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1、第7章 铁路隧道第一节 单、双线铁路隧道构造第二节 洞门与明洞 第三节 隧道附属建筑物,7.1单、双线铁路隧道构造 铁路隧道结构由主体建筑物和附属建筑物两部分组成。隧道的主体建筑物是为了保持隧道的稳定,保证列车的安全运行而修建的,它是由洞身衬砌和洞门组成。在洞口容易坍塌或有落石危险时则需要加筑明洞。,隧道的附属建筑物是为了养护、维修工作的需要以及供电、通信等方面的要求而修建的,它包括:防排水设施;大小避车洞;电缆槽;长大隧道的通风道和通风机房;根据电讯传输衰耗和通信设计要求而设置的无人增音站洞;在电气化铁路上,当隧道较长或在隧道群地段,为了讲接触线和承力索进行锚固而设置的下锚装置;用于存放维修
2、接触网用的绝缘梯车的专门洞室等等。,一、洞身衬砌结构类型(一)衬砌类型 隧道开挖后,为了保持围岩的稳定,一般需要进行支护(衬砌)。支护(衬砌)的方式有:外部支护、内部支护、混合支护。1、外部支护是指从外部支撑着坑道的围岩。例如整体式混凝土衬砌、砌石衬砌、拼装式衬砌、喷射混凝土支护等。,2、内部支护是指对围岩进行加固以提高其稳定。例如锚杆支护、锚喷支护、压入浆液等。3、混合支护就是内部与外部支护混合一起的衬砌。(1)整体式混凝土衬砌 整体式混凝土衬砌是指就地灌筑混凝土衬砌,也称模筑混凝土衬砌。其工艺流程是:立模灌筑养生拆模。,模筑衬砌的特点是:对地质条件的适应性较强,易于按需要成型,整体性好,抗
3、渗性强,并适用于多种施工条件,如可用木模板、钢模板或衬砌台车等。在我国铁路隧道工程中广泛采用。(2)装配式衬砌 装配式衬砌是将衬砌分成若干块构件,这些构建在工厂或现场预制,然后运到坑道内用机械将它们拼装成一环接着一环的衬砌。,这种衬砌的特点是:拼装成环后立即受力,便于机械化施工,改善劳动条件,节省劳力。目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道中采用。(3)锚喷支护 锚喷支护是目前常用的一种围岩支护手段。采用锚喷支护可充分发挥围岩的自承能力,并有效地利用洞内净空,提高作业安全性和作业效率,并能适应软弱和膨胀型地层中的隧道开挖。,(4)复合式衬砌 复合式衬砌是指先在开挖好的洞壁表面喷射一层早强的混凝土
4、,凝固后形成薄层柔性支护结构(称为初期支护),待初期支护与围岩变形基本稳定以后再施作内衬(即通常为就地灌筑混凝土衬砌称二次衬砌)的具有内外两层或多层的衬砌。目前最通用的是外衬砌为锚喷支护,内衬为整体式混凝土衬砌。,复合式衬砌不同于单层厚壁的模筑混凝土衬砌,它把衬砌分成两层或两层以上,可以是同一种型式、方法和材料施作的,也可以使不同型式、方法、时间和材料施作的。按内外衬的组合情况可分为:锚喷支护与混凝土衬砌;锚喷支护与喷射混凝土衬砌;可缩性钢架喷射混凝土与混凝土衬砌;装配式衬砌与混凝土衬砌等等。,(二)整体式混凝土衬砌结构类型 隧道衬砌按照不同的围岩类别,有直墙式衬砌和曲墙式衬砌两种形式。1、直
5、墙式衬砌 这种类型的衬砌适用于地质条件比较好,垂直围岩压力为主而水平围岩压力较小的情况。主要适用于、类围岩,有时也可用于类围岩。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。,在地质条件较好时,为了节省圬工,直墙式衬砌在构造上采取若干改进措施。2、曲墙式衬砌 曲墙式衬砌适用于地质较差,有较大水平围岩压力的类及以下的围岩。曲墙式衬砌是由顶部拱圈、侧面曲边墙和底部仰拱(或铺底)组成。,二、衬砌材料 修建隧道衬砌的材料,应具有足够的强度和耐久性,还必须具有抗冻、抗渗和抗侵蚀性。此外,还应满足就地取材,降低造价,施工方便及易于机械化施工等要求。常用的铁路隧道衬砌材料有:1、混凝土与钢筋混凝土
