隧道主体建筑结构课件

隧道主体建筑结构隧道横断面轮廓尺寸应设计成多大，才能使车辆能安全、经济地通过隧道？思考一下：隧道主体建筑结构隧道横断面轮廓尺寸应设计成多大，11.直线隧道净空净空概念隧道衬砌内轮廓线所包围的空间机车车辆限界基本建筑限界隧道建筑限界限界建筑限界－建筑物不得侵入的一种限界一、铁路隧道净空及要求BH一种规定的轮廓线，保证列车安全运行请观察隧道空间隧道主体建筑结构1.直线隧道净空净空概念隧道衬砌内轮廓线所包围的空间机车车辆21.直线隧道净空机车车辆限界机车车辆最外轮廓线的限界尺寸基本建筑限界线路上所有建筑物和设备不得侵入的轮廓线目的：所有在线路行使车辆，沿车体所有部分都在此限界范围内目的：保证机车车辆（包括超限车辆、最大级超限货物装载限界）安全运行及建筑物和设备不受损害一、铁路隧道净空及要求隧道主体建筑结构1.直线隧道净空机车车辆限界机车车辆最外轮廓线的限界尺寸基本31.直线隧道净空一、铁路隧道净空及要求隧道建筑限界包围“基本建筑限界”外部的轮廓线目的：用于安装通讯、照明、通风、电力等设备按照GB146.2-831蒸汽及内燃牵引2电力牵引隧限－1A单线隧限－1B双线隧限－2A单线隧限－2B双线标准化隧道主体建筑结构1.直线隧道净空一、铁路隧道净空及要求隧道建筑限界包围“基本41.直线隧道净空比“隧道建筑限界”大一些。考虑不同围岩压力下，衬砌结构的合理受力形状考虑施工方便一、铁路隧道净空及要求由隧道内轮廓线决定！拱部采用三心圆边墙采用直墙或曲墙隧道主体建筑结构1.直线隧道净空比“隧道建筑限界”大一些。考虑不同围岩压力下52.曲线隧道净空加宽加宽原因(a)车辆通过曲线，转向架中心点沿线路运行，车身保持矩形形状。故其两端向曲线外侧偏移（d外），中间向曲线内侧偏移（d内1）。(b)曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动一个距离（d内2）。d内1－车辆中间部分向曲线内侧的偏移d外－车辆两端向曲线外侧的偏移d内2－外轨超高使车体向曲线内侧倾移一、铁路隧道净空及要求隧道主体建筑结构考察几个偏移量2.曲线隧道净空加宽加宽原因(a)车辆通过曲线，转向架中心点62.曲线隧道净空加宽加宽值的计算(1)单线曲线隧道加宽值的计算d内1－车辆中间部分向曲线内侧的偏移一、铁路隧道净空及要求隧道主体建筑结构2.曲线隧道净空加宽加宽值的计算(1)单线曲线隧道加宽值的计7d外－车辆两端向曲线外侧的偏移一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽(1)单线曲线隧道加宽值的计算隧道主体建筑结构d外－车辆两端向曲线外侧的偏移一、铁路隧道净空及要求2.曲线8d内2－外轨超高使车体向曲线内侧倾移H－隧道限界控制点自轨面起的高度E－曲线外轨超高值最大值不超过15㎝v—铁路远期行车速度，km/h一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽(1)单线曲线隧道加宽值的计算隧道主体建筑结构近似d内2－外轨超高使车体向曲线内侧倾移H－隧道限界控制点自轨面9隧道主体建筑结构外侧加宽内侧加宽总加宽一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽(1)单线曲线隧道加宽值中线偏移距离d－内外侧加宽值不同，内侧加宽>外侧加宽，隧道中线向曲线内侧偏移隧道主体建筑结构外侧加宽内侧加宽总加宽一、铁路隧道净空及要求10(2)双线曲线隧道加宽值的计算外侧加宽W2内侧加宽W1总加宽W:同单线内、外侧线路中线间的加宽值W3外侧线路的外轨超高大于内侧线路的外轨超高其他情况一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽H=360cm隧道主体建筑结构(2)双线曲线隧道加宽值的计算外侧加宽W2内侧加宽W1总加宽11隧道主体建筑结构一、铁路隧道净空及要求中线偏移距离内侧线路中线与隧道中线的距离外侧线路中线与隧道中线的距离2.曲线隧道净空加宽隧道主体建筑结构一、铁路隧道净空及要求中线偏移距离内侧线路中12(3)铁路曲线隧道加宽的平面布置《铁路隧道设计规范》规定：从圆曲线到缓和曲线中点，并向直线方向延伸13m圆曲线段缓和曲线段按上述计算方法计算加宽采用圆曲线加宽断面，加宽W其余缓和段，从直缓分界点向直线方向延伸22m采用缓和曲线中点加宽断面，加宽值取圆曲线加宽值一半，按W/2一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽隧道主体建筑结构(3)铁路曲线隧道加宽的平面布置《铁路隧道设计规范》规定：13隧道主体建筑结构一、铁路隧道净空及要求圆曲线段缓和曲线段直线段(1)从圆曲线到缓和曲线中点，并向直线方向延伸13m采用圆曲线加宽断面，加宽W(2)其余缓和段，从直缓分界点向直线方向延伸22m采用缓和曲线中点加宽断面，加宽值取圆曲线加宽值一半，按W/2隧道主体建筑结构一、铁路隧道净空及要求圆曲线段缓和曲线段直线141.公路隧道净空概念公路隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，包括通风、照明、消防、通讯等设备所占的空间。为保证隧道内各种交通工具的正常运行与安全而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间限界。不得有任何部件侵入。2.公路隧道建筑限界二、公路隧道净空3.公路隧道建筑限界组成隧道主体建筑结构1.公路隧道净空概念公路隧道衬砌的内轮廓线所包围15执行公路工程技术标准W—行车道宽度S—行车道两侧路缘带宽度C—余宽按计算行车速度<100km/h时为0.25m≥100km/h时为0.5mH—净高一条公路应用一个净高三、四级公路为4.5m高速公路和一级、二级公路为5.0m二、公路隧道净空3.公路隧道建筑限界组成隧道主体建筑结构执行公路工程技术标准W—行车道宽度S—行车道两侧路缘带宽度C16L—侧向宽度E—建筑限界顶角宽度当L≤1m时，E=L当L＞1m时，E=1mL1—左侧硬路肩宽度L2—右侧硬路肩或应急停车带宽度J—检修道（一侧）宽度其它各级公路的侧向宽度为路肩宽度减去0.25m高速公路、一级公路的侧向宽度为硬路肩宽度（L1或L2）高速公路和一级公路应设，一般为0.75mR—人行道宽度(一般公路)二、公路隧道净空3.公路隧道建筑限界组成据行人密度、隧道长度、交通量及交通安全等确定设置与否隧道主体建筑结构L—侧向宽度E—建筑限界顶角宽度当L≤1m时，E=L当L＞117组成部分用途路缘带、余宽或人行道——减少恐惧、安全运行检修道——检修工具车车行道净高——汽车载货限高和富裕量紧急停车带——长隧道和特长隧道救援、抢修疏散宽高——排水、通风、照明、防火、监控、运营等宽高——围岩压力影响、施工等必要的富裕量二、公路隧道净空4.标准的公路隧道限界3.公路隧道建筑限界组成根据常用的车道及个功能尺寸将公路隧道限界进行标准化隧道主体建筑结构组成部分用途路缘带、余宽或人行道——减少恐惧、安全运行检修道18二、公路隧道净空5.公路隧道内轮廓设计应包括隧道建筑限界，还应满足路面、照明、排水、消防、监控、运营管理、装饰等设施所需的空间。考虑围岩变形、施工方法等影响的预留富裕量。安全、经济、合理。隧道主体建筑结构二、公路隧道净空5.公路隧道内轮廓设计应包括隧道建筑限界，19二、公路隧道净空6.公路曲线隧道净空加宽公路工程技术标准（JTJ002-97）第3.0.2条：隧道主体建筑结构当曲线半径不大于250m，在曲线内侧加宽

