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Q/CR
中国铁路总公司企业标准
Q/CR9129-2018
铁路隧道设计规范极限状态法
Code for Design of Railway Tunnel
(Limit State Method)
2018-06-11发布
2019-06-11实施
中国铁路总公司发布

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本规范根据中国铁路总公司“强基达标、提质增效”工作主题,在吸纳大量科研和试设计成果,总结提炼铁路建设运营等方面经验,广泛征求建设、设计、施工、运维等各方意见基础上,对《铁路隧道极限状态法设计暂行规范》Q/CR9129一2015进行全面修订,进一步提升了铁路隧道工程结构设计的安全性、先进性、经济性和适用性。
本规范编制内容充分考虑新时代铁路建设发展需要,聚焦“交通强国、铁路先行”,实现铁路建设由规模速度型向质量效益型转变,对推动我国铁路工程结构设计达到世界先进水平、实现铁路工程全寿命周期管理、提高结构设计技术经济性、促进标准国际交流、实现总公司建设标准体系世界领先具有重要作用。
本规范共分12章,主要内容包括:总则、术语和符号、隧道勘察、作用、建筑材料、洞门与洞口段、隧道衬砌和明洞、附属构筑物及轨道、隧道结构设计、辅助坑道、防水与排水、通风与照明,另有8个附录。
本次编制的主要技术内容如下:
1.总则中,提出了铁路隧道结构极限状态法设计的技术要求,明确了隧道结构设计状况分别按持久状况、短暂状况、偶然状况和地震状况进行设计,规定了隧道按长度和开挖跨度分类标准,明确了铁路隧道各部分结构设计使用年限要求。
2.隧道勘察中,明确了隧道工程地质测绘、勘探、试验等相关规定,引入了围岩基本质量指标BQ,规定了铁路隧道围岩分级方法,提出了特殊围岩分级T及施工阶段围岩亚分级,明确了岩溶、高地温、严寒等环境条件隧道选线相关规定」
3.作用中,规定了铁路隧道作用分类及不同极限状态下作用组合方式及设计表达式,规定了铁路隧道作用标准值计算公式,规定了永久作用分项系数、可变作用的分项系数及组合值系数,引入了计算模型不定性系数以及考虑结构使用年限的荷载调整系数。
4.建筑材料中,规定了隧道建筑材料强度等级及其性能指标,规定了混凝土、钢筋、喷射混凝土及砌体材料参数的标准值及设计值,推行了高强度钢材应用。明确了喷射混凝土早期强度要求。
5.洞门与洞口段中,规定了隧道洞门、洞口设计要求,明确了进洞方式原则、桥隧相连洞口、洞口上方公路防护、洞口危岩落石防护、洞口缓冲结构的设计要求。
6.隧道衬砌和明洞中,规定了矿山法隧道衬砌设计内容,补充了高烈度地震区隧道防震、减震设计要求,提出了黄土、膨张岩(土)、风积沙、含水砂层、岩溶、瓦斯、高地应力等特殊岩土和不良地质地段隧道衬砌设计规定,明确了明洞结构设计相关规定。
7.附属构筑物及轨道中,规定了大、小避车洞、专用洞室、洞内沟槽的设置要求,规定了轨道设计要求,明确了隧道内无砟轨道铺设条件。
8.隧道结构设计中,规定了不同极限状态下的设计原则及构造要求,规定了隧道衬砌及洞门结构极限状态法设计表达式,规定了素混凝土衬砌抗裂、抗压结构调整系数,规定了洞门结构抗倾覆、滑移稳定、地基承载力调整系数及计算基底应力的荷载分项系数,规定了隧道衬砌及明洞构造的最小配筋率。
9.辅助坑道中,明确了辅助坑道类型、运输方式等设计原则,规定了辅助坑道开挖、支护和衬砌设计要求,增加了泄水洞设计相关内容。
10.防水与排水中,规定了隧道防水等级分类标准及适用范围,规定了隧道防排水设计措施,提出了隧底排水设置要求,明确了隧底深埋水沟、泄水洞排水设计规定,明确了隧道无自排条件下机械排水的设计规定。
11.通风与照明中,规定了隧道运营通风及照明设置规定,明确了施工通风、防灾通风的设计原则。
12.增加了附录A“铁路隧道建筑限界”、附录C“铁路隧道围岩亚分级”,修订了附录F“洞门墙计算方法”。
在执行本规范过程中,希望各单位结合工程实践,认真总结经验,积累资料。如发现需要修改和补充之处,请及时将意见和有关资料寄交中铁二院工程集团有限责任公司(成都市通锦路3号,邮政编码610031),并抄送中国铁路经济规划研究院有限公司(北京市海淀区北蜂窝路乙29号,邮政编码100038),供今后修订时参考。
本规范由中国铁路总公司建设管理部负责解释」
技术总负责人:王同军、卢春房、何华武、王峰、安国栋、吴明友。
主编单位:中铁二院工程集团有限责任公司。
参编单位:中国铁路经济规划研究院有限公司。


