山岭公路隧道衬砌内轮廓线的求法.doc

完整word)山岭公路隧道衬砌内轮廓线的求法
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, ,的垂直平分线，在断面对称轴上得到三个交点O1，O2、O3，取其中最高（至路面）者作为圆心O2。由于施工精度上要求a，b,c，d各点至少需要10cm以上的富裕量,所以在连线的延长线上取，以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，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。
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
l 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（600——800m)，使用射流风机已经足够。
l 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(根据选用的射流风机的实际尺寸确定)，例如取＝1。2m，取施工允许误差＝O。1m，则得点 e，作的垂直平分线并与断面对称轴相交于点Ol，以为半径作弧DHD’，即为拱部的内轮廓线.由建筑限界向外取富余量0.1m，引∥，求的垂直平分线与相交于O2,以为半径作弧并与相交于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）
l 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。
l 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8—10m2,属于小断面通风道。
l 内轮廓线确定方法：如图3。3。2（c）,取a、b为控制点，求平分线，在平分线上找一点ol，取o1A为半径(R1）作弧AB。在AB弧的延长线取点P，将与对称轴的交点o2作为圆心，划圆时要试作，使之在H点附近通过。所得到的ABPH即为内轮廓线。需要设置仰拱时,取（=R3)近似等于2倍的.
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延长与交于D), GD不应比其超过太多（以＜1m为限）。再在左右取点H，作的垂直平分线并与对称轴相交于O1,以为半径（R1 )划圆弧DHD',校核该弓形面积，调整到较预定面稍大为止。再次，求的垂直平分线与的交点O2，并以半径(R2）划弧AD，ADH即为内轮廓线。需要设仰拱时，取 R3 ＝2R1。
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 Section

1 衬砌内轮廊尺寸拟定
拟定衬砌内轮廓尺寸的各参数如图所示。已知、、、，求、和
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
(3.3.1)
式中:—-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5～10cm的施工误差;
-—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；
——内径r，画出的圆曲线的终点截面与竖直面的夹角；
——内径 r 1、r2的圆心o1与o2之间的水平距离。
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 1、r2及。其中:、——第一个内径和第二个内径;
——拱脚截面与竖直截面的夹角。
曲墙式边墙内径r3由参数H1及b 1确定,见图3.3.4。， ，
（3.3.2）
2．轴线与外轮廓线
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:
(3。3.3）
式中：，——外轮廓线半径； 、——轴线半径；、、、意义同前，均为已知为拱顶厚度，为拱脚截面厚度，二者都是预先设定的.
图3.3.5变截面拱圈尺寸的计算图式及水平线以上部分曲边墙尺寸计算图式
(3。3.4)
若预先设定和时，则水平线以上部分曲边墙尺寸计算公式如下:

若预先设定和时，则需先计算m及值：
(3.3。5)
水平线以下部分曲边墙外缘为斜线时，其斜线与以为半径的外轮廓线相切，见图3.3.6,通常、和为预先设定，有关尺寸按以下公式计算：
（3。3。6）
图3.3.6 边墙外缘斜线计算图
图3.3.7 三心圆平拱外轮廓线计算图

三心圆平拱衬砌外轮廓线的计算，见图3。3。7。通常、,、为预先设定，此时

(3。3。7）
公路隧道衬砌结构尺寸主要根据围岩坚固系数确定：
l 拱顶厚度
l 衬砌拱圈净矢高，为拱圈净跨径；
l 拱脚厚度;
l 边墙厚度；
仰拱厚度