隧道工程基础知识三

隧道工程基础知识

主讲人xxx隧道的概念及交通隧道简介隧道横断面隧道支护结构洞门与明洞附属建筑物主要内容隧道的概念及交通隧道简介隧道通常指用作地下通道的工程建筑物。1970年国际经济合作与发展组织召开的隧道会议综合了各种因素，对隧道所下的定义为：“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2m2的洞室。”隧道的概念及交通隧道简介隧道分类比较明确的是按照隧道的用途来划分，主要有以下四种：（一）交通隧道（二）水工隧道（三）市政隧道（四）矿山隧道介绍此类！1铁路隧道从1829年开始兴建铁路隧道以来到1990年的160年间，在世界各国已建成超过12000km的铁路隧道，约占世界铁路总长的1%左右。修建铁路隧道可大幅度缩短线路长度，降低线路标高，改善通过不良地质地段的条件，降低铁路造价等。交通隧道隧道的概念及交通隧道简介交通隧道1铁路隧道乌鞘岭隧道隧道的概念及交通隧道简介交通隧道1铁路隧道大瑶山隧道隧道的概念及交通隧道简介交通隧道1铁路隧道军都山隧道隧道的概念及交通隧道简介2公路隧道随着社会生产的发展，高速公路的出现，要求线路顺直、平缓、路面宽敞，于是在穿越山区时，也常采用隧道方案。此外，在城市附近，为避免平面交叉，利于高速行车，也常采用隧道方式通过。交通隧道隧道的概念及交通隧道简介交通隧道2公路隧道终南山隧道隧道的概念及交通隧道简介交通隧道2公路隧道道雪峰山隧道隧道的概念及交交通隧道简介交通隧道2公路隧道道雁门关隧道隧道的概念及交交通隧道简介3水底隧道道当交通线横跨河河道时，采用水水底隧道，既不不影响河道通航航，也避免了风风暴天气轮渡中中断的情况，而而且在战时不致致暴露交通设施施的目标，防护护层厚，是国防防上的较好选择择。为横跨黄浦浦江，上海已修修建了全长2793m的水底底隧道，广州地地铁穿越珠江，，武汉地铁穿越越长江都修建了了水底隧道。交通隧道隧道的概念及交交通隧道简介交通隧道3水底隧道道武汉长江隧道隧道的概念及交交通隧道简介4地下铁道道地下铁道是解决决大城市交通拥拥挤、车辆堵塞塞等问题，且能能大量快速运送送乘客的一种城城市交通设施。。它可以使很大大一部分地面客客流转入地下，，可以高速行车车，且可缩短车车次间隔时间，，节省了乘车时时间，便利了乘乘客的活动。在在战时，还可以以起到人防的功功能。交通隧道隧道的概念及交交通隧道简介交通隧道4地下铁道道地铁车站隧道的概念及交交通隧道简介5航运隧道道当运河需要越过过分水岭时，克克服高程障碍成成为十分困难的的问题，一般需需要绕行很长的的距离。如果修修建航运隧道，，把分水岭两边边的河道沟通起起来，既可以缩缩短航程，又可可以省掉船闸的的费用，迅速而而顺直地驶过，，航运条件就大大为改善了。交通隧道隧道的概念及交交通隧道简介6人行地道道城市闹市区行人人众多，而且与与车辆混行，偶偶有不慎便会发发生交通事故。。为了提高交通通运送能力及减减少交通事故，，除架设街心高高架桥外，也可可以修建人行地地道和地下立交交车道。交通隧道隧道的概念及交交通隧道简介交通隧道6人行地道道青岛龙山地下商商业街隧道的概念及交交通隧道简介隧道净空空是指隧隧道衬砌砌的内轮轮廓线所所包围的的空间。。铁路隧隧道净空空是根据据“隧道道建筑限限界”确确定的，，而“隧隧道建筑筑限界””是根据据“基本本建筑限限界”制制定的，，“基本本建筑限限界”又又是以““机车车车辆限界界”制定定的。“限界””是一种种规定的的轮廓线线，这种种轮廓线线以内的的空间是是保证列列车安全全运行所所必需的的。“建筑限限界”是是建筑物物不得侵侵入的一一种限界界。隧道横断断面（一）隧隧道净空空1.机车车车辆限限界机车车辆辆最外轮轮廓的限限界尺寸寸。2.基本本建筑限限界线路上各各种建筑筑物和设设备均不不得侵入入的轮廓廓线。3.