地下建筑結(jié)構(gòu)(中國地質(zhì)大學(xué)孫金山)4-1

礦山法隧道結(jié)構(gòu)---公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范

礦山法隧道結(jié)構(gòu)--公路隧道設(shè)計(jì)

1

總則

2主要術(shù)語與符號(hào)

3隧道調(diào)查及圍巖分級(jí)

4總體設(shè)計(jì)

5建筑材料

6荷載

7洞口及洞門

8襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

9結(jié)構(gòu)計(jì)算

10防水與排水

11小凈距及連拱隧道

12輔助通道

13輔助工程措施

14特殊地質(zhì)地段

15隧道內(nèi)路基與路面

16機(jī)電及其它設(shè)施

附錄A圍巖分級(jí)有關(guān)規(guī)定……………60附錄B隧道標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)輪廓…………………63附錄C型鋼特性參數(shù)表………………65附錄D釋放荷載的計(jì)算方法……………69附錄E淺埋隧道荷載的計(jì)算方法………71附錄F偏壓隧道襯砌荷載的計(jì)算方法………………74附錄G明洞設(shè)計(jì)荷載的計(jì)算方法………75附錄H洞門土壓力荷載的計(jì)算方法…………………77附錄I荷載結(jié)構(gòu)法……………………78附錄J地層結(jié)構(gòu)法……………………80附錄K鋼筋混凝土受彎和受壓構(gòu)件配筋量計(jì)算方法……………88附錄L本規(guī)范用詞說明……………941總則1.0.3

隧道規(guī)劃和設(shè)計(jì)應(yīng)遵循：“能充分發(fā)揮隧道功能、安全且經(jīng)濟(jì)地建設(shè)隧道”的基本原則。隧道設(shè)計(jì)應(yīng)有完整的勘測(cè)、調(diào)查資料，綜合考慮地形、地質(zhì)、水文、氣象、地震和交通量及其構(gòu)成，以及營運(yùn)和施工條件，進(jìn)行多方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保比較，使隧道設(shè)計(jì)符合安全實(shí)用，質(zhì)量可靠，經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)先進(jìn)的要求。為什么修建隧道，隧道建在何處才能有效發(fā)揮其功能，并且安全、經(jīng)濟(jì)，這是公路隧道規(guī)劃和設(shè)計(jì)者必須回答的首要問題。為縮短行車?yán)锍?，提高交通便捷，這是修建公路隧道的基本目的；同時(shí)，隧道可從根本上免除公路路線上的土石方坍塌、泥石流、雪崩等道路病害；隧道不改變地形自然原貌，保護(hù)了環(huán)境，還利用地下空間，節(jié)省了公路建設(shè)用地。因此，隧道是路線上非常有價(jià)值的一種構(gòu)造形式。然而，隧道尤其是長(zhǎng)隧道的造價(jià)不低，如何在保證功能的前提下，安全且經(jīng)濟(jì)地建設(shè)隧道至關(guān)重要。隧道設(shè)計(jì)采取的手法不同于一般構(gòu)造物，預(yù)設(shè)計(jì)主要依靠基于過去工程實(shí)例的經(jīng)驗(yàn)性方法或者計(jì)算，實(shí)驗(yàn)等，主觀上力圖達(dá)到合理設(shè)計(jì)，但設(shè)計(jì)成的斷面形狀、支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)等是否適應(yīng)于所處的地層，其穩(wěn)定性程度如何，很難量化把握，而隧道的形狀或支護(hù)結(jié)構(gòu)一旦建成很難改變，因此，在規(guī)劃、設(shè)計(jì)階段就要充分考慮隧道的合理性與耐久性問題。1總則1.0.4公路隧道按其長(zhǎng)度可分為四類，如表1.0.4所示。表1.0.4公路隧道長(zhǎng)度分類注：隧道長(zhǎng)度系指兩端洞門墻墻面與路面的交線同路線中線交點(diǎn)間的距離。1.0.5隧道主體結(jié)構(gòu)必須按永久性建筑設(shè)計(jì)，具有規(guī)定的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性；建成的隧道應(yīng)能適應(yīng)長(zhǎng)期營運(yùn)的需要，方便維修作業(yè)。

