第6章+橋梁與隧道工程

土木工程概論第6章橋梁與隧道工程6.1橋梁工程概述6.2橋跨結(jié)構(gòu)6.3橋梁工程展望6.4隧道工程概述6.5公路隧道6.6鐵路隧道6.7水底隧道6.1橋梁工程概述6.1.1橋梁在交通運(yùn)輸事業(yè)中的作用經(jīng)濟(jì)發(fā)展、文化交流和國際建設(shè)交通的發(fā)展與橋梁工程的發(fā)展相互促進(jìn)6.1.2我國橋梁建造的成就歷史久遠(yuǎn)數(shù)量驚人類型豐富土木工程概論第6章橋梁與隧道工程1969年我國建成了舉世矚目的南京長江大橋這是我國自行設(shè)計、制造、施工，并使用國產(chǎn)高強(qiáng)鋼材的現(xiàn)代化大型橋梁。正橋除北岸第一孔為128m簡支鋼桁梁外，其余為9孔3聯(lián)，每聯(lián)為3×160m的連續(xù)鋼桁梁。上層為公路橋面，下層為雙線鐵路。包括引橋在內(nèi)，鐵路橋部分全長6772m公路橋部分為4589m。南京長江大橋的建成，顯示出我國建橋事業(yè)已達(dá)到了世界先進(jìn)水平，也是我國橋梁史上又一個重要標(biāo)志萬縣長江大橋—此橋全長856.12m，主跨為420m的勁性骨架鋼筋混凝土拱橋，目前居同類橋梁之冠。萬縣長江大橋矢跨比為1/5，拱上結(jié)構(gòu)為14孔30m預(yù)應(yīng)力簡支梁，引橋為13孔30m預(yù)應(yīng)力簡支T型梁（南5孔，北8孔）。橋面連續(xù)，寬24m，設(shè)2×7.5m行車道和2×3.0m人行道黃石長江公路大橋—全橋總長約2580.08m，其中主橋長1060m，五跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。采用鋼圍堰加大直徑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋面凈寬19.5m，其中分向行駛的四個車道寬15m，兩側(cè)各設(shè)2.25m寬的非機(jī)動車道廣東虎門大橋—是我國第一座大型懸索橋，被譽(yù)為“世界第一跨”?；㈤T大橋由東引橋、主航道橋、中引橋、輔航道橋及西引橋五部分組成（圖6.10、圖6.11）。大橋全長4588m，橋?qū)?2m。輔航道橋為主跨270m的連續(xù)剛構(gòu)橋，是目前世界上跨度最大的連續(xù)剛構(gòu)橋；主航道為單跨簡支鋼加勁梁懸索橋，跨徑888m。主纜跨徑為302m+888m+348.5m，其主跨居我國前列江陰長江大橋—是我國首座千米以上的特大跨徑公路橋梁，該橋采用336.5m+1385m+309.4m，的單孔簡支鋼懸索橋結(jié)構(gòu)。南引橋為43m+3×40m，北引橋為（50+75+50）m+19×50m+8×30m組成，橋梁總長3km，全橋總寬度36.9m，橋面六車道凈寬度29.5m（包括中間分割帶）大渡河鐵索橋安瀾竹索橋洛陽橋武漢長江大橋楊浦大橋6.1.3國外橋梁建設(shè)簡述法國米月高架橋法國諾曼底大橋土木工程概論第6章橋梁與隧道工程南斯拉夫克爾克橋舊金山金門大橋日本明石海峽大橋6.2橋跨結(jié)構(gòu)6.2.1橋梁的基本組成橋跨結(jié)構(gòu)（上部結(jié)構(gòu)）橋墩、橋臺（下部結(jié)構(gòu)）墩臺基礎(chǔ)6.2.2橋梁的分類安橋梁的基本體系分類梁式橋、拱式橋、鋼架橋、懸索橋、組合式橋橋梁的其他分類簡述根據(jù)橋梁所用的材料：木橋、圬工橋、鋼筋混凝土橋，預(yù)應(yīng)力混凝土橋和鋼橋橋梁所跨越的障礙物：跨河橋、跨海峽橋、立交橋、高架橋橋梁的用途：公路橋、鐵路橋、公鐵兩用橋、人行橋、運(yùn)水橋、農(nóng)橋以及管道橋等橋梁的全長和跨徑：特大橋、大橋、中橋、小橋橋面在橋跨中的位置：上承式、中承式、下承式土木工程概論第6章橋梁與隧道工程特色橋梁工程簡介土木工程概論第6章橋梁與隧道工程武漢長江大橋位于龜蛇二山之間，1957年10月大橋貫通，是中國人民第一次跨越長江天塹的偉大勝利。