隧道主体建筑结构

隧道主体建筑结构隧道横断面轮廓尺寸应设计成多大，才能使车辆能安全、经济地通过隧道？思考一下：1.直线隧道净空净空概念隧道衬砌内轮廓线所包围的空间机车车辆限界基本建筑限界隧道建筑限界限界建筑限界－建筑物不得侵入的一种限界一、铁路隧道净空及要求BH一种规定的轮廓线，保证列车安全运行请观察隧道空间隧道主体建筑结构1.直线隧道净空机车车辆限界机车车辆最外轮廓线的限界尺寸基本建筑限界线路上所有建筑物和设备不得侵入的轮廓线目的：所有在线路行使车辆，沿车体所有部分都在此限界范围内目的：保证机车车辆（包括超限车辆、最大级超限货物装载限界）安全运行及建筑物和设备不受损害一、铁路隧道净空及要求隧道主体建筑结构1.直线隧道净空一、铁路隧道净空及要求隧道建筑限界包围“基本建筑限界”外部的轮廓线目的：用于安装通讯、照明、通风、电力等设备按照GB146.2-831蒸汽及内燃牵引2电力牵引隧限－1A单线隧限－1B双线隧限－2A单线隧限－2B双线标准化隧道主体建筑结构1.直线隧道净空比“隧道建筑限界”大一些。考虑不同围岩压力下，衬砌结构的合理受力形状考虑施工方便一、铁路隧道净空及要求由隧道内轮廓线决定！拱部采用三心圆边墙采用直墙或曲墙隧道主体建筑结构2.曲线隧道净空加宽加宽原因(a)车辆通过曲线，转向架中心点沿线路运行，车身保持矩形形状。故其两端向曲线外侧偏移（d外），中间向曲线内侧偏移（d内1）。(b)曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动一个距离（d内2）。d内1－车辆中间部分向曲线内侧的偏移d外－车辆两端向曲线外侧的偏移d内2－外轨超高使车体向曲线内侧倾移一、铁路隧道净空及要求隧道主体建筑结构考察几个偏移量2.曲线隧道净空加宽加宽值的计算(1)单线曲线隧道加宽值的计算d内1－车辆中间部分向曲线内侧的偏移Rld821内cmRRd405010081821内一、铁路隧道净空及要求隧道主体建筑结构Rld8L22外cmRRd44001008182622外d外－车辆两端向曲线外侧的偏移一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽(1)单线曲线隧道加宽值的计算隧道主体建筑结构)(1502cmEHd内d内2－外轨超高使车体向曲线内侧倾移H－隧道限界控制点自轨面起的高度E－曲线外轨超高值最大值不超过15㎝RvE276.0v—铁路远期行车速度，km/h一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽(1)单线曲线隧道加宽值的计算隧道主体建筑结构)(7.22cmEd内近似隧道主体建筑结构外侧加宽内侧加宽)(44002cmRdW外总加宽)(21cm一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽(1)单线曲线隧道加宽值)(7.24050211cmERddW内内中线偏移距离d－内外侧加宽值不同，内侧加宽外侧加宽，隧道中线向曲线内侧偏移))((2121cmWWd(2)双线曲线隧道加宽值的计算外侧加宽W2内侧加宽W1总加宽W:)(321cm同单线内、外侧线路中线间的加宽值W3)(215084503cmEHRW)(2.184503cmERW外侧线路的外轨超高大于内侧线路的外轨超高其他情况)(84503cmRW一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽H=360cm隧道主体建筑结构隧道主体建筑结构一、铁路隧道净空及要求中线偏移距离内侧线路中线与隧道中线的距离))((212003211cm外侧线路中线与隧道中线的距离))((212003212cm2.