2_隧道基础知识(一).ppt

1、第二讲为隧道工程基础知识(1)，主讲人张俊如，主讲人，隧道概念及交通隧道简介，隧道断面，隧道支护结构，洞口及明洞附属建筑，主要内容，隧道概念及交通隧道简介，交通隧道通常指用作地下通道的工程建筑。1970年，国际经济合作与发展组织召开的隧道会议综合考虑了各种因素，将隧道定义为：“为某种目的，按照规定的形状和大小，以任何方法在地下修建的横截面积大于2平方米的洞穴。”隧道和交通隧道的概念介绍根据隧道的用途，隧道被明确分类。主要有四种类型：(1)交通隧道，(2)水工隧道，(3)市政隧道和(4)矿山隧道。铁路隧道从1829年修建铁路隧道到1990年的160年间，全世界修建了12000多公里的铁路隧道，约

2、占世界铁路总长度的1%。修建铁路隧道可以大大缩短线路长度，降低线路标高，改善通过不良地质地段的条件，降低铁路成本。交通隧道，1号铁路隧道，乌鞘岭隧道，隧道概念和交通隧道介绍，交通隧道，1号铁路隧道，大瑶山隧道，隧道概念和交通隧道介绍，交通隧道，1号铁路隧道，军都山隧道，隧道概念和交通隧道介绍，2号公路隧道随着社会生产的发展，高速公路的出现，此外，在城市附近，为了避免平面交叉和方便高速行驶，隧道经常被采用。交通隧道、2号公路隧道、终南山隧道、隧道概念及交通隧道介绍、交通隧道、2号公路隧道、雪峰山隧道、隧道概念及交通隧道介绍、交通隧道、2号公路隧道、雁门关隧道、隧道概念及交通隧道介绍、3号水下隧道

3、当交通线路穿越河流时，不会产生影响。为了穿越黄浦江，上海已建成一条总长度为2793米的水下隧道，广州地铁已建成一条穿越珠江的水下隧道，武汉地铁已建成一条穿越长江的水下隧道。交通隧道、隧道概念及简介交通隧道、交通隧道、水下隧道、武汉长江隧道、隧道概念及简介交通隧道、地下铁路地下铁路是一种城市交通设施，可解决大城市的交通拥堵和车辆拥堵问题，并可快速运送大量乘客。它可以使大部分地面客流进入地面，可以高速行驶，缩短列车之间的时间，节省乘车时间，方便乘客活动。在战时，它还可以发挥人民防空的作用。交通隧道、隧道概念和交通隧道简介、4地下铁路、地铁站、隧道概念和交通隧道简介、5航运隧道当运河需要穿越分水岭时

4、，克服高程障碍成为一个非常困难的问题，通常需要很长的绕道。如果修建一条航运隧道来连接分水岭两侧的河流，不仅可以缩短航程，还可以节省船闸的费用，航运条件将会大大改善。隧道的概念和交通隧道简介在六人地下通道的闹市区有很多行人，他们和车辆混在一起，所以交通事故时有发生。为了提高运输能力和减少交通事故，除了街道高架桥外，还可以修建人行地道和地下立交车道。交通隧道、交通隧道、六人行地道、青岛龙山地下商业街的概念及简介，隧道概念及交通隧道简介。隧道净空是指隧道衬砌内轮廓线所包围的空间。铁路隧道净空根据“隧道建筑净空”确定，“隧道建筑净空”根据“基本建筑净空”制定，“基本建筑净空”根据“车辆净空”制定。“净

5、空”是一条规定的轮廓线，该轮廓线内的空间是确保列车安全运行所必需的。“建筑限界”是指建筑物不得侵入的限界。隧道横截面，(1)隧道净空，以及(1)机车和车辆净空。2.各种建筑物和设备在基本建筑净空线上的轮廓线不允许侵入。3.隧道建筑净空包围“基本建筑净空”之外的轮廓线。它大于“基本建筑净空”，为安装通信信号、照明、电力(接触网)和其他设备留出空间。4.直线隧道净空“直线隧道净空”略大于“隧道建筑净空”。除满足净空要求外，还应考虑衬砌结构的合理受力形状(拱墙为三心圆，边墙为直墙或曲墙)和施工方便。隧道横截面，(1)隧道净空，(1)隧道净空，(1)隧道净空，(2)曲线加宽，(1)当车辆通过曲线时，转