武漢長江大橋是一座公路鐵路兩用連續(xù)鋼桁梁橋，全長1670m，正橋部分為1156m（8墩9孔——三聯(lián)3×128m連續(xù)鋼桁梁），兩岸引橋共514m。上層公路路面寬達(dá)18m，可以并行行使六輛汽車、兩側(cè)設(shè)有人行道，下層為雙線鐵路橋。在長江大橋的建設(shè)中，大型鋼梁的制造、架設(shè)、深水管柱基礎(chǔ)的施工等是我國建橋史上的一個創(chuàng)舉土木工程概論第6章橋梁與隧道工程特色橋梁工程簡介番禺大橋設(shè)計達(dá)到國際國內(nèi)先進(jìn)水平，斜拉橋橋面寬度達(dá)到37.7米，列國內(nèi)同類型橋第一位，列世界同類型橋第二位，列世界200米跨徑以上同類型橋第一位。其主橋為161m+380m+161m三跨連續(xù)雙塔空間雙索面漂浮體系超寬斜拉橋，引橋有變高度連續(xù)箱梁橋，部分預(yù)應(yīng)力等高度曲線連續(xù)箱梁橋，部分預(yù)應(yīng)力連續(xù)板梁橋，部分預(yù)應(yīng)力簡支T梁橋，及連續(xù)剛構(gòu)-連續(xù)梁組合橋，路線總長4.875公里，其中橋長3458.2m土木工程概論第6章橋梁與隧道工程特色橋梁工程簡介潤揚(yáng)長江公路大橋全長7371m，其中：南汊主橋采用主跨1490m懸索橋，北汊主橋采用主跨406m斜拉橋，引橋和高架橋均采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋。其中南汊懸索橋主纜系統(tǒng)的主跨1490m，邊跨470m，矢跨比為1/10土木工程概論第6章橋梁與隧道工程特色橋梁工程簡介深圳市彩虹大橋是一座城市跨線橋（圖6.35）。該橋跨越深圳火車北站29條股道，是目前世界上跨越鐵路股道最多的橋梁之一。這座橋梁的設(shè)計采用了全組合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了全橋無模板施工，滿足了現(xiàn)代橋梁建設(shè)“輕型大跨”、“預(yù)制拼裝”、“快速施工”的要求跨徑不斷增大橋型不斷豐富結(jié)構(gòu)不斷輕型化6.3橋梁工程展望橋梁發(fā)展的趨勢有以下幾個特點：土木工程概論第6章橋梁與隧道工程6.4.1國內(nèi)外隧道發(fā)展概況6.4隧道工程概述隧道——一種修建在地層中的地下工程建筑物。被廣泛地應(yīng)用于公路、鐵路、礦山、水力、市政和國防等方面隧道的產(chǎn)生和發(fā)展是與人類的文明史發(fā)展相呼應(yīng)的，大致分為四個時代：1）原始時代：用獸骨、石器等工具開挖，修建在自身穩(wěn)定無需支撐的地層中2）遠(yuǎn)古時代：這個時期的隧道開發(fā)技術(shù)形成了現(xiàn)代隧道開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)3）中世紀(jì)時代：隧道技術(shù)沒有顯著進(jìn)步4）近代和現(xiàn)代：使用炸藥進(jìn)行隧道開發(fā)土木工程概論第6章橋梁與隧道工程隧道開發(fā)技術(shù)概況：14世紀(jì)火藥的發(fā)明用于隧道開挖1818年布魯塞爾發(fā)明盾構(gòu)1896年英國人Greothead第一次應(yīng)用壓縮空氣和盾構(gòu)修建水底隧道1906年建成通車的貫穿阿爾