隧道工程第3章-隧道主体及附属建筑结构课件.ppt
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- 隧道 工程 主体 附属 建筑结构 课件
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1、第三章 主体及附属 建筑结构2 3.1 隧道衬砌材料与构造 3.2 隧道洞身衬砌结构 3.3 隧道洞门结构隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 3.4 隧道明洞结构 3.5 隧道附属建筑设施 3.6 隧道防排水设施 3.7 铁路隧道底部结构与附属设施 隧道衬砌的作用:隧道衬砌的作用:承受围岩压力、地下水压力和支护结构自身重力,阻止围岩向隧道内变形和防止隧道围岩的风化,有时还要承受化学物质的侵蚀,地处高寒地区的隧道还要承受冻害的影响等。隧道衬砌材料要求:隧道衬砌材料要求:应具有足够的强度、耐久性、抗渗性、耐腐蚀性和抗风化及抗冻性等,此外还要满足经济、就地取材、易于机械化施工等要求
2、。3.1 隧道衬砌材料与构造 3.1.13.1.1 隧道衬砌材料的种类 隧道衬砌材料种类:隧道衬砌材料种类:(1)(1)混凝土与钢筋混凝土混凝土与钢筋混凝土 (2)(2)喷射混凝土喷射混凝土 (3)(3)锚杆和钢架锚杆和钢架 (4)(4)片石混凝土片石混凝土 (5)(5)块石混凝土块石混凝土 (6)(6)装配式材料装配式材料锚杆与钢架 3.1.23.1.2 隧道衬砌材料的选用 (1)(1)隧道衬砌材料的选用隧道衬砌材料的选用 隧道衬砌材料的强度等级满足规范。(2)(2)隧道衬砌材料选用应考虑的因素隧道衬砌材料选用应考虑的因素 1)1)强度和耐久性的要求,并考虑其抗冻、抗渗性和抗侵蚀性的需要。2
3、)2)当有侵蚀性的水作用时,应选用具有抗侵蚀性能的特种水泥。3)3)在寒冷及严寒地区,宜采用整体式混凝土衬砌,且混凝土标号适当提高。3.2 隧道洞身衬砌构造喷锚衬砌喷锚衬砌整体衬砌整体衬砌复合衬砌复合衬砌洞洞身身衬衬砌砌结结构构装配式衬砌装配式衬砌连拱式衬砌连拱式衬砌 喷射混凝土支护作用喷射混凝土支护作用:封闭岩面、防止风化松动、填充坑凹及裂隙、维护和提高围岩的整体性、发挥围岩自身的承载作用和调整围岩应力分布、防止应力集中、控制围岩变形、防止掉块、坍塌。锚杆利用锚杆的悬吊作用、组合梁作用、加固悬吊作用、组合梁作用、加固作用。1.1.喷锚衬砌喷锚衬砌 喷射混凝土喷射混凝土:是利用空压机的高压空气
4、作动力,把混凝土混合料直接喷射到隧道围岩表面上的支护方法。锚杆支护施工与加固作用 2.2.整体式衬砌整体式衬砌 直墙式衬砌、曲墙式衬砌曲墙式衬砌 严寒地区严寒地区与酷热温差变化大的地区,增设伸缩缝增设伸缩缝。的抗的抗冻胀能力较强冻胀能力较强。3.3.复合式衬砌复合式衬砌 初期支护初期支护二次衬砌二次衬砌中间防水层中间防水层复合复合衬砌衬砌图3-1 复合式衬砌22锚杆,长3.0m9066520405252%路线设计标高20154520C25号素混凝土隧底填充C10号素混凝土307021085154R=465328140隧道中线线路中线R=1270200R=50581C25素混凝土初期支护喷射C2
5、0号混凝土,厚20cm防水层 预留沉降量5cmC25号素混凝土,模注二次衬砌 3)3)为了使衬砌所承受的变形压力最小,允许围岩产生一定的变形,释放一定的能量。预留变形量预留变形量的大小应根据围岩地质条件,采用工程类比法确定。无类比资料时预留变形量可参照表3-3,并应根据现场量测数据进行调整。现场量测确定50802050100120801201050801205080三车道隧道两车道隧道围岩级别三车道隧道两车道隧道围岩级别(单位:mm)表3-3 预留变形量 4.4.装配式衬砌装配式衬砌 5.5.连拱式衬砌连拱式衬砌 图3-2 连拱隧道衬砌结构830440183507045107310202201
