隧道工程第4章隧道结构构造全解
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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。
隧道工程复习思考题第一章绪论1什么是隧道?通常指用作地下通道的工程建筑物。
隧道在我国交通建设中的地位和作用是什么?重要性:隧道是交通线上的重要组成部分,是国家重要的基础设施;必要性:快速畅通的交通网是经济发展的前提,低等级公路已不适应高速经济发展的需要;紧迫性:目前我国高速公路相对较少,与我国人口、经济发展相比,太少。
社会经济发展,交通必先行。
2隧道工程的发展前景和需要解决的难题有哪些方面?发展:今后的隧道技术研究方向为非爆破的机械化施工,合理规划与环境保护,设计可靠合理,使用安全等方面。
问题:数量大,难度大,造价高。
对围岩的性质还只能从定性的角度去衡量,工程应用中偏离较大,计算模型的选用和计算理论不完全符合实际,施工技术水平和管理方法还比较落后。
3隧道按照用途分为哪些类型?(1)交通隧道:提供运输的孔道和通道(铁路隧道、公路隧道、水底隧道、地下铁道、人行地道。
)(2)水工隧道:是水利工程和水利发电枢纽的一个重要组成部分。
(引水隧道,尾水隧道,导流隧道(泄洪隧道),排沙隧道。
)(3)市政隧道:是城市中为安置各种不同市政设施的地下孔道。
(给水隧道、污水隧道、管路隧道、线路隧道、人防隧道。
)(4)矿山隧道:其作用主要是为采矿服务的。
(运输巷道、给水隧道、通风隧道。
)4在我国《隧规》中隧道按照长度分为哪些类型?(1)特长隧道: L>3000 m(2)长隧道:3000 m ≥L>1000 m(3)中长隧道:1000 m ≥L>500 m(4)短隧道: L≤500 m 第二章隧道勘察1隧道勘察的目的和意义是什么?隧道勘察的目的:1. 查明隧道所处位置的工程地质条件和水文地质条件2. 为规划、设计、施工提供资料3. 对存在的岩土工程问题、环境问题进行分析评价提出合理的设计和施工建议4. 隧道施工和运营对环境保护的影响提出意见2初步勘察和详细勘察有何异同?初勘步骤:收集资料,工程地质选定隧道线位,初步勘察资料整理详细勘察:1.目的:为线位布设和编制施工图设计提供完整的工程地质资料2.任务:在初勘基础上,进一步查明隧道沿线地质特征和不良地质规模、大小范围3.步骤:(1)前期的准备工作(2)沿线地质勘察(3)试验(4)资料整理(5)编写详勘报告3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?电法勘探;电磁法勘探(地质雷达);地震勘探;声波探测;重力勘探;磁力勘探;放射性勘探第三章隧道总体设计1名词解释:垭口:当线路必须跨越分水岭时,分水岭的山脊线上总会有高程较低处。
1、隧道衬砌的类型及适用条件(1)整体式混凝土衬砌:按照工程类比、不同的围岩类别采用不同的衬砌厚度,其形式有直墙式衬砌和曲墙式衬砌两种。
○ 1 直墙式衬砌,适应于地质条件良好,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Ⅰ~Ⅲ级围岩;○2曲墙式衬砌,适应于地质较差,有较大水平围岩压力的情况,主要适用于Ⅳ级及以上的围岩,或Ⅲ级围岩双线。
多线隧道也采用曲墙有仰拱的衬砌。
( 2)装配式衬砌:适用于盾构法施工的城市地下铁道和水底隧道中,在铁路、公路隧道中由于装配式衬砌要求有一定的机械化设备,施工工艺复杂,衬砌的整体性及抗渗性差而未能推广使用。
( 3)锚喷式衬砌:锚喷式衬砌内轮廓线应比整体式衬砌适当加大,除考虑施工误差和位移量外,应再预留10cm 作为必要时补强用。
当遇到地下水发育或大面积淋水地段,能造成衬砌腐蚀或特殊膨胀性围岩地段,最冷月平均气温低于-5 o C 地区的冻害地段等情况是不宜采用锚喷衬砌。
( 4)复合式衬砌:适用于围岩稳定性差、地下水发育地段,推荐采用复合式衬砌。
2、洞门有何作用,有哪些洞门形式,适用于什么地质条件?洞门的作用有以下几个方面:(1)减少洞口土石方开挖量;( 2)稳定边、仰坡;( 3)引离地表流水;( 4)装饰洞口洞门的形式:(1)洞口环框:当洞口石质坚硬稳定,且地形陡峻无排水要求时,可修建洞口环框(2)端墙式(一字式)洞门:适用于地形开阔、石质较稳定的地区( 3)翼墙式(八字式)洞门:适用于洞口地质较差的IV 级及以上围岩,山体纵向推力较大时的地区( 4)柱式洞门:用于地形较陡(Ⅳ级围岩),仰坡有下滑的可能性,又受到地形或地质条件限制,不能设置翼墙的时候,柱式东门比较美观,适于城市附近、风景区或长大隧道的洞口(5)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,为提高靠山侧仰坡起坡点,减少仰坡高度,可设置台阶式洞门(6)斜交式洞门:当隧道洞口线路与地面等高线斜交时,为了缩短隧道长度,减少挖方数量,可采用平行于等高线与线路呈斜交的洞口( 7)喇叭口式洞门:适用于高速铁路隧道,用以缓和高速列车的空气动力学效应3、什么是明洞?试述明洞的结构类型、受力特点和适用条件?隧道埋深较浅,上覆岩( 土)体较薄,难采用暗挖法时,则应采用明挖法来开挖隧道。