6、向架的中心点沿着路线运行，但是车辆本身不能沿着路线弯曲并且仍然保持其矩形形状，因此其两端偏移到曲线的外侧，(d)隧道横截面，(2)曲线加宽，(2)因为曲线的外轨太高， 车辆向弯道内侧倾斜，这使得车辆间隙上的控制点在水平方向上向内移动距离d，如图2-4-9所示。 因此，曲线隧道的净空加宽值为，隧道衬砌结构，为了保持围岩的稳定性，隧道开挖后一般需要进行支护和衬砌。主要支护方式有：锚杆、钢架、钢网、喷射混凝土及其组合；衬砌方式主要有：整体式混凝土衬砌、组合式衬砌、喷射混凝土衬砌和复合式衬砌。隧道支护和锚杆是一种将破碎或不稳定的岩体与坚固稳定的岩体连接起来以提高整体稳定性的支护措施。(1)锚杆、隧道支

7、护，(1)锚杆，(1)锚杆、隧道支护，当围岩软弱、破碎严重、自稳性差时，必须及时提供足够强的支护，以抑制隧道开挖后围岩的变形。在初期支护中设置钢拱可以增加支护结构的早期刚度，防止围岩过度变形，并承受一定的松弛荷载。钢架可分为型钢和格栅钢架。(2)钢框架、隧道支护，(2)钢框架(型钢)、型钢框架接头(尺寸单位：mm)、隧道支护，(2)钢框架(格栅)、隧道支护，(2)钢框架(格栅)、隧道支护，(3)钢网、钢网喷射混凝土目前在我国各种隧道工程中广泛使用，主要用于软弱破碎围岩，多与锚杆或钢拱架结合使用。钢织物通常沿圆周和纵向排列。环向钢筋通常是机械钢筋，由设计决定，直径约为12毫米；纵向钢筋通常是直径

8、为610毫米的结构钢筋；通常，网格尺寸为20厘米x20厘米、20厘米x25厘米、25厘米x25厘米、25厘米x30厘米或30厘米x30厘米。隧道支护，(3)钢筋网，(4)喷射混凝土，喷射混凝土不仅是一种新的支护结构，也是一种新的施工技术。按照一定的搅拌程序，将掺有速凝剂的细石混凝土喷到岩壁表面，并快速固化成一层支护结构，从而支护围岩。喷射混凝土可用作隧道工程的永久或临时支撑，也可与各种形式的锚杆、钢拱、钢网等支撑结构相结合。它也非常灵活，可以根据需要多次增加厚度。隧道支护，(4)喷射混凝土，(5)多措施联合支护，(5)多措施联合支护，(5)多措施联合支护，(5)隧道衬砌，隧道开挖后，采用厚度和

9、刚度较大的整体模制混凝土作为隧道结构。整体衬砌根据工程类比和不同围岩等级采用不同的衬砌厚度。其形式有直墙式和曲墙式，而曲墙式又分为仰拱式和非仰拱式。(1)整体混凝土衬砌，隧道衬砌结构，(1)直墙衬砌适用于较好的地质条件，以垂直围岩压力为主，水平围岩压力为辅。主要适用于类围岩，直墙衬砌由上拱圈、两侧垂直边墙和下基础三部分组成。(1)整体混凝土衬砌、拱顶、拱腰、拱脚、基础、隧道衬砌结构，(1)整体混凝土衬砌、隧道衬砌结构，(2)曲线墙衬砌曲线墙衬砌适用于地质条件差、围岩压力大的条件。主要适用于类及以上围岩，或类围岩双线隧道；多线隧道也有弧形墙和倒拱。曲墙衬砌由顶拱环、侧曲边墙和仰拱/底板(或基础)

10、组成。(1)整体混凝土衬砌、拱顶、拱腰、拱脚、墙脚、仰拱、隧道衬砌结构，(2)曲线墙衬砌，(1)整体混凝土衬砌，(2)当围岩中无地下水且基础不沉降时，曲线墙衬砌可代替仰拱用于基础铺设；一般要求仰拱抵抗隧道底部的围岩压力，防止衬砌下沉，并使衬砌形成一个环形封闭整体结构，以提高衬砌的承载力。隧道衬砌结构、2)曲线墙衬砌、1)整体混凝土衬砌、隧道衬砌结构、复合衬砌是指将衬砌分为两层或两层以上，可采用相同的形式、方法和材料，也可采用不同的形式、方法、时间和材料。目前，主要使用内衬和外衬。根据内外衬的组合，可分为一次支护和二次支护。根据不同的围岩条件，采用不同的断面形式、支护和衬砌参数。复合衬砌，隧道衬

11、砌结构，复合衬砌是在开挖的隧道壁表面喷一层早强混凝土(有时同时用作锚杆)，固化后形成一层薄的柔性支护结构(称为初期支护)。它不仅能允许围岩有一定的变形，还能限制围岩的有害变形，其厚度大多在520厘米之间。一般情况下，衬砌将在初期支护和围岩变形基本稳定后进行。为防止地下水流入或渗入隧道，可在外衬和内衬之间设置防水层，材料可为软质聚氯乙烯薄膜、聚异丁烯片材、聚乙烯等防水卷材，或喷涂防水涂料等。复合衬砌、隧道衬砌结构、复合衬砌能满足初期支护及时、刚度低、易变形的要求，并与围岩紧密贴合，从而保护和加固围岩，充分发挥围岩的自承作用。二次衬砌后，衬砌内表面光滑平整，可防止外层风化，装饰内墙，增强安全感。它

