隧道结构构造课件.ppt

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1、 学习本章的要求 ： （ 1）掌握公路隧道的洞身结构、洞门结 构、明洞结构和防排水设施的构造原理 （ 2）了解公路隧道斜井与竖井、内装修 与路面结构 洞身衬砌 洞门 明洞 斜井与竖井 内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水 第 5章 隧道结构构造 隧道 结构 构造 主体构 造物 附属构 造物 洞身 衬砌 洞门构 造物 洞身衬砌的平、纵、横断面的形 状由道路隧道的几何设计确定 衬砌断面的轴线形状和 厚度由衬砌计算决定 明洞 通风 照明 排水、消防、通讯等 5.1 洞身衬砌 （ 1）洞身衬砌的类型 （ 2）支护结构 衬 砌结构形式，主要根据地质地形条 件，考虑结构受力的合理性、施工方法 等因素来确定

2、。 5.1.1 衬砌结构的类型 5.1.1 衬砌结构的类型 (1) 直墙衬砌 (2) 曲墙式衬砌 (3) 喷锚衬砌 (4) 复合衬砌 (5) 偏压衬砌 (6) 喇叭口衬砌 (7) 圆形断面衬砌 (8) 矩形断面衬砌 （ 1）直墙式衬砌 适用条件 ： 垂直围岩压力为大 、 水平围岩压力小的情况下； 一般适用于 、 级围岩 ， 有时也可用于 级围岩 . 割圆拱： r1=r2、坦三心圆拱 :r1r2、尖三心圆拱 :r1r2 （ 2）曲墙式衬砌 适用条件： 通常用在 级以下的围岩水平 压力较大 的情况下 （ 3）喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌 (4)偏压衬砌 当山体地面坡陡于 l： 2.5， 线路

3、外侧山体覆盖较薄 ， 或于地质构造造成的偏压 ， 衬砌为承受这种不对称 围岩压力而采用 (5) 喇叭口隧道衬砌 (6) 圆形断面隧道 为了抵御膨胀性围岩压力，山岭隧道 也可以采用 圆形或近似圆形断面 ; 盾构法 沉管法施工的隧道 。 (7)矩形断面衬砌 沉管法、明挖法施工时，广泛采用矩形断 面衬砌 5.1.1 衬砌结构的类型 (1) 直墙衬砌 (2) 曲墙式衬砌 (3) 喷锚衬砌 (4) 复合衬砌 (5) 偏压衬砌 (6) 喇叭口衬砌 (7) 圆形断面衬砌 (8) 矩形断面衬砌 5.1.2 支护结构 初期支护结构 永久支护结构 初期支护 (一次支护 ):木 支撑、型钢支撑、格栅支 撑、锚喷支护

4、等。 永久支护 (二次支护、二 次衬砌 ) :整体衬砌、复合 式衬砌、拼装衬砌及锚喷 衬砌等 4种。 初期支护结构 初期支护结构 初期支护结构 永久支护结构 洞身衬砌 洞门 明洞 斜井与竖井 内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水 第 5章 隧道结构构造 洞门 洞门 洞门 洞门 5.2 洞门 5.2.1 洞门的概念及其作用 5.2.2 洞门的形式 5.2.3 隧道洞门构造 5.2.1 洞门的概念及其作用 洞门的概念： 洞门是隧道两端的外露部分，也是联 系洞内衬砌与洞口外路堑的支护结构。 洞门的主要作用 保证洞口边坡的安全和仰坡的稳定； 汇集在洞口附近的仰、边坡上的地表水，并引离隧 道，减少洞口土石

5、方开挖量； 作为隧道的标志性建筑物，应与隧道的规模、使用 特性以及周围建筑物、地形条件等要相协调 。 5.2.2 洞门的形式 （ 1）端墙式洞门 （ 2）翼墙式洞门 （ 3）环框式洞门 （ 4）台阶式洞门 （ 5）遮光棚式洞门 (1) 端墙式洞门 (2)翼墙式洞门 (3)环框式洞门削竹式洞门 (4)台阶式洞门 (5) 遮光棚式洞门 端墙式洞门 柱式洞门 柱式洞门图式 2 台阶洞门 台阶洞门 翼墙式洞门 翼墙式隧道门造型 遮光棚式洞门图 2 翼 墙 式 隧 道 门 柱式路堑明洞隧道门 翼墙式路堑明洞隧道门 半 路 堑 偏 压 明 洞 隧 道 门 半 路 堑 单 压 式 明 洞 隧 道 门 单 压

