第二章-公路隧道结构构造

第二章公路隧道结构构造2.1衬砌材料与构造2.2洞门2.3明洞2.4内装、顶棚及路面2.5隧道的附属设施2.6防排水设施2.1衬砌材料与构造1衬砌材料公路隧道结构构造由主体构造物和附属构造物组成。主体构造物是为了保持岩体稳定和行车安全而修建的人工永久建筑物，一般指洞身和洞门构造物。附属构造物是为了运营管理、维修养护、给水排水、供电、通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。隧道是埋藏在地层深处的构筑物，其衬砌一般要承受较大的围岩压力、地下水压力，有时还要受到化学物质的侵蚀，处于高寒地区的隧道往往还要受到冻害等。所用的材料应具有足够的强度、耐久性、抗渗性、耐腐蚀性和抗冻性等衬砌材料应价格便宜、就地取材、便于机械化施工的要求。（1）混凝土优点：整体性好，既可以现场浇注，也可以在加工厂预制，而且可以机械化施工，其本身密实性较好，具有一定的密实性。根据需要可以选择合适的水泥：比如选择具有快硬，早强的快硬硅酸盐水泥、硅酸盐膨胀水泥和石膏矾土膨胀水泥；抗渗防水的大坝水泥和防水水泥；抗硫酸盐侵蚀的抗硫酸盐硅酸盐水泥，以及塑化水泥，加气水泥。根据需要可以添加添加剂：减水剂、低温早强剂、常温早强剂、速凝剂、缓凝剂、塑化剂、以及引气剂。抗冻混凝土，寒冷地区强度不能低于42.5Mpa，严寒地区不能低于52.5Mpa.缺点：灌注后不能立即承受荷载，需要养生，达到一定强度才能拆模，占用模板和拱架多。工艺流程：立模－灌筑－养生－拆模隧道施工时，暗挖部分就地绑扎钢筋比较困难，通常不得已时才采用钢筋混凝土，通常情况下采用格栅钢架并连接钢筋和钢筋网等做临时支护，完成临时支护则沿用为永久支护，明挖阶段可采用现场绑扎。（2）钢筋混凝土喷射混凝土是将混凝土干拌和料、速凝剂和水用混凝土喷射机高速喷射到洁净的岩石表面上凝结而成，其密实性强，能快速封闭围岩裂隙。密贴与岩石表面，早期强度高，能起到封闭岩面和支护作用，是一种较为理想的柔性支护。（3）喷射混凝土锚杆是机械加固围岩的一种材料。通常分机械型锚杆、粘结性锚杆以及预应力锚杆。当围岩不稳定时，还可以张挂金属网。设置锚杆再加喷射混凝土时，即为锚喷支护。（1）锚杆支护（2）喷射混凝土支护（3）锚杆喷射混凝土支护（4）钢筋网喷射混凝土支护（5）锚杆钢筋网喷射混凝土（6）以上类型加设型钢支撑（或格栅）而成的联合支护（4）锚杆与锚喷支护锚喷支护是指锚杆支护、喷射混凝土支护以及它们与其他支护结构的组合。喷锚支护流程开挖－喷混凝土－打锚杆优点：1.迅速封闭围岩张裂隙、节理，加固围岩；2.节省大量支护材料；3.支护及时，可大断面开挖，进度加快；4.遏制围岩变形，有利于围岩稳定。优点：材料来源广，可以就地取材，砌筑后能较早的承受荷载，可以节省水泥和模板。缺点：砌缝多，容易漏水，手工操作，费时费工，需要熟练工人，不能机械化施工。主要用于洞门挡墙、挡土墙、明线路缘石，当起拱线以上1m以外部位有超挖时，其超挖部分也可用片石混凝土进行回填。选用的石料要坚硬，其强度等级不应低于MU40，有裂隙和易风化的石料不应采用。（5）石料适用：盾构隧道、掘进机隧道（6）装配式材料缺点：①拼缝防水要求高②与围岩接触不够密贴，一般应注浆③结构整体性不如模筑④需要足够的拼装空间⑤制备构件尺寸上要求精度高优点：①无洞内养护时间，可立即承载；②洞外预制质量好；③用机械手拼装，速度快，改善劳动条件④不需临时支撑可节省大量材料及劳力2洞身衬砌类型（1）直墙式衬砌适用：直墙式衬砌型式通常用于岩石地层垂直围岩压力为主要计算荷载、水平围岩压力很小的情况。一殷适用于I，II级围岩，有时也可用于IV级围岩拱部形状：①坦三心圆拱(r1r2)②或尖三心圆拱(r2r1)③割圆拱（r1＝r2＝r）衬砌由上部拱圈.