為滿足營運(yùn)正常使用，隧道主體結(jié)構(gòu)物應(yīng)設(shè)計(jì)為永久性建筑，這里所說的主體結(jié)構(gòu)物指洞門、支護(hù)襯砌、各附屬風(fēng)道、風(fēng)井、洞室、防排水設(shè)施、路面板及隧底填充等。洞內(nèi)一般要求設(shè)置襯砌。這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須具有規(guī)定的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性。所謂耐久性，一般指所使用的建筑材料具有必要的抗?jié)B性、抗凍性和抗侵蝕性。1總則1.0.6應(yīng)加強(qiáng)隧道支護(hù)襯砌、防排水、路面等主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與通風(fēng)、照明、供配電、消防、交通監(jiān)控等營運(yùn)設(shè)施設(shè)計(jì)之間的協(xié)調(diào)，形成合理的綜合設(shè)計(jì)。必要時(shí)應(yīng)對(duì)有關(guān)的技術(shù)問題開展專項(xiàng)設(shè)計(jì)和研究。

一般來講，公路隧道設(shè)計(jì)由支護(hù)襯砌、防排水、路面和各類洞室等土建主體結(jié)構(gòu)與通風(fēng)、照明、供配電、防災(zāi)與減災(zāi)、交通監(jiān)控等營運(yùn)設(shè)置兩大部分構(gòu)成，是多項(xiàng)專業(yè)的總成，屬復(fù)合型技術(shù)，因此要求各專業(yè)設(shè)計(jì)之間密切配合。譬如，根據(jù)交通量和隧道長(zhǎng)度需要設(shè)置通風(fēng)豎井（或斜井）時(shí)，首先由通風(fēng)專業(yè)工程師通過計(jì)算分析初步確定出豎井位置，然后應(yīng)征求地質(zhì)和結(jié)構(gòu)專業(yè)工程師的意見，如果初定的豎井位于斷層破碎帶等不良地質(zhì)地層，豎井結(jié)構(gòu)處理非常復(fù)雜，工程費(fèi)上揚(yáng)，豎井就應(yīng)適當(dāng)挪位，再計(jì)算分析新井位條件下的隧道通風(fēng)狀態(tài)及風(fēng)機(jī)容量。同時(shí)，豎井及其風(fēng)道位置還應(yīng)征求路線工程師的意見，以使豎井口盡快鉆出地面，同時(shí)風(fēng)道又要最短?？傊?，在確定風(fēng)井、風(fēng)道、風(fēng)口時(shí)，上述3個(gè)專業(yè)應(yīng)相互“磨合”，反復(fù)推敲，綜合分析通風(fēng)費(fèi)用和結(jié)構(gòu)費(fèi)用，使設(shè)計(jì)達(dá)到最好、最省的綜合效果。對(duì)于高速公路特長(zhǎng)隧道或者地質(zhì)情況非常復(fù)雜的長(zhǎng)隧道，必要時(shí)應(yīng)針對(duì)其中的技術(shù)難題如大跨扁平斷面、不良地質(zhì)、大涌量地下水、通風(fēng)、防災(zāi)等進(jìn)行專項(xiàng)研究和技術(shù)設(shè)計(jì)。

1總則1.0.7隧道土建設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工的思想，制定地質(zhì)觀察和監(jiān)控量測(cè)的總體方案；地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道，應(yīng)制定地質(zhì)預(yù)測(cè)方案，以及時(shí)評(píng)判設(shè)計(jì)的合理性，調(diào)整支護(hù)參數(shù)和施工方案。通過動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)使支護(hù)結(jié)構(gòu)適應(yīng)于圍巖實(shí)際情況，更加安全、經(jīng)濟(jì)。1.0.8

