隧道及地下工程構(gòu)造設(shè)計(jì)課件

第一節(jié)隧道橫斷面的設(shè)計(jì)要考慮到隧道斷面的大小滿足限界的要求。一、幾個(gè)基本概念：限界、隧道建筑限界、隧道實(shí)際限界。限界：列車是沿固定軌道高速運(yùn)動(dòng)的物體，根據(jù)各種參數(shù)和尺寸，經(jīng)過計(jì)算確定的空間尺寸稱為限界。車輛限界：根據(jù)車輛輪廓線確定的尺寸。隧道建筑限界：考慮到照明、通訊和信號(hào)等設(shè)備的安裝，在車輛限界的基礎(chǔ)上確定的限界稱為建筑限界。隧道實(shí)際限界：考慮到列車運(yùn)行時(shí)的左右搖擺、隧道施工時(shí)偏離中心線的誤差、襯砌的變形以及其它因素，隧道實(shí)際限界比規(guī)定的隧道建筑限界稍微放寬一些。二、限界含義及其制定的原則（1）限界是確定行車軌道周圍構(gòu)筑物凈空的大小，是管線和設(shè)備安裝相互位置的依據(jù)，是專業(yè)間共同遵守的技術(shù)規(guī)定，它應(yīng)經(jīng)濟(jì)、合理、安全可靠。（2）限界應(yīng)依據(jù)車輛的輪廓尺寸和技術(shù)參數(shù)、軌道特性、受電方式、施工方法、設(shè)備安裝等綜合因素進(jìn)行分析計(jì)算確定。（3）限界一般是按平直線路的條件進(jìn)行制定。而曲線和道岔區(qū)的限界應(yīng)在直線地段限界的基礎(chǔ)上根據(jù)車輛的有關(guān)尺寸以及不同曲線半徑、超高、不同的道岔類型分別進(jìn)行加寬和加高。（4）在制定限界時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)施工、測(cè)量、變形誤差，設(shè)備制造和安裝誤差，設(shè)計(jì)、施工運(yùn)營過程中難于預(yù)計(jì)的其它因素在內(nèi)的安全留量等，都應(yīng)分別進(jìn)行研究確定。三、限界基本內(nèi)容（1）限界坐標(biāo)系限界的坐標(biāo)系是二維直角坐標(biāo)，車輛橫斷面的垂直中心線與平直軌道橫斷面的垂直中心線相重合為縱坐標(biāo)軸Y。平直軌道軌頂連線為橫坐標(biāo)軸X，兩軸相垂的交點(diǎn)作為坐標(biāo)的原點(diǎn)Oxy。（2）車輛輪廓線1）車輛輪廓線的含義。車輛橫斷面外輪廓線，是經(jīng)過研究分析后確定，是作為確定車輛限界及設(shè)備限界的依據(jù)，是車輛設(shè)計(jì)和制造的基本數(shù)據(jù)。2）車體外輪廓尺寸。目前，我國規(guī)定地鐵車輛采用標(biāo)準(zhǔn)車型和寬體車型兩種。上海、廣州、南京采用寬體車型，北京、天津采用標(biāo)準(zhǔn)車型。盡管車型不同，但其制定限界的內(nèi)容和方法是相同的。由于幾個(gè)城市采用寬體車的車體外輪廓尺寸還沒有完全統(tǒng)一，限界的具體數(shù)值稍有出入，現(xiàn)以標(biāo)準(zhǔn)車型為例說明各種限界。標(biāo)準(zhǔn)車體長19000mm，寬2800mm，高3510mm或3700mm～3800mm（空調(diào)車）。3）車輛定距為12600mm。4）轉(zhuǎn)向架固定軸距為2100mm～2300mm。5）車輛地板面距軌面高度為1100mm。車輛輪廓線各點(diǎn)坐標(biāo)值，見下表。（3）車輛限界車輛限界的含義：根據(jù)車輛的輪廓尺寸和技術(shù)參數(shù)，并考慮靜態(tài)和動(dòng)態(tài)情況下所能達(dá)到的橫向和豎向偏移量，按可能產(chǎn)生的最不利組合進(jìn)行計(jì)算。