.,隧道工程,第2章隧道結構構造及設計,.,第1節隧道凈空與限界,本節主要內容：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節隧道凈空與限界,1.1隧道凈空與限界的基本概念隧道凈空：隧道襯砌內輪廓線所包圍的空間，根據“隧道建筑限界”確定的。隧道建筑限界：為了保證隧道內各種交通的正常運行與安全，而規定在一定寬度和高度范圍內不得有任何障礙物的空間范圍。,.,第1節隧道凈空與限界,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節隧道凈空與限界,.,第1節隧道凈空與限界,.,第1節隧道凈空與限界,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)側向寬度(L)人行道(R)或檢修道(J)當設置人行道時，含余寬(C)車道數,.,.,第1節隧道凈空與限界,.,第1節隧道凈空與限界,注：汽車專用公路隧道只在左側設檢修道；山嶺重丘區的四級公路，只有當路基寬度為4.5m時，行車道寬度可采用4.5m；四級公路一般可不設人行道。,.,第1節隧道凈空與限界,1.4曲線隧道凈空加寬1.4.1鐵路隧道加寬原因,.,第1節隧道凈空與限界,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側的偏移,.,第1節隧道凈空與限界,1.4.2.2外軌超高使車體向曲線內側傾斜偏移,.,第1節隧道凈空與限界,1.4.2.3車輛兩端向曲線外側的偏移,.,第1節隧道凈空與限界,1.4.3單線隧道(結構)中線與線路中線偏移距離,.,第1節隧道凈空與限界,1.4.4雙線鐵路隧道加寬計算,.,第1節隧道凈空與限界,1.4.5雙線隧道中線偏移,.,第1節隧道凈空與限界,1.4.6曲線鐵路隧道加寬平面設計,.,第1節隧道凈空與限界,1.4.7公路隧道平曲線加寬取值,注：四級公路和山嶺重丘的三級公路采用第1類加寬值；其余各級公路采用第3類加寬值。對不經常通行集裝箱運輸半掛車的公路，可采用第2類加寬值。,.,第1節隧道凈空與限界,小結,思考題：1、確定隧道建筑限界需要考慮哪些因素？2、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？,.,第2節隧道襯砌斷面設計,本節主要內容：隧道襯砌斷面設計的主要內容和步驟鐵路隧道襯砌斷面設計公路隧道襯砌斷面設計,.,第2節隧道襯砌斷面設計,2.1隧道襯砌橫斷面設計2.1.1設計基本內容內輪廓線軸線厚度2.1.2設計步驟確定隧道類型相應建筑限界根據圍巖初步擬定截面厚度斷面優化、強度檢算并評價內輪廓線,.,第2節隧道襯砌斷面設計,2.1.3設計注意事項隧道內輪廓必須符合隧道建筑凈空限界。內輪廓線應盡量減小洞室的體積。結構軸線應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定。2.1.4設計目的滿足限界要求滿足受力要求圬工最省,.,第2節隧道襯砌斷面設計,.,第2節隧道襯砌斷面設計,2.2鐵路隧道襯砌斷面設計,.,第2節隧道襯砌斷面設計,襯砌斷面幾何關系有：上式含b、f、1、a、r1、r2、2共7個參數先給定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值根據加寬要求也是已知，故未知參數f、a、r1仍可求解。,.,第2節隧道襯砌斷面設計,.,第2節隧道襯砌斷面設計,總結及思考：(1）襯砌內輪廓線(標準化)（2）襯砌外輪廓線(可變化)（3）襯砌截面厚度(可變化)討論：這三者之間的關系？結論（1）內輪廓線與厚度影響結構軸線；（2）外輪廓線決定是否變截面襯砌，亦影響結構軸線。,.,第2節隧道襯砌斷面設計,2.3公路隧道襯砌斷面設計目前公路隧道以單心圓、坦三心圓兩種斷面應用最為普遍。公路隧道與鐵路隧道的主要區別：鐵路隧道建筑限界是固定統一的，而公路隧道的建筑限界則不定。公路隧道的附屬設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節隧道襯砌斷面設計,單心圓襯砌內輪廓線,.,第2節隧道襯砌斷面設計,.,第2節隧道襯砌斷面設計,.,第2節隧道襯砌斷面設計,2.3.2坦三心圓斷面設計,坦三心圓內輪廓線,.,第2節隧道襯砌斷面設計,.,第2節隧道襯砌斷面設計,與鐵路隧道的異同點：內輪廓非標準化通風、照明等附屬設施多設計特點：斷面設計優化的必要性規范推薦斷面形式(有標準化的趨勢),.,第2節隧道襯砌斷面設計,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的厚度。襯砌可以等厚，也可將拱腳和邊墻較拱頂加厚20%50%。