conclusion t hat t he dist ribution on f rost heave force is normal school is drawn up.The magnit ude of f ro st heave force is figured out by means of t he half formula and half experience ,namely t he Equivalent Elasticity Coefficient Met hod.Frost heave force which act s on t he lining st ruct ure is induced by t he fact t hat t he water between lining st ruct ure and wall rock is f reezing and it is always vertical to lining struct ure.The dept h of water mostly lies on construction factors and is approximately t he height of exceeding excavation.The magnit ude of f rost heave force is related wit h t he average value of t he equivalent elasticity coefficient for lining st ruct ure ,ice and surrounding rock ,f ro 2zen 2heave ratio ,t he dept h of water and so on.The magnit ude differs f rom t he level of t he surrounding rock ,as a rule ,it is between 019and 1143M Pa ;and t hat in winter ground water is still quite abundant someplace ,t he magnit ude is between 0192and 2131M Pa.If ot her factors are t he same ,fro st heave force increases along wit h t he accretion of t he equivalent elasticity coefficient ,it shows t hat it is adverse for con 2t rolling t he freezing damage when t he rigidity of lining st ruct ure is increasing ,so lining struct ure should be flexible ,not be rigid.
K ey w ords :Lining st ruct ure ;Fro st heave force ;Magnit ude ;Distribution law ;Cold region st rong rock t unnel
(责任编辑 吴 彬)
第八届“茅以升铁道科学技术奖”评审会圆满结束
“茅以升铁道科学技术奖”是为纪念我国著名科学家茅以升先生在长期领导和开拓铁道科学研究事业方面的光辉业绩和卓越贡献,继承和发扬茅以升先生热爱祖国、追求真理、献身科学的崇高精神,激励铁道科研工作者奋发进取,发展我国铁道科学技术,加速实现铁路现代化,茅以升科技教育基金委员会根据《茅以升科技教育基金管理办法》于1992年专门设立的。“茅以升铁道科学技术奖”每两年评一次。该奖项是经国家科技部奖励办正式批准的科技奖励项目。
按照茅以升科技教育基金委员会2006年度工作计划,第八届“茅以升铁道科学技术奖”评审会于2006年12月14—15日在北京举行。评审委员会共收到来自铁道科学研究院、北京交通大学、西南交通大学、同济大学、中南大学、大连交通大学、中国南方机车车辆工业集团公司、中国铁路工程总公司、中国铁道建筑总公司等单位通过筛选后推荐的25位申报人的申报材料。由部分中国工程院院士、资深教授和研究员以及高级工程师组成的评审委员会,根据申请人的申报材料,按照《茅以升铁道科学技术奖奖励条例》,对25位申请人进行了认真地评议,并经过投票表决共评出其中的16人为“茅以升铁道科学技术奖”获奖者候选人,报请茅以升科技教育基金委员会审批。
(柯 延)
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4第1期 寒区硬岩隧道冻胀力的量值及分布规律
冻胀土
冻胀土 目录[隐藏] 基本概念 道路冻胀的破坏与防治 渠道冻胀处理方式的选择 季节性冻土切向冻胀力与冻胀性关系 基本概念 季节性冻土地区寒季被冻胀的土。 道路冻胀的破坏与防治 在寒冷地区，铺筑高级路面的道路或砂石路面及其附属构造物、隧道、挡土墙、人行道和坡面等。由于土或岩石中产生的冻胀作用，常常使这些构造遭受较大的破坏。土所产生的冻胀引起道路的冻害。造成道路破损，因而影响车辆的通行，降低道路的使用寿命。 中国季节冻土标准冻深线图 所谓的道路冻胀，主要是冬季在路基土中沿着温度的降低方向生成了冰晶体形状的霜柱，使路面产生隆起的一种现象。隧道