（1）双侧道表2-2（3）单车道按表2-2的1/2。二、公路隧道净空6.公路曲线隧道净空加宽公路工程技术标准（J20本节问题隧道衬砌横断面设计的基本内容与方法铁路隧道衬砌横断面设计公路隧道衬砌横断面设计隧道衬砌的厚度隧道横断面形式隧道主体建筑结构本节问题隧道衬砌横断面设计的基本内容与方法铁路隧道衬砌横断面211.隧道衬砌结构及横断面设计概况设计断面洞室开挖衬砌结构结构计算结构施工隧道净空行车及功能要求隧道限界隧道主体建筑结构1.隧道衬砌结构及横断面设计概况设计断面洞室开挖衬砌结构结构222.隧道衬砌断面形式钻爆法铁路隧道公路隧道山岭隧道城市隧道水下隧道交通隧道盾构及TBM直墙拱形单线双线曲墙拱形单圆断面双圆断面坦三心圆断面矩形断面沉管法隧道主体建筑结构2.隧道衬砌断面形式钻爆法铁路隧道公路隧道山岭隧道城市隧道水23隧道衬砌横断面的一般选择隧道衬砌承受径向分布的压力，采用圆形承受竖向压力为主，水平压力小，上部采用圆形或尖拱，下部直墙式承受竖向压力和水平压力，上部采用圆形或平拱，下部曲墙式，必要设仰拱山岭隧道多采用三心圆或单心圆弧断面，较少采用四心圆或五心圆暗挖法公路隧道多采用三心圆，包括山岭隧道、城市隧道、水底隧道盾构和TBM隧道基本为单圆形断面沉管隧道为矩形断面隧道主体建筑结构隧道衬砌横断面的一般选择隧道衬砌承受径向分布的压力，采用圆形243.隧道衬砌横断面设计的基本内容与方法（1）设计基本内容（2）设计步骤★衬砌内轮廓线★结构轴线★各截面厚度★确定隧道类型相应建筑限界★根据围岩初步拟定截面厚度★断面优化、强度检算★评价内轮廓线拟定结构截面形状及其尺寸(经验类比)内力分析满足要求确定尺寸是否隧道主体建筑结构3.隧道衬砌横断面设计的基本内容与方法（1）设计基本内容（25（3）设计基本要求★隧道内轮廓必须符合隧道建筑净空限界。★内轮廓线应尽量减小洞室的体积。★结构轴线应尽可能地符合压力线。★施工方法能确保断面形状及尺寸有利于隧道的稳定。（4）设计目的★满足限界要求★满足受力要求★圬工最省3.隧道衬砌横断面设计的基本内容与方法结构轴线压力线隧道主体建筑结构（3）设计基本要求★隧道内轮廓必须符合隧道建筑净空限界264.衬砌断面厚度各截面厚度随工程及水文地质条件不同而变化★单线铁路隧道衬砌拱顶截面厚度30－60cm★双线铁路隧道拱顶截面厚度40－80cm★仰拱厚度一般稍小于拱顶厚度★衬砌可等厚，也可将拱脚和边墙较拱顶加厚20%-50%经验:铁路规范规定衬砌截面最小厚度(㎝)建筑材料种类

