隧道工程结构设计.ppt
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1、,隧道工程结构设计,本节主要内容:,隧道净空与限界的概念 隧道建筑限界的确定 曲线隧道净空加宽,3.1 隧道净空与限界,1 隧道净空与限界的基本概念 隧道净空:隧道衬砌内轮廓线所包围的空间,根据“隧道建筑限界”确定的。隧道建筑限界:为了保证隧道内各种交通的正常运行与安全,而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间范围。,2 铁路隧道建筑限界,机车车辆或超限货物车辆的接近限界,隧道建筑限界,3 公路隧道建筑限界,建筑限界组成部分:行车道宽度(W)路缘带(S)侧向宽度(L)人行道(R)或检修道(J)当设置人行道时,含余宽(C)车道数,公路隧道建筑限界图(尺寸单位:m),注:,汽车专用公路隧
2、道只在左侧设检修道;,山岭重丘区的四级公路,只有当路基宽度为4.5m 时,行车道宽度可采用4.5m;,四级公路一般可不设人行道。,4 曲线隧道净空加宽,单线铁路隧道加宽示意图,4.1 铁路隧道加宽原因,;,4.2 单线铁路隧道加宽计算,4.2.1 车辆中间部分向曲线内侧的偏移,车辆转向架中心距,取18m,R 曲线半径,单位m,则:,4.2.2 外轨超高使车体向曲线内侧倾斜偏移,H 隧道限界控制点自轨面起的高度,cm E 外轨超高值,其最大不超过15cm,且,d内2系将相应的隧道建筑限界绕内侧轨顶中心转动角度:,故可近似取,4.2.3 车辆两端向曲线外侧的偏移,L 标准车辆长度,我国为26m,则
3、,则总加宽值:,4.3 单线隧道(结构)中线与线路中线偏移距离,4.4 双线铁路隧道加宽计算,d内及d外计算与单线加宽值相同,当外侧线路外轨超高大于内侧线路外轨超高时,H 车辆外侧顶角距内轨顶面的高度,取360cm E 外侧线路的外轨超高值,cm,故,其余情况时:,4.5 双线隧道中线偏移,4.6 曲线铁路隧道加宽平面设计,4.7 公路隧道平曲线加宽取值,注:四级公路和山岭重丘的三级公路采用第1类加宽值;其余各级公路采用第3类加宽值。对不经常通行集装箱运输半挂车的公路,可采用第2类加宽值。,思考题:,1、确定隧道建筑限界需要考虑哪些因素?2、比较铁路隧道与公路隧道在建筑限界与曲线加宽等方面的异
4、同?,本节主要内容:,隧道衬砌断面设计的主要内容和步骤 铁路隧道衬砌断面设计 公路隧道衬砌断面设计,3.2 隧道衬砌断面设计,1 隧道衬砌横断面设计,1.1 设计基本内容,内轮廓线 轴线 厚度,1.2 设计步骤,确定隧道类型相应建筑限界 根据围岩初步拟定截面厚度 断面优化、强度检算并评价内轮廓线,1.3 设计注意事项,隧道内轮廓必须符合隧道建筑净空限界。内轮廓线应尽量减小洞室的体积。结构轴线应尽可能地符合压力线。采用的施工方法能确保断面形状及尺寸有利于隧道的稳定。,1.4 设计目的,满足限界要求 满足受力要求 圬工最省,2 铁路隧道衬砌断面设计,轨顶面至拱顶高度h 拱顶至拱脚矢高f;衬砌拱部净
5、宽之半b,拱圈第一个内径r1和第二个内径r2 第一段圆曲线的终点截面与竖直面的夹角1 拱脚截面与竖直面的夹角2;,内径r2的圆心o2至o1的水平和垂直距离a,先给定b、f、1及a值后,再解出r1、r2及2。曲线地段需要加宽时,保持r2及2不变,1仍取45,b值根据加宽要求也是已知,故未知参数f、a、r1仍可求解。,衬砌断面几何关系有:,上式含b、f、1、a、r1、r2、2共7个参数,(1)衬砌内轮廓线(标准化)(2)衬砌外轮廓线(可变化)(3)衬砌截面厚度(可变化)讨论:这三者之间的关系?结论(1)内轮廓线与厚度影响结构轴线;(2)外轮廓线决定是否变截面衬砌,亦影响结构轴线。,总结及思考,3
6、公路隧道衬砌断面设计 目前公路隧道以单心圆、坦三心圆两种断面应用最为普遍。公路隧道与铁路隧道的主要区别:铁路隧道建筑限界是固定统一的,而公路隧道的建筑限界则不定。公路隧道的附属设施比铁路隧道多且要求高,且每一座隧道均会因交通流量和长度不同而要求不同。,3.1 单心圆断面设计,单心圆衬砌内轮廓线,独立变量,约束条件,其它参数见限界要求。迭代求解 面积最小为最优。,坦三心圆内轮廓线,3.2 坦三心圆断面设计,独立变量,基本几何方程,约束条件,其余参数约束条件见限界要求 参数求解 需假定A1及A2,其余同单心圆优化。,与铁路隧道的异同点:内轮廓非标准化 通风、照明等附属设施多 设计特点:断面设计优化
7、的必要性 规范推荐断面形式(有标准化的趋势),4 衬砌截面厚度,单线铁路隧道拱顶厚度一般为3060 双线铁路隧道衬砌拱顶厚度为4080。仰拱厚度一般稍小于拱顶的厚度。衬砌可以等厚,也可将拱脚和边墙较拱顶加厚20%50%。,思考题:,1、比较铁路隧道与公路隧道衬砌断面,思考有哪些因素会影响到断面形状?2、运用数学优化知识谈谈如何使断面满足各方面要求?,本节主要内容:,洞身支护结构的主要类型 不同类型洞身支护结构的特点及其适用条件 整体式混凝土衬砌的结构特点,3.3 隧道洞身支护结构,1 支护结构类型,1.1 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,1.2 内部支护,锚杆
8、 注浆,1.3 混合支护,喷锚支护 复合式衬砌,2 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的适应性较强 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:,2.1 直墙式衬砌,适用于:,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,也无地下水侵入。,可不设边墙,但应把两侧岩壁表面喷浆敷面。,在地质条件尚好,侧压力不大,但又不宜采用半衬砌时。,简化边墙,适用于:,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.
9、2 曲墙式衬砌,适用于:,3 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。,4 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手段。,4.1 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
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