3-隧道底部結(jié)構(gòu)及防排水設(shè)計解析

第四章隧道底部構(gòu)造及防排水設(shè)計

主講教師：張俊儒隧道底部構(gòu)造先學(xué)習(xí)：有砟軌道用散體材料碎石組成道床的傳統(tǒng)軌道形式，也叫一般軌道，即我們最常說的有砟軌道。特點：因在軌枕下鋪設(shè)一層碎石組成的道床，削減了地面應(yīng)力，碎石道床還提高了軌道的彈性和排水性能，使軌道便于修理。無碴軌道概念無砟軌道前面學(xué)習(xí)到：常規(guī)鐵路都在小塊石頭的根底上，再鋪設(shè)枕木或水泥鋼軌，但這種鐵路不適于列車高速行駛。世界高速鐵路的進展證明，高速鐵路根底工程假設(shè)使用常規(guī)的軌道系統(tǒng)，道砟粉化嚴(yán)峻，線路修理頻繁，安全性、舒適性、經(jīng)濟性相對較差。無砟軌道是高速鐵路工程技術(shù)的進展方向。無砟軌道的軌枕本身是混凝土澆灌而成，而路基也不用碎石，鐵軌、軌枕直接鋪在混凝土路上。無砟軌道是當(dāng)今世界先進的軌道技術(shù)?？梢韵鳒p維護、降低粉塵、美化環(huán)境、軌道穩(wěn)定性高、剛度均勻性好、構(gòu)造耐久性強，而且列車時速可以到達200公里以上。廣泛承受?。?！先看幾張圖片！無碴軌道概念無碴軌道概念無碴軌道概念隧道內(nèi)板式軌道構(gòu)造由鋼軌、扣件、軌道板、混凝土底座或混凝土支承層等組成。隧道內(nèi)鋪設(shè)無碴軌道的根本要求雙塊式無碴軌道構(gòu)造由鋼軌、扣件、混凝土道床板、混凝土支承層等組成。隧道內(nèi)鋪設(shè)無碴軌道的根本要求依據(jù)隧道仰拱和填充或底板的構(gòu)造受力狀況，可以利用隧道的仰拱或底板兼做無碴軌道的混凝土支承層或混凝土底座。利用填充作為無碴軌道支承層的構(gòu)造如以以下圖所示。隧道內(nèi)鋪設(shè)無碴軌道的根本要求利用底板作為無碴軌道混凝土支承層的構(gòu)造如以以下圖所示。隧道內(nèi)鋪設(shè)無碴軌道的根本要求隧道內(nèi)混凝土支承層或混凝土底座在距隧道洞口200m范圍內(nèi)伸縮縫設(shè)置與露天區(qū)間全都，洞內(nèi)其余地段伸縮縫間距可適當(dāng)加大，在隧道構(gòu)造沉降縫處對應(yīng)設(shè)置伸縮縫。隧道混凝土回填層是基底內(nèi)無碴軌道的直接承力層，回填層混凝土強度等級不低于C20，以兼做支承層回填混凝土的強度等級不低于C25。隧道內(nèi)鋪設(shè)無碴軌道的根本要求隧道仰拱基底不得有積水，必要時應(yīng)實行注漿或其他措施治理，防止隧底基底軟化或水土顆粒流失。隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)雙側(cè)水溝，并確保排水系統(tǒng)通暢，依據(jù)各隧道的水文地質(zhì)狀況，預(yù)留必要的排水貯存力氣。不良地質(zhì)地段，仰拱施工前應(yīng)進展基底承載力檢測。當(dāng)圍巖基底承載力達不到0.3MPa，或者估量發(fā)生沉降變形時，應(yīng)實行地基加固措施。一般狀況下，活動斷層地段不宜鋪設(shè)無碴軌道。如鋪設(shè)無碴軌道。應(yīng)實行便利修理或調(diào)整的相應(yīng)措施。隧道內(nèi)鋪設(shè)無碴軌道的根本要求以以下圖為博格板式無碴軌道在國外隧道中的應(yīng)用狀況。無碴軌道的應(yīng)用狀況博格板是一塊塊長6.45米、高20厘米、重達9.6噸的混凝土承軌臺，每一塊的長、寬、高誤差都被嚴(yán)格把握在３毫米以內(nèi)。實際上，每塊博格板就相當(dāng)于連成一體的10塊枕木。博格板全部鋪設(shè)完成后，鋼軌就被直接固定在博格板上。我國在京津城際使用！雷達2023型無碴軌道的構(gòu)造圖無碴軌道的應(yīng)用狀況德國雷達型無碴軌道于1972年首次鋪設(shè)于德國比勒菲爾德至哈姆的一段線路上，以Rheda車站而命名，屬軌枕埋入式無碴軌道。