隧道和明洞衬砌

洞门端墙、翼墙

和洞口挡土墙

拱圈

边墙

仰拱

混凝土

20

20

20

30

片石混凝土

50

50

浆砌粗料石、混凝土块

30

30

30

浆砌块石

30

30

浆砌片石

50

50

隧道主体建筑结构4.衬砌断面厚度各截面厚度随工程及水文地质条件不同而变化★275.铁路隧道衬砌断面设计（1）内轮廓线（2）外轮廓线外轮廓线=内轮廓线+衬砌厚度我国铁路隧道的建筑限界是统一固定的。在相同的围岩级别时，衬砌横断面形状和尺寸也是固定的。有通用的设计标准图，不需专门的设计。在有较大偏压、冻胀力、倾斜的滑动推力或大量塌方及七度以上地震等，应根据荷载特点进行个别设计。隧道主体建筑结构5.铁路隧道衬砌断面设计（1）内轮廓线（2）外轮廓线外轮廓线285.铁路隧道衬砌断面设计轨顶面至拱顶高度h拱顶至拱脚矢高f；衬砌拱部净宽之半b拱圈第一个内径r1和第二个内径r2第一段圆曲线的终点截面与竖直面的夹角φ1拱脚截面与竖直面的夹角φ2；内径r2的圆心o2至o1的水平和垂直距离a隧道主体建筑结构5.铁路隧道衬砌断面设计轨顶面至拱顶高度h拱圈第一个内径r29先给定b、f、φ1及a值后，再解出r1、r2及φ2。曲线地段需要加宽时，保持r2及φ2不变，φ1仍取45º，b值根据加宽要求也是已知，故未知参数f、a、r1仍可求解。衬砌断面几何关系有：上式含b、f、φ1、a、r1、r2、φ2共7个参数隧道主体建筑结构先给定b、f、φ1及a值后，再解出r1、r2及φ2。衬砌断30隧道主体建筑结构隧道主体建筑结构31（1）衬砌内轮廓线(标准化)（2）衬砌外轮廓线(可变化)（3）衬砌截面厚度(可变化)总结及思考隧道主体建筑结构（1）内轮廓线与厚度影响结构轴线；（2）外轮廓线决定是否变截面衬砌，亦影响结构轴线。结论（1）衬砌内轮廓线(标准化)总结及思考隧道主体建筑结构（132隧道主体建筑结构6.公路隧道衬砌断面设计目前公路隧道以单心圆、坦三心圆两种断面应用最为普遍。公路隧道与铁路隧道的主要区别：①铁路隧道建筑限界是固定统一的，而公路隧道的建筑限界则不定。②公路隧道的附属设施比铁路隧道多且要求高，且每一座隧道均会因交通流量和长度不同而要求不同。**基本原理：在公路隧道建筑限界各角点到隧道内轮廓线的距离满足最小值(行车安全)的前提下，使得内轮廓线包围的面积(开挖面积)最小.隧道主体建筑结构6.公路隧道衬砌断面设计目前公路隧道以单心圆33独立变量根据经验，对一般的限界d7为重要控制量(d7满足后，其它控制点的富裕量易满足)开挖面积(路面以上)隧道主体建筑结构独立变量根据经验，对一般的限界d7为重要控制量(d7满足后34约束条件隧道主体建筑结构约束条件隧道主体建筑结构35与铁路隧道的异同点：

内轮廓非标准化通风、照明等附属设施多设计特点：

断面设计优化的必要性规范推荐断面形式(有标准化的趋势)