6、隧道衬砌所用的混凝土强度等级,对于直墙式衬砌不低于C13,曲墙式衬砌及类围岩直墙式衬砌不低于C18。,钢筋混凝土材料主要用在明洞衬砌及地震区、偏压、通过断层破碎带或淤泥、流砂等不良地质地段的隧道衬砌中,其强度等级不低于C18。在特殊情况下可采用就钢筋或焊接钢筋骨架进行加强。2、片石混凝土 为了节省水泥,在岩层较好地段的边墙衬砌,可采用片石混凝土。,此外,当起拱线以上1m以外部位有超挖时,其超挖部分也可以用片石混凝土进行回墙。选用的石料要坚硬,其抗压强度不应低于30MPa,严禁使用风化片石,以保证质量。3、料石或混凝土块 料石或混凝土预制块用强度等级不低于M10的水泥砂浆砌筑衬砌。,其优点是能就
7、地取材,大量节约水泥和模板,可保证衬砌厚度并能较早地承受荷载。缺点是整体性和防水性差,施工进度慢,要求衬砌技术高。4、喷射混凝土 喷射混凝土材料用在锚喷支护中,混凝土强度等级不低于C28,使用的水泥标号不低于325号,并优先选用普通硅酸盐水泥。,细骨料采用坚硬耐久的中砂或粗砂,细度模量宜大于2.5,砂的含水率已控制在5%7%。粗骨料采用坚硬耐久的卵石或砂石,粒径不应大于15mm。三、隧道衬砌断面设计的一般原则 1、设计衬砌断面,主要是确定衬砌内轮廓线、轴线和厚度。,2、衬砌内轮廓线,其内轨顶面以上应满足限界要求,不得侵入限界,以确保行车安全。3、衬砌断面的轴线应尽量与压力曲线相重合,使衬砌断面
8、承受压应力,以充分发挥衬砌材料的抗压能力。,小结:1、铁路隧道的结构。2、衬砌的结构类型。3、复合式衬砌的定义。4、整体式衬砌的分类。,作业:1、解释复合式衬砌,并说明目前最通用的是哪一种?2、整体式混凝土衬砌按围岩类别可分为哪几种?3、简述直墙式衬砌的适用范围。,7.2 洞门与明洞一、洞门 洞口是隧道进出的咽喉,又是隧道施工中的主要通道。洞口位置选择是否合理,将对隧道的施工工期、造价、运营安全等有很大的影响。所以在隧道线路设计中,洞口位置的选择是一项重要的工作。,隧道的进出口是隧道建筑物唯一暴露部分,也是整个隧道的薄弱环节,由于洞口所处的地质条件差,覆盖层厚度也较薄,若地形倾斜又易造成浅埋偏
9、压,加之受地表水的冲刷等原因,容易造成山体失稳,产生滑动和坍塌。如洞口位置选择不当,可能招致洞口塌方而无法进洞,或病害整治工程量过大,甚至遗留后患,这在以往的隧道工程中曾有过不少教训。,根据我国多年实践经验,总结出“早进晚出”的原则。即在决定隧道洞口位置时,为了确保施工、运营的安全,宁可早一点进洞,晚一点出洞,这样做,虽然隧道修长了一些,却较安全可靠。当然,并不意味着进洞越早越好,出洞越晚越好,而是应当从安全等多方面比较确定。,(一)洞口位置选择的一般原则 1、洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处,不要与水争路。2、洞口应避开不良地质地段。3、不破坏或少破坏地表坡面。4、处于漫坡地形的隧道,
