第5部分——專項設(shè)計

1、一、 洞口景觀設(shè)計 隧道是隱蔽性極強的工程，洞口是其唯一外露的部分。在很長一段時期內(nèi)，特別是鐵路隧道，都把洞口與洞門結(jié)構(gòu)等量齊觀，并把洞門當(dāng)作一個能夠承受背后山體土壓力、穩(wěn)定邊仰、保護道路免于落石、雪崩等危害的防護承載結(jié)構(gòu)。在設(shè)計觀念上，也常常以路塹方式設(shè)置洞門和開挖洞口，因而，在隧道洞口設(shè)計上，大量采用端墻式或翼墻式的洞門結(jié)構(gòu)。洞門的修筑，不僅改變了周邊的自然環(huán)境，破壞了既有的坡體自然平衡狀態(tài)，同時修筑的洞口及坡面的擋墻以及附屬的構(gòu)筑物對地區(qū)局部景觀產(chǎn)生極大的影響。長期以來形成的這種觀念和設(shè)計理念，造成了洞門結(jié)構(gòu)單一、形式呆板笨重。在工程實踐中，人們逐漸認識到這種觀念的局限性和不合理性，形成

2、了“無洞門的”洞口觀念。即以不開挖山體邊坡直接進洞，必要時，將洞口結(jié)構(gòu)適當(dāng)向洞外延長。 在這種情況下，“無洞門的”洞口的功能可以概括如下： 防護功能：主要是防護洞口上方的落石以及在嚴寒地區(qū)防護洞口積雪等；如青藏公路的大板山隧道，為了防止洞口積雪，不得不將洞口延長4050m左右。 安全功能：這里主要是指行駛的安全，從功能上講，隧道洞口應(yīng)具有緩和洞口內(nèi)、外光線的差異，降低眩暈感，確保眼睛舒適性和視覺安全性的安全作用。例如，為了設(shè)置光過渡段，常常將洞口延長，甚至擴大洞口和設(shè)置光柵狀的結(jié)構(gòu)。 景觀功能：與洞口周邊的景觀協(xié)調(diào)，將洞口作為一個與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)的“景點”建筑，緩和高速進入洞內(nèi)暗部時心理緊張感，

3、提高環(huán)境意識。 為了綜合地滿足上述功能的要求，“突出式”洞口將成為主流形式而代替了傳統(tǒng)的“路塹式”的洞口形式。突出式洞口為景觀設(shè)計提供了極大的設(shè)計空間和自由度。2、隧道洞口的景觀因素 目前最典型的洞口形式是貼壁式和突出式。 貼壁式洞門分為端墻式和拱形端墻式兩種。端墻式是在兩邊挖方的路塹，全面承受背后土壓的情況下采用的形式，為保護坡面隧道上部端墻應(yīng)露出一部分，缺少景觀上的考慮。拱形端墻式是在地形比較平緩的情況和左右挖方小的情況下采用的形式。這些貼壁式洞門的景觀要素首先是端墻的形式。端墻式洞門根據(jù)上部的處理方法可采用直線型、曲線型和臺階型的變化。拱形貼壁式，根據(jù)端墻上部的拱形形狀及拱部的壁高可有多

4、種景觀的處理方法。因此，決定端墻上部的形態(tài)是景觀設(shè)計中的重要問題。其次是貼壁的裝飾和其處理方法。過去，為確保司機的安全，在設(shè)計上充分考慮決定亮度的問題。但近年有在混凝土面上嵌入壁畫等建筑設(shè)計的事例。 突出式洞門根據(jù)其突出部的立體形狀有：突出式、逆削足式、喇叭口式、逆喇叭口式等。突出式洞門是在洞口周邊的地質(zhì)不良，需要填土的情況下采用的。削足式和逆削足式是在周邊地形平緩的情況下采用的。喇叭口式和逆喇叭口式是在地形和地質(zhì)比較好、周邊比較開闊的情況下采用的。對突出式來說，圍巖的地質(zhì)和地形是基本的選擇條件，但不管那一種，與貼壁式不同的是突出部的立體形狀是設(shè)計的最大景觀要素。設(shè)計的自由度比較高，有可能設(shè)計

5、出各種形狀來。 因此隧道洞門景觀設(shè)計，最主要的是由圍巖的地質(zhì)和地形條件所規(guī)定的，在同一條件下，景觀設(shè)計的自由度是比較高的。其設(shè)計景觀要素表1和圖1。3、隧道洞口景觀設(shè)計的實用方法 目前隧道洞口景觀設(shè)計方法還處于研究階段。沒有也不可能有統(tǒng)一的模式。這是由景觀設(shè)計的“個性化”所決定的。但建立一種實用的設(shè)計方法還是有可能的。 隧道洞口景觀設(shè)計，一般按以下步驟和方法進行。 1）在選定的洞口位置用地表測繪或數(shù)碼相機進行多方位的攝影，作為洞口背景和洞口形式合成的景觀模擬基礎(chǔ)資料； 2）在室內(nèi)對照片進行畫像處理，包括地形、地貌，植被、坡體形狀等； 3）洞口類型及形式的定性選擇；目前，洞口的形式主要有：貼壁式