6.公路隧道衬砌断面设计除偏压比较明显的地段外，公路隧道衬砌结构大多采用等截面的形状。在确定了衬砌断面内轮廓线后，只要选定号节目厚度，设计外轮廓线和结果轴线即可确定。衬砌外轮廓线和轴线隧道主体建筑结构与铁路隧道的异同点：6.公路隧道衬砌断面设计除偏压比较36本节主要内容：隧道主体建筑结构隧道支护结构基本要求洞身支护结构主要类型不同类型洞身支护结构特点及适用条件衬砌材料本节主要内容：隧道主体建筑结构隧道支护结构基本要求37隧道主体建筑结构开挖－地层平衡破坏－变形－坍塌衬砌-支护围岩的结构支护方式外部支护－从围岩外部内部支护－对围岩内加固混合支护地层、毛洞与衬砌**隧道的关键就是支护结构与围岩相互作用！隧道主体建筑结构开挖－地层平衡破坏－变形－坍塌支护方式外部支38隧道主体建筑结构一、支护结构基本要求保证隧道断面使用净空，防止岩体质量恶化承受荷载，使隧道支护体系有足够安全度1.支护结构的基本作用支护结构应具有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工可能性与周围岩体大面积地牢固接触，即保证支护一围岩作为一个统一的支护体系而共同工作。要允许围岩及支护结构产生有限制的变形，以充分发挥围岩自承载作用而减少支护结构受力，但又必须保证支护结构及时施作。2.理想支护结构基本要求隧道主体建筑结构一、支护结构基本要求保证隧道断面使用净空，防39隧道主体建筑结构二、洞身支护结构主要类型外部支护整体式混凝土衬砌砌石衬砌拼装式衬砌喷射混凝土支护内部支护混合支护锚杆注浆喷锚支护复合式衬砌隧道主体建筑结构二、洞身支护结构主要类型外部支护整体式混凝土40隧道主体建筑结构2.曲墙拱形衬砌1.直墙拱形衬砌三、整体式混凝土衬砌工艺流程:优点:缺点:立模－灌筑－养生－拆模◆对地质条件和施工条件的适应性较强◆易于按需要成型◆整体性好◆抗渗性强◆需要养生时间◆受力较慢分类主要与水平围岩压力有关！隧道主体建筑结构2.曲墙拱形衬砌1.直墙拱形衬砌三、整体式混41隧道主体建筑结构适用条件:◆围岩压力以竖向为主，几乎没有或仅有很小的水平侧向压力。◆地质条件较好的Ⅰ、Ⅱ级(Ⅴ、Ⅵ类)围岩1.直墙拱形衬砌组成部分边墙铺底拱圈轨顶面◆上部拱圈◆直边墙◆下部铺底◆排水沟圆弧拱坦三心圆拱尖三心圆拱拱圈等厚三心圆素混凝土排水沟侧压力很小三、整体式混凝土衬砌隧道主体建筑结构适用条件:◆围岩压力以竖向为主，几乎没有或42隧道主体建筑结构(1)半衬砌－不设边墙适用条件:应把两侧岩壁表面喷浆敷面◆地质条件极好，整体岩层坚固◆几乎无水平侧压力◆无地下水侵入侧壁喷浆1.直墙拱形衬砌三、整体式混凝土衬砌隧道主体建筑结构(1)半衬砌－不设边墙适用条件:应把两侧岩43隧道主体建筑结构适用条件:◆适用于I、II级围岩◆水平侧压力较小使拱脚稳固的直接支承在两侧围岩上，以改善拱圈的受力条件，减少边墙的开挖及衬砌圬工数量，降低造价。侧壁喷浆或模筑薄混凝土1.直墙拱形衬砌三、整体式混凝土衬砌(2)大拱脚薄边墙隧道主体建筑结构适用条件:◆适用于I、II级围岩◆水平侧压44隧道主体建筑结构适用：地质条件尚好，侧压力不大，但又不宜采用半衬砌。简化边墙:特点：直墙开挖拱形孔洞边墙形成带支墩的连拱支墩纵向尺寸>2m拱形孔洞纵向尺寸不大于5m墙拱顶至拱圈起拱线的距离>100cm1.直墙拱形衬砌三、整体式混凝土衬砌隧道主体建筑结构适用：简化边墙:特点：1.直墙拱形衬砌三、整45隧道主体建筑结构适用条件:2.曲墙拱形衬砌组成部分◆上部拱圈◆曲边墙◆下部素砼铺底或仰拱圆弧拱坦三心圆拱尖三心圆拱有仰拱结构闭合！有地下水地质较差，岩体松散破碎强度不高侧向水平压力也相当大无仰拱结构不闭合！内轨顶面拱圈曲边墙仰拱三、整体式混凝土衬砌隧道主体建筑结构适用条件:2.曲墙拱形衬砌组成部分◆上部46隧道主体建筑结构四、装配式混凝土衬砌优点：缺点：◆可立即承受围岩压力◆工厂化、机械化，改善劳动条件◆不需临时支撑可节省大量材料及劳力◆速度快，工期短，造价低◆接缝多，整体性差，◆抗渗性差，防水困难◆需要足够的拼装空间◆制备构件尺寸上要求精度高隧道主体建筑结构四、装配式混凝土衬砌优点：缺点：◆可47隧道主体建筑结构五、锚喷支护喷射混凝土加设锚杆和金属网构成，简称“喷锚支护”，是目前常用的一种围岩支护手段。**作用原理形成一种柔性衬砌结构，与围岩合成一体，共同作用，充分调动或发挥围岩自稳能力喷射混凝土充填裂隙、封闭围岩壁面，靠喷层与围岩粘结力及自身抗剪能力组成一个新的承载结构体系适应软弱和膨胀性地层隧道开挖及可用于整治坍方和隧道衬砌裂损。通过锚杆悬吊效应、组合梁效应、加固效应以发挥围岩自承能力重要！隧道主体建筑结构五、锚喷支护喷射混凝土加设锚杆和金属48隧道主体建筑结构不低于32.5级的普通硅酸盐水泥粒径<16mm的卵石或碎石,不含杂质,需添加速凝剂喷射类型喷层材料◆干喷◆湿喷◆潮喷干拌和料喷嘴前与水混合层浆液喷射前拌和成浆液喷层厚度5cm－25cm与爆破的光滑程度有关有时加钢筋网提高喷层的强度和稳定性钢筋直径6-12mm间距200mm钢筋网与岩壁绑扎或焊接牢固五、锚喷支护隧道主体建筑结构不低于32.5级的普通硅酸盐水泥49隧道主体建筑结构六、复合式衬砌在不同时间分层先后施作，它可以是两层、三层或更多的层，目前实践的都只外衬和内衬两层，因此又称之“双层衬砌”基本组成装配式衬砌混凝土衬砌混凝土衬砌格栅钢构拱架喷射混凝土喷锚支护混凝土衬砌外衬内衬◆外衬◆内衬◆防水层喷射混凝土或钢筋网＋喷混凝土模筑混凝土或喷射混凝土高分子防水卷材隧道主体建筑结构六、复合式衬砌在不同时间分层先后50隧道主体建筑结构六、复合式衬砌◆保护围岩和加固围岩，促进围岩应力调整，充分发挥围岩自承作用。外衬受力状态◆围岩比较软弱地段，则内、外衬砌是共同承载；而在一些特殊地质地段中(坍方、大变形)，二次衬砌承载作用是主要的，它不仅稳定围岩变形而且在整个衬砌结构中占有主导地位。内衬受力状态监控量测内衬施作最佳时机很重要！◆较坚硬围岩地段，由于围岩具有自承能力，它与初期支护组合在一起能起到永久建筑物的作用，所以二次衬砌只是用来提高安全度的；隧道主体建筑结构六、复合式衬砌◆保护围岩和加固围岩，促进51隧道主体建筑结构六、复合式衬砌◆改善受力条件，相对单层同厚度模筑衬砌，承载能力提高20％～30％◆防止外层衬砌风化，使喷层内钢筋网和锚杆端部免于锈蚀◆表面光洁平整，利于通风◆防水效果好优点：缺点：◆造价较高，施工较复杂设计方法以工程类比为主，理论验算为辅结合施工，监控量测取得数据不断修改和完善设计隧道主体建筑结构六、复合式衬砌◆改善受力条件，相对单层同52隧道主体建筑结构六、复合式衬砌**仰拱重要性－设计上仰拱作用Ⅳ级及以下围岩或可能出现偏压时，应设置仰拱!①解决基础承载力不够，减少下沉：防止底鼓隆起变形，调整衬砌应力作用；②封闭围岩，制止围岩过大松弛变形，将围岩塑性变形和形变压力控制在允许范围，提高结构整体承载力；③增加底部和墙部的支护抵抗力，防止内挤而产生剪切破坏。隧道主体建筑结构六、复合式衬砌**仰拱重要性－设计上仰拱作用53隧道主体建筑结构六、复合式衬砌**仰拱重要性－施工中仰拱二衬跟进隧道主体建筑结构六、复合式衬砌**仰拱重要性－施工中仰拱二衬54隧道主体建筑结构七、连拱衬砌◆隧道宜近不宜连原则两隧道最小净距，一般30m以上（1）洞口位置选择自由度大，路线分离困难、洞外地形条件复杂、土地紧张时采用（2）引线占地面积少、接线难度小（3）较深挖高边坡稳定，可减少运营安全隐患（4）便于公路桥隧和铁路站隧相连（5）可保持线形流畅，断面造型美观（6）便于运营管理◆适用特点隧道主体建筑结构七、连拱衬砌◆隧道宜近不宜连原则两隧道最小净55隧道主体建筑结构隧道横断面轮廓尺寸应设计成多大，才能使车辆能安全、经济地通过隧道？