隧道道建筑限限界包围“基基本建筑筑限界””外邻的的轮廓线线。要比比“基本本建筑限限界”大大，留出出空间用用于安装装通讯信信号、照照明、电电力(接接触网)等设备备。4.直线隧道净空空“直线隧隧道净空空”比““隧道建建筑限界界”稍大大，除了了满足限限界要求求外，考考虑避让让、救援援通道，，还考虑虑了衬砌砌结构的的合理受受力形状状(拱部采用三心心圆，边墙采用直墙墙式或曲曲墙式)及施工工方便等等因素。。隧道横断断面（一）隧隧道净空空隧道横断断面（一）隧隧道净空空隧道横断断面（一）隧隧道净空空隧道横断断面（二）曲曲线加宽宽（1）车车辆通过过曲线时时，转向向架中心心点沿线线路运行行，而车车辆本身身却不能能随线路路弯曲，，仍保持持其矩形形形状，，故其两两端向曲曲线外侧侧偏移(d外)，中间间向曲线线内侧偏偏移(d内1），如图图2-4-8所所示。隧道横断断面（二）曲曲线加宽宽（2）由由于曲线线外轨超超高，车车辆向曲曲线内侧侧倾斜，，使车辆辆限界上上的控制制点在水水平方向向上向内内移动了了一个距距离d内2，如图2-4-9所示示。据此此，曲线线隧道净净空的加加宽值为为隧道衬砌砌构造开挖后的的隧道，，为了保保持围岩岩的稳定定性，一一般需要要进行支支护和衬衬砌。支护的主要方方式有：：锚杆、、钢架、、钢筋网网、喷射射混凝土土及其组组合；衬砌的主要方方式有：：整体式式混凝土土衬砌、、拼装式式衬砌、、喷射混混凝土衬衬砌和复复合式衬衬砌等。。隧道支护锚杆是将破破碎或不稳稳定岩体(块)与牢牢固稳定的的岩体连结结在一起以以提高整体体稳定性的的一种支护护措施。（一）锚杆杆隧道支护（一）锚杆杆隧道支护（一）锚杆杆隧道支护当围岩软弱弱、破碎严严重且自稳稳性差时，，隧道开挖挖后，需要要及时提供供足够强的的支护约束束围岩变形形。在初期期支护内设设置钢拱架将增大支护护结构早期期的刚度，，阻止围岩岩的过度变变形并承受受部分的松松弛荷载。。钢架分为为型钢和格格栅钢架两两种。（二）钢架架隧道支护（二）钢架架（型钢））型钢钢架接接头(尺寸寸单位:mm)隧道支护（二）钢架架（格栅））隧道支护（二）钢架架（格栅））隧道支护（三）钢筋筋网钢筋网喷射射混凝土是是在喷射混混凝土之前前，在岩面面上挂设钢钢筋网，然然后再喷射射混凝土。。目前，我我国在各类类隧道工程程中应用钢钢筋网喷射射混凝土支支护的比较较多，主要要用于软弱弱破碎围岩岩，而更多多的是与锚锚杆或者钢钢拱架构成成联合支护护。钢筋网通常常作环向和和纵向布置置。环向筋筋一般为受受力筋，由由设计确定定，直径12mm左左右；纵向向筋一般为为构造筋，，直径6~10mm；网格尺尺寸一般为为20cmx20cm,20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm或30cmx30cm。隧道支护（三）钢筋筋网隧道支护（四）喷混混凝土喷射混凝土土既是一种种新型的支支护结构，，又是一种种新的施工工工艺。它它是使用混混凝土喷射射机，按一一定的混合合程序，将将掺有速凝凝剂的细石石混凝土，，喷射到岩岩壁表面上上，并迅速速固结成一一层支护结结构，从而而对围岩起起到支护作作用。喷射混凝土土可以作为为隧道工程程的永久性性或临时性性支护，也也可以与各各种形式的的锚杆、钢钢拱架、钢钢筋网等构构成组合式式支护结构构。它的灵灵活性也很很大，可以以根据需要要分次追加加厚度。隧道支护（四）喷混混凝土隧道支护（五）多种种措施组合合支护隧道支护（五）多种种措施组合合支护隧道衬砌隧道开挖后后，以较大大厚度和刚刚度的整体体模筑混凝凝土作为隧隧道的结构构。整体式衬砌砌按照工程程类比、不不同围岩级级别采用不不同的衬砌砌厚度。其其形式有直直墙式和曲曲墙式两种种，而曲墙墙式又分为为有仰拱和和无仰拱两两种。（一）整体体式混凝土土衬砌隧道衬砌构构造1）直墙式式衬砌适用于地质质条件比较较好，以垂垂直围岩压压力为主而而水平围岩岩压力较小小的情况。。