隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造

1、,隧道工程,,第4章 隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造,學(xué)習(xí)本章的要求：（1）掌握公路隧道的洞身結(jié)構(gòu)、洞門結(jié)構(gòu)、明洞結(jié)構(gòu)和防排水設(shè)施的構(gòu)造原理（2）了解公路隧道斜井與豎井、內(nèi)裝修與路面結(jié)構(gòu),洞身襯砌 洞門 明洞 斜井與豎井 內(nèi)裝、頂棚與路面 隧道的防水與排水,第4章 隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造,隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造,,主體構(gòu)造物,附屬構(gòu)造物,,洞身襯砌,洞門構(gòu)造物,,洞身襯砌的平、縱、橫斷面的形狀由道路隧道的幾何設(shè)計(jì)確定,襯砌斷面的軸線形狀和厚度

2、由襯砌計(jì)算決定,明洞,,,,通風(fēng),照明,排水、消防、通訊等,4.1 洞身襯砌,（1）洞身襯砌的類型,（2）支護(hù)結(jié)構(gòu),襯砌結(jié)構(gòu)形式，主要根據(jù)地質(zhì)地形條件，考慮結(jié)構(gòu)受力的合理性、施工方法等因素來確定。,4.1.1 襯砌結(jié)構(gòu)的類型,4.1.1 襯砌結(jié)構(gòu)的類型,(1) 直墻襯砌(2) 曲墻式襯砌(3) 噴錨襯砌(4) 復(fù)合襯砌,(5) 偏壓襯砌(6) 喇叭口襯砌(7) 圓形斷面襯砌(8) 矩形斷面襯砌,（1）直墻式襯砌,適用條件

3、：垂直圍巖壓力為大、水平圍巖壓力小的情況下；一般適用于Ⅱ、Ⅲ級圍巖，有時也可用于Ⅳ 級圍巖.,,,割圓拱：r1=r2、坦三心圓拱:r1>r2、尖三心圓拱 :r1<r2,（2）曲墻式襯砌,,適用條件：通常用在Ⅳ 級以下的圍巖水平壓力較大 的情況下,（3）噴混凝土襯砌、噴錨襯砌及復(fù)合式襯砌,,,(4)偏壓襯砌 當(dāng)山體地面坡陡于l：2.5，線路外側(cè)山體覆蓋較薄，或于地質(zhì)構(gòu)造造成的偏壓，襯砌為承受這種不對稱

4、圍巖壓力而采用,,(5) 喇叭口隧道襯砌,,,,(6) 圓形斷面隧道,為了抵御膨脹性圍巖壓力，山嶺隧道也可以采用圓形或近似圓形斷面; 盾構(gòu)法 沉管法施工的隧道。,,(7)矩形斷面襯砌 沉管法、明挖法施工時，廣泛采用矩形斷面襯砌,,4.1.1 襯砌結(jié)構(gòu)的類型,(1) 直墻襯砌(2) 曲墻式襯砌(3) 噴錨襯砌(4) 復(fù)合襯砌,(5) 偏壓襯砌(6) 喇叭口襯砌(7) 圓形斷面襯砌(8) 矩形斷面襯

5、砌,4.1.2 支護(hù)結(jié)構(gòu),初期支護(hù)結(jié)構(gòu),永久支護(hù)結(jié)構(gòu),▲初期支護(hù)(一次支護(hù)):木支撐、型鋼支撐、格柵支撐、錨噴支護(hù)等。▲永久支護(hù)(二次支護(hù)、二次襯砌) :整體襯砌、復(fù)合式襯砌、拼裝襯砌及錨噴襯砌等4種。,,,,,初期支護(hù)結(jié)構(gòu),,,,,初期支護(hù)結(jié)構(gòu),,,,初期支護(hù)結(jié)構(gòu),,,,,永久支護(hù)結(jié)構(gòu),洞身襯砌 ? 洞門 明洞 斜井與豎井 內(nèi)裝、頂棚與路面 隧道的防水與排水,第4章 隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造,4.2 洞門,4

6、.2 洞門,4.2 洞門,4.2 洞門,4.2 洞門,4.2.1 洞門的概念及其作用4.2.2 洞門的形式4.2.3 隧道洞門構(gòu)造,4.2.1 洞門的概念及其作用,※ 洞門的概念：洞門是隧道兩端的外露部分，也是聯(lián)系洞內(nèi)襯砌與洞口外路塹的支護(hù)結(jié)構(gòu)。※ 洞門的主要作用 ① 保證洞口邊坡的安全和仰坡的穩(wěn)定； ② 匯集在洞口附近的仰、邊坡上的地表水，并引離隧道，減少洞口土石方開挖量； ③ 作為隧道的標(biāo)志性建筑物，應(yīng)與

