公路隧道工程第五六章

第五章結(jié)構(gòu)體系一、隧道結(jié)構(gòu)體系概述二、支護(hù)結(jié)構(gòu)選用的原則三、錨噴支護(hù)四、隧道結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)方法一、隧道結(jié)構(gòu)體系概述

隧道的結(jié)構(gòu)體系是由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同組成的。其中圍巖是主要的承載元素，支護(hù)結(jié)構(gòu)是輔助性的，但通常也是必不可少的，在某些情況下，支護(hù)結(jié)構(gòu)主要起承載作用。這就是按現(xiàn)代巖石力學(xué)原則設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本出發(fā)點(diǎn)。

隧道開挖前巖體處于初始應(yīng)力狀態(tài)，謂之一次應(yīng)力狀態(tài)；開挖隧道后引起了圍巖應(yīng)力的重分布，同時(shí)圍巖將產(chǎn)生向隧道內(nèi)的位移，形成了新的應(yīng)力場(chǎng)，稱之為圍巖的二次應(yīng)力狀態(tài)，這種狀態(tài)受到開挖方式(爆破、非爆破)和方法(全斷面開挖、分部開挖等)的強(qiáng)烈影響。如果隧道圍巖不能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定，就必須設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)，從隧道內(nèi)部對(duì)圍巖施加約束，控制圍巖變形，改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，促使其穩(wěn)定，這就是三次應(yīng)力狀態(tài)。顯然這種狀態(tài)與支護(hù)結(jié)構(gòu)類型、方法以及施設(shè)時(shí)間等有關(guān)。三次應(yīng)力狀態(tài)滿足穩(wěn)定要求后就會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的洞室結(jié)構(gòu)，這樣，這個(gè)力學(xué)過程才告結(jié)束。二支護(hù)結(jié)構(gòu)選用的原則

支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本作用在于：與圍巖一起組成一個(gè)有足夠安全度的隧道結(jié)構(gòu)體系，能承受可能出現(xiàn)的各種荷載；保持隧道斷面的使用凈空；防止圍巖質(zhì)量的進(jìn)一步惡化；提供空氣流通的光滑表面。因此，任何一種類型的支護(hù)結(jié)構(gòu)都應(yīng)具有與上述作用相適應(yīng)的構(gòu)造、力學(xué)特性和施工的可能性。（一）支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本要求1.必須能與圍巖大面積地牢固接觸，即保證支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖作為一個(gè)整體進(jìn)行工作。重視早期支護(hù)的作用，并使早期支護(hù)與永久支護(hù)相互配合，協(xié)調(diào)一致地工作。要允許隧道圍巖能產(chǎn)生有限制的變形，以充分發(fā)揮圍巖的承載能力而減少對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的不利作用，使兩者更加協(xié)調(diào)的工作。4.必須保證施作支護(hù)結(jié)構(gòu)的及時(shí)性。5.作為支護(hù)結(jié)構(gòu)要能根據(jù)隧道圍巖的動(dòng)態(tài)(位移、應(yīng)力等)，及時(shí)地進(jìn)行調(diào)整和修改，以適應(yīng)不斷變化的圍巖狀態(tài)。（二）支護(hù)結(jié)構(gòu)類型根據(jù)其使用目的，支護(hù)結(jié)構(gòu)可分為：防護(hù)型支護(hù)

構(gòu)造型支護(hù)

承載型支護(hù)

根據(jù)其施作的時(shí)間先后順序，支護(hù)結(jié)構(gòu)可分為：超前預(yù)支護(hù)

初期支護(hù)二次襯砌

（一）噴錨支護(hù)的基本概念1)噴錨支護(hù)是①噴混凝土支護(hù)、②噴混凝土+錨桿支護(hù)、③噴混凝土+錨桿+鋼筋網(wǎng)支護(hù)、④噴混凝土+錨桿+鋼筋網(wǎng)+鋼架支護(hù)的統(tǒng)稱，三、錨噴支護(hù)

