隧道及地下工程构造设计课件

第一节隧道横断面的设计要考虑到隧道断面的大小满足限界的要求。一、几个基本概念：限界、隧道建筑限界、隧道实际限界。限界：列车是沿固定轨道高速运动的物体，根据各种参数和尺寸，经过计算确定的空间尺寸称为限界。车辆限界：根据车辆轮廓线确定的尺寸。隧道建筑限界：考虑到照明、通讯和信号等设备的安装，在车辆限界的基础上确定的限界称为建筑限界。隧道实际限界：考虑到列车运行时的左右摇摆、隧道施工时偏离中心线的误差、衬砌的变形以及其它因素，隧道实际限界比规定的隧道建筑限界稍微放宽一些。二、限界含义及其制定的原则（1）限界是确定行车轨道周围构筑物净空的大小，是管线和设备安装相互位置的依据，是专业间共同遵守的技术规定，它应经济、合理、安全可靠。（2）限界应依据车辆的轮廓尺寸和技术参数、轨道特性、受电方式、施工方法、设备安装等综合因素进行分析计算确定。（3）限界一般是按平直线路的条件进行制定。而曲线和道岔区的限界应在直线地段限界的基础上根据车辆的有关尺寸以及不同曲线半径、超高、不同的道岔类型分别进行加宽和加高。（4）在制定限界时，对结构施工、测量、变形误差，设备制造和安装误差，设计、施工运营过程中难于预计的其它因素在内的安全留量等，都应分别进行研究确定。三、限界基本内容（1）限界坐标系限界的坐标系是二维直角坐标，车辆横断面的垂直中心线与平直轨道横断面的垂直中心线相重合为纵坐标轴Y。平直轨道轨顶连线为横坐标轴X，两轴相垂的交点作为坐标的原点Oxy。（2）车辆轮廓线1）车辆轮廓线的含义。车辆横断面外轮廓线，是经过研究分析后确定，是作为确定车辆限界及设备限界的依据，是车辆设计和制造的基本数据。2）车体外轮廓尺寸。目前，我国规定地铁车辆采用标准车型和宽体车型两种。上海、广州、南京采用宽体车型，北京、天津采用标准车型。尽管车型不同，但其制定限界的内容和方法是相同的。由于几个城市采用宽体车的车体外轮廓尺寸还没有完全统一，限界的具体数值稍有出入，现以标准车型为例说明各种限界。标准车体长19000mm，宽2800mm，高3510mm或3700mm～3800mm（空调车）。3）车辆定距为12600mm。4）转向架固定轴距为2100mm～2300mm。5）车辆地板面距轨面高度为1100mm。车辆轮廓线各点坐标值，见下表。（3）车辆限界车辆限界的含义：根据车辆的轮廓尺寸和技术参数，并考虑静态和动态情况下所能达到的横向和竖向偏移量，按可能产生的最不利组合进行计算。（4）设备限界车辆限界的基础上+车辆的偏移和倾斜+设计、施工中不可预计的安全预留量。所有固定设备及土木工程的任何部分都不得侵入此轮廓线内。（5）建筑限界1）定义：建筑限界是隧道和高架桥等结构物的最小横断面有效内轮廓线。在建筑限界以内、设备限界以外的空间，应能满足固定设备和管线安装的需要。在进行隧道和高架设计时，必须考虑施工误差、测量误差、结构变形等因素，才能保证竣工后隧道和高架的有效净空满足建筑限界的要求。四、区间直线段建筑限界（1）区间隧道的建筑限界是根据已定的车辆类型、受电方式、施工方法及以地质条件等按不同结构形式进行确定的。（2）区间直线段矩形隧道建筑限界。明挖施工的矩形隧道，其单洞单线隧道建筑限界宽度为4100mm，高度为4500mm。（3）圆形隧道建筑限界。盾构施工的圆形隧道，不论在直线或曲线地段，只能采用同一直径的盾构，要想把直线和不同曲线半径的地段分别采用不同直径的盾构进行施工，是不可能的，所以应按最小曲线半径选用盾构直径进行施工，才能满足圆形隧道的建筑限界要求。如线路最小平面曲线半径R=300m，圆形隧道建筑限界的直径宜为∮=5200mm，见图。（4）马蹄形隧道建筑限界。隧道断面需根据围岩条件来确定其形式，当围岩条件较好时，可采用拱形直墙式或拱形墙式；在围岩条件较差时，要增设仰拱。马蹄形隧道内部净空尺寸，应考虑其施工误差才能满足建筑限界的要求，一般在建筑限界的两侧及顶部各增加100mm。矿山法施工的浅埋暗挖隧道，多采用马蹄形断面，其建筑限界最大宽度为4820mm，最大高度为5160mm。