7、隧道的規(guī)模、使用特性以及周圍建筑物、地形條件等要相協(xié)調(diào) 。,4.2.2 洞門的形式,（1）端墻式洞門（2）翼墻式洞門（3）環(huán)框式洞門（4）臺階式洞門（5）遮光棚式洞門,(1) 端墻式洞門,(2)翼墻式洞門,(3)環(huán)框式洞門－削竹式洞門,(4)臺階式洞門,(5) 遮光棚式洞門,端墻式洞門,柱式洞門,柱式洞門圖式2,臺階洞門,臺階洞門,翼墻式洞門,翼墻式隧道門造型,遮光棚式洞門圖2,翼墻式隧道門,柱式路塹明洞隧道門,翼墻式路

8、塹明洞隧道門,半路塹偏壓明洞隧道門,半路塹單壓式明洞隧道門,單壓式明洞隧道門,削竹式隧道門,削竹式隧道門圖2,高速公路削竹式隧道門,4.2.2 洞門的形式,（1）端墻式洞門（2）翼墻式洞門（3）環(huán)框式洞門（4）臺階式洞門（5）遮光棚式洞門,1．仰坡坡腳至洞門端墻頂帽背的水平距離，一般不小于1.5m。2．洞門端墻頂宜高出仰坡坡腳不小于0.5m。3．洞門端墻與仰坡之間水溝溝底至襯砌拱頂外緣的高度，一般不小于1m。4．一

9、般隧道門端墻、翼墻、擋土墻設(shè)計(jì)為仰斜式墻身時，墻背坡度不宜緩于1: 0.3。,4.2.3 洞門的構(gòu)造要求,洞門的構(gòu)造要求,5. 洞門端墻、翼墻和擋土墻截面厚度應(yīng)滿足規(guī)范要求。6．洞門端墻、翼墻和擋土墻應(yīng)根據(jù)情況設(shè)置伸縮緩和沉降縫。7．洞門翼墻和擋土墻身應(yīng)設(shè)置泄水孔。,洞門的構(gòu)造要求,(二) 洞門的基礎(chǔ),1、洞門端墻、翼墻、擋土墻基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固地基上，基底松碴應(yīng)清除干凈，以防止滑動和不均勻沉陷。2、在松軟地基上設(shè)置基礎(chǔ)，當(dāng)?shù)鼗?/p>

10、載力不足時，可結(jié)合具體條件采取換填。擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基、地基加固等措施。,3．基礎(chǔ)埋置深度 (1) 洞門端墻、翼墻、擋土墻基礎(chǔ)應(yīng)埋入路基面以下一定深度。土質(zhì)地基埋置深度不應(yīng)小于1米。且應(yīng)符合基底應(yīng)力的要求。 (2) 洞門端墻嵌入路塹邊坡的深度根據(jù)坡度不同取值30－50厘米。,(3)在洞門端墻厚度范圍內(nèi)的洞口襯砌基礎(chǔ)埋置深度，應(yīng)與端墻基礎(chǔ)相同。(4)為保證洞門穩(wěn)固和施工方便，襯砌邊墻外側(cè)的洞門端墻基礎(chǔ)寬度一般不小于0.5m．(5)當(dāng)

11、墻基礎(chǔ)砌筑在穩(wěn)定堅(jiān)硬的基巖斜坡上時．基礎(chǔ)可切割成臺階狀。,,4．當(dāng)洞門擋(翼)墻受滑動控制時．可采用傾斜基底或凸形基底等防滑措施．基底傾斜度，土質(zhì)地基一般不大于0.2:1，穩(wěn)定巖石地基不大于0.3：1。5．檢算傾斜基底穩(wěn)定時，除檢算沿基底的滑動穩(wěn)定外，尚應(yīng)檢算沿地基上層的水平剪切應(yīng)力。,(三) 洞門建筑材料,（1）鋼筋混凝土,（2）料石砌體,(四) 洞門施工要求1．洞門宜盡早修建，并盡可能避免在雨季施工．洞門修筑前應(yīng)作好洞口及仰坡周