内容摘抄:

1总则
1.0.1为贯彻国家有关法规和铁路技术政策,统一铁路隧道工程结构极限状态法设计技术标准,使铁路隧道设计符合安全可靠、先进成熟、经济适用、保护环境的要求,制定本规范。
1.0.2本规范适用于明挖法或矿山法施工的新建铁路隧道设计。
1.0.3隧道按其长度可分为:
短隧道长500m及以下;
中长隧道长500m以上至3000m;
长隧道长3000m以上至10000m:
特长隧道长10000m以上。
注:隧道长度是指进出口洞门之间的距离,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。双线隧道按左线长度计算: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隧道按开挖跨度可分为:
小跨度5m以上至8.5m:
中等跨度8.5m以上至12m:
大跨度12m以上至14m;
特大跨度14m以上。
注:隧道开挖跨度是指隧道开挖横断面的水平最大宽度。
1.0.5隧道勘察设计应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设施,对洞口噪声防治工程、弃渣工程及排水工程等应按永久性工程设计。
1.0.6隧道设计应依据地形、地质特征及周边环境因素,综合考虑技术标准、施工和运营条件,经风险评估与技术、经济比较分析确定方案,并应体现以人为本、服务运输、节能环保、技术先进、经济耐久、便于养护维修的设计理念。
1.0.7隧道位置应选择在稳定的地层中,洞口位置的选择应遵循早进晚出、保护环境的原则。
1.0.8隧道设计应根据隧道工程环境条件及技术特点开展风险管理工作。
1.0.9新建铁路隧道的内轮廓,应满足现行国家相关限界标准规定、轨道结构形式及其维护方式、疏散救援的要求。最高运行速度160km/h及以上新建铁路隧道内轮廓的确定尚应考虑列车类型、车辆密封性、旅客舒适度等因素。
双层集装箱运输的隧道建筑限界应符合铁路行业相关规定。
位于车站上的隧道,其内轮廓尚应符合站场设计的规定和要求。
1.0.10隧道内轮廓的确定应考虑以下因素:
(略)
2术语和符号
2.1术语
2.1.1围岩surrounding rock
隧道周围一定范围内对洞身产生影响的岩土体。
2.1.2围岩压力surrounding rock pressure
隧道开挖后,因围岩变形或松弛等原因,作用于支护或衬砌结构上的压力。
2.i.3围岩分级surrounding rock classification
根据岩体完整程度和岩石坚硬程度等主要指标,按坑道开挖后的围岩稳定性对围岩进行的等级划分。
2.l.4初始地应力场initial ground-stress field
在自然条件下,由于受自重和构造运动作用,在岩体中形成的应力。
2.1.5松散压力loosening pressure
由于隧道开挖扰动致使隧道上方的围岩松动,以相当于一定高度的围岩重量作用于支护或衬砌结构上的压力。
2.1.6概率极限状态设计法probability limit states design method
以概率理论为基础,为尽量避免结构或构件达到某种功能要求的极限状态作为依据的结构设计计算的方法。
2.l.7可靠性reliability
结构在规定的时间内,在正常规定的条件下,完成预定功能的能力。包括安全性、适用性和耐久性。当以概率来度量时,称为结构的可靠度。
2.1.8设计基准期design reference period
为确定可变作用等的取值而选用的时间参数。
2.1.9结构模型structural model
用于结构分析、设计等的理想化的结构体系。
2.1.10设计使用年限design working life
正常使用和维护条件下,设计规定的结构或构件可实现预定功能的使用年限。
2.1.11设计状况design situations
代表一定时段内实际情况的一组设计条件,设计应该做到在该组条件下结构不超越有关的极限状态。
2.l.12持久设计状况persistent design situations
在结构使用过程中一定出现,且持续期很长的设计状况,其持续期一般与设计使用年限同一数量级。
2.1.13短暂设计状况transient design situations
在施工和使用过程中出现概率较大,而与设计使用年限相比,其持续期很短的设计状况。
2.l.l4偶然设计状况accidental design situation
在结构使用过程中出现概率很小,且持续期很短的设计状况。
2.l.15地震设计状况seismic design situation
结构遭受地震时的设计状况。
2.1.16作用action
施加在结构上的集中或分布力(直接作用,也称为荷载),或引起结构外加变形或约束变形的原因(间接作用)。
2.l.17永久作用permanent action
在设计所考虑的时期内始终存在且其量值变化与平均值相比可以忽略不计的作用,或其变化是单调的并趋于某个限值的作用。
2.1.18可变作用variable action
在设计使用年限内其量值随时间变化,且其变化与平均值相比不可忽略不计的作用。
2.1.19偶然作用accidental action
在设计使用年限内不一定出现,而一旦出现其量值很大,且持续期很短的作用。
2.1.20作用效应effects of actions
由作用引起的结构或结构构件的反应,例如内力、变形和裂缝等。
2.1.21作用标准值characteristic value of an action
结构或构件设计时,采用的各种作用的主要代表值,可根据对观测数据的统计、作用的自然限界或工程经验确定。
2.1.22作用代表值representative value of actions
结构或构件设计时,以验算极限状态所采用的作用量值,例如标准值、准永久值、频遇值和组合值等。
2.1.23可变作用的组合值combination value of a variable action
使组合后的作用效应的超越概率与该作用单独出现时其标准值作用效应的超越概率趋于一致的作用值:或组合后使结构具有规定可靠指标的作用值。可通过组合值系ψ≤1)对作用标准值的折减来表示。