6、和突出式2大類，應(yīng)首先在2大類中加以取舍。當(dāng)洞口的基本形式確定后，再對其進行細部景觀的研究； 4）從洞口景觀數(shù)據(jù)庫中，選擇合適的洞口類型和形式，進行景觀樣本的比較研究； 5）研究之前，應(yīng)確定洞口景觀的評價方法、評價體系和評價指標； 6）把初步選定的幾個比較方案，在一定層次，如司機、乘務(wù)人員、大學(xué)生、專業(yè)人員、領(lǐng)導(dǎo)層人員等，對各組的景觀樣本，按照評價指標進行評價； 7）根據(jù)評價結(jié)果，確定設(shè)計方案，進行包括景觀和結(jié)構(gòu)的細部部設(shè)計。（一） 形成“凍融”或“凍脹”的必要條件和基本條件 1、必要條件 凍結(jié)點以下的溫度和充分的水是形成凍融或凍脹的必要條件，這是不言而喻的。 溫度通常是指氣候溫度。我國氣候分

7、區(qū)的劃分標準為： 嚴寒：最冷月平均氣溫低于-10； 寒冷：最冷月平均氣溫高于-10，但低于-3； 溫和：最冷月平均氣溫低于-3。 而“凍融”現(xiàn)象通常是發(fā)生在嚴寒和寒冷區(qū)域內(nèi)。 對隧道而言，則指洞內(nèi)溫度的變化，特別是襯砌背后圍巖內(nèi)的溫度變化。因此，掌握隧道所在區(qū)域的氣象條件的變化和隧道內(nèi)或襯砌背后圍巖內(nèi)溫度的變化，是至關(guān)重要的。 水的存在是客觀的，襯砌背后的水以及襯砌開裂形成的滲漏水，在適合的溫度條件下就會產(chǎn)生凍融或凍脹現(xiàn)象。因此，也必須模清水的“來龍去脈”，其性質(zhì)、溫度以及其經(jīng)路等。2、基本條件 在寒冷或嚴寒地區(qū)，發(fā)生“凍融”或“凍脹”現(xiàn)象是正常的，也是客觀存在的現(xiàn)象。但因這些現(xiàn)象而造成“凍害

8、”的原因則是多義的。但最主要的二個基本條件是： 構(gòu)成隧道結(jié)構(gòu)材料的混凝土和周邊圍巖的凍結(jié)特性； 約束圍巖變異的條件。（二）混凝土的凍結(jié)特性 構(gòu)成隧道結(jié)構(gòu)體的材料在多數(shù)情況下是混凝土，少數(shù)情況則采用鋼筋混凝土。因此，搞清楚混凝土自身的凍結(jié)特性是十分必要的。 對有抗凍性要求的混凝土，應(yīng)按28d齡期的試件用快凍試驗方法測定。分為F400、F300、F200、F150、F100、F50六級。并應(yīng)按表8根據(jù)氣候分區(qū)、凍融循環(huán)次數(shù)、表面局部小氣候條件、水分飽和程度、結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性和檢修條件等選定抗凍等級。在不利因素較時，可選用提高一級的抗凍等級。 表中的氣候分區(qū)劃分標準為： 嚴寒：最冷月平均氣溫低于-10

9、； 寒冷：最冷月平均氣溫高于-10，但低于-3； 溫和：最冷月平均氣溫低于-3。 最冷月平均氣溫低于-25地區(qū)的混凝土抗凍等級應(yīng)根據(jù)具體情況確定。 （5）凍融作用的核查 凍融作用的核查應(yīng)根據(jù)相對動彈性系數(shù)的最小限界值Emin和其設(shè)計值Ed之比乘以結(jié)構(gòu)物系數(shù)之值i小于1為原則。即： i Emin/Ed1.0式中： i：結(jié)構(gòu)物系數(shù)，一般最好取1.0，但對重要結(jié)構(gòu)物，可取1.1。 Ed：相對動彈性系數(shù)設(shè)計值=Ek/c Ek：相對動彈性系數(shù)的特性值 c：混凝土材料系數(shù)，一般取1.0，上面部位取1.3。但混凝土與標準養(yǎng)生的試件質(zhì)量有差異時，全部取1.0。 Emin：滿足凍害性能的動彈性系數(shù)的最小值，一般

10、按表9取值。 （三） 巖質(zhì)圍巖的凍害特征 實際上在寒冷地區(qū)的山嶺隧道，除混凝土凍融引起劣化外，還有因襯砌背后圍巖凍結(jié)引起的隧道變異這是隧道凍害構(gòu)基本特征，也是一個十分重要的問題。 我國凍土的研究，取得了舉世公認的成就，但對“凍巖”的研究是剛剛開始。有些研究成果完全可以用來研究“凍巖”，有些研究成果用在“凍巖”上，還必須進一步加以完善。 從目前的研究水平看，對巖質(zhì)圍巖的凍害特征的研究是極不充分的。但從許多建成的隧道凍害現(xiàn)象出發(fā)，還是可以找出一些規(guī)律性的認識。這些認識對防凍害設(shè)計是有幫助的。 2）凍害機理 凍害主要發(fā)生在日平均氣溫在0以下的溫度，每日累計值超過300day以上的地區(qū)，即定義為寒冷的

