隧道结构构造详解.ppt

第四章隧道结构包括经营管理、维护养护、给水排水、蓄电发电、通风、照明、通信、安全等建设的结构。主体建筑物、附属建筑物、隧道结构、为了维持隧道的稳定和行驶安全而建造的人工永久建筑物、第四章隧道结构、除主体建筑物以外保证隧道正常使用所需的各种辅助设施、洞身结构、洞门、明洞、第一节洞身衬砌、第三节隧道洞门、第二节明洞、 第四节隧道附属建筑物，第一节洞身衬砌二、一体化建筑混凝土衬砌(单层衬砌)，一、隧道衬砌概要，三、装配式衬砌，四、锚固式衬砌，五、复合式衬砌，六、其他衬砌结构类型，七、隧道衬砌的其他结构要求，一、隧道衬砌概要，(一)衬砌概念，(三)衬砌类型，(三)衬砌类型支护方式，外支护，内支护，混合支护，(1)保证衬砌概念，施工安全，加固岩体，阻止围岩变形坍塌而设置的临时支护措施，常用支护形式为木支护，型钢支护，格栅支护，锚固支护等，为保证隧道中使用的空间和结构安全而设置的永久衬砌结构。 实际上，衬砌主要是作为永久支护的结构，从人工建设的支护结构，广义衬砌，一次支护，二次支护，(初期支护)，(二次衬砌)，(永久支护)，(二)衬砌材料，2 )经济的观点出发，满足现场采访，降低成本，施工方便，易于机械化的施工等。 1、混凝土、3 .钢筋混凝土、4 .石材和混凝土砌块、2 .片石混凝土、5 .喷雾混凝土、7 .组装式材料、6 .锚杆和钢结构、要求、1 )必须具有足够的强度、耐久性、耐久性、耐腐蚀性和耐冻性等。 混凝土、优点、整体性好，既可以现场浇筑，也可以在加工厂预制，还可以机械化施工。 水泥配合外加剂，可以提高混凝土的性能。 缺点，注入后不能立即承受负荷，需要养护，达到规定强度后脱模，占用的模板和拱门较多。 普通混凝土的耐侵蚀性差。公路隧道施工各部位的建筑材料、铁路隧道衬砌建筑材料、3 .钢筋混凝土主要通过洞门、明洞衬砌等明挖地区，或隧道通过地震地区、偏压、断层破碎带、淤泥、流沙等不良地质地区。 2 .片石混凝土，铁路隧道，为节约水泥，在岩层较好的地区墙上铺上垫子，片石混凝土(片石掺量不得超过总体积的20% )。 另外，在拱形线以上的1m以外的部分存在过孔的情况下，也可以用片石混凝土填埋该过孔部分。 所选石材坚硬，其强度等级不得低于MU40。 采用裂缝和易风化石材，不得保证质量。 公路隧道衬砌一般不使用。 背拱的充填或仅超挖部分可使用石砌混凝土。 片石配合量不得超过总体积的30%。4 .石材和混凝土砌块现场取材，降低成本，保证衬里厚度，能快速承受载荷，节约水泥和模具，耐久性和耐腐蚀性好。 整体性差，接缝易漏水，防水性能差，施工主要手工进行，机械化施工困难，费时费力，施工进度慢，且建筑技术要求高。 块石强度等级不在MU60以下，块石强度等级不在MU20以下，不得采用裂纹和易风化石材。 长处、短处、洞门屏障、挡土墙、明线路缘石等仍可使用。 5 .喷射混凝土，喷射混凝土是用混凝土喷射机高速喷射混凝土的干拌材料，速凝剂和水凝结在干净的岩石表面。 其致密性高，能快速封闭周围岩石裂缝。与岩石表面紧密接触，初期强度高，可立即封闭岩面进行保护，也是喷雾混凝土中加入纤维类材料提高性能的理想衬砌材料。 