西南交大大断面隧道设计技术.ppt
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1、大断面隧道大断面隧道高速铁路一般是:高速铁路一般是:l最高行车速度达到最高行车速度达到250km/h250km/h及以上的新建铁路及以上的新建铁路,和和l最高行车速度最高行车速度200km/h200km/h及以上的既有线提速铁路。及以上的既有线提速铁路。大断面隧道大断面隧道隧道断面一般以净空断面积(轨道以上内净空)来划分的。隧道断面一般以净空断面积(轨道以上内净空)来划分的。隧道断面划分隧道断面划分标标准准划分划分净净空断面空断面积积(m2m2)超小断面100大断面隧道大断面隧道我国高速我国高速铁铁路隧道路隧道净净空有效面空有效面积标积标准(准(m2)类别类别单线单线双线双线200km/h 客
2、运专线兼顾货物运输52(53.6)80(85)250km/h 高速铁路58(60)92300350km/h 高速铁路70100注:括号内数值为客运专线兼顾双层集装箱运输条件下,考虑特定接触网高度等因素的面积。因此,我国高速铁路隧道均属于大断面隧道。因此,我国高速铁路隧道均属于大断面隧道。大断面隧道大断面隧道云桂铁路正线隧道属于大断面隧道。双线隧道92m2 单线隧道60m2大断面隧道大断面隧道隧道断面也有以开挖断面积来划分的,例如:日本隧道断面划分划分划分开挖断面开挖断面积积(m m2 2)说说明明标准断面70-80双车道大断面100-140有人行横道的双车道超大断面140三车道隧道开挖面积约1
3、.4倍隧道净空断面积国外大断面隧道国外大断面隧道最大宽度:最大宽度:21.2m最大断面:最大断面:252m2世上最早的地下工程世上最早的地下工程公元前2180前2160年,巴比伦王朝修建了一条穿越幼发拉底河,从王宫到朱庇特庙的长约 900米的人行隧道.世界上最早的铁路隧道世界上最早的铁路隧道18291830年在英国建成的利物浦曼彻斯特铁路线上,出现了世界上最早的一座铁路隧道,全长达1190 米。从此,隧道偕同铁路一起在世界各国修建开来。日本青函隧道日本青函隧道日本青函隧道:日本青函隧道:世界上最长的一条隧道。为双线隧道,全长为53.86km,其中海底部分为23.3km。隧道为双线设计,标准断面
4、宽11.9米,高9米,断面80平方米。于1971年4月正式动工开挖主坑道。经过12年的施工,1983年1月27日,青函隧道的先导坑道打通。1988年3月13日,青函隧道正式通车,英法海底隧道英法海底隧道世界第二长铁路隧道,长50.5km,海底长37.9km,也是世界海底长度最长的海底隧道,跨越英吉利海峡连接英国和法国,即从英国的多佛尔到法国的加来。1990年12月1日,英法海底隧道开通,1994年5月7日正式通車。台湾海峡隧道台湾海峡隧道世界级特大工程世界级特大工程 世界最长的公路隧道世界最长的公路隧道洛达尔隧道洛达尔隧道挪威的洛达尔隧道:挪威的洛达尔隧道:最长的单洞公路隧道,长24.5km。
5、跨度最大的地下洞室跨度最大的地下洞室挪威1994冬季奥运会地下冰上曲棍球场,长90m,宽62m,高25m。RQD=67%,Q=9,无模筑混凝土衬砌,仅用9个月建成。世界第一条地铁世界第一条地铁1863年1月10日,世界上第一条地铁伦敦地铁运行长6.5km,由于当时电动机车尚未问世,机车牵引仍用蒸汽机车。尽管隧道里烟雾弥漫,但人们仍争着去坐,第一年就运载了乘客950万人。我国第一条地铁我国第一条地铁北京地铁北京地铁北京地铁是我国第一条地铁,一期工程于1965年动工,1969年10月通车试运行,宣告了中国没有城市地铁历史的结束。国内公路大断面隧道国内公路大断面隧道最大宽度:最大宽度:33 m世界海