11、地區(qū)。 溫度通常指圍巖的表面溫度。當(dāng)溫度低時，圍巖的冷卻速度快，溫度高時，則圍巖的冷卻速度慢。與凍脹有直接關(guān)系的是凍結(jié)面所處的冷熱程度。地面溫度作為外部條件對凍脹也產(chǎn)生影響。假設(shè)從凍結(jié)面到凍土一側(cè)得到的熱量為Q1，從未凍土一側(cè)流入凍結(jié)面的熱量為Q2，在凍結(jié)面，由水變成冰所發(fā)出的潛在熱量為q，則可能出現(xiàn)如下四種情況： Q1q時，凍結(jié)面發(fā)展。 由上述四種情況可知：當(dāng)處于第種情況時，冰層應(yīng)能保持，處于第種情況時，凍結(jié)發(fā)展形成分散的凸透鏡的冰群。決定這些熱流條件的除地面溫度以外，還與放射、蒸發(fā)、凝結(jié)和熱幅射或者還與凍結(jié)圍巖及未凍結(jié)圍言的熱傳導(dǎo)系數(shù)、比熱等因素有關(guān)，而特別又與未凍結(jié)圍巖中水的含量有關(guān)。

12、3）襯砌背后圍巖中的水即圍巖中的水與含水量、透水性及 隧道水位有關(guān)。一般說，冰柱生成過程是隧道水不斷被吸收的過程，對冰柱的發(fā)展影響很大，即凍脹速度與圍巖的透水系數(shù)和毛細管上升高度成正比，與凍結(jié)線到隧道水面間的距離成反比。由于圍巖的滲透系數(shù)是各向異性的，形成的凍脹力也是各向異性的。 4）圍巖特性 從調(diào)查分析中可以看出，隧道變異主要是由圍巖凍脹所引起的。而凍脹現(xiàn)象與地質(zhì)因素有相當(dāng)?shù)年P(guān)系調(diào)查證實；易于凍脹的巖石有： 新第三紀中：上部的軟質(zhì)，而細粒的泥質(zhì)巖和凝灰?guī)r； 吸水量在20以上的軟質(zhì)的泥質(zhì)巖及細粒的凝灰質(zhì)巖； 雖是難于凍脹的巖石，但因長期風(fēng)化作用而破碎的情況。 調(diào)查指出，最易凍脹變異的地質(zhì)是新第

13、三紀的鮮新世、洪積世的沉積巖及爐姆質(zhì)的新期火山碎屑層。 哪種土最易凍脹，從定性角度講，粉砂最易凍脹，砂礫層、砂層和粘土層不易凍脹在凍結(jié)土的融解期，凍脹越大的土，地基軟化顯著。 土質(zhì)的凍脹性能，大都從土的物理性質(zhì)方面著手研究。 圍巖（巖石）凍脹性，一般可根據(jù)表14的判定基準判定。 表14 圍巖（巖石）凍脹性的判定指標 此表說明，并不是所有的圍巖，在低溫條件下，都要發(fā)生凍脹的。發(fā)生凍脹的圍巖是有條件的。例如抗壓強度大、結(jié)構(gòu)密實、含水量小的圍巖，就不會發(fā)生凍脹。 判定指標易于凍脹的條件單軸抗壓強度干燥密度飽和濕潤密度含水比細粉沙以下的含有量50kgf/cm2以下5g/cm3以下2.0g/cm3以下2

14、5%以上20%以上（四）形成凍脹力的約束條件 是否形成凍脹力的一個基本條件是對圍巖變形的約束條件。巖質(zhì)圍巖自身因其構(gòu)造條件是有一定約束作用的。因此，在水的凍結(jié)過程中，有的結(jié)構(gòu)面是脹開的，但有的結(jié)構(gòu)面會閉合，而吸收一定的凍脹力。另外一個約束條件是人為的，這就是我們施作的初期支護和襯砌。 襯砌的剛度的大小，對形成的凍脹力的大小有直接的關(guān)系。一般說，襯砌的剛度越大，形成的凍脹力也越大。因此，采用剛度小的襯砌技術(shù)，或者在襯砌背后采用緩沖層的技術(shù)，是有發(fā)展前景的。（五）防止凍害基本方法 1）目的 防止襯砌混凝土因凍融而劣化； 防止因襯砌背后圍巖的凍脹壓力造成的隧道變異。 2）基本方法 對策有二類。一類是

