隧道基礎知識PPT課件

1、.,0,第二講 隧道工程基礎知識（一）,主講人 張俊儒 講師,隧道的概念及交通隧道簡介 隧道橫斷面 隧道支護結構 洞門與明洞 附屬建筑物,主要內容,隧道的概念及交通隧道簡介,隧道通常指用作地下通道的工程建筑物。 1970年國際經濟合作與發(fā)展組織召開的隧道會議綜合了各種因素，對隧道所下的定義為：“以某種用途、在地面下用任何方法按規(guī)定形狀和尺寸修筑的斷面積大于2m2的洞室?！?隧道的概念及交通隧道簡介,隧道分類比較明確的是按照隧道的用途來劃分，主要有以下四種：,（一）交通隧道,（二）水工隧道,（三）市政隧道,（四）礦山隧道,介紹此類 ！,1 鐵路隧道 從1829年開始興建鐵路隧道以來到1990年的

2、160年間，在世界各國已建成超過12000km的鐵路隧道，約占世界鐵路總長的1%左右。修建鐵路隧道可大幅度縮短線路長度，降低線路標高，改善通過不良地質地段的條件，降低鐵路造價等。,交通隧道,隧道的概念及交通隧道簡介,交通隧道,1 鐵路隧道,烏鞘嶺隧道,隧道的概念及交通隧道簡介,交通隧道,1 鐵路隧道,大瑤山隧道,隧道的概念及交通隧道簡介,交通隧道,1 鐵路隧道,軍都山隧道,隧道的概念及交通隧道簡介,2 公路隧道 隨著社會生產的發(fā)展，高速公路的出現(xiàn)，要求線路順直、平緩、路面寬敞，于是在穿越山區(qū)時，也常采用隧道方案。此外，在城市附近，為避免平面交叉，利于高速行車，也常采用隧道方式通過。,交通隧道,

3、隧道的概念及交通隧道簡介,交通隧道,2 公路隧道,終南山隧道,隧道的概念及交通隧道簡介,交通隧道,2 公路隧道,雪峰山隧道,隧道的概念及交通隧道簡介,交通隧道,2 公路隧道,雁門關隧道,隧道的概念及交通隧道簡介,3 水底隧道 當交通線橫跨河道時，采用水底隧道，既不影響河道通航，也避免了風暴天氣輪渡中斷的情況，而且在戰(zhàn)時不致暴露交通設施的目標，防護層厚，是國防上的較好選擇。為橫跨黃浦江，上海已修建了全長2793m的水底隧道，廣州地鐵穿越珠江，武漢地鐵穿越長江都修建了水底隧道。,交通隧道,隧道的概念及交通隧道簡介,交通隧道,3 水底隧道,武漢長江隧道,隧道的概念及交通隧道簡介,4 地下鐵道 地下鐵

4、道是解決大城市交通擁擠、車輛堵塞等問題，且能大量快速運送乘客的一種城市交通設施。它可以使很大一部分地面客流轉入地下，可以高速行車，且可縮短車次間隔時間，節(jié)省了乘車時間，便利了乘客的活動。在戰(zhàn)時，還可以起到人防的功能。,交通隧道,隧道的概念及交通隧道簡介,交通隧道,4 地下鐵道,地鐵車站,隧道的概念及交通隧道簡介,5 航運隧道 當運河需要越過分水嶺時，克服高程障礙成為十分困難的問題，一般需要繞行很長的距離。如果修建航運隧道，把分水嶺兩邊的河道溝通起來，既可以縮短航程，又可以省掉船閘的費用，迅速而順直地駛過，航運條件就大為改善了。,交通隧道,隧道的概念及交通隧道簡介,6 人行地道 城市鬧市區(qū)行人眾

5、多，而且與車輛混行，偶有不慎便會發(fā)生交通事故。為了提高交通運送能力及減少交通事故，除架設街心高架橋外，也可以修建人行地道和地下立交車道。,交通隧道,隧道的概念及交通隧道簡介,交通隧道,6 人行地道,青島龍山地下商業(yè)街,隧道的概念及交通隧道簡介,隧道凈空是指隧道襯砌的內輪廓線所包圍的空間。鐵路隧道凈空是根據(jù)“隧道建筑限界”確定的，而“隧道建筑限界”是根據(jù)“基本建筑限界”制定的，“基本建筑限界”又是以“機車車輛限界”制定的。 “限界”是一種規(guī)定的輪廓線，這種輪廓線以內的空間是保證列車安全運行所必需的。 “建筑限界”是建筑物不得侵入的一種限界。,隧道橫斷面,（一）隧道凈空,1.機車車輛限界 機車車輛