曲线隧道净空加宽(3)铁路曲线隧道加宽的平面布置《铁路隧道设计规范》规定：从圆曲线到缓和曲线中点，并向直线方向延伸13m圆曲线段缓和曲线段按上述计算方法计算加宽采用圆曲线加宽断面，加宽W其余缓和段，从直缓分界点向直线方向延伸22m采用缓和曲线中点加宽断面，加宽值取圆曲线加宽值一半，按W/2一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽隧道主体建筑结构隧道主体建筑结构一、铁路隧道净空及要求直线段(1)从圆曲线到缓和曲线中点，并向直线方向延伸13m采用圆曲线加宽断面，加宽W(2)其余缓和段，从直缓分界点向直线方向延伸22m采用缓和曲线中点加宽断面，加宽值取圆曲线加宽值一半，按W/21.公路隧道净空概念公路隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，包括通风、照明、消防、通讯等设备所占的空间。为保证隧道内各种交通工具的正常运行与安全而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间限界。不得有任何部件侵入。2.公路隧道建筑限界二、公路隧道净空3.公路隧道建筑限界组成隧道主体建筑结构执行公路工程技术标准W—行车道宽度S—行车道两侧路缘带宽度C—余宽按计算行车速度100km/h时为0.25m≥100km/h时为0.5mH—净高一条公路应用一个净高三、四级公路为4.5m高速公路和一级、二级公路为5.0m二、公路隧道净空3.公路隧道建筑限界组成隧道主体建筑结构L—侧向宽度E—建筑限界顶角宽度当L≤1m时，E=L当L＞1m时，E=1mL1—左侧硬路肩宽度L2—右侧硬路肩或应急停车带宽度J—检修道（一侧）宽度其它各级公路的侧向宽度为路肩宽度减去0.25m高速公路、一级公路的侧向宽度为硬路肩宽度（L1或L2）高速公路和一级公路应设，一般为0.75mR—人行道宽度(一般公路)二、公路隧道净空3.公路隧道建筑限界组成据行人密度、隧道长度、交通量及交通安全等确定设置与否隧道主体建筑结构组成部分用途路缘带、余宽或人行道——减少恐惧、安全运行检修道——检修工具车车行道净高——汽车载货限高和富裕量紧急停车带——长隧道和特长隧道救援、抢修疏散宽高——排水、通风、照明、防火、监控、运营等宽高——围岩压力影响、施工等必要的富裕量二、公路隧道净空4.标准的公路隧道限界3.公路隧道建筑限界组成根据常用的车道及个功能尺寸将公路隧道限界进行标准化隧道主体建筑结构二、公路隧道净空5.公路隧道内轮廓设计应包括隧道建筑限界，还应满足路面、照明、排水、消防、监控、运营管理、装饰等设施所需的空间。考虑围岩变形、施工方法等影响的预留富裕量。安全、经济、合理。隧道主体建筑结构二、公路隧道净空6.公路曲线隧道净空加宽公路工程技术标准（JTJ002-97）第3.0.2条：隧道主体建筑结构当曲线半径不大于250m，在曲线内侧加宽（1）双侧道表2-2（3）单车道按表2-2的1/2。本节问题隧道衬砌横断面设计的基本内容与方法铁路隧道衬砌横断面设计公路隧道衬砌横断面设计隧道衬砌的厚度隧道横断面形式隧道主体建筑结构1.隧道衬砌结构及横断面设计概况设计断面洞室开挖衬砌结构结构计算结构施工隧道净空行车及功能要求隧道限界隧道主体建筑结构2.隧道衬砌断面形式钻爆法铁路隧道公路隧道山岭隧道城市隧道水下隧道交通隧道盾构及TBM直墙拱形单线双线曲墙拱形单圆断面双圆断面坦三心圆断面矩形断面沉管法隧道主体建筑结构隧道衬砌横断面的一般选择隧道衬砌承受径向分布的压力，采用圆形承受竖向压力为主，水平压力小，上部采用圆形或尖拱，下部直墙式承受竖向压力和水平压力，上部采用圆形或平拱，下部曲墙式，必要设仰拱山岭隧道多采用三心圆或单心圆弧断面，较少采用四心圆或五心圆暗挖法公路隧道多采用三心圆，包括山岭隧道、城市隧道、水底隧道盾构和TBM隧道基本为单圆形断面沉管隧道为矩形断面隧道主体建筑结构3.隧道衬砌横断面设计的基本内容与方法（1）设计基本内容（2）设计步骤★衬砌内轮廓线★结构轴线★各截面厚度★确定隧道类型相应建筑限界★根据围岩初步拟定截面厚度★断面优化、强度检算★评价内轮廓线拟定结构截面形状及其尺寸(经验类比)内力分析满足要求确定尺寸是否隧道主体建筑结构（3）设计基本要求★隧道内轮廓必须符合隧道建筑净空限界。★内轮廓线应尽量减小洞室的体积。★结构轴线应尽可能地符合压力线。