衬砌结构
隧道衬砌结构形式的选择与设计
隧道衬砌结构形式的选择与设计隧道是现代交通建设的重要组成部分，为了确保隧道的安全和持久性，衬砌结构的选择和设计显得尤为重要。
衬砌结构的形式因地质条件、隧道用途和材料等多种因素而异，合理的选择和设计能够提高隧道的承载能力、防护能力和使用寿命。
在隧道衬砌结构设计中，常见的形式包括刚性衬砌和柔性衬砌两种。
刚性衬砌一般使用混凝土或钢筋混凝土作为材料，具有较高的强度和刚度，能够有效支撑土体和承受外部荷载。
刚性衬砌结构适用于地质条件较为稳定的地区，如岩石地层，能够为隧道提供良好的垂直支撑和水平限制。
另一种常见的衬砌结构形式是柔性衬砌，它使用聚合物材料或钢筋网格等柔性材料构成。
柔性衬砌能够适应地质条件的变化，具有较好的变形能力和适应性，能够有效缓解隧道结构因地质条件变化引起的应力和变形。
柔性衬砌结构适用于地质条件较为复杂且不稳定的地区，如软土地层或断层带等，能够降低地层位移对隧道的影响。
在实际工程中，根据不同的地质条件和隧道用途，通常会选择刚性衬砌和柔性衬砌的组合形式。
即在隧道的底部和侧面选择刚性衬砌，而在隧道顶部选择柔性衬砌。
这样的设计既能够提供足够的支撑和保护，又能够适应地质条件的变化。
除了衬砌的形式，衬砌的厚度也是设计过程中需要考虑的重要因素。
衬砌的厚度直接关系到隧道的强度和稳定性。
一般来说，较为稳定的地质条件下，衬砌的厚度可以适当减小；而在地质条件较为复杂或不稳定的地区，衬砌的厚度则需要增加以提高隧道的抗变形能力和稳定性。
此外，隧道衬砌结构还需要考虑防水和排水等工程要求。
隧道作为地下工程，常常受到地下水的浸泡和渗透，因此设计中必须采取相应的措施来保证隧道的防水性能。
同时，隧道衬砌结构还需要设置适当的排水系统，快速排除积水，确保隧道的安全使用。
综上所述，隧道衬砌结构形式的选择与设计在地下工程中具有重要作用。
通过合理的选择和设计，能够提高隧道的承载能力、防护能力和使用寿命，确保隧道的安全和可靠性。
而混合采用刚性衬砌和柔性衬砌的组合形式，能够更好地适应地质条件的变化。
隧道工程(5) 衬砌结构设计
初期支护设计
间接类比法一般是根据现行锚喷支护技术规范，按 其围岩级别表及锚喷支护设计参数确定拟建工程的锚喷 支护类型与参数。
初期支护设计
（二）锚喷支护的类型及参数表 锚喷支护参数应当是广义的、既包括支护类型、支
护参数，又应包括开挖方法，仰拱施作时间和最终支护 时间等。
不过我国目前的锚喷支护规范还没有达到这一水 平，只是规定了最终支护的施作时间。而在锚喷支护参 数表中只给出了锚喷支护类型与参数。
③ 摩擦型锚杆有:缝管锚杆、楔管锚杆、水胀 锚杆等。
④ 预应力锚杆。
锚杆类型 ① 全长粘结型
全长粘结型
② 端头锚固型
端头锚固型
③ 摩擦型 ④ 预应力型
涨壳式锚杆
南非贝尔公司 涨壳锚杆
法国生产的 涨壳锚杆
机械固定与胶结料固定相结合的锚杆
涨壳式中空灌浆锚杆
美国威廉姆斯(williams)生产的涨壳式锚杆结构
防水层 — 内外层衬砌之间的防水层可以用软聚氯乙 烯薄膜、聚异丁烯片、聚乙烯片等防水卷材，或用 喷涂乳化沥青等防水剂
复合式衬砌最适宜在Ⅱ～Ⅵ级围岩中使用，是我国 公路、铁路部门推荐采用的衬砌结构形式 遇到下列情况时，应慎重对待。必要时应辅以相应 的加固措施。 •- 拱顶以上覆盖厚度小于隧道直径时； •- 有明显偏压力时； •- 在无自稳能力的未胶结砂砾石地层中时； •- 在大膨胀性的地层中时； •- 在大涌水的地层中时； •- 在严重冻害的地区中时。
5 衬砌结构设计（新奥法）
5.1 建筑材料 5.2 结构参数经验法选取 5.3 结构参数理论计算校核