6、最外輪廓的限界尺寸。 2.基本建筑限界 線路上各種建筑物和設備均不得侵入的輪廓線。 3.隧道建筑限界 包圍“基本建筑限界”外鄰的輪廓線。要比“基本建筑限界”大，留出空間用于安裝通訊信號、照明、電力(接觸網)等設備。 4.直線隧道凈空 “直線隧道凈空”比“隧道建筑限界”稍大，除了滿足限界要求外，考慮避讓、救援通道，還考慮了襯砌結構的合理受力形狀(拱部采用三心圓，邊墻采用直墻式或曲墻式)及施工方便等因素。,隧道橫斷面,（一）隧道凈空,隧道橫斷面,（一）隧道凈空,隧道橫斷面,（一）隧道凈空,隧道橫斷面,（二）曲線加寬,（1）車輛通過曲線時，轉向架中心點沿線路運行，而車輛本身卻不能隨線路彎曲，仍保持其

7、矩形形狀，故其兩端向曲線外側偏移(d外)，中間向曲線內側偏移(d內1），如圖2-4-8所示。,隧道橫斷面,（二）曲線加寬,（2）由于曲線外軌超高，車輛向曲線內側傾斜，使車輛限界上的控制點在水平方向上向內移動了一個距離d內2，如圖2-4-9所示。據(jù)此，曲線隧道凈空的加寬值為,隧道襯砌構造,開挖后的隧道，為了保持圍巖的穩(wěn)定性，一般需要進行支護和襯砌。 支護的主要方式有：錨桿、鋼架、鋼筋網、噴射混凝土及其組合； 襯砌的主要方式有：整體式混凝土襯砌、拼裝式襯砌、噴射混凝土襯砌和復合式襯砌等。,隧道支護,錨桿是將破碎或不穩(wěn)定巖體(塊)與牢固穩(wěn)定的巖體連結在一起以提高整體穩(wěn)定性的一種支護措施。,（一）錨桿

8、,隧道支護,（一）錨桿,隧道支護,（一）錨桿,隧道支護,當圍巖軟弱、破碎嚴重且自穩(wěn)性差時，隧道開挖后，需要及時提供足夠強的支護約束圍巖變形。在初期支護內設置鋼拱架將增大支護結構早期的剛度，阻止圍巖的過度變形并承受部分的松弛荷載。鋼架分為型鋼和格柵鋼架兩種。,（二）鋼架,隧道支護,（二）鋼架（型鋼）,型鋼鋼架接頭(尺寸單位:mm),隧道支護,（二）鋼架（格柵）,隧道支護,（二）鋼架（格柵）,隧道支護,（三）鋼筋網,鋼筋網噴射混凝土是在噴射混凝土之前，在巖面上掛設鋼筋網，然后再噴射混凝土。目前，我國在各類隧道工程中應用鋼筋網噴射混凝土支護的比較多，主要用于軟弱破碎圍巖，而更多的是與錨桿或者鋼拱架構

9、成聯(lián)合支護。 鋼筋網通常作環(huán)向和縱向布置。環(huán)向筋一般為受力筋，由設計確定，直徑12mm左右；縱向筋一般為構造筋，直徑610mm；網格尺寸一般為20cmx20cm, 20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm或30cmx30cm。,隧道支護,（三）鋼筋網,隧道支護,（四）噴混凝土,噴射混凝土既是一種新型的支護結構，又是一種新的施工工藝。它是使用混凝土噴射機，按一定的混合程序，將摻有速凝劑的細石混凝土，噴射到巖壁表面上，并迅速固結成一層支護結構，從而對圍巖起到支護作用。 噴射混凝土可以作為隧道工程的永久性或臨時性支護，也可以與各種形式的錨桿、鋼拱架、鋼筋網等構成組合式支護結構。它的

10、靈活性也很大，可以根據(jù)需要分次追加厚度。,隧道支護,（四）噴混凝土,隧道支護,（五）多種措施組合支護,隧道支護,（五）多種措施組合支護,隧道襯砌,隧道開挖后，以較大厚度和剛度的整體模筑混凝土作為隧道的結構。 整體式襯砌按照工程類比、不同圍巖級別采用不同的襯砌厚度。其形式有直墻式和曲墻式兩種，而曲墻式又分為有仰拱和無仰拱兩種。,（一）整體式混凝土襯砌,隧道襯砌構造,1）直墻式襯砌 適用于地質條件比較好，以垂直圍巖壓力為主而水平圍巖壓力較小的情況。主要適用于級圍巖，直墻式襯砌由上部拱圈、兩側豎直邊墻和下部鋪底三部分組合而成。,（一）整體式混凝土襯砌,拱頂,拱腰,拱腳,墻腳,鋪底,隧道襯砌構造,（一