15、針對外因的對策。如置換：將凍結(jié)深度內(nèi)的介質(zhì)置換為不易凍結(jié)的材料。隔熱：在襯砌背后或表面設(shè)置隔熱材料（噴射或鋪設(shè)）。一類是針對內(nèi)因的對策。如回填壓注：充填背后空隙，防止背后滯水、凍結(jié)。通暢排水：設(shè)置各種排水設(shè)施等。 在選擇防止凍害方法時，要進行充分的調(diào)查，采取與上述目的相適應(yīng)的措施。 五、裝配式襯砌 目前許多國家，都把構(gòu)件預(yù)制化作為技術(shù)發(fā)展的一個重要標志。構(gòu)件預(yù)制化的程度越高，技術(shù)水平也越高。同時，構(gòu)件預(yù)制化也是施工工廠化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是提高工程質(zhì)量和修建速度、降低成本的主要方法。預(yù)制技術(shù)在隧道工程的體現(xiàn)就是裝配式襯砌。盾構(gòu)隧道就是裝配式襯砌的典型代表。一些國家在這方面已經(jīng)取得了許多成就。

16、下面僅就在隧道工程中采用裝配式襯砌的技術(shù)現(xiàn)狀和設(shè)計中的主要問題加以說明。 隧道工程預(yù)制技術(shù)的發(fā)展，目前是從二個方面開展的，一個是部分預(yù)制的方法，一個是全部構(gòu)件預(yù)制的方法。 一 、部分預(yù)制技術(shù) 例如在秦嶺特長鐵路隧道（18.4km）中，仰拱采用預(yù)制構(gòu)件，而拱和墻采用模筑混凝土構(gòu)筑，就是一例(圖1)。而在盾構(gòu)法修建的圓形襯砌中，底部采用預(yù)制塊的事例就更多了。 日本在修建隧道仰拱時，為了降低成本和提高修筑仰拱的速度，在某一公路隧道采用預(yù)制構(gòu)件和模筑結(jié)合的方法修筑仰拱，如圖所示。 二 全部預(yù)制技術(shù) 日本在仙臺市地下鐵道工程中，曾采用預(yù)制箱形結(jié)構(gòu)。構(gòu)筑的箱體尺寸是11.092m7.440m，是雙跨箱形結(jié)

17、構(gòu)。整個結(jié)構(gòu)分成頂板、底版、側(cè)壁及中柱等5個預(yù)制構(gòu)件（圖6）。設(shè)計中主要解決了構(gòu)件的劃分和輕量化、構(gòu)件的縱向和上下緊固方法等問題。 另外一個事例就是日法聯(lián)合開發(fā)的大型拱形結(jié)構(gòu)的預(yù)制技術(shù)。在公路的擴建工程中采用了圖7所示的大型預(yù)制拱形結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在最大跨度已達到12m左右。 這2個事例可把工期縮短1半，成本降低20%左右。 三 裝配式襯砌設(shè)計要點 從前面的工程事例看，在山嶺隧道裝配式襯砌設(shè)計中，要重點解決一些幾方面的問題： 1、構(gòu)件標準化的條件，主要指設(shè)計條件的確定。 應(yīng)該指出：構(gòu)件預(yù)制化是與構(gòu)件標準化緊密相關(guān)的。而山嶺隧道，特別是鐵路隧道襯砌基本上是標準化了的。這對實現(xiàn)襯砌的裝配化是十分有利的

18、。實現(xiàn)了標準化就可以實現(xiàn)生產(chǎn)的規(guī)模化和效益的轉(zhuǎn)化。例如，在盾構(gòu)法施工中，施工機械決定了斷面的基本形狀，結(jié)構(gòu)是圓形的，這給構(gòu)件標準化，也創(chuàng)造了相當(dāng)有利的條件，因此圓形預(yù)制管片技術(shù)發(fā)展極為迅速。 另外一個可能構(gòu)件預(yù)制化的結(jié)構(gòu)就是矩形結(jié)構(gòu)。因其構(gòu)件，基本上都是直線形的。因此，從國外的地下工程預(yù)制技術(shù)的發(fā)展情況看：明挖區(qū)間的矩形結(jié)構(gòu)，是發(fā)展的重點。因為，區(qū)間 隧道的埋深，在一定條件下是受限制的。也就是說，明挖區(qū)間隧道的設(shè)計條件，可以相對固定。因此，存在構(gòu)件標準化的條件。 而鐵路隧道基本上是拱形直線或拱形拱形構(gòu)件構(gòu)成的。其構(gòu)件類型較少也存在預(yù)制構(gòu)件標準化的條件。但不管直墻還是曲墻，拱部的內(nèi)輪廓尺寸是相同

