隧道工程第3章-隧道主體及附屬建筑結(jié)構(gòu)課件

1、第三章 主體及附屬 建筑結(jié)構(gòu)2 3.1 隧道襯砌材料與構(gòu)造 3.2 隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu) 3.3 隧道洞門結(jié)構(gòu)隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 3.4 隧道明洞結(jié)構(gòu) 3.5 隧道附屬建筑設(shè)施 3.6 隧道防排水設(shè)施 3.7 鐵路隧道底部結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)施 隧道襯砌的作用：承受圍巖壓力、地下水壓力和支護結(jié)構(gòu)自身重力，阻止圍巖向隧道內(nèi)變形和防止隧道圍巖的風化，有時還要承受化學物質(zhì)的侵蝕，地處高寒地區(qū)的隧道還要承受凍害的影響等。 隧道襯砌材料要求：應具有足夠的強度、耐久性、抗?jié)B性、耐腐蝕性和抗風化及抗凍性等，此外還要滿足經(jīng)濟、就地取材、易于機械化施工等要求。 3.1 隧道襯砌材料與構(gòu)造

2、3.1.1 隧道襯砌材料的種類 隧道襯砌材料種類： (1) 混凝土與鋼筋混凝土 (2) 噴射混凝土 (3) 錨桿和鋼架 (4) 片石混凝土 (5) 塊石混凝土 (6) 裝配式材料錨桿與鋼架 3.1.2 隧道襯砌材料的選用 (1) 隧道襯砌材料的選用 隧道襯砌材料的強度等級滿足規(guī)范。 (2)隧道襯砌材料選用應考慮的因素 1) 強度和耐久性的要求，并考慮其抗凍、抗?jié)B性和抗侵蝕性的需要。 2)當有侵蝕性的水作用時，應選用具有抗侵蝕性能的特種水泥。 3)在寒冷及嚴寒地區(qū)，宜采用整體式混凝土襯砌，且混凝土標號適當提高。 3.2 隧道洞身襯砌構(gòu)造噴錨襯砌整體襯砌復合襯砌洞身襯砌結(jié)構(gòu)裝配式襯砌連拱式襯砌 噴

3、射混凝土支護作用：封閉巖面、防止風化松動、填充坑凹及裂隙、維護和提高圍巖的整體性、發(fā)揮圍巖自身的承載作用和調(diào)整圍巖應力分布、防止應力集中、控制圍巖變形、防止掉塊、坍塌。 錨桿利用錨桿的懸吊作用、組合梁作用、加固作用。 1. 噴錨襯砌 噴射混凝土:是利用空壓機的高壓空氣作動力，把混凝土混合料直接噴射到隧道圍巖表面上的支護方法。錨桿支護施工與加固作用 2. 整體式襯砌 直墻式襯砌、曲墻式襯砌 嚴寒地區(qū)與酷熱溫差變化大的地區(qū)，增設(shè)伸縮縫。的抗凍脹能力較強。 3. 復合式襯砌 初期支護二次襯砌中間防水層復合襯砌圖3-1 復合式襯砌22錨桿，長3.0m9066520405252%路線設(shè)計標高201545

4、20C25號素混凝土隧底填充C10號素混凝土307021085154R =465328140隧道中線線路中線R=1270200R=50581C25素混凝土初期支護噴射C20號混凝土，厚20cm防水層 預留沉降量5cmC25號素混凝土，模注二次襯砌 3)為了使襯砌所承受的變形壓力最小，允許圍巖產(chǎn)生一定的變形，釋放一定的能量。預留變形量的大小應根據(jù)圍巖地質(zhì)條件，采用工程類比法確定。無類比資料時預留變形量可參照表3-3，并應根據(jù)現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)進行調(diào)整?，F(xiàn)場量測確定50802050100120801201050801205080三車道隧道兩車道隧道圍巖級別三車道隧道兩車道隧道圍巖級別（單位：mm） 表3

5、-3 預留變形量 4. 裝配式襯砌 5. 連拱式襯砌 圖3-2 連拱隧道襯砌結(jié)構(gòu)830440183507045107310202201655505204564640535501303345401362%左洞中線左線中線L=3.5m25 錨桿459958553502005050C25素混凝土201655初期支護噴射C20混凝土，厚20cm防水層，預留沉落量5cm模注二次襯砌，C25鋼筋混凝土45163路線設(shè)計標高縱向塑料盲溝825535C252755025隧底填充C15混凝土40502%1545右線中線右洞中線580 3.3 隧道洞門構(gòu)造 3.3.1 概述 洞門可以攔截、匯集地表水并沿排水渠道排