6、拔最高的隧道世界海拔最高的隧道风火山隧道风火山隧道青藏铁路重点难点控制工程风火山隧道坐落于海拔超过5000米的青藏高原风火山上,全长1338米,轨面海拔高程为4905米,比秘鲁铁路的海拔最高点4817米高出88米,是世界海拔最高的隧道。为修建该隧道,施工单位研制建成了两座每小时可生产24立方米医用氧的世界海拔最高的大型医用制氧站,对洞内实行弥漫式供氧和氧吧车供氧。世界最长双洞公路隧道世界最长双洞公路隧道秦岭终南山公路隧道单洞全长18.02公里,于2007年1月建成通车。隧道通车后,秦岭天堑变为通途,西安至秦岭深处的柞水县城行车时间由原来的3小时缩短为40分钟。我国埋深最大隧道我国埋深最大隧道锦
7、屏辅助洞锦屏辅助洞锦屏辅助洞是锦屏水电枢纽前期的控制性工程。其作用是沟通东、西雅砻江的交通,为上下行分离式双洞特长隧道,单洞长约17.5km。最大埋深23752375m,其埋深大于1500m的洞段(12.8km)占隧洞全长的73.1%,位居世界之首。锦屏辅助洞穿越的设计地质剖面图锦屏辅助洞穿越的设计地质剖面图预测地下水位线预测地下水位线2375m900m国内铁路大断面隧道国内铁路大断面隧道最大宽度:最大宽度:21.2m最大断面:最大断面:257m2狗磨湾隧道狗磨湾隧道狗磨湾隧道位于襄渝铁路白河旬阳间。隧道长1285米,分别由884.45米单线隧道,140米渡线隧道及260.55米三线隧道组成。
8、最大开挖断面高13.2米,宽22米。1990年6月开工,1993年5月竣工。我国最早的隧道我国最早的隧道 褒斜道石门。位于陕西汉中市,隧洞长16.3米,宽4.2米。石门开凿于公元一世纪,始于汉明帝六年(公元63年),到九年(公元66年)4月建成,距今已有1900多年的历史,也是世界上最早的人工穿山隧道。我国最早的铁路隧道我国最早的铁路隧道台湾岛内的狮球岭隧道长261m,最大埋深61m,于年春开工,1890年夏建成。创下以下记录:中国最早建成的铁路隧道;中国最早建成的窄轨铁路隧道;中国最早建成的铁路单线隧道;中国最早建成的窄轨铁路单线隧道;二十世纪初成为历史古迹隧道设计和施工的发展趋势断面向着更
9、大、更宽的形式发展铁路隧道:170m2公路隧道:230m2大断面隧道施工方法的选择岩性较好的地层,采用台阶法;岩性较差的地层,采用分部开挖法。在浅埋、软弱地带需增加辅助施工方法l l开挖后的应力重分布变得不利。对于扁平的大断面图隧道来说,开挖后的应力重分布变得不利。对于扁平的大断面图隧道来说,开挖后的应力重分布变得不利。对于扁平的大断面图隧道来说,开挖后的应力重分布变得不利。对于扁平的大断面图隧道来说,随着高宽比(高度随着高宽比(高度随着高宽比(高度随着高宽比(高度/宽度)的减少,围岩内的最大主应力和衬宽度)的减少,围岩内的最大主应力和衬宽度)的减少,围岩内的最大主应力和衬宽度)的减少,围岩内
10、的最大主应力和衬砌拱顶处的最大弯矩急剧增加,与近圆形隧道相比,将出现更砌拱顶处的最大弯矩急剧增加,与近圆形隧道相比,将出现更砌拱顶处的最大弯矩急剧增加,与近圆形隧道相比,将出现更砌拱顶处的最大弯矩急剧增加,与近圆形隧道相比,将出现更大的塑性区和更大的变形,需要更强大的支护结构来保持隧道大的塑性区和更大的变形,需要更强大的支护结构来保持隧道大的塑性区和更大的变形,需要更强大的支护结构来保持隧道大的塑性区和更大的变形,需要更强大的支护结构来保持隧道的稳定的稳定的稳定的稳定 ;l l底脚处的应力集中过大底脚处的应力集中过大底脚处的应力集中过大底脚处的应力集中过大,要求较大的地基承载力。力学分析结要求