隧道設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，積極慎重地采用新技術(shù)、新材料、新設(shè)備、新工藝。1.0.9

隧道設(shè)計(jì)必須符合國家有關(guān)國土管理、環(huán)境保護(hù)、水土保持等法規(guī)的要求。應(yīng)注意節(jié)約用地，保護(hù)農(nóng)田水利，盡量保護(hù)原有植被，妥善處理?xiàng)壴臀鬯?.0.10

公路隧道設(shè)計(jì)除應(yīng)符合本規(guī)范外，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。2主要術(shù)語與符號(hào)

2.1術(shù)語

2.1.1公路隧道roadtunnel供汽車和行人通行的隧道，一般分為汽車專用和汽車與行人混用的隧道。2.1.2山嶺隧道m(xù)ountaintunnel貫穿山嶺或丘陵的隧道。是相對(duì)于城市隧道和水下隧道，表示修建場(chǎng)所不同的名稱。2.1.3巖石質(zhì)量指標(biāo)RockQualityDesignation（RQD）指10cm以上長(zhǎng)度的巖心累計(jì)的鉆孔長(zhǎng)度百分比。2.1.4巖體分級(jí)rockmassclassification以土木工程為對(duì)象，將巖石集合體（巖體）分成穩(wěn)定程度不同的若干級(jí)別。2.1.5環(huán)境調(diào)查environmentalsurvey因修建隧道而對(duì)路線周圍的環(huán)境影響進(jìn)行的調(diào)查。2.1.6水文調(diào)查hydrologicalsurvey對(duì)隧道工程及周邊環(huán)境有影響的地表水和地下水所進(jìn)行的調(diào)查。2主要術(shù)語與符號(hào)

2.1術(shù)語

2.1.7地質(zhì)調(diào)查geologicalsurvey為了解巖體或地層的分布、形成年代、風(fēng)化程度或地質(zhì)構(gòu)造等而進(jìn)行的調(diào)查。2.1.8隧道涌水waterinflowintotunnel伴隨隧道開挖，從隧道周邊圍巖流入隧道內(nèi)的地下水。2.1.9荷載load指作用于結(jié)構(gòu)物而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力的力量。2.1.10圍巖壓力surroundingrockpressure隧道開挖后，因圍巖變形或松散等原因，作用于洞室周邊巖體或支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力。2.1.11偏壓unsymmetricalpressure作用于隧道的壓力左右不對(duì)稱，一側(cè)壓力特大的情況。作用于隧道結(jié)構(gòu)上的不對(duì)稱荷載2.1.12松散壓力looseningpressure指因隧道的開挖爆破、支護(hù)的下沉以及襯砌背后的空隙等原因，致使隧道周邊的圍巖產(chǎn)生松動(dòng)，以相當(dāng)于一定高度的圍巖重量，作為直接荷載作用于隧道支護(hù)和襯砌上的土壓2主要術(shù)語與符號(hào)

