《隧道结构构造》PPT课件.ppt

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1、第三章 隧道结构构造,3,隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG,学习本章的要求：（1）掌握公路隧道的洞身结构、洞门结构、明洞结构和防排水设施的构造原理（2）了解公路隧道斜井与竖井、内装修与路面结构,隧道结构构造,结构构造,主体构造物,附属构造物,衬砌,洞门（明洞）,通风,照明,排水、消防、通讯等,（永久性人工建筑物）,（辅助设施）,洞身衬砌 洞门 明洞 斜井与竖井 内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水,第3章 隧道结构构造,第一节 洞身衬砌,1、衬砌概念2、衬砌材料3、洞身衬砌类型,1、衬砌概念,开挖后的隧道，为了保持围岩的稳定性，隧道必须有足够强度的支护结构称为衬砌。,支护的方

2、式,外部支护（混凝土衬砌、砌石衬砌、拼装式衬砌）,内部支护（锚杆支护、锚喷支护等）,混合支护,2）从经济角度考虑，还应满足就地取材，降低造价，施工方便及易于机械化施工等。,要求：,1）应具有足够的强度、耐久性、抗渗性、耐腐蚀性和抗冻性等。,2、衬砌材料,隧道是埋藏在地层深处的构筑物，其衬砌一般要承受较大的围岩压力、地下水压力，有时还要受到化学物质的侵蚀，处于高寒地区的隧道往往还要受到冻害等。,1混凝土,3.钢筋混凝土,4石料和混凝土预制块,2片石混凝土,5喷射混凝土,7.装配式材料,6.锚杆和钢架,2、衬砌材料,1混凝土,优点,整体性好，既可以在现场浇筑，也可以在加工场预制，而且可以机械化施工

3、。可以在水泥中掺入外加剂，以提高混凝土的性能。,缺点,灌注后不能立即承受荷载，需要进行养护，达到预定强度才能拆模，占用的模板和拱架较多。普通混凝土的耐侵蚀能力较差。,工艺流程：立模灌筑养护拆模,3.钢筋混凝土,主要用在洞门、明洞衬砌等明挖地段，或者当隧道通过地震区、偏压、通过断层破碎带或淤泥、流砂等不良地质地段。,2片石混凝土,铁路隧道，为了节省水泥，在岩层较好地段的边墙衬砌，允许采用片石混凝土（片石的掺量不应超过总体积的20%）。此外，当起拱线以上1m以外部位有超挖时，其超挖部分也可用片石混凝土进行回填。,公路隧道衬砌一般不用，只在仰拱填充或超挖部分可以使用片石混凝土砌筑。片石掺用量不得超过

4、总体积的30。,4石料和混凝土预制块,可就地取材、降低造价、可保证衬砌厚度并能较早地承受荷载，可以节省水泥和模板，耐久性和耐侵蚀性能较好。,整体性、防水性能较差，施工进度较慢，而且砌筑技术要求高。,优点,缺点,洞门挡墙、挡土墙、明线路缘石等仍可使用。,5喷射混凝土,喷射混凝土是将混凝土干拌和料、速凝剂和水用混凝土喷射机高速喷射到洁净的岩石表面上凝结而成。其密实性强，能快速封闭围岩裂隙。密贴于岩石表面，早期强度高，能起到封闭岩面和支护作用，是一种较为理想的柔性支护。,6.锚杆和钢架,锚杆是一种插入到围岩岩体内的杆形构件，可加固围岩。,可分为机械型锚杆、粘结型锚杆以及预应力锚杆。,钢架是为了加强支

5、护刚度而在初期支护或二次衬砌中放置的型钢支撑或格栅钢支撑。,初期支护采用的钢架宜用H形、工字形、U形型钢制成，也可用钢管或钢轨制成。,适用：盾构隧道、掘进机隧道,缺点：拼缝防水要求高 与围岩接触不够密贴，一般应注浆 结构整体性不如模筑 需要足够的拼装空间 制备构件尺寸上要求精度高,优点：无洞内养护时间，可立即承载；洞外预制质量好；用机械手拼装，速度快，改善劳动条件 不需临时支撑可节省大量材料及劳力,7.装配式材料,1整体式混凝土衬砌,3、锚喷式衬砌,4、复合衬砌,2、拼装式衬砌,3、洞身衬砌类型,5、连拱衬砌,1单层衬砌（整体式模筑混凝土衬砌）,技术成熟，适应多种围岩条件。在隧道洞口段、浅埋段

6、及围岩条件很差的软弱围岩 中采用整体式衬砌较为稳妥可靠。,采用混凝土或钢筋混凝土为材料就地灌注而成。,其工艺流程为：立模灌筑养护拆模,特点：,对地质条件的适用性较强，易于按需要成型，整体性好，抗渗性强，并适用于多种施工条件，如可用木、钢模板或衬砌模板台车等,适用：,（一）直墙式衬砌,（二）曲墙式衬砌,整体式模筑混凝土衬砌主要是通过调整断面形状和衬砌厚度来适应不同的地质条件，即适应不同的围岩级别和围岩压力分布情况，因而，单层衬砌的形状和厚度变化较多。,（一）直墙式衬砌,适用于地质条件比较好，以垂直围岩压力为主而水平围岩压力较小的情况，主要适用于、级围岩，有时也可用于级围岩。,1、适用条件,（一）