,.,第2節隧道襯砌斷面設計,小結：思考題：1、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？2、運用數學優化知識談談如何使斷面滿足各方面要求？,.,第3節隧道洞身支護結構,本節主要內容：洞身支護結構的主要類型不同類型洞身支護結構的特點及其適用條件整體式混凝土襯砌的結構特點,.,第3節隧道洞身支護結構,3.1支護結構類型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內部支護錨桿注漿3.1.3混合支護噴錨支護復合式襯砌,.,第3節隧道洞身支護結構,3.2整體式混凝土襯砌工藝流程：立模灌筑養生拆模優點：對地質條件和施工條件的適應性較強易于按需要成型整體性好抗滲性強缺點：需要養生時間受力較慢,.,第3節隧道洞身支護結構,3.2.1直墻式襯砌適用于：地質條件較好的、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向壓力。,.,第3節隧道洞身支護結構,適用于：地質條件極好，整體巖層堅固；幾乎無水平側壓力，也無地下水侵入。可不設邊墻，但應把兩側巖壁表面噴漿敷面。,.,第3節隧道洞身支護結構,適用于：在地質條件尚好，側壓力不大，但又不宜采用半襯砌時。,.,第3節隧道洞身支護結構,適用于：地質較差，巖體松散破碎，強度不高；有地下水；側向水平壓力也相當大。,.,第3節隧道洞身支護結構,3.3裝配式混凝土襯砌因隧道施工工業化和機械化發展而出現了裝配式隧道襯砌，目前多在使用盾構法施工的城市地下鐵道中應用。優點：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省大量材料及勞力速度快，工期短，造價低缺點：接縫多，整體性差，抗滲性差，防水困難需要足夠的拼裝空間制備構件尺寸上要求精度高,.,第3節隧道洞身支護結構,3.4錨噴支護噴射混凝土加設錨桿和金屬網構成的一種支護形式，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作用原理形成一種柔性襯砌結構，與圍巖合成一體，共同作用，充分調動或發揮圍巖的自穩能力噴射混凝土充填裂隙、封閉圍巖壁面，靠噴層與圍巖的粘結力及自身的抗剪能力組成一個新的承載結構體系通過錨桿的懸吊效應、組合梁效應、加固效應以發揮圍巖自承能力,.,第3節隧道洞身支護結構,3.4.2錨噴支護類型錨桿支護噴射混凝土支護噴射混凝土錨桿聯合支護噴射混凝土與錨桿及鋼筋網聯合支護以上類型加設型鋼支撐（或格柵）而成的聯合支護3.4.3優點充分發揮圍巖的自承能力，因而有效地利用洞內凈空施工簡便，提高作業安全性和作業效率，使坑道斷面縮小，從而減少了開挖量，也節省圬工,.,第3節隧道洞身支護結構,3.5復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襯兩層，因此又稱之“雙層襯砌”基本組成：外襯、防水層、內襯,.,第3節隧道洞身支護結構,.,第3節隧道洞身支護結構,復合襯砌防水層,.,第3節隧道洞身支護結構,襯砌結構受力狀態：外襯受力狀態保護圍巖和加固圍巖，促進圍巖的應力調整，充分發揮圍巖的自承作用內襯受力狀態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、外襯砌是共同承載；而在一些特殊地質地段中(坍方、大變形)，二次襯砌的承載作用是主要的，它不僅穩定圍巖的變形而且在整個襯砌結構中占有主導地位。,.,第3節隧道洞身支護結構,優點：改善受力條件，相對單層同厚度模筑襯砌，承載能力提高2030防止外層襯砌風化，使噴層內鋼筋網和錨桿端部免于銹蝕表面光潔平整，利于通風防水效果好缺點：造價較高，施工較復雜,.,第3節隧道洞身支護結構,3.6支護結構基本要求支護結構的基本作用在于保證隧道斷面的使用凈空，防止巖體質量惡化；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構都應具有與上述作用相適應的構造、力學特性和施工可能性。按現代支護理論，理想支護結構應滿足如下基本要求：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一的支護體系而共同工作。要允許圍巖及支護結構產生有限制的變形，以充分發揮圍巖的承載作用而減少支護結構的受力，但又必須保證支護結構及時施作。,.,第3節隧道洞身支護結構,3.7襯砌結構一般規定3.7.1襯砌結構材料隧道襯砌材料，應具有足夠的強度和耐久性，在某些環境中，還必須具有抗凍、抗滲和抗侵害性。3.7.2襯砌結構伸縮縫、沉降縫隧道襯砌一般不設伸縮縫，但嚴寒地區的整體式襯砌、錨噴襯砌或復合式襯砌應在洞口和易受凍害地段設置伸縮縫。