6、 式 明 洞 隧 道 门 削竹式隧道门 削竹式隧道门图 2 高速公路 削竹式隧道门 5.2.2 洞门的形式 （ 1）端墙式洞门 （ 2）翼墙式洞门 （ 3）环框式洞门 （ 4）台阶式洞门 （ 5）遮光棚式洞门 1仰坡坡脚至洞门端墙顶帽背的 水平距离，一般不小于 1.5m。 2洞门端墙顶宜高出仰坡坡脚不 小于 0.5m。 3洞门端墙与仰坡之间水沟沟底 至衬砌拱顶外缘的高度，一般 不小于 1m。 4一般隧道门端墙、翼墙、挡土 墙设计为仰斜式墙身时，墙背 坡度不宜缓于 1: 0.3。 5.2.3 洞门的构造要求 洞门的构造要求 5. 洞门端墙、翼墙和挡土墙截面厚度应满足 规范要求。 6洞门端墙、翼墙

7、和挡土墙应根据情况设臵 伸缩缓和沉降缝。 7洞门翼墙和挡土墙身应设臵泄水孔。 洞门的构造要求 (二 ) 洞门的基础 1、 洞门端墙 、 翼墙 、 挡土墙基础必须臵于稳 固地基上 ， 基底松碴应清除干净 ， 以防止滑 动和不均匀沉陷 。 2、 在松软地基上设臵基础 ， 当地基承载力不 足时 ， 可结合具体条件 采取换填 。 扩大基础 、 桩基 、 地基加固等措施 。 3 基础埋臵深度 (1) 洞门端墙 、 翼墙 、 挡土墙基础应埋入路基面 以下一定深度 。 土质地基埋臵深度不应小于 1 米 。 且 应符合基底应力的要求 。 (2) 洞门端墙嵌入路堑边坡的深度根据坡度不同 取值 30 50厘米。

8、(3)在洞门端墙厚度范围内的洞口衬砌基础埋 臵深度，应与端墙基础相同。 (4)为保证洞门稳固和施工方便，衬砌边墙外 侧的洞门端墙基础宽度一般不小于 0.5m (5)当墙基础砌筑在稳定坚硬的基岩斜坡上 时基础可切割成台阶状。 4 当洞门挡 (翼 )墙受滑动控制时 可采用倾斜 基底或凸形基底等防滑措施 基底倾斜度 ， 土 质地基一般不大于 0.2:1， 稳定岩石地基不大 于 0.3： 1。 5 检算倾斜基底稳定时 ， 除检算沿基底的滑动 稳定外 ， 尚应检算沿地基上层的水平剪切应力 。 (三 ) 洞门建筑材料 （ 1） 钢筋混凝土 （ 2） 料石砌体 (四 ) 洞门施工要求 1 洞门宜尽早修建 ，

9、 并尽可能避免在雨季施 工 洞门修筑前应作好洞口及仰坡周围的排水 、 截水设施 ， 以保护边 、 仰坡的稳定 。 2 当洞口边 、 仰坡土石有剥落可能时 ， 坡面应清 理并予以防护 3 洞门端墙厚度范围内的结构 ， 应与洞口环节衬 砌采用同一材料整体灌筑 。 4 翼墙和洞口挡土墙应与端墙同时砌筑 当翼墙 需分段修建时 ， 其墙身应留施工缝 ， 并应检算施 工状态稳定性 。 5. 洞门端墙 ,翼墙 ,挡土墙墙身砌出地面后 ,基坑必须 及时回填夯实 ， 顶面作成不小于 4%的排水坡 。 5.2.4 洞门的结构计算 1 隧道洞门计算原理及方法 洞门是支挡洞口正面仰坡和路 堑边坡的结构物，洞门视为墙背

10、 承受土压力的挡土墙结构，根据 挡土墙理论设计。 端墙式洞门可按计算挡土墙 的方法分别核算如图所示 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G各不同墙高截面 的稳定性和强度，以此决定端墙 的厚度和尺寸。 翼墙式洞门与端墙式洞门一 样，也可采用分条方法取条带 计算。 在计算端墙时，应考虑翼墙 对端墙的支撑作用。 隧道洞门计算原理及方法 2 洞门墙的主要检算规定 墙身截面压应力 容许应力 墙身截面偏心距 e 0.3倍截面厚度 基底应力 地基容许承载力 基底偏心距 e 岩石地基 B/4 土质地基 B/6 （ B 基底厚度） 滑动稳定系数 Kc 1.3 倾覆稳定系数 Ko 1.5 一、倾覆稳定计算 二、滑