侧墙的破坏主要由于土中霜柱的作用使土体沿冷却方向的横向产生冻胀，从而使隧道的侧壁，向冷空气侵入的隧道中心轴方向推移，因而沿着侧墙部分的水平方向产生了作用力。坡面上的冻胀作用是沿着垂直方向发生的。冻胀作用使道路产生的破坏状态在中央部分冻胀量最大，因而沿路面中心线的纵断方向上产生纵向裂缝。这种冻胀破坏与冬季期间道路除雪情况以及路面施工接缝情况有密切关系。施工时在路面中心如果有接缝，则接缝处水平方向的抗拉强度比路面其他部分要小。 冻胀现象已经成为道路产生破坏的一种形式。在春融期，由于路基土中冰晶体的融解，又成为土基或垫层承载力降低的原因。对砂石路，春融期间在荷载的作用下产生的翻浆现象，将会使道路出现严重病害。 为了防止上述的冻胀现象所引起的道路破坏，首先需要了解冻胀发生的机理，因此对引起道路冻害的一些因素，如土质、气温、土中水等要详细进行调查，特别是对防止道路等土木构造物产生冻胀作用采用的措施研究中，应注意易引起地基冻胀的土是否发生了冻结，因而确定土的冻结深度是非常必要的。另外，对道路附属构造物上部的填土是否会产生冻胀，也有必要进行确定。在那些寒冷地区，对冻结深度的确定及其深度范围土的冻胀可能性的判断都成为冻胀调查的要点。 道路的冻害防止措施，当前主要采用置换法、隔温法及稳定土的处治方法等。一般情况下，所采取的措施从经济性、施工方
隧道施工通风设计精编
隧道施工通风设计精编 Document number：WTT-LKK-GBB-08921-EIGG-22986
课程名称：隧道工程 设计题目：隧道施工通风设计院系： 专业： 年级： 姓名： 指导教师：
课程设计任务书 专业姓名学号开题日期：年月日完成日期：年月日 题目隧道施工通风设计 一、设计的目的 掌握隧道通风设计过程。 二、设计的内容及要求 根据提供的隧道工程，确定需风量；确定风压；选择风机；进行风机及风管布置。 三、指导教师评语 四、成绩
指导教师 (签章) 年月日 一.设计资料
二.设计要求 针对以上工程，进行2#隧道进口不同长度施工通风设计，要求采用风道压入式通风方式，进行风量计算、风压计算，以此为依据，进行风机选择（根据网上调研等方式）以及风机及风管的布置（风管可自选，不一定按所给资料）。隧道深度：2260m 三．设计内容 1.风量计算 隧道施工通风计算按照下列几个方面计算取其中最大值，在考虑漏风因素进行调整，并加备用系数后，作为选择风机的依据。 （1）按洞内同时工作的最多人数计算： Q kmq 式中：Q：所需风量3 m (/min)
k ：风量备用系数，常取 m ：洞内同时工作的最多人数，本设计为30人。 q ：洞内每人每分钟需要新鲜空气量，取33/min m 人 计算得：31.130399/min Q kmq m ==??= （2）按同时爆破的最多炸药量计算： 本设计选用压入式通风，则计算公式为： Q =式中：S ：坑道断面面积（2m ）,90。 A ：同时爆破的炸药量,。 t ：爆破后的通风时间30min 。 L ：爆破后的炮烟扩散长度,100米。 计算得：37.8880.8(/min)30Q m == （4）按洞内允许最下风速计算： 60Q v s =?? 式中：v ：洞内允许最小风速，/m s 。 S ：坑道断面面积,902m 。
铁路隧道规范
1 总 则 1.0.1 为了贯彻国家有关法规和铁路技术政策，统一铁路隧道设计技术标准，使铁路隧道设计符合安全适用、技术先进、经济合理的要求，制定本规范。 1.0.2 本规范适用于铁路网中客货列车共线运行、旅客列车设计行车速度等于或小于 160h m /k 、货物列车设计行车速度等于或小于120h m /k 的 Ⅰ、Ⅱ级标准轨距铁路隧道的设计。 1.0.3 隧道按其长度可分为: 特长隧道 全长10000m 以上; 长 隧 道 全长3000m 以上至10000m; 中长隧道 全长500m 以上至3000m; 短 隧 道 全长500m 及以下。 注:隧道长度是指进出口洞门端墙墙面之间的距离，以端墙面或斜切式洞门的斜切面与设计内轨顶面的交线同线路中线的交点计算。双线隧道按下行线长度计算;位于车站上的隧道以正线长度计算;设有缓冲结构的隧道长度应从缓冲结构的起点计算。 1.0.4 隧道勘测设计，必须遵照国家有关政策和法规，重视隧道工程对生态环境和水资源的影响。隧道建设应注意节约用地、节约能源及保护农田水利，对噪声、弃碴、排水等应采取措施妥善处理。 1.0.5 隧道设计应依据可靠完整的资料，针对地形、地质和生态环境的特征，综合考虑运营和施工条件，通过技术、经济比较分析，使选定的方案、设计原则和建筑结构符合安全适用、经济合理和环境保护的要求。 1.0.6 新建铁路隧道的内轮廓，必须符合现行国家标准《标准轨距铁路建筑限界》(GB146.2)的规定及远期轨道类型变化要求。对于旅客列车最高行车速度160km/h 新建铁路隧道内轮廓尚应考虑机车类型、车辆密封性、旅客舒适度等因素确定，隧道轨面以上净空横断面面积，单线隧道不应小于422 m ，双线隧道不应小于762 m ;曲线上隧道应另行考虑曲线加宽。设救援通道的隧道断面应视救援通道尺寸加大，救援通道的宽度不应小于1.25m 。 双层集装箱运输的隧道建筑限界应符合铁道部相关规定。 位于车站上的隧道，其内部轮廓尚应符合站场设计的规定和要求。 1.0.7 改建既有线和增建第二线时，新建隧道应采用新建铁路标准，改建隧道宜采用新建铁路标准。 1.0.8 隧道建筑物应按满足100年正常使用的永久性结构设计，建成的隧道应能适应运营的需要，方便养护作业，并具有必要的安全防护等设施。 1.0.9 隧道建筑结构、防排水的设计及建筑材料的选择，应充分考虑地区环境的影晌。 1.0.10 隧道设计应贯彻国家有关技术经济政策，积极采用新理论、新技术、新材料、新设
季节性冻土的冻胀力及水工建筑物防冻害措施