5.1常用建筑材料
❖ 混凝土C50,C40,C30,C25,C20,C15、C10 ❖ 石材MU100, MU80, MU6O, MU50, MU40 ❖ 水泥砂浆M25,M20,M15,M10,M7.5,M5 ❖ 喷射混凝土C30,C25,C20 ❖ 混凝土砌块MU30 , MU20 ❖ 钢筋HPB235 , HRB335 , HRB400 ❖ 锚杆的杆体直径宜为20一32mm，杆体材料宜
盾构隧道衬砌结构及计算
2021年3月第9章盾构隧道衬砌结构1.基本概念1.1隧道衬砌隧道衬砌，英文为Tunnel Lining 。
盾构隧道的衬砌一般为预制管片，预制管片英文为Segment 。
1.2衬砌结构分类（1）按施工方法分类衬砌分为：预制管片、二次浇筑衬砌即拼装管片的内部，做了现浇的二次衬砌、压注混凝土衬砌（ECL 工法）。
是否需要内部做二次衬砌，取决于隧道的用途及结构计算，例如南水北调工程穿越黄河的盾构隧洞及珠江三角洲水资源配置工程盾构隧洞，就做了内部二衬。
（2）按材料分类，管片可分为：钢筋混凝土管片（RC ）（如图9.1所示）、铸铁管片、钢管片、钢纤维混凝土管片、合成材料。
图9.1盾构管片试拼装（佛山地铁）（错缝拼装，5+1块）1.3管片外形与尺寸管片外形可分为四边形的，六角蜂窝形的。
四边形的，例如：深圳地铁快线长隧道，例如11号线、14号线等。
管片外径6700mm ，内径6000mm ，厚度350mm ，宽度1.5m ，纵向螺栓16个，管片分度22.5°，采用左右转弯环+标准环的形式。
管片统一采用1+2+3形式（即：1块封顶块（F ），2块邻接块（L1）、（L2）、3块标准块（B1）、（B2）、（B3））。
止水条采用三元乙丙橡胶及遇水膨胀橡胶条，如图9.2所示。
K 块图9.2用于深圳地铁的Փ6700盾构管片（14号线，2020年）日本的一个六角形管片的案例，并采用插销式接头的案例：隧道直径为Ф6600mm，单线隧道衬砌主要采用6等分的RC平板型管片，环宽1600mm，厚320mm，管片连结采用新研制的FAKT插销式接头。
部分段采用环宽1250mm、厚250mm的蜂窝形RC管片。
如图9.3、图9.4所示。
图9.3日本的六角蜂窝状管片示意图图9.4在盾构隧道中待拼装的六角形管片（傅德明2012）中国在引水隧道中也用过六角形管片（山西万家寨引水工程）。
1.4管环类型：为了满足盾构隧道在曲线上偏转及蛇行纠偏的需要，应设计楔形衬砌环。
复合式衬砌的组成
复合式衬砌的组成一、什么是复合式衬砌复合式衬砌是一种由不同材料组合而成的衬砌结构，常用于耐高温、耐磨损等工业设备中。
它具有优秀的耐火性能和机械性能，能够抵御各种极端工作条件的侵蚀和磨损。
二、复合式衬砌的组成复合式衬砌通常由以下几个部分组成：1. 基础材料基础材料是复合式衬砌的主要组成部分，它们提供整体结构的稳定性和可靠性。
常见的基础材料包括陶瓷基体、金属基体和陶瓷纤维等。
这些材料具有良好的耐火性能和机械性能，能够承受高温和压力的作用。
2. 衬层材料衬层材料是复合式衬砌的主要工作层，它们直接接触到工作环境，并起到保护基础材料的作用。
根据不同的工作条件，衬层材料可以选择不同的材料，如耐酸陶瓷、耐碱陶瓷、耐磨陶瓷、耐渣陶瓷等。
这些材料具有优异的抗腐蚀和耐磨损性能，能够有效延长设备的使用寿命。
3. 粘结剂粘结剂是复合式衬砌中起到粘合作用的材料，它将基础材料和衬层材料牢固地粘接在一起。
常见的粘结剂有硅酸盐、水泥、树脂等。
选择合适的粘结剂对于提高复合式衬砌的稳定性和密封性至关重要。
4. 基础层基础层是复合式衬砌的底层，它用于承受设备的重量和外力作用，并提供稳定的基础支撑。