思考一下：隧道主体建筑结构隧道横断面轮廓尺寸应设计成多大，561.直线隧道净空净空概念隧道衬砌内轮廓线所包围的空间机车车辆限界基本建筑限界隧道建筑限界限界建筑限界－建筑物不得侵入的一种限界一、铁路隧道净空及要求BH一种规定的轮廓线，保证列车安全运行请观察隧道空间隧道主体建筑结构1.直线隧道净空净空概念隧道衬砌内轮廓线所包围的空间机车车辆571.直线隧道净空机车车辆限界机车车辆最外轮廓线的限界尺寸基本建筑限界线路上所有建筑物和设备不得侵入的轮廓线目的：所有在线路行使车辆，沿车体所有部分都在此限界范围内目的：保证机车车辆（包括超限车辆、最大级超限货物装载限界）安全运行及建筑物和设备不受损害一、铁路隧道净空及要求隧道主体建筑结构1.直线隧道净空机车车辆限界机车车辆最外轮廓线的限界尺寸基本581.直线隧道净空一、铁路隧道净空及要求隧道建筑限界包围“基本建筑限界”外部的轮廓线目的：用于安装通讯、照明、通风、电力等设备按照GB146.2-831蒸汽及内燃牵引2电力牵引隧限－1A单线隧限－1B双线隧限－2A单线隧限－2B双线标准化隧道主体建筑结构1.直线隧道净空一、铁路隧道净空及要求隧道建筑限界包围“基本591.直线隧道净空比“隧道建筑限界”大一些。考虑不同围岩压力下，衬砌结构的合理受力形状考虑施工方便一、铁路隧道净空及要求由隧道内轮廓线决定！拱部采用三心圆边墙采用直墙或曲墙隧道主体建筑结构1.直线隧道净空比“隧道建筑限界”大一些。考虑不同围岩压力下602.曲线隧道净空加宽加宽原因(a)车辆通过曲线，转向架中心点沿线路运行，车身保持矩形形状。故其两端向曲线外侧偏移（d外），中间向曲线内侧偏移（d内1）。(b)曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动一个距离（d内2）。d内1－车辆中间部分向曲线内侧的偏移d外－车辆两端向曲线外侧的偏移d内2－外轨超高使车体向曲线内侧倾移一、铁路隧道净空及要求隧道主体建筑结构考察几个偏移量2.曲线隧道净空加宽加宽原因(a)车辆通过曲线，转向架中心点612.曲线隧道净空加宽加宽值的计算(1)单线曲线隧道加宽值的计算d内1－车辆中间部分向曲线内侧的偏移一、铁路隧道净空及要求隧道主体建筑结构2.曲线隧道净空加宽加宽值的计算(1)单线曲线隧道加宽值的计62d外－车辆两端向曲线外侧的偏移一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽(1)单线曲线隧道加宽值的计算隧道主体建筑结构d外－车辆两端向曲线外侧的偏移一、铁路隧道净空及要求2.曲线63d内2－外轨超高使车体向曲线内侧倾移H－隧道限界控制点自轨面起的高度E－曲线外轨超高值最大值不超过15㎝v—铁路远期行车速度，km/h一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽(1)单线曲线隧道加宽值的计算隧道主体建筑结构近似d内2－外轨超高使车体向曲线内侧倾移H－隧道限界控制点自轨面64隧道主体建筑结构外侧加宽内侧加宽总加宽一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽(1)单线曲线隧道加宽值中线偏移距离d－内外侧加宽值不同，内侧加宽>外侧加宽，隧道中线向曲线内侧偏移隧道主体建筑结构外侧加宽内侧加宽总加宽一、铁路隧道净空及要求65(2)双线曲线隧道加宽值的计算外侧加宽W2内侧加宽W1总加宽W:同单线内、外侧线路中线间的加宽值W3外侧线路的外轨超高大于内侧线路的外轨超高其他情况一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽H=360cm隧道主体建筑结构(2)双线曲线隧道加宽值的计算外侧加宽W2内侧加宽W1总加宽66隧道主体建筑结构一、铁路隧道净空及要求中线偏移距离内侧线路中线与隧道中线的距离外侧线路中线与隧道中线的距离2.曲线隧道净空加宽隧道主体建筑结构一、铁路隧道净空及要求中线偏移距离内侧线路中67(3)铁路曲线隧道加宽的平面布置《铁路隧道设计规范》规定：从圆曲线到缓和曲线中点，并向直线方向延伸13m圆曲线段缓和曲线段按上述计算方法计算加宽采用圆曲线加宽断面，加宽W其余缓和段，从直缓分界点向直线方向延伸22m采用缓和曲线中点加宽断面，加宽值取圆曲线加宽值一半，按W/2一、铁路隧道净空及要求2.曲线隧道净空加宽隧道主体建筑结构(3)铁路曲线隧道加宽的平面布置《铁路隧道设计规范》规定：68隧道主体建筑结构一、铁路隧道净空及要求圆曲线段缓和曲线段直线段(1)从圆曲线到缓和曲线中点，并向直线方向延伸13m采用圆曲线加宽断面，加宽W(2)其余缓和段，从直缓分界点向直线方向延伸22m采用缓和曲线中点加宽断面，加宽值取圆曲线加宽值一半，按W/2隧道主体建筑结构一、铁路隧道净空及要求圆曲线段缓和曲线段直线691.公路隧道净空概念公路隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，包括通风、照明、消防、通讯等设备所占的空间。为保证隧道内各种交通工具的正常运行与安全而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间限界。不得有任何部件侵入。2.公路隧道建筑限界二、公路隧道净空3.公路隧道建筑限界组成隧道主体建筑结构1.公路隧道净空概念公路隧道衬砌的内轮廓线所包围70执行公路工程技术标准W—行车道宽度S—行车道两侧路缘带宽度C—余宽按计算行车速度<100km/h时为0.25m≥100km/h时为0.5mH—净高一条公路应用一个净高三、四级公路为4.5m高速公路和一级、二级公路为5.0m二、公路隧道净空3.公路隧道建筑限界组成隧道主体建筑结构执行公路工程技术标准W—行车道宽度S—行车道两侧路缘带宽度C71L—侧向宽度E—建筑限界顶角宽度当L≤1m时，E=L当L＞1m时，E=1mL1—左侧硬路肩宽度L2—右侧硬路肩或应急停车带宽度J—检修道（一侧）宽度其它各级公路的侧向宽度为路肩宽度减去0.25m高速公路、一级公路的侧向宽度为硬路肩宽度（L1或L2）高速公路和一级公路应设，一般为0.75mR—人行道宽度(一般公路)二、公路隧道净空3.公路隧道建筑限界组成据行人密度、隧道长度、交通量及交通安全等确定设置与否隧道主体建筑结构L—侧向宽度E—建筑限界顶角宽度当L≤1m时，E=L当L＞172组成部分用途路缘带、余宽或人行道——减少恐惧、安全运行检修道——检修工具车车行道净高——汽车载货限高和富裕量紧急停车带——长隧道和特长隧道救援、抢修疏散宽高——排水、通风、照明、防火、监控、运营等宽高——围岩压力影响、施工等必要的富裕量二、公路隧道净空4.标准的公路隧道限界3.公路隧道建筑限界组成根据常用的车道及个功能尺寸将公路隧道限界进行标准化隧道主体建筑结构组成部分用途路缘带、余宽或人行道——减少恐惧、安全运行检修道73二、公路隧道净空5.公路隧道内轮廓设计应包括隧道建筑限界，还应满足路面、照明、排水、消防、监控、运营管理、装饰等设施所需的空间。考虑围岩变形、施工方法等影响的预留富裕量。安全、经济、合理。隧道主体建筑结构二、公路隧道净空5.公路隧道内轮廓设计应包括隧道建筑限界，74二、公路隧道净空6.公路曲线隧道净空加宽公路工程技术标准（JTJ002-97）第3.0.2条：隧道主体建筑结构当曲线半径不大于250m，在曲线内侧加宽