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/1f14783232.html, 季节性冻土的冻胀力及水工建筑物防冻害措施 作者：付洪光喻松柏 来源：《农民致富之友》2010年第20期 一、冻胀力的形成： 影响土的冻胀因素很多，主要是水、土、温、压因素。其中水、土是主要因素。土的冻胀是由于土体中含水量超过起始冻胀含水量，在负温下孔隙水部分冻结，对土骨架将产生挤压力。如果未冻水没有向外排泄条件，土开始冻胀。但如果能将其余未冻水挤走，以上体积增量将由孔隙中剩余空间所容纳，土体也不会产生冻胀。如果冻胀过程中有外水补给发生了强烈的水分迁移，生成大量的冰夹层，将产生强烈的冻胀。经观测：冰夹层的厚度大致等于冻胀量。沿冻深分步的冰夹层基本上代表了冻胀量沿冻深的分步情况。上层土的冻夹层厚而稀，而下层土的冰夹层薄而密。 土壤粒径、级配及温度变化，外水补给，外荷载的大小等都直接影响冻胀的程度。当土粒的粒径为0.05～０.002mm之间，土中水分迁移剧烈，土的冻胀量比较大，这种土的吸引水分能力强。土体中水分的迁移是靠结晶力、吸附力、毛细力、温度差和表面能差产生薄膜水移动，其中冰结晶力、毛细力和表面能差是水分迁移的主要动力。 土体冻结时，冻结面附着土颗粒的水膜被冰晶体吸薄，为了维持颗粒表面能的平衡，其他土颗粒的水膜向较薄的颗粒表面移动，为达能量的平衡，不断的移动，不断的冻结，放出潜热结晶成冰。 季节性冻土地区经过多次冻融循环，土的孔隙比是比较大的，冻结期土经过不均匀的冻胀，冻结面是一个凹凸不平的曲面，在冻层由于冻胀而上抬的过程中凹面处形成孔缝，造成负压区，迁移的水聚集到此而结晶成冰夹层。这种冰夹层体积膨胀9％，产生了内压力，这种对基础挤压和抬起的能力称之谓冻胀力。 1、封闭式和开敞式冻胀的区别： （1）封闭式冻胀：在没有外水补给的条件下，土体中原驻水引起的冻胀为封闭式冻胀，当土体中原驻水小于起始冻胀含水量(粘土W0=13.0)冻结时不但没有冻胀，反而产生冻缩。表现地面出现下降，体积缩小。当土体中原驻水大于起始冻胀含水量W0时，在没有外水补给的条件下，虽然产生冻胀，但冻胀量不大。
隧道施工通风环境卫生标准及风量计算
隧道施工通风环境卫生标准及风量计算 根据中华人民共和国行业标准——《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）第11.3.1款规定及参照有关其他行业标准，对隧道内施工作业环境应符合下列卫生标准： 1、坑道中的氧气含量按体积比不低于20%； 2、粉尘浓度： 每立方米空气中含有10%以上游离二氧化硅的粉尘不大于2mg；含有10%以下游离二氧化硅的水泥粉尘不大于6mg；二氧化硅含量在10%以下，不含有毒物质的矿物性和动植物性的粉尘不大于10mg； 3、有害气体： 1）一氧化碳：不大于30mg/m3；当施工人员进入开挖工作面检查时，浓度可为100mg/m3，但必须在30min～35min 内降至30mg/m3； 2）二氧化碳：按体积不超过0.5%； 3）氮氧化物换算成二氧化氮控制在5mg/m3以下； 4、隧道内气温不得超过280C； 5、隧道施工时，供给每人的新鲜空气量不低于3m3/min，采用内燃机械作业时，1Kw的供风量不小于3m3/min； 6、隧道开挖时全断面风速不小于0.15m/s，坑道内不小于0.25m/s； 10.2风量计算
风量计算：（按排除炮烟计算） Q=2.25/T 3√G(AL)2×φ×b/ P2 Q----工作面通风量m3/min； T----通风时间min；取T=15 min G----同时爆破的炸药量Kg；取G=270Kg A----掘进巷道的断面积m2 取A=90m2 L----巷道全长或临界长度m；巷道全长3000米； φ----淋水系数，取φ=0.6； b----炸药爆炸时有害气体生成量，煤层中爆破取100，岩层中爆破取40； P----风筒漏风系数； P100----百米漏风系数，取2% 长距离隧道掘进时，炮烟在巷道流动过程中，与巷道内的空气混合，在未到达巷道出口时已被稀释到允许浓度，从工作面至炮烟稀释到允许浓度的距离称为临界长度，在这种情况下，公式中应用临界长度代入计算。 L=12.5GbK/AP2 P==1/1-L/100P100×2%=1/1-3000/100×2%=2.5 K----紊流扩散系数 l----风筒口距工作面长度 D----风筒直径 l=4√A=4√90=38m
1围岩压力计算
1围岩压力计算 深埋和浅埋情况下围岩压力的计算方式不同，深埋和浅埋的分界按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判断。按等效荷载高度计算公式 如下：H P =（2~2.5） q h 式中: H p ——隧道深浅埋的分界高度； h q ——等效荷载高度， q h= q γ ； q——垂直均布压力(kN/m2)； γ——围岩垂直重度（kN/m3)。 二次衬砌承受围岩压力的百分比按下表取值： 表4.1 复合式衬砌初期支护与二次衬砌的支护承载比例围岩级别 初期支护承载比例二次衬砌承载比例 双车道隧道三车道隧道双车道隧道三车道隧道ⅠⅡ100 100 安全储备安全储备Ⅲ100 ≥80 安全储备≥20 Ⅳ≥70 ≥60 ≥30 ≥40 Ⅴ≥50 ≥40 ≥50 ≥60 Ⅵ≥30 ≥30 ≥80 ≥85 浅埋地段≥50 ≥30～50 ≥60 ≥60～80 1.1 浅埋隧道围岩压力的计算方法 隧道的埋深H大于hq而小于Hp时，垂直压力 Q B B t t q H ==γH(1-λθ) 浅 浅 tan。 表4.3 各级围岩的θ值及 φ值 围岩级别ⅢⅣⅤθ0.90φ（0.7～0.9）0φ（0.5～0.7）0φ0 φ60°～70°50°～60°40°～50°
2(tan 1)tan tan tan c c c ?+?β?+ ?-θ c tan =tan 侧压力系数()tan tan tan tan tan tan tan tan c c c β-?λ= β1+β?-θ+?θ ???? 作用在支护结构两侧的水平侧压力为：e 1=γh λ ； e 2=γ(h+Ht)λ 侧压力视为均布压力时： Ⅴ级围岩的等效荷载高度hq=0.45×24 ×[1+0.1×(10-5)]=10.8m Hp=2.5hq=27m,H 通风计算 1基本资料 1.公路等级：一级公路 2.车道数、交通条件：2车道、单向 =80km/h 3.设计行车速度：u r 4.隧道长度：1340m；隧道纵坡：1.5% 5.平均海拔高度：1240m；隧道气压：101.325－10×1.24=88.925 6.通风断面面积：62.982 m,周长为30.9m 7.洞内平均温度：12℃，285K 2通风方式 根据设计任务书中的交通量预测，近期（2013 年）年平均日交通量为7465辆/每日，远期（2030年）10963辆/每日，隧道为单洞单向交通，设计小时交通量按年平均日交通量的10％计算，故近期设计高峰小时交通量为747辆/h，远期为1096辆/h。 