基础层通常由耐火砖、耐火浇注料等材料构成，其强度和稳定性能够满足设备的要求。
三、复合式衬砌的制作工艺复合式衬砌的制作工艺主要包括以下几个步骤：1. 原材料准备根据需要选择合适的基础材料、衬层材料和粘结剂，并进行相应的加工和制备。
确保原材料的质量和性能符合要求。
2. 模具制作根据设备的形状和尺寸，制作相应的模具。
模具的设计和制作需要考虑到衬砌结构的复杂性和精确性。
3. 材料浇注将基础材料、衬层材料和粘结剂按照一定的比例混合均匀，并在模具中进行浇注。
确保材料的密实性和均匀性。
4. 固化和烘干根据不同的材料和粘结剂，进行相应的固化和烘干工艺。
这可以使衬砌结构达到设计要求的强度和稳定性。
5. 完工处理完成衬砌结构的制作后，进行相应的表面处理和检验工作。
衬砌结构计算
衬砌结构计算一、基本资料某公路隧道，结构断面尺寸如下图，内轮廓半径为5.4m，二衬厚度为0.45m。
围岩为V 级，重度为19kN/m3，围岩弹性抗力系数为1.6×510kN/m3，二衬材料为C25 混凝土，弹性模量为28.5GPa，重度为23 kN/m3x0y二、荷载确定1.根据式（1-21），围岩竖向均布压力：q=0.45*1-s2*γ*ω式中：s---围岩级别，此处s=5；γ---围岩重度，此处γ=19KN/m ³ω---跨度影响系数，ω=1+i(m l -5),毛洞跨度m l =(5.4+0.45)*2+2*0.06=11.82m,其中0.06m 为一侧平均超挖量，m l =5—15m 时，i=0.1，此处ω=1+0.1*(11.82-5)=1.682所以，有：q=0.45*1-52*19*1.682*0.5=115.04875(kPa) 此处超挖回填层重忽略不计2.围岩水平均布压力：e=0.4q=0.4*115.04875=46.0195(kPa)三．衬砌几何要素 1.衬砌几何尺寸 内轮廓线半径1r =5.4m 外轮廓线半径1R =5.85m 拱轴线半径'1r =5.625m2.半拱轴线长度S 及分段轴长△S半拱轴线长度S=°180θπ'1r =°180°104* *5.625=10.210(m) 将半拱轴线等分为8段，每段轴长为：△S=8S =8210.10=1.27625（m)3.各分块接缝（截面）中心几何要素i α=8104ii 1y ='1r (1-cos i α) i 1x ='1r sin i αE1Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7E2E3E4E5E6E7E8G3G4G1G5G6G2G7G8R4R5R6R7R8qb1b2b3b4b5b6b7b8h1h2h3h4h5h6h7h8附图 衬砌结构计算图示四．计算位移 1.单位位移用辛普生法近似计算，按计算列表进行。
衬砌结构内力计算的基本原理
衬砌结构内力计算的基本原理衬砌结构是指在主体结构外部设置的一层砌体或混凝土结构，用于保护主体结构、增加结构的承载能力或改善结构的外观。
衬砌结构的内力计算是为了确定衬砌结构在受力状态下的应力和变形情况，以评估结构的安全性和稳定性。
在进行衬砌结构内力计算时，需要确定以下几个基本参数：1. 荷载：衬砌结构所受到的荷载是计算内力的基础。
荷载可以分为静态荷载和动态荷载，其中静态荷载包括自重、外部荷载和附加荷载，动态荷载则考虑结构的振动和冲击等因素。
2. 材料性质：衬砌结构所使用的材料的力学性质是计算内力的重要依据。
例如，衬砌砖的强度、混凝土的抗压强度和抗拉强度等。
3. 结构几何形状：衬砌结构的几何形状决定了其受力分布和应力状态。
例如，衬砌结构的厚度、高度、曲率等。