主要适用用于Ⅰ~ⅢⅢ级围岩，，直墙式衬衬砌由上部部拱圈、两两侧竖直边边墙和下部部铺底三部部分组合而而成。（一）整体体式混凝土土衬砌拱顶拱腰拱脚墙脚铺底隧道衬砌构构造（一）整体体式混凝土土衬砌隧道衬砌构构造2）曲墙式式衬砌曲墙式衬砌砌适用于地地质较差，，有较大水水平围岩压压力的情况况。主要适适用于Ⅳ级级及以上的的围岩，或或Ⅲ级围岩岩双线隧道道；多线隧隧道也采用用曲墙有仰仰拱的衬砌砌。曲墙式衬砌砌由顶部拱拱圈、侧面面曲边墙和和仰拱/底底板(或铺铺底)组成成。（一）整体体式混凝土土衬砌拱顶拱腰拱脚墙脚仰拱隧道衬砌构构造2）曲墙式式衬砌（一）整体体式混凝土土衬砌2）曲墙式式衬砌在Ⅳ级围岩岩无地下水水，且基础础不产生沉沉降的情况况下可不设设仰拱，只只做铺底；；一般均需需设仰拱，，以抵御隧隧道底部的的围岩压力力和防止衬衬砌沉降，，并使衬砌砌形成一个个环状的封封闭整体结结构，以提提高衬砌的的承载能力力。隧道衬砌构构造2）曲墙式式衬砌（一）整体体式混凝土土衬砌隧道衬砌构构造复合式衬砌砌是指把衬衬砌分成两两层或两层层以上，可可以是同一一种形式、、方法和材材料施作的的，也可以以是不同形形式、方法法、时间和和材料施作作的。目前大都采采用内外两两层衬砌。。按内外衬衬砌的组合合情况可分分为：初期期支护与二二次衬砌。。根据围岩岩条件不同同，分别采采用不同的的断面形式式和支护、、衬砌参数数。（二）复复合式衬砌砌隧道衬砌构构造复合式衬砌砌是先在开开挖好的洞洞壁表面喷喷射一层早早强的混凝凝土(有时时也同时施施作锚杆)，凝固后后形成薄层层柔性支护护结构(称称初期支护护)。它既既能容许围围岩有一定定的变形，，又能限制制围岩产生生有害变形形，其厚度度多在5~20cm之间。。一般待初期期支护与围围岩变形基基本稳定后后再施作内内衬。为了了防止地下下水流入或或渗入隧道道内，可以以在外衬和和内衬之间间设防水层层，其材料料可采用软软聚氯乙烯烯薄膜、聚聚异丁烯片片、聚乙烯烯等防水卷卷材，或用用喷涂防水水涂料等。。（二）复复合式衬砌砌隧道衬砌构构造复合式衬砌砌可以满足足初期支护护施作及时时、刚度小小、易变形形的要求，，且与围岩岩密贴，从从而能保护护和加固围围岩，充分分发挥围岩岩的自承作作用。二次衬砌后后，衬砌内内表面光滑滑平整，可可以防止外外层风化，，装饰内壁壁，增强安安全感，是是一种合理理的结构形形式，也是是目前公路路、铁路隧隧道主要的的结构形式式。（二）复复合式衬砌砌隧道衬砌构构造（二）复复合式衬砌砌隧道衬砌构构造锚喷式衬砌砌是指锚喷喷结构既作作为隧道临临时支护，，又作为隧隧道永久结结构（单层层衬砌）的的形式。它它具有隧道道开挖后衬衬砌及时、、施工方便便和经济的的显著特点点。锚喷式衬砌砌在围岩整整体性较好好的军事工工程、各类类用途的使使用期较短短及重要性性较低的隧隧道中广泛泛使用。在在公路、铁铁路隧道设设计规范中中，都有根根据隧道围围岩地质条条件、施工工条件和使使用要求可可采用锚喷喷衬砌的规规定。（三）锚喷喷式衬砌隧道衬砌构构造铁路隧道设设计规定中中规定，锚锚喷衬砌设设计应符合合下列要求求：①锚喷衬砌砌内轮廓线线应适当加加大，除考考虑施工误误差和位移移量外，应应再预留10cm作为必要要时补强用用。②遇到下列列情况时不不应采用锚锚喷衬砌：：地下水发发育或大面面积淋水地地段；能造造成衬砌腐腐蚀或特殊殊膨胀性围围岩地段；；最冷月平平均气温低低于-5℃℃地区的冻冻害地段；；有其他要要求的隧道道。（三）锚喷喷式衬砌隧道衬砌构构造装配式衬砌砌是将衬砌砌分成若干干块构件，，这些构件件在现场或或工厂预制制，然后运运到坑道内内用机械将将它们拼装装成一环接接着一环的的衬砌。这种衬砌的的特点是：：拼装成环环后立即受受力，便于于机械化施施工，改善善劳动条件件，节省劳劳力。目前多在使使用盾构法施工的城市市地下铁道道和水底隧隧道中采用用。