根据设计任务书所给的车辆组成和汽柴比，将其换算成实际交通量，小客车：20%,大客车：27.2%，小货车：7.8%，中货车：20.6%，大货车：20.1%，拖挂车：4.3%，汽柴比：小客车、小货车全为汽油车；中货 0.39：0.61；大客 0.37：0.63；大货、拖挂全为柴油车，结果如表6.1所示 表6.1车辆组成及汽柴比 可按下列方法初步判定是否设置机械通风。 由于本隧道为单向交通隧道，则可用公式（6.1） L*N≤2×105式（1） 式中：L——隧道长度（m）； N ——设计交通量（辆/h ）。 其中L 、N 为设计资料给定，取值远期为N=1096辆/h ，L=1340m 由上式，得 1340×1096=1.46×106 >2×105 以上只是隧道是否需要机械通风的经验公式，只能作为初步判定，是否设置风机还应考虑公路等级、隧道断面、长度、纵坡、交通条件及自然条件进行综合分析，由初步设计可知知本设计需要机械通风。 3 需风量计算 CO 设计浓度可按《公路隧道通风照明设计规范》查表按中插值法的再加上50ppm 。设计隧道长度为1340m ，查表知ppm =ppm δ（）292。交通阻滞时取 =300ppm δ。烟雾设计应按规范查表，设计车速为80km/h ，k （m 2）=0.0070m -1 。同时，根据规范规定，在确定需风量时，应对计算行车速度以下各工况车速按20km/h 为一档分别进行计算，并考虑交通阻滞时的状态（平均车速为10 km/h ），鹊起较大者为设计需风量。 CO ： n m m m-1f =?∑ （N ）219×1.0+110×7+85×2.5+88×5+188+138+220+48=2235.5 烟雾：n m m m-1 f =?∑ （N ）188×1.5+138×1.0+220×1.5+48×1.5=822 3.1 CO 排放量计算 CO 排放量应按式（6.2）计算 61 1()3.610n CO co a d h iv m m m Q q f f f f L N f ==????????∑ 式（2） 式中：CO Q ——隧道全长CO 排放量（m 3/s ）； co q ——CO 基准排放量（m 3/辆·km ），可取为0.01 m 3/辆·km ； a f ——考虑CO 车况系数查表取1.0； d f ——车密度系数，查表取0.75； h f ——考虑CO 的海拔高度系数，海拔高度取1240m 查表取1.52； m f ——考虑CO 的车型系数，查表； iv f ——考虑CO 的纵坡—车速系数，查表取1.0； n ——车型类别数； m N ——相应车型的设计交通量（辆/h ）查表。 稀释CO 的需风量应按式（6.3）计算 精心整理 隧进口出工区均采用双管路压入式通风。 通风管选用φ1500mmPVC 软式通风管，洞外风机进风口至洞口距离L=30m ，风管出风口至掌子面距离L=42m 。（当掌子面布置局扇时，L=80m ）。 ⑴基本参数选用 独头通风长度按L=4905m 计算； 开挖断面A ：A=116.7m 3； 平均百米漏风系率：P100=1%； 软管达西数λ：λ=0.015； 空气密度ρ：ρ=1.16kg/m 3； 工作面最多作业人数：n=60人； 作业人员供风量：q=4m 3/人.min ； 一次爆破最大药量G ：G=438.1kg ； 爆破通风时间t ：t=30min ； 工作面最小风速v ：v=0.25m/s 。 ⑵开挖面所需风量Q 开 ①按作业人数计算：Q 开=4n=4×60=240m 3/min ； ②按最小风速计算：Q 开=60A ×v=116.7×0.25×60=1750m 3/min ； ③按排除爆破烟尘计算： p-风管全程漏风系数 p=1/（1-L ×P100/100） =1/（1-4905×1%/100）=1.64 Ф-淋水系数；Ф=0.3 b-炸药爆破时有害气体生成量，b=40m 3/kg L-隧道爆破临界长度L=12.5×G ×b ×K/（A ×P 2） =12.5×438.1×40×0.53/（116.7×1.642） =370m 322 25.2p b AL G t Q φ）（开= =1154m 3/min 考虑系统漏风，故风机量Q=1154×1.64=1892m 3/min ④按稀释和排除内燃机废气计算风量 采用无轨运输，洞内内燃设备配置较多，废气排放量较大，供风量应足够将内燃设备所排放的废气全面稀释和排出，使有害气体降至允许浓度以下，计算可按下式计算： 式中:K-功率通风计算系数,我国暂行规定为2.8～3.0m 3/min Ni-各台柴油机械设备的功率 Ti-利用率系数 根据本隧道施工实际情况，主要有以下三种工况的组合：开挖钻眼工况+台车衬砌工况+防水板铺设工况+喷锚支护工况；爆破出碴工况+仰拱充填工况+防水板铺设工况；爆破出碴工况+台车衬砌工况+防水板铺设工况。 上述三种不同工况组合中，爆破出碴工况+台车衬砌工况+防水板铺设工况，配置的内燃设备最多，排放的废气也最多，需要供风量最大。该工况在施工至分界里程时配置的内燃设备如下表所示： 内燃设备配置表 机械名称 配置台数 工作台数 单机功率（kW ） 内燃机利用系数Ti ZLC50B 装载机 1 1 145 0.50 15自卸汽车 10 5 150 0.45 砼罐车 4 2 85 0.50 计算Q=1485m 3/min ；考虑系统漏风，故Q=1485×1.64=2435m 3/min 。 施工通风风量计算一览表 序 号 不同因素 计算需风量 （m 3 /min ） 实际风量 m 3 /min 计算公式 1 按排出炮烟 1154 1892 2 稀释内燃气体 1485 2435 3 按洞内作业人员 240 39 4 Q=4n 4 按允许最低风速 1750 2835 Q=60A ×v 风压按通风系统克服局部风阻、沿程风阻以及其他阻力之和作为系统提供的风压。计算见下表： 风压计算表 计算式 参数 行车隧道 322 32264 .140 3.037007.1161.4383025.225.2????