五、曲线隧道的净空加宽：1、由于曲线外轨超高引起车体内倾所需要的加宽值；曲线上为了抵消向外的离心力，外轨需要抬起一个高度，称之为外轨超高。由于外轨有了超高，使车体向内倾斜，车体中线由原来的竖直变为向内倾斜，隧道建筑限界上方控制点“J”向内偏离线路中线一个水平距离d超内d超内—由于外轨超高，曲线隧道内侧应予加宽的量值；E—曲线外轨超高；H—隧道建筑限界控制点J自轨面算起的高度。2、由于车体平移所需要的加宽值车辆经过曲线时，车体的前后两个转向架中心点是沿着曲线线路前进的，但是车体是刚性体，因而车辆中部向曲线内侧平移，车体前后端向曲线外侧平移：R-曲线半径；L-车辆长度；l-车辆前后转向架中心间距。由于L=26m，l=18m曲线隧道的总加宽值：六、隧道衬砌断面的初步拟定由于隧道结构衬砌是一个超静定结构，不能直接计算出衬砌截面尺寸，因此，一般先假定一个尺寸，然后进行计算：主要包括三个内容：1、选定结构的内轮廓（净空形状）：要满足限界要求。2、选定结构轴线：结构的轴线尽量接近压力线。1）当衬砌承受径向分布的静水压力，结构轴线为圆形；2）主要承受竖向荷载和不大的水平荷载，结构采用直墙式；3）承受竖向荷载和较大的水平荷载，采用曲墙式。4）如果承受底鼓压力，要设置仰拱。3、确定截面厚度：不能太厚，也不能太薄。第二节隧道洞身支护结构的构造一、就地模筑混凝土整体式衬砌：1、直墙式衬砌：适用于地质条件比较好（Ⅳ、Ⅴ类围岩），围岩压力以竖向为主、几乎没有或仅有很小的水平侧压力，衬砌由上部拱圈、两侧竖直边墙和下部铺底三部分组成。在地质条件极好、整体岩层坚固的情况下，并且没有地下水的情况下，则只设置拱圈，省去边墙，称之为半衬砌。2、曲墙式衬砌适用于地质比较差、岩体松散破碎，强度不高，有地下水，侧向水平压力比较大的情况，它由顶部拱圈、侧面曲边墙和底部仰拱组成。二、糊装配押式衬甜砌优点苹：1、并一经演装配毫成环瞎，不涂需要所养生赛时间度，即芳可承良受围禾岩压装力；2、键预制惨的构康件可页以在鲁隧道棋外面罪生产箱，在公洞内涨机械取化拼里装，乔从而惰改善众了劳迟动条罗件；3、剪拼装壳时，狡不需刑要临鞋时支缘瑞撑如岂拱架财、模稻板等成；4、籍施工晓速度踪蝶快。三、叫锚喷京支护四、孙复合雹式衬玻砌1、下初期门支护协（格复栅、雹型钢丢、锚杠喷混填凝土橡）；2、妇防水泥层；3、艘二次卫衬砌第三怕节锦地下姜工程懂结构锈与构婶造（酸以地恳铁工比程为挑例）一、帮区眉间隧纤道衬仅砌结核构与揪构造1、鸦明挖乞法修品建的缎隧道滋衬砌让结构驰与构烂造(1躁)现侦浇整讨体式(2索)预承制装仁配式2、蒙矿脊山法帖修建晃的隧招道衬爱砌结非构与赴构造1）宅、标缩慧准断遭面的坛隧道合（单障孔单裹线）标准勉断面山区间闯隧道歪通常桶为单陪线隧偶道。2）砖、单仗孔双拌线隧甩道；3）忆、渡甜线段晋、存字车线俭的区竹间隧尤道。渡线讯段区犹间隧卧道一落般为昌双线王或三尤线隧尾道，餐有时通也是备会双驼连拱怨或三滨连拱抗隧道篇。矿山疮法修岗建的杠隧道荷通常嘉采用罪复合老式衬往砌。初期绣支护糊（格组栅、际型钢赌、锚络喷混徐凝土环）；防水鱼层；二次萝衬砌在设冤计隧季道衬使砌时阴，应首满足你以下木基本玩要求（1姻）必续须与枪围岩援大面苹积牢发固接竹触，松保证造衬砌辣和围罪岩作愚为一颂个整影体来仔工作饲；（2翅）要帽允许天围岩秋产生迅有限持制的度变形（3百）隧浙道衬东砌设荷计成缴封闭破式的睁；（4捕）隧月道衬影砌能浸分期艰施工北京武地铁院5号兄线和项平里冶北街趣站北娱端设影有存乖车线礼，其扁中存永车线酒的渡反线段堪长1食09洞.1区06辣m言，存晶车线董长2唐02宋.4叔94范m千，总剪长3菜11滩.6拒m。图该段灶衬砌搞结构搅型式直有单罚线、缺双线娱、大累跨及窑双连筒拱衬告砌；父区间纺其余汁地段惧均为谣单线北衬砌积。二、召隧道勺衬砌抹断面筒的拟窗定由于药隧道聋结构细衬砌庸是一按个超屡静定懂结构般，不根能直艺接计钥算出冲衬砌院截面哨尺寸股，因烧此，杆一般汉先假暗定一桑个尺明寸，攀然后怒进行钓计算滩：主要钞包括专三个察内容雀：1、赌选定环结构被的内那轮廓抱（净母空形血状）恨：要液满足做限界销要求卵。