隧道工程第4章隧道结构构造全解课件.ppt
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1、第四章,隧道结构构造,主要内容,4.3 附属建筑物,4.1 初砌构造,4.2 洞门与明洞,1 外部支护, 整体式混凝土衬砌 砌石衬砌 拼装式衬砌 喷射混凝土支护,2 内部支护, 锚杆 注浆,3 混合支护, 喷锚支护 复合式衬砌,4.1 衬砌构造,一、整体式混凝土衬砌,工艺流程:立模灌筑养生拆模,优点:, 对地质条件和施工条件适应性较强 易于按需要成型 整体性好 抗渗性强, 需要养生时间 受力较慢,缺点:,1、直墙式衬砌,适用条件:,地质条件较好的、级(、类)围岩。,围岩压力以竖向为主,几乎没有或仅有很小的水平侧向压力。,半衬砌,适用于:,地质条件极好,整体岩层坚固;,几乎无水平侧压力,也无地下
2、水侵入。,可不设边墙,但应把两侧岩壁表面喷浆敷面。,地质较差,岩体松散破碎,强度不高;有地下水;侧向水平压力也相当大。,2、曲墙式衬砌,适用于:,连拱四线铁路隧道,二、装配式混凝土衬砌,优点:, 可立即承受围岩压力 工厂化、机械化,改善劳动条件 不需临时支撑可节省大量材料及劳力 速度快,工期短,造价低,缺点:, 接缝多,整体性差, 抗渗性差,防水困难 需要足够的拼装空间 制备构件尺寸上要求精度高,因隧道施工工业化和机械化发展而出现了装配式隧道衬砌,目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道中应用。,三、锚喷支护,喷射混凝土加设锚杆和金属网构成的一种支护形式,简称“喷锚支护”,是目前常用的一种围岩支护
3、手段。,1 作用原理,形成一种柔性衬砌结构,与围岩合成一体,共同作用,充分调动或发挥围岩的自稳能力,喷射混凝土充填裂隙、封闭围岩壁面,靠喷层与围岩的粘结力及自身的抗剪能力组成一个新的承载结构体系 通过锚杆的悬吊效应、组合梁效应 、加固效应以发挥围岩自承能力,适应软弱和膨胀性地层隧道开挖及可用于整治坍方和隧道衬砌的裂损。,2 锚喷支护类型, 锚杆支护喷射混凝土支护喷射混凝土锚杆联合支护喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护以上类型加设型钢支撑(或格栅)而成的联合支护,3 优点,充分发挥围岩的自承能力,因而有效地利用洞内净空施工简便,提高作业安全性和作业效率,使坑道断面缩小,从而减少了开挖量,也节省圬工
4、,四、复合式衬砌,在不同的时间分层先后施作,它可以是两层、三层或更多的层 ,目前实践的都只外衬和内衬两层,因此又称之“双层衬砌”,基本组成:外衬、防水层、内衬,常用公路隧道级围岩复合衬砌结构,复合衬砌防水层, 保护围岩和加固围岩,促进围岩的应力调整,充分发挥围岩的自承作用,衬砌结构受力状态:,外衬受力状态, 在较坚硬的围岩地段,由于围岩具有自承能力,它与初期支护组合在一起能起到永久建筑物的作用,所以二次衬砌只是用来提高安全度的; 在围岩比较软弱地段,则内、外衬砌是共同承载;而在一些特殊地质地段中(坍方、大变形),二次衬砌的承载作用是主要的,它不仅稳定围岩的变形而且在整个衬砌结构中占有主导地位。
5、,内衬受力状态, 改善受力条件,相对单层同厚度模筑衬砌,承载能 力提高2030 防止外层衬砌风化,使喷层内钢筋网和锚杆端部免于锈蚀 表面光洁平整,利于通风防水效果好,优点:,缺点:, 造价较高,施工较复杂,五、支护结构基本要求,支护结构的基本作用在于保证隧道断面的使用净空,防止岩体质量恶化;承受可能的各种荷载,使隧道支护体系有足够的安全度。因此,任何一种类型的支护结构都应具有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工可能性。按现代支护理论,理想支护结构应满足如下基本要求:,必须与周围岩体大面积地牢固接触,即保证支护一围岩作为一个统一的支护体系而共同工作 。,要允许围岩及支护结构产生有限制的变形,以
6、充分发挥围岩的承载作用而减少支护结构的受力,但又必须保证支护结构及时施作。,六、衬砌结构一般规定,隧道衬砌材料,应具有足够的强度和耐久性,在某些环境中,还必须具有抗冻、抗渗和抗侵害性。,衬砌结构伸缩缝、沉降缝,隧道衬砌一般不设伸缩缝,但严寒地区的整体式衬砌、锚喷衬砌或复合式衬砌应在洞口和易受冻害地段设置伸缩缝。,在对隧道衬砌有不良影响的软硬地层分界处应设置沉降缝。,衬砌结构材料,1、定义,在隧道洞口用圬工砌筑并加以一定建筑装饰的支挡结构物。,2、洞门作用, 减少洞口土石方开挖量 稳定边坡 引离地表流水 装饰洞口,一、洞门,4.2 洞门与明洞, 洞口环框式洞门 端墙式洞门 翼墙式洞门 柱式洞门