11、较大的地基承载力。力学分析结要求较大的地基承载力。力学分析结要求较大的地基承载力。力学分析结果表明果表明果表明果表明,开挖后围岩应力在侧壁处比较大。特别是侧压系数小开挖后围岩应力在侧壁处比较大。特别是侧压系数小开挖后围岩应力在侧壁处比较大。特别是侧压系数小开挖后围岩应力在侧壁处比较大。特别是侧压系数小时,开挖宽度越大时,开挖宽度越大时,开挖宽度越大时,开挖宽度越大,围岩中的切向应力越大,衬砌中轴力也越围岩中的切向应力越大,衬砌中轴力也越围岩中的切向应力越大,衬砌中轴力也越围岩中的切向应力越大,衬砌中轴力也越大。底脚处的应力集中过大大。底脚处的应力集中过大大。底脚处的应力集中过大大。底脚处的应力
12、集中过大,要求较大的地基承载力。要求较大的地基承载力。要求较大的地基承载力。要求较大的地基承载力。l l拱顶不稳定。隧道宽度的扩大将大大增加拱顶围岩内的拉应力,拱顶不稳定。隧道宽度的扩大将大大增加拱顶围岩内的拉应力,拱顶不稳定。隧道宽度的扩大将大大增加拱顶围岩内的拉应力,拱顶不稳定。隧道宽度的扩大将大大增加拱顶围岩内的拉应力,导致拱顶掉块等失稳现象。同时,拱顶处衬砌弯矩增加,导致导致拱顶掉块等失稳现象。同时,拱顶处衬砌弯矩增加,导致导致拱顶掉块等失稳现象。同时,拱顶处衬砌弯矩增加,导致导致拱顶掉块等失稳现象。同时,拱顶处衬砌弯矩增加,导致衬砌开裂。因此,隧道断面的增大造成拱顶不稳定。衬砌开裂。
13、因此,隧道断面的增大造成拱顶不稳定。衬砌开裂。因此,隧道断面的增大造成拱顶不稳定。衬砌开裂。因此,隧道断面的增大造成拱顶不稳定。大断面隧道的力学特点大断面隧道的力学特点l l较大的松弛地压。开挖宽度越大较大的松弛地压。开挖宽度越大较大的松弛地压。开挖宽度越大较大的松弛地压。开挖宽度越大,要求产生拱作用的埋深越要求产生拱作用的埋深越要求产生拱作用的埋深越要求产生拱作用的埋深越大大大大,在埋深作用不能发挥作用时在埋深作用不能发挥作用时在埋深作用不能发挥作用时在埋深作用不能发挥作用时,就会产生很大的松弛压力。就会产生很大的松弛压力。就会产生很大的松弛压力。就会产生很大的松弛压力。因此因此因此因此,大
14、断面隧道支护结构将承受更大的松弛荷载。大断面隧道支护结构将承受更大的松弛荷载。大断面隧道支护结构将承受更大的松弛荷载。大断面隧道支护结构将承受更大的松弛荷载。l l支护结构的承载力相对较小。跨度越大支护结构的承载力相对较小。跨度越大支护结构的承载力相对较小。跨度越大支护结构的承载力相对较小。跨度越大,扁平形状的拱形支扁平形状的拱形支扁平形状的拱形支扁平形状的拱形支护结构支护条件不利,相对承载力变小。护结构支护条件不利,相对承载力变小。护结构支护条件不利,相对承载力变小。护结构支护条件不利,相对承载力变小。位移大断面隧道大断面隧道最大主应力最大主应力大断面隧道大断面隧道大断面隧道设计大断面隧道设
15、计l高速铁路的大断面隧道与公路大断面隧道相比要小得多。l高速公路隧道断面积达到170-200m2,局部断面积甚至达230m2开挖宽度达23m以上。l我国最大断面的铁路隧道是位于设计时速达350公里的郑西高速铁路上的张茅隧道(全长8483米),其最大开挖断面面积达164平方米。大断面隧道设计大断面隧道设计包括:大断面隧道设计包括:l净空断面形式设计;净空断面形式设计;l衬砌结构设计;衬砌结构设计;l辅助坑道设计;辅助坑道设计;l防排水设计;防排水设计;l隧道洞口形式及景观设计;隧道洞口形式及景观设计;l防灾救援设计;防灾救援设计;l隧道内相关设施设计。隧道内相关设施设计。大断面隧道设计隧道断面设
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