在铁路路、公路隧隧道中由于于装配式衬衬砌要求有有一定的机机械化设备备，施工工工艺复杂，，衬砌的整体性及抗抗渗性差而未能推广广使用。（四）装配配式衬砌洞门与明洞洞（一）洞门门1）洞门的的作用减小洞口土土石方开挖挖量稳定边、仰仰坡引离地表水水流装饰洞口洞门与明洞（一）洞门1）洞门的形形式洞口环框洞口石质坚硬硬稳定，地形形陡峻无排水水要求；洞门与明洞（一）洞门1）洞门的形形式端墙式（一字字式）洞门适用于地形开开阔，石质较较稳定的地区区；洞门与明洞（一）洞门1）洞门的形形式翼墙式（八字字式）洞门洞口地质较差差（Ⅳ级及以上围岩岩），山体纵纵向推力较大大时，在端墙墙式洞门的单单侧或双侧设设置翼墙。洞门与明洞（一）洞门1）洞门的形形式柱式洞门地形较陡（ⅣⅣ级围岩），，仰拱有下滑滑的可能性，，又受地形或或地质条件限限制，不能设设置翼墙时，，可在端墙中中部设置2个个（或4个））断面较大的的柱墩，以增增加端墙的稳稳定性。洞门与明洞（一）洞门1）洞门的形形式台阶式洞门当洞门位于傍傍山侧坡地区区，洞门一侧侧边仰坡较高高时，为了提提高靠山侧仰仰坡起拔点，，减少仰拱高高度，将端墙墙顶部改为逐逐级升高的台台阶形式。洞门与明洞（一）洞门1）洞门的形形式斜交式洞门当隧道洞口地地面等高线斜斜交时，为了了缩短隧道度度度、减少挖挖方数量，可可采用平行于于等高线与线线路呈斜交的的洞口。洞门与明洞（一）洞门1）洞门的形形式喇叭口式洞门门高速铁路隧道道，为了减缓缓高速列车的的空气动力学学效应，对单单线隧道，一一般设喇叭口口缓冲段，同同时兼作隧道道洞门。洞门与明洞（二）明洞明洞是隧道的的一种变化形形式，它用明明挖法修筑。。所谓明挖是是指把岩体挖挖开，在露天天修筑衬砌，，然后回填土土石。这样修修筑的构筑物物，外形几乎乎与隧道无异异，有拱圈、、边墙和底板板，净空与隧隧道相同，和和地表相连处处，也设有洞洞门、排水设设施等。洞门与明洞（二）明洞洞门与明洞（二）明洞明洞一般修筑筑在隧道的进进出口处，当当遇到地质差且洞顶顶覆盖层较薄薄，用暗挖法难难以进洞时，，或洞口路堑堑边坡上有落落石而危及行行车安全时，，均需要修建建明洞。它是是隧道洞口或或线路上起防防护作用的重重要建筑物，，在铁路线上上使用的较多多。明洞的结构类类型常因地形形、地质和危危害程度的不不同，有多种种形式，采用用最多的为拱拱式明洞和棚棚式明洞两种种。洞门与明洞（二）明洞地质差且洞顶顶覆盖层较薄薄，用暗挖法法难以进洞时时洞门与明洞（二）明洞（1）拱式明明洞拱式明洞由拱拱圈、边墙和和仰拱(或铺铺底)组成，，它的内轮廓廓与隧道相一一致，但结构构厚度要比隧隧道大。路堑式对称型型路堑式偏压型型洞门与明洞（二）明洞（1）拱式明明洞半路堑式偏压压型半路堑式单压压型洞门与明洞（二）明洞（2）棚式明明洞有些傍山隧道道，地形的自自然横坡比较较陡，外侧没没有足够的场场地设置外墙墙及基础或确确保其稳定，，这时采用另另一种建筑物物—棚式明洞洞。棚式明洞常见见的结构形式式：盖板式刚架式悬臂式洞门与明洞（二）明洞（2）棚式明明洞钢架式明洞盖板式明洞附属建筑物为了使隧道正正常使用，保保证列车安全全运营，除主主体建筑物外外，还必须修修筑一些附属属建筑物。其其中包括：防排水设施，电力及通信信信号的安放设设施等。附属建筑物隧道的永久性性防排水是通通过防排水工工程措施实现现的。经过理论和实实践经验的总总结，提出了了“截、防、堵、、排结合，因地制制宜，综合治治理”的原则则。（一）防排水水设施附属建筑物截：截断地表水和和地下水流入入隧道的通道道，洞口地表表设天沟等截截水沟以及地地表陷穴等整整治；防：防止地下水从从衬砌背后渗渗入隧道内，，充分利用混混凝土自防水水能力，以及及在衬砌与支支护之间设置置的防水层；；（一）防排水水设施附属建筑物堵：向支护背后压压注水泥砂浆浆，用以充填填支护与围岩岩间的空隙，，以堵住地下下水的通道，，并使支护