隧道結構構造

1、,隧道工程,,第4章 隧道結構構造,學習本章的要求：（1）掌握公路隧道的洞身結構、洞門結構、明洞結構和防排水設施的構造原理（2）了解公路隧道斜井與豎井、內裝修與路面結構,洞身襯砌 洞門 明洞 斜井與豎井 內裝、頂棚與路面 隧道的防水與排水,第4章 隧道結構構造,隧道結構構造,,主體構造物,附屬構造物,,洞身襯砌,洞門構造物,,洞身襯砌的平、縱、橫斷面的形狀由道路隧道的幾何設計確定,襯砌斷面的軸線形狀和厚度

2、由襯砌計算決定,明洞,,,,通風,照明,排水、消防、通訊等,4.1 洞身襯砌,（1）洞身襯砌的類型,（2）支護結構,襯砌結構形式，主要根據(jù)地質地形條件，考慮結構受力的合理性、施工方法等因素來確定。,4.1.1 襯砌結構的類型,4.1.1 襯砌結構的類型,(1) 直墻襯砌(2) 曲墻式襯砌(3) 噴錨襯砌(4) 復合襯砌,(5) 偏壓襯砌(6) 喇叭口襯砌(7) 圓形斷面襯砌(8) 矩形斷面襯砌,（1）直墻式襯砌,適用條件

3、：垂直圍巖壓力為大、水平圍巖壓力小的情況下；一般適用于Ⅱ、Ⅲ級圍巖，有時也可用于Ⅳ 級圍巖.,,,割圓拱：r1=r2、坦三心圓拱:r1>r2、尖三心圓拱 :r1<r2,（2）曲墻式襯砌,,適用條件：通常用在Ⅳ 級以下的圍巖水平壓力較大 的情況下,（3）噴混凝土襯砌、噴錨襯砌及復合式襯砌,,,(4)偏壓襯砌 當山體地面坡陡于l：2.5，線路外側山體覆蓋較薄，或于地質構造造成的偏壓，襯砌為承受這種不對稱

4、圍巖壓力而采用,,(5) 喇叭口隧道襯砌,,,,(6) 圓形斷面隧道,為了抵御膨脹性圍巖壓力，山嶺隧道也可以采用圓形或近似圓形斷面; 盾構法 沉管法施工的隧道。,,(7)矩形斷面襯砌 沉管法、明挖法施工時，廣泛采用矩形斷面襯砌,,4.1.1 襯砌結構的類型,(1) 直墻襯砌(2) 曲墻式襯砌(3) 噴錨襯砌(4) 復合襯砌,(5) 偏壓襯砌(6) 喇叭口襯砌(7) 圓形斷面襯砌(8) 矩形斷面襯

5、砌,4.1.2 支護結構,初期支護結構,永久支護結構,▲初期支護(一次支護):木支撐、型鋼支撐、格柵支撐、錨噴支護等?！谰弥ёo(二次支護、二次襯砌) :整體襯砌、復合式襯砌、拼裝襯砌及錨噴襯砌等4種。,,,,,初期支護結構,,,,,初期支護結構,,,,初期支護結構,,,,,永久支護結構,洞身襯砌 ? 洞門 明洞 斜井與豎井 內裝、頂棚與路面 隧道的防水與排水,第4章 隧道結構構造,4.2 洞門,4

6、.2 洞門,4.2 洞門,4.2 洞門,4.2 洞門,4.2.1 洞門的概念及其作用4.2.2 洞門的形式4.2.3 隧道洞門構造,4.2.1 洞門的概念及其作用,※ 洞門的概念：洞門是隧道兩端的外露部分，也是聯(lián)系洞內襯砌與洞口外路塹的支護結構?！?洞門的主要作用 ① 保證洞口邊坡的安全和仰坡的穩(wěn)定； ② 匯集在洞口附近的仰、邊坡上的地表水，并引離隧道，減少洞口土石方開挖量； ③ 作為隧道的標志性建筑物，應與

7、隧道的規(guī)模、使用特性以及周圍建筑物、地形條件等要相協(xié)調 。,4.2.2 洞門的形式,（1）端墻式洞門（2）翼墻式洞門（3）環(huán)框式洞門（4）臺階式洞門（5）遮光棚式洞門,(1) 端墻式洞門,(2)翼墻式洞門,(3)環(huán)框式洞門－削竹式洞門,(4)臺階式洞門,(5) 遮光棚式洞門,端墻式洞門,柱式洞門,柱式洞門圖式2,臺階洞門,臺階洞門,翼墻式洞門,翼墻式隧道門造型,遮光棚式洞門圖2,翼墻式隧道門,柱式路塹明洞隧道門,翼墻式路