12、是一种合理的结构形式，也是目前公路和铁路隧道的主要结构形式。复合衬砌、隧道衬砌结构、隧道衬砌结构、锚喷衬砌是指锚喷结构既用作隧道临时支护又用作隧道永久结构(单层衬砌)的形式。它具有衬砌及时、施工方便、隧道开挖后经济的显著特点。锚喷支护广泛应用于围岩完整性好的军事工程、使用寿命短、重要性低的隧道等各种用途。公路、铁路隧道设计规范中规定，根据隧道地质条件、施工条件和围岩应用要求，可采用锚喷支护。根据隧道衬砌和铁路隧道设计的规定，锚喷衬砌的设计应满足以下要求：锚喷衬砌的内轮廓线应适当加大，除考虑施工误差和位移外，必要时应预留10 cm进行加固。锚喷混凝土隧道衬砌结构组合式衬砌是将衬砌分成若干块，在现

13、场或工厂预制，然后运输到隧道，用机械将它们组装成一个环接一个环的衬砌。这种衬砌的特点是成环后立即受力，便于机械化施工，改善劳动条件，节省劳动力。目前，主要用于城市地下铁路和盾构法水下隧道。在铁路和公路隧道中，装配式衬砌需要一定的机械化设备，施工工艺复杂，衬砌整体性和抗渗性差。(4)预制衬砌、洞门和明洞，(1)洞门，(1)洞门的作用是减少洞口土石方的开挖量，稳定边缘，引坡远离地表水流，装饰洞口，(1)洞门，(1)洞门的形式，环形框架洞口的石料坚硬稳定，地形陡峭，无排水要求；窑洞门和明窑洞(1)窑洞门的形式(1)端墙式(字型)窑洞门适用于地势开阔、石材质量稳定的地区；峒门、明峒，(1)峒门，(1)

14、峒门翼墙形式(图-8)当洞口地质较差(坡度及以上围岩)且山体纵向推力较大时，应在端墙式峒门一侧或两侧设置翼墙。峒门、明峒，(1)峒门，(1)峒门为柱式大门，地形较陡(类围岩)，仰拱可能下滑，由于地形或地质条件的限制，如果不能设置翼墙，可在端墙中间设置两根(或四根)截面较大的柱子，以增加端墙的稳定性。洞门和明洞(1)洞门形式(1)台阶式洞门当洞门位于靠近山体的边坡区域，且洞门的边坡较高时，为了增加背坡的起点，降低仰拱的高度，将端墙的顶部改为逐步上升的形式。洞门和明洞(1)洞门的形式(1)斜式洞门当隧道洞口地面轮廓线呈倾斜状时，为了缩短隧道度，减少开挖量，可采用与轮廓线平行、与直线倾斜的洞口。为了

15、减缓高速列车的空气动力效应，单线隧道一般设置喇叭口缓冲段，也作为隧道入口。洞门和明洞(2)明洞是隧道的变体，采用明挖和明盖建造。明挖是指开挖岩体，在露天修建衬砌，然后回填土石方。以这种方式建造的结构与隧道形状几乎相同，有拱圈、侧墙和底板，净空与隧道相同，在与地面的连接处也有隧道和排水设施。东门和明洞，(2)明洞，(3)东门和明洞，(4)明洞和明洞一般建在隧道进出口处。当地质条件较差，顶板较薄，难以通过地下开挖进入隧道时，或当洞口路堑边坡有落石，危及行车安全时，有必要修建明洞。它是隧道洞口或线路中起保护作用的重要建筑物，广泛应用于铁路线路中。由于地形、地质和危害程度的不同，明洞的结构类型往往有多种形式，其中拱形明洞和棚式明洞应用最为广泛。，切割对称切割偏置型、洞门和明洞，(2)开洞(1)半偏置型和半单向切割型拱形开洞，(2)洞门和明洞，(2)棚明洞有一些山侧隧道，地形的自然横坡陡，此时，采用了另一种建筑棚，棚式明挖隧道常见的结构形式有：刚架悬臂、门式明挖隧道、(2)明挖隧道、(2)棚式明挖隧道、钢框架式明挖隧道、盖顶式明挖隧道及附属建筑。为了使隧道正常工作，保证列车安全运行，除了主要建筑物外，还必须修建一些附属建筑物。包括：防排水设施、电力和通信信号安装设施等。附属建筑物和隧道的永久防排水通过防排水工程措施实现。在总结理论和实践经验的基础上，提出了“截、防、堵、排相结合，因地制宜，