6、655505204564640535501303345401362%左洞中线左线中线L=3.5m25 锚杆459958553502005050C25素混凝土201655初期支护喷射C20混凝土,厚20cm防水层,预留沉落量5cm模注二次衬砌,C25钢筋混凝土45163路线设计标高纵向塑料盲沟825535C252755025隧底填充C15混凝土40502%1545右线中线右洞中线580 3.3 隧道洞门构造 3.3.13.3.1 概述 洞门可以拦截、汇集地表水拦截、汇集地表水并沿排水渠道排离洞门进入道路两侧的排水沟,防止地表水沿洞门漫流。洞门上方女儿墙应有一定高度。洞门上方岩土体若有可能滑落或崩
7、塌时,一般采用接长接长明洞明洞,尽量减少对边、仰坡的扰动。(1)(1)环框式洞门环框式洞门 当洞口岩层坚硬而稳定(级)围岩,地形陡峻而又无排水要求时,它能起到加固洞口加固洞口和减少雨后洞减少雨后洞口滴水口滴水的作用。3.3.23.3.2 洞门的类型 (2)(2)端墙式洞门端墙式洞门 适用于地形开阔、岩层稳定的级围岩地区,其作用在于支护洞口仰坡,保持其稳定,并将仰支护洞口仰坡,保持其稳定,并将仰坡水流汇集排出坡水流汇集排出。(3)(3)翼墙式洞门翼墙式洞门 当洞口地质较差,山体水平推力较大时,翼墙与端墙共同作用,以抵抗山体水平向推力抵抗山体水平向推力,增加抗滑动抗倾覆的能力,适用于级及以下的围岩
8、。(4)(4)柱式洞门柱式洞门 当地形较陡,地质条件较差,仰坡有下滑的可能性,而又受地形地质条件限制,不能设置翼墙时,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。这种洞门墙面有凸出线条,较为美观,适宜在城市附近或风景区内采用。对于较长大的隧道,采用柱式洞门比较壮观。(5)(5)台阶式洞门台阶式洞门 当洞门处于傍山侧坡地区,洞门一侧边坡较高时,为减小仰坡高度及外露坡长,可以将端墙一侧顶部改为逐步升级的台阶形式,以适应地形特点,减少仰坡土石方开挖量,同时也有一定的美化作用。(6)(6)削竹式洞门削竹式洞门 当隧道洞口段有一节较长的明洞衬砌时,由于洞门背后一定范围内是以回填土为主,山体
9、的推滑力不大时,可采用削竹式洞门,其名称是由于结构型式类似竹筒被斜向削砍断的样子,故得其名。特点特点是,洞口边仰坡开挖量少,有利于山体的稳定,减少对植被的破坏和有利于保护环境,各种围岩类别均能适用。其使用条件是:地形相对比较对称和不太陡峻地形相对比较对称和不太陡峻。1:0.751:0.75设计标高2.0%I-I剖面1:0.751%削竹式洞门效果图 (7)(7)遮光棚式洞门遮光棚式洞门 有开放式开放式和封闭式封闭式之分。形状上又有喇叭式喇叭式与棚式棚式之分。洞口仰坡坡脚至洞门墙背应有不小于1.5m1.5m的水平距离,以防仰坡土石掉落到路面上,危及安全。洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底与衬砌拱顶外缘的
10、高度不应小于1.5m1.5m,以免落石破坏拱圈。洞门墙顶应高出仰坡脚0.5m0.5m以上,以防水流溢出墙顶,也可防止掉落土石弹出。水沟底下填土应夯实,否则会使水沟变形,产生漏水,影响衬砌强度。3.3.33.3.3 洞门构造 洞门墙应根据情况设置伸缩缝伸缩缝、沉降缝沉降缝和泄水孔泄水孔,以防止洞门变形。洞门墙的厚度可按计算或结合其他工程类比确定,但墙身厚度最小不得小于0.5m。洞门墙基础必须置于稳固地基上洞门墙基础必须置于稳固地基上,土质不应小于1m,岩石不应小于0.5m。松软地基上,可采用扩大基础、换土、桩基、压浆加固扩大基础、换土、桩基、压浆加固地基地基等措施。3.4 隧道明洞结造 当隧道顶