6、離洞門進入道路兩側(cè)的排水溝，防止地表水沿洞門漫流。洞門上方女兒墻應有一定高度。 洞門上方巖土體若有可能滑落或崩塌時，一般采用接長明洞，盡量減少對邊、仰坡的擾動。 (1) 環(huán)框式洞門 當洞口巖層堅硬而穩(wěn)定(級)圍巖，地形陡峻而又無排水要求時，它能起到加固洞口和減少雨后洞口滴水的作用。 3.3.2 洞門的類型 (2) 端墻式洞門 適用于地形開闊、巖層穩(wěn)定的級圍巖地區(qū)，其作用在于支護洞口仰坡，保持其穩(wěn)定，并將仰坡水流匯集排出。 (3) 翼墻式洞門 當洞口地質(zhì)較差，山體水平推力較大時，翼墻與端墻共同作用，以抵抗山體水平向推力，增加抗滑動抗傾覆的能力，適用于級及以下的圍巖。 (4) 柱式洞門 當?shù)匦屋^陡

7、，地質(zhì)條件較差，仰坡有下滑的可能性，而又受地形地質(zhì)條件限制，不能設(shè)置翼墻時，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。這種洞門墻面有凸出線條，較為美觀，適宜在城市附近或風景區(qū)內(nèi)采用。對于較長大的隧道，采用柱式洞門比較壯觀。 (5) 臺階式洞門 當洞門處于傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門一側(cè)邊坡較高時，為減小仰坡高度及外露坡長，可以將端墻一側(cè)頂部改為逐步升級的臺階形式，以適應地形特點，減少仰坡土石方開挖量，同時也有一定的美化作用。 (6) 削竹式洞門 當隧道洞口段有一節(jié)較長的明洞襯砌時，由于洞門背后一定范圍內(nèi)是以回填土為主，山體的推滑力不大時，可采用削竹式洞門，其名稱是由于結(jié)構(gòu)型式類似竹筒被斜

8、向削砍斷的樣子，故得其名。 特點是，洞口邊仰坡開挖量少，有利于山體的穩(wěn)定，減少對植被的破壞和有利于保護環(huán)境，各種圍巖類別均能適用。其使用條件是：地形相對比較對稱和不太陡峻。1:0.751:0.75設(shè)計標高2.0%I-I剖面1:0.751%削竹式洞門效果圖 (7) 遮光棚式洞門 有開放式和封閉式之分。形狀上又有喇叭式與棚式之分。 洞口仰坡坡腳至洞門墻背應有不小于1.5m的水平距離，以防仰坡土石掉落到路面上，危及安全。洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底與襯砌拱頂外緣的高度不應小于1.5m，以免落石破壞拱圈。洞門墻頂應高出仰坡腳0.5m以上，以防水流溢出墻頂，也可防止掉落土石彈出。水溝底下填土應夯實，否則

9、會使水溝變形，產(chǎn)生漏水，影響襯砌強度。 3.3.3 洞門構(gòu)造 洞門墻應根據(jù)情況設(shè)置伸縮縫、沉降縫和泄水孔，以防止洞門變形。洞門墻的厚度可按計算或結(jié)合其他工程類比確定，但墻身厚度最小不得小于0.5m。 洞門墻基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固地基上，土質(zhì)不應小于1m，巖石不應小于0.5m。 松軟地基上，可采用擴大基礎(chǔ)、換土、樁基、壓漿加固地基等措施。 3.4 隧道明洞結(jié)造 當隧道頂部覆蓋層較薄難以用暗挖法修建時，或隧道洞口、路塹地段受塌方、落石、泥石流、雪害等危害時，或道路之間、公路與鐵路之間形成立體交叉，但又不宜修建立交橋時，通常修建明洞。明洞的結(jié)構(gòu)類型拱式明洞箱式明洞棚式明洞路塹式拱形明洞半路塹式拱形明洞對稱