11、）整體式混凝土襯砌,隧道襯砌構造,2）曲墻式襯砌 曲墻式襯砌適用于地質較差，有較大水平圍巖壓力的情況。主要適用于級及以上的圍巖，或級圍巖雙線隧道；多線隧道也采用曲墻有仰拱的襯砌。 曲墻式襯砌由頂部拱圈、側面曲邊墻和仰拱/底板(或鋪底)組成。,（一）整體式混凝土襯砌,拱頂,拱腰,拱腳,墻腳,仰拱,隧道襯砌構造,2）曲墻式襯砌,（一）整體式混凝土襯砌,2）曲墻式襯砌 在級圍巖無地下水，且基礎不產生沉降的情況下可不設仰拱，只做鋪底；一般均需設仰拱，以抵御隧道底部的圍巖壓力和防止襯砌沉降，并使襯砌形成一個環(huán)狀的封閉整體結構，以提高襯砌的承載能力。,隧道襯砌構造,2）曲墻式襯砌,（一）整體式混凝土襯砌,

12、隧道襯砌構造,復合式襯砌是指把襯砌分成兩層或兩層以上，可以是同一種形式、方法和材料施作的，也可以是不同形式、方法、時間和材料施作的。 目前大都采用內外兩層襯砌。按內外襯砌的組合情況可分為：初期支護與二次襯砌。根據(jù)圍巖條件不同，分別采用不同的斷面形式和支護、襯砌參數(shù)。,（二） 復合式襯砌,隧道襯砌構造,復合式襯砌是先在開挖好的洞壁表面噴射一層早強的混凝土(有時也同時施作錨桿)，凝固后形成薄層柔性支護結構(稱初期支護)。它既能容許圍巖有一定的變形，又能限制圍巖產生有害變形，其厚度多在520cm 之間。 一般待初期支護與圍巖變形基本穩(wěn)定后再施作內襯。為了防止地下水流入或滲入隧道內，可以在外襯和內襯之

13、間設防水層，其材料可采用軟聚氯乙烯薄膜、聚異丁烯片、聚乙烯等防水卷材，或用噴涂防水涂料等。,（二） 復合式襯砌,隧道襯砌構造,復合式襯砌可以滿足初期支護施作及時、剛度小、易變形的要求，且與圍巖密貼，從而能保護和加固圍巖，充分發(fā)揮圍巖的自承作用。 二次襯砌后，襯砌內表面光滑平整，可以防止外層風化，裝飾內壁，增強安全感，是一種合理的結構形式，也是目前公路、鐵路隧道主要的結構形式。,（二） 復合式襯砌,隧道襯砌構造,（二） 復合式襯砌,隧道襯砌構造,錨噴式襯砌是指錨噴結構既作為隧道臨時支護，又作為隧道永久結構（單層襯砌）的形式。它具有隧道開挖后襯砌及時、施工方便和經濟的顯著特點。 錨噴式襯砌在圍巖整

14、體性較好的軍事工程、各類用途的使用期較短及重要性較低的隧道中廣泛使用。在公路、鐵路隧道設計規(guī)范中，都有根據(jù)隧道圍巖地質條件、施工條件和使用要求可采用錨噴襯砌的規(guī)定。,（三）錨噴式襯砌,隧道襯砌構造,鐵路隧道設計規(guī)定中規(guī)定，錨噴襯砌設計應符合下列要求： 錨噴襯砌內輪廓線應適當加大，除考慮施工誤差和位移量外，應再預留10 cm作為必要時補強用。 遇到下列情況時不應采用錨噴襯砌：地下水發(fā)育或大面積淋水地段；能造成襯砌腐蝕或特殊膨脹性圍巖地段；最冷月平均氣溫低于-5地區(qū)的凍害地段；有其他要求的隧道。,（三）錨噴式襯砌,隧道襯砌構造,裝配式襯砌是將襯砌分成若干塊構件，這些構件在現(xiàn)場或工廠預制，然后運到坑

