第4章隧道結構構造

2022-08-21 06:54:03 字數 4871 閱讀 1221

公路隧道結構構造,由主體構造物和附屬構造物兩大類組成。主體構造物通常指洞身襯砌和洞門構造物。洞身襯砌的平、縱、橫斷面的形狀由道路隧道的幾何設計確定,襯砌斷面的軸線形狀和厚度由襯砌計算決定。

附屬構造物是主體構造物以外的其它建築物,是為了運營管理、維修養護、給水排水、供蓄發電、通風、照明、通訊、安全等而修建的構造物。

4.1 洞身襯砌

4.1.1 襯砌結構的型別

出現各種適應不同的地質條件的結構型別,大致有下列幾類。

1.直牆式襯砌。直牆式襯砌型式通常用於岩石地層垂直圍岩壓力為主要計算荷載、水平圍岩壓力很小的情況。一殷適用於v,iv類圍岩,有時也可用於iii類圍岩。

對於道路隧道,直牆式襯砌結構的拱部,可以採用割圓拱、坦三心圓拱或尖三心圓拱。三心圓拱指拱軸線由三段圓弧組成,其軸線形狀比較平坦(r1> r2)時稱為坦三心圓拱,形狀較尖(r2< r1)時稱為尖三心圓拱,若r1=r2=r 時即為割圓拱(見圖4.1.

1)。圖4.1.1直牆式襯砌圖4.1.2 連拱邊牆或柱式邊牆

如果圍岩完整性比較好的v~vi類圍岩中,邊牆可以採用連拱或柱,稱為連拱邊牆或柱式邊牆,見圖4.1.2。

為了節省圬工,也可以採用大拱腳薄邊牆襯砌,見圖4.1.3。

如果具備噴混凝土條件時,邊牆可以用噴混凝土代替。該法是個有侷限性的方法,最大的問題是大拱腳支座施工困難,在非均質岩層中很難用鑽爆法做出整齊穩定的支座。所以在這種較好圍岩中,不如優先考慮噴錨支護。

2.曲牆式襯砌。通常在iii類以下圍岩中,水平壓力較大,為了抵抗較大的水平壓力把邊牆也做成曲線形狀。當地基條件較差時,為防止襯砌沉陷,抵禦底鼓壓力。

使襯砌形成環狀封閉結構,可以設定仰拱,見圖4.1.4。

3.噴混凝土襯砌、噴錨襯砌及複合式襯砌。

要求用光面爆破開挖,使洞室周邊平順光滑,成型準確,減少超欠挖。適當的時間噴混凝土,即為噴混凝土襯砌。根據實際情況,需要安裝錨桿的則先裝設錨桿,再噴混凝土,即為噴錨襯砌。

如果以噴混凝土,錨桿或鋼拱支架的一種或幾種組合作為初次支護對圍岩進行加固,維護圍岩穩定防止有害鬆動。待初次支護的變形基本穩定後,進行現澆混凝土二次襯砌,即為複合式襯砌。為使襯砌的防水效能可靠,採用塑料板作複合式襯砌中間防水層是比較適宜的,見圖4.

1.5。

圖4.1.5 噴錨襯砌與復合襯砌

4.偏壓襯砌。當山體地面坡陡於1:2.5,線路外側山體覆蓋較薄,或由於地質構造造成的偏壓,襯砌為承受這種不對稱圍岩壓力而採用,如圖4.1.6所示

5.喇叭口隧道襯砌

在山區雙線隧道,有時為繞過困難地形或避開複雜地質地段,減少工程量,可將一條雙幅公路隧道分建為二個單線隧道或二條單線並建為一條雙幅的情況,(或車站隧道中的渡線部分),襯砌產生了乙個過渡區段,這部分隧道襯砌的斷面及線間距均有變化,相應成了乙個喇叭型,稱為喇叭口隧道襯砌,如圖4.1.7所示。

6.圓形斷面隧道

為了抵禦膨脹性圍岩壓力,山嶺隧道也可以採用圓形或近似圓形斷面,因為需要較大的襯砌厚度,所以多半在施工時進行二次襯砌。對於水底隧道,由於水壓力較大,採用礦山法施工時,也多半用二次襯砌,或者採用鑄鐵制的方形節段。水底隧道廣泛使用盾構法,施工,其斷面為全圓形。

水底隧道的另一種施工方法是沉管法,有單管和雙管之分,其斷面可以是圓形,也可以是矩形。

岩石隧道掘進機是開挖岩石隧道的一種機械化切削機械,其開挖斷面常為圓形,開挖後可以用噴混凝土襯砌、噴錨襯砌或拼裝預製構件襯砌等多種型式。

7.矩形斷面襯砌。

用沉管法施工時,其斷面可以用矩形型式。用明挖法施工時,尤其在修築多車道隧道時,其斷面廣泛採用矩形。這種情況,回填土厚度一般較小,加之在軟土中修築隧道時,軟土不能抵禦較大的水平推力,因而不應修築拱形隧道。