雷達2023型無碴軌道是雷達型無碴軌道系統(tǒng)進展的最新型式，主要由鋼軌、扣件、預(yù)制雙塊式軌枕、混凝土道床板以及水硬性支承層組成。雷達2023型無碴軌道的構(gòu)造圖無碴軌道的應(yīng)用狀況雷達2023型無碴軌道的構(gòu)造圖無碴軌道的應(yīng)用狀況雷達2023型無碴軌道的構(gòu)造圖無碴軌道的應(yīng)用狀況以以下圖為日本新干線隧道內(nèi)框型板式無碴軌道的應(yīng)用實例。無碴軌道的應(yīng)用狀況我國隧道內(nèi)無碴軌道的爭論始于20世紀(jì)60年月，正式推廣應(yīng)用的僅有軌枕嵌入式〔支承塊式)整體道床。無碴軌道的應(yīng)用狀況路隧過渡段工程為減小過渡段線路的剛度突變，需要在路基與隧道連接處設(shè)置過渡段，以實現(xiàn)過渡段范圍內(nèi)線路剛度的漸進過渡。以以下圖為韓國無碴軌道與有碴軌道路基過渡段構(gòu)造。洞外有碴軌道側(cè)33.6m范圍內(nèi)道床碎石依據(jù)不同的密實度搗固，形成不同的剛度梯度。無碴軌道的素混凝土根底延長到有碴軌道約60m長度范圍內(nèi)，形成剛度的漸進過渡。以以下圖為德國無碴軌道路隧過渡段，在隧道出口鋪設(shè)5cm厚的硬泡沫板，從隧道出口依據(jù)5.75%的坡度填筑楔形水泥土，.逐步向一般填筑路基過渡。路隧過渡段工程我國的相關(guān)技術(shù)規(guī)定：為保證過渡段無砟軌道末端支承層的牢靠連接，自無砟軌道起點至洞內(nèi)25m范圍內(nèi)，對仰拱回填層進展鑿毛處理，并應(yīng)預(yù)埋與底座的連接鋼筋。路隧過渡段工程中國路隧過渡段工程隧道內(nèi)無碴軌道的防噪聲措施與鋪設(shè)有碴軌道相比，鋪設(shè)無碴軌道對隧道內(nèi)壓力波的傳播和洞口微氣壓波均有明顯的負面作用，不利于緩解隧道內(nèi)空氣動力學(xué)效應(yīng)。實行措施：盡量在洞內(nèi)軌道上面或隧道邊壁，實行一些增加壁面粗糙度或具有吸聲作用的材料。另一種措施是在洞外設(shè)置加高的防聲墻。隧道內(nèi)無碴軌道的防噪聲措施荷蘭某隧道為降低隧道內(nèi)及洞口噪聲，在兩側(cè)墻壁安裝吸聲板的措施。隧道內(nèi)無碴軌道的防噪聲措施德國科隆-法蘭克福某隧道內(nèi)在無碴軌道面上鋪設(shè)預(yù)制吸聲材料，以減小無碴軌道對空氣動力學(xué)效應(yīng)的負面影響。隧道防排水設(shè)計〔一〕高速鐵路隧道防水標(biāo)準(zhǔn)為了保證高速鐵路安全運行和設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，依據(jù)《客運專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》〔TZ214-2023〕和《客運專線鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)》〔鐵建設(shè)[2023]160號〕，隧道襯砌和設(shè)備洞室襯砌的防水等級應(yīng)到達《地下工程防水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50108-2023〕規(guī)定的一級防水標(biāo)準(zhǔn)，即二次襯砌不允許滲水、二次襯砌外表無濕漬?！捕撤琅潘瓌t高速鐵路隧道防排水應(yīng)遵循“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，在設(shè)計時需要考慮以下因素：1水文和氣候因素；2地下水類型、水位，以及補給徑流和排泄特征；3地下水化學(xué)成分〔是否具有侵蝕性或腐蝕性〕；4地下水排放對四周生態(tài)環(huán)境的影響；5隧道開挖方法和隧道襯砌設(shè)計等。隧道可分為防水型隧道和排水型隧道。在以下條件下，需優(yōu)先設(shè)計防水型隧道：1地面生態(tài)和社會環(huán)境敏感，要求嚴(yán)格限制排水以免對其造成影響，特殊是在隧道地區(qū)居民分布密集或存在地下水供水水源，大量排放會對環(huán)境等造成重大影響的場合；2地表下沉影響較大，從而危及構(gòu)造物正常使用及周邊環(huán)境的場合；3地下水具有腐蝕性，需要將地下水與混凝土隔離的場合?！捕撤琅潘瓌t〔三〕防水工程措施防水工程措施包括：初期支護噴射混凝土防滲；防水層；