（4）設(shè)備限界車輛限界的基礎(chǔ)上+車輛的偏移和傾斜+設(shè)計(jì)、施工中不可預(yù)計(jì)的安全預(yù)留量。所有固定設(shè)備及土木工程的任何部分都不得侵入此輪廓線內(nèi)。（5）建筑限界1）定義：建筑限界是隧道和高架橋等結(jié)構(gòu)物的最小橫斷面有效內(nèi)輪廓線。在建筑限界以內(nèi)、設(shè)備限界以外的空間，應(yīng)能滿足固定設(shè)備和管線安裝的需要。在進(jìn)行隧道和高架設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮施工誤差、測(cè)量誤差、結(jié)構(gòu)變形等因素，才能保證竣工后隧道和高架的有效凈空滿足建筑限界的要求。四、區(qū)間直線段建筑限界（1）區(qū)間隧道的建筑限界是根據(jù)已定的車輛類型、受電方式、施工方法及以地質(zhì)條件等按不同結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行確定的。（2）區(qū)間直線段矩形隧道建筑限界。明挖施工的矩形隧道，其單洞單線隧道建筑限界寬度為4100mm，高度為4500mm。（3）圓形隧道建筑限界。盾構(gòu)施工的圓形隧道，不論在直線或曲線地段，只能采用同一直徑的盾構(gòu)，要想把直線和不同曲線半徑的地段分別采用不同直徑的盾構(gòu)進(jìn)行施工，是不可能的，所以應(yīng)按最小曲線半徑選用盾構(gòu)直徑進(jìn)行施工，才能滿足圓形隧道的建筑限界要求。如線路最小平面曲線半徑R=300m，圓形隧道建筑限界的直徑宜為∮=5200mm，見圖。（4）馬蹄形隧道建筑限界。隧道斷面需根據(jù)圍巖條件來確定其形式，當(dāng)圍巖條件較好時(shí)，可采用拱形直墻式或拱形墻式；在圍巖條件較差時(shí)，要增設(shè)仰拱。馬蹄形隧道內(nèi)部凈空尺寸，應(yīng)考慮其施工誤差才能滿足建筑限界的要求，一般在建筑限界的兩側(cè)及頂部各增加100mm。礦山法施工的淺埋暗挖隧道，多采用馬蹄形斷面，其建筑限界最大寬度為4820mm，最大高度為5160mm。五、曲線隧道的凈空加寬：1、由于曲線外軌超高引起車體內(nèi)傾所需要的加寬值；曲線上為了抵消向外的離心力，外軌需要抬起一個(gè)高度，稱之為外軌超高。由于外軌有了超高，使車體向內(nèi)傾斜，車體中線由原來的豎直變?yōu)橄騼?nèi)傾斜，隧道建筑限界上方控制點(diǎn)“J”向內(nèi)偏離線路中線一個(gè)水平距離d超內(nèi)d超內(nèi)—由于外軌超高，曲線隧道內(nèi)側(cè)應(yīng)予加寬的量值；E—曲線外軌超高；H—隧道建筑限界控制點(diǎn)J自軌面算起的高度。2、由于車體平移所需要的加寬值車輛經(jīng)過曲線時(shí)，車體的前后兩個(gè)轉(zhuǎn)向架中心點(diǎn)是沿著曲線線路前進(jìn)的，但是車體是剛性體，因而車輛中部向曲線內(nèi)側(cè)平移，車體前后端向曲線外側(cè)平移：R-曲線半徑；L-車輛長度；l-車輛前后轉(zhuǎn)向架中心間距。由于L=26m，l=18m曲線隧道的總加寬值：六、隧道襯砌斷面的初步擬定由于隧道結(jié)構(gòu)襯砌是一個(gè)超靜定結(jié)構(gòu)，不能直接計(jì)算出襯砌截面尺寸，因此，一般先假定一個(gè)尺寸，然后進(jìn)行計(jì)算：主要包括三個(gè)內(nèi)容：1、選定結(jié)構(gòu)的內(nèi)輪廓（凈空形狀）：要滿足限界要求。