基于上述参数，我们可以通过以下步骤进行衬砌结构内力计算：1. 确定荷载：根据实际情况和设计要求，确定衬砌结构所受到的荷载。
这包括静态荷载和动态荷载的计算。
2. 划分受力区域：根据衬砌结构的几何形状和荷载分布，将结构划分为若干个受力区域。
每个受力区域内的荷载可以近似为均匀分布或集中在某一点或线上。
3. 计算内力：对于每个受力区域，根据所受荷载的性质和结构的几何形状，可以采用静力学原理或弹性力学理论计算衬砌结构的内力。
这包括计算受力区域内的剪力、弯矩和轴力等。
4. 考虑材料性质：根据所使用的材料的力学性质，可以计算出衬砌结构内力引起的应力和变形。
这包括计算衬砌砖或混凝土的应力、变形和位移等。
5. 评估结构安全性：根据计算得到的内力和应力，可以评估衬砌结构的安全性和稳定性。
如果内力和应力超过了材料的承载能力，则需要采取相应的加固措施。
衬砌结构内力计算是基于结构荷载、材料性质和结构几何形状等参数，通过静力学和弹性力学理论，计算衬砌结构内力和应力，以评估结构的安全性和稳定性。
这是衬砌结构设计和施工中重要的一步，可以为结构的优化和加固提供依据。
衬砌结构
件，节省劳力。目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道中采用。
围岩地质条件，但是若作为永久衬砌，一般考虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩良好、 完整、稳定的地段中采用。
•
复合式衬砌 — 是一种较为合理的结构形式，适用于多种围岩地质条
件， 有其广阔的发展前途。
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 隧道衬砌的建筑材料及要求 - 混凝土与钢筋混凝土
强度足够而且耐久； 能立即承受荷载；
隧道构造设计
---洞身支护结构的构造
•
装配简便，构件类型少，形式简单，尺寸统一，便于工业化制做和机 械化拼装；
• •
构件尺寸大小和重量适合拼装机械的能力；
有防水的设施
- 喷锚支护 - 喷射混凝土支护层
•
喷射混凝土的拌和材料是：标号不低于325号的普通硅酸盐水泥和粒经
H—净高，一条公路应用一个净高，高速公路和一级、二级公路为5.0m； 三、四级公路为4.5m；
E—建筑限界顶角宽度，当L≤1m时，E=L；当L＞1m时，E=1m； L—侧向宽度，高速公路、一级公路的侧向宽度为硬路肩宽度（L1或L2）， 其它各级公路的侧向宽度为路肩宽度减去0.25m；
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
直线隧道净空— 要比“隧道建筑限界”稍大一些，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（拱部采用三心圆，边墙采用 直墙式或曲墙式）以及施工方便等因素。
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
基本建筑限界
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
最大级超限货物装载限界
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
连拱式 边墙衬砌
• • •
适用于地质比较差，岩石松散破碎，强度不高，又有地下水，侧向水
隧道衬砌结构知识、原理和衬砌计算及设计公式
隧道衬砌结构知识、原理和衬砌计算及设
计公式
简介
隧道衬砌结构是用于支撑和保护隧道壁面的一种结构。