19、的。因此，當(dāng)拱部厚度取30cm時，可采用相同的構(gòu)件。當(dāng)采用雙側(cè)水溝或中央水溝時，兩側(cè)邊墻也可以采用相同的構(gòu)件。構(gòu)件的類型是比較少的。 底板或仰拱也是不可缺少的構(gòu)件。為了保證安裝的質(zhì)量，底版可以采用模筑混凝土現(xiàn)場灌注。仰拱可采用預(yù)制構(gòu)件。 一般說，預(yù)制構(gòu)件，多采用高標號的鋼筋混凝土制作。標號可采用C30C50。在不大幅度增加混凝土成本的條件下，建議采用C30C35標號的鋼筋混凝土。防水等級采用S8。2預(yù)制構(gòu)件的劃分 鐵路隧道襯砌基本上就是兩種形式，一種是直墻式，一種是曲墻式。但不管是直墻式還是曲墻式，首先把拱部和邊墻截然分開，劃分為二種類型的構(gòu)件。構(gòu)件的制造和構(gòu)件的安裝，都要求預(yù)制構(gòu)件輕量化。結(jié)

20、構(gòu)構(gòu)件的劃分，不僅要考慮合理的受力狀態(tài)，更要考慮構(gòu)件制造和安裝的可能性。減少構(gòu)件的類型，便于實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，也是構(gòu)件劃分的重要原則。 從受力角度看，接頭原則上應(yīng)設(shè)置在彎矩等于0或與0彎矩靠近的正彎矩的部位。拱部的最大彎矩一般在拱頂，此外考慮安裝的方便，最好將接頭放在拱肩附近 。從重量上看，邊墻也最好分為2個構(gòu)件。將每個構(gòu)件重量控制在2.5t以內(nèi) 因此，從工程實踐看，單線鐵路隧道襯砌預(yù)制構(gòu)件的劃分，有以下的幾個方案： 第方案：拱部23塊邊墻左右各塊+模筑混凝土底版或預(yù)制鋼筋混凝土底版。 第2方案：拱部23塊+邊墻左右各2塊+模筑混凝土底版或鋼筋混凝土底版 3 構(gòu)件類型的選擇 構(gòu)件的類型基本上有二

21、種，即：管片式和砌塊式。從發(fā)展趨勢上看，砌塊式的應(yīng)用越來越廣泛。其特點是 制造方便，模板簡單； 接頭易于處理；甚至可以采用無連接的接頭方式； 成洞后的表面平整，對運營通風(fēng)等有利； 防水性能優(yōu)于管片式； 制造成本低，便于維護。 因此，考慮到鐵路隧道的運營要求，可優(yōu)先采用砌塊式結(jié)構(gòu)方案。拱部由3個砌塊構(gòu)成。為避免安裝的人為超挖，拱頂砌塊縱向插入。 4 . 構(gòu)件的接頭構(gòu)造及防水 構(gòu)件的接頭構(gòu)造和防水處理是構(gòu)件預(yù)制化的關(guān)鍵技術(shù)之一，影響到結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境和結(jié)構(gòu)的耐久性。1） 接頭構(gòu)造 與管片接頭一樣，構(gòu)件的接頭分為縱向接頭和橫向接頭二大類。二類接頭可以采用同一種形式，也可以采用不同的形式。但不管采用那種

22、形式，從目前采用的接頭構(gòu)造看，大致有以下幾種形式： 現(xiàn)場直接灌注混凝土的混凝土接頭； 采用予應(yīng)力緊固的螺栓接頭； 采用能夠自行緊固的榫接頭； 采用普通螺栓連接的接頭； 特殊的接頭形式。 現(xiàn)僅就前三種形式的接頭進行比較分析： （1）直接灌注混凝土的接頭 這是比較簡單、經(jīng)濟、可靠的一種接頭形式?？v向和橫向接頭均可采用。例如圖12所示是接頭構(gòu)造，就是其中的一種。接頭是完全剛性的。（2）預(yù)應(yīng)力緊固的螺栓接頭 這種接頭形式，與鋼筋混凝土管片的接頭形式雷同，僅僅是用扭矩扳手施加一定的扭矩代替盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏?。這種接頭在構(gòu)造上比較復(fù)雜，如圖13所示。接頭采用特殊的螺栓連接構(gòu)件，且連接完畢后用無收縮水泥填充連

23、接螺栓周圍的空腔。 錨固鋼筋鋼筋部 錨固鋼筋螺栓部 雌雄連接 雌雄連接器 鎖定螺母 固定螺栓 （3）螺栓連接的接頭 普通螺栓連接的接頭如圖14所示。該接頭連接構(gòu)造簡單，較多的用于裝配式管片的接頭連接，施工也較簡單。由于預(yù)留的螺栓孔直徑較螺栓直徑大58cm，所以，能適應(yīng)一定的裝配誤差。在構(gòu)件上可以預(yù)留螺栓手孔，方便拼裝。圖15示出了這種接頭的構(gòu)造大樣，其中也示出了接頭的防水構(gòu)造。 （4）自行緊固的榫接頭 這種接頭形式很多，是很有發(fā)展前景的一種構(gòu)造形式。圖16是一些應(yīng)用實例。這些接頭形式，有的可以自行緊固，有的還需要一定的擠壓力緊固。但接頭形式也是比較成熟的。 綜上所述，接頭的選擇應(yīng)滿足以下條件：

