公路隧道衬砌内轮廓线的求法

(1)圆形断面的作图

确定道路隧道内轮廓线时，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见图3.3.2(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ab,ac ,ad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a,b,c,d各点至少需要10cm以上的富裕量，所以在oa连线的延长线上取aA0.1m，以oA为半径划圆即得内轮廓线的基本部分。

图3.3.2 内轮廓线作图例

路面板下剩余的空间○S，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O'e2•OA。

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。

圆形断面常常用于盾构法和水下隧道、膨胀性围岩以及接近圆形的山岭隧道。

(2)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3.3.2(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GH1.0~1.2m(根据选用的射流风机的实际尺寸确定)，例如取GH＝1.2m，取施工允许误差He＝O.1m，则得点 e，作ed的垂直平分线并与断面对称轴相交于点Ol，以o1H为半径作弧DHD'，即为拱部的内轮廓线。由建筑限界ab向外取富余量0.1m，引AB∥ab，求bd的垂直平分线与o1D相交于O2，以o2D为半径作弧并与AB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，

(3)曲墙式衬砌断面(顶板以上设置通风道时)

 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3.3.2(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8—10m2，属于小断面通风道。

 内轮廓线确定方法：如图3.3.2(c)，取a、b为控制点，求ab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o1P与对称轴的交点o2作为圆心，划o2P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o3P(=R3)近似等于2倍的o2P。 例如需通风道断面积为20m2 时，用趋进法作图。如图3.3.2(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Gd交于D)， GD不应比其超过太多(以GDaF＜1m为限)。再在GD1.2~1.3GH左右取点H，作DH的垂直平分线并与对称轴相交于O1，以o1D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AD的垂直平分线与Do1的交点O2，并以o2A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。

3.3.3衬砌断面几何尺寸的拟定

Determining Size of Lining cross Section

1 衬砌内轮廊尺寸拟定

图3.3.3 内轮廓线计算图示

图3.3.4 边墙内径r3的计算图示

拟定衬砌内轮廓尺寸的各参数如图所示。已知a、b、f、1，求r1、r2和2

r1ar2cos2f r2sin2ab (3.3.1)

ar1r2sin1式中：b——公路建筑限界宽度，其值为行车道宽度加上两侧路缘带与行人行道宽度的总

和，两侧还应分别加上5～10cm的施工误差；

f——拱顶至拱脚的矢高，按通风量所需通风道面积确定，并保证拱轴线受力合理； 1——内径r，画出的圆曲线的终点截面与竖直面的夹角； a——内径 r 1、r2的圆心o1与o2之间的水平距离。

以上4个参数必须根据限界要求预先给定，代入（3.3.1）式后解出其余3个参数r 1、r2及2。其中：r1、r2——第一个内径和第二个内径； 2——拱脚截面与竖直截面的夹角。 曲墙式边墙内径r3由参数H1及b

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确定，见图3.3.4。ACO3ADB，

ADH1sin3b1cos3，ABH1b1

2H21b1r32(H1sin3b1cos3) (3.3.2)

390022 2．轴线与外轮廓线

对于拱的轴线和外轮廓线的计算，不存在困难。等截面拱的计算比较简便，变截面拱圈尺寸的计算，则比较繁琐，参见图3.3.5，可按以下公式计算：

R2mr2d0ddbd0d(r2d00.5d)m(r2d0)(1cos2)dcos2 (3.3.3)

r1'm'r10.5d0''r2mr20.5d00.5d(r20.5d00.25d)m'(r20.5d0)(1cos2)0.5dcos2''式中：R1，R2——外轮廓线半径； r1、r2——轴线半径；r1、r2、1、2意义同前，均为已知。d0为拱顶厚度，db为拱脚截面厚度，二者都是预先设定的。

R1mr1d0 若预先设定d0和db时，则水平线以上部分曲边墙尺寸计算公式如下：

m1'm1hbR3r3'b0dWmtg3m'tg3(r3r2)sin3hbmR2sin2hbm''r2sin2hbmtg3R3m1r3(3.3.4)

图3.3.5变截面拱圈尺寸的计算图式及水平线以上部分曲边墙尺寸计算图式

若预先设定d0和dw时，则需先计算m及db值：

 (3.3.5) 222dbR2msin2r2mcos2m 水平线以下部分曲边墙外缘为斜线时，其斜线与以R3为半径的外轮廓线相切，见图3.3.6，通常R3、H3和B3为预先设定，有关尺寸按以下公式计算：

dWd0sin211cos2aH322R3B3B32ah32[aHR(RB)] (3.3.6) 33332R3aa(H3h3)b3R3 图3.3.6 边墙外缘斜线计算图 图3.3.7 三心圆平拱外轮廓线计算图

三心圆平拱衬砌外轮廓线的计算，见图3.3.7。通常d0、dw，r1、r2为预先设定，此时

(3.3.7)

公路隧道衬砌结构尺寸主要根据围岩坚固系数确定：

 拱顶厚度d040~130cm

 衬砌拱圈净矢高f0(0.25~0.40)L0，L0为拱圈净跨径；  拱脚厚度db(1.2~1.4)d0；  边墙厚度dc(1.0~1.5)db； 仰拱厚度dj(0.5~0.8)d0