卑斯山的新普倫隧道最先開始應(yīng)用鑿巖機(jī)和硝化甘油炸藥土木工程概論第6章橋梁與隧道工程已建成和在建的長度超過3KM的公路隧道土木工程概論第6章橋梁與隧道工程隧道名稱隧道長度（m）運(yùn)營條件大溪嶺隧道4100雙向雙車道二郎山隧道4160單向雙車道華瑩山隧道4770單向雙車道鷓鴣山隧道4400單向雙車道木魚槽隧道3600雙向雙車道八達(dá)嶺隧道3455雙向雙車道真武山隧道3100單向雙車道中梁山隧道3165單向雙車道牛郎河隧道3920單向雙車道世界上已建成和在建的長度超過10KM的公路隧道隧道名稱國家及地區(qū)長度（m）勃朗峰（Mt.Blance）法國－意大利11600弗雷儒斯（Frejus）法國－意大利12901圣哥達(dá)（St.gothard）瑞士16918阿爾貝格(Arlberg)奧地利13927格蘭薩索（GranSasso）意大利10173關(guān)越I（Kan－Etsu）日本10920關(guān)越II（Kan－Etsu）日本11010居德旺恩（Gudvanga）挪威11400Folgefonn挪威24500AurlandLaerdal挪威12900坪林（Pinglin）中國臺灣12900Hida日本10750土木工程概論第6章橋梁與隧道工程6.4.2隧道的分類及其作用按地層分：巖石隧道、土質(zhì)隧道按所處的位置：山嶺隧道、城市隧道、水底隧道按施工方法：礦山法、明挖法、盾構(gòu)法、深埋法、掘進(jìn)機(jī)法按埋置深度：淺埋隧道、深埋隧道按斷面形式：圓形、馬蹄形、矩形按國際隧道協(xié)會定義的斷面數(shù)值：特大斷面、大斷面、中等斷面、小斷面、極小斷面隧道按車道數(shù)：單車道、雙車道、多車道隧道按用途：交通隧道：公路、鐵路、水底、地下、航運(yùn)、人行水工隧道：引水、尾水、導(dǎo)流或泄洪、排沙市政隧道：給水、污水、管路、線路、人防礦山隧道：運(yùn)輸巷道、給水隧道、通風(fēng)隧道土木工程概論第6章橋梁與隧道工程6.5公路隧道6.5.1道路隧道的勘測設(shè)計1、道路隧道的工程調(diào)查道路隧道調(diào)查包括：地形、地質(zhì)、氣象、環(huán)境、施工條件以及與工程有關(guān)的法令調(diào)查調(diào)查時應(yīng)首先明確：調(diào)查的目的、各階段的任務(wù)和調(diào)查順序土木工程概論第6章橋梁與隧道工程2、路線和隧道位置的選擇確定路線時通常遵照：線性適當(dāng)順應(yīng)地形、路線延長、對附近地區(qū)的影響、安全性、用地、建設(shè)投資、養(yǎng)護(hù)費(fèi)、行駛性能、施工難易、與當(dāng)?shù)丨h(huán)境和景觀相協(xié)調(diào)按隧道所處的空間位置可以將公路隧道分為：1）越嶺隧道：山嶺地區(qū)公路從一個水系進(jìn)入另一個水系要翻越其間的分水嶺，為縮短里程，克服高度或地形障礙，往往要設(shè)置越嶺隧道。2）傍山隧道：山區(qū)道路通常傍山沿河而行，為改善線形，提高車速、縮短里程、節(jié)省時間，常需要修建傍山隧道，或稱為河谷線隧道3）城市水底隧道：多為城市港灣和河川有航運(yùn)要求時，為溝通水域兩岸而修建的。土木工程概論第6章橋梁與隧道工程3、道路隧道的幾何設(shè)計基本要求：安全、經(jīng)濟(jì)、適用還應(yīng)考慮：通風(fēng)、照明、安全設(shè)施，易于養(yǎng)護(hù)管理隧道的平面線形設(shè)計按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2003）規(guī)定進(jìn)行4、凈空斷面