8、塹明洞隧道門,半路塹偏壓明洞隧道門,半路塹單壓式明洞隧道門,單壓式明洞隧道門,削竹式隧道門,削竹式隧道門圖2,高速公路削竹式隧道門,4.2.2 洞門的形式,（1）端墻式洞門（2）翼墻式洞門（3）環(huán)框式洞門（4）臺階式洞門（5）遮光棚式洞門,1．仰坡坡腳至洞門端墻頂帽背的水平距離，一般不小于1.5m。2．洞門端墻頂宜高出仰坡坡腳不小于0.5m。3．洞門端墻與仰坡之間水溝溝底至襯砌拱頂外緣的高度，一般不小于1m。4．一

9、般隧道門端墻、翼墻、擋土墻設計為仰斜式墻身時，墻背坡度不宜緩于1: 0.3。,4.2.3 洞門的構造要求,洞門的構造要求,5. 洞門端墻、翼墻和擋土墻截面厚度應滿足規(guī)范要求。6．洞門端墻、翼墻和擋土墻應根據(jù)情況設置伸縮緩和沉降縫。7．洞門翼墻和擋土墻身應設置泄水孔。,洞門的構造要求,(二) 洞門的基礎,1、洞門端墻、翼墻、擋土墻基礎必須置于穩(wěn)固地基上，基底松碴應清除干凈，以防止滑動和不均勻沉陷。2、在松軟地基上設置基礎，當?shù)鼗?/p>

10、載力不足時，可結合具體條件采取換填。擴大基礎、樁基、地基加固等措施。,3．基礎埋置深度 (1) 洞門端墻、翼墻、擋土墻基礎應埋入路基面以下一定深度。土質地基埋置深度不應小于1米。且應符合基底應力的要求。 (2) 洞門端墻嵌入路塹邊坡的深度根據(jù)坡度不同取值30－50厘米。,(3)在洞門端墻厚度范圍內的洞口襯砌基礎埋置深度，應與端墻基礎相同。(4)為保證洞門穩(wěn)固和施工方便，襯砌邊墻外側的洞門端墻基礎寬度一般不小于0.5m．(5)當

11、墻基礎砌筑在穩(wěn)定堅硬的基巖斜坡上時．基礎可切割成臺階狀。,,4．當洞門擋(翼)墻受滑動控制時．可采用傾斜基底或凸形基底等防滑措施．基底傾斜度，土質地基一般不大于0.2:1，穩(wěn)定巖石地基不大于0.3：1。5．檢算傾斜基底穩(wěn)定時，除檢算沿基底的滑動穩(wěn)定外，尚應檢算沿地基上層的水平剪切應力。,(三) 洞門建筑材料,（1）鋼筋混凝土,（2）料石砌體,(四) 洞門施工要求1．洞門宜盡早修建，并盡可能避免在雨季施工．洞門修筑前應作好洞口及仰坡周

12、圍的排水、截水設施，以保護邊、仰坡的穩(wěn)定。2．當洞口邊、仰坡土石有剝落可能時，坡面應清理并予以防護．3．洞門端墻厚度范圍內的結構，應與洞口環(huán)節(jié)襯砌采用同一材料整體灌筑。,4．翼墻和洞口擋土墻應與端墻同時砌筑．當翼墻需分段修建時，其墻身應留施工縫，并應檢算施工狀態(tài)穩(wěn)定性。5. 洞門端墻,翼墻,擋土墻墻身砌出地面后,基坑必須及時回填夯實，頂面作成不小于4%的排水坡。,4.2.4 洞門的結構計算 4.2.4.1 隧道洞門計算

13、原理及方法,洞門是支擋洞口正面仰坡和路塹邊坡的結構物，洞門視為墻背承受土壓力的擋土墻結構，根據(jù)擋土墻理論設計。 端墻式洞門可按計算擋土墻的方法分別核算如圖所示A、B、C、D、E、F、G各不同墻高截面的穩(wěn)定性和強度，以此決定端墻的厚度和尺寸。,,翼墻式洞門與端墻式洞門一樣，也可采用分條方法取條帶計算。 在計算端墻時，應考慮翼墻對端墻的支撐作用。,,隧道洞門計算原理及方法,4.2.4.2 洞門墻的主要檢算規(guī)定,一、傾

14、覆穩(wěn)定計算,二、滑動穩(wěn)定性計算,基底偏心距計算,基底壓應力計算,洞門設計計算參數(shù),洞身襯砌 ? 洞門 ? 明洞 斜井與豎井 內裝、頂棚與路面 隧道的防水與排水,第4章 隧道結構構造,4.3 明 洞,什么是明洞？采用明挖法修筑的隧道結構,明洞特點： 地面建筑》》》地下建筑,明洞要求：符合地形、地質、經(jīng)濟、安全、施工難易等條件,4.3 明 洞,4.3.1 拱形明洞 （常用）,4.3.2 棚式明洞

