第3章 第二節(jié) 隧道結(jié)構(gòu)限界

1、隧道工程第第2章章 隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造及設(shè)計隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造及設(shè)計第1節(jié) 隧道凈空與限界 本節(jié)主要內(nèi)容：隧道凈空與限界的概念 隧道建筑限界的確定 曲線隧道凈空加寬第1節(jié) 1.1 隧道凈空與限界的基本概念 隧道凈空：隧道襯砌內(nèi)輪廓線所包圍的空間，根據(jù)“隧道建筑限界”確定的。 隧道建筑限界：為了保證隧道內(nèi)各種交通的正常運行與安全，而規(guī)定在一定寬度和高度范圍內(nèi)不得有任何障礙物的空間范圍。第1節(jié) 1.2 鐵路隧道建筑限界 機車車輛或超限貨物車輛的接近限界鐵路建筑接近限界 隧道建筑限界 隧道凈空 第1節(jié) 第1節(jié) 第1節(jié) 1.3 公路隧道建筑限界 建筑限界組成部分：行車道寬度(W) 路緣帶(S) 側(cè)向?qū)挾?L) 人

2、行道(R)或檢修道(J) 當(dāng)設(shè)置人行道時，含余寬(C) 車道數(shù) 第1節(jié) 第1節(jié) 注： 汽車專用公路隧道只在左側(cè)設(shè)檢修道； 山嶺重丘區(qū)的四級公路，只有當(dāng)路基寬度為4.5m 時，行車道寬度可采用4.5m； 四級公路一般可不設(shè)人行道。第1節(jié) 1.4 曲線隧道凈空加寬 1.4.1 鐵路隧道加寬原因 第1節(jié) 1.4.2 單線鐵路隧道加寬計算 1.4.2.1 車輛中間部分向曲線內(nèi)側(cè)的偏移 第1節(jié) 1.4.2.2 外軌超高使車體向曲線內(nèi)側(cè)傾斜偏移 第1節(jié) 1.4.2.3 車輛兩端向曲線外側(cè)的偏移 第1節(jié) 1.4.3 單線單線 第1節(jié) 1.4.4 雙線鐵路隧道加寬計算 第1節(jié) 1.4.5 雙線隧道中線偏移 第

3、1節(jié) 1.4.6 第1節(jié) 1.4.7 第1節(jié) 小結(jié)思考題：1 1、確定隧道建筑限界需要考慮哪些因素？、確定隧道建筑限界需要考慮哪些因素？ 2 2、比較鐵路隧道與公路隧道在建筑限界與、比較鐵路隧道與公路隧道在建筑限界與曲線加寬等方面的異同？曲線加寬等方面的異同？第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 本節(jié)主要內(nèi)容：隧道襯砌斷面設(shè)計的主要內(nèi)容和步驟 鐵路隧道襯砌斷面設(shè)計 公路隧道襯砌斷面設(shè)計第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 2.1 隧道襯砌橫斷面設(shè)計2.1.1 設(shè)計基本內(nèi)容 內(nèi)輪廓線 軸線 厚度2.1.2 設(shè)計步驟 確定隧道類型相應(yīng)建筑限界 根據(jù)圍巖初步擬定截面厚度 斷面優(yōu)化、強度檢算并評價內(nèi)輪廓線第2節(jié) 隧道襯砌斷面

4、設(shè)計 2.1.3 設(shè)計注意事項 隧道內(nèi)輪廓必須符合隧道建筑凈空限界。 內(nèi)輪廓線應(yīng)盡量減小洞室的體積 。 結(jié)構(gòu)軸線應(yīng)盡可能地符合壓力線。 采用的施工方法能確保斷面形狀及尺寸有利于隧道的穩(wěn)定。2.1.4 設(shè)計目的 滿足限界要求 滿足受力要求 圬工最省第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 2.2 鐵路隧道襯砌斷面設(shè)計 第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 襯砌斷面幾何關(guān)系有： 上式含b、f、1、a、r1、r2、2共7個參數(shù) 先給定b、f、1及a值后，再解出r1、r2及2。 曲線地段需要加寬時，保持r2及2不變，1仍取45， b值根據(jù)加寬要求也是已知，故未知參數(shù)f、a、r1仍可求解。第2節(jié) 隧道襯砌