隧道凈空：指隧道襯砌內(nèi)輪廓線所包圍的空間，包括公路建筑界限、通風(fēng)管道、照明設(shè)備、防災(zāi)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等附屬設(shè)備所需要的足夠空間，以及富裕量和施工允許誤差等。

建筑界限：指建筑物不得侵入的一種界限，包括車道、路肩、路緣帶、人行道等的寬度以及車道、人行道的凈高。土木工程概論第6章橋梁與隧道工程6.5.2道路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造

主體構(gòu)造物：為了保持巖體的穩(wěn)定性和行車安全而修建的人工永久構(gòu)造物，通常是指洞身襯砌和洞門構(gòu)造物。

附屬構(gòu)造物：主體構(gòu)造物以外的為了運(yùn)營管理、維護(hù)養(yǎng)護(hù)、供蓄發(fā)電、通風(fēng)、照明等修建的構(gòu)造物。1、襯砌材料與構(gòu)造

要求襯砌材料應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、耐久性、抗?jié)B性、耐腐蝕性和抗凍性等。另外還應(yīng)從經(jīng)濟(jì)觀點出發(fā)，使襯砌材料價格便宜，就地取材，便于施工。

通常采用：混凝土、鋼筋混凝土、噴射混凝土、錨桿與噴錨支護(hù)、石料、裝配式材料等土木工程概論第6章橋梁與隧道工程2、洞身襯砌類型

洞身襯砌分為：直墻式襯砌、曲墻式襯砌、噴射混凝土襯砌噴錨襯砌、復(fù)合式襯砌、圓形斷面隧道、矩形斷面隧道等。土木工程概論第6章橋梁與隧道工程直墻式襯砌

曲墻式襯砌矩形斷面6.5.3圍巖分類與圍巖壓力1、圍巖分類

影響坑道圍巖穩(wěn)定的因素是多方面的，在分類中主要考慮以下三個分類指標(biāo)：1）坑道圍巖的結(jié)構(gòu)特征和完整狀態(tài)2）巖石的物理力學(xué)性質(zhì)3）地下水的影響2、圍巖壓力隧道開挖時，被擾動的圍巖要移動和變形，而支護(hù)結(jié)構(gòu)要阻止圍巖移動和變形，圍巖壓力就是對支護(hù)結(jié)構(gòu)施加壓力。

圍巖壓力由兩部分組成：巖體自重產(chǎn)生的壓力、巖體在構(gòu)造運(yùn)動中殘留的構(gòu)造應(yīng)力。土木工程概論第6章橋梁與隧道工程3、隧道結(jié)構(gòu)計算作用在襯砌結(jié)構(gòu)上的荷載，按其性質(zhì)可以區(qū)分為：主動荷載：主動作用在結(jié)構(gòu)并引起結(jié)構(gòu)變形長期作用的主要主動荷載：圍巖壓力、回填土荷載、襯砌自重、地下凈水壓力以及車輛載重等非經(jīng)常作用的附加荷載：灌漿壓力、凍脹壓力、混凝土收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力以及地震力等被動荷載：因為結(jié)構(gòu)變形壓縮圍巖而引起的圍巖被動抵抗力，及彈性抗力，限制結(jié)構(gòu)變形彈性抗力屬被動荷載，其分布范圍和圖式一般可按工程類比法假定，通常可作簡化。土木工程概論第6章橋梁與隧道工程6.5.4公路隧道的施工方法