10、一般要采用延长隧道的办法以解决路堑弃土及排水的困难。,5、洞口线路宜与等高线正交。6、当线路位于有可能被淹没的河滩或水库回水影响范围以内时,隧道洞口标高应高出洪水位加波浪高度,以防洪水灌入隧道。7、边坡和仰坡不宜开挖过高。8、当洞口附近有水沟或水渠横跨线路时,可设置桥梁或涵洞,排泄水流。,9、当洞口地势开阔有利于施工现场布置时,可利用弃碴有计划有目的的改造洞口场地,以便布置运输便道。(二)洞门的作用 1、减少洞口土石方开挖量;2、稳定边、仰坡;3、引离地表水流;4、装饰洞口。,(三)洞门的形式 洞门类型根据地形、地址,并结合衬砌类型及工作特点,可分为:一般隧道门 明洞门 棚洞门 特殊洞门,二、
11、明洞 用明挖法修建的隧道称为明洞。明洞一般修筑在隧道的进出口处,当遇到地质条件差且洞顶覆盖层较薄,用暗挖法难以进洞时;或洞口路堑边坡上有落石而危急行车安全时;或铁路、公路、河渠必须在铁路上方通过,且不宜做立交桥或涵渠时,均需要修建明洞。,2、明洞分类 拱式明洞 棚式明洞(一)拱式明洞 由拱圈、边墙及仰拱(铺底)组成,它的内轮廓与隧道相一致,但结构截面的厚度要比隧道大一些,并且结构坚固,可抵抗较大的推力。,1、路堑式拱形明洞 适用于:路堑边坡处于对称或接近对称;边坡岩层基本稳定;仅防有少量坍塌,难以用暗挖法修建的隧道时。,特点:承受对称荷载,拱、墙均为等截面,边墙为直墙式。要求:洞顶做防水层,上
12、面夯填土后,覆盖粘土层,并做纵向排水。2、偏压直墙式拱形明洞 适用于:两侧边坡高差较大的不对称路堑 特点:承受不对称荷载,拱圈为等截面,边墙为直墙式,外侧边墙厚度大于内侧边墙厚度,3、偏压斜墙式拱形明洞 适用于:地形倾斜,低侧处,路堑外侧有较宽敞的地面供回填土石,以增加明洞抵抗侧向压力的能力。特点:承受偏压荷载,拱圈等厚,内侧边墙为等厚直墙式,外侧边墙为不等厚斜墙式,4、半路堑单压式拱形明洞 适用于:傍山线路上半路堑地段 特点:荷载不对称,承受偏侧压力,拱圈为等截面,内侧边墙为等厚直墙,外侧设有耳墙的不等厚斜墙。,(二)棚式明洞(简称棚洞)1、盖板式明洞 由内墙、外墙、钢筋混凝土盖板组成的简支
13、结构。2、刚架式明洞 由外侧刚架、内侧重力式墩台结构、横顶梁及钢筋混凝土盖板组成。3、悬臂式棚洞,小结:1、洞门的类型。2、“早进晚出”的原则。作业:1、简述“早进晚出”的原则。,7.3 隧道附属建筑物 主要包括:避车洞、防排水设施和电力及通讯设备等。一、避车洞 定义:在隧道两侧边墙上交错均匀修建的用于人员躲避,放置线路维修车辆,料具等的洞室叫避车洞。,1、大避车洞 设置条件:隧道长度在300m400m时,在隧道内侧设置一个大避车洞;300m可不设;若隧道洞口接桥或路堑,当桥无避车台,路堑侧沟无平台时,应与隧道一并考虑,设置大避车洞。,设置要求:碎石道床的隧道内,每侧相隔300m布置一个大避车
14、洞;整体道床隧道内,每隔420m设置一个大避车洞.2、小避车洞 无论碎石,还是整体道床每侧边墙上应在大避车洞之间间隔60m(双线隧道按30m)布置一个小避车洞,3、避车洞底部标高 当避车洞位于直线上且隧道内有人行道时,避车洞底面应与人行道顶面齐平;无人行道时,避车洞底面应与人行道顶面齐平;隧道内采用整体道床时,应与道床面齐平;,当避车洞位于曲线上时,因为有外轨超高的影响,所以:二、防、排水设施“以排为主、截、堵、排水相结合”的综合治水方法。(一)截是截断地表水和地下水流入隧道的通路。,(二)堵是指衬砌防水,即堵注地下水从衬砌背后渗入隧道内(防水层、压浆)(三)排是将地下水排入隧道内,再经由洞内水沟排走(排水沟、盲沟)三、电力及通讯设施四、通风建筑物,小结:1、隧道附属建筑物的组成。2、避车洞的定义。,