第三章 公路隧道结构构造
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隧道的结构构造道路隧道结构构造由主体构造物和附属构造物两大类组成。
主体构造物是为了保持贮存岩体的稳定和行车安全而修建的人工永久建筑物,通常指洞身衬砌和洞门构造物。
洞身衬砌的平纵、横断面的形状由道路隧道的几何设计确定,衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定。
在山体坡面有发生崩坍和落石可能时,往往需要接长洞身或修筑明洞。
洞门的构造型式由多方面的因素决定,如岩体的稳定性、通风方式、照明状况、地形地貌以及环境条件等。
附属构造物是主体构造物以外的其他建筑物,是为了运营管理、维修养所、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。
1、衬砌结构的类型山岭隧道的衬砌结构形式,主要是根据隧道所处的地质地形条件,考虑其结构受力的合理性、施工方法和施工技术水平等因素来确定的。
随着人们对隧道工程实践经验的积累,对围岩压力和衬砌结构所起作用的认识的发展,结构形式发生了很大变化,出现各种适应不同的地质条件的结构类型,大致有下列几类。
1)直墙式衬砌直墙式衬砌形式通常用于岩石地层垂直围岩压力为主要计算荷载、水平围岩压力很小的情况。
对于道路隧道,直墙式衬砌结构的拱部,可以采用割圆拱、坦三心圆拱或尖三心圆拱。
三心圆拱指拱轴线由三段圆弧组成,其轴线形状比较平坦时称为坦三心圆拱,形状较尖时称为尖三心圆拱,平时即为割圆拱。
2)曲墙式衬砌通常在III类以下围岩中,水平压力较大,为了抵抗较大的水平压力把边墙也做成曲线形状。
当地基条件较差时,为防止衬砌沉陷,抵御底鼓压力,使衬砌形成环状封闭结构,可以设置仰拱。
3)喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌这些衬砌与上述传统的衬砌方法有本质上的区别,这里仅介绍其结构形式。
为了使喷混凝土结构的受力状态趋于合理化,要求用光面爆破开挖,使洞室周边平顺光滑,成型准确,减少超欠挖。
然后在适当的时间喷混凝土,即为喷混凝土衬砌。
根据实际情况,需要安装锚杆的则先装设锚杆,再喷混凝土,即为喷锚衬砌。
如果以喷混凝土、锚杆或钢拱支架的一种或几种组合作为初次支护对围岩进行加固,维护围岩稳定防止有害松动。
第三章隧道结构构造洞身衬砌洞门隧道的通风隧道的照明隧道的防水与排水1洞身衬砌洞身支护结构是指施作在隧道洞身,对开挖坑道进行支护和保护的结构。
开挖坑道后,由于坑道所在范围内的岩体被挖掉,这部分被开挖的岩体对周围岩体的支撑作用被解除,周边岩体发生向洞内净空的收敛变形,此时除了稳定性特别好的围岩,一般都应做支护。
类型外部支护从外部支撑着坑道的围岩,如整体式混凝土衬砌、砌石衬砌、拼装式衬砌、喷射混凝土支护等内部支护对围岩进行加固以提高其稳定性,如锚杆支护,喷锚支护、压入浆液等混合支护将外部支护和内部支护结合使用的支护类型,如整体式衬砌衬砌结构形式,主要根据地质地形条件,考虑结构受力的合理性、施工方法等因素来确定1)整体式衬砌该方法不考虑围岩的承载作用,主要通过衬砌的结构刚度抵御地层的变形,承受围岩的压力。
整体式衬砌采用就地整体模筑混凝土,其方法是在隧道内树立模板、拱架,然后浇灌混凝土而成。
立模——浇注——养护——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✦抗渗性好缺点✦需要养护时间✦受力较慢✦断层带和含粘土层岩中采用这种整体式混凝土衬砌成本高,受到时间的制约分为:直墙式(竖向围岩压力大、水平围岩压力很小的情况下;地质条件较好,一般适用于I-Ⅲ级围岩,有时也可用于Ⅳ级围岩。