（1）双侧道表2-2（3）单车道按表2-2的1/2。二、公路隧道净空6.公路曲线隧道净空加宽公路工程技术标准（J75本节问题隧道衬砌横断面设计的基本内容与方法铁路隧道衬砌横断面设计公路隧道衬砌横断面设计隧道衬砌的厚度隧道横断面形式隧道主体建筑结构本节问题隧道衬砌横断面设计的基本内容与方法铁路隧道衬砌横断面761.隧道衬砌结构及横断面设计概况设计断面洞室开挖衬砌结构结构计算结构施工隧道净空行车及功能要求隧道限界隧道主体建筑结构1.隧道衬砌结构及横断面设计概况设计断面洞室开挖衬砌结构结构772.隧道衬砌断面形式钻爆法铁路隧道公路隧道山岭隧道城市隧道水下隧道交通隧道盾构及TBM直墙拱形单线双线曲墙拱形单圆断面双圆断面坦三心圆断面矩形断面沉管法隧道主体建筑结构2.隧道衬砌断面形式钻爆法铁路隧道公路隧道山岭隧道城市隧道水78隧道衬砌横断面的一般选择隧道衬砌承受径向分布的压力，采用圆形承受竖向压力为主，水平压力小，上部采用圆形或尖拱，下部直墙式承受竖向压力和水平压力，上部采用圆形或平拱，下部曲墙式，必要设仰拱山岭隧道多采用三心圆或单心圆弧断面，较少采用四心圆或五心圆暗挖法公路隧道多采用三心圆，包括山岭隧道、城市隧道、水底隧道盾构和TBM隧道基本为单圆形断面沉管隧道为矩形断面隧道主体建筑结构隧道衬砌横断面的一般选择隧道衬砌承受径向分布的压力，采用圆形793.隧道衬砌横断面设计的基本内容与方法（1）设计基本内容（2）设计步骤★衬砌内轮廓线★结构轴线★各截面厚度★确定隧道类型相应建筑限界★根据围岩初步拟定截面厚度★断面优化、强度检算★评价内轮廓线拟定结构截面形状及其尺寸(经验类比)内力分析满足要求确定尺寸是否隧道主体建筑结构3.隧道衬砌横断面设计的基本内容与方法（1）设计基本内容（80（3）设计基本要求★隧道内轮廓必须符合隧道建筑净空限界。★内轮廓线应尽量减小洞室的体积。★结构轴线应尽可能地符合压力线。★施工方法能确保断面形状及尺寸有利于隧道的稳定。（4）设计目的★满足限界要求★满足受力要求★圬工最省3.隧道衬砌横断面设计的基本内容与方法结构轴线压力线隧道主体建筑结构（3）设计基本要求★隧道内轮廓必须符合隧道建筑净空限界814.衬砌断面厚度各截面厚度随工程及水文地质条件不同而变化★单线铁路隧道衬砌拱顶截面厚度30－60cm★双线铁路隧道拱顶截面厚度40－80cm★仰拱厚度一般稍小于拱顶厚度★衬砌可等厚，也可将拱脚和边墙较拱顶加厚20%-50%经验:铁路规范规定衬砌截面最小厚度(㎝)建筑材料种类