2、涨选定浪结构尊轴线盲：结疾构的伙轴线福尽量葛接近自压力评线。1）扩当衬滩砌承仅受径伸向分虎布的监静水桶压力狠，结抛构轴喉线为坑圆形什；2）恭主要片承受狐竖向席荷载价和不除大的争水平竟荷载父，结有构采崇用直脑墙式需；3）渡承受牵竖向洪荷载腥和较且大的窄水平淘荷载凯，采膏用曲笑墙式设。4）墓如果逗承受屿底鼓墓压力杯，要喜设置岗仰拱槽。3、涛确定皮截面沫厚度童：不土能太睁厚，皆也不牌能太脸薄。三、智盾任构隧么道衬悦砌结困构类罗型选口择与推设计烫参数1、盾构临隧道优衬砌涨结构涌类型笼选择盾构误法修星建的膏区间酷隧道己衬砌丸主要页为预筛制装鼻配式瘦衬砌亡。预制挎装配多式衬木砌是爬用工由厂预染制的来构件凉，称拳为管框片，勤在盾源构尾错部拼胖装而社成的戚。管长片种驳类按刻材料消可分乎为钢福筋混让凝土桑，钢挑、铸香铁以鼓及由星几种塌材料腊组合西而成发的复和合管誉片。钢筋负混凝奖土管呈片的备耐压弟性和幸耐久饲性都通比较型好，稀目前厘已可颜生产什抗压瓶强度统达60尊MP菠a，渗古透系勺数小新于10-1随1m/泳s的管哈片，冈而且轻，这贴种管恩片刚孕度大盖，由脏其组革成的斑衬砌豪防水茶性能城有保震证，殿所以纤，在减用盾地构法膀修建渔的各堵种隧娱道中圾都得挤到了村广泛脸的应昼用。2、题横截紫面内营轮廓蝇和结刷构尺锤寸拟均定（1趴）横迈截面止内轮近廓尺欺寸采用遣盾构皱法修霜建地眉下铁织道区炒间隧公道时批，无犹论是月在直姿线上犹还是赌曲线威上，乘均使均用同棉一台鱼盾构倾施工赵，中搂途无颈法更扑换。字因此闯，其碗横截仙面的闸内轮酬廓尺涨寸全到线是录同一副的，厉故除笑要根诵据建矩筑限速界、晌施工蒸误差猜、道覆床类禾型、爪预留世变形乳等条置件决塌定外填，还斜要按举线路仗的最与小曲遍线半赏径进刑行验匪算，喷保证和列车耕在最玩困难益条件轰下也透能安戚全通务过。损广州凑、上谢海地示下铁脱道的阴圆形厦区间逮隧道崇内径棒为5陵.5无m，考可以践保证繁3.豆0m神的宽尘体车母在R伶=3宜00鼓m，床最大保超高糖h=萍12抛0m毛m的退曲线由上安瓶全通显过。（2浆）管命片厚财度管片乡丰的厚句度取宽决于排围岩核条件完、覆层盖层暗厚度纹、管世片材服料、煮隧道喊用途钞、施叶工工叛艺等位条件绕。为刑了充义分发现挥围颠岩自欧身的乎承载喝能力阅，现尽代的霞隧道旱工程往中都岁采用舒柔性和衬砌拒，其厦厚度哄相对曾较薄肢。根劣据日其本经板验，剑单层慢的钢忠筋混念凝土拉管片眼衬砌锣，管燃片厚诞度一插般为辅衬砌江环外愉径的榆5.公5%惧左右盏。上罩海地寨下铁句道区纽奉间隧衰道钢豪筋混遭凝土珠管片炎厚度根为3救50钳mm菊，广跳州、衫北京殖、深绢圳、短南京比地下霞铁道蛇管片虹厚度漫为3驴00与mm循，约钳为衬挪砌环座外径烂的5转%~粒6%停。（3满）管师片宽喊度管片画宽度古的选宵择对红施工宣、造膀价的嚷影响给较大亩。当宽修度较字小时真，虽也然搬亏运、抹组装滥，在客曲线删上施蔑工方晶便，潜但接丸缝增溪多，荷加大帝了隧漫道防公水的弱难度牢，增谱加管田片制务作成尝本，蔑而且惹不利见于控鬼制隧建道纵拳向的带不均榨匀沉痰降。管片钉宽度堂太大依则施尿工不诱便，昼也会妄使盾扁尾长元度增伙长而沃影响忍盾构恨的灵茂活性叨。因冶此，株过去页单线腔区间页隧道邻管片盏的宽寇度控兵制在良70初0m佩m~南10梁00捎mm葛之间似，但贤随着馅铰接换盾构崇的出梨现，稍管片娃宽度弱有进鸟一步塌提高主的趋砍势，决目前埋，控济制在阀10规00稳mm县~1捎50争0m共m之昆间，培例如鞋，上动海地巾下铁财道区壮间隧脚道的喷管片荒宽度念为1执00醉0m锄m，密广州侦地下盏铁道搜区间荷隧道年采用内铰接怜式盾鸦构施忧工，业故其您管片隐宽度肆为1邪20御0m取m。（4狭）衬衬砌环革的分眨块衬砌眠环的患组成缎，一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