7、直墙式衬砌,上部拱圈,竖直边墙,下部铺底,2、结构组成,曲墙式衬砌适用于地质条件比较差，岩体松散破碎，强度不高，又有地下水，侧向水平压力也相当大的情况。主要适用于级及以上的围岩或级围岩双线。多线隧道也采用曲墙有仰拱的衬砌。,（二）曲墙式衬砌,1、适用条件,（二）曲墙式衬砌,2、结构组成,仰拱的作用？,抵御底部围岩压力,防止衬砌沉降,使衬砌形成一个环状的封闭整体结构以提高衬砌的承载能力。,顶部拱圈,侧面曲边墙,底部仰拱或铺底,2、拼装式衬砌,拼装式衬砌是将衬砌分解为若干块构件（也称管片），这些构件在现场或工厂预制，然后运到现场安装。,1）地质条件较好，围岩稳定，地下水很少，有场地，施工单位又有制

8、造、运输和拼装衬砌的设备，并控制开挖和拼装工艺有一定的经验时，可采用拼装衬砌。,2）采用盾构施工，也宜采用拼装式衬砌，快速形成一次衬砌的强度。,适用条件,拼装式衬砌的优缺点,（1）一经装配成环，不需养生时间，即可承受围岩压力；（2）预制的构件可以在工厂成批生产、在洞内可以机械化拼装，从而改善了劳动条件；（3）拼装时，不需要临时支撑如拱架、模板等，从而节省大量的支撑材料和劳力；（4）拼装速度因机械化而提高，缩短了工期，还有可能降低造价；（6）拼装衬砌的整体性较差，受力状态不太好，尤其是接缝较多，防水性能较差，必须单独加设有效的防水层，在富水地层中应用时需要有较多的支持措施。（7）要求一定的机械化

9、设备，施工工艺复杂。,拼装式衬砌的构造要求,（1）强度足够而且耐久；（2）能立即承受荷载；（3）管片形状简单，尺寸统一，便于工厂预制；（4）管片类型少、规格少、配件少，大小和重量合适，便于机械拼装；（5）管片的接头数目和接头总长要求尽量减少，以有利于防水、抗渗和防侵蚀等；若采用轻质混凝土装配式衬砌，则可以减轻砌块自重，容易同时满足几条设计原则要求。（6）必须加设有效的防水层及排水设施。,3、锚喷式衬砌,锚喷式衬砌是指锚喷结构既作为隧道临时支护，又作为隧道永久结构的形式。,喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土拌和料与水混合成为浆状，喷射到坑道的岩壁上凝结而成的。当岩壁不够稳定时，可

10、加设锚杆、金属网和钢架，构成“锚喷式衬砌”，也称为“喷锚衬砌”。,在IV-VI级围岩中不宜单独采用喷锚支护作永久衬砌，,隧道洞口段不宜采用。,适用：,特点,与围岩密贴、支护及时、柔性好；封闭围岩壁面防止风化；充填裂隙加固围岩；它能充分调动围岩本身的自稳能力，与围岩组成共同承载体系；施工方便和经济,一般考虑在、级等围岩良好、完整、稳定的地段中可以采用。在公路、铁路隧道设计规范中，都有根据隧道围岩地质条件、施工条件和使用要求可采用锚喷衬砌的规定。,组成形式,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+钢筋网联合支护喷射混凝土+锚杆+钢筋网联合支护喷射钢纤维混凝土支护喷射钢纤维混凝土+

11、锚杆联合支护上述几种类型加设型钢支撑（或格栅支撑）的联合支护等等,4、复合衬砌,复合式衬砌不同于单层厚壁的模筑混凝土衬砌，它把衬砌分成两层或两层以上，可以是同一种型式、方法和材料施作的，也可以是不同型式、方法、时间和材料施作的。,外衬主要是以喷射混凝土和锚杆为基本组合形式的一系列现代隧道支护,内层衬砌则有多种材料和构造形式，但以就地模筑混凝土为主。,我国铁路隧道、高等级公路隧道已普遍采用复合式衬砌。,复合衬砌按内、外衬的组合情况可分为：喷锚支护与混凝土衬砌；喷锚支护与喷射混凝土衬砌；可缩性钢拱架（或格栅钢构拱架）喷射 混凝土与混凝土衬砌；装配式衬砌与混凝土衬砌。,复合式衬砌的支护机理,外衬（初

