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隧洞衬砌

隧洞洞壁的衬护结构。隧洞衬砌的功用是保证隧洞开挖后围岩稳定,使隧洞内表面达到预期的形状和尺寸;保护围岩免遭水流和大气的破坏作用;减少隧洞的表面糙率;防止渗漏;承受山岩压力,内、外水压力及其它荷载等。衬砌形式 隧洞衬砌的类型及所用的材料,应根据隧洞的功用、地质条件、水流条件、断面尺寸、受力状态、施工条件等因素综合分析比较确定。常见的衬砌形式有:①平整衬砌。

隧洞洞壁的衬护结构。隧洞衬砌的功用是保证隧洞开挖后围岩稳定,使隧洞内表面达到预期的形状和尺寸;保护围岩免遭水流和大气的破坏作用;减少隧洞的表面糙率;防止渗漏;承受山岩压力,内、外水压力及其它荷载等。

衬砌形式 隧洞衬砌的类型及所用的材料,应根据隧洞的功用、地质条件、水流条件、断面尺寸、受力状态、施工条件等因素综合分析比较确定。常见的衬砌形式有:①平整衬砌。用于围岩坚硬、致密、内水压力不大情况,它不承受荷载,可减小糙率,防止渗漏。通常采用混凝土、砌石、喷浆等做成护面。②单层衬砌。适用于中等地质条件,水头较高,洞径较大的情况,用混凝土、钢筋混凝土等建成。衬砌厚度及配筋数量根据强度计算、构造要求,并结合施工条件确定。③组合式衬砌。适用于一般地质条件或地质条件变化较大、水头和流速较高的隧洞。根据荷载、洞身断面尺寸及功用的不同,有各种组合形式:内层为钢板、钢丝网喷浆、外层为混凝土或钢筋混凝土;顶拱为混凝土或锚杆喷混凝土,边墙(拱)为混凝土、钢筋混凝土等等。④预应力衬砌。适用于高水头圆形有压隧洞,一般常用压力灌浆法预加应力。预应力衬砌有效地减少了衬砌厚度及开挖方量,但施工工序多,工艺复杂,技术要求较高,往往需较长工期。⑤装配式衬砌。由预制混凝土、钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土块组装而成,可边开凿边装配,有效地减轻劳动强度,加快了施工进度,能适应土质隧洞易于崩塌情况。由于衬砌中纵横接缝较多,整体性差,易渗漏。⑥锚喷衬砌。根据围岩条件及对衬砌要求的不同,可选用喷混凝土、锚杆、锚杆与喷混凝土,有时还加钢筋网等型式。这是20世纪50年代后发展起来的一项新技术。与其它衬砌相比,它的最大特点是,发挥了围岩的自承作用,与围岩共同工作,从而大大减小作用在支护上的压力。可节省水泥、木材及钢材的用量,减轻劳动强度,缩短工期(见喷锚)。

工作缝设置混凝土或钢筋混凝土衬砌设有横向及纵向工作缝,横向工作缝间距根据混凝土浇筑能力确定,属临时工作缝。为防止混凝土干缩、温度应力等对衬砌的影响,或在地质条件明显变化的地段(如断层两侧)和竖井与平洞交叉地段都需设置永久性横向变形缝,缝面进行防渗处理。纵向工作缝把衬砌按其所在部位分为顶拱、边拱和底拱几部分,其位置是在衬砌结构拉应力较小,又便于施工的部位。工作缝要进行凿毛处理或设一些插筋以加强洞身的整体性。

混凝土或钢筋混凝土衬砌的顶部由于衬砌自重及混凝土的收缩作用往往与围岩不能紧密结合,为充填衬砌与围岩间的空隙,在衬砌有一定强度以后通过预留管进行回填灌浆。当围岩不够完整,通过技术经济比较,需要进行固结灌浆时,其灌浆参数可通过工程类比或现场试验确定。

隧洞衬砌与围岩相互约束地工作,使衬砌的受力变形计算复杂化,常用的混凝土、钢筋混凝土衬砌计算方法,是将衬砌与围岩分开,把衬砌作为独立体。衬砌所受的荷载有山岩压力弹性抗力、内(外)水压力和自重等荷载。根据衬砌的结构特点、荷载作用的形式和施工条件等因素用结构力学弹性力学或有限单元等方法进行分析,求得衬砌各断面的内力,再进行混凝土、钢筋混凝土的开裂及配筋计算,至于将衬砌与围岩作为整体用有限单元法进行计算的方法,正在进行研究,并已取得一定成果。

现场浇筑的混凝土、钢筋混凝土衬砌的施工大体可分为准备工作和现场浇筑两部分。准备工作包括:修帮、清洗、排水、立模、设脚手(混凝土运输系统的准备)、绑扎钢筋、预埋灌浆管等;现场浇筑包括:混凝土搅拌、运输与浇筑等。由于隧洞衬砌是地下施工,工作面狭窄,工序又多,为照顾施工进度及劳力的分配,往往在一段洞线内各工种同时施工,要保证大多数时间内水、气、电线路及交通运输的畅通,其中的立模、扎筋、混凝土运输及浇筑四项工作对工期、质量及造价影响最大,占用劳动力较多。

洞内浇筑一般又按底拱、边拱及顶拱的先后次序进行,当岩层坚固时可先浇底拱而后边拱和顶拱,这样容易保证质量。当岩层较差,开挖洞径较大时,往往先浇顶拱,后浇边拱和底拱。这样容易保证安全。