★施工方法能确保断面形状及尺寸有利于隧道的稳定。（4）设计目的★满足限界要求★满足受力要求★圬工最省3.隧道衬砌横断面设计的基本内容与方法结构轴线压力线隧道主体建筑结构4.衬砌断面厚度各截面厚度随工程及水文地质条件不同而变化★单线铁路隧道衬砌拱顶截面厚度30－60cm★双线铁路隧道拱顶截面厚度40－80cm★仰拱厚度一般稍小于拱顶厚度★衬砌可等厚，也可将拱脚和边墙较拱顶加厚20%-50%经验:铁路规范规定衬砌截面最小厚度(㎝)建筑材料种类隧道和明洞衬砌洞门端墙、翼墙和洞口挡土墙拱圈边墙仰拱混凝土20202030片石混凝土5050浆砌粗料石、混凝土块303030浆砌块石3030浆砌片石5050隧道主体建筑结构5.铁路隧道衬砌断面设计（1）内轮廓线（2）外轮廓线外轮廓线=内轮廓线+衬砌厚度我国铁路隧道的建筑限界是统一固定的。在相同的围岩级别时，衬砌横断面形状和尺寸也是固定的。有通用的设计标准图，不需专门的设计。在有较大偏压、冻胀力、倾斜的滑动推力或大量塌方及七度以上地震等，应根据荷载特点进行个别设计。隧道主体建筑结构5.铁路隧道衬砌断面设计（单位：cm）（单位：cm）hbfaa213o道碴面内轨顶面ooorrrrbcφφφbo轨顶面至拱顶高度h拱顶至拱脚矢高f；衬砌拱部净宽之半b拱圈第一个内径r1和第二个内径r2第一段圆曲线的终点截面与竖直面的夹角φ1拱脚截面与竖直面的夹角φ2；内径r2的圆心o2至o1的水平和垂直距离a隧道主体建筑结构先给定b、f、φ1及a值后，再解出r1、r2及φ2。曲线地段需要加宽时，保持r2及φ2不变，φ1仍取45º，b值根据加宽要求也是已知，故未知参数f、a、r1仍可求解。衬砌断面几何关系有：上式含b、f、φ1、a、r1、r2、φ2共7个参数（单位：cm）（单位：cm）hbfaa213o道碴面内轨顶面ooorrrrbcφφφbo隧道主体建筑结构隧道主体建筑结构（1）衬砌内轮廓线(标准化)（2）衬砌外轮廓线(可变化)（3）衬砌截面厚度(可变化)总结及思考隧道主体建筑结构（1）内轮廓线与厚度影响结构轴线；（2）外轮廓线决定是否变截面衬砌，亦影响结构轴线。结论隧道主体建筑结构6.公路隧道衬砌断面设计目前公路隧道以单心圆、坦三心圆两种断面应用最为普遍。公路隧道与铁路隧道的主要区别：①铁路隧道建筑限界是固定统一的，而公路隧道的建筑限界则不定。②公路隧道的附属设施比铁路隧道多且要求高，且每一座隧道均会因交通流量和长度不同而要求不同。**基本原理：在公路隧道建筑限界各角点到隧道内轮廓线的距离满足最小值(行车安全)的前提下，使得内轮廓线包围的面积(开挖面积)最小.)(2)(21SSXS2121RS)(21222ARAS)()400(2712dSBARTAddX),,(70独立变量根据经验，对一般的限界d7为重要控制量(d7满足后，其它控制点的富裕量易满足)开挖面积(路面以上)隧道主体建筑结构约束条件隧道主体建筑结构与铁路隧道的异同点：内轮廓非标准化通风、照明等附属设施多设计特点：断面设计优化的必要性规范推荐断面形式(有标准化的趋势)6.公路隧道衬砌断面设计除偏压比较明显的地段外，公路隧道衬砌结构大多采用等截面的形状。在确定了衬砌断面内轮廓线后，只要选定号节目厚度，设计外轮廓线和结果轴线即可确定。衬砌外轮廓线和轴线隧道主体建筑结构本节主要内容：隧道主体建筑结构隧道支护结构基本要求洞身支护结构主要类型不同类型洞身支护结构特点及适用条件衬砌材料隧道主体建筑结构开挖－地层平衡破坏－变形－坍塌衬砌-支护围岩的结构支护方式外部支护－从围岩外部内部支护－对围岩内加固混合支护地层、毛洞与衬砌**隧道的关键就是支护结构与围岩相互作用！隧道主体建筑结构一、支护结构基本要求保证隧道断面使用净空，防止岩体质量恶化承受荷载，使隧道支护体系有足够安全度1.支护结构的基本作用支护结构应具有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工可能性与周围岩体大面积地牢固接触，即保证支护一围岩作为一个统一的支护体系而共同工作。要允许围岩及支护结构产生有限制的变形，以充分发挥