10、式偏壓式偏壓斜墻式單壓耳墻式墻式剛架式柱式懸臂式 3.4.1 明洞的類型 1) 路塹拱形明洞 分為對稱式和偏壓式圖3-9 對稱式明洞 圖3-10 偏式明洞 (1) 拱式明洞 分為路塹和半路塹式 2) 半路塹拱形明洞 偏壓斜墻式和單壓耳墻式。 (2) 棚式明洞 墻式、剛架式、柱式和懸臂式（如圖等。 (3) 箱形明洞 3.4.2 明洞襯砌 當明洞作為整治滑坡的措施時，應按支擋工程設(shè)計，充分考慮明洞上方滑坡體的推力，采取綜合治理措施，如地表排水、減載、反壓、支撐墻、抗滑樁、地下排水盲溝等，確保明洞與滑坡的穩(wěn)定。 在氣溫變化較大的地區(qū)，應根據(jù)具體情況設(shè)置伸縮縫。 3.4.3 明洞襯砌基礎(chǔ) 基巖埋深較淺

11、時，基礎(chǔ)可設(shè)置于基巖上； 基礎(chǔ)位于軟弱地基上時，可采用仰拱、整體式鋼筋混凝土底板，也可采用樁基、擴大基礎(chǔ)、基礎(chǔ)加深和地基加固處理等措施。 3.5 隧道附屬建筑設(shè)施 3.5 隧道附屬建筑設(shè)施 3.5.1 緊急停車帶 3.5.2 橫洞和預留洞室緊急停車帶隧道空氣污染來源影響能見度，妨礙行車安全汽車排出的廢氣汽車攜帶的塵土和卷起塵埃有害成分一氧化碳、煤煙、鋁、磷化物、硫等，是氣態(tài)和浮游固態(tài)微?；旌衔镂：κ谷梭w中毒，直至危及生命 3.5.3 運營通風建筑物 1. 通風計標準 (1) CO的設(shè)計含量 (2) 煙霧的設(shè)計含量 (3)換氣要求 隧道隧道空間最小換氣頻率不應低于每小時 次。采用縱向通風的隧道，

12、隧道換氣風速不應低于1.5 /s 。 2. 需風量計算 (1) 按稀釋CO濃度計算需風量 (2) 按稀釋煙霧含量(體積分數(shù))計算需風量隧道通風自然通風機械通風縱向式射流式風道式或噴嘴式豎井排風式半橫向式送風式吸風式全橫向式混合式 3. 通風方式 我國公路隧道通風與照明設(shè)計規(guī)范規(guī)定，宜設(shè)置機械通風的條件為：雙向交通隧道 (3-5)單向交通隧道 (3-6)LN6105LN2106(3-7) (1) 自然通風 目前還沒有可靠的計算自然通風的隧道最大容許長度的一般算式。因為，由隧道兩個洞口的大氣條件和高差引起的壓頭差值導致隧道內(nèi)自然風是不穩(wěn)定的。大氣條件在隧道內(nèi)引起的總壓頭，可由下式計算： 由于交通風

13、比自然風作用大，在單向交通情況下，即使隧道相當長，也有可能進行足夠的通風。交通通風力可按下式計算： 通風阻抗力可按下式計算： (3-9) 由上所述，自然風方向，隧道內(nèi)的風向以及交通方向之間可以有不同的組合方式。 (2) 縱向式通風 縱向通風時，可以認為隧道內(nèi)沿縱向流動的氣流從入口至出口都是勻速的?？v向式通風的類型有：射流式通風、風道式通風和集中排氣式通風等，根據(jù)交通方式不同又可以有不同的具體設(shè)計。 1) 射流式通風射流式通風a) 對向交通 b) 單向交通a)b)行車方向風向風壓 p風速 v污染物含量 c豎井、斜井式通風a) 對向交通 b) 單向交通a)b)行車方向風向風壓 p風速 v污染物含量

14、c 2) 豎井、斜井式通風豎井通風平面示意圖全橫向式通風工作原理 (3) 全橫向式通風全橫向式通風a) 對向交通 b) 單向交通a)b)行車方向風壓 p風速 v污染物含量 c 通常情況下，可以認為送風量與吸風量是相等，設(shè)計時也把送風管道和吸風管道的斷面積設(shè)計成一樣。 (4) 半橫向式通風 工作原理如圖3-27，這種通風系統(tǒng)是在隧道的頂部設(shè)置進風管，并在進風管的下部，沿隧道的長度方向每隔一定距離開一通風口，氣流則沿通風口流向隧道內(nèi)，然后隧道內(nèi)的空氣在新鮮氣流的推動下，沿隧道的縱向排出洞外。半橫向式通風效果比縱向好，但沒有全橫向式通風能力強。 圖3-27 半橫向式通風工作原理 縱向式通風的污染濃度