施工縫及變形縫防水；襯砌混凝土自防水；襯砌背后回填注漿?！踩撤浪こ檀胧┏跗谥ёo噴射混凝土防滲：為提高其防水質(zhì)量，應(yīng)做好以下幾點：對噴射混凝土的圍巖基面進展處理；對噴射混凝土背后孔隙進展注漿；對突出的錨桿頭進展處理；加強噴射混凝土的潮濕養(yǎng)護，削減裂紋；調(diào)整混凝土協(xié)作比或摻加外加劑等，提高混凝土的抗?jié)B力氣。〔三〕防水工程措施防水層：復(fù)合式襯砌中的防水層是隧道防排水技術(shù)的核心；防水層為不透水外表光滑的高分子防水卷材，不僅起到將地層滲水拒于二次襯砌之外的防水作用，而且對初期支護與二次襯砌還起到隔離與潤滑作用，使初期支護噴射混凝土對二次襯砌模筑混凝土的約束應(yīng)力削減，從而避開二襯混凝土產(chǎn)生裂縫，提高了二次襯砌的防水抗?jié)B力氣；防水層通常由緩沖墊層與防水板兩局部組成。〔三〕防水工程措施施工縫與變形縫：施工縫是由于隧道襯砌混凝土施工所產(chǎn)生的冷接縫，是防水薄弱環(huán)節(jié)之一，施工縫假設(shè)處理不好，不僅造成襯砌混凝土裂縫及洞內(nèi)漏水，還會降低構(gòu)造的強度和耐久性；為防止由于襯砌不均勻下沉而引起裂縫，在地質(zhì)條件變化顯著、襯砌受力不勻地段，應(yīng)設(shè)置沉降縫，為防止由于溫度變化猛烈或混凝土分散時的收縮影響而引起襯砌開裂，應(yīng)設(shè)置伸縮縫，這兩種構(gòu)造縫統(tǒng)稱為變形縫；變形縫應(yīng)承受柔性材料做防水處理。下頁圖！〔三〕防水工程措施施工縫與變形縫：高速鐵路隧道施工縫構(gòu)造形式高速鐵路隧道帶接水盒的變形縫構(gòu)造形式〔三〕防水工程措施防水混凝土：二次襯砌混凝土既是外力的承載構(gòu)造，也是防水的最終一道防線，因此要求襯砌具有確定的抗?jié)B性；防水混凝土是以水泥、砂、石為原料，通過規(guī)定的及配比，并摻入少量外加劑，通過調(diào)整協(xié)作比、抑制或削減空隙率、轉(zhuǎn)變孔隙特征、增加各原料界面間的密實性等方法，配置具有確定抗?jié)B力氣的防水混凝土；依據(jù)《客運專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》要求，二次襯砌防水混凝土抗?jié)B等級不低于P8?！踩撤浪こ檀胧┮r砌背后回填注漿：回填注漿是二次襯砌完成后，為了填充二次襯砌與防水板之間的空隙而進展的注漿；回填注漿應(yīng)在襯砌混凝土強度到達70%后進展；一般來說，通過在澆筑二次襯砌時拱頂按確定間距預(yù)埋的垂向注漿管可進展回填注漿；襯砌背后注漿宜選用水泥漿液、水泥砂漿或摻有石灰、黏土、膨潤土、粉煤灰的水泥漿液；回填注漿及襯砌內(nèi)注漿的壓力應(yīng)小于0.5MPa。〔四〕排水工程措施在排水型隧道中，必需做好襯砌背后的排水系統(tǒng)，使水能通暢排出。隧道排水系統(tǒng)主要包括環(huán)向排水盲溝、縱向排水盲溝、側(cè)溝、橫向排水盲管和中心排水溝這一體系?！菜摹撑潘こ檀胧┡潘す埽涵h(huán)向排水盲管的作用是在巖面和初期支護噴射混凝土之間、初期支護噴射混凝土與防水板之間供給過水通道，并使之下滲到縱向排水管。〔四〕排水工程措施排水盲管：縱向排水盲管是沿隧道縱向設(shè)置在襯砌底部防水板與初期支護間的透水盲管，作用是將環(huán)向排水管等排下來的水集合并通過橫向排水管排到側(cè)溝或中心排水溝?！菜摹撑潘こ檀胧┡潘す埽簷M向排水盲管位于襯砌根底的下部，布設(shè)方向與隧道軸線垂直，是