在普通铁路隧道中，喷射混凝土材料可用作中内层衬砌，强度等级在C20以上，水泥标签在125号以上，优先选用普通硅酸盐水泥。 细骨料采用坚硬耐久的中砂或粗砂，纤度系数大于15，砂含水率为5%7%； 粗骨料采用坚硬耐久的砾石和砂砾，粒径不得超过15mm。 我国高速铁路隧道不使用喷射混凝土作为内层衬砌。 6 .锚杆和钢结构、锚杆是插入围岩中的棒状部件，可以加固围岩。 分为机械型锚杆、粘结型锚杆和预应力锚杆。 锚杆体直径为2032mm，杆体材料优选采用HRB335、HRB400钢的垫板材料优选采用HPB235钢。 锚杆用各种水泥砂浆的强度不得低于M20。 钢筋网材料采用HPB235钢，直径以612mm为宜。 钢架是为了强化支撑刚性而放置在初期支撑和二次衬砌上的型钢支撑和格栅钢支撑。 初期支护采用的钢架应用h形、工字形、u形型钢制作，也可以用钢管或钢轨制作。7 .装配式材料、屏蔽法施工，其衬砌材料常采用装配式材料，如钢筋混凝土大型预制板、带肋铸铁预制板。 在建造棚式明洞(简称棚洞)时，还可以利用砌块或梁来组装棚式棚洞或梁式棚洞。 采用新奥法施工时，为了防水、防滑落石和美观的要求，还可添加远离墙壁的结构，常用材料有波纹钢拱形大型组装预制件，有时可用玻璃钢代替钢材等。 为了提高孔内照明、防水、通风、美观、视线诱导和噪音降低等原因，可在衬砌内表面粘贴各种内饰材料。(三)衬砌类型，1 .单层衬砌(一体化混凝土衬砌)，3，锚喷式衬砌，4，复合衬砌，2，装配式衬砌，1 .单层衬砌(一体化混凝土衬砌)，技术成熟，适应多种围岩条件。 在隧道洞口、浅埋段和围岩条件差的软弱围岩中采用一体化衬砌是可靠的。 注入凝聚士或钢筋凝聚士作为材料。 根据传统松弛载荷理论进行设计与施工。 其工艺流程适用于立式灌筑养护脱模，特点：对地质条件适用性强，易于成形，整体性好，耐渗性强，适用于各种施工条件，如木材、钢模板和衬砌型台车等。2、装配型衬砌、装配型衬砌将衬砌分解成几个部件(也称为管子)，这些部件在现场或工厂预装配，设置在现场。 1 )地质条件好，围岩稳定，地下水少，有场所，施工部门有制造、运输、涂装衬砌的设备，有控制钻井和涂装技术的经验，可以涂装衬砌。 2 )采用屏蔽施工，考虑二次衬砌时，也应采用拼接式衬砌，迅速形成一次衬砌的强度。 适用条件是根据传统松弛荷载理论设计的，根据现代围岩荷载理论设计的，3、锚喷式衬砌是锚喷结构成为隧道临时支护和隧道永久结构的形式。 在IV-VI级围岩中，不应单独采用气锚保护作为永久衬砌，I、ii级等围岩良好，被认为可以在完整、稳定的地区采用。 不要采用隧道洞口。 适用：喷射混凝土以压缩空气为动力，将配合速凝剂的混凝土拌和材料与水合成浆状，喷射到矿井岩壁上凝结。 岩壁不稳定时，可安装锚杆、金属网和钢结构构成“锚固衬砌”，又称“锚固衬砌”。