﹙2﹚射混凝土襯砌是利用泵或高壓風(fēng)作動(dòng)力，把混凝土混合料通過噴射機(jī)、輸料管及噴頭直接噴射到隧道圍巖壁上的支護(hù)方法。

﹙3﹚錨桿是一種錨固在巖體內(nèi)部的桿狀體，錨桿支護(hù)是通過錨入巖體內(nèi)部的鋼筋，與巖體融為一體，達(dá)到提高圍巖的力學(xué)性能、改善圍巖的受力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)加固圍巖、維護(hù)圍巖穩(wěn)定的目的。（一）噴錨支護(hù)的基本概念

﹙4﹚是一種支護(hù)及時(shí)，加固圍巖，控制圍巖變形，能充分利用和發(fā)揮圍巖自承能力的支護(hù)襯砌形式，具有柔性、緊貼圍巖、與圍巖共同變形等特點(diǎn)（一）噴錨支護(hù)的基本概念（二）噴混凝土襯砌作用機(jī)理﹙1﹚粘接作用

增加了圍巖切向方向的約束力，使圍巖與噴層共同作用。（二）噴混凝土襯砌作用機(jī)理﹙2﹚彎曲壓縮作用

由于向內(nèi)產(chǎn)生徑向變位受到彎曲壓縮，對(duì)圍巖施加了徑向約束力。（二呀）噴混攜凝土奇襯砌存作用膚機(jī)理﹙3岔﹚抗剪呆切作以用抵抗亭圍巖遍局部宜松動(dòng)別巖塊偷向洞末內(nèi)滑許移（二矛）噴領(lǐng)混凝爽土襯孟砌作挽用機(jī)掘理﹙4﹚楔效開應(yīng)，疼嵌入秘巖縫找。﹙5﹚減少休局部交集中號(hào)應(yīng)力狂。﹙6﹚防止筐發(fā)生臂風(fēng)化。（三缺）揚(yáng)噴混低凝土恨襯砌慈施工丘基本截要求第一.隧道飯開挖乎后及刻時(shí)施上作;第二.與圍壤巖緊迫密粘纖結(jié)、具不留饑空隙筍，與靈圍巖鍋共同夸工作償。第三.分多訓(xùn)層噴闊射，瓦達(dá)到戲設(shè)計(jì)儲(chǔ)厚度悼。（四孝）錨桿評(píng)的作糾用機(jī)福理﹙1穗﹚懸吊琴作用把圍巖攻局部賣松動(dòng)可能向洞邪內(nèi)滑適移的屬巖塊錨固閉定起翁來（四慮）錨桿爪的作烈用機(jī)素理﹙2枝﹚組合像梁作深用把水逗平層示狀巖像體疊沙合組濤成組謀合梁滔（錨透桿群顧）（四奔）錨桿克的作猶用機(jī)蘿理﹙3漢﹚縫綴圍作用增加頂整體孩性（陰即增君加裂激縫之辜間的懇摩擦竄力）（四面）錨桿鍵的作鋪用機(jī)頃理﹙4趨﹚內(nèi)壓細(xì)作用向圍把巖施徑加經(jīng)昆向的溪約束慘壓應(yīng)宮力（五統(tǒng)）永久扣錨桿轟的技謙術(shù)上密要求第一末要確倡保錨職桿全書長(zhǎng)注紅漿飽笑滿，家與巖襪體連凝成整廟體；第二址要求槍錨桿霜達(dá)到裁使用樹耐久尺，避彩免松休馳、萍銹蝕墳、腐永蝕損駱壞。錨桿圖種類理如下量：1全長(zhǎng)李粘結(jié)鼠型錨駝桿;2端頭只錨固施型錨沖桿;3摩擦肥型錨導(dǎo)桿;4預(yù)應(yīng)販力錨盞桿。在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍睬巖條屑件下庸，錨綠桿應(yīng)奶按系英統(tǒng)錨膏桿設(shè)滴計(jì)，計(jì)并符頭合下固列規(guī)賽定：1錨桿膀一般帳應(yīng)沿賞隧道福周邊裙徑向腎布置豆，當(dāng)攪結(jié)構(gòu)攜面或芹巖層逢層面苗明顯牽時(shí)，猛錨桿圣應(yīng)與濕巖體躬主結(jié)劇構(gòu)面塘或巖爽層層繡面成枕大角卸度布顯置。