另一方面,矩形斷面的利用率也較高,見圖4.1.8。

城市中的過街人行地道,通常都在軟土中通過,其斷面也是以矩形為基礎組成的。

圖 4.1.8 矩形隧道斷面襯砌

4.1.2 支護結構

在隧道及地下工程中,支護結構通常分為初期支護(一次支護)和永久支護(二次支護、二次襯砌)。一次支護是為了保證施工的安全、加固岩體和阻止圍岩的變形。二次支護是為了保證隧道使用的淨空和結構的安全而設定的永久性襯砌結構。

常用的永久襯砌形式有整體襯砌、複合式襯砌、拼裝襯砌及錨噴襯砌等四種。

隧道襯砌是永久性的重要結構物,應有相當的可靠性和保證率,一旦破壞,運營中很難恢復。因此要求襯砌密實、抗滲、抗侵蝕、不產生病害,襯砌能夠長期、安全地使用。

本節主要介紹永久支護的作用原理和適用條件。

當地質條件較好,圍岩穩定,地下水很少,有場地,施工單位又有製造、運輸和拼裝襯砌的裝置,並控制開挖和拼裝工藝有一定的經驗時,可採用拼裝襯砌。當採用盾構施工,又考慮二次襯砌時,也宜採用拼裝式襯砌,快速形成一次襯砌的強度。在山嶺隧道建設中,很少採用拼裝式襯砌。

洞口一般較洞身圍岩條件差,節理裂隙發育,風化重;再加隧道埋置淺薄,受地形、地表水、地下水、風化凍裂影響明顯;容易形成偏壓,甚至受仰坡後圍岩縱向推力的影響,圍岩容易失去穩定,使襯砌產生病害。故洞口一般採用加強的襯砌形式,包括複合式襯砌,而不採用錨噴襯砌。

1.整體式襯砌

整體式襯砌是傳統襯砌結構型式,在新奧法(natm)聞世前,廣泛地應用於隧道工程中,目前在山嶺隧道中還有不少工程事例。該方法不考慮圍岩的承載作用,主要通過襯砌的結構剛度抵禦地層的變形,承受圍岩的壓力。

整體式襯砌採用就地整體模築混凝土,其方法是在隧道內樹立模板、拱架,然後澆灌混凝土而成。它作為一種支護結構,從外部支撐隧道圍岩,適用於不同的地質條件,易於按需成型,且適合多種施工方法,因此在我國隧道工程中廣泛使用。

iv類及以上圍岩,由於圍岩穩定或基本穩定,拱部圍岩荷載較小,且往往呈現較小的區域性荷載;襯砌工作條件較好,襯砌截面可以採用等截面形式。而iv類以下圍岩與上述情況往往相反,故以採用變截面形式為宜。

對iv類及以上圍岩,牆部是穩定的,側壓力較小,故一般地區也可採用直牆式襯砌,便利施工,並可減少牆部開挖量。

嚴寒地區修建隧道,由於地下水隨季節溫度發生變化,圍岩易產生凍脹壓力,使側牆內移或開裂;曲牆式襯砌其抗凍脹能力較強,牆部破壞的情況遠小於採用直牆式襯砌的隧道,故嚴寒地區隧道,不管圍岩等級如何,只要有地下水存在,襯砌型式仍應採用曲牆式襯砌。嚴寒地區隧道襯砌施工特別要強調根據情況設定伸縮縫,防止或減少襯砌因溫度降低而收縮,引起襯砌開裂和破壞,造成病害。

iii類及以下圍岩,地基鬆軟,往往側壓力較大,故宜採用曲牆帶仰拱的襯砌。設定仰拱不僅是滿足地基承載力的要求,更重要的是使結構及時封閉,提高結構的整體承載力和側牆抵抗側壓力的能力,抵禦結構的下沉變形,達到調整圍岩和襯砌的應力狀態的目的,使襯砌處於穩定狀態。

為了避免圍岩和襯砌的應力集中,造成圍岩壓力增加和襯砌的區域性破壞,應注意襯砌內外輪廓的圓順,避免急劇彎曲和稜角。

2.複合式襯砌

複合式襯砌是由初期支護和二次支護組成的。初期支護是限制圍岩在施工期間的變形,達到圍岩的暫時穩定;二次支護則是提供結構的安全儲備或承受後期圍岩壓力。因此,初期支護應按主要承載結構設計。

二次支護在iv類及以上圍岩時按安全儲備設計;在iii類及以下圍岩時按承載(後期圍壓)結構設計,並均應滿足構造要求。

復合襯砌的設計,目前以工程模擬為主,理論驗算為輔。結合施工,通過測量、監控取得資料,不斷修改和完善設計。復合襯砌設計和施工密切相關,應通過量測及時支護,並掌握好圍岩和支護的形變和應力狀態,以便最大限度發揮由圍岩和支護組成的承載結構的自承能力。