12、期支护）：允许大的约束变形，允许出现少量裂缝，吸收变形压力，稳定洞壁，与围岩共同形成支护体系。,内衬（二次衬砌）：与外衬围岩共同承受围岩残余变形产生的压力，共同承受外部条件恶化产生的压力（作为整个结构的安全储备）。,复合衬砌的优缺点,复合衬砌是将整个支护结构分解为“初期支护”和“二次衬砌两大部分，各部分分别起到不同的作用，两部分分别参与并与围岩共同工作，各有侧重。,复合衬砌结构形式既能充分调动并利用围岩自我承载自我稳定的能力，又可以充分发挥支护结构的承载能力和支护材料的力学性能，结构稳定。,复合衬砌的极限承载能力比同等厚度的单层衬砌的极限承载能力可以提高20%-30%.而且，如果调整好内层衬砌

13、的施作时间，还可以改善结构的受力条件。,复合衬砌初期支护施作及时、刚度小易变形，与围岩密贴，二次衬砌作为安全贮备，表面光滑平整，增强安全感。,连拱隧道衬砌结构图,5、连拱衬砌,第二节隧道限界与净空,1、隧道净空与限界2、曲线隧道净空加宽,隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。,（一）铁路隧道建筑限界、净空,（二）公路隧道净空和建筑限界,限界是指一种规定的轮廓线。,1、隧道净空与限界,“隧道建筑限界”是为了保证隧道内各种交通的正常运行与安全而规定的在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间范围。,（一）铁路隧道建筑限界、净空,1机车车辆限界2基本建筑限界3隧道建筑限界4直线隧道净空,1铁

14、路机车车辆限界,它是指机车车辆最外轮廓的限界尺寸。它能满足各种型号的机车和车辆在横断面尺寸上的最大需要。要求全国的列车装载货物后都不允许超过车辆限界范围以外。,A=机车车辆限界机车车辆最大轮廓尺寸机车车辆技术改造预留空间,A,2铁路基本建筑限界（铁路建筑接近限界）,它是指线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线，它的用途是保证机车车辆的安全运行及建筑物和设备不受损害。,B=基本建筑限界A线路铺设误差线路变形和位移列车运行振动、摇动、摆动允许的货物超限尺寸,A,B,隧道支护结构依据隧道建筑限界设计。,3隧道建筑限界,它是指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线。即要比“基本建筑限界”大一些，留出部分空

15、间，用于安装通讯信号、照明、通风、电力等设备。,C=隧道建筑限界B设备最大尺寸设备安装误差衬砌施工误差衬砌变形和位移,A,B,C,对于新建和改建的蒸汽及内燃牵引的单线和双线铁路隧道，分别采用隧道建筑限界“隧限-1A”和“隧限-1B”。,对于新建和改建的电力牵引的单线和双线铁路隧道，分别采用“隧限-2A”和“隧限-2B”。,4直线隧道净空,“直线隧道净空”是指轨面（路面）以上衬砌内轮廓线所包围的空间。,铁路隧道净空的大小应以不侵入铁路隧道建筑限界为准。,D=直线隧道净空=C十结构受力合理形状便于施工,A,B,C,D,（二）公路隧道净空断面和建筑限界,公路隧道净空包括公路建筑限界、通风及其他所需的

16、断面积。断面形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值。,1、公路隧道的建筑限界,2、公路隧道的净空,3、其它,1、公路隧道的建筑限界,公路隧道的建筑限界是指为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限界。,公路隧道的净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，除包括公路建筑限界以外，还包括通风管道、照明设备、防灾设备、监控设备、运行管理设备等附属设备所需要的空间以及富余量和施工允许误差等，见图2-13。,2、公路隧道的净空,（一）铁路曲线隧道净空加宽,（二）公路隧道曲线加宽,2、曲线隧道净空加宽,（一）铁路曲线隧道净空加宽,1加宽原因,2加宽值的计算,3、

17、曲线隧道中线与线路中线偏移距离4、加宽平面布置,E=曲线隧道净空D曲线隧道净空加宽,车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却不能随线路弯曲仍保持其矩形形状。故其两端向曲线外侧偏移（d外），中间向曲线内侧偏移（d内1）。如图。由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动了一个距离（d内2）。,1加宽原因,据此，曲线隧道净空的加宽值为：内侧加宽 W1=d内1+d内2 外侧加宽 W2=d外总加宽 W=W1+W2=d内1+d内2+d外,（1）单线曲线隧道加宽值的计算 车辆中间部分向曲线内侧的偏移 d内1=l2/8R=4050/R 式中l车辆转向架中心距，可

18、取18m；R曲线半径（m）；车辆两端向曲线外侧的偏移 d外=(L2-l2)/8R=4400/R 式中 L标准车辆长度，我国为26m；外轨超高使车体向曲线内侧倾移 d内2=HE/150=2.7E 式中H隧道限界控制点自轨面起的高度；E曲线外轨超高值，其最大值不超过15，且E=0.76v2/R（cm）v铁路远期行车速度（km/h）。总加宽 W=d内1+d内2+d外=8450/R+2.7E（）,2加宽值的计算,（2）双线曲线隧道加宽值的计算,内侧加宽 W1=d内1+d内2=4050/R+2.7E（）,外侧加宽 W2=d外=4400/R（）,内外侧线路中线间的加宽值W3按以下两种情况计算：,当外侧线路

