[PPT]铁路隧道工程

隧道工程一、隧道概念及组成隧道是地面以下修建的用以通过行人、车辆及水、煤气、油等管道的建筑物。隧道分类：按工程类别分为：铁路隧道、公路隧道、管道（过水）隧道。铁路隧道按其穿越障碍物或位置的不同分为：山岭隧道、水底隧道和城市（地铁）隧道三种。铁路隧道按长度分为：短隧道(≤0.5km)、中长隧道(0.5~3km)、长隧道(3~10km)和特长隧道(≥10km)四种。第一节概述3高速铁路隧道施工（明挖段）4铁路隧道的衬砌通常由拱圈和边墙组成拱形结构，地质（围岩）较差的情况下常设仰拱而形成封闭式衬砌。仰拱二、我国隧道修建概况三、隧道各部分的构造隧道建筑物由主体建筑物和附属建筑物两大部分组成。主体建筑物为洞身衬砌和洞门。主体建筑物为了保持隧道的稳定，保证隧道正常使用而修建的；在铁路线上洞口附近容易坍塌或有落石危险时则需要加筑明洞。附属建筑物指保证隧道正常使用所需的各种辅助设施，如：防排水设备、避车洞（铁路）、电力及通讯信号的安放设备及运营通风设施等。61.隧道净空隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包括的空间。2.附属建筑物1)避车洞：为保证隧道内行人和维修人员的安全及存放维修料具，在隧道内两侧边墙上互相交错设置大、小避车洞。避车洞根据其断面尺寸的大小分为大避车洞及小避车洞两种。7(1)避车洞的布置大避车洞在碎石(整体)道床的隧道内，每侧相隔300(420)m布置一个大避车洞。当隧道长度在300～400m时，可在隧道中间布置一个大避车洞；隧道长度在300m以下时，可不布置大避车洞；如果两端洞口接桥或路堑，当桥上无避车台或路堑两边侧沟外无平台时，应与隧道一并考虑布置大避车洞。图避车洞平面布置图3060606060306060小避车洞隧道中线大避车洞6060606060603030420210(b)整体道床小避车洞306060606030大避车洞6060606060150150300隧道中线(a)碎石道床2109小避车洞无论在碎石道床或整体道床的隧道内，每侧边墙上应在大避车洞之间间隔60m(双线隧道按30m)布置一个小避车洞。如隧道邻近有农村市镇，或曲线半径小，视距较短时，小避车洞可适当加密。不同衬砌类型或不同加宽断面衔接处，或沉降缝、工作缝、伸缩缝处应避开设置避车洞。10为了使避车洞的位置明显，应将洞内全部及洞周边30cm刷成白色。在洞的两侧各10m处的边墙上标一白色箭头指向避车洞。图避车洞周边粉刷(单位：m)0.80.3A0.80.150.1510照明灯粉刷0.3m宽白边内轨顶面道碴面或人行道面1.5A3.5101.511(2)避车洞的净空尺寸及衬砌类型大避车洞4.0m(宽)×2.5m(深)×2.8m(中心高)。图大避车洞尺寸280E250内轨顶面i=2%h10275dd1dR=25010280d180d4003012小避车洞2.0m(宽)×1.0m(深)×2.2m(中心高)。图小避车洞尺寸内轨顶面100d1i=2%h22010218Ed200R=125d2201017095dd13(2)电缆槽电缆槽用混凝土浇筑，可与水沟同侧并与水沟并行，或设置在水沟的异侧。槽内铺以细砂做垫层，低压电缆可直接放在垫层面上，高压电缆则吊在槽边预埋的托架上。槽顶设有盖板防护。盖板顶面应与避车洞底面或道床顶面齐平。当电缆槽与水沟同侧并行时，应与水沟盖板齐平。(3)信号继电器箱和无人增音站洞隧道内如需设置信号继电器时，则应在电缆槽同侧设置信号继电器箱洞，其宽度为2m，深度为2m，中心宽度为2.2m。根据电讯传输衰耗和通讯设计要求，在隧道内设置无人增音站时，其位置可根据通信要求确定。14(4)运营通风设施运营隧道的通风有自然通风和机械通风两种。自然通风是利用洞内的天然风流和列车运行所引起的活塞风来达到通风的目的。机械通风是当自然通风不能满足要求时采用通风机械将洞内外气体进行交换，来达到通风之目的。机械通风方式分为纵向式和横向式两类。15第二节施工准备一.场地布置1、弃碴场地及轨道布置2、大宗材料的堆放场地和料库布置3、生产房屋和生产设施的布置4、生活房屋的布置二、便道(便线)修筑三、高低压电线路及通信线路四、风、水主管敷设16第三节洞口工程和洞门工程(一)洞口地段的一般概念隧道施工的洞口地段，是指隧道进口(或出口)附近对隧道施工有影响的地段，该地段通常因地质地形复杂需要做特殊处理。