通過量測,掌握好斷面的閉合時間;保證施工期安全。確定恰當的支護標淮和合適的二次襯砌時間,達到作用在承載結構上的形變壓力最小,且又十分安全和穩定。

iii類及以下圍岩或可能出現偏壓時,應設定仰拱。仰拱不僅是解決基礎承載力不夠,減少下沉:防止底鼓的隆起變形,調整襯砌應力的作用,更重要的是起封閉圍岩,制止圍岩過大的鬆弛變形,將圍岩塑性變形和形變壓力控制在允許範圍;還增加底部和牆部的支護抵抗力,防止內擠而產生剪下破壞。

兩層襯砌之間宜採用緩衝、隔離的防水夾層,其目的是,當第一層產生形變及形變壓力較大時,仍給予極少量形變的可能,可降低形變壓力。而當一次襯砌支護力不夠時,可將少量形變壓力均勻的傳布到二次襯砌上,並依靠二次襯砌進一步制止繼續變形,且不使一次襯砌出現裂縫時,二次襯砌也出現裂縫。由於二層襯砌之間有了隔離層(即防水夾層),則防水效果良好,且可減少二次襯砌混凝土的收縮裂縫。

在確定開挖尺寸時,應預留必要的初期支護變形量,以保證初期支護穩定後,二次襯砌的必要厚度。當圍岩呈「塑性」時,變形量是比較大的。由於預先設定的變形量與初期支護穩定後的實際變形量往往有差距,故應經常量測校正,使延續各襯砌段預留變形量更符合圍岩及支護變形實際。

3.噴錨襯砌

錨噴支護作為隧道的永久襯砌,一般考慮是在iv類及以上圍岩中採用;在iii類及以下圍岩中,採用錨噴支護經驗不足,可靠性差;按目前的施工水平,可將錨噴支護作為初期支護配合第二次模注混凝土襯砌,形成復合襯砌。當圍岩良好、完整、穩定地段,如v類及以上,只需採用噴射混凝土襯砌即可,此時噴射混凝土的作用為:區域性穩定圍岩表層少數已鬆動的岩塊;保護和加固圍岩表面,防止風化;與圍岩形成表面較平整的整體支承結構,確保營運安全。

在層狀圍岩中,應加入了錨桿支護,通過聯結作用和組合原理保護和穩定圍岩,並通過噴射混凝土表面封閉和支護的配合,使圍岩和錨桿噴射混凝土形成乙個穩定的承載結構。錨桿應與穩定圍岩聯結,與沒有鬆動的較完整的穩定的圍岩體相聯結;錨桿應有足夠錨固長度,伸入鬆動圍岩以外或伸入承載環以內一定深度。

當圍岩呈塊(石)碎(石)狀鑲嵌結構,穩定性較差時,錨噴混凝土的主要作用原理是整體加固作用。依靠錨桿和鋼筋網噴混凝土的支護力和錨桿的聯結及本身的抗剪強度,提高圍岩承載圈的抗壓強度和抗剪強度,達到對圍岩的整體加固作用,使圍岩和錨噴支護共同成為乙個承裁結構。

錨噴襯砌的內輪廓線,宜採用曲牆式的斷面形式,是為了使開挖時外輪廓線圓順,盡可能減少圍岩中的應力集中,減小圍岩內緣的拉應力,盡可能消除圍岩對支護的集中荷載,使支護只承受較均勻的形變壓力,使噴層支護都處在受壓狀態而不產生彎矩。錨噴襯砌外輪廓線除考慮錨噴變形量外宜再預留20cm。其理由是:

錨噴支護作為永久襯砌目前在設計和施工都經驗不足,需要完善的地方還很多,尤其是公路部門,這樣的施工例項還不多;錨噴支護作為柔性支護結構,厚度較薄,變形量較大,預留變形量能保證以後有可能進行補強和達到應有的補強厚度而留有餘地;另外,還估計到如錨噴襯砌改變為復合襯砌時,能保證復合襯砌的二次襯砌最小厚度20cm。

第4章選擇結構

1 下列程式的輸出結果是 include main printf a d,b d n a,b 2 下列程式的輸出結果是 include main 3.下列程式在執行時輸入9後輸出結果是什麼 include main 4.下列程式的輸出結果是 include main printf a d,b d n...

第4章順序結構

第4章流程控制語句 順序結構 1.在銀行存款,設存款金額p 2000元,存款期限n 5年,年利率r 0.05,程式設計計算5年後的本利和。要求小數點後三位,四捨五入。計算在銀行存款的本利和公式為 p1 p 1 r n2.編寫程式,將26個字母按逆序輸出 3.編寫程式,將 河北經貿大學 按逆序輸出4....

第4章社會結構與社會互動

社會學分析有巨集觀和微觀層次之分。巨集觀社會學分析 如結構功能論和社會衝突論 側重於考查影響人們的大規模社會力量,如社會地位 階級結構 社會制度等 微觀社會學分析 如符號互動理論 側重於考察社會互動。如 分析無家可歸的流浪者 巨集觀社會學 他們在社會結構中處於最低層,與這種社會地位聯絡在一起的各種機...