10 单层衬砌结构设计
- 格式:pdf
- 大小:2.15 MB
- 文档页数:48
隧道衬砌结构知识、原理和衬砌计算及设
计公式
简介
隧道衬砌结构是用于支撑和保护隧道壁面的一种结构。
衬砌的设计和计算是确保隧道的安全和稳定性的重要步骤。
衬砌结构类型
隧道衬砌结构通常包括以下几种类型:
1. 塑料管衬砌:使用塑料管来加固和保护隧道壁面。
2. 预制混凝土片衬砌:使用预制混凝土片来支撑和保护隧道壁面。
3. 钢筋混凝土衬砌:使用钢筋混凝土结构来加固和保护隧道壁面。
衬砌计算及设计公式
在进行隧道衬砌的计算和设计时,需要考虑以下因素:
1. 隧道直径:隧道的直径是确定衬砌结构尺寸和类型的关键因素。
2. 地层情况:地层的稳定性和承载能力将影响衬砌的安全性和设计方法。
3. 水压情况:如果隧道处于水下或水土压力较大的地区,需要考虑水压对衬砌的影响。
根据以上因素,可以使用以下公式进行衬砌计算和设计:
1. 隧道衬砌尺寸计算公式:根据隧道直径和地层参数计算衬砌的合适尺寸。
2. 衬砌材料选择公式:根据地层情况和环境条件选择合适的衬砌材料。
3. 衬砌厚度计算公式:根据地层情况和水压情况计算衬砌的合适厚度。
结论
隧道衬砌结构的知识、原理和衬砌计算及设计公式对于确保隧道的安全和稳定性至关重要。
根据隧道的直径、地层情况和水压情况等因素,可以选择合适的衬砌结构类型,并使用相应的公式进行计算和设计。
单层衬砌的概念(总6页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--单层衬砌的概念德国1995年提出的单层衬砌结构与目前推行的复合衬砌有原则的不同,其形式是多种多样的,而且在工程中得到一定程度的推广。
1·单层衬砌构造的原则在隧道开挖中,众所周知,时间因素是非常重要的。
隧道施工时的支护采用喷混凝土以后,对理解围岩是一个具有承载能力的支护,有了进一步的认识。
通常,后面施工的内衬(二次衬砌)是为了提高安全度和保证充分的耐水性而设置的。
但内衬的施工,如果考虑时间因素,也具有控制变形增加的效果。
因此,在单层衬砌中,如果第2层(内衬)与承载有关,也应该考虑时间因素。
在单层衬砌系统中,应力的内部传递机理的比较好的,但被约束的应变、流变及温度变化产生的应力等,在第2层中,在非常早的时期就发生了。
为此,就不能充分传递避免因开裂而造成损伤的必要的压力。
结合面完全附着的场合,能够最好地控制因被约束的应变而发生的应力,是从围岩传递到第1层及全体衬砌,同时从第1层向第2层传递机理的最佳条件。
其次,由于各个工程的地质及地下水等条件的不同,在修筑第2层衬砌,必须追加合理的施设时间。
单层衬砌的支护经历不同阶段的荷载状况。
开挖后产生的变形也是荷载的一种。
图1表示单线单层衬砌的荷载经历过程。
时间轴上的主要阶段示于图2。
能够分出2种不同的传递机理。
第1种从影响支护应力状态的围岩向外部传递。
图2荷载的时间历程·支护施工前(开挖前)的围岩松弛;·围岩形成拱效应和松弛荷载向支护再分配;·在接近地表面开挖时,随时间拱效应丧失,假定支护承受100%的围岩荷载。
如图1所示的第1层的施工到第2层施工完成的最短时间,是图2所示的t(第2层)和t(第1层)的时间差。
到第2层修筑前的经过时间,对全体衬砌的影响极大。
特别是,在适合单层衬砌的地质条件下,从外部(从围岩)的荷载增加的过程中,就修筑第2层的场合,其影响更大。