12、圍的排水、截水設(shè)施，以保護(hù)邊、仰坡的穩(wěn)定。2．當(dāng)洞口邊、仰坡土石有剝落可能時，坡面應(yīng)清理并予以防護(hù)．3．洞門端墻厚度范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)與洞口環(huán)節(jié)襯砌采用同一材料整體灌筑。,4．翼墻和洞口擋土墻應(yīng)與端墻同時砌筑．當(dāng)翼墻需分段修建時，其墻身應(yīng)留施工縫，并應(yīng)檢算施工狀態(tài)穩(wěn)定性。5. 洞門端墻,翼墻,擋土墻墻身砌出地面后,基坑必須及時回填夯實(shí)，頂面作成不小于4%的排水坡。,4.2.4 洞門的結(jié)構(gòu)計(jì)算 4.2.4.1 隧道洞門計(jì)算

13、原理及方法,洞門是支擋洞口正面仰坡和路塹邊坡的結(jié)構(gòu)物，洞門視為墻背承受土壓力的擋土墻結(jié)構(gòu)，根據(jù)擋土墻理論設(shè)計(jì)。 端墻式洞門可按計(jì)算擋土墻的方法分別核算如圖所示A、B、C、D、E、F、G各不同墻高截面的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，以此決定端墻的厚度和尺寸。,,翼墻式洞門與端墻式洞門一樣，也可采用分條方法取條帶計(jì)算。 在計(jì)算端墻時，應(yīng)考慮翼墻對端墻的支撐作用。,,隧道洞門計(jì)算原理及方法,4.2.4.2 洞門墻的主要檢算規(guī)定,一、傾

14、覆穩(wěn)定計(jì)算,二、滑動穩(wěn)定性計(jì)算,基底偏心距計(jì)算,基底壓應(yīng)力計(jì)算,洞門設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù),洞身襯砌 ? 洞門 ? 明洞 斜井與豎井 內(nèi)裝、頂棚與路面 隧道的防水與排水,第4章 隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造,4.3 明 洞,什么是明洞？采用明挖法修筑的隧道結(jié)構(gòu),明洞特點(diǎn)： 地面建筑》》》地下建筑,明洞要求：符合地形、地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、安全、施工難易等條件,4.3 明 洞,4.3.1 拱形明洞 （常用）,4.3.2 棚式明洞

15、 （常用）,4.3.3 明洞基礎(chǔ),4.3.4 明洞填土,4.3.1 拱形明洞1、路塹對稱型2、路塹偏壓型3、半路塹偏壓型4、半路塹單壓型,(1) 路塹對稱型,適用于洞頂?shù)貏萜骄? 路塹兩側(cè)地質(zhì)條件基本相同,,(2)路塹偏壓型,適用于兩側(cè)山坡高差較大的路塹，高側(cè)邊坡有坍塌，落石或泥石流。,,(3)半路塹偏壓型 適用于半路塹靠山側(cè)邊坡較高，有坍塌、落石或泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，而外側(cè)地面較寬敞和穩(wěn)定。,,,(4)

16、半路塹單壓型 適用于靠山側(cè)邊坡或原山坡有坍塌、落石等情況，外側(cè)地形陡峻無法填土地段 。,,4.3.2 棚式明洞,當(dāng)山坡坍方，山體側(cè)壓力不大，或因受地質(zhì)、地形條件的限制，難以修建拱形明洞時，可采用棚式明洞。 棚式明洞頂板為梁式結(jié)構(gòu)。 棚式明洞的類型主要取決于外側(cè)邊墻的結(jié)構(gòu)形式。通常有墻式、剛架式，柱式和懸臂式等棚式明洞,(1)墻式棚洞,,(2)剛架式柵洞 外墻結(jié)構(gòu)為連續(xù)框架，對地基承載力要求較高,,

17、(3)柱式棚洞 外墻為獨(dú)立柱和縱梁方式，結(jié)構(gòu)簡單，預(yù)制吊裝方便，但整體性較差。,,(4)懸臂式棚洞 當(dāng)山坡較陡，坡面有少量落石，且外側(cè)地基不良或不宜設(shè)基礎(chǔ)時，可采用懸臂式棚洞,,4.3.3 明洞基礎(chǔ),明洞邊墻基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固的地基上，施工應(yīng)符合下列要求：（1）偏壓和單壓明洞外邊墻的基底，在垂直路線方向宜向內(nèi)挖成0.1:1的斜坡，提高邊墻抗滑力。（2）當(dāng)?shù)鼗绍洉r應(yīng)采取增加承載力的措施。,4.3.3 明洞