5、斷面設(shè)計 第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 總結(jié)及思考：總結(jié)及思考： (1） 襯砌內(nèi)輪廓線襯砌內(nèi)輪廓線( (標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化) ) （2） 襯砌外輪廓線襯砌外輪廓線( (可變化可變化) ) （3） 襯砌截面厚度襯砌截面厚度( (可變化可變化) ) 討論：這三者之間的關(guān)系？討論：這三者之間的關(guān)系？ 結(jié)論結(jié)論 （1 1） 內(nèi)輪廓線與厚度影響結(jié)構(gòu)軸線；內(nèi)輪廓線與厚度影響結(jié)構(gòu)軸線； （2 2） 外輪廓線決定是否變截面襯砌，亦影外輪廓線決定是否變截面襯砌，亦影響結(jié)構(gòu)軸線。響結(jié)構(gòu)軸線。 第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 2.3 公路隧道襯砌斷面設(shè)計 目前公路隧道以單心圓、坦三心圓兩種斷面應(yīng)用最為普遍。 公路隧道與鐵路隧道的主

6、要區(qū)別： 鐵路隧道建筑限界是固定統(tǒng)一的，而公路隧道的建筑限界則不定。1. 公路隧道的附屬設(shè)施比鐵路隧道多且要求高，且每一座隧道均會因交通流量和長度不同而要求不同。第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 單心圓襯砌內(nèi)輪廓線第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 2.3.2 坦三心圓斷面設(shè)計 坦三心圓內(nèi)輪廓線第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 與鐵路隧道的異同點：與鐵路隧道的異同點： 內(nèi)輪廓非標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)輪廓非標(biāo)準(zhǔn)化 通風(fēng)、照明等附屬設(shè)施多通風(fēng)、照明等附屬設(shè)施多 設(shè)計特點：設(shè)計特點： 斷面設(shè)計優(yōu)化的必要性斷面設(shè)計優(yōu)化的必要性 規(guī)范推薦斷面形式規(guī)范推薦斷面形式(

7、(有標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢有標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢) ) 第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 2.4 襯砌截面厚度 單線鐵路隧道拱頂厚度一般為3060 雙線鐵路隧道襯砌拱頂厚度為4080。 仰拱厚度一般稍小于拱頂?shù)暮穸取?襯砌可以等厚，也可將拱腳和邊墻較拱頂加厚20%50%。第2節(jié) 隧道襯砌斷面設(shè)計 小結(jié)：思考題：思考題：1 1、比較鐵路隧道與公路隧道襯砌斷面，、比較鐵路隧道與公路隧道襯砌斷面，思考有哪些因素會影響到斷面形狀？思考有哪些因素會影響到斷面形狀？ 2 2、運用數(shù)學(xué)優(yōu)化知識談?wù)勅绾问箶唷⑦\用數(shù)學(xué)優(yōu)化知識談?wù)勅绾问箶嗝鏉M足各方面要求？面滿足各方面要求？第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 本節(jié)主要內(nèi)容：洞身支護結(jié)構(gòu)的主要類型

8、不同類型洞身支護結(jié)構(gòu)的特點及其適用條件 整體式混凝土襯砌的結(jié)構(gòu)特點第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 3.1 支護結(jié)構(gòu)類型3.1.1 外部支護 整體式混凝土襯砌 砌石襯砌 拼裝式襯砌 噴射混凝土支護3.1.2 內(nèi)部支護 錨桿 注漿3.1.3 混合支護 噴錨支護 復(fù)合式襯砌第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 3.2 整體式混凝土襯砌工藝流程：立模灌筑養(yǎng)生拆模優(yōu)點： 對地質(zhì)條件和施工條件的適應(yīng)性較強 易于按需要成型 整體性好 抗?jié)B性強缺點： 需要養(yǎng)生時間 受力較慢第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 3.2.1 直墻式襯砌適用于：地質(zhì)條件較好的、級 (、類)圍巖。圍巖壓力以豎向為主， 幾乎沒有或僅有很小的 水平側(cè)向壓力。 第3節(jié)