隧道和明洞衬砌

洞门端墙、翼墙

和洞口挡土墙

拱圈

边墙

仰拱

混凝土

20

20

20

30

片石混凝土

50

50

浆砌粗料石、混凝土块

30

30

30

浆砌块石

30

30

浆砌片石

50

50

隧道主体建筑结构4.衬砌断面厚度各截面厚度随工程及水文地质条件不同而变化★825.铁路隧道衬砌断面设计（1）内轮廓线（2）外轮廓线外轮廓线=内轮廓线+衬砌厚度我国铁路隧道的建筑限界是统一固定的。在相同的围岩级别时，衬砌横断面形状和尺寸也是固定的。有通用的设计标准图，不需专门的设计。在有较大偏压、冻胀力、倾斜的滑动推力或大量塌方及七度以上地震等，应根据荷载特点进行个别设计。隧道主体建筑结构5.铁路隧道衬砌断面设计（1）内轮廓线（2）外轮廓线外轮廓线835.铁路隧道衬砌断面设计轨顶面至拱顶高度h拱顶至拱脚矢高f；衬砌拱部净宽之半b拱圈第一个内径r1和第二个内径r2第一段圆曲线的终点截面与竖直面的夹角φ1拱脚截面与竖直面的夹角φ2；内径r2的圆心o2至o1的水平和垂直距离a隧道主体建筑结构5.铁路隧道衬砌断面设计轨顶面至拱顶高度h拱圈第一个内径r84先给定b、f、φ1及a值后，再解出r1、r2及φ2。曲线地段需要加宽时，保持r2及φ2不变，φ1仍取45º，b值根据加宽要求也是已知，故未知参数f、a、r1仍可求解。衬砌断面几何关系有：上式含b、f、φ1、a、r1、r2、φ2共7个参数隧道主体建筑结构先给定b、f、φ1及a值后，再解出r1、r2及φ2。衬砌断85隧道主体建筑结构隧道主体建筑结构86（1）衬砌内轮廓线(标准化)（2）衬砌外轮廓线(可变化)（3）衬砌截面厚度(可变化)总结及思考隧道主体建筑结构（1）内轮廓线与厚度影响结构轴线；（2）外轮廓线决定是否变截面衬砌，亦影响结构轴线。结论（1）衬砌内轮廓线(标准化)总结及思考隧道主体建筑结构（187隧道主体建筑结构6.公路隧道衬砌断面设计目前公路隧道以单心圆、坦三心圆两种断面应用最为普遍。公路隧道与铁路隧道的主要区别：①铁路隧道建筑限界是固定统一的，而公路隧道的建筑限界则不定。②公路隧道的附属设施比铁路隧道多且要求高，且每一座隧道均会因交通流量和长度不同而要求不同。**基本原理：在公路隧道建筑限界各角点到隧道内轮廓线的距离满足最小值(行车安全)的前提下，使得内轮廓线包围的面积(开挖面积)最小.隧道主体建筑结构6.公路隧道衬砌断面设计目前公路隧道以单心圆88独立变量根据经验，对一般的限界d7为重要控制量(d7满足后，其它控制点的富裕量易满足)开挖面积(路面以上)隧道主体建筑结构独立变量根据经验，对一般的限界d7为重要控制量(d7满足后89约束条件隧道主体建筑结构约束条件隧道主体建筑结构90与铁路隧道的异同点：