15、 （常用）,4.3.3 明洞基礎,4.3.4 明洞填土,4.3.1 拱形明洞1、路塹對稱型2、路塹偏壓型3、半路塹偏壓型4、半路塹單壓型,(1) 路塹對稱型,適用于洞頂?shù)貏萜骄? 路塹兩側地質條件基本相同,,(2)路塹偏壓型,適用于兩側山坡高差較大的路塹，高側邊坡有坍塌，落石或泥石流。,,(3)半路塹偏壓型 適用于半路塹靠山側邊坡較高，有坍塌、落石或泥石流等不良地質現(xiàn)象，而外側地面較寬敞和穩(wěn)定。,,,(4)

16、半路塹單壓型 適用于靠山側邊坡或原山坡有坍塌、落石等情況，外側地形陡峻無法填土地段 。,,4.3.2 棚式明洞,當山坡坍方，山體側壓力不大，或因受地質、地形條件的限制，難以修建拱形明洞時，可采用棚式明洞。 棚式明洞頂板為梁式結構。 棚式明洞的類型主要取決于外側邊墻的結構形式。通常有墻式、剛架式，柱式和懸臂式等棚式明洞,(1)墻式棚洞,,(2)剛架式柵洞 外墻結構為連續(xù)框架，對地基承載力要求較高,,

17、(3)柱式棚洞 外墻為獨立柱和縱梁方式，結構簡單，預制吊裝方便，但整體性較差。,,(4)懸臂式棚洞 當山坡較陡，坡面有少量落石，且外側地基不良或不宜設基礎時，可采用懸臂式棚洞,,4.3.3 明洞基礎,明洞邊墻基礎必須置于穩(wěn)固的地基上，施工應符合下列要求：（1）偏壓和單壓明洞外邊墻的基底，在垂直路線方向宜向內挖成0.1:1的斜坡，提高邊墻抗滑力。（2）當?shù)鼗绍洉r應采取增加承載力的措施。,4.3.3 明洞

18、基礎,（3）基礎開挖應核對地質條件，當挖至設計高程仍不符合設計要求時應上報有關方面處理。（4）基礎混凝土灌注前必須排除坑內積水，并對基底進行固化處理。邊墻基礎應采用與邊墻同級混凝土一次澆筑。,4.3.4 明洞填土,明洞回填施工應符合下列要求：1 在拆除外模后應立即做好防水層及縱向盲溝，保證排水通暢。2 墻背回填應兩側對稱進行，石質地層中墻背與巖壁空隙不大時，用與墻身同級混凝土回填。,4.3.4 明洞填土,3 墻后排水設施

19、應與回填同時施工，并保證能使?jié)B水順暢排出。4 拱圈混凝土達到設計強度且由人工夯實回填至拱頂以上1m以前，不得采用機械回填。,4.3.4 明洞填土,5 拱背回填應對稱分層夯實，每層厚度不得大于0.3m，兩側回填的土面高差不得大于0.5m，回填至拱頂齊平后應分層滿鋪填筑。,抗滑明洞,支撐錨桿明洞,墻式棚洞 基礎與填土,柱式棚洞 基礎與填土,剛架式棚洞 基礎與填土,洞身襯砌 ? 洞門 ? 明洞 ? 斜井與豎井 內

20、裝、頂棚與路面 隧道的防水與排水,第4章 隧道結構構造,4.4 豎井與斜井,為什么設置豎井或斜井？,作用1：增加開挖工作面,作用2：通風需要,4.4 豎井與斜井,4.4.1 豎井4.4.2 斜井,豎井,1 豎井位置的選擇豎井與主坑道的銜接方式3 豎井斷面內部空間布置,,豎井示意圖,豎井的構成,豎井斷面形式,,矩形豎井,,圓形豎井,斜井,1 斜井位置的選擇斜井坡度選擇3 斜井斷面內部空間布置,,斜井

21、設置,,圓形斷面襯砌,矩形斷面襯砌,洞身襯砌 ? 洞門 ? 明洞 ? 斜井與豎井 ? 內裝、頂棚與路面 隧道的防水與排水,第4章 隧道結構構造,4.5 內裝、頂棚及路面,1、內裝,2、頂棚,3、路面,4、噪聲消減,1、內裝 為確保行車安全，在隧道中必須采取措施，使墻面亮度在長期的運營中保持較好水平，墻面須用適當?shù)牟牧霞右詢妊b處理，其作用如下： ① 改善隧道內環(huán)境，起誘導作用； ② 提高墻面