11、部覆盖层较薄难以用暗挖法修建时,或隧道洞口、路堑地段受塌方、落石、泥石流、雪害等危害时,或道路之间、公路与铁路之间形成立体交叉,但又不宜修建立交桥时,通常修建明洞。明洞的结明洞的结构类型构类型拱式明洞拱式明洞箱式明洞箱式明洞棚式明洞棚式明洞路堑式拱形明洞路堑式拱形明洞半路堑式拱半路堑式拱形明洞形明洞对称式对称式偏压式偏压式偏压斜墙式偏压斜墙式单压耳墙式单压耳墙式墙式墙式刚架式刚架式柱式柱式悬臂式悬臂式 3.4.13.4.1 明洞的类型 1)1)路堑拱形明洞路堑拱形明洞 分为对称式对称式和偏压式偏压式图3-9 对称式明洞 图3-10 偏式明洞 (1)(1)拱式明洞拱式明洞 分为路堑和半路堑式分为
12、路堑和半路堑式 2)2)半路堑拱形明洞半路堑拱形明洞 偏压斜墙式偏压斜墙式和单压耳墙式单压耳墙式。(2)(2)棚式明洞棚式明洞 墙式墙式、刚架式刚架式、柱式柱式和悬臂式悬臂式(如图等。(3)(3)箱形明洞箱形明洞 3.4.23.4.2 明洞衬砌 当明洞作为整治滑坡的措施时,应按按支挡工程支挡工程设计设计,充分考虑明洞上方滑坡体的推力,采取综合治理措施,如地表排水、减载、反压、支撑墙、抗滑桩、地下排水盲沟等,确保明洞与滑坡的稳定。在气温变化较大的地区,应根据具体情况设置伸缩设置伸缩缝缝。3.4.33.4.3 明洞衬砌基础 基岩埋深较浅时,基础可设置于基岩上;基础位于软弱地基上时,可采用仰拱、整体
13、式钢筋混凝土底板,也可采用桩基、扩大基础、基础加深和地基加固处理等措施。3.5 隧道附属建筑设施 3.5 隧道附属建筑设施 3.5.13.5.1 紧急停车带 3.5.23.5.2 横洞和预留洞室紧急停车带隧道空气隧道空气污染污染来源来源影响能见度,妨碍行车安全汽车排出的废气汽车携带的尘土和卷起尘埃有害成分有害成分一氧化碳、煤烟、铝、磷化物、硫等,是气态和浮游固态微粒混合物危害危害使人体中毒,直至危及生命 3.5.33.5.3 运营通风建筑物 1.1.通风计标准通风计标准 (1)CO (1)CO的设计含量的设计含量 (2)(2)烟雾的设计含量烟雾的设计含量 (3)(3)换气要求换气要求 隧道隧道
14、空间最小换气频率不应低于每小时 次。采用纵向通风的隧道,隧道换气风速不应低于1.5/s。2.2.需风量计算需风量计算 (1)(1)按稀释按稀释COCO浓度计算需风量浓度计算需风量 (2)(2)按稀释烟雾含量按稀释烟雾含量(体积分数体积分数)计算需风量计算需风量隧道通风隧道通风自然通风自然通风机械通风机械通风纵向式纵向式射流式射流式风道式或喷嘴式风道式或喷嘴式竖井排风式竖井排风式半横向式半横向式送风式送风式吸风式吸风式全横向式全横向式混合式混合式 3.3.通风方式通风方式 我国公路隧道通风与照明设计规范规定,宜设置机械通风的条件为:双向交通隧道(3-5)单向交通隧道(3-6)LN6105LN21
15、06(3-7)(1)(1)自然通风自然通风 目前还没有可靠的计算自然通风的隧道最大容许长度的一般算式。因为,由隧道两个洞口的大气条件和高差引起的压头差值导致隧道内自然风是不稳定的。大气条件在隧道内引起的总压头,可由下式计算:由于交通风比自然风作用大,在单向交通情况下,即使隧道相当长,也有可能进行足够的通风。交通通风力可按下式计算:通风阻抗力可按下式计算:(3-9)由上所述,自然风方向,隧道内的风向以及交通方向之间可以有不同的组合方式。(2)(2)纵向式通风纵向式通风 纵向通风时,可以认为隧道内沿纵向流动的气流从入口至出口都是匀速的。纵向式通风的类型有:射流式通风射流式通风、风道式通风风道式通风
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