19、的外轨超高大于内侧线路的外轨超高时,W3=8450/R+HE/300（）。,H车辆外侧顶角距内轨面顶面的高度，取360cm；E外侧线路的外轨超高值（）。R曲线半径（m）；,W3=8450/R+360E/300（）=8450/R+1.2E（cm）,其它情况时,W3=8450/R（）,总加宽,W=W1+W2+W3,3、曲线隧道中线与线路中线偏移距离,曲线隧道内外侧加宽值不同，断面加宽后，隧道中线向曲线内侧偏移一个d值。,单线曲线隧道中线与线路中线偏移距离,d=（W内 W外）/2（）；,双线曲线隧道内侧线路中线至隧道中线的距离,d1=200（W1 W2 W3）/2（）,双线曲线隧道外侧线路中线至隧道

20、中线的距离,d2=200+（W1 W2+W3）/2（）,4、铁路曲线隧道加宽的平面布置,（二）公路隧道曲线加宽,当隧道位于平面曲线半径250m的地段时，应在曲线内侧加宽。,双车道路面的加宽值如表2-2所示；单车道路面加宽按表列数值的二分之一采用。,第三节隧道衬砌断面设计,1、横断面设计的基本内容和方法2、铁路隧道衬砌断面基本尺寸3、公路隧道衬砌断面设计,1.内轮廓线（横断面净空）,2.结构轴线（横断面形状）,3.截面厚度（截面强度能力）检算强度,根据隧道类型选定建筑限界根据围岩类别等初步拟定尺寸（优化尺寸）计算内力检算强度（安全量）调整尺寸重复上述计算，直到合适为止。,“大小够用为度、形状受力

21、合理，施工简单方便”,原则：,主要步骤：,衬砌断面设计：主要解决内轮廓线，轴线和厚度三个问题,1、横断面设计的基本内容和方法,原则：,1.内轮廓线（横断面净空）,衬砌内轮廓线,紧贴限界，衬砌表面平顺圆滑。,衬砌外轮廓线（最小开挖线）,实际开挖线,指为保持净空断面的形状，衬砌必须具有的足够厚度（或称最小衬砌厚度）的外缘线。,是开挖后形成的实际轮廓线的平均线,是衬砌的完成线，在内轮廓线之内的空间，即为隧道的净空断面。该线应满足所围成的断面积最小，适合围岩压力的特点，以既经济又适用为目的。,2.结构轴线（横断面形状）,隧道衬砌是一种受压结构，结构的轴线应尽可能地符合荷载作用下的压力线。,若是两线重合

22、，结构的各个截面都只承受的压力而无拉力，当然最有利于拱形结构的稳定和混凝土材料高抗压性能的发挥。但事实上很难做到。应使结构的轴线尽可能接近压力线。,、当衬砌受径向分布的水压时，轴线以圆形最好；、主要承受竖向压力或同时承受不大的水平侧压力时，可采用三心圆拱和直墙式衬砌；,、当承受竖向压力和较大侧压力时，宜采用五心圆曲墙式衬砌；、当有沉陷可能和受底压力时，宜采用加设仰拱的曲墙式衬砌。,随所处地质条件和水文地质条件不同而有较大变化，并且与隧道的跨径，荷载大小，衬砌材料以及施工条件等有关。根据以往经验，拱圈可以采取等截面，也可采取在拱脚部分加厚2050的变截面。仰拱厚度一般略小于拱顶厚度。截面最小厚度

23、（cm）,3.截面厚度（截面强度能力）检算强度,1、衬砌内轮廓线,我国铁路隧道的建筑限界是统一固定的，衬砌结构均有通用的设计标准图，不需做专门的设计，但当有较大偏压、冻胀力、倾斜的滑动推力或施工中出现大量坍方以及七度以上地震区等情况时，则应根据荷载特点进行个别设计。,2、铁路隧道衬砌断面基本尺寸,2、衬砌外轮廊线和轴线,等截面,变截面,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取决于公路等级、地形、车道数等条件；,公路隧道的附属设施如通风、照明、消防、报警等也均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。,*公路隧道的衬砌断面不

24、能像铁路隧道那样编出标准设计图，需根据其具体的要求对每一座隧道进行单独设计。,*目前，公路隧道大多采用单心圆或三心圆的拱形断面，进一步分析，又可将其分为：单心圆、坦三心圆、尖三心圆三种拱形断面形状。其中以单心圆、坦三心圆两种断面应用最为普遍。,3、公路隧道衬砌断面设计,主要设计步骤,（1）确定隧道类型，选定相应建筑限界；,（2）根据围岩类别初步拟定截面形状和厚度；,（3）编制计算机程序，对拟定的各种衬砌断面方案分别进行优化计算比较，得出它们最优解时所对应的断面几何参数；,（4）应用结构分析程序，对得出的衬砌结构断面最优解进行力学检算（内层衬砌按承受后期围岩压力来设计；单层衬砌按承受全部围岩压力