膨胀性围岩粘土质粘着的软岩大面积涌水区域堆积层、破碎带等不良地质地区对衬砌有特殊要求的隧道和地段，如开口部的地段， 要求衬砌内轮廓整齐的辅助坑道或其他隧道与主隧道的连接处和附近区域有高防水要求的隧道围岩和霸盖过薄，其上有建筑物，不能沉静或拆除的人等地下水有侵蚀性，引起喷射混凝土和锚固材料的腐蚀不宜采用锚杆作为永久衬砌时，4、复合衬砌、复合衬砌与单层厚壁型建筑混凝土衬砌不同，衬砌可分为两层以上，采用相同类型、方法和材料施工，也可采用不同类型、方法、时间和材料施工。 外衬主要是以喷射混凝土和锚杆为基本组合形式的一系列现代隧道支护，内层衬砌有多种材料和结构形式，但在当地以混凝土为模型为主。 根据现代围岩负荷理论进行设计与施工。 我国铁路隧道、高档公路隧道已采用复合式衬砌。 二、整体混凝土衬砌(单层衬砌)、整体混凝土衬砌是传统的衬砌结构形式，采用传统的矿山法施工隧道，广泛应用整体衬砌，不考虑围岩的承载作用，主要以衬砌结构刚度防止地层变形，承受围岩压力，应用传统的松弛载荷理论设计。 整体建造混凝土衬砌，在矿井内竖起触摸板、拱桥，浇灌混凝土，具有较大的厚度和刚性。 适用于不同的地质条件，必要时易成形，整体性强，耐渗性好，且适用于多种施工方法，因此在我国隧道施工中广泛应用，技术成熟，适用多种围岩条件，尤其是在隧道洞口、浅埋区及围岩不好的软弱围岩中采用整体衬砌是可靠的。 其工艺流程为：立式-灌筑-养护-脱模、二、一体化混凝土衬砌(单层衬砌)、(一)直壁型衬砌、(二)曲壁型衬砌、(三)公路隧道一体化衬砌设计的基本要求、(二)结构组成、一、适用条件、一体化衬砌混凝土衬砌主要通过调整截面形状和衬砌厚度来适应不同的地质条件，(一)直墙式衬砌地质条件较好，以垂直围岩压力为主，适用于水平围岩压力较小的情况，主要适用于、级围岩，也适用于级围岩。 1、适用条件、(1)直壁式衬砌、(2)上部拱、(3)结构组成、(1)半衬砌(省略边缘墙)、(2)大拱、(3)降低边缘墙建筑材料等级或采用花边墙)、(1)半衬砌(省略边缘墙)、(1)直壁式衬砌、地质条件极为良好， 要注意岩层坚硬地下水不侵入的情况，对于一些侧压较大的柔软岩层和土层，直壁不能承受的在拱上搭建支架支撑拱门，两侧的岩壁喷射面风化和阻止少量地下水的渗透。 (2)大拱脚采用先拱后壁法施工，为了节约市工，采用大拱脚薄的缘壁衬砌，最大的问题是大拱脚支撑台的施工困难，在非均质岩层中用挖掘法很难制作整齐的稳定支撑台。 (3)降低边墙建筑材料等级或采用花边墙，地质条件尚好，侧压低，如围岩完整性较好的-类围岩中，不宜采用半衬砌，可以简化边墙降低边墙建筑材料等级，减少混凝土边墙曲壁式衬砌适用于地质条件较差、岩体松散破碎、强度不高、有地下水、横向水平压力相当大的情况。 主要适用于级以上围岩或级围岩双线。 多线隧道也采用曲壁有背拱的衬砌。 (二)曲壁式衬砌、1、适用条件、(二)曲壁式衬砌、2、结构组成、背拱的作用？ 抵抗底部围岩的压力，防止衬砌沉降，将衬砌做成环状的封闭整体构造，提高衬砌的承载能力。上拱、侧面曲边墙、底部背拱或地基、道路隧道通常跨度大，内轮廓接近极限的高度小于铁路双线隧道，拱部通常比铁路隧道平坦，墙的高度稍低。 为了减少拱肩和墙部的拉伸应力，提高围岩和结构的稳定性，衬砌结构形式应采用曲壁衬砌。 (3)公路隧道一体化衬砌设计的基本要求；(1)一体化衬砌断面可设计为等断面或变断面。 