15、不均勻，進風口最低，出風口最高。半橫向式通風，可使污染濃度大體上接近一致。送風式半橫向通風是半橫向通風的標準型式，新鮮空氣經(jīng)送風管吹向汽車的排氣孔高度附近，直接稀釋汽車排放的廢氣。污染空氣在隧道上部擴散，經(jīng)過兩端洞口排出洞外，如圖3-28。中性點a)b)中性點行車方向風向風壓 p風速 v污染物含量 c圖3-28 半橫向式通風a) 對向交通 b) 單向交通 雙向交通時，不論是送風方式還是吸風方式如果雙方的交通流量相等，兩洞口的氣象條件也相同，則隧道內(nèi)的風壓分布為中間最大，兩洞口排出或送入的空氣為等量。因此，在隧道的中點，空氣是靜止的，風速為零，該點稱為中性點。除該點外，風速向兩洞口呈直線增加。污

16、染濃度在送風方式中各處是相同的，而在吸風方式中是中性點處最大。 (5) 混合式通風 混合式通風沒有固定的格局，可以由上述幾種基本通風型式組合而成，一般都是用于公路隧道。國外采用混合式通風的隧道不乏先例，其組合方式有多種，也必須符合一般性的設(shè)計原則，力求既經(jīng)濟，又實用。 4. 通風方式的選擇 公路隧道對運營通風的要求較高，可供選擇的通風方式也較多，選擇時主要考慮因素是隧道的長度和交通流量，還應適當考慮當?shù)貧庀?、環(huán)境、地形等條件。 5. 通風機的選擇 通風機類型：離心式通風機和軸流式通風機。 通風機的選擇：通風棚的類型、通風機的型號、通風機的聯(lián)合運轉(zhuǎn)方式以及通風機的機號、轉(zhuǎn)速和葉片安裝角。 通風機

17、選擇的依據(jù)：隧道的通風阻力和要求的通風量Q(m3/s)以及其他的一些隧道條件。圖3-29 軸流式風機個體特性曲線圖3-30 離心式風機個體特性曲線R604043002001000N /kW /(%)020靜全全靜hh321501001502000h /kPa020015010050501001502000580Q/(m3 . s-1 )Q/(m3 . s-1 )Q/(m3 . s-1 )h / kPa080604020123Q/(m3 . s-1 )hh靜全全靜6040204060800 /(%)N /kW0806040200100200300480100NQ/(m3 . s-1 )Q/(m3

18、 . s-1 )a)b)c)a)b)c) 3.5.4 運營照明設(shè)施 公路隧道的照明，是為了把必要的視覺信息傳遞給司機，防止因視覺信息不足而出現(xiàn)交通事故，提高駕駛上的安全性和增加舒適感。隧道照明與道路照明的顯著不同是白天也需要照明，而且白天照明問題比夜間更加復雜。 規(guī)范規(guī)定：長度大于100m的隧道應設(shè)置照明。 1. 隧道照明的必要性 3.5.4 運營照明設(shè)施 1. 隧道照明的必要性 汽車司機在白天從明亮的環(huán)境接近、進入和通過隧道過程中，將產(chǎn)生種種視覺問題： 1) 進入隧道前的視覺問題（白天）。 黑洞（長隧道及 黑框（短隧道現(xiàn)象。 2) 進入隧道立即出現(xiàn)的視覺問題（白天）。 適應的滯后現(xiàn)象 3)

19、隧道內(nèi)部的視覺問題（白天、夜間），降低能見度。 4)隧道出口處的視覺問題，眩光. 夜間與白天正好相反，隧道出口看到的不是亮洞而是黑洞，這樣就看不出外部道路的線型及路上的障礙物。 2. 照明區(qū)段的劃分 長隧道的照明可以分為洞口接近段、入口段、過渡段、中間段、出口段以及五個區(qū)段。 (1)接近段長度，公路隧道各照明區(qū)段中，在洞口（設(shè)有光過渡建筑時，則為其入口）前，從注視點到適應點之間的一段道路，在照明上稱為接近段。 (2)入口段長度，入口段指進入隧道洞口的第一段，設(shè)置此段的目的是使司機的視力開始適應隧道內(nèi)的照明光線。 入口段照明長度可按下式計算： (2)過渡段長度，介于入口段和中間段之間的照明區(qū)段為