==）（）（开p b AL G t Q φ∑==N i i i KN T Q 1 多年冻土上的通风基础 7基础 7. 1 一般规定 7.1.1冻土地区基础类型应根据建筑物类型、上部结构特点、冻土地基条件和多年冻土所釆用的设计状态选定。 7.1.2多年冻土地区的基础下应设置由粗颗粒非冻胀性砂砾料构成的垫层。垫层厚度不应小于300mm,并应根据多年冻土地区所采用的设计状态确定。当在独立基础下设置时，垫层的宽度和长度应按下列公式计算： V =b+2d? U3(r (7-1. 2-1) r =f+2i .tg3(p (7. L 2-2) 式中b—垫层和基础底面的宽度 l r I—垫层和基础底面的长度 ?—垫层厚度Cm)B 垫层应分层夯实，并应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GBJ7的规定。当按允许地基土逐渐融化和预先融化状态设计时，应满足垫层下冻土融化后的承载力要求。 7. 1.3冻土地区的基础设计除应符合本规范规定的要求外，尚应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GBJ7中的有关规定。 7.2多年冻土上的通风基础 7. 2.1通风基础，在冬季应以口然通风为主：经热工计算不能满足时也可采用强制通风。 7. 2.2架空通风基础应用于大片连续及具有岛状融区的多年冻土地区。对岛状多年冻土地区应根据热工计算及技术经济比较后确定。 7. 2.3架空通风基础应由桩基、柱下单独基础、墩式基础与上部结构梁板组成。基础埋置深度 应按第5章的有关规定确定。 7. 2.4根据热工计算或当地建筑经验以及积雪条件，可釆用架空通风基础（在勒脚处带通风孔的隐蔽形式或全通风的敞开式）。口然通风的架空高度（通风空间顶板底面至设计地面的距离）不应小T- 800mm：当在通风空间内设置设备管道时，其高度应符合能进入该空间内进行检修的耍求，并不应小于1.2m。 通风空间内地面坡度不应小T2%,并坡向外墙或排水沟。通风空间内地面宜采用隔热层（泥炭、炉雀等）覆盖。 7. 2.5架空通风基础通风孔总面积（进气与排气孔的面积之和）可按热工计算确定或按附录E的规定确定。 7. 2.6低层公寓、办公室、宿舍及住宅等对室内取暖温度不高的房屋，当设置架空通风基础不经济时，可采用填土通风管基础，并应符合下列规定： 7. 2. 6. 1填土通风管基础宜用于年半均气温低丁一3.5°C、11季节融化层为不冻胀或弱冻胀的多年冻土地区； 7. 2. 6. 2通风管宜采用内径（或边长）为300-500mm的预制钢筋混凝土管： 7. 2. 6. 3通风管应相互平行卧放在填土层中，走向应与当地冬季主导风向平行： 7. 2. 6. 4夭然地面至通风管顶的距离不应小于500mm； 7. 2. 6. 5通风管数量和填土高度应根据室内采暖温度、地面保温层热阻、年平均气温、风速等参数由热工计算确定： 7. 2. 6. 6外墙外侧的通风管不得少于1根： 7. 2. 6. 7填土宽度和长度应比建筑物的宽度和长度大4-5m,填土材料应为非冻胀性砂 砾料，并应分层回填夯实。 蒙河铁路屏边隧道斜井 通风方案 1、工程概况 屏边隧道全长10381m，进口里程DⅡK60+875，出口里程DIK71+256，为单线隧道，设计为单面下坡，坡度分别为-20.2‰（坡长9025m）、-10‰（坡长650m）及-1‰（坡长706m），最大埋深660m。 屏边斜井位于隧道线路右侧，斜井与正洞隧道中心线交汇点里程为D ⅡK66+300，斜井与线路中线蒙自方向夹角80°，井口里程为XDK1+218，水平长度1218m，综合坡度为85‰。本斜井采用无轨单车道运输，断面净空尺寸5.6m（宽）×6.0m（高）。斜井施工任务为斜井1218m（XDK0+000～XDK1+218），平导1735.29m（PDK66+294.71～PDK68+030），辅助正洞4165m （DⅡK63+835～DⅡK68+000），其中出口方向为1700m（DⅡK66+300～DⅡK68+000），进口方向2465m（DⅡK63+835～DⅡK66+300）。 2、通风控制条件 隧道在整个施工过程中,作业环境应符合下列卫生及安全标准: 隧道内氧气含量：按体积计不得小于20%。 粉尘允许浓度：每立方米空气中含有10%以上游离二氧化硅的粉尘为2mg；含有10％以下游离二氧化硅的水泥粉尘为6mg；二氧化硅含量在10％以下，不含有毒物质的矿物性和动植物性的粉尘为10mg。 有害气体浓度：一氧化碳不大于30mg/m3，当施工人员进入开挖面检查时，浓度为100mg/m3，但必须在30min内降至30mg/m3；二氧化碳按体积计不超过0.5％;氮氧化物（换算为NO2）5mg/m3以下。洞内温度：隧道内气温不超过28℃，洞内噪声不大于90dB。 桩基抗冻拔稳定分析及工程应对措施 宋 杨 (黑龙江省广通公路工程有限公司,黑龙江哈尔滨150000) 摘 要:多年冻土区和深季节冻土区的一些桩基公路桥,在冻胀尤其是极强冻胀作用下,发生不少变形损坏现象。所以研究冻胀力作用下的桩基的受力特性有着很重要的意义。首先分析冻土地区桩基在冻胀力作用下土冻胀特性,其次根据多年的工程实践,提出桩基冻胀防治措施,为今后季冻区的桥梁基础施工提供了有效地实践经验。