第三章-公路隧道结构构造

2020/6/19中国矿业大学（北京）地下工程系1第三章公路隧道的结构构造洞身衬砌洞门明洞斜井与竖井内装、顶棚与路面隧道的防排水2020/6/19中国矿业大学（北京）地下工程系2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2020/6/19中国矿业大学（北京）地下工程系33.1洞身衬砌洞身衬砌的类型支护结构2020/6/19中国矿业大学（北京）地下工程系4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。一、衬砌结构的类型2020/6/19中国矿业大学（北京）地下工程系5一、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2020/6/19中国矿业大学（北京）地下工程系61、直墙式衬砌适用：直墙式衬砌型式通常用于岩石地层垂直围岩压力为主要计算荷载、水平围岩压力很小的情况。一殷适用于I，II级围岩，有时也可用于IV级围岩拱部形状：①坦三心圆拱(r1r2)②或尖三心圆拱(r2r1)③割圆拱（r1＝r2＝r）衬砌由上部拱圈、两侧竖直边墙和下部铺底三部分组合而成轨顶面直墙式衬砌拱圈直边墙铺底2020/6/19中国矿业大学（北京）地下工程系72020/6/19中国矿业大学（北京）地下工程系82、曲墙式衬砌拱顶拱腰拱脚仰拱2020/6/19中国矿业大学（北京）地下工程系92、曲墙式衬砌适用：适用于IV级以上围岩，水平压力大或除了垂直压力外，还有底鼓压力的情况。①地质条件较差，为抵御底鼓压力，配以仰拱使衬砌形成环状封闭结构；②基础地基较好，可采用无仰拱的曲墙式衬砌。仰拱：为改善隧道上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构。2020/6/19中国矿业大学（北京）地下工程系102020/6/19中国矿业大学（北京）地下工程系11仰拱：①可以改善衬砌受力状态，施工麻烦，影响施工运输；②Ⅴ、Ⅵ类围岩均需修仰拱；③Ⅳ类围岩，基础地质较好时可不设，反之要设。设置仰拱作用：使结构及时封闭，提高整体承载力和侧墙抵抗侧压力的能力抵御结构下沉变形，调整围岩和衬砌的应力状态2020/6/19中国矿业大学（北京）地下工程系122020/6/19中国矿业大学（北京）地下工程系133、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支护锚喷支护喷射混凝土锚杆钢桁架超前支护超前锚杆超前管棚注浆加固超前小导管超前深孔帷幕二、支护结构掘进距离取决于管棚深度初期支护结构初期支护结构永久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三章公路隧道的结构构造3.2洞门3.2洞门3.2洞门3.2洞门3.2洞门一、洞门的概念及其作用二、洞门的形式三、隧道洞门构造一、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①保证洞口边坡的安全和仰坡的稳定；②汇集在洞口附近的仰、边坡上的地表水，并引离隧道，减少洞口土石方开挖量；③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。二、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式明洞隧道门削竹式隧道门高速公路削竹式隧道门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。三、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、翼墙和挡土墙应根据情况设置伸缩缓和沉降缝。7．洞门翼墙和挡土墙身应设置泄水孔。洞门的构造要求(二)洞门的基础1、洞门端墙、翼墙、挡土墙基础必须置于稳固地基上，基底松碴应清除干净，以防止滑动和不均匀沉陷。2、在松软地基上设置基础，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．基础埋置深度(1)洞门端墙、翼墙、挡土墙基础应埋入路基面以下一定深度。土质地基埋置深度不应小于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。(3)在洞门端墙厚度范围内的洞口衬砌基础埋置深度，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，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。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三章公路隧道的结构构造3.3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3.3明洞3.3.1拱形明洞（常用）3.3.2棚式明洞（常用）3.3.3明洞基础3.3.4明洞填土3.3.1拱形明洞1、路堑对称型2、路堑偏压型3、半路堑偏压型4、半路堑单压型路堑：指从原地面向下开挖而成的路基形式。起到缓和道路纵坡或越岭线穿越岭口控制标高。(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。3.3.2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，可采用悬臂式棚洞3.3.3明洞基础明洞边墙基础必须置于稳固的地基上，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。3.3.3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。边墙基础应采用与边墙同级混凝土一次浇筑。3.3.4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。3.3.4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。3.3.4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三章公路隧道的结构构造3.4竖井与斜井为什么设置竖井或斜井？作用1：增加开挖工作面作用2：通风需要3.4竖井与斜井3.4.1竖井3.4.2斜井竖井1竖井位置的选择2竖井与主坑道的衔接方式3竖井断面内部空间布置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斜井位置的选择2斜井坡度选择3斜井断面内部空间布置斜井设置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隧道的防水与排水第三章公路隧道的结构构造3.5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：①改善隧道内环境，起诱导作用；②提高墙面的反射率，增强照明效果；③吸收噪音常用的隧道内装材料①块状混凝土材料；②饰面板、镶板等质地致密材料；③瓷砖镶面材料；④油漆材料。隧道内装材料应具有如下性质：①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；②耐蚀性，长期在油垢及有害气体下不变质；③不怕水，大多数隧道都存在漏水问题，在水的浸泡下，在潮湿环境中不变质、不霉烂；④材料来源广泛，价格相对便宜。⑤能吸收噪音；⑥颜色淡，易清洁；⑦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：①在自然通风或诱导通风时，可以用拱顶；②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⑴路面材料主要有两种：砼和改性沥青；⑵路面材料应具备如下性能：①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;②应具有较高的抗侧滑的能力；③抗裂性、耐久性；④容易修补。⑶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⑷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：①内装材料的制作；②墙面材料的制作；③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三章公路隧道的结构构造※洞外防排水措施3.6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、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