第2章4 隧道横断面设计

本章的学习要求：（5）了解隧道设计文件的组成要求；（1）掌握公路隧道选址的原则和方法；（2）掌握隧道洞口位置选择的原则和方法；（3）掌握隧道平面和纵断面设计的要求；（4）掌握隧道横面设计的要求和方法；第三节隧道横断面设计2.3隧道净空断面与横断面设计隧道断面设计需要解决什么问题？根据围岩压力和支护结构等因素求取最经济值什么是隧道净空？什么是隧道建筑限界？隧道横断面设计什么是隧道净空？什么是隧道建筑限界？一、什么是隧道净空和隧道建筑限界？隧道净空：隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。隧道建筑限界：保证隧道中行车安全，在一定高度和宽度范围内任何物体不得侵入的限界隧道建筑限界详图隧道建筑限界设计规范规定：②当设置检修道或人行道时，不设余宽；当不设置检修道或人行道时，应设不小于25cm的余宽。①限界高度，二级公路以上等级取5.0m;三、四级公路取4.5m.③隧道路面横坡，一般可采用1.5%～2.0％。检修道或人行道宜双侧设置；检修道或人行道的宽度按规定选取。检修道或人行道的高度可按20～80cm取值，并综合考虑以下因素：⑴紧急情况时，驾乘人员拿取消防设备方便；⑵满足其下放置电缆、给水管等的空间尺寸要求。⑶检修人员步行时的安全；对于长、特长隧道应在行车方向的右侧设置紧急停车带。紧急停车带的设置间距不宜大于750m。紧急停车带紧急停车带横向通道横断面二、衬砌断面设计什么是隧道衬砌？(Lining)它是一种超静定支护结构,是隧道的主体建筑物1、衬砌断面设计内容确定（1）内轮廓线（2）衬砌轴线（3)衬砌厚度2、设计内轮廓线的原则衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑限界，力求开挖和衬砌的数量最小。衬砌内表面力求平顺，考虑衬砌施工的简便。3、隧道衬砌断面的轴线：——应当尽量与断面压力线重合，使各截面主要承受压应力。(1)、当衬砌受径向分布的水压时，轴线以圆形最好；(2)、主要承受竖向压力或同时承受不大的水平侧压力时，可采用三心圆拱和直墙式衬砌；(3)、当承受竖向压力和较大侧压力时，宜采用五心圆曲墙式衬砌；(4)、当有沉陷可能受底压力时，宜加设仰拱的曲墙式衬砌。净空断面大小、隧道内轮廓形状和几何尺寸设计4、隧道衬砌厚度随所处地质条件和水文地质条件不同而有较大变化，并且与隧道的跨径，荷载大小，衬砌材料以及施工条件等有关。根据以往经验，1、拱圈可以采取等截面，2、采取在拱脚部分加厚20—50％的变截面。仰拱厚度一般略小于拱顶厚度。隧道衬砌截面最小厚度（cm）5、衬砌断面设计(1)概念（2)衬砌断面的形状（3）内轮廓线的确定方法(1)概念①衬砌内轮廓线：是衬砌的完成线，在内轮廓线之内的空间为隧道的净空断面。②衬砌外轮廓线：指为保持净空断面的形状，衬砌必须有足够的厚度(或称最小衬砌厚度)的外缘线。该线又称为最小开挖线。隧道衬砌内轮廓线③实际开挖线为保证衬砌外轮廓，开挖时往往稍大，尤其用钻爆法开挖时，实际开挖线不可避免的成为不规则形状。隧道内轮廓线控制隧道超挖严重隧道内轮廓线控制隧道超挖严重③实际开挖线超挖线，超挖部分的大小叫超挖量，一般不应超过10cm。实际上凸凹不平，这样10cm的限制线只能是平均线，它是设计时进行工程量计算的依据。用钻爆法施工时，很难掌握刚好达到平均线，常常比它大，造成了不必要的工程量，如何控制它？③实际开挖线如何控制超挖，至今仍是一个难题。按设计要求所有超挖部分，都须用片石回填密实。由于施工上的困难，不容易作到密实。但这是设计及施工中都应着重强调的问题。(2)衬砌断面的形状①曲墙式衬砌（三心圆拱、单圆拱、五心圆拱）②直墙式拱形衬砌（3）公路隧道衬砌内轮廓线的求法主要步骤如下：(1)确定建筑限界；(2)确定弧形；(3)计算验证、调整。以上过程是个反复循环的过程(1)圆形断面(1)圆形断面假定公路建筑限界已确定，其控制点为a,b,c,d四个点。①分别作ab,ac,ad的垂直平分线，在断面对称轴上得到三个交点O1,O2、O3，②取其中最高(至路面)者作为圆心O2。③在oa连线的延长线上取aA0.1m，以oA为半径划圆即得内轮廓线的基本部分。(2)曲墙式衬砌断面(3)直墙式衬砌断面（3）《公路隧道设计规范》关于衬砌标准断面(4)仰拱的设置条件1、在Ⅳ—Ⅵ级围岩条件下，围岩自稳能力差，侧压力较大，地基承载力弱，为保证结构整体安全，控制沉降，采用有仰拱的封闭式衬砌断面。2、隧道断面越大，围岩自稳能力越差，围岩变形也越大。所以，Ⅳ-Ⅵ级围岩两车道隧道、Ⅲ级围岩三车道以上隧道宜采用有仰拱的衬砌断面形式。3、在隧道边墙底以下围岩为坚硬整体岩石(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩)时，可不设仰拱。3.4隧道勘测设计文件的内容公路隧道勘测设计的成果是设计文件，应按交通部颁发的《公路基本建设工程设计文件编制办法》和《公路隧道勘测规程》的要求进行编制。