隧道结构分类及设计要求
土木老刘忙
2022年11月02日 09:01:05
来自于隧道工程
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概述:隧道结构是地下建筑结构的重要组成部分,它的结构形式可根据地层的类别、使用功能和施工技术水平等进行选择。其结构形式主要有半衬砌结构、厚拱薄墙衬砌结构、直墙拱形衬砌结构、曲墙结构、复合衬砌结构和连拱隧道结构等形式。 结构形式、受力特点和适用条件 1

概述:隧道结构是地下建筑结构的重要组成部分,它的结构形式可根据地层的类别、使用功能和施工技术水平等进行选择。其结构形式主要有半衬砌结构、厚拱薄墙衬砌结构、直墙拱形衬砌结构、曲墙结构、复合衬砌结构和连拱隧道结构等形式。

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结构形式、受力特点和适用条件

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半衬砌结构

图片 在坚硬岩层中,若侧壁无坍塌危险,仅顶部岩石可能有局部滑落时,可仅施作顶部衬砌,不作边墙,只喷一层不小于20mm厚的水泥砂浆护面,即半衬砌结构。

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厚拱薄墙衬砌结构
在中硬岩层中,拱顶所受的力可通过拱脚大部分传给岩体,充分利用岩石的强度,这种结构适宜用在水平压力较小,且稳定性较差的围岩中。对于稳定或基本稳定的围岩中的大跨度、高边墙洞室,如采用喷锚结构施工装备条件存在困难,或喷锚结构防水达不到要求时,也可考虑使用。(如图a)

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直墙拱形衬砌结构
图片 在一般或较差岩层中的隧道结构,通常是拱顶与边墙浇在一起,形成一个整体结构,即直墙拱形衬砌结构,广泛应用的隧道结构形式。

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曲墙衬砌结
在很差的岩层中,岩体松散破碎且易于坍塌,衬砌结构一般由拱圈、曲线形侧墙和仰拱底板组成,形成曲墙衬砌结构。该种衬砌结构的受力性能相对较好,但对施工技术要求较高,这也是一种被广泛应用的隧道结构形式。


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复合衬砌结构
图片 复合支护结构一般认为围岩具有自支承能力,支护的作用首先是加固和稳定围岩,使围岩的自承能力可充分发挥,从而可允许围岩发生一定的变形和由此减薄支护结构的厚度。工程施工时,一般先向洞壁施作柔性薄层喷射混凝土,必要时同时设置锚杆,并通过重复喷射增厚喷层,以及在喷层中增设网筋稳定围岩。围岩变形趋于稳定后,再施作内衬永久支护。复合衬砌结构常由初期支护和二次支护组成,防水要求较高时须在初期支护和二次支护间增设防水层。
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连拱隧道结构
图片 隧道设计中除考察工程地质、水文地质等相关条件外,同时受线路要求以及其他条件的制约,还需要考虑安全、经济、技术等方面的综合比较。因此,对于长度不是特别长的公路隧道(100~500m),尤其是处于地质、地形条件复杂及征地严格限制地区的中小隧道,常采用连拱隧道的形式。

隧道结构设计的一般技术要求

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衬砌截面类型和几何尺寸的确定

隧道衬砌结构类型应根据隧道围岩地质条件、施工条件和使用要求确定。

高速、一级、二级公路的隧道应采用复合式衬砌;

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汽车横道、三级及三级以下公路隧道,在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下,除洞口段外衬砌结构类型和尺寸,应根据使用要求、围岩级别、围岩地质条件和水文地质条件、隧道埋置位置、结构受力特点,并结合工程施工条件、环境条件,通过工程类比和结构计算综合分析确定。

在施工阶段,还应根据现场围岩监控量测和现场地质跟踪调查调整支护参数,必要时可通过试验分析确定。为了便于使用标准拱架模板和设备,确定衬砌的方案时,类型要尽量少,且同一跨度的拱圈内轮廓应相同。一般采取调整厚度和局部加筋等措施来适应不同的地质条件。

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衬砌材料的选择

衬砌结构材料应具有足够的强度、耐久性和防水性。在特殊条件下,还要求具有抗侵蚀性和抗冻性等。从经济角度考虑,衬砌结构材料还要满足成本低、易于机械化施工等条件。

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衬砌结构材料应具有足够的强度、耐久性和防水性。在特殊条件下,还要求具有抗侵蚀性和抗冻性等。从经济角度考虑,衬砌结构材料还要满足成本低、易于机械化施工等条件。

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衬砌结构的一般构造要求
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混凝土的保护层

钢筋混凝土衬砌结构,受力钢筋的混凝土保护层最小厚度一般装配式衬砌为20mm,现浇衬砌内层为25mm,外层为30mm。若有侵蚀性介质作用时可增大到50mm,钢筋网喷射混凝土一般为20mm。随截面厚度的增加,保护层厚度也应适当增加。

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衬砌的超挖或欠挖

隧道结构施工中,洞室的开挖尺寸不可能与衬砌所设计的毛洞尺寸完全符合,这就产生了衬砌的超挖或欠挖问题。超挖通常会增加回填的工作量,而欠挖则不能保证衬砌截面尺寸,故对超、欠挖有一定的限制。衬砌的允许超欠挖均按设计毛洞计算。

现浇混凝土衬砌一般不允许欠挖,如出现个别点欠挖,欠挖部分进入衬砌截面的深度,不得超过衬砌截面厚度的1/4,并不得大于15cm,面积不大于1m2。通常隧道衬砌结构,平均超挖允许值不得超过10~15cm,对于洞室的某些关键部位,如穹顶的环梁岩台,厚拱薄墙衬砌(及半衬砌)的拱座岩台,岔洞的周边等,超挖允许值更应该严格控制,一般不宜超过15cm。

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变形缝的设置

变形缝一般是指沉降缝和伸缩缝。沉降缝是为了防止结构因局部不均匀下沉引起变形断裂而设置的,伸缩缝是为了防止结构因热胀冷缩,或湿胀干缩产生裂缝而设置的。因此,沉降缝是满足结构在垂直与水平方向上的变形要求而设置的,伸缩缝是满足结构在轴线方向上的变形要求而设置的。沉降缝、伸缩缝的宽度大于20mm,应垂直于隧道轴线竖向设置。

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