山岭公路隧道衬砌内轮廓线的求法_1

公路隧道衬砌内轮廓线的求法公路的内轮廓线是衬砌的完成线， 在内轮廓线之内的空间， 即为隧道 的净空断面， 该线应满足所围成的断面积最小， 适合围岩压力的特点，以既经济有适用为目的。衬砌的外轮廓线指为保持净空断面的形状， 衬砌必须具有足够的厚度 为保证衬砌的厚度， 侵犯该线的山体必须全部开挖掉， 该线成为最小开挖线。(1)圆形断面的作图确定道路隧道内轮廓线时， 以公路建筑限界为基准， 并附加上通风所需要的 断面。如果有侧压力则需要设置仰拱， 设仰拱时应考虑水压力。在膨胀性山体和 受到大水压时， 通常把圆形闭合断面作为基本形状。圆形断面内轮廓线作图见图3.3.2(a)。 假定公路建筑限界已确定，其控制点为 a,b,c,d 四个点。分别作ab ,ac ,ad 的垂直平分线，在断面对称轴上得到三个交点 O ,O 、O ，取其中最1 2 3高(至路面)者作为圆心 O 。由于施工精度上要求 a,b,c,d 各点至少需要 10cm 以2上的富裕量，所以在 oa 连线的延长线上取aA 0.1m ，以 oA 为半径划圆即得内轮廓线的基本部分。图 3.3.2 内轮廓线作图例路面板下剩余的空间S，可以用做通风和通路， 除了膨胀性岩体及水压很大时需要设置仰拱外， 一般可不设置， 此时路面板下可用于埋设排水构造物。排水构造 物的敷设深度，除高寒地区设保暖水沟外， 一般 0.5m 是足够的。当侧压力大需设置仰拱时，其半径O'e 2 . OA 。建筑限界的两侧空余地方， ab 之间可以作为设置事故电话和放置灭火器的 地方， bc 之间可以安装照明灯具。圆形断面常常用于盾构法和水下隧道、膨胀性围岩以及接近圆形的山岭隧 道。(2)直墙式衬砌断面. 适合情况：围岩较好， 一般不产生较大的侧压力，不需要设仰拱，可以 采用直墙，此时隧道的净断面积最小，如图 3.3.2(b)。适用于无明显断层和围 岩结构完整的地质条件，如果隧道长度不很长(600800m)，使用射流风机已经足够。. 内轮廓线确定方法：如果在建筑限界以上设置射流风机 ，则应使GH = 1.0 1.2m (根据选用的射流风机的实际尺寸确定)，例如取GH 1.2m ，取 施工允许误差 He O.1m ，则得点 e，作 ed 的垂直平分线并与断面对称轴相交于点 O ，以o H 为半径作弧 DHD'，即为拱部的内轮廓线。由建筑限界 ab 向外取富l 1余量 0.1m，引 AB ab ，求bd 的垂直平分线与o D 相交于 O ，以o D 为半径作 1 2 2弧并与AB 相交于 B，与 DHD' 相交于 D，则 ABDH 即为内轮廓线。这是一个坦三心 圆拱，(3)曲墙式衬砌断面(顶板以上设置通风道时). 适合情况：长隧道，需要全横向通风或半横向通风时，或所需通风量较 大，通风道断面积也会较大，此时顶板要变宽，拱高需增大，如图 3.3.2(d)。 如果设在路面板以下，则车道板必须采用钢筋混凝土结构，造价很高。. 设置通风道的原则：是既要使通风道的断面积小，又要使内轮廓线与建 筑限界的侧墙部分的剩余空间最小，还要使拱部与侧墙伪内轮廓线过渡圆滑，适 合受力特点。例如隧道长度为 1km 左右的隧道，由两个洞口进行半横向通风时， 所需通风道面积约为 810m2 ，属于小断面通风道。. 内轮廓线确定方法：如图 3.3.2(c)，取 a、b 为控制点，求ab 平分线， 在平分线上找一点 o ，取 o A 为半径(R1)作弧 AB。在 AB 弧的延长线取点 P，将o Pl 1 1与对称轴的交点 o 作为圆心， 划o P 圆时要试作， 使之在 H 点附近通过。