衬砌的设计和计算是确保隧道的安全和稳定性的重要步骤。
衬砌结构类型
隧道衬砌结构通常包括以下几种类型：
1. 塑料管衬砌：使用塑料管来加固和保护隧道壁面。
2. 预制混凝土片衬砌：使用预制混凝土片来支撑和保护隧道壁面。
3. 钢筋混凝土衬砌：使用钢筋混凝土结构来加固和保护隧道壁面。
衬砌计算及设计公式
在进行隧道衬砌的计算和设计时，需要考虑以下因素：
1. 隧道直径：隧道的直径是确定衬砌结构尺寸和类型的关键因素。
2. 地层情况：地层的稳定性和承载能力将影响衬砌的安全性和设计方法。
3. 水压情况：如果隧道处于水下或水土压力较大的地区，需要考虑水压对衬砌的影响。
根据以上因素，可以使用以下公式进行衬砌计算和设计：
1. 隧道衬砌尺寸计算公式：根据隧道直径和地层参数计算衬砌的合适尺寸。
2. 衬砌材料选择公式：根据地层情况和环境条件选择合适的衬砌材料。
3. 衬砌厚度计算公式：根据地层情况和水压情况计算衬砌的合适厚度。
结论
隧道衬砌结构的知识、原理和衬砌计算及设计公式对于确保隧道的安全和稳定性至关重要。
根据隧道的直径、地层情况和水压情况等因素，可以选择合适的衬砌结构类型，并使用相应的公式进行计算和设计。
隧道衬砌结构
5．喷射混凝土
喷射混凝土是将混凝土干拌和料、速凝剂和水，用混凝土 喷射机高速喷射到洁净的岩石表面上凝结而成。 其密实性较高，能快速封闭围岩的裂隙。密贴于岩石表面， 早期强度高，能很快起到封闭岩面和支护作用，另外在喷 射混凝土中可加入纤维类材料提高其性能，是一种理想的 衬砌材料。 在普通铁路隧道中，喷射混凝土材料可用作中内层衬砌， 但其强度等级不低于C20，使用的水泥标号不低于32.5号， 并优先选用普通硅酸盐水泥。细骨料采用坚硬耐久的中砂 或粗砂，细度模数宜大于15，砂的含水率宜控制在5%— 7%；粗骨料采用坚硬耐久的卵石或砾石，粒径不应大于 15mm。 我国高速铁路隧道不使用喷射混凝土作为内层衬砌。
主体建筑物附属建筑物为了保持隧道的稳定和行车安全而修建的人工永久建筑物隧道结构构造主体构造物以外保证隧道正常使用所需的各种辅助设施洞身结构洞门明洞第一节洞身衬砌第三节隧道洞门第二节明洞第四节隧道附属建筑物第一节洞身衬砌二整体式模筑混凝土衬砌单层衬砌一隧道衬砌的概述三装配式衬砌四锚喷式衬砌五复合式衬砌六其它衬砌结构的类型七隧道衬砌的其它构造要求一衬砌概念三衬砌类型二衬砌材料第一节洞身衬砌一衬砌概念广义地说可以把人工修筑的支护结构统称为衬砌
3.钢筋混凝土
主要用在洞门、明洞衬砌等明挖地段，或者当隧道通过地震 区、偏压、通过断层破碎带或淤泥、流砂等不良地质地段。
4．石料和混凝土预制块
优点 可就地取材、降低造价、可保证衬砌厚度并能较早地承受 荷载，可以节省水泥和模板，耐久性和耐侵蚀性能较好。
缺点
整体性差，砌缝多容易漏水，防水性能较差，施工主要靠 手工操作，难于机械化施工，费工、费时，施工进度较慢， 而且砌筑技术要求高。 洞门挡墙、挡土墙、明线路缘石等仍可使用。 块石强度等级不应低于MU60，砌块强度等级不应低于 MU20，有裂缝和易风化的石材不应采用。
隧道衬砌结构
③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，为了节省圬工，采用大拱脚薄边墙衬砌
最大的问题是大拱脚支座施工困 难，在非均质岩层中很难用钻爆 法做出整齐稳定的支座。
（三）公路隧道整体式衬砌设计基本要求
公路隧道一般跨度较大，内轮廓接近限界的高宽比较铁路 双线隧道为小，拱部一般较铁路隧道平坦，墙高稍低。为 减少拱肩及墙部的拉应力，提高围岩及结构的稳定性，衬 砌结构形式宜采用曲墙式衬砌。