25、来设计），并对有关结果作出评价。,第四节隧道洞门结构,1、洞门的作用2、洞门的类型,洞门（隧道门的简称，通常也泛指隧道门及明洞门），是隧道两端的外露部分，是隧道洞口用圬工砌筑用以保护洞口、排放流水并加以建筑装饰的支挡结构物。它联系衬砌和路堑，是整个隧道结构的主要组成部分，也是隧道进出口的标志。,洞门的作用,1）减少洞口土石方开挖量，起到挡土墙的作用。,2）稳定边仰坡，减小引线路堑的边坡高度，缩小正面仰坡的坡面长度，从而使边仰坡得以稳定。,3）引离地面流水，把流水引入侧沟排走，保证了洞口的正常干燥状态。,4）装饰洞口，修建洞门也可以算是一种装饰。,1、洞门的作用,2、洞门的类型,（一）洞口环框,

26、（二）端墙式洞门,（三）翼墙式洞门,（四）柱式洞门,（五）台阶式洞门,（六）斜交洞门,（七）削竹式洞门,（八）其它形式洞门,（一）洞口环框,当隧道洞口仰坡极为稳固，岩层坚硬，节理不发育，不易风化（级围岩），且地形陡峻无排水要求时，可以将洞口段衬砌加厚，形成洞口环框，主要起加固洞口衬砌和减少洞口雨后滴水对洞口段的侵蚀作用，并对洞口做出简单的装饰，不承载。,环框微向后倾，其倾斜程度与顶上的仰坡一致。环框的宽度与洞口外观相匹配，一般不小于70cm，突出仰坡坡面不少于30cm，使仰坡上流下的水不致从洞口正面淌下。,（二）端墙式洞门,端墙式洞门具有结构简单、工程量小、施工简便的优点，在岩层较好时使用最为

27、经济，也是最常见的一种洞门。唯洞门顶排水条件稍差，若横向山坡一侧较低时，宜开挖沟槽横向引排。,地形开阔,石质较稳定（级围岩）,适用,端墙,洞门顶排水沟,组成,起挡土墙的作用，主要抵抗山体纵向推力及支持洞口正面上的仰坡，保持其稳定。,用来将仰坡流下来的地表水汇集后排走,（三）翼墙式洞门,翼墙式洞门由端墙及翼墙组成。翼墙是为了增加端墙的稳定性而设置的，正面起到抵抗山体纵向推力，增加洞门的抗滑及抗倾覆能力的作用。两侧面保护路堑边坡，起挡土墙作用。翼墙顶面通常与仰坡坡面一致，其上设置水沟，将洞门顶水沟汇集的地表水引至路堑侧沟内排走。,翼墙式洞门俗称八字式洞门。适用于地质较差的IV级以下围岩，山体纵向推

28、力较大时，以及需要开挖较深路堑的地方。,（四）柱式洞门,地形较陡（级围岩），仰坡有下滑的可能性，又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时，可在端墙中部设置2个（或4个）断面较大的柱墩，以增加端墙的稳定性。,（五）台阶式洞门,当洞门位于傍山侧坡地区，洞门一侧边仰坡较高时，为了减少仰拱高度及外露坡长，将端墙顶部改为逐级升高的台阶形式。减少仰坡土石方开挖量,亦称偏压隧道门,（六）斜交式洞门,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。,（七）削竹式洞门,削竹式在公路隧道中被普遍使用 适用于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

29、，山体的推滑力不大；地形相对比较对称和不太陡峻。,（八）其它形式洞门,喇叭口式高速铁路隧道洞口,遮光式洞门,第五节明洞结构,1、拱式明洞2、棚式明洞,明洞是用明挖法修建的山岭隧道部分。,修建明洞的场合,地质差且洞顶覆盖层较薄，用暗挖法难以进洞；,洞口路堑边坡上受坍方、落石、泥石流等威胁而危及行车安全；,铁路、公路、河渠必须在铁路上方通过，且不宜做立交桥或暗洞；,为了减少隧道工程对环境的破坏影响，保护环境和景观，洞口段需延长者，均需要修建明洞。,作用,在隧道洞口或线路上起防护作用。,明洞施工,立模,拱式明洞,棚式明洞,路堑对称型,路堑偏压型,半路堑偏压斜墙式,半路堑单压耳墙式,盖板式,刚架式,悬

30、臂式,墙式,柱式,特殊结构明洞（如：箱型明洞）,类型,拱式明洞是由拱圈、内外边墙和仰拱（或铺底）组成的混凝土或钢筋混凝土结构，它的内轮廓与隧道相一致，但结构截面的厚度要比隧道大一些，整体性较好，能承受较大的垂直压力和侧压力。,1、拱式明洞,适用于路堑边坡对称或接近对称，边坡岩层基本稳定，仅防边坡有少量坍塌、落石，或用于隧道洞口破碎，覆盖层较薄而难以用暗挖法修建的隧道。,（一）路堑式拱形明洞（路堑式对称型）,（二）偏压直墙式拱形明洞（路堑式偏压型）,路堑偏压式拱形明洞,特点：承受不对称荷载，拱圈为等截面，边墙外侧厚度视所处位置的地质和地形情况而定。适用于两侧边坡高差较大的不对称路堑。,（三）偏压