24、 具有要求的抗剪功能： 具有要求的防水功能； 結(jié)合簡便，易于定位； 具有一定的通用性和耐久性。2） 結(jié)構(gòu)防水（1）節(jié)段防水 節(jié)段防水采用防水混凝土自身防水，因為是工廠預(yù)制，質(zhì)量可以保障。防水等級B8。通常采用的橡膠止水帶，由氯丁橡膠與水膨脹橡膠復(fù)合擠出硫化而成。其型式應(yīng)為角部棱角分明的框形橡膠圈。橡膠止水帶應(yīng)延管段四周封閉設(shè)置。止水條壓緊的方式，如圖18所示。 （3）接縫之間的防水措施 在節(jié)段拼裝完畢及內(nèi)側(cè)的溝槽也填塞完嵌縫材料之后，通過預(yù)留孔道向接縫注入防水材料，以達到接縫密封的效果。（4）螺栓孔防水 對于采用普通連接螺栓的接頭型式，螺栓孔的防水采用螺栓孔防水密封墊圈如圖20所示。密封墊圈可

25、以采用預(yù)水膨脹的橡膠。 （5） 接頭防水設(shè)計例 目前普遍采用在構(gòu)件的接觸面上粘接止水條的方法防水。從組裝精度、施工性出發(fā)，止水條也多采用水膨脹性的材料。這種材料是吸水性的聚合物材料和氯丁橡膠混合而成。與水反應(yīng)后會自行膨脹，體積增加應(yīng)溝槽的約束，會產(chǎn)生反發(fā)力，就可以防止水的浸入，并能夠抵抗一定的水壓。這種材料比過去的防水材料厚度可以薄一些，而且對組裝精度和施工沒有防礙，是一種很好的防水材料。以此為例，說明水膨脹性防水的設(shè)計例。 六、抗震與減震 1、隧道結(jié)構(gòu)物的抗震設(shè)計的變遷 隧道結(jié)構(gòu)物的震害及其特征的研究，是從1923年的關(guān)東地震開始以上下水道為對象進行的。結(jié)果隧道管道的震害多發(fā)生在地層條件變化

26、大的地點和產(chǎn)生地層破壞的地點。隧道管道的抗震性與地層密切相關(guān)是眾所周知的。進入60年代后在海灣地區(qū)開始建設(shè)沉管隧道，并對這種沉管隧道的抗震問題進行研究，結(jié)果開發(fā)出相應(yīng)的抗震設(shè)計方法。1975年提出“新抗震設(shè)計方法”并賦以響應(yīng)位移法的名稱，與“震度法”同樣是以隧道結(jié)構(gòu)物為對象的靜力設(shè)計法。 為了研究隧道結(jié)構(gòu)物的地震響應(yīng)特性，以同一形狀、重量的結(jié)構(gòu)物處于地上和隧道進行比較。隧道結(jié)構(gòu)物是RC結(jié)構(gòu)、混凝土的容重取2.5t/m3、凈空斷面的視單位體積重量取1.1t/m3，周邊地層的單位體積重量為1.7t/m3，這樣兩個結(jié)構(gòu)在同樣的地震動作用下，結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的響應(yīng)示于圖1。地上結(jié)構(gòu)物對地表在600g加速度下

27、振動，結(jié)構(gòu)物的最大加速度是770g，是地表的1.3倍。波形也是不同的。而隧道結(jié)構(gòu)物周圍的地層與結(jié)構(gòu)物的加速度是相同的，而且波形也相同。 產(chǎn)生這種情況的原因有二： 1）、包括凈空斷面的隧道結(jié)構(gòu)物的視單位體積重量因防止上浮，一般取1.1 t/m3左右，比周邊地層的單位體積重量小。為此，在隧道結(jié)構(gòu)物中慣性力的效果小。與地上結(jié)構(gòu)物比較，意味著在隧道結(jié)構(gòu)物中使結(jié)構(gòu)物振動的力小。 2）、隧道結(jié)構(gòu)物與周圍地層是一體的，從結(jié)構(gòu)物散失到地層中的能量是很大的。逸散衰減用衰減系數(shù)評價時，臨界衰減越大，其值越大。逸散衰減大意味著隧道結(jié)構(gòu)物對周圍地層的振動很快地減小。圖2 地震時的地層變形 地震受害的模式如圖4所示大體

28、上有三種模式： 洞門、洞口的受害； 不良地質(zhì)區(qū)間的受害； 斷層錯動的受害。 2、隧道的抗震設(shè)計 目前，關(guān)于隧道地震力的基本計算方法，根據(jù)建筑物的特性，可分為動力法和靜力法兩種，由于靜力法計算的單線隧道的抗震計算結(jié)果與一些宏觀震害調(diào)查情況較為接近，其抗震加強措施和范圍與非震區(qū)隧道襯砌比較，也大體合理。且靜力法計算較為簡便，考慮到目前隧道圍巖壓力計算理論，尚待進一步探索，因此，抗震驗算中，采用更精確的計算方法，其實際意義不大，故仍采用以往沿用的靜力法計算地震力。符合表1的隧道結(jié)構(gòu)，才要求驗算抗震強度和穩(wěn)定性。 3、隧道的減震設(shè)計 為了減輕隧道結(jié)構(gòu)的地震災(zāi)害，主要有兩條途徑，即抗震和減震。過去常常采