18、基礎(chǔ),（3）基礎(chǔ)開挖應(yīng)核對地質(zhì)條件，當(dāng)挖至設(shè)計(jì)高程仍不符合設(shè)計(jì)要求時應(yīng)上報(bào)有關(guān)方面處理。（4）基礎(chǔ)混凝土灌注前必須排除坑內(nèi)積水，并對基底進(jìn)行固化處理。邊墻基礎(chǔ)應(yīng)采用與邊墻同級混凝土一次澆筑。,4.3.4 明洞填土,明洞回填施工應(yīng)符合下列要求：1 在拆除外模后應(yīng)立即做好防水層及縱向盲溝，保證排水通暢。2 墻背回填應(yīng)兩側(cè)對稱進(jìn)行，石質(zhì)地層中墻背與巖壁空隙不大時，用與墻身同級混凝土回填。,4.3.4 明洞填土,3 墻后排水設(shè)施

19、應(yīng)與回填同時施工，并保證能使?jié)B水順暢排出。4 拱圈混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度且由人工夯實(shí)回填至拱頂以上1m以前，不得采用機(jī)械回填。,4.3.4 明洞填土,5 拱背回填應(yīng)對稱分層夯實(shí)，每層厚度不得大于0.3m，兩側(cè)回填的土面高差不得大于0.5m，回填至拱頂齊平后應(yīng)分層滿鋪填筑。,抗滑明洞,支撐錨桿明洞,墻式棚洞 基礎(chǔ)與填土,柱式棚洞 基礎(chǔ)與填土,剛架式棚洞 基礎(chǔ)與填土,洞身襯砌 ? 洞門 ? 明洞 ? 斜井與豎井 內(nèi)

20、裝、頂棚與路面 隧道的防水與排水,第4章 隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造,4.4 豎井與斜井,為什么設(shè)置豎井或斜井？,作用1：增加開挖工作面,作用2：通風(fēng)需要,4.4 豎井與斜井,4.4.1 豎井4.4.2 斜井,豎井,1 豎井位置的選擇豎井與主坑道的銜接方式3 豎井?dāng)嗝鎯?nèi)部空間布置,,豎井示意圖,豎井的構(gòu)成,豎井?dāng)嗝嫘问?,矩形豎井,,圓形豎井,斜井,1 斜井位置的選擇斜井坡度選擇3 斜井?dāng)嗝鎯?nèi)部空間布置,,斜井

21、設(shè)置,,圓形斷面襯砌,矩形斷面襯砌,洞身襯砌 ? 洞門 ? 明洞 ? 斜井與豎井 ? 內(nèi)裝、頂棚與路面 隧道的防水與排水,第4章 隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造,4.5 內(nèi)裝、頂棚及路面,1、內(nèi)裝,2、頂棚,3、路面,4、噪聲消減,1、內(nèi)裝 為確保行車安全，在隧道中必須采取措施，使墻面亮度在長期的運(yùn)營中保持較好水平，墻面須用適當(dāng)?shù)牟牧霞右詢?nèi)裝處理，其作用如下： ① 改善隧道內(nèi)環(huán)境，起誘導(dǎo)作用； ② 提高墻面

22、的反射率，增強(qiáng)照明效果； ③ 吸收噪音,常用的隧道內(nèi)裝材料 ① 塊狀混凝土材料； ② 飾面板、鑲板等質(zhì)地致密材料； ③ 瓷磚鑲面材料； ④ 油漆材料。,隧道內(nèi)裝材料應(yīng)具有如下性質(zhì)：① 耐火性，在高溫條件下仍能維持原狀，不燃燒、不分解有害成分等；②耐蝕性，長期在油垢及有害氣體下不變質(zhì)；③不怕水，大多數(shù)隧道都存在漏水問題，在水的浸泡下，在潮濕環(huán)境中不變質(zhì)、不霉?fàn)€； ④ 材料來源廣泛，價格相對便宜。,⑤ 能吸