洞口的组成：洞口常由端、翼(或挡)墙等结构物及排水、泄水系统所组成。17(二)洞口的施工方法洞口段围岩为Ⅲ级以下，地层条件良好时，一般可采用全断面直接开挖进洞。洞口段围岩为Ⅲ～IV级，地层条件较好时，宜采用正台阶法进洞(不短于20m区段)爆破进尺控制在1.5～2.5m。洞口段围岩为Ⅳ～Ⅴ级，地层条件较差时，宜采用上半断面(大拱脚台阶法)进洞施工。洞口段围岩为Ⅴ级以上，地层条件差时，可采用分部开挖法和其它特殊方法进洞施工。(三)洞口土石方施工与洞口衬砌施工18(四)洞口地段施工注意事项在场地清理作施工准备时，应先清理洞口上方及侧方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石等。洞口施工宜避开雨季和融雪期。洞口部分圬工基础必须置于稳固的地基上。洞门拱墙应与洞内相邻的拱墙衬砌同时施工连接成整体，确保拱墙连接良好。洞口段洞身施工时，应根据地质条件、地表沉陷控制以及保障施工安全等因素选择开挖方法和支护方式。如与设计无较大出入，则按设计图施工。洞门完成后，洞门以上仰坡脚受破坏处，应及时处理。19二、洞门类型洞门的作用：减少洞口土石方开挖量稳定边、仰坡引离地表水流装饰洞口洞门分为一般隧道洞门和明洞门两大类。洞门方向与线路中心线垂直的称正交洞门，与线路非垂直的称斜交洞门。20斜交式洞门内轨顶面1－1正面平面11211、一般洞门一般洞门的主要形式有环框式、翼墙式、端墙式、台阶式和台柱式等五种。环框式洞门(1)环框式洞门当洞口石质坚硬稳定(Ⅰ级围岩)无裂隙发育，且地形陡峻无排水要求时，可仅修建洞口环框。22(2)端墙式(一字式)洞门适用于地形开阔、石质较稳定(Ⅱ～Ⅲ级围岩)的地区，由端墙和洞门顶排水沟组成。端墙的作用是抵抗山体纵向推力及支持洞口正面上的仰坡，保持其稳定。端墙式洞门23(3)翼墙式(八字式)洞门当洞口地质较差(Ⅳ级及以上围岩)，山体纵向推力较大时，可以在端墙式洞门的单侧或双侧设置翼墙。翼墙在正面起到抵抗山体纵向推力，增加洞门的抗滑及抗倾覆能力的作用。两侧面保护路堑边坡起挡土墙作用。24(4)台阶式洞门当洞门位于傍山侧坡地区，洞门一侧边仰坡较高时，为了提高靠山侧仰坡起坡点，减少仰坡高度，将端墙顶部改为逐级升高的台阶形式，以适应地形的特点，减少洞门圬工及仰坡开挖数量，也能起到一定的美化作用。台阶式洞门25(5)柱式洞门当地形较陡(Ⅳ级围岩)，仰坡有下滑的可能性，又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时，可在端墙中部断面设较大的柱墩，以增加端墙的稳定性。26(6)喇叭口式洞门高速铁路隧道，为减缓高速列车的空气动力学效应，在单线隧道洞口一般设喇叭口洞口缓冲段，同时兼作隧道洞门。喇叭式洞门272、明洞门明洞是隧道的一种变化型式，用明挖法修筑。明洞一般修筑在隧道的进出口处，或铁路、公路、河渠必须在隧道上方通过时而设置的建筑物。明洞的结构类型常因地形、地质和危害程度的不同，有多种形式，采用最多的为拱式明洞和棚式明洞两种。28(1)拱式明洞门①路堑式对称型适用于路堑边坡处于对称或接近对称，边坡岩层基本稳定，仅防止边坡有少量坍塌、落石，或由于隧道洞口岩层破碎，覆盖层较薄而难以用暗挖法修建隧道时。图路堑式对称型拱式明洞0.021:51:100.55实际填土坡线0.451:0.50.5529②半路堑式偏压型(a)适用于地形倾斜，低侧处路堑外侧有较宽敞的地面供回填土石，以增加明洞抵抗侧向压力的能力。实际填土坡线1:1.51:51:51:101:0.50.551.100.650.651.251.55图半路堑式偏压型拱式明洞30②半路堑式单压型(b)适用于傍山隧道洞口或傍山线路上半路堑地段.实际填土坡线1:1.51:51:51:101:0.30.651.251.002.300.55图半路堑式单压型拱形明洞31(2)棚洞门有些傍山隧道，地形的自然横坡比较陡，外侧没有足够的场地设置外墙及基础或确保其稳定，这时可考虑采用另一种建筑物——棚式明洞，其外形如图示。图棚洞外形32三、明洞先从地面将隧道上方的土层挖开，形成堑壕，然后在堑壕中修建衬砌及在衬砌顶部进行土石回填，这种方法修建的铁路隧道称为明洞。明洞按其结构形式的不同，可分为拱形明洞及棚式明洞两类。