9、 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 適用于：地質(zhì)條件極好， 整體巖層堅固；幾乎無水平側(cè)壓力， 也無地下水侵入?？刹辉O(shè)邊墻，但應(yīng)把兩側(cè)巖壁表面噴漿敷面。 第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 適用于： 在地質(zhì)條件尚好，側(cè)壓力不大， 但又不宜采用半襯砌時。第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 適用于： 地質(zhì)較差，巖體松散破碎，強度不高； 有地下水； 側(cè)向水平壓力也相當(dāng)大。第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 3.3 裝配式混凝土襯砌 因隧道施工工業(yè)化和機械化發(fā)展而出現(xiàn)了裝配式隧道襯砌，目前多在使用盾構(gòu)法施工的城市地下鐵道中應(yīng)用。 優(yōu)點： 可立即承受圍巖壓力 工廠化、機械化，改善勞動條件 不需臨時支撐可節(jié)省大量材料及勞力 速度快，工期短，造價低缺點：

10、 接縫多，整體性差， 抗?jié)B性差，防水困難 需要足夠的拼裝空間 制備構(gòu)件尺寸上要求精度高第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 3.4 錨噴支護 噴射混凝土加設(shè)錨桿和金屬網(wǎng)構(gòu)成的一種支護形式，簡稱“噴錨支護”，是目前常用的一種圍巖支護手段。 適應(yīng)軟弱和膨脹性地層隧道開挖及可用于整治坍方和隧道襯砌的裂損。3.4.1 作用原理u 形成一種柔性襯砌結(jié)構(gòu)，與圍巖合成一體，共同作用，充分調(diào)動或發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力u噴射混凝土充填裂隙、封閉圍巖壁面，靠噴層與圍巖的粘結(jié)力及自身的抗剪能力組成一個新的承載結(jié)構(gòu)體系 u 通過錨桿的懸吊效應(yīng)、組合梁效應(yīng) 、加固效應(yīng)以發(fā)揮圍巖自承能力 第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 3.4.2 錨噴支護類

11、型 錨桿支護 噴射混凝土支護 噴射混凝土錨桿聯(lián)合支護 噴射混凝土與錨桿及鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護 以上類型加設(shè)型鋼支撐（或格柵）而成的聯(lián)合支護3.4.3 優(yōu)點充分發(fā)揮圍巖的自承能力，因而有效地利用洞內(nèi)凈空 施工簡便，提高作業(yè)安全性和作業(yè)效率， 使坑道斷面縮小，從而減少了開挖量，也節(jié)省圬工第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 3.5 復(fù)合式襯砌 在不同的時間分層先后施作，它可以是兩層、三層或更多的層 ，目前實踐的都只外襯和內(nèi)襯兩層，因此又稱之“雙層襯砌”基本組成：外襯、防水層、內(nèi)襯第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 復(fù)合襯砌防水層第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 襯砌結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)：襯砌結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)： 外襯受力

12、狀態(tài) 保護圍巖和加固圍巖，促進圍巖的應(yīng)力調(diào)整，充分發(fā)揮圍巖的自承作用 內(nèi)襯受力狀態(tài) 在較堅硬的圍巖地段，由于圍巖具有自承能力，它與初期支護組合在一起能起到永久建筑物的作用，所以二次襯砌只是用來提高安全度的； 在圍巖比較軟弱地段，則內(nèi)、外襯砌是共同承載；而在一些特殊地質(zhì)地段中(坍方、大變形)，二次襯砌的承載作用是主要的，它不僅穩(wěn)定圍巖的變形而且在整個襯砌結(jié)構(gòu)中占有主導(dǎo)地位。第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 優(yōu)點： 改善受力條件，相對單層同厚度模筑襯砌，承載能 力提高2030 防止外層襯砌風(fēng)化，使噴層內(nèi)鋼筋網(wǎng)和錨桿端部免于銹蝕 表面光潔平整，利于通風(fēng) 防水效果好缺點： 造價較高，施工較復(fù)雜 第3節(jié) 隧道洞

