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d6p隧道工程质量控制与管理.pdf

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d6p隧道工程质量控制与管理.pdf

第六篇隧道工程施工质量控制与管理第一章隧道结构构造概论隧道结构构造,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它建筑物,是为了运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。第一节衬砌材料与构造一、衬砌材料隧道是埋藏在地层深处的工程建筑物,其衬砌通常需要承受较大的围岩压力、地下水压力、有时还要受到化学物质的侵蚀,地处高寒地区的隧道往往还要受到冻害等。所以,要求用于衬砌的材料应具有足够的强度、耐久性、抗渗性、耐腐蚀性和抗冻性等。另一方面,隧道是大型工程构造物,每米隧道都需要大量建筑材料,工程量很大。所以,从经济观点看,衬砌材料应当是价格便宜,就地取材,便于机械化施工的。通常采用以下材料混凝土。这种材料的优点是整体性好,既可以在现场浇注,也可以在加工场预制,第一章隧道结构构造概论而且可以机械化施工。其本身密实性较好,具有一定的抗渗性。如果在水泥中掺入密实性附加剂,可以提高混凝土的密实度,从而改善混凝土的防水性能。或者使用减水剂,提高混凝土的密实程度,改善混凝土的抗渗性能。混凝土可以根据需要加入其它附加剂,如低温早强剂,常温早强剂,速凝剂,缓凝剂,塑化剂,加气剂等,来满足使用和施工上的需要。配制混凝土还可以根据需要选择合适的水泥,例如具备快硬,高强特性的有快硬硅酸盐水泥,具备快硬早强特性的有硅酸盐膨胀水泥和石膏矾土膨胀水泥,具备抗渗防水特性的有大坝水泥和防水水泥,具备抗硫酸盐侵蚀的抗硫酸盐硅酸盐水泥,以及塑化水泥,加气水泥等。配制有抗冻要求的混凝土时,在寒冷地区水泥标号不小于号,在严寒地区不宜低于号。混疑土材料的缺点是灌注后不能立即承受荷载,需要进行养生,需要达到一定强度才能拆模,占用的模板和拱架较多。普遍混凝土的耐侵蚀能力较差。钢筋混凝土。隧道施工时,暗挖部分就地绑扎钢筋比较困难,通常不采用现浇钢筋混凝土。在明挖地段可以采用。通过不良地质地段时,往往采用废旧钢轨或焊接钢筋骨架(花拱)灌注钢筋混凝土。所用混凝土标号为号。喷射混凝土。喷射混凝土是将混凝土干拌合料、速凝剂和水,用混凝土喷射机高速喷射到洁净的岩石表面上疑结而成的。其密实性很高,能封闭围岩的裂隙。密贴于岩石表面,早期强度高,能很快起到支护作用,是一种理想的衬砌材料。锚杆与喷锚支护。锚杆是用机械方法加固围岩的一种材料。种类很多,通常可分为机械型锚杆和粘结型锚杆。围岩不够稳定时,还可以张挂金属网。设置锚杆再加喷混凝土时,即为喷锚支护。石料。在隧道衬砌中不得使用有裂隙和风化的石料,石料标号不应低于号,用于砌筑的砂浆为号。石衬砌材料的优点是材料来源广,可以就地取材。砌好后能较早地承受荷载,可以节省水泥和模板。其缺点是砌缝多,容易漏水,施工主要靠手工操作,费工费时,需要大量熟练工人,目前还不能机械化施工。现在已很少采用石料衬砌,但洞门挡墙、挡土墙、路缘石、人行道盖板等仍可使用。超挖部分可以使用片石混疑土回填。装配式材料。在软土地区修筑隧道时,常用盾构法施工,其衬砌材料往往采用装配式材料,如钢筋混凝土大型预制块,有加筋肋的铸铁预制块。在修筑棚式明洞(简称棚洞)时,又可用预制板或梁装配板式棚洞或梁式棚洞。用新奥法施工时,为了防水,防落石和美观还可以加设离壁式结构,常用的材料有波纹钢拱式大型装配预制件,有时可以第六篇隧道工程施工质量控制与管理用玻璃钢代替钢材等。二、洞身衬砌类型山岭隧道与软土隧道、水下隧道相比较,由于其受力、施工方法等存在差异,在结构型式上有很大差别。即使山岭隧道,也因人们对围岩压力和衬砌结构所起作用的认识有所发展,而使结构型式发生很大变化。直墙式衬砌。直墙式衬砌型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。一般适用于,类围岩,有时也可用于类围岩。对于道路隧道,宜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,若时即为割圆拱(见图)。