衬砌由上部拱圈、两侧竖直边墙、下部铺底组成)曲墙式(由顶部拱圈、侧面曲边墙、底部仰拱组成。
适用于地质差、岩体松散破碎、强度不高,有地下水,侧向水平力大)2)装配式衬砌按照衬砌的几何形状,将衬砌分为若干个部分在洞外或工厂成批预制好,再运到洞内运用机械拼装。
适用于:盾构隧道、掘进机隧道优点✦一经装配成环,不需要养护时间,即可以承受围岩压力✦预制的构件可以在工厂成批生产、在洞内机械化拼装,改善了劳动条件✦拼装时,不需要临时支撑如拱架、模板等,从而节省支撑材料和劳力✦拼装速度因机械化而提高,缩短了工期,降低造价缺点✦接缝多,整体性差✦抗渗性差✦构件尺寸要有高精度应满足的条件✦强度足够而且耐久;✦能立即承受荷载;✦装配简便,构件类型少,形式简单,尺寸统一,便于工业化制做和机械化拼装;✦构件尺寸大小和重量适合拼装机械的能力;✦有防水的设施3)喷锚衬砌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合料和水汇合成浆状,喷射到坑道的岩壁上凝结而成的。
隧道的结构构造道路隧道结构构造由主体构造物和附属构造物两大类组成。
主体构造物是为了保持贮存岩体的稳定和行车安全而修建的人工永久建筑物,通常指洞身衬砌和洞门构造物。
洞身衬砌的平纵、横断面的形状由道路隧道的几何设计确定,衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定。
在山体坡面有发生崩坍和落石可能时,往往需要接长洞身或修筑明洞。
洞门的构造型式由多方面的因素决定,如岩体的稳定性、通风方式、照明状况、地形地貌以及环境条件等。
附属构造物是主体构造物以外的其他建筑物,是为了运营管理、维修养所、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。
1、衬砌结构的类型山岭隧道的衬砌结构形式,主要是根据隧道所处的地质地形条件,考虑其结构受力的合理性、施工方法和施工技术水平等因素来确定的。
随着人们对隧道工程实践经验的积累,对围岩压力和衬砌结构所起作用的认识的发展,结构形式发生了很大变化,出现各种适应不同的地质条件的结构类型,大致有下列几类。
1)直墙式衬砌直墙式衬砌形式通常用于岩石地层垂直围岩压力为主要计算荷载、水平围岩压力很小的情况。
对于道路隧道,直墙式衬砌结构的拱部,可以采用割圆拱、坦三心圆拱或尖三心圆拱。
三心圆拱指拱轴线由三段圆弧组成,其轴线形状比较平坦时称为坦三心圆拱,形状较尖时称为尖三心圆拱,平时即为割圆拱。
2)曲墙式衬砌通常在III类以下围岩中,水平压力较大,为了抵抗较大的水平压力把边墙也做成曲线形状。
当地基条件较差时,为防止衬砌沉陷,抵御底鼓压力,使衬砌形成环状封闭结构,可以设置仰拱。
3)喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌这些衬砌与上述传统的衬砌方法有本质上的区别,这里仅介绍其结构形式。
为了使喷混凝土结构的受力状态趋于合理化,要求用光面爆破开挖,使洞室周边平顺光滑,成型准确,减少超欠挖。
然后在适当的时间喷混凝土,即为喷混凝土衬砌。
根据实际情况,需要安装锚杆的则先装设锚杆,再喷混凝土,即为喷锚衬砌。
如果以喷混凝土、锚杆或钢拱支架的一种或几种组合作为初次支护对围岩进行加固,维护围岩稳定防止有害松动。
(教材:覃仁辉、王成主编《隧道工程》重庆大学出版社2001)隧道工程是一门专业性很强的课程,学习过程中注意理论联系实际,建议学习过程中抽时间到已建或在建隧道现场观看,了解隧道结构构造、施工环节和建造过程。