2錨桿糧應(yīng)按耍矩形恒排列池或梅歇花形界排列耐。3錨桿林間距摸不得醉大于1.瀉5m。間仆距較吐小時(shí)負(fù)，可腥采用桑長(zhǎng)短串錨桿擁交錯(cuò)寒布置剝。4兩車妥道隧廟道系界統(tǒng)錨析桿長(zhǎng)追度一挺般不莊小于2.維0m，三務(wù)車道通隧道垃系統(tǒng)嘉錨桿來長(zhǎng)度茅一般企不小粱于2.組5m。系統(tǒng)繳錨桿家布置俗方式干有梅蘇花形誓排列皮和矩族形排淡列梅花頃形排烏列音矩糠形排煤列在圍湊巖條籮件較娛差地料段、敗或地左面沉派降有塑嚴(yán)格歲限制獲時(shí)，飲應(yīng)在堪初期探支護(hù)芬內(nèi)增抄設(shè)鋼殃架。寸常用禽的鋼毛架有舒：鋼筋濫格柵問鋼架臣、工字辭鋼鋼農(nóng)架、U型鋼差鋼架和H鋼鋼冠架。鋼架畫支護(hù)揉宜優(yōu)紫先選蘋用格耀柵鋼擔(dān)架支拿護(hù)。四辨隧道陷結(jié)構(gòu)禽體系嗎設(shè)計(jì)熄方法（一掩）結(jié)港構(gòu)力究學(xué)方動(dòng)法1.荷載—結(jié)構(gòu)經(jīng)模型建的建郊立圖5-海24荷載—結(jié)構(gòu)餅?zāi)Ｐ?.作用(荷載)組成采用冶荷載—結(jié)構(gòu)運(yùn)模型化分析懂支護(hù)化結(jié)構(gòu)讀內(nèi)力揚(yáng)時(shí)，會(huì)其中洋最重刑要的將是確張定圍步巖的沿松動(dòng)呀壓力尋，支炒護(hù)結(jié)池構(gòu)自樣重可走按預(yù)量先擬裂定的旺結(jié)構(gòu)肉尺寸庸和材蒙料容棕重計(jì)列算確濕定。（二轎）巖嘗體力窗學(xué)方手法在隧同道結(jié)存構(gòu)體察系中峰，一舅方面秘圍巖法本身賢由于莫支護(hù)獎(jiǎng)結(jié)構(gòu)牢提供仁了一食定的腸支護(hù)贈(zèng)抗力掏，而倆引起杯它的積應(yīng)力摩調(diào)整法，從膝而達(dá)跳到新斜的穩(wěn)薄定；立另一靠方面均由于蠅支護(hù)敘結(jié)構(gòu)姑阻止卷圍巖溪變形初，也池必然粘要受賞到圍讀巖給晚予的搖反作持用力教而發(fā)吐生變軌形。孤這種胸反作扯用力蜘和圍摩巖的郵松動(dòng)像壓力顯極不舟相同及，它憂是支充護(hù)結(jié)秀構(gòu)和均圍巖留共同惑變形涂過程忙中對(duì)駕支護(hù)卡施加代的壓躲力，夾故可找稱為“形變涌壓力”。目前襯對(duì)于姑這種溪模型區(qū)求解蠻方法灣有解析矮法、喚數(shù)值乎法、終特征渾曲線灶法三種慈。1、解月析法該方垮法根昏據(jù)所準(zhǔn)給定丟的邊慣界條通件，鵝對(duì)問巧題的照平衡幫方程遙、幾尊何方設(shè)程和去物理主方程柜直接濫求解瓜。2、數(shù)讀值方何法對(duì)于潑幾何罵形狀伍和圍超巖初懇始應(yīng)效力狀粘態(tài)都凡比較廈復(fù)雜障的隧險(xiǎn)道，漫一般喊需要舒采取堅(jiān)數(shù)值飯方法哄，尤夢(mèng)其是破需要完考慮刷圍巖糾的各取種非頁線性廳特性紐奉時(shí)。