第四章隧道工程建设标准及施工技术第一节隧道工程设计要求客运专线铁路的隧道设计是由限界、构造尺寸、使用空间和缓解及消减高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应两方面的要求确定的。
研究表明,以上两方面要求中,后者起控制作用,但隧道工程设计及施工过程中以隧道横断面的限界、构造尺寸、使用空间为控制要点。
一、隧道横断面有效净空尺寸的选择在确定隧道横断面有效净空尺寸之前,首先要正确地选择隧道设计参数.高速列车进入隧道时产生的空气动力学效应,与人的生理反应和乘客的舒适度相联系。
这就要制定压力波动程度的评估办法及确定相应的阈值,目前较通用的评估参数是相应于某一指定短时间内的压力变化值,如3s或4s内最大压力变化值。
我国拟采用压力波动的临界值(控制标准)为3.0Kpa/3s。
根据ORE提出的压力波动与隧道阻塞比关系可以推算出满足舒适度要求时,阻塞比β宜取为:当V=250km/h时,β=0.14;当V=350 km/h时,β=0。
11。
隧道横断面形式一般为园形(部分或全部)、具有或没有仰拱的马蹄形断面。
而影响隧道横断面尺寸的因素有:(1)建筑限界;(2)电气化铁路接触网的标准限界及接触网支承点和接触网链形悬挂的安装范围;(3)线路数量:是双线单洞还是单线双洞;(4)线间距;(5)线路轨道横断面;(6)需要保留的空间如安全空间,施工作业工作空间等;(7)空气动力学影响;(8)与线路设备的结构相适应。
二、客运专线隧道与普通铁路隧道的不同点1.当高速列车在隧道中运行时要遇到空气动力学问题,为了降低及缓解空气动力学效应,除了采用密封车辆及减小车辆横断面积外,必须采取有力的结构工程措施,增大隧道有效净空面积及在洞口增设缓冲结构;另外还有其它辅助措施,如在复线上双孔单线隧道设置一系列横通道;以及在隧道内适当位置修建通风竖井、斜井或横洞。
2.客运专线隧道的横断面较大,受力比较复杂,且列车运行速度较高,隧道维修有一定的时间限制,复合衬砌和整体式衬砌比喷锚衬砌安全,且永久性好,故一般不采用喷锚衬砌。
隧道⼯程考点答案第⼀章绪论1.隧道的概念:隧道是埋置于地层中的⼯程建筑物,是⼈类利⽤地下空间的⼀种形式。
是“以某种⽤途,在地⾯下⽤任何⽅法按规定形状和尺⼨修筑的断⾯积⼤于2平⽅⽶的洞室。
”2.隧道按位置分类:⼭岭隧道、⽔底隧道和城市隧道。
3.隧道按⽤途分类:交通隧道、⽔⼯隧道和市政隧道和矿⼭隧道。
第⼆章隧道⼯程地质环境及围岩分级1.⼯程地质调查测绘主要内容:隧道通过地段的地质调查测绘是隧道⼯程地质勘测的核⼼⼯作。
①铁路⼯程地质技术规范的总要求②地形地貌调查③地层、岩性调查④地质构造调查⑤⽔⽂地质调查⑥滑坡、落⽯、岩堆、泥⽯流和岩溶地质调查⑦地温测定2.如何引起岩体的初始应⼒:由于岩体的⾃重和地质构造作⽤和地质地温作⽤引起3.RQD法的定义及公式:所谓岩⽯质量指标RQD是指钻探时岩芯复原率,或称岩芯采取率。
岩芯复原率即单位长度钻孔中10cm以上的岩芯占有的⽐例,可写为4.围岩分级的基本因素:①岩⽯坚硬程度②岩体的完整程度5.围岩的基本分级:P25表格6.隧道级别的修正:①地下⽔影响的修正②围岩初始地应⼒状态修正③风化作⽤的影响第三章隧道线路及断⾯设计1.越岭线上隧道位置选择考虑因素:主要以选择垭⼝和确定隧道⾼程两⼤因素为依据。
2.隧道洞⼝位置选择(“早进晚出”+9原则):①“早进晚出”的原则②洞⼝不宜设在垭⼝沟⾕的中⼼或沟底低洼处③洞⼝应避开不良地质地段④当隧道线路通过岩壁陡⽴,基岩裸露处时,最好不刷动或少刷动原⽣地表,以保持⼭体的天然平衡。
⑤减少洞⼝路埑段长度,延长隧道,提前进洞。
⑥洞⼝线路宜与等⾼线正交。
⑦当线路位于有可能被⽔淹没的河滩或⽔库回⽔影响范围以内时,隧道洞⼝标⾼应⾼出洪⽔位加波浪⾼度,以防洪⽔灌⼊隧道。
⑧为了确保洞⼝的稳定和安全,边坡及仰坡均不宜开挖过⾼。
⑨当洞⼝附近遇有⽔沟或⽔渠横跨线路时,可设置拉槽开沟的桥梁或涵洞,以排泄⽔流。
⑩当洞⼝地势开阔,有利于施⼯场地地布置时,可利⽤弃渣有计划、有⽬的地改造洞⼝场地,以便布置运输便道、材料堆放场、⽣产设施⽤地及⽣产、⽣活⽤房等。
(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。