目录1、绪论 (1)2、单层衬砌的概念 (1)3、国内外应用现状 (2)4、结构形式研究现状 (3)5、设计方法研究现状 (4)5.1、挪威法 (4)5.2、极限状态设计法 (4)5.3、能量原理设计法 (4)6、抗渗性 (5)6.1、抗渗性能试验方法 (5)6.1.1、渗水高度法 (5)6.1.2逐级加压法 (7)6.2影响抗渗性的因素 (7)6.2.1、水泥品种的影响 (7)6.2.2、水灰比的影响 (7)6.2.3、掺合料的影响 (8)6.2.4、外加剂的影响 (9)6.2.5、养护条件的影响 (9)6.2.6、集料最大粒径和级配的影响 (9)6.2.7、微裂纹扩展的影响 (10)7、回弹量 (10)7.1、水灰比的影响 (10)7.2、骨料的影响 (10)7.3、外加剂的影响 (11)7.4、工作风压的影响 (11)7.5、喷射距离与角度的影响 (12)7.6、一次喷射混凝土厚度的影响 (12)1、绪论1980年以后,以喷混凝土为初期支护,敷设卷材防水层,然后再施作模筑混凝土衬砌的“复合式衬砌”在我国隧道工程中作为一种主要的支护形式被广泛使用,并积累了很多经验。
复合衬砌的承载机理是:锚喷初期支护为主要承载结构,二次衬砌作为安全储备。
虽然复合衬砌在承载机理设计上是合理的,最有利于体现新奥法的原理,但施作这么厚厚一层作为安全储备的二次衬砌在经济上是不合理的。
同时,在防水设计上,初期支护一般不考虑防水,主要通过防水卷材来进行防水[1]。
所以,复合式衬砌存在下列一些难以解决的问题:(1)、对于节理裂隙发育的岩层在采用爆破法开挖时,开挖面凸凹不平,围岩与初期支护之间初期支护与二次衬砌之间贴合不紧密,削弱了衬砌对围岩的支护作用[2];(2)、复合式衬砌防水本质上为被动防水,由于锚喷初期支护不防水,复合式衬砌实际上是将地下水引入衬砌结构内部,在衬砌内部形成存水空间,诱发水压力;(3)、由于防水板搭接焊接质量问题,二衬钢筋绑扎焊接过程中易刺破和烧坏防水板等原因,使得薄膜防水层的敷设质量不易保证。
地下隧道衬砌盾构法隧道应用最多的是圆形断面,其衬砌结构有单层结构和双层结构。
单层结构多用装配式管片构筑,如图6.21(a)所示;双层结构是在管片衬砌(一次衬砌)内再整体套砌一层混凝土(二次衬砌),如图 6.21(b)所示。
盾构法隧道一般无需设置二次衬砌,只有当隧道功能有特殊要求时方采用双层结构,如穿越松软含水层时为防水防蚀、增加衬砌强度和刚度等。
图6.21 盾构隧道衬砌结构一般来说,一次衬砌是将称称作管片的预制件用螺栓等连接物拼装而成,二次衬砌是在一次衬砌的内侧现浇混凝土构成。
采用拼装式衬砌时,一次衬砌到隧道轴向(纵向)一定长度(通常1.0~2.0 m)的一段环状物称为管环;把管环沿周向分割成若干块弧形状板块,该弧状板块即称为管片。
为了提高盾构隧道的施工速度,管片事先在工厂采用设计的材料预制而成构件,构筑隧道时运至现场拼装为管环进而串接成一次衬砌。
一、管片的类型管片作为盾构开挖后的一次衬砌,它支撑作用于隧道上的土压和水压,防止隧道土体坍塌、变形及渗漏水,是隧道永久性结构物并且要承受盾构机推进时的推力以及其他荷载。
管片按位置不同有标准管片(A型管片,平面形状为矩形)、邻接管片(B型管片,平面形状为半梯形)和封顶管片(C型管片,有的称为K型管片,平面形状为梯形)三种。
直线段采用标准环管片,曲线施工和纠偏时将使用楔形环(分左转弯环和右转弯环)管片;按其形状分为板形管片和箱形管片,如图6.22所示;按制作材料分有球墨铸铁管片、钢管片、复合管片和钢筋混凝土管片等。
箱形管片是由主肋和接头板或纵向肋构成的凹形管片的总称。
平板形管片指具有实心断面的弧板状管片,一般由钢筋混凝土制作。
球墨铸铁管片强度高、质量轻、搬运安装方便、防水性能好,但加工设备要求高、造价大,不宜承受冲击荷载,已较少采用。
钢管片用型钢或钢板焊接加工而成,其强度高、延性好、运输安装方便,但易变形、易锈蚀、造价高,采用的也不多,仅在如平行隧道的联络通道口部的临时衬砌等特殊场合使用。