关键词:桩基;抗冻性能;稳定性 中图分类号:T U 473.12 文献标识码:A 文章编号:1008 5696(2008)06 0034 02 Pile Antifreeze Performance Stability Analysis and Project C orresponding Measure SONG Yang (H eilo ng jiang Guangto ng Road Pr oject L td.,Har bin 150000,China) Abstract:Permafrost zone and deep seaso n per mafr ost zo ne of so me pile highw ay br idge in the fr eezing,es pecially under strong frost heave,a lot o f dam ag e deform ation phenom enon.So study of the role of frost heave under the for ce of the pile is very im por tant.First of permafr ost in the region pile fr ost heaving frost heaving o f the r ole of soil;then based on y ears of engineering practice,the proposed co ntro l measures pile freezing ,fr ozen fo r the next quarter based on the bridg e construction area to prov ide an effective and prac tical exper ience. Key words:pile;antifreeze perform ance;stability 收稿日期:2008 05 21 作者简介:宋 杨(1981~),男,助理工程师,研究方向:道路工程. 1 受力分析 根据冻胀力作用(如图1所示)在基础表面的方向可分为切向冻胀力、法向冻胀力和水平冻胀力3种形式:切向冻胀力 垂直于冻结锋面,平行作用于基础垂向侧表面、且通过基础与冻土间的冻结强度,使基础随着土体的冻胀变形而产生向上位移的拔起;法向冻胀力 n 0垂直于冻结锋面和基础底面和水平冻胀力 h 0垂直于基础侧表面,使基础受到水平方向挤压或推力而产生水平位移。寒冷地区的建筑物主要受到切向冻胀力而遭到破坏。 图1给出了土体冻胀力与建筑物基础间的相互作用关系,在自重应力和附加应力的作用下桩体顶面出现持力层土的压缩变形,随切向冻胀力的增长,当 大于桩体自重和附加应力,桩体产生明显上移,桩体顶面的接触压力很快出现并增大。 2 桥涵基础冻胀防治措施 桥涵基础冻胀防治措施很多,但归纳起来也只有两类:一是增加基础锚固力的结构措施;二是消除或削弱冻胀力的工程措施。一般说来,桥涵地基实给水充足(包括地表水、地下水),受河水作用,基础冻胀防治要比一般建筑物困难得多。因此,防治桥涵基础冻胀时,必须充分考虑结构的特点,工程地质、水文的特殊条件,按着因地制宜、就地取材、施工 s 切向冻胀力; h 0 水平冻胀力;q s 侧摩阻力; n 0 法向冻胀力;G 桩体自重;N 附加应力。 图1 地基土冻结后受力情况 简便、节省投资、使用耐久和效果理想的原则,合理选用抗冻胀结构。2.1 换填法 1)换填砂。对于厚度小于或等于设计冻深的冻胀土(如粘性土、粉砂等),其下又是透水性的土质(砂或砾卵石等); 第五章 隧道通风照明设计 5.１ 隧道通风设计 在隧道运营期间，隧道内保持良好的空气是行车安全的必要条件。为了有效降低隧道内有害气体与烟雾的浓度,保证司乘人员及洞内工作人员的身体健康,提高行车的安全性和舒适性,公路隧道应做好通风设计保证隧道良好通风。 黄土梁隧道通风设计主要考虑以下因素: (1)隧道长度及线形,麻涯子隧道右线总长为122７m ，风阻力大，自然风量小。 （2)交通量：麻涯子隧道为高速公路隧道,车流量大，为24０0 辆/h,且主要为中型货车和大型客车。 (3）隧道内交通事故、火灾等非常情况。 （4）隧道工程造价的维修保养费用等。 根据《公路隧道通风照明规范》，本隧道通风应满足下列要求: (1) 单向交通的隧道设计风速不宜大于１０m/s ，特殊情况下可取12 m/s ，双向交通的隧道设计风速不应大于８ m ／s,人车混合通行的隧道设计风速不应大于7 m/s 。 （２）风机产生的噪声及隧道中废气的集中排放均应符合环保的有关规定。 （3)确定的通风方式在交通条件等发生改变时,应具有较高的稳定性，并能适应火灾工况下的通风要求。 （４）隧道运营通风的主流方向不应频繁变化。 （5）ＣO 允许浓度 正常状态:290ppm δ=;阻滞状态：300ppm δ=。 5．1.1 通风方式的确定 右线隧道长度:12２7m; 交通量:24０0辆／h ，单向交通隧道； 6612272400 2.944810210LN =?=?>? 故采用机械通风,纵向射流式通风方式。 5.1.2 需风量计算 麻涯子隧道通风设计基本参数： 道路等级：高速公路,分离式单向双车道(计算单洞) 行车速度：８0km/ｈ 空气密度:31.2/kg m ρ= 隧道起止桩号、长度、纵坡和平均海拔高度: 右线桩号:Ｋ１21+388~Ｋ１２2＋61５，长１227m;纵坡：全线为2.5%的上坡；隧道的平均海拔高度H=２9４ｍ。 隧道断面面积:276.873Ar m = 隧道当量直径: 4476.873 =9.6231.95 Dr m ??= =车道空间断面面积同一面积的周边长 设计交通量：2４00辆／ｈ 交通量组成: 隧道内平均温度：20m t C =? (1)CO 排放量 ① C Ｏ基准排放量: 30.01/km co q m =辆 ② 考虑ＣO 的车况系数为： 1.0a f = ③ 根据规范，分别考虑工况车速100km/ｈ,80ｋm ／h ，６0ｋm/h ，40km 铁路隧道建设项目工程施工组织设计 第一章编制依据及编制原则 第一节编制依据 1、《隧道施工图》。 2、《招标文件》第四篇《技术规范》。 3、招标文件中明文要求的技术规范、规定、标准以及有关现行的国家和行业技术规范和标准。 4、从现场调查、采集、咨询所获取的资料。 5、施工单位的施工能力、技术力量和经济实力的调查。 6、《XXX地段路基、桥涵、隧道施工技术标准暂行办法》和《新建客货共线设计暂行规定》 第二节编制原则 1、遵循业主要求。确保实现业主要求的工期、质量、安全、环境保护、文明施工和造价等各方面的工程目标。 2、指导思想是：施工技术先进、施工方案可行、重信誉守合同、施工组织科学、按期优质安全、不留后患。 