殺該方訪法主駛要是西指有柜限單檢元法句，它蛙是把楊圍巖使和支庸護(hù)結(jié)聯(lián)構(gòu)都捏劃分睛為單踐元，繩然后跳根據(jù)些能量體原理晌建立吉起整砍個(gè)系歐統(tǒng)的委虛功哲方程曠，也蓋稱剛度多方程，從匯而求哈出系濾統(tǒng)上親各節(jié)澤點(diǎn)的澇位移燒以及饞單元賓的應(yīng)璃力。3、特臺(tái)征曲訴線法特征內(nèi)曲線醒法也陶稱為濤“收斂—約束”法芹，是樹用圍緒巖的楊支護(hù)土需求醋曲線粥和支右護(hù)結(jié)微構(gòu)的打補(bǔ)給橡曲線黃以求護(hù)得達(dá)彼到穩(wěn)基定狀棵態(tài)時(shí)染支護(hù)隱結(jié)構(gòu)苗的內(nèi)蕩力。特征扣曲線城法的屑基本屯原理傳是：拍隧道貼開挖守后，宜如無抖支護(hù)煙，圍教巖必敏然產(chǎn)下生向論隧道謠內(nèi)的墳變形(收斂)。施復(fù)加支叨護(hù)以癥后，周支護(hù)芝結(jié)構(gòu)途約束脆了圍刑巖的踐變形(約束)，此恐時(shí)圍費(fèi)巖與滋支護(hù)柿結(jié)構(gòu)糖一起賢共同附承受予圍巖解擠向鄭隧道昨的變別形壓旋力。（三狼）以存圍巖間分級(jí)稼為基非礎(chǔ)的霞經(jīng)驗(yàn)凈設(shè)計(jì)岔方法在大奴多數(shù)戰(zhàn)情況吊下，越隧道弓支護(hù)燦體系賽還是黨依賴“經(jīng)驗(yàn)崖設(shè)計(jì)”的，纏并在爐實(shí)施蹦過程已中，披依據(jù)四量測(cè)鵲信息體加以況修改指和驗(yàn)境證。我們佩大致巾上可傲以發(fā)非現(xiàn)在滋進(jìn)行坐支護(hù)姿結(jié)構(gòu)助經(jīng)驗(yàn)妥設(shè)計(jì)老時(shí)，投需要泳注意怨的幾爺點(diǎn)的桿原則欲是：首先盾對(duì)隧疑道圍露巖要穴有一型個(gè)正躁確的雷分級(jí)在各蕉級(jí)巖蛇體中寒，支銀護(hù)結(jié)希構(gòu)參貴數(shù)大幣體是華按下送述原尿則選楚用的墻：在施艇工中風(fēng)應(yīng)盡府量少致?lián)p害灶圍巖恩，使撿其盡部量保腿持原習(xí)有巖健體的徐強(qiáng)度扎，因貼此，愁應(yīng)采惹用控巷制爆薄破技嫂術(shù)。預(yù)計(jì)犬有大證變形句和松預(yù)弛的銅情況簡(jiǎn)下，貢開挖行面要幻玉全面裁防護(hù)(包括俱正面)，使猴之有碗充分邪的約貌束效部應(yīng)，惜在分脈臺(tái)階磁開挖緊時(shí)，螞上半酸斷面賢進(jìn)深買不宜練過長(zhǎng)風(fēng)，以粒免影縱響整讓個(gè)斷席面的嬌閉合靜時(shí)間彈。二次懶襯砌按通常虜是模頌筑的醫(yī)，在疫修二冬次襯艱砌之惱前要釀設(shè)防麥水層悅，形陷成具叛有防睛水性光能的奪組合爐襯砌撿。允許鎖甚至冰希望蜂巖石群出現(xiàn)牙一定拼的變女形，雪以減長(zhǎng)少為棄完成快支護(hù)帽作用榨所需巷的防拳護(hù)措券施。制定靠詳細(xì)異周密唯的量勢(shì)測(cè)計(jì)術(shù)劃。躁通過知量測(cè)箭，確紡定所冒建立界的支輩護(hù)阻域力是肝否和獎(jiǎng)圍巖初類型叔相適瓶應(yīng)以宮及還培需要損什么閘樣的塔加強(qiáng)怨措施吼等。支護(hù)以結(jié)構(gòu)略的施姜工順白序與泳正確扮地掌詳握巖耳體的劣時(shí)間南效應(yīng)丹很有良關(guān)系乎。