29、用抗震技術(shù)，即通過增加隧道結(jié)構(gòu)剛性來抵御地震的作用，但隧道結(jié)構(gòu)具有追隨地震時地層變形的動力特征，如提高隧道結(jié)構(gòu)的剛性，地震時，隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力就會增大，因此，對隧道結(jié)構(gòu)來說，抗震設(shè)計只是解決問題的一種手段，但不是唯一的手段。通常在隧道結(jié)構(gòu)中設(shè)置特殊構(gòu)造，來降低地震時隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，這也是一種比較好的方法，即所謂的減震方法。抗震是通過改變隧道結(jié)構(gòu)本身的性能（剛度、質(zhì)量、強度、阻尼等），如減小隧道結(jié)構(gòu)的剛性，使之易于追隨地層的變形，從而減小隧道結(jié)構(gòu)的反應(yīng)；減震是在隧道結(jié)構(gòu)與地層之間設(shè)置減震層，使地層的變形難于傳遞到隧道結(jié)構(gòu)上，從而使隧道結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)減小。 隧道結(jié)構(gòu)物的減震構(gòu)造，大體上有以下3類：

30、配置柔性接頭和柔性管片的構(gòu)造； 降低盾構(gòu)隧道環(huán)向接頭剛性的構(gòu)造； 在隧道結(jié)構(gòu)物外周設(shè)置減震層的構(gòu)造。 上述的頭2種構(gòu)造是追蹤地震時地層變形的構(gòu)造，結(jié)構(gòu)物的剛性變?。η蠼Y(jié)構(gòu)柔性化）來減輕在結(jié)構(gòu)物中發(fā)生的地震力。目前在盾構(gòu)隧道中，主要采用的是這種方法，基本上已經(jīng)實用化了。而最后一種構(gòu)造，則是于結(jié)構(gòu)物外周和周邊地層間設(shè)置比周邊地層剛性小的減震材料，使地震時的地層變形難于傳遞到隧道結(jié)構(gòu)物上，而降低地震影響的構(gòu)造。這種構(gòu)造這種研究和發(fā)展之中。 由此可見，隧道結(jié)構(gòu)的減震技術(shù)有2種途徑。一個是減小結(jié)構(gòu)物的剛性，能夠跟蹤地震時結(jié)構(gòu)物變形的方法，一個是阻止地震時的地層變形向結(jié)構(gòu)物傳遞的方法。在沉管隧道、共同溝

31、、盾構(gòu)隧道等工程中，已經(jīng)實用化的降低斷面力的技術(shù)，幾乎都是采用在結(jié)構(gòu)本體上安裝剛性小的裝置，來降低結(jié)構(gòu)物的剛性，跟蹤地震時地層變形的技術(shù)。柔性接頭和降低環(huán)向接頭的剛性的方法，就是這種技術(shù)的體現(xiàn)。 使結(jié)構(gòu)柔性化在施工上是比較易于實施的，但當(dāng)?shù)卣饡r結(jié)構(gòu)物本體產(chǎn)生的變形大的話，從結(jié)構(gòu)物的用途和震后的功能看，過度的變形也會造成抗震功能上的問題。此外，柔性接頭和降低環(huán)向接頭剛性的方法，只對縱向的有利的，不能發(fā)揮橫向降低斷面力的效果。八、防排水設(shè)計 應(yīng)該指出，在隧道的防排水設(shè)計上，我國的經(jīng)驗是十分豐富的，但存在的問題也是最多的。最近幾年，隧道的防排水問題引起了各方面的關(guān)注，也出現(xiàn)了許多新型的防排水材料和制

32、品，新的防排水方法也不斷引用，對提高隧道防排水質(zhì)量起到了重要作用。其中有些問題已在“隧道工程施工要點集”一書中加以說明。因此，本要點主要介紹在隧道防排水設(shè)計上的一些觀點和基本設(shè)計原則。 一 隧道防排水類型的劃分 在隧道防排水設(shè)計中，首先要確定隧道防排水的類型。目前比較一致的看法是：把隧道分為防水型隧道和排水型隧道兩大類。兩者的唯一區(qū)別是前者承受水壓的作用，而或者則不承受水壓的作用。這樣在隧道結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，就有不同的考慮。 例如，圖1是意大利在某條線路上，從水壓角度出發(fā)，把隧道斷面分為圖1的四種類型。第一種是排水式隧道，其類型有在基底下設(shè)排水管的（分平底的圖1a，仰拱的圖1b）和在基底設(shè)置過濾層