所得到2 2的 ABPH 即为内轮廓线。需要设置仰拱时，取 o P (=R )近似等于 2 倍的o P 。3 3 2例如需通风道断面积为 20m2 时， 用趋进法作图。 如图 3.3.2(d)，首先在 Gd 的延长线上取点 D，使 DG 约等于建筑限界宽度的一半 ( 试取时可将 ab 延长与Gd 交于 D)，GD 不应比其超过太多(以GD aF 1m 为限)。再在GD 1.2 1.3GH 左右取点 H，作 DH 的垂直平分线并与对称轴相交于O ，以o D 为半径(R )划圆弧1 1 1DHD ，校核该弓形面积， 调整到较预定面稍大为止。再次，求AD 的垂直平分线与Do 的交点 O ，并以o A 半径(R )划弧 AD，ADH 即为内轮廓线。需要设仰拱时，1 2 2 2取 R 2R 。3 1开挖断面积大于 100m2 的长大隧道， 断层、不良地质等影响更大。 可考虑设 置通风竖井及平行导坑进行通风， 使隧道本身断面尽量缩减到最小程度。3.3.3 衬砌断面几何尺寸的拟定Determining Size of Lining cross Section1 衬砌内轮廊尺寸拟定图 3.3.3 内轮廓线计算图示图 3.3.4边墙内径 r3 的计算图示拟定衬砌内轮廓尺寸的各参数如图所示。 已知a 、b 、 f 、Q ，求1r 、1r 和Q2 2r + a - r cosQ1 2 2r sinQ - a = ba2 21 sinQ 2r + = r1)= f |J(3.3.1)式中：b公路建筑限界宽度， 其值为行车道宽度加上两侧路缘带与行人行道宽度的总和，两侧还应分别加上 510cm 的施工误差；f 拱顶至拱脚的矢高，按通风量所需通风道面积确定，并保证拱轴线受力合理；Q 内径 r，画出的圆曲线的终点截面与竖直面的夹角； 1a 内径 r 、r 的圆心 o 与 o 之间的水平距离。1 2 1 2以上 4 个参数必须根据限界要求预先给定，代入（3.3.1）式后解出其余 3 个参数 r 、1r 及Q 。其中： r 、 r 第一个内径和第二个内径；2 2 1 2Q 拱脚截面与竖直截面的夹角。 2曲墙 式边墙 内径 r 由参数 H 及 b 确 定 ， 见 图 3.3.4。3 1 1AD = H sinQ +b cosQ ， AB = H 2 + b 21 3 1 3 1 1r= H 21 + b12 )|3Q3= 9(2)H0-1 Q(si)Q3 + b1 cosQ3 ) J|2轴线与外轮廓线ACO3父 ADB,(3.3.2)对于拱的轴线和外轮廓线的计算，不存在困难。等截面拱的计算比较简便，变截面拱圈尺寸的计算，则比较繁琐，参见图 3.3.5，可按以下公式计算：1 1 0 |r2( ') = m' + r2 + 0.5d0 |R = m + r + d )R2 = m + r2 + d0 |m(d) db - d0d( r2 + d0 + 0.5d ) |( r + d )(1 - cosQ ) - dcosQ r1( ') = m'2 + r1 0.5d0 2 2 |0.5d( r + 0.5d + 0.25d ) |( r2 +0.5d0 )(1 - cosQ2 ) - 0.5dcosQ2 Jm' = 2 0 |式中： R1均为已知。,R 外轮廓线半径； r ' 、 r ' 轴线半径； r 、 r 、Q 、2 1 2 1 2 1d 为拱顶厚度， d 为拱脚截面厚度，二者都是预先设定的。0 bQ2(3.3.3)意义同前，m =1m' =1h =bR =3r' =3b =0d =Wm )tgQ|3m'R2 + b