公路隧道施工方法是根據(jù)地質(zhì)條件、水文地質(zhì)、埋深、斷面形狀及尺寸、施工技術(shù)條件、工期等許多因素有各種不同的施工方法，在選擇施工方法時，要根據(jù)各種因素綜合確定，并要考慮地質(zhì)條件的變化情況，變化施工方法。

常用的施工方法有：漏斗棚架法、反臺階法、正臺階法、全斷面法、上下導(dǎo)坑先拱后墻法、下導(dǎo)坑先拱后墻法、品字形導(dǎo)坑先拱后墻法、側(cè)壁導(dǎo)坑法等土木工程概論第6章橋梁與隧道工程土木工程概論第6章橋梁與隧道工程反臺階法施工正臺階法施工全斷面法施工下導(dǎo)坑先拱后墻法施工上下導(dǎo)坑先拱后墻法施工品字形導(dǎo)坑先拱后墻法施工順序圖側(cè)壁導(dǎo)坑法施工順序圖土木工程概論第6章橋梁與隧道工程6.6鐵路隧道6.6.1隧道位置選擇及構(gòu)造設(shè)計1、隧道位置選擇鐵路隧道位置的選擇與以下因素有關(guān)：當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、水文、地質(zhì)條件、地形地貌條件、工程難易程度、投資的數(shù)額、工期的要求以及現(xiàn)有施工技術(shù)的水平和今后運(yùn)營條件。其中最重要的是：地質(zhì)條件和地形條件。土木工程概論第6章橋梁與隧道工程（1）按地形及地質(zhì)條件進(jìn)行選擇高程障礙：鐵路線前進(jìn)方向的高山，解決方案：繞行方案：附近地形開闊，山坡地帶寬敞可避開前方的山峰迂回繞行而過深塹方案：地形比較開闊，有山谷臺地可供展線，盡量把線路展長，坡度用足以爭取把線路標(biāo)高抬起到可能的高度，高程不足之處在山頂部位開鑿深路塹通過平面障礙：進(jìn)入山區(qū)，線路無法環(huán)繞，解決方案：沿河傍山繞行方案：沿著山體自然彎曲傍山繞行隧道直穿方案：開鑿隧道，穿山而過土木工程概論第6章橋梁與隧道工程（2）按線路類別進(jìn)行選擇越嶺線上隧道位置的選擇：主要以兩大因素為依據(jù)選擇埡口：除了考慮平面位置外，還要考慮埡口兩端河谷的分布情況和臺地的開敞程度，主溝高程是否相差不大和河谷是否靠近等因素確定隧道高程：要全面衡量，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個方面做出比較合理的決定河谷線上隧道位置的選擇：左右受山坡和河谷的制約，上下受標(biāo)高和限制坡度的控制，比選方案時，盡管移動的幅度不大，但對工程的難易、大小都有關(guān)系土木工程概論第6章橋梁與隧道工程2、隧道平縱斷面設(shè)計隧道平面設(shè)計：線路盡量為直線，若不可避免的出現(xiàn)曲線時，應(yīng)盡可能采用較短的曲線或半徑較大的曲線，在一座隧道內(nèi)最好不設(shè)一個以上的曲線，尤其是不宜設(shè)置反向曲線或復(fù)合曲線隧道縱斷面設(shè)計：坡道形式坡度大小坡段長度坡段連接土木工程概論第6章橋梁與隧道工程3、隧道構(gòu)造設(shè)計隧道橫斷面設(shè)計隧道凈空界限曲線隧道的凈空加寬隧道洞身支護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造就地模筑混凝土整體式襯砌是在坑道內(nèi)樹立模板、拱架，然后澆灌混凝土而成裝配式襯砌有若干在工廠或現(