31、斜墙式拱形明洞（半路堑式偏压型）,适用于：外侧地面较宽敞，能回填土以形成反压边坡的条件。,（四）半路堑单压式拱形明洞（耳墙式）,适用于靠山侧边坡或原山坡有坍塌、落石等情况，外侧地形陡峻无法填土地段,适用：山坡的坍方、落石数量较少，山体侧向压力不大，或因受地质、地形限制，难以修建拱形明洞时，可以修建棚式明洞，简称棚洞。,顶盖，通常为梁式结构。,内边墙，一般采用重力式挡墙结构，并应置于基岩或稳固的地基上。,外边墙，可以采用墙式、刚架式、柱式结构或省去。,结构,2、棚式明洞,（一）盖板式棚洞（墙式棚洞）,适用于边坡存在坍塌、落石的地段，横向断面类似桥跨结构，内墙除起挡墙作用外，还承受顶板下传垂直荷载

32、；外墙只承受顶板下传垂直荷载,（二）刚架式棚洞,适用于边坡小量落石，或在连接两座隧道间需建明洞时，为改善隧道通风条件下而被采用，外墙结构为连续框架；因此对地基承载力要求较高,（三）悬臂式棚洞,当山坡较陡，坡面有少量落石，且外侧地基不良或不宜设基础时，可采用悬臂式棚洞,（四）柱式棚洞,适用于少量落石，地基承载力高或基岩埋藏浅的地段。外墙采用独立柱和纵梁方式，结构简单，预制吊装方便，但整体稳定性较差。,特殊结构明洞（如：箱型明洞）,在明洞净高或建筑高度受到限制、地基软弱的地方，可采用箱型明洞，一般为钢筋混凝土制成的整体明洞，其上回填土石。,成昆铁路上最大的勒古洛夺泥石流导槽,复习重点,1.隧道衬砌

33、的类型以及各自的适用条件。2.隧道净空及限界。3.曲线隧道净空加宽的原因。4.隧道衬砌的设计。5.隧道洞门以及明洞的类型。,第五节内装、顶棚及路面,1、内装,2、顶棚,3、路面,4、噪声消减,1、内装 为确保行车安全，在隧道中必须采取措施，使墙面亮度在长期的运营中保持较好水平，墙面须用适当的材料加以内装处理，其作用如下：改善隧道内环境，起诱导作用；提高墙面的反射率，增强照明效果；吸收噪音,常用的隧道内装材料 块状混凝土材料；饰面板、镶板等质地致密材料；瓷砖镶面材料；油漆材料。,隧道内装材料应具有如下性质：耐火性，在高温条件下仍能维持原状，不燃烧、不分解有害成分等；耐蚀性，长期在油垢及有害气体下

34、不变质；不怕水，大多数隧道都存在漏水问题，在水的浸泡下，在潮湿环境中不变质、不霉烂；材料来源广泛，价格相对便宜。,能吸收噪音；颜色淡，易清洁；具有阻燃性。,2、顶棚,色彩的选择：顶棚用漫反射材料可以避免产生眩光，其颜色的明亮程度直接影响到路面亮度 美化隧道，并且起视觉诱导作用,顶棚可做成平顶或者拱顶：在自然通风或诱导通风时，可以用拱顶；在半横向或横向通风时可以用平顶。顶棚以上可以作为通风道和供管理人员使用的通道，因此设计荷载可按(据国外资料)10MPa考虑,俄罗斯地铁站,朝鲜平壤地铁,3、路面,路面材料主要有两种：砼和改性沥青；,路面材料应具备如下性能：路面材料应具有抵御水冲刷和含有化学物质的

35、水的浸蚀能力;应具有较高的抗侧滑的能力；抗裂性、耐久性；容易修补。,路面与车道分隔线等交通标志之间应保证有明显的亮度对比和鲜明的颜色对比,3、路面,路基应具有足够的承载力，尤其要求在有丰富地下水的条件下也能满足要求，要求有良好的排水设施,4、噪声消减,隧道内噪声水平应保持在60分贝以下 隧道内采取的措施：内装材料的制作；墙面材料的制作；路面材料的制作；,第六节公路、铁路隧道附属设施,3.3 隧道防排水设施,3.1 铁路隧道附属建筑物,3.2 公路隧道附属建筑物,（一）铁路隧道安全避让设施避车洞,当列车通过隧道时，为了保证洞内行人、维修人员及维修设备（小车、料具）的安全，在隧道两侧边墙上交错均匀