在對隧道襯砌有不良影響的軟硬地層分界處應設置沉降縫。,.,第3節隧道洞身支護結構,小結：思考題：1、襯砌結構的仰拱如何改善其受力條件？2、對于拼裝式襯砌，可以采取哪些措施改善其防水性能？,.,第3節隧道洞身支護結構,.,第3節隧道洞身支護結構,襯砌臺車,.,第3節隧道洞身支護結構,.,第3節隧道洞身支護結構,.,第3節隧道洞身支護結構,襯砌臺車,.,第3節隧道洞身支護結構,.,第3節隧道洞身支護結構,.,第3節隧道洞身支護結構,管片拼裝圖,.,第3節隧道洞身支護結構,管片安裝：,.,第3節隧道洞身支護結構,裝配式砌襯內景：,.,第3節隧道洞身支護結構,噴射混凝土,.,第3節隧道洞身支護結構,.,第3節隧道洞身支護結構,.,第4節隧道洞門結構,本節主要內容：洞門定義洞門作用洞口位置選定的原則和要求洞門結構類型,.,第4節隧道洞門結構,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構物。4.2洞門作用減少洞口土石方開挖量穩定邊坡引離地表流水裝飾洞口,.,第4節隧道洞門結構,4.3洞門結構類型洞口環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節隧道洞門結構,4.3.1洞口環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節隧道洞門結構,4.3.2端墻式洞門適于地形開闊，巖質基本穩定的級圍巖。結構特點：能有效抵抗山體縱向推力。,.,第4節隧道洞門結構,.,第4節隧道洞門結構,.,第4節隧道洞門結構,端墻的作用：支護洞口仰坡，并將仰坡水流匯集排出。構造要求：端墻高度應使洞身襯砌上方尚有1m以上回填層；洞頂水溝深度應不小于0.4m；應設置擋碴防護墻，高度從仰坡坡腳算起應不小于0.5m，水平方向不宜小于1.5m；端墻基礎應設置在穩固的地基上，其深度視地質條件、凍害程度而定，一般應在0.61.0m左右；墻厚按擋土墻計算，寬度與路塹橫斷面相適應。,.,第4節隧道洞門結構,4.3.3翼墻式洞門適用于山體縱向推力較大,洞口地質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節隧道洞門結構,.,第4節隧道洞門結構,翼墻式洞門,.,第4節隧道洞門結構,4.3.4柱式洞門適用于地形較陡，地質條件較差，仰坡可能下滑，而又受地形或地質條件限制，不能設置翼墻時。特點：可以在端墻中部設置兩個斷面較大的柱墩，以增加端墻的穩定性。,.,第4節隧道洞門結構,連拱隧道柱式洞門,.,第4節隧道洞門結構,柱式洞門,.,第4節隧道洞門結構,4.3.5臺階式洞門適于傍山側坡地區，洞門一側邊坡較高時作用：減小仰坡高度及外露坡長，減少開挖量。,.,第4節隧道洞門結構,蓮花山隧道臺階式洞門,.,第4節隧道洞門結構,臺階式洞門,.,第4節隧道洞門結構,4.3.6斜交洞門,.,第4節隧道洞門結構,適用：線路方向與地形等高線斜交時。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：1斜洞門與線路中線的交角不應小于452一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雜，施工也不方便，所以，只有在十分必要時才采用它。,.,第4節隧道洞門結構,4.3.7削竹式洞門,.,第4節隧道洞門結構,削竹式在公路隧道中被普遍使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：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境3適用各種圍巖類別,.,第4節隧道洞門結構,削竹式洞門,.,第4節隧道洞門結構,削竹式洞門,.,第4節隧道洞門結構,削竹式洞門,.,第4節隧道洞門結構,削竹式洞門施工現場,.,第4節隧道洞門結構,.,第4節隧道洞門結構,小結：思考題：1、隧道洞門結構類型，適用范圍及特點？2、分析以下各種情況下宜采用的隧道洞門結構型式。,.,第4節隧道洞門結構,.,第5節明洞結構,本節主要內容：明洞施工方法及其適用條件明洞結構類型,.,第5節明洞結構,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節明洞結構,適用條件：隧道的進出口處；地質條件差且覆蓋層薄，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節明洞結構,5.2明洞結構類型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