20、過渡段，可解決從入口段的高亮度到中間段的低亮度之間的的劇烈變化（可差數(shù)十倍）給司機造成的不適應現(xiàn)象，使之能有充分的適應時間。 過渡段由過渡段Dtr1、過渡段tr2、過渡段tr3三個照明段組成，各段照明長度查表。 (4)中間段長度，過了過渡段，司機已基本適應洞內(nèi)的照明光線，中間段的基本任務就是保證行車照明，使司機能保證停車視距。 (5)出口段長度，出口段宜劃分為 ex1 、ex 2兩個照明段，每段長度宜取30 。 3. 照明區(qū)段的亮度 隧道的照明可以分為洞口接近段、入口段、過渡段、中間段、出口段五個區(qū)段。 3. 照明區(qū)段的亮度 (1)接近段亮度，可不設(shè)照明設(shè)施。影響洞內(nèi)設(shè)置與費用 (2)入口段亮

21、度 (3)過渡段亮度 過渡段由過渡1段、過渡2段、過渡3段三個照明段組成，各段照明亮度查表。 (4)中間段亮度 中間段亮度可查表。 (5)出口段亮度 在單向交通隧道中，亮度宜取中間段亮度的5倍。在雙向交通隧道中，可不設(shè)出口段照明。 4. 洞外接近段的減光建筑物與減光措施 (1) 遮陽棚 (2) 遮光格柵 (3) 植被減光 5. 亮度曲線的組成 6. 照明設(shè)計 道路隧道的內(nèi)部照明，不僅要有足夠的亮度，而且要有符合要求的質(zhì)量。 3.5.5 洞門及洞身裝飾 內(nèi)裝材料，應盡量采用淡黃和淺綠色，要具有良好的反射率，減少眩光，并使這種反射呈漫反射，還應具有吸收噪聲的作用。 3.6 隧道防排水設(shè)施 3.6.

22、1 水對隧道的危害水對地下水的危害是多方面的：施工階段影響施工，如劣化圍巖，涌水等運營階段危害襯砌的耐久性，惡化運營條件嚴寒地區(qū)襯砌會凍脹開裂,形成冰楞清入限界城市影響周邊地表沉陷等 3.6.2 隧道防排水的要求 隧道防排水設(shè)計應對地表水、地下水妥善處理，洞內(nèi)外應形成一個完整通暢的防排水系統(tǒng)。 1. 一般規(guī)定 2. 防水要求 隧道采用復合式襯砌時，在初期支護與二次襯砌之間應設(shè)置防水板及無紡布。要求： 無紡布密度不小于300g/m2； 防水板應采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于1.0mm，接縫搭接長度不小于100mm。 3. 排水要求 按地下水和營運清洗污水、消防污水分離排放的原則設(shè)置縱向排水系

23、統(tǒng)，應能保證排水暢通，避免洞內(nèi)積水。 路面結(jié)構(gòu)底部排水設(shè)施應符合下列規(guī)定： 隧道襯砌外排水設(shè)施應符合下列規(guī)定：隧道內(nèi)排水應符合相關(guān)規(guī)定。 路面排水溝 a）矩形開口式；b）圓形開口式；c）固定蓋板；d）活動蓋板隧道路基排水 a）無仰拱；b）有仰拱隧道路基排水 a）中央溝；b）中央溝+路基邊緣溝 4. 洞口與明洞防排水要求 洞口及明洞應設(shè)置截水溝和排水溝，洞口邊坡、仰坡應采取防護措施，防止地表水的下滲和沖刷。為防止洞外水流人隧道內(nèi)，可在洞口外設(shè)置反向排水邊溝或采取截流措施。明洞防排水要求符合相關(guān)規(guī)定。 3.6.3 隧道防排水的原則防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理防： 防水層、二次襯砌-多道防線排：環(huán)/縱盲管、排水管、排水溝截：截（排）水溝堵：注漿防水型、排水型、限量排放型 3.6.4 隧道防排水措施 1. 防水措施 1) 噴射混凝土防水。 2)塑