36、修建的洞室叫避车洞。,避车洞,小避车洞,大避车洞,专供洞内作业人员待避,既供洞内作业人员待避，又供停放堆放一些必要的材料和线路维修小型机具,3.1 铁路隧道附属建筑物,1避车洞的布置（建筑要求）,（1）大避车洞,碎石道床,每侧相隔300 m布置一个避车洞,整体道床,每侧相隔420 m布置一个大避车洞。,隧道长度300400 m时,在隧道中间布置一个大避车洞。,隧道长度在300 m以下时,可不布置大避车洞。,如果两端洞口接桥或路堑，当桥上无避车台或路堑两边侧沟外无平台时，应与隧道一并考虑布置大避车洞。,（2）小避车洞,每侧边墙上应在大避车洞之间间隔60 m（双线隧道按30 m）布置一个小避车洞。

37、,（a)碎石道床,（b)整体道床,（3）避车洞底部标高,隧道内采用整体道床时，应与道床面齐平。,A、当避车洞位于直线上,隧道内有人行道时，避车洞底面应与人行道顶面齐平,无人行道时，避车洞的底面应与道碴顶面（或侧沟盖板顶面）齐平；,B、当避车洞位于曲线上时,碎石道床隧道,整体道床时，应根据钢轨、扣件的类型，道床结构形式、尺寸等另行确定。,（4）避车洞标示,大避车洞,2.避车洞的净空尺寸及衬砌类型,4.0 m（宽）x 2.5m（深）x2.8m（中心高）,小避车洞,2.0m（宽）x 1.0m（深）x 2.2 m（中心高）,2.避车洞的净空尺寸及衬砌类型,1电缆槽等电力设施,电缆槽是用混凝土浇筑而成的

38、，附设在侧水沟的同侧（内侧）或异侧而不侵入隧道净空限界的位置上。,槽内铺以细砂或自熄性泡沫塑料为垫层，低压电缆可以直接放在垫层面上，高压电缆则在槽边预埋的托架上吊起。,槽顶有盖板用作防护。盖板顶面应与避车洞底面或道床顶面齐平。当电缆槽与水沟同侧并行时，应与水沟盖板齐平。,通讯和信号的电缆可以放在同一个电缆槽内，但缆间距离不应小于100mm。,2信号继电器箱和无人增音站洞,（二）电力及通信设施,电缆槽同侧设置信号继电器箱洞，2mX2mX2.2m,运营隧道的通风,自然通风自然风流和列车运行引起的活塞风,机械通风纵向式通风,隧道通风的一般规定：单线隧道，当用内燃机车牵引时，2 km以上和用电力机车牵

39、引时，8 km以上的隧道，都应设置机械通风。双线隧道应根据行车密度、自然条件等具体情况而定对于内燃机车牵引的双线隧道，当隧道长度L(km)行车密度N(对/d)100时应设置机械通风。,（三）运营通风设施,纵向式通风,它是在通风机的作用下，使风流沿着隧道轴线方向流动的通风方式。,1.洞口风道式通风,2.喷咀式通风,3.竖井、斜井式通风,4.射流式通风,1.洞口风道式通风,把通风机设置在隧道高洞口处，通风道与隧道相通。当列车尾一出洞，立即开动通风机，把已被活塞风 挤到出洞口段内污浊空气排出洞外。与此同时，洞外新鲜空气由低洞口端进入隧道，完成一次通风作业。,2.喷嘴式通风,洞门衬砌上方，设计一个汇集

40、新鲜空气的气室，开动通风机，气室内形成一定气压，新鲜空气从喷嘴喷进隧道，形成稳定风流。,3.竖井、斜井式通风,长大隧道或纵坡为人字坡时，设置通风竖井。,4.射流式通风,射流式通风是在隧道内安设射流式通风机，用以升压，进行通风的方式。射流风机的安设可采用洞口堆放式，洞内壁龛式和拱部吊装式。通常根据需要，在隧道洞口或沿隧道纵向以适当的间隔安设数组，每组为1至数个射流式通风机。射流式通风机具有体积小，风量大的特点，其喷射风速能达到2530m/s。,3.2 公路隧道附属建筑物,（一）公路安全避让及消防救援设施,（二）运营通风建筑 物,（三）运营照明设施,（一）公路安全避让及消防救援设施,1、紧急停车带

41、（加宽带）与方向转换场,3、消防设施,2、人行横通道和车行横通道,*超过2 km的长、特长隧道应设置车道加宽带或紧急停车带。,1、紧急停车带（加宽带）与方向转换场,*长大隧道中，还应设置横通道（单向交通时）和方向转换（即掉头）场（或称回车道设施）（对向交通时）。,2、人行横通道和车行横通道,相邻双孔隧道之间，宜按规定设置供巡查、维修、救援及车辆转换方向用的行人横洞及行车横洞。,注：隧道长度为400-600m，时，可在隧道中间设一行人横洞，长度小于400m时，可不设行人横洞。隧道长度为800-1000m时，可在隧道中间设一行车横洞，长度小于800m时，可不设行车横洞。,车行横通道与正洞应该形成一