内轮廓非标准化通风、照明等附属设施多设计特点：

断面设计优化的必要性规范推荐断面形式(有标准化的趋势)

6.公路隧道衬砌断面设计除偏压比较明显的地段外，公路隧道衬砌结构大多采用等截面的形状。在确定了衬砌断面内轮廓线后，只要选定号节目厚度，设计外轮廓线和结果轴线即可确定。衬砌外轮廓线和轴线隧道主体建筑结构与铁路隧道的异同点：6.公路隧道衬砌断面设计除偏压比较91本节主要内容：隧道主体建筑结构隧道支护结构基本要求洞身支护结构主要类型不同类型洞身支护结构特点及适用条件衬砌材料本节主要内容：隧道主体建筑结构隧道支护结构基本要求92隧道主体建筑结构开挖－地层平衡破坏－变形－坍塌衬砌-支护围岩的结构支护方式外部支护－从围岩外部内部支护－对围岩内加固混合支护地层、毛洞与衬砌**隧道的关键就是支护结构与围岩相互作用！隧道主体建筑结构开挖－地层平衡破坏－变形－坍塌支护方式外部支93隧道主体建筑结构一、支护结构基本要求保证隧道断面使用净空，防止岩体质量恶化承受荷载，使隧道支护体系有足够安全度1.支护结构的基本作用支护结构应具有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工可能性与周围岩体大面积地牢固接触，即保证支护一围岩作为一个统一的支护体系而共同工作。要允许围岩及支护结构产生有限制的变形，以充分发挥围岩自承载作用而减少支护结构受力，但又必须保证支护结构及时施作。2.理想支护结构基本要求隧道主体建筑结构一、支护结构基本要求保证隧道断面使用净空，防94隧道主体建筑结构二、洞身支护结构主要类型外部支护整体式混凝土衬砌砌石衬砌拼装式衬砌喷射混凝土支护内部支护混合支护锚杆注浆喷锚支护复合式衬砌隧道主体建筑结构二、洞身支护结构主要类型外部支护整体式混凝土95隧道主体建筑结构2.曲墙拱形衬砌1.直墙拱形衬砌三、整体式混凝土衬砌工艺流程:优点:缺点:立模－灌筑－养生－拆模◆对地质条件和施工条件的适应性较强◆易于按需要成型◆整体性好◆抗渗性强◆需要养生时间◆受力较慢分类主要与水平围岩压力有关！隧道主体建筑结构2.曲墙拱形衬砌1.直墙拱形衬砌三、整体式混96隧道主体建筑结构适用条件:◆围岩压力以竖向为主，几乎没有或仅有很小的水平侧向压力。◆地质条件较好的Ⅰ、Ⅱ级(Ⅴ、Ⅵ类)围岩1.直墙拱形衬砌组成部分边墙铺底拱圈轨顶面◆上部拱圈◆直边墙◆下部铺底◆排水沟圆弧拱坦三心圆拱尖三心圆拱拱圈等厚三心圆素混凝土排水沟侧压力很小三、整体式混凝土衬砌隧道主体建筑结构适用条件:◆围岩压力以竖向为主，几乎没有或97隧道主体建筑结构(1)半衬砌－不设边墙适用条件:应把两侧岩壁表面喷浆敷面◆地质条件极好，整体岩层坚固◆几乎无水平侧压力◆无地下水侵入侧壁喷浆1.直墙拱形衬砌三、整体式混凝土衬砌隧道主体建筑结构(1)半衬砌－不设边墙适用条件:应把两侧岩98隧道主体建筑结构适用条件:◆适用于I、II级围岩◆水平侧压力较小使拱脚稳固的直接支承在两侧围岩上，以改善拱圈的受力条件，减少边墙的开挖及衬砌圬工数量，降低造价。侧壁喷浆或模筑薄混凝土1.直墙拱形衬砌三、整体式混凝土衬砌(2)大拱脚薄边墙隧道主体建筑结构适用条件:◆适用于I、II级围岩◆水平侧压99隧道主体建筑结构适用：地质条件尚好，侧压力不大，但又不宜采用半衬砌。简化边墙:特点：直墙开挖拱形孔洞边墙形成带支墩的连拱支墩纵向尺寸>2m拱形孔洞纵向尺寸不大于5m墙拱顶至拱圈起拱线的距离>100cm1.直墙拱形衬砌三、整体式混凝土衬砌隧道主体建筑结构适用：简化边墙:特点：1.直墙拱形衬砌三、整100隧道主体建筑结构适用条件:2.曲墙拱形衬砌组成部分◆上部拱圈◆曲边墙◆下部素砼铺底或仰拱圆弧拱坦三心圆拱尖三心圆拱有仰拱结构闭合！有地下水地质较差，岩体松散破碎强度不高侧向水平压力也相当大无仰拱结构不闭合！内轨顶面拱圈曲边墙仰拱三、整体式混凝土衬砌隧道主体建筑结构适用条