2、選定結(jié)構(gòu)軸線：結(jié)構(gòu)的軸線盡量接近壓力線。1）當(dāng)襯砌承受徑向分布的靜水壓力，結(jié)構(gòu)軸線為圓形；2）主要承受豎向荷載和不大的水平荷載，結(jié)構(gòu)采用直墻式；3）承受豎向荷載和較大的水平荷載，采用曲墻式。4）如果承受底鼓壓力，要設(shè)置仰拱。3、確定截面厚度：不能太厚，也不能太薄。第二節(jié)隧道洞身支護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造一、就地模筑混凝土整體式襯砌：1、直墻式襯砌：適用于地質(zhì)條件比較好（Ⅳ、Ⅴ類圍巖），圍巖壓力以豎向?yàn)橹?、幾乎沒有或僅有很小的水平側(cè)壓力，襯砌由上部拱圈、兩側(cè)豎直邊墻和下部鋪底三部分組成。在地質(zhì)條件極好、整體巖層堅(jiān)固的情況下，并且沒有地下水的情況下，則只設(shè)置拱圈，省去邊墻，稱之為半襯砌。2、曲墻式襯砌適用于地質(zhì)比較差、巖體松散破碎，強(qiáng)度不高，有地下水，側(cè)向水平壓力比較大的情況，它由頂部拱圈、側(cè)面曲邊墻和底部仰拱組成。二、裝配式襯砌優(yōu)點(diǎn)：1、一經(jīng)裝配成環(huán)，不需要養(yǎng)生時(shí)間，即可承受圍巖壓力；2、預(yù)制的構(gòu)件可以在隧道外面生產(chǎn)，在洞內(nèi)機(jī)械化拼裝，從而改善了勞動(dòng)條件；3、拼裝時(shí)，不需要臨時(shí)支撐如拱架、模板等；4、施工速度快。三、錨噴支護(hù)四、復(fù)合式襯砌1、初期支護(hù)（格柵、型鋼、錨噴混凝土）；2、防水層；3、二次襯砌第三節(jié)地下工程結(jié)構(gòu)與構(gòu)造（以地鐵工程為例）一、區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)與構(gòu)造1、明挖法修建的隧道襯砌結(jié)構(gòu)與構(gòu)造(1)現(xiàn)澆整體式(2)預(yù)制裝配式

2、礦飄山法修建湯的隧道襯塵砌結(jié)構(gòu)與飛構(gòu)造1）、標(biāo)娃準(zhǔn)斷面的拍隧道（單遲孔單線）標(biāo)準(zhǔn)斷面央?yún)^(qū)間隧道觸通常為單乘線隧道。2）、單傳孔雙線隧僑道；3）、啄渡線段獵、存車誰線的區(qū)誦間隧道鈴。渡線段區(qū)軋間隧道一襲般為雙線黃或三線隧欺道，有時(shí)辨也是會(huì)雙蒼連拱或三鵲連拱隧道律。礦山法修絞建的隧道蛋通常采用制復(fù)合式襯病砌。初期支護(hù)口（格柵、皺型鋼、錨認(rèn)噴混凝土倦）；防水層；二次襯砌在設(shè)計(jì)隧舅道襯砌時(shí)輝，應(yīng)滿足腥以下基本厚要求（1）必緣瑞須與圍巖每大面積牢男固接觸，逃保證襯砌卻和圍巖作鍵為一個(gè)整減體來工作塌；（2）要舒允許圍巖愛產(chǎn)生有限腫制的變形（3）隧優(yōu)道襯砌設(shè)鈴計(jì)成封閉列式的；（4）書隧道襯鋸砌能分恰期施工北京地鐵螞5號(hào)線和尼平里北街脂站北端設(shè)死有存車線址，其中存壟車線的渡消線段長1鐮09.1懶06m攻，存車線運(yùn)長202亦.494疼m，總房誠長311編.6m。艱該段襯砌粗結(jié)構(gòu)型式偉有單線、索雙線、大音跨及雙連橡拱襯砌；趣區(qū)間其余摔地段均為伯單線襯砌涂。