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1、隧道工程,主讲：宋克志(工学博士、教授),隧道平面设计,隧道纵断面设计,曲线上隧道缺点,曲线隧道设计要点,坡道形式 坡度大小 坡段长度 坡段间的衔接,公路隧道平面线形设计要点,公路隧道纵断面线形,公路隧道引线的平、纵断面线形,设计要素,前情回顾,问题,1.公路隧道长度怎么确定？,2.曲线隧道有何缺点？,3.曲线两端设缓曲，缓曲设洞外，缓直点(或直缓点)应 A.设在洞口 B.距洞口一定距离,4.必须设两条曲线时，其间应有足够长的夹直线，一般是车辆长度几倍以上？ A.2 B.3 C.4,铁路3排水要求,5.隧道最大限制坡度是怎么规定的？,公路不大于3%，不小于0.3%,第三章 隧道构造设计,3-1
2、 衬砌形式及适用条件,3-2 隧道衬砌的一般构造要求,3-4 隧道洞身支护结构构造,3-5 明洞的构造,3-6 隧道洞门结构构造,3-7 隧道附属建筑物,3-8 隧道内部装饰,3-9 隧道噪声的降低,3-3 隧道衬砌横断面设计,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,请观察隧道组成,隧道结构构造,主体构造物,附属构造物,洞身衬砌,洞门构造物,洞身衬砌平、纵、横断面形状由隧道几何设计确定,衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定,明洞,通风,照明,排水、消防、通讯等,第三章 隧道构造设计,本节两个问题,地层、毛洞与衬砌,衬砌形式,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,1.整体式模筑混凝土衬砌,2.装配式
3、衬砌,3.锚喷支护,4.复合式衬砌,开挖,衬砌,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,一、地层、毛洞与衬砌,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,一、地层、毛洞与衬砌,防水层,开挖地层平衡破坏变形坍塌 衬砌-支护围岩的结构,支护方式,外部支护从围岩外部,内部支护对围岩内加固,混合支护,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,一、地层、毛洞与衬砌,*隧道的关键就是支护结构与围岩相互作用！,二、衬砌形式Lining,1.整体式模筑混凝土衬砌,就地灌筑混凝土衬砌,工艺：立模浇灌养生拆模,模板：木模、钢模、模板台车,特点：适应性强、易于按需成形、 整体性好、抗渗性强,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,隧道构
4、造设计-1衬砌形式及适用条件,模板台车,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,模板台车,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,模板台车安装,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,模板台车安装,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,模板台车进洞,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,模板台车安装,二、衬砌形式,2.装配式衬砌,衬砌分成块预制运输拼装成环,特点：受力快、便于机械化施工、改善劳动,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,用于：盾构法隧道,浇筑,养生、存储,管 片Segment,二、衬砌形式,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,成环试验,隧道内运输,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,管片拼装录像,
5、管片拼装,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,管片拼装录像,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,管片拼装成型,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,管片局部接缝,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,管片衬砌洞口,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,管片衬砌设计及分块,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,武汉长江隧道管片衬砌设计,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,管片衬砌设计,二、衬砌形式,3.锚喷支护,拌浆喷射凝结 锚杆挂网,特点：围岩密贴、支护及时、柔性好、控制围岩变形,适用性：适用各种围岩地质条件，若作为永久衬砌，一般考虑在、级等围岩良好、完整、稳定的地段中采用。,类型,喷砼锚杆挂网联合,
6、锚杆支护,喷射砼支护,喷钢纤维砼支护,喷砼挂网联合支护,加型钢或钢格栅支撑,锚杆,混凝土,钢筋网,型钢,钢纤维砼,钢格栅,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,不宜采用喷锚支护作为永久支护的情况：,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,二、衬砌形式,对衬砌有特殊要求的隧道或者地段，如洞口,辅助坑道或其他隧道与主隧道的连接处及附近地段；,有很高防水要求的隧道；,围岩及覆盖层太薄，且其上已有建筑，不能沉落或者拆除的地段；,地下水有侵蚀性，可能对喷射混凝土和锚杆材料造成腐蚀的地段；,最冷月平均气温低于-5地区的冻害地段。,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,典型喷锚支护设计,毛洞,喷砼,挂网,支撑,打锚
7、杆,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,典型喷锚支护设计,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,钢格栅支撑,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,钢格栅支撑,隧道构造设计-1衬砌形式级适用条件,二、衬砌形式,4.复合式衬砌,衬砌分两层或三层以上,常为外衬和内衬：“双层衬砌”,类型,喷锚支护与整体式模筑砼衬砌,喷锚支护与喷射砼衬砌,可缩性钢拱架、喷射砼与模筑砼衬砌,装配式衬砌与模筑砼,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,常用形式,二、衬砌形式,4.复合式衬砌,组成：,洞壁喷射早强砼,柔性支护结构,初期支护 临时支护 厚度520cm,优点,防水层,模筑砼衬砌,刚性的支护 二次衬砌 永久支护 厚度206