整体式衬砌断面可以设计成直墙式或曲墙式，在设置仰拱的地区，仰拱和边墙应用小半径曲线连接，以避免急剧弯曲和拐角以减少围岩和衬砌的应力集中，仰拱的厚度与边墙的厚度相同。 (2)明洞衬砌与孔内衬砌的边界或不设明洞的开口段衬砌，应在距开口5-12m的位置设置沉缝，在孔中，在软岩地层清晰的边界设置沉缝的连续v、Vl级围岩应每隔30-80m设置沉缝。 公路隧道一般宽，内轮廓接近极限的高度小于铁路双线隧道，拱部一般比铁路隧道平坦，墙壁高度稍低。 为了减少拱肩和墙部的拉伸应力，提高围岩和结构的稳定性，衬砌结构形式应采用曲壁衬砌。 (4)设置沉降缝、伸缩缝的目的是完全分离不同承载能力结构、不同围岩压力的结构，所产生的沉降变形和受力变形各自独立。 隧道结构设置变形缝隙，缝隙内设置一定厚度的隔离层，采用沥青板或沥青麻丝是多年的做法，也可采用具有一定耐久性的柔软材料。 沉缝、伸缩缝的宽度必须大于20mm，缝内可夹入沥青板或沥青麻线。 伸缩缝、沉降缝应垂直于隧道轴线设置。 (5)沉缝、伸缩缝可兼作施工缝。 在设有下沉缝、伸缩缝的位置，施工缝请调整到相同的位置。 同时，下沉缝、伸缩缝与相邻施工缝的距离一般在5m以上，是为了保证一次打衬的长度。 (6)在没有设置仰拱的地区，衬砌边墙的基础应该放在牢固的基础上，但是边沟挖掘会损害地基的整体性，边墙不得弯曲。 开口端壁式洞门基础深度大，洞门壁基坑开挖可能对隧道衬砌边墙基础造成损伤，在洞门壁厚度范围内，边墙基础应深至与洞门壁基础相同的高度。 (3)在寒冷与炎热的温差大的地区，特别是最冷的月平均气温低于-15的寒冷地区，必须在距离开口部100-200m范围的复盖部增设伸缩狭缝。 (8)隧道横孔是指汽车的横通道、通风道等与主孔的连接部形成交叉路口。 在交叉路段，由于暴露空间大，结构复杂，为了保证结构强度，防止裂缝，要求交叉路段采用钢筋混凝土结构。 (九)地震发生地区调查资料显示，地下结构具有较高的抗震能力。 在地震峰值加速度系数小于0.2的地区，一般地震对地下构造影响不大的地震峰值加速度系数超过0.2的地区，资料较少，不能保证地震发生时隧道衬砌不会破裂或破坏。 因此，开口和软弱围岩区衬砌宜采用钢筋混凝土结构。 (10 )采用钢筋混凝土衬砌结构时，混凝土强度等级不低于C25，受力主筋网保护层厚度不低于40mm。 (7)地形、地质构造造造成围岩松动、滑动产生明显偏压的地区、施工工程造成临时偏压的地区、受到非对称围岩压力的设计应采用抗偏压衬砌。根据国内工程实例调查，偏压状态一般出现在开口处，容易发生裂纹，偏压衬砌优选采用钢筋混凝土结构。 三、装配式衬砌、装配式衬砌将衬砌分解成几个部件(也称管子)，这些部件在现场或工厂预装，运送到现场安装。 依据传统松弛载荷理论设计，依据现代围岩负荷理论设计，4 .组装式衬砌的结构要求，3 .组装式衬砌的优缺点，1 .组装式衬砌的结构目的，3 .组装式衬砌，2 .组装式衬砌的适用条件，1 )地质条件好，围岩稳定，地下水少，有地点，施工部门有制造、运输和组装衬砌的设备2 )采用屏蔽施工，考虑二次衬砌时，也应采用拼接式衬砌，迅速形成