图直墙式衬砌如果围岩完整性比较好,在类围岩中,边墙可以采用连拱或柱,称为连拱边墙或柱式边墙,见图。图连拱边墙及柱式边墙第一章隧道结构构造概论为了节省圬工,在类围岩中,可以采用大拱脚薄边墙衬砌,见图。如果具备喷混凝土条件时,边墙可以用喷混凝土代替。该法是个局限性很大的方法,最大的问题是大拱脚支座施工困难,在非均质岩层中很难用钻爆法做出整齐稳定的支座。所以在这种较好围岩中,莫如优先考虑喷锚支护。图大拱脚薄边墙衬砌曲墙式衬砌。通常在类以下围岩中,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,见图。图曲墙式衬砌喷混凝土衬砌、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,这里仅介绍其结构型式。为了使喷混凝土结构的受力状态臻于理想化,要求用光面爆破开挖,使洞室周边平第六篇隧道工程施工质量控制与管理顺光滑,成型准确,减少超挖欠挖。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。待初次支护的变形基本稳定后,进行现浇混凝土二次衬砌,即为复合式衬砌。为使衬砌的防水性能可靠,保持无渗漏水,采用塑料板作复合式衬砌中间防水层是比较适宜的,见图。上述岩石隧道衬砌结构构造根据需要与可能,往往需要进行内装。圆形断面隧道。为了抵御膨胀性围岩压力,山岭隧道也可以采用圆形或近似圆形断面,因为需要较大的衬砌厚度,所以多半在施工时进行二次衬砌。对于水底隧道,由于水压力较大,采用矿山法施工时,也多半用二次衬砌,或者采用铸铁制的方形节段。水底隧道广泛使用盾构法施工,其断面为全圆形。通常用预制的方形节段在现场拼装。此时,在顶棚以上的空间和路面版以下的空间可以用作通风管道,车行道两侧的空间可以设置人行道或自行车道,有剩余空间时还可以设置电缆管道等。水底隧道的另一种施工方法是沉管法,有单管和双管之分,其断面可以是圆形,也可以是矩形。图喷锚衬砌与复合衬砌岩石隧道掘进机是开挖岩石隧道的一种机械化切削机械,其开挖断面通常为圆形,开挖后可以用喷混凝土衬砌、喷锚衬砌或拼装预制构件衬砌等多种型式。矩形断面衬砌。如上所述,用沉管法施工时,其断面可以用矩形型式。用明挖法施工时,尤其在修筑多车道隧道时,其断面广泛采用矩形。这种情况,回填土厚度一般较小,加之在软土中修筑隧道时,软土不能抵御较大的水平推力,因而不应修筑拱形隧道。另一方面,矩形断面的利用率也较高,见图。城市中的过街人行地道,通常都在软土中通过,其断面也是以矩形为基础组成的。第一章隧道结构构造概论图矩形断面衬砌三、衬砌基本尺寸拟定隧道衬砌基本尺寸的拟定,包括确定衬砌内轮廓线、轴线、截面厚度以及外轮廓线等尺寸。对于矩形断面、圆形断面、直墙式衬砌的边墙等,在计算上一般不存在困难。但是对于三心圆拱、曲墙等,计算时则比较繁琐。虽然均系几何上的换算,为了计算方便,把常用的换算式记在下面,以便使用。衬砌内轮廓道路隧道内轮廓线的尺寸计算,参见图。图内轮廓计算图式,,()式中公路建筑限界宽度,其值为行车道宽度加上两侧路缘带与人行道宽度的总和,两侧还应分别加上./01的施工误差拱顶至拱脚的矢高,按通风量所需通风道面积确定,并保证拱轴线受力合理2第六篇隧道工程施工质量控制与管理内径画出的圆曲线的终点截面与竖直面的夹角内径、的圆心与之间的水平距离。以上个参数必须根据限界要求预先给定,代入()式后解出其余个参数,及其中,第一个内径和第二个内径拱脚截面与竖直截面的夹角。曲墙式边墙内径由参数及确定,见图。图边墙内径的计算图式(,.)/01}()2轴线与外轮廓线对于拱的轴线和外轮廓线的计算,不存在困难。等截面拱的计算比较简便,变截面拱圈尺寸的计算,则比较繁琐,参见图/,可按以下公式计算0030(0024)(0)(.).5502405502405024(0240024)(0240)(.)024.()式中,外轮廓线半径5、5轴线半径第一章隧道结构构造概论图变截面拱圈尺寸的计算图式及水平线以上部分曲边墙尺寸计算图式、、、意义同前,均为已知。为拱顶厚度,为拱脚截面厚度,二者都是预先设定的。若预先设定和时,则水平线以上部分曲边墙尺寸计算公式如下,,(,)./,,0./,,0./,,1,0,(2)23第六篇隧道工程施工质量控制与管理

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