23、收噪音；⑥ 顏色淡，易清潔；⑦ 具有阻燃性。,2、頂棚,※ 色彩的選擇：頂棚用漫反射材料可以避免產(chǎn)生眩光，其顏色的明亮程度直接影響到路面亮度※ 美化隧道，并且起視覺誘導(dǎo)作用,※ 頂棚可做成平頂或者拱頂：①在自然通風(fēng)或誘導(dǎo)通風(fēng)時，可以用拱頂；②在半橫向或橫向通風(fēng)時可以用平頂。※ 頂棚以上可以作為通風(fēng)道和供管理人員使用的通道，因此設(shè)計(jì)荷載可按(據(jù)國外資料)10MPa考慮,2、頂棚,3、路面,⑴ 路面材料主要有兩種：砼和改性瀝青；,

24、⑵ 路面材料應(yīng)具備如下性能： ① 路面材料應(yīng)具有抵御水沖刷和含有化學(xué)物質(zhì)的水的浸蝕能力 ; ② 應(yīng)具有較高的抗側(cè)滑的能力； ③ 抗裂性、耐久性； ④ 容易修補(bǔ)。,⑶ 路面與車道分隔線等交通標(biāo)志之間應(yīng)保證有明顯的亮度對比和鮮明的顏色對比,3、路面,⑷路基應(yīng)具有足夠的承載力，尤其要求在有豐富地下水的條件下也能滿足要求，要求有良好的排水設(shè)施,4、噪聲消減,※ 隧道內(nèi)噪聲水平應(yīng)保持在60分貝以下※ 隧道內(nèi)采取的措施： ① 內(nèi)

25、裝材料的制作； ② 墻面材料的制作； ③ 路面材料的制作；,※ 利用原理： 聲波的反射原理,4、噪聲消減,洞身襯砌 ? 洞門 ? 明洞 ? 斜井與豎井 ? 內(nèi)裝、頂棚與路面 ? 隧道的防水與排水,第4章 隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造,※ 洞外防排水措施,4.6 隧道防排水,※ 洞內(nèi)防排水措施,隧道防排水應(yīng)視水文地質(zhì)條件因地制宜地采取“以排為主，防、排、截、堵相結(jié)合”的綜合治理原則，達(dá)到排水通暢、防水可

26、靠、經(jīng)濟(jì)合理、不留后患的目的。,隧道防排水原則,對地表水、地下水應(yīng)采取妥善的處理，使洞內(nèi)外形成一個完整的暢通的防排水系統(tǒng)。,隧道防排水要求,一般公路隧道應(yīng)做到： 1、拱部不摘水、邊墻不滴水。 2、路面不冒水、不積水、設(shè)備箱洞處不滲水。 3、凍害地區(qū)隧道襯砌背后不積水，排水溝不凍結(jié)。,汽車專用公路隧道則應(yīng)達(dá)到： 拱部、墻部及設(shè)備箱洞處均不滲水,(1)、洞外防排水措施,A、地表處理B、洞頂天溝

27、截水C、明洞頂防排水D、洞門排水E、洞內(nèi)外水溝銜接,(2)、洞內(nèi)防排水措施,排水措施a、洞內(nèi)排水溝b、襯砌背后盲溝c、泄水洞或洞外井點(diǎn)降水d、中心排水溝或路側(cè)排水溝,(2)、洞內(nèi)防排水措施,防水措施a、防水板b、噴膜防水層c、混凝土自防水,(2)、洞內(nèi)防排水措施,堵水措施a、噴射混凝土堵水b、塑料板堵水c、注漿堵水d、模注混凝土襯砌堵水,,,,無釘鋪設(shè)塑料防水板,,鋪設(shè)防水板時錨桿頭部的處理,,襯砌背后盲溝作

28、法,隧道注漿,工作面預(yù)注漿,,施工縫防水的構(gòu)造形式見圖4.1.21。,,高聚物改性瀝青防水卷材的主要物理性能,,塑料防水板物理力學(xué)性能,,鋪設(shè)防水板前應(yīng)先鋪緩沖層, 應(yīng)用暗釘圈固定在基層上,,中埋式止水帶與外貼防水層復(fù)合使用,,中埋式金屬止水帶,,結(jié)構(gòu)變形時，穿墻管可采用主管直接埋入混凝土內(nèi)的固定式防水閥，并應(yīng)預(yù)留凹槽，槽內(nèi)用嵌縫材料嵌填密實(shí),,排水溝槽方法排水,,防水層的鋪設(shè),,防水層的鋪設(shè),,防水層的鋪設(shè),負(fù)壓檢查,鋪設(shè)好的防水板,