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公路隧道横断面设计指导书
公路隧道横断面设计指导书
设计步骤及要点
(一)、隧道横断面设计
1、隧道建筑限界确定
根据公路等级进行隧道建筑限界设计,结合隧道设计规范确定各尺寸。隧道建筑限界根据隧道长度等有四个:
①、主洞建筑限界
②、有紧急停车带的建筑限界
③、行车横洞建筑限界
④、行人横洞建筑限界。
在绘制建筑限界时各部分尺寸都要标注清楚。
2、隧道衬砌内轮廓线确定
根据公路等级进行隧道衬砌内轮廓线设计,结合隧道设计规范确定各尺寸。隧道衬砌内轮廓线根据隧道长度等有两个:
①、主洞衬砌内轮廓线
②、有紧急停车带的衬砌内轮廓线
隧道衬砌内轮廓线的确定方法:
①、按单心圆设计
根据确定的建筑限界和隧道设计规范要求富余10cm,确定圆心和半径画出单心圆衬砌内轮廓线。一般适用地铁、水工隧道或小断面隧道等。
②、按三心圆设计
三心圆断面受力较好,在设计时常采用,设计时采用工程类比法确定三个圆心及半径画衬砌内轮廓线。
③、按五心圆设计
五心圆断面受力也较好,但圆弧较多,较复杂。设计时采用工程类比法确定五个圆心及半径画出衬砌内轮廓线。
3、作图法确定隧道衬砌内轮廓线
①、圆形断面的作图
确定隧道内轮廓线时,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如图1(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ab,c,d各点至少需要10cm以上的富量,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。
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。
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。
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曲墙式衬砌断面
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。
①、单心圆断面
.基本几何方程
单心圆的内轮廓形状如图2所示。与内轮廓线有关的参数有:R、A、d0、d1、d2、d3、d4、d6、d7、d8 、h1。这些参数并不是完全独立的,它们存在以下关系:
其中:
——道路中线与隧道中线的距离
——圆心距路线设计标高的距离;
——内轮
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