二、隧單道襯砌里斷面的漁擬定由于隧遼道結(jié)構(gòu)雙襯砌是兔一個(gè)超府靜定結(jié)扒構(gòu)，不熱能直接頭計(jì)算出么襯砌截炸面尺寸器，因此妻，一般紡先假定扒一個(gè)尺趟寸，然蓬后進(jìn)行釀?dòng)?jì)算：主要包括杜三個(gè)內(nèi)容扮：1、選簽定結(jié)構(gòu)某的內(nèi)輪雪廓（凈浙空形狀勵(lì)）：要洋滿足限旋界要求戒。2、選定民結(jié)構(gòu)軸線辣：結(jié)構(gòu)的扁軸線盡量騾接近壓力叮線。1）當(dāng)炒襯砌承陽受徑向勞分布的變靜水壓卻力，結(jié)顫構(gòu)軸線希為圓形霞；2）主要準(zhǔn)承受豎向慘荷載和不沃大的水平紫荷載，結(jié)拌構(gòu)采用直持墻式；3）承艱受豎向勁荷載和訓(xùn)較大的玻水平荷舟載，采醒用曲墻蠻式。4）如紐奉果承受圍底鼓壓丑力，要鄙設(shè)置仰驢拱。3、確屆定截面恩厚度：武不能太擇厚，也例不能太猛薄。三、盾痰構(gòu)隧道襯艷砌結(jié)構(gòu)類親型選擇與卡設(shè)計(jì)參數(shù)1、盾構(gòu)隧償?shù)酪r砌報(bào)結(jié)構(gòu)類截型選擇盾構(gòu)法崗修建的渴區(qū)間隧叔道襯砌纏主要為日預(yù)制裝疤配式襯傍砌。預(yù)制裝罵配式襯后砌是用宜工廠預(yù)懇制的構(gòu)旅件，稱巖為管片慶，在盾退構(gòu)尾部旨拼裝而摸成的。馳管片種讀類按材編料可分悲為鋼筋梢混凝土圾，鋼、掀鑄鐵以源及由幾慢種材料竿組合而室成的復(fù)社合管片嶄。鋼筋混凝州土管片的故耐壓性和就耐久性都敬比較好，之目前已可飄生產(chǎn)抗壓絲式強(qiáng)度達(dá)60MP亂a，滲透曠系數(shù)小褲于10-11m/s的管片創(chuàng)，而且墳，這種板管片剛性度大，敗由其組拆成的襯銳砌防水道性能有貸保證，瞎所以，距在用盾迎構(gòu)法修標(biāo)建的各盾種隧道波中都得蠶到了廣遷泛的應(yīng)宗用。2、橫隔截面內(nèi)想輪廓和殊結(jié)構(gòu)尺壤寸擬定（1）橫做截面內(nèi)輪噸廓尺寸采用盾構(gòu)隱法修建地盡下鐵道區(qū)呼間隧道時(shí)硬，無論是燦在直線上朵還是曲線旬上，均使旱用同一臺(tái)晶盾構(gòu)施工偵，中途無嗓法更換。才因此，其籃橫截面的鉛內(nèi)輪廓尺體寸全線是側(cè)同一的，瘋故除要根脖據(jù)建筑限后界、施工銷誤差、道縫床類型、來預(yù)留變形招等條件決勺定外，還勇要按線路丟的最小曲雙線半徑進(jìn)驚行驗(yàn)算，稱保證列車怒在最困難猛條件下也稻能安全通地過。廣州承、上海地弟下鐵道的違圓形區(qū)間社隧道內(nèi)徑修為5.5耀m，可以伏保證3.受0m的寬英體車在R愿=300睛m，最大責(zé)超高h(yuǎn)=雪120m第m的曲線設(shè)上安全通株過。（2）婆管片厚拳度管片的厚銀度取決于臘圍巖條件盲、覆蓋層繞厚度、管累片材料、存隧道用途禍、施工工賴藝等條件囑。為了充研分發(fā)揮圍鑒巖自身的病承載能力塊，現(xiàn)代的層隧道工程少中都采用狂柔性襯砌露，其厚度留相對(duì)較薄桑。根據(jù)日令本經(jīng)驗(yàn)，艙單層的鋼查筋混凝土沿管片襯砌厘，管片厚絡(luò)度一般為賺襯砌環(huán)外宋徑的5.愈5%左右朵。上海地鋤下鐵道區(qū)略間隧道鋼掏筋混凝土驚管片厚度濫為350掩mm，廣籍州、北京款、深圳、納南京地下腔鐵道管片量厚度為3面00mm循，約為襯硬砌環(huán)外徑燈的5%~儲(chǔ)6%。（3）管皺片寬度管片寬逗度的選設(shè)擇對(duì)施證工、造干價(jià)的影烏響較大殿。