2.1.24可变作用的频遇值frequent value of a variable action
在设计基准期内被超越的总时间占设计基准期的比率较小(一般小于10%)的作用值;或被超越的频率限制在规定频率内的作用值。可通过频遇值系数(ψ≤1)对作用标准值的折减来表示。
2.l.25可变作用的准永久值quasi-permanent value of a variable action
在设计基准期内被超越的总时间占设计基准期的比率比较大(约为50%)的荷载值;或被超越的频率限制在规定频率内的作用值。可通过准永久值系数(ψ≤1)对作用标准值的折减来表示。
2.1.26作用的设计值design value of an action
作用代表值与作用分项系数的乘积。
2.1.27作用组合(荷载组合)combination of actions(load combination)
结构或构件设计时,预计可能同时出现的几种不同作用(效应)的集合。
2.1.28基本组合fundamental combination
按承载能力极限状态设计时,永久作用和可变作用的组合。
2.l,29偶然组合accidental combination
承载能力极限状态设计时,永久作用、可变作用和一个偶然作用的组合,以及偶然事件发生后受损结构整体稳固性验算时永久作用与可变作用的组合。
2.l.30主导可变作用leading variable action
在同一作用组合中,效应设计值最不利情况下起控制作用的可变作用。
2.1.31标准组合characteristic combination
正常使用极限状态设计时,采用永久作用标准值、主导可变作用的标准值和(或)非主导可变作用的组合值的组合。
2.1.32频遇组合frequent combination
正常使用极限状态设计时,采用永久作用标准值、主导可变作用的频遇值和(或)非主导可变作用的准永久值的组合。
2.l.33准永久组合quasi-permanent combination
正常使用极限状态设计时,采用永久作用的标准值和可变作用的准永久值的组合。
2.l.34材料性能标准值characteristic value of a material property
设计结构或构件时采用的材料性能的基本代表值。该值符合规定质量的材料性能概率分布的某一分位值或材料性能名义值。
2.l.35材料性能设计值design value of material property
材料性能标准值除以材料性能分项系数所得的值。
2.l.36几何参数标准值characteristic value of a geometrical parameter
设计规定的几何参数公称值或几何参数概率分布的某一分位值。
2.1.37几何参数设计值design value of a geometrical parameter
几何参数的标准值增加或减少一个几何参数的附加量所得的值。所增加或减少的几何参数附加量反映实际结构或构件可能出现的几何偏差。
2.1.38安全等级safety classes
为使结构具有合理的安全性,根据工程结构破坏所产生后果的严重性而划分的设计等级。
2.1.39承载能力极限状态ultimate limit states
结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的过大变形的极限状态。
2.1.40正常使用极限状态service ability limit states
结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。
2.1.41可靠指标3 reliability index B
度量结构可靠度的数值指标,可靠指标3与失效概率P:的关系为B=一中1(P:),其中Φ1(·)为标准正态分布函数的反
函数。
2.l.42失效概率P:probability of structural failure P;
结构或构件不能完成预定功能的概率。
2.l.43分项系数partial coefficient
为了保证所设计的结构或构件具有规定的可靠度,在结构极限状态设计表达式中采用的系数,分为作用分项系数、抗力分项系数和材料性能分项系数等。
2.1.44抗力resistance
结构或结构构件承受作用效应的能力,如承载能力、刚度、抗裂度、强度等。
2.1.45结构调整系数adjustment factor of structure
在分项系数设计表达式中,用来考虑作用效应和抗力计算不定性以及作用分项系数、材料性能分项系数未能考虑到的其他各种因素的变异性的系数。
2.1.46地震动参数seismic ground motion parameter
描述地震的动力特征参数,主要有地震动峰值加速度和地震动反应谱特征周期等指标。
2.1.47地震动峰值加速度seismic peak ground acceleration
与地震动加速度反应谱最大值相应的水平加速度。
2.2符号
(略)
3隧道勘察
3.1一般规定
3.1.1隧道勘察可分为设计阶段勘察和施工阶段勘察。
3.1.2勘察范围、内容、方法、勘察量、精度等应根据勘察阶段的要求和隧道规模及其施工方法确定。
3.1.3隧道勘察应根据不同阶段任务、目的和要求,针对隧道工程的特点,开展调查、测绘、勘探和试验等工作,并编制勘察报告,做到搜集资料齐全、准确,满足设计要求。
3.1.4隧道勘察应详细调查隧道所在地区的自然、人文活动和社会环境状况,评价隧道工程对环境可能造成的影响。
3.2调查、测绘、勘探及试验
3.2,1隧道工程外部环境条件调查应包括下列内容:
(略)
4作用
4.1作用分类及作用组合
4.1.1隧道结构上的作用应按表4.1.1进行分类,在结构上可能同时出现的作用应按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行作用组合,并取其最不利组合进行设计。
表4.1.1隧道结构作用分类
(略)