提出隧道勘测说明书1．沿线隧道概况及自然概况；2．工程地质及水文地质情况；3．气象、环境和有关政策法令情况；4．施工条件(包括施工场地、工程设备、给排水、动力、施工道路、弃渣场、建筑材料来源等)；5．隧道方案(2个或2个以上)的比选情况和在设计注意事项；6．对运营通风、运营照明和防排水方式的选择建议；7．存在问题以及解决办法的建议，有关协议、纪要；8.隧道线路方案平面图；比较方案(2条以上)应绘入图内，并附有方案比较说明，采用方案的理由；9．隧道线路地质平面图；显示地质构造、岩层产状、不同地质的分界线，水文地质情况、地物、地貌等。10．隧道纵断面图；显示隧道全貌，埋置深度，地质和水文地质以及线路条件，图上除注明里程、地面标高外，尚应注明设计坡度；设计标高及线路曲线要素。11．隧道洞口地形平面图显示边坡开挖情况，选定洞口位置，确定明洞长度，布置排水，施工场地及防护工程设施等，一般洞口地形平面图的施测范围为洞口前后及两侧各宽约60m左右，有不良地质现象时，其施测范围应酌情加宽；施工图设计文件1．隧道平面图：显示地质平面、隧道平面位置及路线里程和进出口位置等。设U形回车场、错车道、爬坡车道时，应显示其位置和长度。2．隧道纵断面图：显示隧道地质概况、衬砌类型（有加宽或设U形回车场时，应显示加宽值及加宽段长度)、埋深、路面中心设计标高、有高路肩时显示路肩标高、设计坡度、地面标高、里程桩等。3．隧道进口(出口)纵横断面图：显示设置洞门处的地形、地质情况、边仰坡开挖坡度及高度等。4．隧道进口(出口)平面图：显示洞门附近的地形、洞顶排水系统(有平导时，与平导的相互关系等)、洞门广场的减光设计等。5．隧道进口(出口)洞门图：显示洞门的构造、类型及具体尺寸，采用建筑材料、施工注意事项，工程数量等。有遮光棚等构造物时，应显示其与洞身连结关系及完整的遮光棚构造设计图。6．隧道衬砌设计图：显示衬砌类型、构造和具体尺寸、采用的建筑材料；施工注意事项、工程数量等。设回车场、错车道、爬坡车道时应单独设计。7．辅助坑道结构设计图。8．运营通风系统的结构设计图。9．运营照明系统的结构设计图。10．监控与管理系统结构设计图。11．附属建筑物的结构设计图。较长隧道的施工图设计一般应包括如下内容：(1)隧道平面图；(2)隧道纵断面图；(3)隧道进出口平面图；(4)隧道进出口洞门设计图；(6)隧道衬砌结构设计图。(7)隧道防排水设计图(8)辅助坑道结构设计图；(9)运营通风系统的结构设计图；(10)运营照明系统的设计图；(11)监控与管理系统的结构设计图；(12)附属建筑物的结构设计图。在整个施工图设计文件中应有隧道设计说明书。对隧道概况、设计意图及原则、施工方法及注意事项等做概括说明。中小隧道的设计内容酌减。E69400N69400E69400N69200E69200N69200E69100E69000N69000E69400N69100E69400N69300E69400N69200N69300E68900N69300N69400E69000N69300E68800N69400E68800N69500E69000N69400E69000E68900N69500E69500E69000N69700E69000N69600E69100N69600N69300E69100N69300E69200N69300E69300N69400E69500S3戴艳辉姚庆龙下行线里程桩号N69400E69200N69000E69300N69100E69300N69100E69100N69100E69200N69400E69300N69600E69200N69500E69300N69500E69200N69500E69100E69100N69400N69300N69200E69500410N69200420E69400N69200E69300路线平面布置图（一）北秀山隧道黑龙江工程学院430紧急停车带北秀山隧道（下行）审核复核图号日期设计路线起点上行线里程桩号路线起点出口入口北秀山隧道（上行）紧急停车带420430400410460450440人行通道460470440470450480路线纵面缩图S2III级围岩姚庆龙戴艳辉路面Ⅳ级围岩北秀山隧道黑龙江工程学院设计日期图号复核审核里程桩号地面高程（m）衬砌类型围岩级别设计高程（m）地质概况坡度(%)坡长(m)填挖高度（m）1.2%玄武岩路面复合式衬砌Ⅳ级围岩思考题1．不良地质段隧道选址主要应考虑哪些问题？2．隧道平面设计应注意哪些问题？3．隧道纵断面设计应注意哪些问题？4．什么是隧道建筑限界？5．什么情况下需设置仰拱？6．隧道接线的平面及纵断面线形有何要求？7．什么是衬砌内轮廓线，外轮廓线，实际开挖线？8.如何确定圆形、直墙式和曲墙式内轮廓线尺寸？9．圆形衬砌、直墙式衬砌、曲墙式衬砌各适用于何种围岩类型？10.公路隧道设计文件主要包括哪些内容？