當(dāng)寬度牙較小時(shí)雅，雖然億搬運(yùn)、拐組裝，樓在曲線階上施工吳方便，羨但接縫已增多，系加大了鑼隧道防梨水的難訴度，增渡加管片周制作成洲本，而綱且不利贏于控制乏隧道縱間向的不決均勻沉勾降。管片寬度婆太大則施便工不便，磨也會(huì)使盾木尾長度增拋長而影響犧盾構(gòu)的靈托活性。因涉此，過去周單線區(qū)間速隧道管片屢的寬度控桿制在70軟0mm~憲1000右mm之間應(yīng)，但隨著穗鉸接盾構(gòu)崗的出現(xiàn)，頌管片寬度喘有進(jìn)一步述提高的趨違勢(shì)，目前未，控制在咳1000欣m(xù)m~1闊500m標(biāo)m之間，境例如，上字海地下鐵硬道區(qū)間隧汁道的管片務(wù)寬度為1坐000m消m，廣州孟地下鐵道臉區(qū)間隧道耽采用鉸接依式盾構(gòu)施巧工，故其可管片寬度擊為120認(rèn)0mm。（4）能襯砌環(huán)聚的分塊襯砌環(huán)襲的組成稠，一般否有兩種傭方式。弓一種是新由若干廊標(biāo)準(zhǔn)管參片（A雜）、二怖塊相鄰勻管片（肯B）和鼠一塊封鄰頂管片們（K）劇構(gòu)成。格另一種杏是由若月干塊A值型管片錦、一塊獨(dú)B型管剖片和一罪塊K型掘構(gòu)成，挎見圖6秋-17棍，相鄰無管片一張端帶坡嶼面，封渠頂管片章則兩端吵或一端獎(jiǎng)帶坡面插。從方火便施工嫂，提高零襯砌環(huán)鄭防水效輪果角度尿看，第很一種方追式較好鏈。圖6-1謹(jǐn)7管片分塊汁方法（5）襯樹砌環(huán)的拼甘裝襯砌環(huán)迫的拼裝棕形式有朗錯(cuò)縫和拜通縫兩誰種，見尖圖6-18。錯(cuò)縫拼疑裝可使接功縫分布均倚勻，減少純接縫及整稅個(gè)襯砌環(huán)羽的變形，躍整體剛度紋大，所以閱是一種較擦為普遍采笨用的拼裝環(huán)形式。但施當(dāng)管片制萌作精度不伶夠高時(shí)，曲管片在盾妖構(gòu)推進(jìn)過灶程中容易敗被頂裂，食甚至頂碎縱。在某些讓場合，例茄如需要拆閥除管片修堂建旁通道槳處或某些畢特殊需要魔時(shí)，則襯懲砌環(huán)常采討用通縫拼汁裝形式，柔以便于結(jié)鉛構(gòu)處理。圖6-18管片拼禁縫型式由上述可苗知，從制國作成本、狂防水、拼桑裝速度等虜方面考慮岡，襯砌環(huán)毫分塊數(shù)越紀(jì)少越好，逝但從運(yùn)輸屠和拼裝方蹦便而言，廳又希望分瘋塊數(shù)多些累。在設(shè)計(jì)仗時(shí)應(yīng)結(jié)合夕隧道所處捆的圍巖條楚件、荷載鑄情況、構(gòu)蛙造特點(diǎn)、順計(jì)算模型講（如按多帽鉸柔性圓衡環(huán)考慮，賠分塊數(shù)應(yīng)共多些，按丸彈性勻質(zhì)眉圓環(huán)考慮宗，分塊數(shù)雙宜少）、鐘運(yùn)輸能力溫、制作拼切裝方便等府因素綜合保考慮決定毒。通常直暖徑D≤6m的地下鐵顛道區(qū)間隧撐道，襯砌葵環(huán)以分4~6塊為宜協(xié)，D>6游m時(shí)，可分趁為6~8塊。上海生、廣州地咳鐵都是分6塊。區(qū)間盾柄構(gòu)隧道千結(jié)構(gòu)(1)盾鋒構(gòu)隧道管疲片分6塊拿：3塊標(biāo)五準(zhǔn)管片(要A型)，攀2塊鄰接乏管片(B熊1、B2堪型)1塊婦封頂管片養(yǎng)(C型)也。(2)訴每環(huán)的國寬度為伯120佩0mm摔。(3)環(huán)賠與環(huán)之間罪設(shè)置16踢個(gè)縱向連位接螺栓，響沿圓周均池勻布置。(4)一障環(huán)中相鄰絕兩塊管片創(chuàng)間