[PPT]公路隧道工程

1、第五章 結(jié)構(gòu)體系一、隧道結(jié)構(gòu)體系概述二、支護(hù)結(jié)構(gòu)選用的原則三、錨噴支護(hù)四、隧道結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)方法一、隧道結(jié)構(gòu)體系概述 隧道的結(jié)構(gòu)體系是由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同組成的。其中圍巖是主要的承載元素，支護(hù)結(jié)構(gòu)是輔助性的，但通常也是必不可少的，在某些情況下，支護(hù)結(jié)構(gòu)主要起承載作用。這就是按現(xiàn)代巖石力學(xué)原則設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本出發(fā)點(diǎn)。 隧道開(kāi)挖前巖體處于初始應(yīng)力狀態(tài)，謂之一次應(yīng)力狀態(tài)；開(kāi)挖隧道后引起了圍巖應(yīng)力的重分布，同時(shí)圍巖將產(chǎn)生向隧道內(nèi)的位移，形成了新的應(yīng)力場(chǎng)，稱(chēng)之為圍巖的二次應(yīng)力狀態(tài)，這種狀態(tài)受到開(kāi)挖方式(爆破、非爆破)和方法(全斷面開(kāi)挖、分部開(kāi)挖等)的強(qiáng)烈影響。如果隧道圍巖不能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定，就必須設(shè)置支護(hù)

2、結(jié)構(gòu)，從隧道內(nèi)部對(duì)圍巖施加約束，控制圍巖變形，改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，促使其穩(wěn)定，這就是三次應(yīng)力狀態(tài)。顯然這種狀態(tài)與支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型、方法以及施設(shè)時(shí)間等有關(guān)。三次應(yīng)力狀態(tài)滿足穩(wěn)定要求后就會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的洞室結(jié)構(gòu)，這樣，這個(gè)力學(xué)過(guò)程才告結(jié)束。二 支護(hù)結(jié)構(gòu)選用的原則 支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本作用在于：與圍巖一起組成一個(gè)有足夠安全度的隧道結(jié)構(gòu)體系，能承受可能出現(xiàn)的各種荷載；保持隧道斷面的使用凈空；防止圍巖質(zhì)量的進(jìn)一步惡化；提供空氣流通的光滑表面。因此，任何一種類(lèi)型的支護(hù)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)特性和施工的可能性。（一）支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本要求1. 必須能與圍巖大面積地牢固接觸，即保證支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖作為一個(gè)整

3、體進(jìn)行工作。重視早期支護(hù)的作用，并使早期支護(hù)與永久支護(hù)相互配合，協(xié)調(diào)一致地工作。要允許隧道圍巖能產(chǎn)生有限制的變形，以充分發(fā)揮圍巖的承載能力而減少對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的不利作用，使兩者更加協(xié)調(diào)的工作。4. 必須保證施作支護(hù)結(jié)構(gòu)的及時(shí)性。5. 作為支護(hù)結(jié)構(gòu)要能根據(jù)隧道圍巖的動(dòng)態(tài)(位移、應(yīng)力等)，及時(shí)地進(jìn)行調(diào)整和修改，以適應(yīng)不斷變化的圍巖狀態(tài)。（二）支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型 根據(jù)其使用目的，支護(hù)結(jié)構(gòu)可分為： 防護(hù)型支護(hù) 構(gòu)造型支護(hù) 承載型支護(hù) 根據(jù)其施作的時(shí)間先后順序，支護(hù)結(jié)構(gòu)可分為： 超前預(yù)支護(hù) 初期支護(hù) 二次襯砌 （一）噴錨支護(hù)的基本概念 1) 噴錨支護(hù)是 噴混凝土支護(hù)、 噴混凝土+錨桿支護(hù)、 噴混凝土+錨桿+鋼筋網(wǎng)

4、支護(hù)、 噴混凝土+錨桿+鋼筋網(wǎng)+鋼架支護(hù) 的統(tǒng)稱(chēng)，三、錨噴支護(hù) 2射混凝土襯砌是利用泵或高壓風(fēng)作動(dòng)力，把混凝土混合料通過(guò)噴射機(jī)、輸料管及噴頭直接噴射到隧道圍巖壁上的支護(hù)方法。 3錨桿是一種錨固在巖體內(nèi)部的桿狀體，錨桿支護(hù)是通過(guò)錨入巖體內(nèi)部的鋼筋，與巖體融為一體，達(dá)到提高圍巖的力學(xué)性能、改善圍巖的受力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)加固圍巖、維護(hù)圍巖穩(wěn)定的目的。 （一）噴錨支護(hù)的基本概念 4是一種支護(hù)及時(shí)，加固圍巖，控制圍巖變形，能充分利用和發(fā)揮圍巖自承能力的支護(hù)襯砌形式， 具有柔性、緊貼圍巖、與圍巖共同變形等特點(diǎn)（一）噴錨支護(hù)的基本概念（二） 噴混凝土襯砌作用機(jī)理1粘接作用 增加了圍巖切向方向的約束力，使圍巖與噴層