42、个小于90的夹角，单向交通的隧道采用45 60夹角。,3、消防设施,高速公路、一级公路的隧道，根据隧道等级，可参照下表设置紧急救灾设施。,（二）运营通风建筑物,（一）自然通风,自然通风的适用条件,我国规范规定：双向交通隧道：当隧道长度L(m)设计交通量N(辆/h)6105时应设置机械通风单向交通隧道：当隧道长度L(m)设计交通量N(辆/h)2105时应设置机械通风.否则可采用自然通风。,（二）机械通风,1、纵向式通风,2、半横向式通风,3、全横向式通风,4、混合式通风,通风方式选择,公路隧道要求长度超过100m的高速公路、一、二级公路隧道设置昼夜不断的照明，而对于能通视、交通量较小、行人密度不

43、大的短隧道可不设白天照明。司机在开车接近、进入和开出隧道过程中会遇到的几种视觉问题必须解决。,（二）运营照明设施,汽车进出隧道时，特殊的视觉问题主要有四种：1)、进入隧道前：黑洞现象(长隧道)、黑框现象(短隧道)2)、进入隧道：暗适应(要经过一段时间才能看清隧道内部的情况)3)、隧道内部：烟雾降低能见度4)、隧道出口处：白洞现象(产生极强的眩光，使司机感到不适应),照明区段的划分,长隧道照明基本上可以按接近段、入口段、过渡段、中间段和出口段五个区段划分。,3.3 隧道防排水设施,（一）截水措施,（二）防水措施,（三）堵水措施,（四）排水措施,“防、排、堵、截结合，因地制宜，综合治理”,原则,水

44、进入隧道后，造成洞内通风、照明、供电等设备锈蚀，使路面积水或结冰，造成打滑，危及行车安全。严寒地区，冬季渗入洞内的水结成冰凌，侵入净空限界，危及行车安全。,（一）截水 就是在隧道以外将地表水和地下水疏导截流，使不进入隧道工程范围内。措施：上游泄水洞、井点降水、开沟疏导等,（二）防水,“防”：它是指衬砌防水，即防止地下水从衬砌背后渗入隧道内。,(1)防水混凝土结构,(3)防水层,外贴式防水层：明挖结构,内贴式防水层：复合衬砌,(2)止水带,（三）堵水,“堵”：针对渗漏水地段，采用注浆、喷涂、堵水墙等办法，充填支护与围岩之间的空隙，堵住地下水的通路，不使其渗入隧道。,（1）喷射混凝土堵水,（2）塑

45、料板堵水,（3）模筑混凝土衬砌堵水,（4）注浆堵水,堵排结合,分段堵水,（四）排水,“排”：利用盲沟、泄水管、渡槽、中心排水沟或排水侧沟等排水设备，将水排出洞外。,隧道排水设计一般考虑：,1）隧道内纵向应设排水沟，横向应设排水坡。2）遇围岩地下水出露处，宜在衬砌背后设竖向盲沟或排水管（槽）等予以引排。3）根据工程地质和水文地质条件，应在衬砌外设环向盲沟、纵向盲沟和隧底排水盲沟、组成完整的排水系统，保证道床不积水。4）当地下水发育，含水层明显，又有长期补给来源，洞内水量较大时，可利用辅助坑道或设置泄水洞等作为截、排水设施。,1、盲沟（管）,可根据需要设置纵向和环向盲沟，间距视水量大小而定，一般为

46、410m。但必须将水流引入到衬砌墙脚的泄水孔中。,盲沟（管）是在衬砌与围岩之间设置的汇水、过水通道，使之汇入泄水孔。,它主要用于引导较为集中的局部渗流水。,片石盲沟,弹簧软管盲沟。,化学纤维渗滤布盲沟。,2、泄水孔,泄水孔是设于衬砌边墙下部的出水孔道，它将盲沟流来的水直接泄入隧道内的纵向排水沟。,在立边墙模板时，就安设泄水管，并特别注意使其里端与盲沟接通，外端穿过模板。泄水管可用钢管、竹管、塑料管、蜡封纸管等，这种方法主要用于水量较大时。,当水量较小时，则可以待模筑边墙混凝土拆模后，再根据记录的盲沟位置钻泄水孔。泄水孔的位置应按设计要求设置。,3、排水沟,排水沟承接泄水孔泄出的水，并将其排出隧

47、道。,除常年干燥无水的隧道以外，一般的隧道都应设置纵向排水沟，以便将渗漏到洞内的地表水和公路车道上或铁路道床内的积水顺着线路方向排出洞外。一般采用预制钢筋混凝土盖板遮盖。,（1）铁路隧道,（2）公路隧道,4、渡槽,5、洞顶防排水,6、洞门排水,在隧道衬砌的内表面的环形凹槽引排渗水。,槽的大小依水量而定。,这种排水方式多用于既有隧道，漏水较大，已无法用其他防水措施解决时，作为事后整治衬砌漏水病害的处理措施。,槽内填以卵石，槽的外表面仍以混凝土封盖。环槽下端联到预留的水管，通到侧排水沟。地下水从外方流到隧道衬砌的周边，便进入到渡槽，自顶上沿两侧流到槽底，然后经水管排到边沟去。,复习重点,1.铁路隧道的附属建筑物。2.公路隧道的附属建筑物。3.我国隧道工程的治水原则和治水措施。,