22、的反射率，增強照明效果； ③ 吸收噪音,常用的隧道內裝材料 ① 塊狀混凝土材料； ② 飾面板、鑲板等質地致密材料； ③ 瓷磚鑲面材料； ④ 油漆材料。,隧道內裝材料應具有如下性質：① 耐火性，在高溫條件下仍能維持原狀，不燃燒、不分解有害成分等；②耐蝕性，長期在油垢及有害氣體下不變質；③不怕水，大多數(shù)隧道都存在漏水問題，在水的浸泡下，在潮濕環(huán)境中不變質、不霉爛； ④ 材料來源廣泛，價格相對便宜。,⑤ 能吸

23、收噪音；⑥ 顏色淡，易清潔；⑦ 具有阻燃性。,2、頂棚,※ 色彩的選擇：頂棚用漫反射材料可以避免產生眩光，其顏色的明亮程度直接影響到路面亮度※ 美化隧道，并且起視覺誘導作用,※ 頂棚可做成平頂或者拱頂：①在自然通風或誘導通風時，可以用拱頂；②在半橫向或橫向通風時可以用平頂。※ 頂棚以上可以作為通風道和供管理人員使用的通道，因此設計荷載可按(據(jù)國外資料)10MPa考慮,2、頂棚,3、路面,⑴ 路面材料主要有兩種：砼和改性瀝青；,

24、⑵ 路面材料應具備如下性能： ① 路面材料應具有抵御水沖刷和含有化學物質的水的浸蝕能力 ; ② 應具有較高的抗側滑的能力； ③ 抗裂性、耐久性； ④ 容易修補。,⑶ 路面與車道分隔線等交通標志之間應保證有明顯的亮度對比和鮮明的顏色對比,3、路面,⑷路基應具有足夠的承載力，尤其要求在有豐富地下水的條件下也能滿足要求，要求有良好的排水設施,4、噪聲消減,※ 隧道內噪聲水平應保持在60分貝以下※ 隧道內采取的措施： ① 內

25、裝材料的制作； ② 墻面材料的制作； ③ 路面材料的制作；,※ 利用原理： 聲波的反射原理,4、噪聲消減,洞身襯砌 ? 洞門 ? 明洞 ? 斜井與豎井 ? 內裝、頂棚與路面 ? 隧道的防水與排水,第4章 隧道結構構造,※ 洞外防排水措施,4.6 隧道防排水,※ 洞內防排水措施,隧道防排水應視水文地質條件因地制宜地采取“以排為主，防、排、截、堵相結合”的綜合治理原則，達到排水通暢、防水可

26、靠、經(jīng)濟合理、不留后患的目的。,隧道防排水原則,對地表水、地下水應采取妥善的處理，使洞內外形成一個完整的暢通的防排水系統(tǒng)。,隧道防排水要求,一般公路隧道應做到： 1、拱部不摘水、邊墻不滴水。 2、路面不冒水、不積水、設備箱洞處不滲水。 3、凍害地區(qū)隧道襯砌背后不積水，排水溝不凍結。,汽車專用公路隧道則應達到： 拱部、墻部及設備箱洞處均不滲水,(1)、洞外防排水措施,A、地表處理B、洞頂天溝

27、截水C、明洞頂防排水D、洞門排水E、洞內外水溝銜接,(2)、洞內防排水措施,排水措施a、洞內排水溝b、襯砌背后盲溝c、泄水洞或洞外井點降水d、中心排水溝或路側排水溝,(2)、洞內防排水措施,防水措施a、防水板b、噴膜防水層c、混凝土自防水,(2)、洞內防排水措施,堵水措施a、噴射混凝土堵水b、塑料板堵水c、注漿堵水d、模注混凝土襯砌堵水,,,,無釘鋪設塑料防水板,,鋪設防水板時錨桿頭部的處理,,襯砌背后盲溝作

28、法,隧道注漿,工作面預注漿,,施工縫防水的構造形式見圖4.1.21。,,高聚物改性瀝青防水卷材的主要物理性能,,塑料防水板物理力學性能,,鋪設防水板前應先鋪緩沖層, 應用暗釘圈固定在基層上,,中埋式止水帶與外貼防水層復合使用,,中埋式金屬止水帶,,結構變形時，穿墻管可采用主管直接埋入混凝土內的固定式防水閥，并應預留凹槽，槽內用嵌縫材料嵌填密實,,排水溝槽方法排水,,防水層的鋪設,,防水層的鋪設,,防水層的鋪設,負壓檢查,鋪設好的防水板,