本提纲是以思考题的形式进行复习,同学们只要回答出这些思考题即可达到复习的目的。
学生在学习完各章后,对下列每章的思考题进行解答或思考。
第一章绪论1.什么是隧道?2.隧道在我国交通建设中的地位和作用是什么?3.隧道工程的发展前景和需要解决的难题有哪些方面? P34.隧道按照用途分为哪些类型? P55.在我国《隧规》中隧道按照长度分为哪些类型? P5第二章隧道勘察 (不考?)1.隧道勘察的目的和意义是什么? P92.初步勘察和详细勘察有何异同? P153.隧道勘察方法除了收集资料、调查测绘、勘探外,据你所知还有哪些高科技手段和方法可用于隧道勘察? P94.地下涌水和枯水调查的意义是什么? P195.隧道建筑环境评价的目的是什么?对生态环境有何意义? P21第三章隧道总体设计1.名词解释:分水岭(p27)、鸡爪地形、越岭隧道(p27)、傍山隧道(p28)、隧道净空(p34)、隧道建筑限界(p34)、隧道行车限界、墙效应、仰拱、隧道衬砌p39、隧道内轮廓线p39、隧道外轮廓线p39、隧道实际开挖线 p392.越岭隧道选址要考虑哪些原则p28?傍山隧道选址要考虑哪些原则? P283.隧道主体建筑物和附属建筑物各包括哪些项目? P324.隧道平面设计的原则是什么? P325.曲线隧道有哪些不利因素?p326.隧道纵坡有哪些类型?p33控制隧道纵坡大小的主要因素是什么? P337.隧道接线要注意什么问题? P388.如何拟定圆形p40、直墙式、曲墙式隧道衬砌内轮廓线?9.在什么情况下需要设置仰拱?p4010.圆形衬砌、直墙式衬砌、曲墙式衬砌各适用于何种围岩类型?p41第四章隧道结构构造1.隧道洞身衬砌有哪些类型?p78各适用于何种场合围岩?p782.初期支护和二次支护的作用是什么?p80在其间设置隔离层有何作用? (隔水层)3.不宜采用锚喷衬砌的情况有哪些?p804.隧道洞门有哪些类型、适用条件? P825.在什么情况下设置明洞? P876.拱式明洞和棚式明洞各有哪些类型? P877.你设计施工明洞基础p89和填土p90需重视哪些问题?8.在什么情况下需设置竖井或斜井? P859.设置竖井或斜井需要考虑哪些问题? P8410.隧道内装要努力考虑哪些问题? P9511.隧道内装材料需具备哪些性能? P9512.隧道路面应具备哪些功能?p96路面材料如何选择和改进?P9613.水对隧道结构有哪些危害? P9014.隧道综合治水的原则是什么? P9115.截水、排水和堵水的措施有哪些? P91第五章隧道围岩分类与围岩压力1.隧道围岩分类的意义是什么? P532.围岩单一性指标有哪些?P543.围岩综合性指标有哪些? P554.围岩分类岩性指标选择的原则是什么? P575.我国公路隧道围岩分类特点是什么? P596.我国公路隧道围岩分类主要考虑哪些指标因素?7.施工围岩分类有何特点?其分类的评定指标有哪些?8.什么是围岩?什么是围岩压力?9.什么是初始应力场、构造应力场和重力应力场?10.隧道开挖后初始应力场将如何变化?11.确定围岩压力有哪些方法?12.深埋隧道围岩压力如何确定?13.《隧规》深埋围岩压力计算公式的适用条件是什么?14.深埋隧道和浅埋隧道的分界如何确定?15.围岩应力现场量测有哪些方法?16.影响隧道围岩稳定性的自然因素和人为因素有哪些?17.在隧道工程中,如何综合考虑人为因素使功能造价最优?第六章隧道结构计算1.名词解释:共同变形理论、局部变形理论、围岩弹性抗力2.隧道结构计算模型有哪些?3.隧道结构上的主要荷载有哪些?附加荷载有哪些?4.对半衬砌的隧道结构计算作了哪些简化假定?5.写出隧道半衬砌计算的力法正则方程式。