4.直线隧道净空
“直线隧道净空”要比“隧道建筑限界”稍大一些,除了满足限界要求外,还考虑了在不同的围岩压力作用下,衬砌结构的合理受力形状以及施工方便等因素。
(二)曲线隧道净空加宽 1.加宽原因
①车辆通过曲线时,转向架中心点沿线路运行,而车辆本身却不能随线路弯曲仍保持其矩形形状。故其两端向曲线外侧偏移(d外),中间向曲线内侧偏移(d内1)。
②由于曲线外轨超高,车辆向曲线内侧倾斜,使车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动了一个距离(d内2)。
2.加宽值的计算
(1)单线曲线隧道加宽值的计算
①车辆中间部分向曲线内侧的偏移
d内1= l2/8R
②车辆两端向曲线外侧的偏移
d外=(L2- l2) /8R
③外轨超高使车体向曲线内侧倾移
d内2= HE/150=2.7E 式中l——车辆转向架中心距,可取18m;
L——标准车辆长度,我国为26m; R——曲线半径(m);
H——隧道限界控制点自轨面起的高度;
E——曲线外轨超高值,其最大值不超过15㎝。
对于单线曲线隧道净空的加宽值为:
内侧加宽 W1= d内1+ d内2=4050/R+2.7E (㎝) 外侧加宽 W2= d外= 4400/ R (㎝)
总加宽 W= W1+ W2= d内1+ d内2+ d外 =8450/ R + 2.7E (㎝) (2)双线曲线隧道加宽值的计算
双线曲线隧道的内侧加宽值W1及外侧加宽值W2与单线曲线隧道加宽值的计算相同。即
内侧加宽 W1= d内1+ d内2= 4050/R+2.7E(㎝) 外侧加宽 W2= d外= 4400/ R (㎝)
内外侧线路中线间的加宽值W3 按以下两种情况计算:
当外侧线路的外轨超高大于内侧线路的外轨超高时 W3=8450/ R+ HE/150/2 (㎝)。
其它情况时 W3= 8450/R (㎝) 总加宽 W= W1+ W2+ W3 (3)曲线隧道中线与线路中线偏移距离
曲线隧道内外侧加宽值不同(内侧加宽大于外侧加宽),断面加宽后,单线曲线隧道中线与线路中线偏移距离d=(W1- W2)(㎝);双线曲线隧道内侧线路中线至隧道中线的距离d1=200-(W1- W2- W3)(㎝),双线曲线隧道外侧线路中线至隧道中线的距离d2=200+(W1- W2+ W3)(㎝)
3.曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接方法
隧道衬砌施工中,对不同宽度衬砌断面的衔接,可采用在衬砌断面变化点错成直角台阶的错台法及自加宽断面终点向不加宽断面延伸1m范围内逐渐过渡的顺坡法。
四、隧道衬砌的其它构造要求
1.隧道洞口段,比隧道中段受力复杂,除了受有横向的竖直与水平荷载以外,还受有纵向的推力荷载。所以,规范规定隧道洞口段应设置加强衬砌,并宜与洞身整体砌筑。其长度应根据地质、地形等条件确定,一般单线隧道洞口应设置不小于5m长的模筑混凝土衬砌,双线和多线隧道应适当加长;
2.围岩较差段的衬砌应向围岩较好地段延伸5~10m; 3.偏压衬砌段应延伸至一般衬砌段内5m以上;
4.不设仰拱的隧道应做底板,单线隧道其厚度不得小于20㎝,双线隧道其厚度不得小于25㎝;
5.对衬砌有不良影响的硬软地层分界处,应设置变形缝;
6.电力牵引的隧道,其长度大于2000m及位于隧道群地段和车站两端时,为了使接触网有良好的工作和维修条件,应根据需要设置接触网补偿下锚的衬砌段。
7.运营通风洞、联络通道等与主隧道连接处的衬砌设计应做加强处理。
五、隧道衬砌断面的初步拟定
隧道衬砌是超静定结构
断面设计步骤:初步拟定尺寸——计算内力——检算强度(安全量)——调整尺寸——重复上述计算,直到合适为止。
初步拟定结构形状和尺寸可采取经验类比的方法,考虑因素有:
1.内轮廓——选定净空形状
原则:紧贴限界,衬砌表面平顺圆滑。
2.结构轴线——抽象出进行计算的几何形状
隧道衬砌是一种受压结构,结构的轴线尽可能地符合荷载作用下的压力线。
当衬砌承受径向分布的静水压力时,结构轴线以圆形最合适。
当衬砌主要承受竖向荷载和不大的水平荷载时,结构轴线上部宜采用圆弧形或尖拱形,下部可以做成直线形(即直墙式)。
当衬砌承受竖向荷载的同时,又承受较大的水平荷载时,衬砌结构的轴线上部宜采用圆弧形或平拱形,下部可采用凸向外方的圆弧形(即曲墙式)。如果还有底鼓压力,或衬砌有沉陷的可能,则结构底部还应有凸向下方的仰拱为宜。
3.截面厚度——检算强度
要求设计的截面厚度具有足够的强度。 衬砌的最小厚度规定——满足施工要求。
第三节 隧道洞身支护结构的构造
一、整体式模筑混凝土衬砌
整体式模筑混凝土衬砌,是在坑道内树立摸板、拱架,然后浇灌混凝土而成。它是作为一个支护结构,从外部支撑着坑道围岩的,是一种传统衬砌结构形式。依照不同的地质条件,或是按照不同的围岩级别,又有:直墙式和曲墙式两种形式。
(一)直墙式衬砌
适用范围:地质条件比较好,属于我国铁路隧道围岩分类中的Ⅱ、Ⅲ级围岩,有时也可用于Ⅳ级围岩。围岩压力以竖向为主,几乎没有或仅有很小的水平侧向压力。
组成:上部拱圈、两侧竖直边墙和下部铺底。
顶部拱圈可采用圆弧形拱、坦三心圆拱或尖三心圆拱。洞内一侧设有排除洞内积水的排水沟。 特殊情况: ①半衬砌(省去边墙):注意在拱脚做平台以支撑拱圈,两侧岩壁喷浆敷面阻止风化和少量地下水的渗透。
②大拱脚:产生于先拱后墙法施工。 ③降低边墙建筑材料等级或采用花边墙:柱式边墙,连拱式边墙。