3、严格执行施工过程中涉及的相关规范、规程和技术标准。 4、贯彻执行国家和地方政府的方针政策、遵守法律法规、尊重当地的民风民俗。 5、重视生态环境，在施工期间及竣工通车后保证不破坏当地环境。 6、施组编制做到施工总体部署和分项工程施工组织相结合、重点工程和一般工程相结合、特殊技术和普通技术相结合，总体上使施组具有重点突出、内容全面。 7、坚持项目法管理的原则。通过与业主、监理工程师和设计部门的充分合作，综合运用人员、机械、物资、技术、资金和信息，找到实现质量和造价的最佳结合点。 8、坚持施工过程严格管理。确保只有合格工序才能转序。在施工过程中严格执行业主及监理工程师的指令。并做好施工记录，做到施工过程有追溯性。 第二章工程概况 第一节工程概况 1.1工程概况 XXX 1.2工程地质 XXX 工程数量表 275°＜38°，岩体节理较发育；隧道DK79+935~DK79+963处有一断层破碎带，破碎带夹断层泥和透镜体。 第二节施工条件 2.1气候条件 2.2交通情况 2.3施工用水 根据现场调查，施工用水在进口段在DK79+750左右挖生产水井并在山顶设一高压水池供水至施工现场。 2.4施工用电 施工用电就近在进口处接地方10KV高压电网并在规划的位臵设臵一个350kW的变压器。 2.5材料供应 工程用钢材、水泥等主要材料为甲供料；中粗砂、碎石、片石等地材是由经过市场调查小组调查并认可具备供货能力和供货质量的生产厂家供应，并运抵至工地料库。 火工品根据公安部门要求进行全过程控制，在公安部门指定的厂家购买。运输时用具有公安部门颁发的火工品运输许可证的汽车运输，专职人员押运至工地。 第三节临时布臵 3.1施工现场 根据施工项目、施工方案和周围环境，本着“节约用地，少占耕地”的原则进行临时工程布设。 （1）工程项目经理部：设XXX镇，租用民用房屋解决住房问题。该位臵距工地近，又紧邻市区道路，通过乡村道路和施工便道可直通工地，交通方便，便于指挥管理。 （2）施工工区 施工工区也设在XXX镇，租用民用房屋解决住房问题。该位臵距工地近，又紧邻市区道路，通过乡村道路和施工便道可直通工地，交通方便，便于现场施工和管理。 （3）作业队 课程名称：隧道工程 设计题目：隧道施工通风设计院系： 专业： 年级： 姓名： 指导教师： 课程设计任务书 专业姓名学号 开题日期：年月日完成日期：年月日题目隧道施工通风设计 一、设计的目的 掌握隧道通风设计过程。 二、设计的容及要求 根据提供的隧道工程，确定需风量；确定风压；选择风机；进行风机及风管布置。 三、指导教师评语 四、成绩 指导教师 (签章) 年月日一.设计资料 二.设计要求 针对以上工程，进行2#隧道进口不同长度施工通风设计，要求采用风道压入式通风方式，进行风量计算、风压计算，以此为依据，进行风机选择（根据网上调研等方式）以及风机及风管的布置（风管可自选，不一定按所给资料）。隧道深度：2260m 三．设计容 1.风量计算 隧道施工通风计算按照下列几个方面计算取其中最大值，在考虑 漏风因素进行调整，并加备用系数后，作为选择风机的依据。 （1） 按洞同时工作的最多人数计算： Q kmq = 式中：Q ：所需风量3(/min)m k ：风量备用系数，常取1.1 m ：洞同时工作的最多人数，本设计为30人。 q ：洞每人每分钟需要新鲜空气量，取33/min m g 人 计算得：31.130399/min Q kmq m ==??= （2）按同时爆破的最多炸药量计算： 本设计选用压入式通风，则计算公式为： Q =式中：S ：坑道断面面积（2m ）,90。 A ：同时爆破的炸药量,0.48t 。 t ：爆破后的通风时间30min 。 L ：爆破后的炮烟扩散长度,100米。 计算得：37.8880.8(/min)30 Q m == （4）按洞允许最下风速计算： 60Q v s =?? 式中：v ：洞允许最小风速，0.15/m s 。 S ：坑道断面面积,902m 。 计算得：360600.1590810/min Q v s m =??=??= 综上，取计算结果最大值3880.8/min Q m =为所需风量。 2.漏风计算 （1）通风机的供风量除满足上述条件计算所需的风量外，还需考虑漏失的风量，即： Q 供=P Q ? 式中：Q ：上述计算结果最大值 P ：漏风系数。由送风距离及每百米漏风率计算得出。 由设计资料知，L 管=2260m ，每百米漏风率为1.5%，则送风距离漏风量为：22600.0150.339100 ?= 则漏风系数为：10.339 1.339P =+= 计算得：Q 供=P Q ? 1.339880.81179=?=3/min m （2）由于隧道所处高原地区，大气压强降低，需要进行风量修正： 100h n h Q Q P = 多年冻土上的通风基础 7 基础 7.1 一般规定 7.1.1 冻土地区基础类型应根据建筑物类型、上部结构特点、冻土地基条件和多年冻土所采用的设计状态选定。 7.1.2 多年冻土地区的基础下应设置由粗颗粒非冻胀性砂砾料构成的垫层。垫层厚度不应小于300mm，并应根据多年冻土地区所采用的设计状态确定。当在独立基础下设置时，垫层的宽度和长度应按下列公式计算： 垫层应分层夯实，并应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GBJ7的规定。当按允许地基土逐渐融化和预先融化状态设计时，应满足垫层下冻土融化后的承载力要求。 7.1.3 冻土地区的基础设计除应符合本规范规定的要求外，尚应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GBJ7中的有关规定。 7.2 多年冻土上的通风基础 7.2.1 通风基础，在冬季应以自然通风为主；经热工计算不能满足时也可采用强制通风。 7.2.2 架空通风基础应用于大片连续及具有岛状融区的多年冻土地区。对岛状多年冻土地区应根据热工计算及技术经济比较后确定。 7.2.3 架空通风基础应由桩基、柱下单独基础、墩式基础与上部结构梁板组成。基础埋置深度应按第5章的有关规定确定。 