2.1術(shù)語

2.1.13新奧法NATM(NewAustrianTunnelingMethod)新奧法是應(yīng)用巖體力學(xué)的理論，以維護(hù)和利用圍巖的自承能力為基點(diǎn)，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段，及時(shí)地進(jìn)行支護(hù)，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護(hù)體系的組成部分，并通過對(duì)圍巖和支護(hù)的量測(cè)、監(jiān)控來指導(dǎo)隧道和地下工程設(shè)計(jì)施工的方法和原則。2.1.14凈空斷面（內(nèi)輪廓）innersection隧道襯砌內(nèi)側(cè)的斷面面積、形狀。2.1.15洞門portal在隧道的洞口部位，為擋土、坡面防護(hù)等而設(shè)置的隧道結(jié)構(gòu)物。2.1.16襯砌lining為控制和防止圍巖的變形或坍落，確保圍巖的穩(wěn)定，或?yàn)樘幚碛克吐┧驗(yàn)樗淼赖膬?nèi)空整齊或美觀等目的，將隧道的周邊圍巖被覆起來的結(jié)構(gòu)體。2.1.17仰拱invert為改善隧道上部支護(hù)結(jié)構(gòu)受力條件而設(shè)置在隧道底部的反向拱型結(jié)構(gòu)。2.1.18小凈距隧道neighburhoodtunnel指上下行雙洞洞壁凈距較小，不能按獨(dú)立雙洞考慮的隧道結(jié)構(gòu)。2.1.19連拱隧道m(xù)ultiarchtunnel指兩洞拱部襯砌結(jié)構(gòu)通過中柱相連接的隧道結(jié)構(gòu)。2主要術(shù)語與符號(hào)

2.1術(shù)語

2.1.20豎井verticalshaft為改善營運(yùn)通風(fēng)或施工條件而豎向設(shè)置的坑道。2.1.21斜井incline,inclinedshaft為改善營運(yùn)通風(fēng)或施工條件按一定傾斜角度設(shè)置的坑道。2.1.22橫通道horizontaladit將隧道劃分成幾個(gè)工區(qū)進(jìn)行施工時(shí)，為搬入材料和出渣等而設(shè)置的大體上接近水平的作業(yè)坑道。橫通道有時(shí)也可用于營運(yùn)通風(fēng)。2.1.23超前導(dǎo)坑advancingdrift因隧道斷面較大或圍巖條件復(fù)雜等，在開挖中采用全斷面法困難的情況下，往往在隧道的開挖斷面內(nèi)超前開挖小斷面的隧道，這種小斷面的隧道稱為超前導(dǎo)坑。2.1.24通風(fēng)ventilation將隧道內(nèi)有害氣體排出洞外的一種換氣行為。2.1.25照明lighting通過在隧道內(nèi)設(shè)置燈具，達(dá)到行車安全所要求的亮度。

2主要術(shù)語與符號(hào)

2.2符號(hào)

BQ——巖體基本質(zhì)量指標(biāo)[BQ]——巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修正值Rc——巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度Ra--——混凝土或砌體的抗壓強(qiáng)度Rl——混凝土的抗拉極限強(qiáng)度IS（50）——實(shí)測(cè)的巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)K1——地下水影響修正系數(shù)K2——主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)K3——初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)Kv——巖體完整性系數(shù)Jv——巖體體積節(jié)理數(shù)Sn——第n組節(jié)理每米長(zhǎng)測(cè)線上的條數(shù)Sk——每立方米巖體非成組節(jié)理?xiàng)l數(shù)Vpm——巖體彈性縱波速度Vpr——巖石彈性縱波速度σmax——垂直洞軸線方向的最大初始應(yīng)力γ——圍巖重度k——彈性抗力系數(shù)E——變形模量μ——泊松比φ——計(jì)算摩擦角B——隧道開挖斷面寬度W——行車道寬度LL——左側(cè)向?qū)挾萀R——右側(cè)向?qū)挾萀——側(cè)向?qū)挾菴——余寬J——檢修道寬度h——檢修道或人行道高度R——人行道寬度H——隧道建筑限界高度K——圍巖彈性抗力系數(shù)；δ——襯砌位移值；n——開挖邊坡坡率；m——回填土石面坡率；3隧道的勘察/圍巖分級(jí)

3.1隧道勘察的幾個(gè)階段

3.2隧道勘察的主要方法

3.3隧道勘察的主要手段

3.4建筑環(huán)境評(píng)價(jià)

3.5圍巖分級(jí)

隧道勘察的目的

是在于查明隧道所處位置的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件以及隧道施工和運(yùn)營對(duì)環(huán)境保護(hù)的影響。為規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工提供所需的勘察資料，并對(duì)存在的巖土工程問題、環(huán)境問題進(jìn)行分析評(píng)價(jià)提出合理的設(shè)計(jì)方案和施工措施，從而使隧道工程經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠。3.1隧道勘察的幾個(gè)階段:

可行性研究勘察預(yù)可行性研究工程可行性研究側(cè)重于是收集與研究已有的文獻(xiàn)資料

在分析已有資料的基礎(chǔ)上，通過踏勘，實(shí)地調(diào)查，大致查明地質(zhì)情況

初步勘察收集資料取得隧道所在位置的初步總平面布置地形圖及有關(guān)工程性質(zhì)，規(guī)模的文件工程地質(zhì)選定隧道線位初勘工作的任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的最優(yōu)隧道位置方案

初勘資料整理工程地質(zhì)勘察的原始資料，包括調(diào)查、測(cè)繪、勘探、試驗(yàn)等資料詳細(xì)勘察目的任務(wù)步驟工程地質(zhì)勘察的原始資料，包括調(diào)查、測(cè)繪、勘探、試驗(yàn)等資料通過詳細(xì)工程地質(zhì)勘察，為線位布設(shè)和編制施工圖設(shè)計(jì)提供完整的工程地質(zhì)資料在初勘的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步查明隧道沿線地質(zhì)特征和不良地質(zhì)規(guī)模、大小范圍(1)前期的準(zhǔn)備工作；(2)沿線地質(zhì)勘察；(3)試驗(yàn)；(4)資料整理；(5)編寫詳勘報(bào)告3.2隧道勘察的主要方法3.2.1收集研究即有資料

不僅是外業(yè)工作之前準(zhǔn)備工作的重要內(nèi)容，也是隧道勘察的一個(gè)主要方法。

地形地貌地質(zhì)情況區(qū)域水文氣象情況特殊地質(zhì)及不良地質(zhì)植被及環(huán)境類似工程經(jīng)驗(yàn)3.2.2調(diào)查和測(cè)繪1、工程地質(zhì)調(diào)查

*直接觀察*訪問群眾2、工程地質(zhì)測(cè)繪：范圍較大，并且要求把調(diào)查研究結(jié)果填繪在一定的比例尺的地形圖上，以編制工程地質(zhì)圖

*目測(cè)*儀器3、調(diào)查測(cè)繪內(nèi)容

地質(zhì)、地貌；地層、巖性；地質(zhì)構(gòu)造；地表水和地下水；特殊地質(zhì)、不良地層；地震；工程經(jīng)驗(yàn)等4、工程評(píng)價(jià)及處理措施

(1)圍巖的自穩(wěn)性

(2)隧道涌水量、涌水壓力、突然涌水量等

(3)巖土膨脹壓力

(4)滑坡、偏壓

(5)圍巖狀態(tài)和土壓特性

(6)高地應(yīng)力區(qū)應(yīng)力場(chǎng)

(7)瓦斯、巖溶及人為坑洞等3.3隧道勘察的主要手段1、挖探：2～3米優(yōu)點(diǎn)：能取得詳盡直觀資料和原狀土樣；缺點(diǎn)：勘探深度有限，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。2、簡(jiǎn)易鉆探：3～10米優(yōu)點(diǎn)：工具輕、體積小、操作方便、進(jìn)尺較快、勞動(dòng)強(qiáng)度較小；缺點(diǎn)：不能采取原狀土樣或不能取樣，在密實(shí)或堅(jiān)硬的地層中不易鉆進(jìn)或不能使用。

3、鉆探：

沖擊鉆進(jìn)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；振動(dòng)鉆進(jìn)

4、地球物理勘探（物探）：

利用巖土體材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性等，根據(jù)接收信號(hào)判斷地層缺陷及力學(xué)性質(zhì)。主要有：電法勘探(利用巖層介電常數(shù)、導(dǎo)電性差異)；地震勘探(利用巖體彈性性質(zhì)差異)；