5、共同作用。（二）噴混凝土襯砌作用機(jī)理2 彎曲壓縮作用 由于向內(nèi)產(chǎn)生徑向變位受到彎曲壓縮，對(duì)圍巖施加了徑向約束力。（二）噴混凝土襯砌作用機(jī)理3抗剪切作用 抵抗圍巖局部松動(dòng)巖塊向洞內(nèi)滑移（二）噴混凝土襯砌作用機(jī)理4楔效應(yīng)，嵌入巖縫。5減少局部集中應(yīng)力。6防止發(fā)生風(fēng)化。（三） 噴混凝土襯砌施工基本要求 第一. 隧道開(kāi)挖后及時(shí)施作 ; 第二. 與圍巖緊密粘結(jié)、不留空隙，與圍巖共同工作。 第三. 分多層噴射，達(dá)到設(shè)計(jì)厚度。（四）錨桿的作用機(jī)理1懸吊作用 把圍巖局部松動(dòng)可能向洞內(nèi)滑移的巖塊錨固定起來(lái)（四）錨桿的作用機(jī)理2 組合梁作用 把水平層狀巖體疊合組成組合梁（錨桿群） （四）錨桿的作用機(jī)理3縫綴作用

6、增加整體性（即增加裂縫之間的摩擦力） （四）錨桿的作用機(jī)理4內(nèi)壓作用 向圍巖施加經(jīng)向的約束壓應(yīng)力 （五）永久錨桿的技術(shù)上要求 第一要確保錨桿全長(zhǎng)注漿飽滿，與巖體連成整體； 第二要求錨桿達(dá)到使用耐久，避免松馳、銹蝕、腐蝕損壞。錨桿種類(lèi)如下：1 全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿;2 端頭錨固型錨桿;3 摩擦型錨桿;4 預(yù)應(yīng)力錨桿。在、級(jí)圍巖條件下，錨桿應(yīng)按系統(tǒng)錨桿設(shè)計(jì)，并符合下列規(guī)定：1 錨桿一般應(yīng)沿隧道周邊徑向布置，當(dāng)結(jié)構(gòu)面或巖層層面明顯時(shí)，錨桿應(yīng)與巖體主結(jié)構(gòu)面或巖層層面成大角度布置。2 錨桿應(yīng)按矩形排列或梅花形排列。3 錨桿間距不得大于1.5m。間距較小時(shí)，可采用長(zhǎng)短錨桿交錯(cuò)布置。4 兩車(chē)道隧道系統(tǒng)錨桿長(zhǎng)度一般

7、不小于2.0m，三車(chē)道隧道系統(tǒng)錨桿長(zhǎng)度一般不小于2.5m。系統(tǒng)錨桿布置方式有梅花形排列和矩形排列 梅花形排列 矩形排列 在圍巖條件較差地段、或地面沉降有嚴(yán)格限制時(shí)，應(yīng)在初期支護(hù)內(nèi)增設(shè)鋼架。常用的鋼架有：鋼筋格柵鋼架、工字鋼鋼架、 U型鋼鋼架和H鋼鋼架。鋼架支護(hù)宜優(yōu)先選用格柵鋼架支護(hù)。四 隧道結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)方法（一）結(jié)構(gòu)力學(xué)方法1.荷載結(jié)構(gòu)模型的建立圖5-24 荷載結(jié)構(gòu)模型2.作用(荷載)組成 采用荷載結(jié)構(gòu)模型分析支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)，其中最重要的是確定圍巖的松動(dòng)壓力，支護(hù)結(jié)構(gòu)自重可按預(yù)先擬定的結(jié)構(gòu)尺寸和材料容重計(jì)算確定。 （二）巖體力學(xué)方法 在隧道結(jié)構(gòu)體系中，一方面圍巖本身由于支護(hù)結(jié)構(gòu)提供了一定的支護(hù)

8、抗力，而引起它的應(yīng)力調(diào)整，從而達(dá)到新的穩(wěn)定；另一方面由于支護(hù)結(jié)構(gòu)阻止圍巖變形，也必然要受到圍巖給予的反作用力而發(fā)生變形。這種反作用力和圍巖的松動(dòng)壓力極不相同，它是支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖共同變形過(guò)程中對(duì)支護(hù)施加的壓力，故可稱(chēng)為“形變壓力”。 目前對(duì)于這種模型求解方法有解析法、數(shù)值法、特征曲線法三種。1、解析法 該方法根據(jù)所給定的邊界條件，對(duì)問(wèn)題的平衡方程、幾何方程和物理方程直接求解。 2、數(shù)值方法 對(duì)于幾何形狀和圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)都比較復(fù)雜的隧道，一般需要采取數(shù)值方法，尤其是需要考慮圍巖的各種非線性特性時(shí)。該方法主要是指有限單元法，它是把圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)都劃分為單元，然后根據(jù)能量原理建立起整個(gè)系統(tǒng)的虛功方程