7.2.4 根据热工计算或当地建筑经验以及积雪条件，可采用架空通风基础（在勒脚处带通风孔的隐蔽形式或全通风的敞开式）。自然通风的架空高度（通风空间顶板底面至设计地面的距离）不应小于800mm；当在通风空间内设置设备管道时，其高度应符合能进入该空间内进行检修的要求，并不应小于1.2m。 通风空间内地面坡度不应小于2％，并坡向外墙或排水沟。通风空间内地面宜采用隔热层（泥炭、炉碴等）覆盖。 7.2.5 架空通风基础通风孔总面积（进气与排气孔的面积之和）可按热工计算确定或按附录Ｅ的规定确定。 7.2.6 低层公寓、办公室、宿舍及住宅等对室内取暖温度不高的房屋，当设置架空通风基础不经济时，可采用填土通风管基础，并应符合下列规定： 7.2.6.1 填土通风管基础宜用于年平均气温低于－3.5℃、且季节融化层为不冻胀或弱冻胀的多年冻土地区； 7.2.6.2通风管宜采用内径（或边长）为300-500mm的预制钢筋混凝土管； 7.2.6.3 通风管应相互平行卧放在填土层中，走向应与当地冬季主导风向平行； 7.2.6.4 天然地面至通风管顶的距离不应小于500mm； 7.2.6.5 通风管数量和填土高度应根据室内采暖温度、地面保温层热阻、年平均气温、风速等参数由热工计算确定； 7.2.6.6 外墙外侧的通风管不得少于１根； 7.2.6.7 填土宽度和长度应比建筑物的宽度和长度大4-5ｍ，填土材料应为非冻胀性砂砾料，并应分层回填夯实。 7.3 桩基础 隧道施工通风计算 一、规范规定 《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）规定： ⑴空气中氧气含量，按体积计不得小于20％。 ⑵粉尘容许浓度，每立方米空气中含有10％以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg。 ⑶瓦斯隧道装药爆破时，爆破地点20m内，风流中瓦斯浓度必须小于0.5％；总回风道风流中瓦斯浓度应小于0.75％；开挖面瓦斯浓度大于1.5％时，所有人员必须撤至安全地点。防止瓦斯积聚的风速不宜小于1m/s。 ⑷有害气体最高容许浓度： ①一氧化碳最高容许浓度为30mg/m3；在特殊情况下，施工人员必须进入工作面时，浓度可为100mg/m3；但工作时间不得大于30min。 ②二氧化碳按体积计不得大于0.5％。 ）为5mg/m3。 ③氮氧化物（换算成NO 2 ⑸隧道内气温不得高于28℃。 ⑹隧道内噪声不得大于90dB。 ⑺隧道施工通风应能提供洞内各项作业所需的最小风量，每人应供应新鲜空气3m3/min，采用内燃机械时，供风量不宜小于3m3/(min·kW)。 ⑺隧道施工通风的风速，全断面开挖时不应小于0.15m/s，在分部开挖的坑道中不应小于0.25m/s。 ⑼每100m平均漏风率不应大于2％。 二、通风方案的确定 隧道施工通风主要采用机械通风，其通风方式按风道类型一般分为巷道式和管道式两种，其中后者按送风方式不同又可分为压入式、吸出式和混合式三种。它们各有其优缺点（见表1）。 表1 几种管道式通风方案的比较 综合考虑隧道独头掘进长度、断面大小、开挖方法、出渣运输方式、设备条件等因素，通过分析比较，确定压入式通风较为适合无轨运输施工，可使足够的新鲜空气能很快被送至工作面，实现快速掘进。 三、风量计算 ⑴按洞内同时工作的最多人数计算风量： k m q Q ??= q —每人每分钟呼吸所需新鲜空气量，取4.0m 3/min ； m —洞内同时工作的最多人数，50人； k —风量备用系数，取1.15。 计算得：Q =230m 3/min ⑵按排出炮烟计算风量： 计算方法一： t Al Gb Q 0 5-= G —同时爆破的炸药消耗量，q l A G ??=，得100.2kg ； A —掘进面积,26m 2； l —循环进尺，4.0m ； q —单位耗炸药量，1.7kg/m 3 ； 一、名词解释 永久作用：在设计基准期内，作用值不随时间而变化或其变化值与平均值相比可以忽略不计的作用。 梯度风高度：大气以梯度风速度流动的起点高度 风压高度变化系数：任意粗糙度任意高度处的风压与标准粗糙度下标准高度处的基本风压之比。 地震系数：表示地面运动加速度的最大值与重力加速度的比值，主要与地震烈度大小有关。 二、简答题 1.简述变形作用静定结构与超静定结构的应力应变情况。 静定结构：允许构件产生符合其约束条件的位移，结构不产生应力和应变。 超静定结构：多余约束束缚结构的自由变形，产生应力和应变。 2.简述我过规范是如何考虑切向冻胀力 减小和消除切向冻胀力，要求在进行基础浅埋的设计中，首先采取防止切向冻胀力的措施（基础侧回填厚度小不小100mm 的砂层或将基侧砌成不小于9°的斜面），将其消除后，按法向冻胀力计算。 3.填土面局部均布荷载土压力计算方法 （1）自均布荷载起点O 做两 条辅助线OD 和OE ，分别 与水 平面的夹角为 ?和θ ；对于垂 直光滑的墙背 245? θ+= ，可 以认为D 点以上的土压力不受 地表荷 载的影响，E 点以下完 全受均布荷载影 响 ，D 点和E 点 间的土压力用直线连接，墙 背AB 上的土压力为图中阴影 部分。 （2）从荷载的两端点O 及O ’点作两条辅助线， 都与水 平面成 θ角，认 为D 点以上和E 点以下 的土压力不受地 面荷载 的影响，D 、E 之间的 土压力按均布荷载计算，AB 墙面上的土压力如 图阴影部分。 4.平稳二项随机过程概率模型基本假设 (1) 设计基准期T 可以等分为r 个相等时段，荷载一次持续施加在 结构上的时段长度为τ ； (2) 在每一时段τ 上，荷载出现的概率为p ，不出现的概率(1-p)； (3) 在每一时段τ上，当荷载出现时，其幅值是非负随机变量，且 在不同时段上其概率分布函数相同，FQi(x)称为荷载的任意时 点分布；隧道通风课程设计
隧道通风计算 (2)
多年冻土上的通风基础
隧道通风方案设计,通风计算
桩基抗冻拔稳定分析及工程应对措施
隧道通风照明设计
某铁路隧道建设项目工程施工组织设计
隧道施工通风设计说明
多年冻土上的通风基础
隧道施工通风计算
工程荷载