（四們）監(jiān)塔控設(shè)休計(jì)方句法由于工地下著結(jié)構(gòu)形的受鉗力特餡點(diǎn)極虧其復(fù)極雜，聽自50年代吊以來純，國尖際上棗就開撫始通警過對(duì)扒鐵路炒隧道佩的量昨測(cè)來描監(jiān)視垃圍巖固和支搭護(hù)結(jié)蜘構(gòu)的強(qiáng)狀態(tài)猴，并熱應(yīng)用晨現(xiàn)場(chǎng)遞監(jiān)測(cè)俯結(jié)果瞇修改哄設(shè)計(jì)策、指劇導(dǎo)施荷工。監(jiān)控與設(shè)計(jì)獄通常岔包括摧兩個(gè)干階段率：施挺工前岡預(yù)設(shè)扁計(jì)階蛇段和納修正淚設(shè)計(jì)碗階段宏。監(jiān)控侵設(shè)計(jì)棄的主要腦環(huán)節(jié)包括觀：現(xiàn)俗場(chǎng)監(jiān)墻測(cè)、囑數(shù)據(jù)領(lǐng)處理老、信搏息反秤饋三葉個(gè)方介面。奴現(xiàn)場(chǎng)喜監(jiān)測(cè)督包括鋪：制未定監(jiān)欣測(cè)方移案、泡確定辱測(cè)試起內(nèi)容求、選具擇測(cè)爬試手圾段、淹實(shí)施統(tǒng)監(jiān)測(cè)碼計(jì)劃以。數(shù)院據(jù)處補(bǔ)理包臣括：工原始牧數(shù)據(jù)喂的整勾理、言明確丸數(shù)據(jù)冒處理撈的目命的、姐選擇番處理漿方法臂、提擺出處余理結(jié)忘果。琴信息撈反饋兆包括坊：反魯饋方舟法(理論阿反饋陷與經(jīng)唯驗(yàn)反秤饋)和反值饋的本作用(修改施設(shè)計(jì)卷與指茂導(dǎo)施儀工)。第六廟章系防排鋸水一、癢隧道遼防排泰水基舞本原包則二、占隧道熟防排茫水系雕統(tǒng)組端成三、亭防排類水材概料四、贈(zèng)防水泳板無間釘鋪存設(shè)技脆術(shù)隧道乞防排閱水應(yīng)壞當(dāng)遵永循“乞防、驢排、欲堵、臨截結(jié)品合，練因地晚制宜妙，綜趙合治披理”糧的原蹄則，杯保證晶隧道昏結(jié)構(gòu)凈物和茶運(yùn)營飄設(shè)備飼的正雖常使興用和土行車脹安全椒。隧顫道建郊成后挽，應(yīng)安滿足夠拱部偷、邊防墻、少路面琴、設(shè)局備箱飲洞不街滲水滾，隧圍道襯兄砌背常后不球積水知，排士水溝震不凍剃結(jié)，斯車行招橫通曾道、勤人行規(guī)橫通肺道拱計(jì)部不帳滴水餡，邊需墻不口淌水鍛。一、碌隧道慨防排疾水基比本原售則二、島隧道跡防排辮水系望統(tǒng)組嘴成防水燦工程毀包括饑襯砌曉柔性求防水桑工程因及襯捕砌漏克水防尤水工想程。占二次依襯砌糠與噴卵射砼傭之間榜設(shè)置嗓防水閃板作諸為柔單性防然水設(shè)搭施。丈襯砌余結(jié)構(gòu)塵自身質(zhì)要求孟密實(shí)忍。沉憐降縫資、伸貸縮縫銹采用壇背貼辨式止餃水帶爭(zhēng)加中榜埋式禍橡膠書止水饞帶防勸水，扇施工程縫采您用背玩貼式伴止水扔帶防奔水加太帶注魯漿管掛的遇倦水膨脆脹橡課膠止柳水條托防水匆。排水川工程襯包括威襯砌應(yīng)背面毫排水穿工程紡、路潔緣排貌水工障程以棒及洞我頂截順?biāo)づP程。三、陳防排孔水材棵料防水瀉層采住用雙劃層結(jié)斷構(gòu)。貢用PE