13、身支護結(jié)構(gòu) 3.6 支護結(jié)構(gòu)基本要求 支護結(jié)構(gòu)的基本作用在于保證隧道斷面的使用凈空，防止巖體質(zhì)量惡化；承受可能的各種荷載，使隧道支護體系有足夠的安全度。因此，任何一種類型的支護結(jié)構(gòu)都應(yīng)具有與上述作用相適應(yīng)的構(gòu)造、力學(xué)特性和施工可能性。按現(xiàn)代支護理論，理想支護結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足如下基本要求： u 必須與周圍巖體大面積地牢固接觸，即保證支護一圍巖作為一個統(tǒng)一的支護體系而共同工作 。u 要允許圍巖及支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有限制的變形，以充分發(fā)揮圍巖的承載作用而減少支護結(jié)構(gòu)的受力，但又必須保證支護結(jié)構(gòu)及時施作。 第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 3.7 襯砌結(jié)構(gòu)一般規(guī)定3.7.1 襯砌結(jié)構(gòu)材料 隧道襯砌材料，應(yīng)具有足夠的強度和

14、耐久性，在某些環(huán)境中，還必須具有抗凍、抗?jié)B和抗侵害性。3.7.2 襯砌結(jié)構(gòu)伸縮縫、沉降縫 隧道襯砌一般不設(shè)伸縮縫，但嚴(yán)寒地區(qū)的整體式襯砌、錨噴襯砌或復(fù)合式襯砌應(yīng)在洞口和易受凍害地段設(shè)置伸縮縫。 在對隧道襯砌有不良影響的軟硬地層分界處應(yīng)設(shè)置沉降縫。第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 小結(jié)：思考題：思考題：1 1、襯砌結(jié)構(gòu)的仰拱如何改善其受力條、襯砌結(jié)構(gòu)的仰拱如何改善其受力條件？件？ 2 2、對于拼裝式襯砌，可以采取哪些、對于拼裝式襯砌，可以采取哪些措施改善其防水性能？措施改善其防水性能？第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 襯砌臺車第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 第3節(jié)

15、隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 襯砌臺車襯砌臺車第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 管片拼裝圖管片拼裝圖第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 管片安裝：第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 裝配式砌襯內(nèi)景：第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 噴射混凝土第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 隧道洞身支護結(jié)構(gòu) 第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 本節(jié)主要內(nèi)容： 洞門定義 洞門作用 洞口位置選定的原則和要求 洞門結(jié)構(gòu)類型 第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 4.1 洞門定義在隧道洞口用圬工砌筑并加以一定建筑裝飾的支擋結(jié)構(gòu)物。4.2 洞門作用 減少洞口土石方開挖量 穩(wěn)定邊坡 引離地表流水 裝飾洞口第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 4.3 洞門結(jié)構(gòu)類型

16、 洞口環(huán)框式洞門 端墻式洞門 翼墻式洞門 柱式洞門 臺階式洞門 斜交洞門 削竹式洞門第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 4.3.1 洞口環(huán)框式洞門適用于類或級圍巖，地形陡峻而又無排水要求作用：不承載，加固洞口 減少雨后洞口滴水 簡單裝飾 第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 4.3.2 端墻式洞門適于地形開闊，巖質(zhì)基本穩(wěn)定的 級圍巖。結(jié)構(gòu)特點：能有效抵抗山體縱向推力。 第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 端墻的作用：端墻的作用： 支護洞口仰坡，并將仰坡水流匯集排出。 構(gòu)造要求：構(gòu)造要求： 端墻高度應(yīng)使洞身襯砌上方尚有1m以上回填層； 洞頂水溝深度應(yīng)不小于0.4m； 應(yīng)設(shè)置擋碴防護墻，高度從仰坡