7、台阶式洞门 斜交洞门 削竹式(喇叭式)洞门,3、洞门结构类型,适用:类或级围岩,地形陡峻而又无排水要求,(1)洞口环框式洞门,作用:不承载,加固洞口 减少雨后洞口滴水 简单装饰,风火山隧道,适用:地形开阔,岩质基本稳定的 级围岩。,结构特点:能有效抵抗山体纵向推力。,(2)端墙式洞门,端墙,端墙式洞门,乌石山隧道,端墙作用:支护洞口仰坡,并将仰坡水流汇集排出,适用:山体纵向推力较大,洞口地质较差的级及以上的围岩,增加洞门的抗滑动和抗倾覆能力。,(3)翼墙式洞门,南昆线二梓坡隧道,翼墙式洞门,翼墙式洞门,检查梯,昆仑山隧道,特点:可以在端墙中部设置两个断面较大的柱墩,以增加端墙的稳定性。,(4)
8、柱式洞门,适用:地形较陡,地质条件较差,仰坡可能下滑,而又受地形或地质条件限制,不能设置翼墙时。,连拱隧道柱式洞门,二郎山隧道,适用:傍山侧坡地区,洞门一侧边坡较高时作用:减小仰坡高度及外露坡长,减少开挖量。,(5)台阶式洞门,莲花山隧道台阶式洞门,台阶式洞门,(6)斜交洞门,适用:线路方向与地形等高线斜交时。特点:将洞门做成与地形等高线一致,使洞门左右可以仍保持近似对称,但衬砌洞口段和洞门相对于线路呈斜交形式。,(7)削竹式洞门及喇叭口式,削竹式在公路隧道中被普遍使用 高铁减缓高速列车空气动力效应,洞门与洞身整体砌筑; 适用:洞口段有较长的明洞衬砌,由于洞门背后一定范围内是以回填土为主,山体
9、的推滑力不大;地形相对比较对称和不太陡峻。 特点: 1 洞口边仰坡开挖量少 2 减少对植被的破坏和有利于保护环境 3 适用各种围岩类别,削竹式洞门,削竹式洞门,削竹式洞门,削竹式洞门,削竹式洞门施工现场,青岛黄岛开发区嘉陵江路嵩山隧道,明洞-明挖法修建的隧道。,开挖方式: 大开挖 明拱暗墙,二、明洞,明洞位置示意图,适用条件:, 隧道的进出口处; 地质条件差且覆盖层薄,暗挖法难进洞; 洞口路堑边坡有落石而危及行车安全时; 铁路、公路、河渠必须在铁路上方通过且不宜做立交桥或涵渠。,1 拱式明洞(通常所说的明洞均指这种) 路堑式 路堑对称式 路堑偏压式 半路堑式 半路堑偏压斜墙式 半路堑单压耳墙式
10、 2 棚式明洞 盖板式 悬臂式,明洞结构类型,施工,1 拱式明洞 结构特点 (1)整体性好,承载能力强。 (2)除对称型外,外墙承载强度大于内墙。 衬砌形式:整体式衬砌。 结构材料:素混凝土、钢筋混凝土,以后者居多。2 棚式明洞 结构特点 (1)承载能力比拱式明洞弱; (2)内墙承载强度大于外墙。 衬砌形式:现浇件、预制件 结构材料:钢筋混凝土,明洞结构特点及衬砌材料,4.3 隧道附属建筑,主要内容隧道防排水设施铁路隧道附属建筑公路隧道附属建筑,1 公路隧道设计规范一般规定,隧道防排水应遵循“防、排、截、堵相结合,因地制宜,综合治理”的原则,保证隧道结构物和运营设备的正常使用和行车安全。隧道防
11、排水设计应对地表水、地下水妥善处理,洞内外应形成一个完整通畅的防排水系统。,一、防排水设施,2 治水原则与措施, 防:防水混凝土;防水层(内贴、外贴) 排:暗管;忙沟 截:截水天沟;裂缝堵塞 堵:注浆,防水层,(1) 排水沟,3、隧道内排水建筑物,排水沟与电缆沟横断面图, 铁路隧道沟底纵坡与线路纵坡一致,一般不得小于3,横向排水坡不应小于2%。, 公路隧道沟底纵坡与线路纵坡一致,一般不得小于0.5%,横向排水坡不应小于1%。,隧道排水沟,排水沟基本形式,(2) 盲沟,盲沟的作用是在衬砌与围岩间通过过水通道,并使之汇入泄水孔,主要用于引导较为集中的局部渗流水。,弹簧软管盲沟引排局部水,弹簧软管环
12、向盲沟,化学纤维渗滤布盲沟引排大面积渗水,10.08,二、 铁路隧道附属结构, 避车洞 电力及通讯设施 运营通风设施,1、避车洞,(1)概念,列车通过隧道时,为保证洞内人员及维修设备安全,在隧道两侧边墙上交错均匀地修建了洞室,用于躲避列车,故称之为避车洞。,根据避车洞室的大小,其分为大避车洞和小避车洞。,大避车洞:存放维修设备与材料,小避车洞:方便人员躲避列车, 大避车洞布置, 碎石道床每侧每隔300m布置一个 整体道床每侧每隔420m布置一个, 隧道长度在300m以下可不布置大避车洞, 隧道长度在300400m时,在隧道中间布置一个,(2)避车洞布置,注:隧道长度300m以下时,如果两端洞口
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