(1)拱形明洞：(2)棚式明洞(1)盖板式明洞由内墙、外墙及钢筋混凝土盖板组成简支结构。其上回土石，以保护盖板不受山体落石的冲击。图盖板式明洞钢筋混凝土盖板棚洞中线夯填土水泥砂浆垫层防水层粘土隔水层线路中线侧洞外墙盖板Ⅰ-Ⅰ断面ⅠⅠ钢筋混凝土梁34(2)刚架式明洞当地形狭窄，山坡陡峻，基岩埋置较深而上部地基稳定性差时，为了使基础置于基岩上且减小基础工程，可采用刚架式外墙，此时称明洞为刚架式明洞。(3)悬臂式棚洞对稳定而陡峻的山坡，外侧地形难以满足一般棚洞的地基要求，且落石不太严重的情况，可修建悬臂式棚洞。35第四节施工方法一、概述隧道开挖的基本原则是：在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。在选择开挖方法时，应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、支护条件、工期要求、工区长度、机械配备能力、经济性等相关因素进行综合分析，采用恰当的开挖方法。36二、开挖方法(1)全断面开挖法全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。37适用条件(a)I～IV级围岩，在用于Ⅳ级围岩时，围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内，保持其自身稳定的条件。(b)有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。(c)隧道长度或施工区段长度不宜太短，根据经验一般不应小于lkm，否则采用大型机械化施工，其经济性较差。隧道机械化施工，有三条主要作业线，见表作业线采用的大型机械设备开挖作业线钻孔台车、装药台车、装载机配合自卸汽车（无轨运输时）、装渣机配合矿车及电瓶车或内燃机车（有轨运输时）喷锚作业线混凝土喷射机、混凝土喷射机械手、喷锚作业平台进料运输设备及锚杆灌浆设备模筑衬砌作业线混凝土拌和作业厂、混凝土输送车及输送泵、施作防水层作业平台、衬砌钢模台车全断面法施工特点(a)开挖断面与作业空间大、干扰小；(b)有条件充分使用机械，减少人力；(c)工序少，便于施工组织与管理，改善劳动条件；(d)开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩稳定。39(2)台阶法根据台阶长度不同，划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种。施工中采用哪一种台阶法，要根据两个条件来决定，第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，要求闭合时间越短，第二是对上部断面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要求。a、长台阶法长台阶法开挖断面小，有利于维持开挖面的稳定，适用范围较全断面法广，一般适用于地质条件较差的Ⅲ、Ⅳ级围岩长台阶法125L12Lb.短台阶法12L12(1~1.5)L短台阶法短台阶法适用于地质条件差的Ⅳ、V级围岩，台阶长度定为10~15m，即1~2倍开挖宽度，主要是考虑拉开工作面，减少干扰，因此台阶长度不宜过短。短台阶法可缩短支护闭合时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制围岩变形。缺点是上部出渣对下部断面施工干扰较大，不能全部平行作业。123~5m微台阶法12Lc、微台阶法适用于Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ级围岩，一般为3~5m的台阶长度。微台阶法上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰大，生产效率低，施工速度慢。(3)分部开挖法分部开挖法包括环形开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中洞法、中隔壁法(CD法)等。a、环形开挖留核心土法环形开挖留核心土法常用于Ⅵ级围岩单线和V～Ⅵ级围岩双线隧道掘进。③①②②③①②44施工要求：环形开挖进尺一般为0.5～2.0m；开挖后应及时施作喷锚支护、安设钢