9、，也稱(chēng)剛度方程，從而求出系統(tǒng)上各節(jié)點(diǎn)的位移以及單元的應(yīng)力。3、特征曲線法 特征曲線法也稱(chēng)為“收斂約束”法，是用圍巖的支護(hù)需求曲線和支護(hù)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)給曲線以求得達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。 特征曲線法的基本原理是：隧道開(kāi)挖后，如無(wú)支護(hù)，圍巖必然產(chǎn)生向隧道內(nèi)的變形(收斂)。施加支護(hù)以后，支護(hù)結(jié)構(gòu)約束了圍巖的變形(約束)，此時(shí)圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)一起共同承受?chē)鷰r擠向隧道的變形壓力。（三）以圍巖分級(jí)為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法 在大多數(shù)情況下，隧道支護(hù)體系還是依賴(lài)“經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)”的，并在實(shí)施過(guò)程中，依據(jù)量測(cè)信息加以修改和驗(yàn)證。 我們大致上可以發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意的幾點(diǎn)的原則是： 首先對(duì)隧道圍巖要有一個(gè)正

10、確的分級(jí) 在各級(jí)巖體中，支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)大體是按下述原則選用的： 在施工中應(yīng)盡量少損害圍巖，使其盡量保持原有巖體的強(qiáng)度，因此，應(yīng)采用控制爆破技術(shù)。 預(yù)計(jì)有大變形和松弛的情況下，開(kāi)挖面要全面防護(hù)(包括正面)，使之有充分的約束效應(yīng)，在分臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，上半斷面進(jìn)深不宜過(guò)長(zhǎng)，以免影響整個(gè)斷面的閉合時(shí)間。 二次襯砌通常是模筑的，在修二次襯砌之前要設(shè)防水層，形成具有防水性能的組合襯砌。 允許甚至希望巖石出現(xiàn)一定的變形，以減少為完成支護(hù)作用所需的防護(hù)措施。 制定詳細(xì)周密的量測(cè)計(jì)劃。通過(guò)量測(cè)，確定所建立的支護(hù)阻力是否和圍巖類(lèi)型相適應(yīng)以及還需要什么樣的加強(qiáng)措施等。 支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工順序與正確地掌握巖體的時(shí)間效應(yīng)很有關(guān)系

11、。（四）監(jiān)控設(shè)計(jì)方法 由于地下結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)極其復(fù)雜，自50年代以來(lái)，國(guó)際上就開(kāi)始通過(guò)對(duì)鐵路隧道的量測(cè)來(lái)監(jiān)視圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，并應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果修改設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工。 監(jiān)控設(shè)計(jì)通常包括兩個(gè)階段：施工前預(yù)設(shè)計(jì)階段和修正設(shè)計(jì)階段。 監(jiān)控設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)包括：現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理、信息反饋三個(gè)方面?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)包括：制定監(jiān)測(cè)方案、確定測(cè)試內(nèi)容、選擇測(cè)試手段、實(shí)施監(jiān)測(cè)計(jì)劃。數(shù)據(jù)處理包括：原始數(shù)據(jù)的整理、明確數(shù)據(jù)處理的目的、選擇處理方法、提出處理結(jié)果。信息反饋包括：反饋方法(理論反饋與經(jīng)驗(yàn)反饋)和反饋的作用(修改設(shè)計(jì)與指導(dǎo)施工)。第六章 防排水一、隧道防排水基本原則二、隧道防排水系統(tǒng)組成三、防排水材料四、防水

12、板無(wú)釘鋪設(shè)技術(shù) 隧道防排水應(yīng)當(dāng)遵循“防、排、堵、截結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，保證隧道結(jié)構(gòu)物和運(yùn)營(yíng)設(shè)備的正常使用和行車(chē)安全。隧道建成后，應(yīng)滿足拱部、邊墻、路面、設(shè)備箱洞不滲水，隧道襯砌背后不積水，排水溝不凍結(jié)，車(chē)行橫通道、人行橫通道拱部不滴水，邊墻不淌水。一、隧道防排水基本原則二、隧道防排水系統(tǒng)組成 防水工程包括襯砌柔性防水工程及襯砌漏水防水工程。二次襯砌與噴射砼之間設(shè)置防水板作為柔性防水設(shè)施。襯砌結(jié)構(gòu)自身要求密實(shí)。沉降縫、伸縮縫采用背貼式止水帶加中埋式橡膠止水帶防水，施工縫采用背貼式止水帶防水加帶注漿管的遇水膨脹橡膠止水條防水。 排水工程包括襯砌背面排水工程、路緣排水工程以及洞頂截水工程。三、防排水材料 防水層采用雙層結(jié)構(gòu)。用PE泡沫塑料墊襯做緩沖層效果同無(wú)紡布，但施工方便，造價(jià)低廉；選用EVA及LDPE膜（厚0.8mm）做防水膜（片材）完全能滿足防水要求，材料立足國(guó)內(nèi)，價(jià)格適中。北京地鐵復(fù)八線工程復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)采用上述幾種材料作防水層。 LDPE或EVA等具有良好的不透水性和良好的電器絕緣性能，可保護(hù)