隧道工程施工论文
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● 1 洞门的作用[1]
隧道洞门的作用体现在以下几个方面:
(1)隧道洞门可以减少洞口土石方开挖量。洞口段范围内的路堑是根据地质条件以一定坡率开挖的,当隧道埋至较深时,开挖量较大,设置隧道洞门可以起到挡土墙的作用,减少土石方开挖量。
(2)稳定边坡、仰坡。修建洞门可以减小引线路堑的边坡高度,缩小正面仰坡的坡面长度,使边坡及仰坡得以稳定。
(3)引离地表水流。地表水流往往汇集在洞口,如不排除,将会侵害路线,妨碍行车安全。修建洞门可以把水流引入侧沟排走,确保运营安全。
(4)装饰洞口。洞口时隧道唯一外露部分,是隧道的正面外观。修建洞门可以起到装饰作用,特别在城市附近、风景区及旅游区内的隧道更应配合当地的环境,给予艺术处理,进行美化。
● 2 隧道洞门设计形式[2]
根据隧道洞口所处的地形、地质条件,洞门形式也有所不同,主要有如下几种:
2.1 洞口环框
当洞口石质坚硬稳定(I-II级围岩),且地形陡峻无排水要求时,可仅修建洞口环框,以起到加固洞口和减少洞口雨后滴水的作用。
2.2 端墙式(一字式)洞门
端墙式(一字式)洞门是最常见的洞门。它适用于地形开阔、石质较为稳定(II-III 级围岩)的地区,由端墙和洞门顶排水沟组成。端墙的作用是抵抗山体纵向推力及支持洞口正面上的仰坡,保持其稳定。洞门顶排水沟用来将仰坡流下来的地表水汇集后排走。
2.3 翼墙式(八字式)洞门
当洞口地质较差(IV级及以上围岩),山体纵向推力较大时,可以在端墙式洞门的单侧或双侧设置翼墙。翼墙在正面起到抵抗山体纵向推力,增加洞门的抗滑及抗倾覆能力的作用。两侧面保护路堑边坡,起挡土墙作用。翼墙顶面与仰坡的延长面相一致,其上设置水沟,将洞门顶水沟汇集的地表水引至路堑侧沟内排走。
2.4 柱式洞门
当地形较陡(IV级围岩),仰坡有下滑的可能性,又受地形或地质条件限制,不能设置翼墙时,可在端墙中部设置2个(或4个)断面较大的柱墩,以增加端墙的稳
定性。柱式洞门比较美观,适用于城市附近、风景区或长大隧道的洞口。
2.5 台阶式洞门
当洞门位于傍山侧坡地区,洞门一侧边坡较高时,为了提高靠山侧仰坡起坡点,减少仰坡高度,将端墙顶部改为逐级升高的台阶形式,以适应地形的特点,减少洞门圬工及仰坡开挖数量,也能起到一定的美化作用。
2.6 斜交式洞门
当隧道洞口线路与地面等高线斜交时,为了缩短隧道长度,减少挖方数量,可采用平行于等高线与线路呈斜交的洞口(洞门与线路中线的交角不应小于45°)。一般斜交式洞门与衬砌斜口段应整体灌注。由于斜交式洞口及衬砌斜口段的受力复杂,施工也不方便,所以只有在十分必要时才采用它。
2.7 喇叭口式洞门
高速铁路隧道,为减缓高速列车的空气动力学效应,对单线隧道,一般设喇叭口洞口缓冲段,同时兼作隧道洞门
2.8 明洞式洞门
当基岩完整,坡面较陡,地面水不大,采用重力式内墙开挖量较大时,可采用钢筋混凝土锚杆式内墙。外墙只承受由盖板传来的垂直压力,厚度较薄,要求地基承载力较小。当地形狭窄,山坡较陡,基岩埋至较深而上部地基稳定性较差时,为了使基础置于基岩上且减小基础工程,可采用钢架式外墙。
1 洞门的作用
隧道洞门的作用体现在以下几个方面:
(5)隧道洞门可以减少洞口土石方开挖量。洞口段范围内的路堑是根据地质条件以一定坡率开挖的,当隧道埋至较深时,开挖量较大,设置隧道洞门可以起到挡土墙的作用,减少土石方开挖量。
(6)稳定边坡、仰坡。修建洞门可以减小引线路堑的边坡高度,缩小正面仰坡的坡面长度,使边坡及仰坡得以稳定。
(7)引离地表水流。地表水流往往汇集在洞口,如不排除,将会侵害路线,妨碍行车安全。修建洞门可以把水流引入侧沟排走,确保运营安全。
(8)装饰洞口。洞口时隧道唯一外露部分,是隧道的正面外观。修建洞门可以起到装饰作用,特别在城市附近、风景区及旅游区内的隧道更应配合当地的环境,给予艺术处理,进行美化。
2 隧道洞门设计原则
隧道洞门位置应该根据地形、地质水文等条件,着重考虑仰坡及边坡的稳定,同时应该结合洞外有关工程及施工条件、运营要求,同时还要满足有关规范的要求,不能随心所欲,但我们可以利用这些因素进行巧妙的结合,使洞门建筑融汇于自然环境
当中,达到所需之目的。因此,在洞门设计构思时应考虑若干主要原则。
2.1 建筑与结构相结合的原则
洞门是隧道工程的门墙,其总体作用分为结构和美化两个方面。前者具有支持山体,稳定边坡并承受该处地层上的压力的作用,后者起到美化隧道的作用。前者是受力所需,后者是审美和艺术的需要。研究隧道洞门设计是研究建筑物的现象学,建筑物的外观在人们头脑中产生一种直觉,使他们意识受到影响并转变为感受理解。公众通常认为隧道洞门设计是类似于挡土墙,其实隧道洞门外墙的作用要比公众认为的大一些,其外部形式不仅仅是赏心悦目,从实用角度而言,它有着更深远的意义,它成为一种环境的隔膜,把外部自然环境与内部人工环境分开,并可将隧道与周围环境连接起来。建筑设计的艺术和科学就是把各种元素组合成一个建筑物的整体,将建筑与结构设计有机地结合起来,使之既美观又符合功能要求。
(图6 隧道洞门与周围结构相结合)
2.2 环境与意境相结合的原则
隧道洞门位置或在丛林之中,或在岩石之壁,或依山傍水,洞门所处的自然环境是得天独厚的。通过隧道所处的地理特点进行构思,它可丰富我们在洞门设计中意境构思的素材,将环境和意境结合起来就会构思出优美的洞门形式。
2.3 洞门形式与洞口地形相协调的原则
一座隧道采用什么形式的洞门,应结合隧道所处的地理位置、地形地貌情况、洞口场地的宽阔程度来确定,使之协调统一。
(图7 隧道洞门与洞口地形相结合)
2.4 外墙装饰与相邻建筑物相协调的原则
洞门外墙装饰对隧道建筑的美观效果和功能发挥起着很大的作用。一幢建筑物的设计效果除了它的立面造型、比例尺寸和功能分区等设计手法和风格有关外,还与其饰面材质的选用有关。外墙的装饰效果是通过对材料的色调、质感和线条三方面来体现。隧道洞口又称之为“洞脸”,脸是要装饰和打扮的,否则会失去应有的美丽。
3 隧道洞门设计形式
根据隧道洞口所处的地形、地质条件,洞门形式也有所不同,主要有如下几种:3.1 洞口环框
当洞口石质坚硬稳定(I-II级围岩),且地形陡峻无排水要求时,可仅修建洞口环框,以起到加固洞口和减少洞口雨后滴水的作用。
(图8 环框式洞口)