17、坡腳算起應(yīng)不小于0.5m，水平方向不宜小于1.5m； 端墻基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)置在穩(wěn)固的地基上，其深度視地質(zhì)條件、凍害程度而定，一般應(yīng)在0.61.0m左右； 墻厚按擋土墻計算 ，寬度與路塹橫斷面相適應(yīng)。 第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 4.3.3 翼墻式洞門 適用于山體縱向推力較大,洞口地質(zhì)較差的級及以上的圍巖，增加洞門的抗滑動和抗傾覆能力。 第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 翼墻式洞門第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 4.3.4 柱式洞門 適用于地形較陡，地質(zhì)條件較差，仰坡可能下滑，而又受地形或地質(zhì)條件限制，不能設(shè)置翼墻時。特點：可以在端墻中部設(shè)置兩個斷面較大的柱墩，以增加端墻的穩(wěn)定性。 第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 連拱

18、隧道柱式洞門第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 柱式洞門第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 4.3.5 臺階式洞門 適于傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門一側(cè)邊坡較高時作用：減小仰坡高度及外露坡長，減少開挖量。第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 蓮花山隧道臺階式洞門 第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 臺階式洞門第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 4.3.6 斜交洞門 第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 適用：適用：線路方向與地形等高線斜交時。 特點特點：將洞門做成與地形等高線一致，使洞門左右可以仍保持近似對稱，但襯砌洞口段和洞門相對于線路呈斜交形式。注意事項注意事項：1 斜洞門與線路中線的交角不應(yīng)小于45 2 一般斜洞門與襯砌斜口段是整體砌筑的3 由于斜洞門及襯砌斜口段的受力情況復(fù)雜，施工

19、也不方便，所以，只有在十分必要時才采用它。第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 4.3.7 削竹式洞門 第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 削竹式在公路隧道中被普遍使用 適用適用于洞口段有較長的明洞襯砌，由于洞門背后一定范圍內(nèi)是以回填土為主，山體的推滑力不大；地形相對比較對稱和不太陡峻。 特點特點： 1 洞口邊仰坡開挖量少 2 減少對植被的破壞和有利于保護環(huán)境 3 適用各種圍巖類別第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 削竹式洞門第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 削竹式洞門第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 削竹式洞門第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 削竹式洞門施工現(xiàn)場第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 小結(jié)：思考題：思考題：1 1、隧道洞門結(jié)構(gòu)類型，適用范圍及特點？、

20、隧道洞門結(jié)構(gòu)類型，適用范圍及特點？ 2 2、分析以下各種情況下宜采用的隧道洞門、分析以下各種情況下宜采用的隧道洞門結(jié)構(gòu)型式。結(jié)構(gòu)型式。第4節(jié) 隧道洞門結(jié)構(gòu) 第5節(jié) 明洞結(jié)構(gòu) 本節(jié)主要內(nèi)容：明洞施工方法及其適用條件 明洞結(jié)構(gòu)類型第5節(jié) 明洞結(jié)構(gòu) 5.1 明洞及其適用條件 明洞-明挖法修建的隧道。 開挖方式： 大開挖 明拱暗墻明洞位置示意圖第5節(jié) 明洞結(jié)構(gòu) 適用條件： 隧道的進出口處； 地質(zhì)條件差且覆蓋層薄，暗挖法難進洞； 洞口路塹邊坡有落石而危及行車安全時； 鐵路、公路、河渠必須在鐵路上方通過且不宜做立交橋或涵渠。第5節(jié) 明洞結(jié)構(gòu) 5.2 明洞結(jié)構(gòu)類型 5.2.1 拱式明洞(通常所說的明洞均指這種) 路塹式 路塹對稱式 (圖) 路塹偏壓式 (圖) 半路塹式 半路塹偏壓斜墻式 (圖) 半路塹單壓耳墻式 (圖)5.2.2 棚式明洞 蓋板式 (圖) 懸臂式 (圖