11、动稳定性计算 基底偏心距计算 基底压应力计算 洞门设计计算参数 洞身衬砌 洞门 明洞 斜井与竖井 内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水 第 5章 隧道结构构造 5.3 明 洞 什么是明洞？ 采用明挖法修筑的隧道结构 明洞特点： 地面建筑 地下建筑 明洞要求： 符合地形、地质、经济、安全、 施工难易等条件 5.3 明 洞 5.3.1 拱形明洞 （常用） 5.3.2 棚式明洞 （常用） 5.3.3 明洞基础 5.3.4 明洞填土 5.3.1 拱形明洞 1、路堑对称型 2、路堑偏压型 3、半路堑偏压型 4、半路堑单压型 (1) 路堑对称型 适用于洞顶地势平缓 , 路堑两侧地质条件基 本相同 (2)路堑

12、偏压型 适用于两侧山坡 高差较大的路堑，高 侧边坡有坍塌，落石 或泥石流。 (3)半路堑偏压型 适用于半路堑靠山侧边坡较高，有坍塌、落石或泥石流等不 良地质现象，而外侧地面较宽敞和稳定。 (4)半路堑单压型 适用于靠山侧边坡或原山坡有坍塌、落石等情况，外侧地形 陡峻无法填土地段 。 5.3.2 棚式明洞 当山坡坍方，山体侧压力不大，或因受地质、地形 条件的限制，难以修建拱形明洞时，可采用棚式明洞。 棚式明洞顶板为梁式结构 。 棚式明洞的类型主要取决于外侧边墙的结构形式。 通常有 墙式、刚架式，柱式和悬臂式 等棚式明洞 (1)墙式棚洞 (2)刚架式栅洞 外墙结构为连续框架 ， 对地基承载力要求较

13、高 (3)柱式棚洞 外墙为独立柱和纵梁方式，结构简单，预制吊 装方便，但整体性较差。 (4)悬臂式棚洞 当山坡较陡，坡面有少量落石，且外侧 地基不良或不宜设基础时，可采用悬臂式棚洞 5.3.3 明洞基础 明洞边墙基础必须臵于稳固的地基上，施工应 符合下列要求： （ 1）偏压和单压明洞外边墙的基底，在垂直 路线方向宜向内挖成 0.1:1的斜坡，提高边墙抗 滑力。 （ 2）当地基松软时应采取增加承载力的措施。 5.3.3 明洞基础 （ 3）基础开挖应核对地质条件，当挖至 设计高程仍不符合设计要求时应上报有关 方面处理。 （ 4）基础混凝土灌注前必须排除坑内积 水，并对基底进行固化处理。边墙基础应

14、采用与边墙同级混凝土一次浇筑。 5.3.4 明洞填土 明洞回填施工应符合下列要求： 1 在拆除外模后应立即做好防水层及纵向盲沟， 保证排水通畅。 2 墙背回填应两侧对称进行，石质地层中墙背 与岩壁空隙不大时，用与墙身同级混凝土回填。 5.3.4 明洞填土 3 墙后排水设施应与回填同时施工，并保 证能使渗水顺畅排出。 4 拱圈混凝土达到设计强度且由人工夯实 回填至拱顶以上 1m以前，不得采用机械回 填。 5.3.4 明洞填土 5 拱背回填应对称分层夯实，每层厚度 不得大于 0.3m，两侧回填的土面高差不 得大于 0.5m，回填至拱顶齐平后应分层 满铺填筑。 抗滑明洞 支撑锚杆明洞 墙式棚洞 基础

15、与填土 柱式棚洞 基础与填土 刚架式棚洞 基础与填土 洞身衬砌 洞门 明洞 斜井与竖井 内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水 第 5章 隧道结构构造 5.4 竖井与斜井 为什么设臵竖井或斜井？ 作用 1：增加开挖工作面 作用 2：通风需要 5.4 竖井与斜井 5.4.1 竖井 5.4.2 斜井 竖井 1 竖井位臵的选择 2 竖井与主坑道的衔接方式 3 竖井断面内部空间布臵 竖井示意图 竖井的构成 竖井断面形式 矩形竖井 圆形竖井 斜井 1 斜井位臵的选择 2 斜井坡度选择 3 斜井断面内部空间布臵 斜井设臵 圆 形 断 面 衬 砌 矩形断面衬砌 洞身衬砌 洞门 明洞 斜井与竖井 内装、顶棚与路面