TECHNOLOGY陈立保1龚彦峰1仇文革2张俊儒2(1中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉430063;2西南交通大学,成都610031)单层衬砌若干关键问题的设计摘要在国内单层衬砌应用较少,对于单程衬砌设计的研究就更少,因此有必要对单层衬砌的关键问题,如结构设计、防排水和主要的建筑材料等进行设计,以利于国内的推广应用。
单层衬砌相对于复合式衬砌,具有工序简化、施工快速、经济合理等多方面的优点,在设计过程中应贯彻以下设计理念:①取消防水板,结构与围岩共同受力;②单层衬砌自身满足防水要求,达到二级防水标准;③单层衬砌作为永久结构,应满足耐久性要求。
关键词单层衬砌防排水喷混凝土硅灰钢纤维中图分类号:U455.91文献标识码:A文章编号:1009-6582(2009)03-0038-05修改稿返回日期:2009-02-18基金项目:铁道部科技司科技开发项目(合同编号:2003G038)作者简介:陈立保(1979-),男,工程师,从事于隧道工程方面工作,E-mail :clbweq@.单层衬砌是上世纪70年代发展起来的一种隧道支护体系,最近几十年随着喷射混凝土施工工艺、质量性能的提高,其技术得到了迅速的发展,位于斯堪的纳维亚半岛的挪威和瑞典,是使用单层衬砌较早的国家。
最早的单层衬砌结构形式主要是单层衬砌混凝土加锚杆构成的支护体系,后来逐渐发展出现了两层或多层的喷混凝土构造。
目前国内的隧道主要采用复合式衬砌,单层衬砌应用较少,对于单层衬砌设计的研究就更少,铁路隧道设计规范中仅推荐在“地下水不发育的Ⅰ、Ⅱ级围岩的短隧道,可以采用锚喷衬砌”。
实际上,单层衬砌相对于复合式衬砌,具有工序简化、施工快速、经济合理等多方面的优点,国内外的实践也证明单层衬砌可以满足耐久性的要求,并可推广使用。
对于单层衬砌的设计方法,主要有基于挪威法的Q 系统支护设计法、极限状态法以及基于能量守恒的能量原理设计法,目前应用较为广泛的是基于挪威法的Q 系统支护设计法。
单层衬砌结构设计方法说实话单层衬砌结构设计方法这事,我一开始也是瞎摸索。
我就知道这是个不简单的活儿,因为要考虑好多方面的东西。
我最初想啊,那我就根据以前类似项目的经验来呗。
我找了几个看起来差不多的项目,直接套用人家的衬砌厚度、材料这些数据,想着应该差不离儿。
结果呢,被现实狠狠地打了脸。
按我这样弄出来的设计,在模拟应力测试的时候,好多地方都不合格,不是这儿应力集中了,就是那儿承受不住压力。
我就想啊,这可不行啊,咋就出问题了呢。
后来我就开始从最基本的荷载计算入手。
我就把这个荷载想象成是一群人在往这个衬砌结构上施加压力。
像是隧道衬砌,有上方岩土的压力,那就像有一堆东西重重地堆在上面。
我得精确地算出这个重量到底有多少,还得考虑会不会突然有额外的冲击力,好比突然来个地震啥的,那这个力量又得重新计算进去。
这一步我走得可小心了,反反复复核对了好多遍数据,毕竟要是这步错了,后面就都错了。
材料的选择也是个大问题。
我试过一些比较便宜的材料,觉得可能省钱,就往设计里放。
可是这材料的强度不够啊。
我当时就像一个吝啬的小商贩,只想省钱,却忘了东西质量得能过关啊。
之后我就明白了,得多看看不同材料的性能,不能只看价钱。
得像挑水果一样,挑那种个头又大,味道又甜,还不容易坏的。
对于衬砌结构来说,就是强度要高,耐久性要好的材料。
再来说说衬砌的形状设计。
我一开始只想着简单点,就用了个最普通的圆形设计,想着这不是通用的嘛。
但是后来发现,根据不同的地质条件,圆形可能不是最适合的。
比如在某些地层比较软,而且侧向压力比较大的地方,椭圆形的衬砌结构可能能更好地分散压力。
我就像个裁缝一样,得根据这个地方的身材,也就是地质情况,裁剪出最合适的衣服形状。
还有防水这方面我也差点忽略掉。
我光想着结构本身的稳固了,水要是渗进来,就像房子里漏雨一样,时间一久会破坏整个衬砌结构。
所以在设计的时候,就得考虑防水层怎么合理地设置,就像在屋子里给屋顶做好防水措施一样。