8、0cm,隧道构造设计-1衬砌形式级适用条件,防水功能,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,复合式衬砌,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,复合式衬砌,隧道构造设计-1衬砌形式及适用条件,防水板铺设,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,本节问题,隧道衬砌的建筑材料及要求,铁路隧道净空及要求,公路隧道净空,隧道衬砌的其他构造要求,一、隧道衬砌的建筑材料及要求,1.混凝土与钢筋混凝土,表现形式,喷射砼,现浇、模筑砼,优缺点,预制、装配砼,砼添加剂,要求,不低于C15，特殊情况提高,洞门不低于C20,常用C30、C35、C40、C50,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,整体性抗渗性好、便于预
9、制与施工 不能立即承载、较多的拱架和模板、化学稳定性差,2.片石混凝土,地层较好的边墙衬砌,起拱线以上1m以外部位的超挖回填,用处,要求,石料不低于MU40,石料完整坚硬,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,一、隧道衬砌的建筑材料及要求,3.石料和混凝土预制块,洞门挡墙、挡土墙,路缘石、人行道盖板,用处,要求,石料不低于MU60、砌筑砂浆不低于M10,石料完整不易风化,预制混凝土块不低于MU20,4.喷射混凝土,用处,特点,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,一、隧道衬砌的建筑材料及要求,4.喷射混凝土,要求,采用C20,粗集料:不得使用碱活性骨料、粒径不大于16mm；喷射钢纤维砼不大
10、于10mm,水泥的要求,细集料:中砂或粗砂 细度模数宜大于2.5 含水率5-7,钢筋网:Q235、d=6-12mm,钢纤维:普通碳素钢、d等效=0.3-0.5mm 长度20-25mm,长度/直径40-60 抗拉强度不低于380MPa 不油污 不锈蚀,钢纤维掺量:1%-3%,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,一、隧道衬砌的建筑材料及要求,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,钢纤维,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,一、隧道衬砌的建筑材料及要求,5.锚杆,材料,锚杆种类很多，查阅专门资料,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,一、隧道衬砌的建筑材料及要求,隧道构造设计-2隧道衬砌
11、的一般构造要求,(1)木锚杆。我国使用的木锚杆有两种，即普通木锚杆和压缩木锚杆。(2)钢筋或钢丝绳砂浆锚杆。以水泥砂桨作为锚杆与围岩的粘结剂。(3)倒楔式金属锚杆。这种锚杆曾经是使用最为广泛的锚杆形式之一。由于它加工简单，安装方便，具有一定的锚固力，因此这种锚杆在一定范围内至今还在使用。 (4)管缝式锚杆。是一种全长摩擦锚固式锚杆。这种锚杆具有安装简单、锚固可靠、初锚力大、长时锚固力随围岩移动而增长等特点。(5)树脂锚杆。用树脂作为锚杆的粘结剂，成本较高。(6)快硬膨胀水泥锚杆。采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥加入外加剂而成，具有速凝、早强、减水、膨胀等特点。(7)双快水泥锚杆。是由成品早强
12、水泥和双快水泥按一定比例混合而成的。具有快硬快凝、早强的特点。,一、隧道衬砌的建筑材料及要求,5.锚杆的种类(扩展),钻孔,安装锚杆,连接注浆机,注浆,中空注浆式锚杆,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,6.装配式材料,材料,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,一、隧道衬砌的建筑材料及要求,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,隧道横断面轮廓尺寸应设计成多大，使车辆能安全经济地通过隧道？,问题：,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,二、铁路隧道净空及要求,观察隧道空间与其容纳物的关系,1.直线隧道净空,净空概念,隧道衬砌内轮廓线所包围的空间
13、,机车车辆限界,基本建筑限界,隧道建筑限界,限界,建筑限界建筑物不得侵入的一种限界,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,二、铁路隧道净空及要求,一种规定的轮廓线，保证列车安全运行,请观察隧道空间,1.直线隧道净空,机车车辆限界,机车车辆最外轮廓线的限界尺寸,基本建筑限界,线路上各种建筑物和设备不得侵入的轮廓线,目的：所有在线路行使车辆，沿车体所有部分都在此限界范围内,目的：保证机车车辆（包括超限车辆、最大级超限货物装载限界）安全运行及建筑物和设备不受损害,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,二、铁路隧道净空及要求,1.直线隧道净空,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,二、铁路隧道净
14、空及要求,隧道建筑限界,包围“基本建筑限界”外部的轮廓线,目的：用于安装通讯、照明、通风、电力等设备,按照GB146.2-83,1蒸汽及内燃牵引,2电力牵引,标准化,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,机车,基本建筑限界,最大级超限货物装载限界,隧限-1A,隧限-1B,蒸汽及内燃牵引,隧限-2A,隧限-2B,电力牵引,1.直线隧道净空,比“隧道建筑限界”大一些。,考虑不同围岩压力下，衬砌结构的合理受力形状,考虑施工方便,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,二、铁路隧道净空及要求,由隧道内轮廓线决定！,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,单线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓(隧道净空),双
15、线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓(隧道净空),隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,机车车辆限界,基本建筑限界,隧道建筑限界,隧道净空,机车车辆最外轮廓线的限界尺寸,线路上各种建筑物和设备不得侵入的轮廓线,包围“基本建筑限界”外部的轮廓线,比“隧道建筑限界”大一些,保证机车车辆的安全运行及建筑物和设备不受损害 （包括超限车辆、最大级超限货物装载限界）,机车车辆尺寸,用于安装通讯、照明、通风、电力等设备 施工误差、测量误差、线路敷设误差、车辆摇摆,考虑不同围岩压力下，衬砌结构的合理受力形状施工方便,2.曲线隧道净空加宽,加宽原因,(a)车辆通过曲线，转向架中心点沿线路运行，车身保持矩形形状。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）。,(b)曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动一个距离（d内2）。,d内1车辆中间部分向曲线内侧的偏移,d外车辆两端向曲线外侧的偏移,d内2外轨超高使车体向曲线内侧倾移,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,二、铁路隧道净空及要求,隧道构造设计-2隧道衬砌的一般构造要求,车辆通过曲线的平面图,d内1车辆中间部分向曲线内侧的偏移,d外车辆两端向曲线外侧的偏移,隧道构造设计-2隧道衬砌的一