16、 隧道的防水与排水 第 5章 隧道结构构造 5.5 内装、顶棚及路面 1、内装 2、顶棚 3、路面 4、噪声消减 1、内装 为确保行车安全，在隧道中必须采取措施， 使墙面亮度在长期的运营中保持较好水平，墙 面须用适当的材料加以内装处理，其作用如下： 改善隧道内环境，起诱导作用； 提高墙面的反射率，增强照明效果； 吸收噪音 常用的隧道内装材料 块状混凝土材料； 饰面板、镶板等质地致密材料； 瓷砖镶面材料； 油漆材料。 隧道内装材料应具有如下性质： 耐火性，在高温条件下仍能维持原状，不燃 烧、不分解有害成分等； 耐蚀性，长期在油垢及有害气体下不变质； 不怕水，大多数隧道都存在漏水问题，在水 的浸泡

17、下，在潮湿环境中不变质、不霉烂； 材料来源广泛，价格相对便宜。 能吸收噪音； 颜色淡，易清洁； 具有阻燃性。 2、顶棚 色彩的选择：顶棚用漫反射材料可 以避免产生眩光，其颜色的明亮程度 直接影响到路面亮度 美化隧道，并且起视觉诱导作用 顶棚可做成平顶或者拱顶：在自然通 风或诱导通风时，可以用拱顶；在半横 向或横向通风时可以用平顶。 顶棚以上可以作为通风道和供管理人员 使用的通道，因此设计荷载可按 (据国外资 料 )10MPa考虑 2、顶棚 3、路面 路面材料主要有两种： 砼 和 改性沥青； 路面材料应具备如下性能： 路面材料应具有抵御水冲刷和含有化学物 质的水的浸蚀能力 ; 应具有较高的抗侧滑

18、的能力； 抗裂性、耐久性； 容易修补。 路面与车道分隔线 等交通标志之间应保证有 明显的亮度对比和鲜明的颜色对比 3、路面 路基应具有足够的承载力 ，尤其要求在有丰 富地下水的条件下也能满足要求，要求有良好 的排水设施 4、噪声消减 隧道内噪声水平应保持在 60分贝以下 隧道内采取的措施 ： 内装材料的制作； 墙面材料的制作； 路面材料的制作； 利用原理： 声波的反射原理 4、噪声消减 洞身衬砌 洞门 明洞 斜井与竖井 内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水 第 5章 隧道结构构造 洞外防排水措施 5.6 隧道防排水 洞内防排水措施 隧道防排水应视水文地质条件因地 制宜地采取 “以排为主，防、排、

19、截、堵 相结合” 的综合治理原则，达到排水通畅、 防水可靠、经济合理、不留后患的目的。 隧道防排水原则 对地表水、地下水应采取妥善的处理，使洞内外形成一个完 整的畅通的防排水系统。 隧道防排水要求 一般公路隧道应做到： 1、拱部不摘水、边墙不滴水。 2、路面不冒水、不积水、设备箱洞处不渗水。 3、冻害地区隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结。 汽车专用公路隧道则应达到： 拱部、墙部及设备箱洞处均不渗水 (1)、洞外防排水措施 A、地表处理 B、洞顶天沟截水 C、明洞顶防排水 D、洞门排水 E、洞内外水沟衔接 (2)、洞内防排水措施 排水措施 a、洞内排水沟 b、衬砌背后盲沟 c、泄水洞或洞外井点降

20、水 d、中心排水沟或路侧排水沟 (2)、洞内防排水措施 防水措施 a、防水板 b、喷膜防水层 c、混凝土自防水 (2)、洞内防排水措施 堵水措施 a、喷射混凝土堵水 b、塑料板堵水 c、注浆堵水 d、模注混凝土衬砌堵水 无钉铺设 塑料防水 板 铺 设 防 水 板 时 锚 杆 头 部 的 处 理 衬砌背后盲沟作法 隧道注浆 工作面预注浆 施工缝防水的构造形式见图 4.1.21。 高聚物改性沥青防水卷材的主要物理性能 塑料防水板物理力学性能 铺设防水板前应先 铺缓冲层 , 应用暗 钉圈固定在基层上 中埋式止水带与外贴防水层复合使用 中埋式金属 止水带 结构变形时，穿墙 管可采用主管直接 埋入混凝土内的固 定式防水阀，并应 预留凹槽，槽内用 嵌缝材料嵌填密实 排水沟槽方法排水 防水层的铺设 防水层的铺设 防水层的铺设 负压检查 铺设好的防水板 洞身衬砌 洞门 明洞 斜井与竖井 内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水 第 5章 隧道结构构造 本章的学习是否达到要求？ （ 1）掌握公路隧道的洞身结构、洞门结 构、明洞结构和防排水设施的构造原理 （ 2）了解公路隧道斜井与竖井、内装修 与路面结构