15、道內用機械將它們拼裝成一環(huán)接著一環(huán)的襯砌。 這種襯砌的特點是：拼裝成環(huán)后立即受力，便于機械化施工，改善勞動條件，節(jié)省勞力。 目前多在使用盾構法施工的城市地下鐵道和水底隧道中采用。在鐵路、公路隧道中由于裝配式襯砌要求有一定的機械化設備，施工工藝復雜，襯砌的整體性及抗?jié)B性差而未能推廣使用。,（四）裝配式襯砌,洞門與明洞,（一）洞門,1）洞門的作用 減小洞口土石方開挖量 穩(wěn)定邊、仰坡 引離地表水流 裝飾洞口,洞門與明洞,（一）洞門,1）洞門的形式 洞口環(huán)框 洞口石質堅硬穩(wěn)定，地形陡峻無排水要求；,洞門與明洞,（一）洞門,1）洞門的形式 端墻式（一字式）洞門 適用于地形開闊，石質較穩(wěn)定的地區(qū)；,洞門與

16、明洞,（一）洞門,1）洞門的形式 翼墻式（八字式）洞門 洞口地質較差（級及以上圍巖），山體縱向推力較大時，在端墻式洞門的單側或雙側設置翼墻。,洞門與明洞,（一）洞門,1）洞門的形式 柱式洞門,地形較陡（級圍巖），仰拱有下滑的可能性，又受地形或地質條件限制，不能設置翼墻時，可在端墻中部設置2個（或4個）斷面較大的柱墩，以增加端墻的穩(wěn)定性。,洞門與明洞,（一）洞門,1）洞門的形式 臺階式洞門 當洞門位于傍山側坡地區(qū)，洞門一側邊仰坡較高時，為了提高靠山側仰坡起拔點，減少仰拱高度，將端墻頂部改為逐級升高的臺階形式。,洞門與明洞,（一）洞門,1）洞門的形式 斜交式洞門 當隧道洞口地面等高線斜交時，為了縮

17、短隧道度度、減少挖方數(shù)量，可采用平行于等高線與線路呈斜交的洞口。,洞門與明洞,（一）洞門,1）洞門的形式 喇叭口式洞門 高速鐵路隧道，為了減緩高速列車的空氣動力學效應，對單線隧道，一般設喇叭口緩沖段，同時兼作隧道洞門。,洞門與明洞,（二）明洞,明洞是隧道的一種變化形式，它用明挖法修筑。所謂明挖是指把巖體挖開，在露天修筑襯砌，然后回填土石。這樣修筑的構筑物，外形幾乎與隧道無異，有拱圈、邊墻和底板，凈空與隧道相同，和地表相連處，也設有洞門、排水設施等。,洞門與明洞,（二）明洞,洞門與明洞,（二）明洞,明洞一般修筑在隧道的進出口處，當遇到地質差且洞頂覆蓋層較薄，用暗挖法難以進洞時，或洞口路塹邊坡上有

18、落石而危及行車安全時，均需要修建明洞。它是隧道洞口或線路上起防護作用的重要建筑物，在鐵路線上使用的較多。 明洞的結構類型常因地形、地質和危害程度的不同，有多種形式，采用最多的為拱式明洞和棚式明洞兩種。,洞門與明洞,（二）明洞,地質差且洞頂覆蓋層較薄，用暗挖法難以進洞時,洞門與明洞,（二）明洞,（1）拱式明洞 拱式明洞由拱圈、邊墻和仰拱(或鋪底)組成，它的內輪廓與隧道相一致，但結構厚度要比隧道大。 路塹式對稱型 路塹式偏壓型,洞門與明洞,（二）明洞,（1）拱式明洞 半路塹式偏壓型 半路塹式單壓型,洞門與明洞,（二）明洞,（2）棚式明洞 有些傍山隧道，地形的自然橫坡比較陡，外側沒有足夠的場地設置外

19、墻及基礎或確保其穩(wěn)定，這時采用另一種建筑物棚式明洞。 棚式明洞常見的結構形式： 蓋板式 剛架式 懸臂式,洞門與明洞,（二）明洞,（2）棚式明洞,鋼架式明洞,蓋板式明洞,附屬建筑物,為了使隧道正常使用，保證列車安全運營，除主體建筑物外，還必須修筑一些附屬建筑物。其中包括：防排水設施，電力及通信信號的安放設施等。,附屬建筑物,隧道的永久性防排水是通過防排水工程措施實現(xiàn)的。 經過理論和實踐經驗的總結，提出了“截、防、堵、排結合，因地制宜，綜合治理”的原則。,（一）防排水設施,附屬建筑物,截：截斷地表水和地下水流入隧道的通道，洞口地表設天溝等截水溝以及地表陷穴等整治； 防：防止地下水從襯砌背后滲入隧道內，充分利用混凝土自防水能力，以及在襯砌與支護之間設置的防水層；,（一）防排水設施,附屬建筑物,堵：向支護背后壓注水泥砂漿，用以充填支護與圍巖間的空隙，以堵住地下水的通道，并使支護與圍巖形成整體，改善支護受力條件