内容索引:

1总则1
2术语和符号5
2.1术语5
2.2符号10
3隧道勘察…14
3.1一般规定…14
3.2调查、测绘、勘探及试验…14
3.3隧道位置的选择…20
3.4隧道线路平面及纵断面…22
4作用24
4.1作用分类及作用组合……24
4.2永久作用…30
4.3可变作用31
4.4偶然及地震作用……32
5建筑材料…33
5.1一般规定…33
5.2混凝土…36
5.3喷射混凝土38
5.4钢筋…38
5.5砌体…40
6洞门与洞口段42
7隧道衬砌和明洞…46
7.1一般规定……46
7.2隧道衬砌…47
7.3特殊岩土和不良地质地段的隧道衬砌…49
7.4明洞53
8附属构筑物及轨道…55
8.1洞室…55
8.2沟槽…56
8.3轨道…57
9隧道结构设计…58
9.1一般规定…58
9.2衬砌及明洞承载能力极限状态计算…59
9.3洞门承载能力极限状态计算…66
9.4正常使用极限状态计算…70
9.5构造要求74
10辅助坑道80
10.1一般规定…80
10.2开挖、支护和衬砌…81
10.3横洞和平行导坑83
10.4斜井和竖井83
10.5泄水洞85
11防水与排水87
11.1一般规定87
11.2防水89
11.3排水90
11.4洞口和明洞防排水92
12通风与照明94
12.1一般规定94
12.2施工通风94
12.3运营通风与防灾通风…96
12.4照明…98
附录A建筑限界99
附录B铁路隧道围岩分级…105
B.1围岩分级因素及确定方法105
B.2隧道围岩级别修正110
附录C铁路隧道围岩亚分级…115
C.1围岩亚分级…115
C.2隧道围岩亚分级修正…118
C.3各亚级围岩物理力学指标参数…119
附录D深埋隧道围岩压力计算方法…120
附录E浅埋隧道围岩压力计算方法……122
附录F偏压隧道围岩压力计算方法…124
附录G明洞回填土压力计算方法…126
附录H洞门墙计算方法…130
本规范用词说明…135
《铁路隧道设计规范(极限状态法)》条文说明…136

 

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