两侧竖直边墙和下部铺底三部分组合而成轨顶面直墙式衬砌拱圈直边墙铺底（2）半衬砌（又称大拱脚薄边墙衬砌）直墙式衬砌适用于I、II级围岩，边墙可用喷射砼做成，亦可用砼整体浇灌。此类衬砌可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。（3）曲墙式衬砌适用范围：适用于IV级以上围岩，水平压力大或除了垂直压力外，还有底鼓压力的情况。①地质条件较差，为抵御底鼓压力，配以仰拱使衬砌形成环状封闭结构；②基础地基较好，可采用无仰拱的曲墙式衬砌。仰拱：为改善隧道上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构。仰拱：①可以改善衬砌受力状态，施工麻烦，影响施工运输；②Ⅴ、Ⅵ类围岩均需修仰拱；③Ⅳ类围岩，基础地质较好时可不设，反之要设。设置仰拱作用：使结构及时封闭，提高整体承载力和侧墙抵抗侧压力的能力抵御结构下沉变形，调整围岩和衬砌的应力状态①要求用光面爆破开挖，使洞室周边平顺光滑，成型准确，减少超欠挖。适当的时间喷混凝土，即为喷混凝土衬砌；②根据实际情况，需要安装锚杆的则先装设锚杆，再喷混凝土，即为喷锚衬砌；③如果以喷混凝土，锚杆或钢拱支架的一种或几种组合作为初次支护对围岩进行加固，维护围岩稳定防止有害松动。待初次支护的变形基本稳定后，进行现浇混凝土二次衬砌，即为复合式衬砌。（4）喷锚衬砌及复合衬砌在不同的时间分层先后施作，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”外衬受力：保护围岩和加固围岩，促进围岩的应力调整，充分发挥围岩的自承作用内衬受力：在较坚硬的围岩地段，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；在围岩比较软弱地段，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)，二次衬砌的承载作用是主要的，它不仅稳定围岩的变形而且在整个衬砌结构中占有主导地位。2%路线设计标高C25素砼隧底填充C10素砼初期支护防水层模注二次衬砌隧道中线线路中线C25素砼复合式衬砌结构图防水层：厚度≥1mm防水材料，如PVC板、复合土工膜等。基本组成：外衬、防水层、内衬内衬外衬混凝土衬砌喷锚支护混凝土衬砌格栅钢构拱架喷射混凝土混凝土衬砌装配式衬砌优点：①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％②防止外层衬砌风化，使喷层内钢筋网和锚杆端部免于锈蚀③表面光洁平整，利于通风④防水效果好缺点：造价较高，工序多，施工较复杂（5）偏压衬砌当山体地面坡较陡，线路外侧山体覆盖较薄，或由于地质构造造成的明显偏压，隧道衬砌为承受这种不对称围岩压力而采用如图5-5所示的非对称变厚度结构形式。图5-5偏压衬砌示意图公路常设计为双线隧道，有时为绕过困难地形或避开复杂地质地段，减少工程量，可将一条双幅公路隧道分建为二个单线隧道或二条单线并建为一条双幅的情况，衬砌产生了一个过渡区段，这部分隧道衬砌的断面及间距均有变化，相应成了一个喇叭型，称为喇叭口隧道衬砌（6）喇叭口隧道衬砌ⅠⅡⅡ线线路中线Ⅰ线线路中线ⅠⅡ挡墙面Ⅰ线线路中线Ⅱ线线路中线Ⅱ-Ⅱ断面Ⅰ-Ⅰ断面圆形断面衬砌适用于软弱围岩，为了抵御较大的围岩压力，公路隧道可以采用圆形或近似圆形断面的支护结构，因为需要较大的衬砌厚度，所以多半在施工时进行二次衬砌。水底隧道广泛使用盾构法施工，其断面为全圆形。（7）圆形断面衬砌水底隧道采用沉管法施工时，其断面常用矩形型式；用明挖法施工时，尤其在修筑多车道隧道时，其断面广泛采用矩形（8）矩形断面衬砌