xiàn)場預(yù)先制備的構(gòu)建，運(yùn)入坑道內(nèi)，用機(jī)械將它們拼裝噴錨支護(hù)是將摻有速凝劑的混凝土拌合料與水匯合成為漿狀，噴射到坑道的巖壁上凝縮加設(shè)錨桿和金屬網(wǎng)構(gòu)成的一種支護(hù)形式土木工程概論第6章橋梁與隧道工程6.6.2支護(hù)體系設(shè)計1、圍巖的初始應(yīng)力場（原始地應(yīng)力場）根據(jù)地應(yīng)力的成因分為：自重應(yīng)力場：地心引力和離心慣性力共同作用的結(jié)果構(gòu)造應(yīng)力場：按其形成的時間可分為：構(gòu)造殘余應(yīng)力：過去地質(zhì)構(gòu)造和巖石形成過程中形成的殘存在巖體中的應(yīng)力新構(gòu)造應(yīng)力：由現(xiàn)在正在活動和變化的構(gòu)造運(yùn)動所引起的應(yīng)力圍巖初始應(yīng)力場的確定方法一般通過現(xiàn)場實地應(yīng)力獲得圍巖初始應(yīng)力，但受到很多因素的影響，實測的圍巖初始應(yīng)力不絕對正確根據(jù)實踐經(jīng)驗可采用實地量測和地質(zhì)力學(xué)分析相結(jié)合的方法土木工程概論第6章橋梁與隧道工程2、我國鐵路隧道圍巖分類土木工程概論第6章橋梁與隧道工程土木工程概論第6章橋梁與隧道工程2、我國鐵路隧道圍巖分類土木工程概論第6章橋梁與隧道工程2、我國鐵路隧道圍巖分類6.6.3隧道施工方法1、新奧地利隧道施工法全斷面法：按照隧道設(shè)計輪廓線一次爆破成型臺階法：包括長臺階法、短臺階法和超短臺階法分部開挖法：三種變化方案臺階分部開挖法單側(cè)壁導(dǎo)坑法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法土木工程概論第6章橋梁與隧道工程長臺階法短臺階法超短臺階法土木工程概論第6章橋梁與隧道工程2、傳統(tǒng)的礦山法有全斷面法、臺階法、側(cè)壁導(dǎo)坑法、漏斗棚架法、上下導(dǎo)坑先拱后墻法等分部開挖法施工（a）臺階分部開挖法（b）單側(cè)壁導(dǎo)坑法（c）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法3、其他施工方法土木工程概論第6章橋梁與隧道工程沉埋管段水底隧道的縱斷面圖敞口開挖法地下連續(xù)墻法工字鋼樁法6.7水底隧道6.7.1水文調(diào)查與計算1、水文工作的特點1）水下隧道縱斷面一般成V形坡或W形坡，洞口標(biāo)高要定得安全合理2）為了使隧道洞口達(dá)到隱蔽的要求，水下隧道主洞口以及通風(fēng)井口往往在支溝口內(nèi)適當(dāng)距離，避開山洪直接沖刷水下隧道水文工作的具體任務(wù)應(yīng)根據(jù)主河道設(shè)計洪水頻率提出提出水下隧道洞口及風(fēng)井口的標(biāo)高，以防洪水淹沒土木工程概論第6章橋梁與隧道工程2、水文計算水下隧道水文計算，首先應(yīng)在隧道所在地區(qū)選擇基準(zhǔn)水文控制斷面，進(jìn)行水文測繪和計算。然后根據(jù)控制斷面與隧道各洞口及河底段位置的關(guān)系，推算隧道各洞口要求百年一遇或三百年一遇洪水頻率防洪標(biāo)高及河底段的理論外水壓力。土木工程概論第6章橋梁與隧道工程水文計算