33、的（圖1c）和防水型隧道（圖1d）。地下水壓大于的區(qū)間，釋放水壓。其他區(qū)間采用防水型襯砌。在釋放水壓地段，于噴混凝土和二次襯砌間設(shè)隔離板。 日本也是按防水型隧道和排水型隧道分別進行防排水的設(shè)計。因此，決定隧道是按防水型還是排水型設(shè)計是個前提條件。 一般說，大多數(shù)隧道是按排水型隧道進行設(shè)計的，而在以下場合，應(yīng)考慮采用防水型隧道的設(shè)計 環(huán)境要求嚴格限制排水對周邊環(huán)境的影響，特別是在城市條件下以及大量排水會對水理條件、地表枯水、生態(tài)環(huán)境等造成重大影響的場合； 洞口地段，對地表下沉有重大影響，而危及周邊環(huán)境的場合； 地下水具有腐蝕性，而需要將地下水與混凝土隔離的場合等。 二 防排水設(shè)施的施工范圍的確定

34、 1）隧道縱向的施工范圍 隧道的防水，最好在隧道縱向的全區(qū)間實施。 在判斷隧道開挖時無涌水或以后涌水也不會成為問題的條件下，可以省略防水或為防止開裂設(shè)置簡易的隔離板。但是，在修建時即使沒有出現(xiàn)涌水，因地下水的恢復(fù)和水路的變遷，運營后也有發(fā)生漏水的情況，特別是在洞口附近，從地表的滲透，一般涌水較多，也易于成為寒冷地區(qū)發(fā)生凍害的原因之一。 從隧道運營后的漏水情況看，漏水位置會擴展和移動，因此，在修建時防水區(qū)域要盡可能地長些。即使在省略防水的地段，其前后的防水施工范圍也要有一定的富裕。 2）隧道橫向的施工范圍 隧道橫向的施工范圍要根據(jù)隧道的排水方式和地下水環(huán)境等條件決定。有僅在拱部和邊墻范圍施工的場

35、合和沿全周施工的場合。 a在拱部和邊墻施工的場合 在一般隧道中沒有水壓作用的場合，設(shè)計的原則是將防水板背后的地下水導(dǎo)入中央排水溝，自然流出洞外。在這種排水型隧道中，一般路基部分沒有必要防水，如圖3所示，防水僅設(shè)置在拱部和邊墻范圍。 即使是排水型隧道，在下述場合，也要沿全周施工防板。 地下水位特別高，需要防止包括路基在內(nèi)的全周漏水的場合； 存在對混凝土有害的酸性水等地下水，需要對結(jié)構(gòu)物加以防護的場合。 在排水型隧道中全周設(shè)置防水板的場合，為了不讓隧道襯砌受到水壓的作用，地下水要導(dǎo)入中央排水溝，進行適當(dāng)?shù)呐潘?最近為了保護地下水環(huán)境，而遮斷地下水流入隧道內(nèi)，并且不能用中央排水溝等排水的情況越來越

36、多。因修建深度等條件，不能采用自然流出的排水方式的城市隧道，與強制排水比較后也多采用非排水型隧道。在這種隧道中，應(yīng)在隧道全周設(shè)置防水板。襯砌和防水板要承受水壓的作用。因此，要按防水型隧道進行設(shè)計。 在防水型隧道中，不僅要考慮襯砌的構(gòu)造，也要要求防水板有一定的耐水壓的性能，要選擇防水性能好的防水板。除以上所述，不管是排水型還是防水型隧道，對維修困難的通風(fēng)豎井等其他特殊的隧道都要實施全周防水。 三 防排水設(shè)計原則 在設(shè)計時，隧道的涌水、隧道內(nèi)的洗凈污水、汽車行駛的攜帶水、漏水等應(yīng)迅速地排出洞外不積留在隧道內(nèi)，維持隧道的功能。為此，除了確保充分的通水?dāng)嗝婧推露韧猓芯颗潘到y(tǒng)和以后的維修方法。特別

37、是在嚴寒地區(qū)，要考慮地區(qū)的特點進行設(shè)計。一般隧道內(nèi)水的處理方法示于圖5。 圖5 隧道內(nèi)水的處理方法 襯砌的防水方法有提高襯砌防水性能的防水方法和控制襯砌開裂的主要在襯砌背后的噴混凝土面設(shè)置防水板的方法。 防水板主要在隧道開挖后或噴混凝土施工后有涌水，或預(yù)計以后可能有涌水的場合設(shè)置。特別是隧道洞口為確保車輛走行安全，不管有無用水都應(yīng)設(shè)置。 背后緩沖材應(yīng)設(shè)置在防水板背后，是噴混凝土和板接觸的緩沖層，在一定程度上可在板的背后形成一定的透水層，因此要采用的面積質(zhì)量在30g/m2以上的材料。 排水方法有背后排水、路基排水、路側(cè)排水等。 背后排水 為了能夠把涌水集中起來導(dǎo)入路基排水中，應(yīng)在襯砌背后及襯砌腳部設(shè)背后排水。在襯砌下端沿隧道