(1)整体式衬砌截面可设计为等截面或变截面。整体式衬砌截面可设计 为直墙式或曲墙式，对设仰拱的地段，为减少围岩和衬砌的应力集中 避免急剧弯曲和棱角，仰拱与边墙宜采用小半径曲线连接、仰拱厚度 宜与边墙厚度相同。 (2) 明洞衬砌与洞内衬砌交界处或不设明洞的洞口段衬砌，在距洞口512m的位置应设沉降缝；在洞内，软岩地层明显分界处宜设沉降缝；在 连续V,Vl级围岩中每30-80m应设沉降缝一道。
洞身衬砌 第二节 明洞 第三节 隧道洞门
第四节
隧道附属建筑物
第一节 洞身衬砌
一、隧道衬砌的概述
二、整体式模筑混凝土衬砌（单层衬砌） 三、装配式衬砌 四、锚喷式衬砌 五、复合式衬砌 六、其它衬砌结构的类型 七、隧道衬砌的其它构造要求
第一节 洞身衬砌
一、隧道衬砌的概述
（一）衬砌概念 （二）衬砌材料 （三）衬砌类型
7.装配式材料
盾构法施工，其衬砌材料往往采用装配式材料，如钢筋 混凝土大型预制块，有加筋肋的铸铁预制块。 在修筑棚式明洞（简称棚洞）时，又可用预制板或梁，装 配板式棚洞或梁式棚洞。 用新奥法施工时，为了防水、防落石和美观要求，还 可以加设离壁式结构，常用的材料有波纹钢拱式大型 装配预制件，有时可以用玻璃钢代替钢材等。 为了提高洞内照明、防水、通风、美观、视线诱导或减少 噪音等原因，可在衬砌内表面粘贴各种各样的装修材料。
《衬砌结构设计》课件
3 经济性
衬砌结构的设计应考虑经济性，选择合适的 材料和施工方法，降低成本。
4 可靠性
衬砌结构的设计应确保结构的可靠性，防止 出现失效和损坏。
四、衬砌结构的设计流程
1
确定工程背景
了解工程的背景信息、设计要求和限制
输送环境的分析
2
条件。
分析输送介质的性质、温度、压力和流
速等参数。
3
确定衬砌种类
根据输送环境的特点选择适合的衬砌种
六、衬砌结构的检测和维护
1 衬砌结构的检测内容
衬砌结构的检测内容包括尺寸偏差、材料质量和施工质量等。
2 衬砌结构的维护方法
采用合适的维护方法，包括定期检查、修补和更新等。
七、衬砌结构的发展趋势
衬砌结构材料的发展
衬砌结构材料的发展趋势包括新材料的应用和材料 性能的改进。
衬砌结构的智能化发展
衬砌结构的智能化发展趋势包括传感器的应用和远 程监测技术的发展。
二、衬砌结构的分类
按照形态分类
衬砌结构可以分为面板式衬砌、管道式衬砌和块状 衬砌等几种形态。
按照材料分类
衬砌结构可以分为混凝土衬砌、钢板衬砌 承载能力
衬砌结构的设计应考虑承载能力，确保能够 承受预期的荷载和力学要求。
2 寿命
衬砌结构的设计应选择适当的材料和施工工 艺，以延长结构的使用寿命。
八、结论
衬砌结构设计的重要性
衬砌结构设计是保护主体结构的重要环节，直接 影响结构的承载能力和寿命。
未来衬砌结构发展的前景
随着技术的进步和需求的增加，衬砌结构将继续 发展，应用范围将更加广泛。
九、参考文献
1. 衬砌结构设计手册 2. 衬砌结构施工规范 3. 衬砌结构检测与维修技术
混凝土隧道衬砌施工技术规程
混凝土隧道衬砌施工技术规程一、概述混凝土隧道衬砌是隧道工程中的一个重要组成部分，是为了保证隧道的稳定性、安全性和使用寿命而必须采取的一项措施。
本文将从混凝土隧道衬砌的设计、材料、施工工艺、施工质量控制等方面详细阐述混凝土隧道衬砌的施工技术规程。
二、设计（一）衬砌结构类型混凝土隧道衬砌结构类型一般包括加筋混凝土衬砌和普通混凝土衬砌两种类型。
加筋混凝土衬砌主要用于对隧道变形控制要求较高的区段，如曲线段、陡峭断面、地震带等，以增强衬砌的抗震性和抗变形能力。
普通混凝土衬砌适用于对隧道变形控制要求不高的区段。
（二）截面形式混凝土隧道衬砌的截面形式一般有圆形、椭圆形、马蹄形、方形等多种形式，具体根据隧道的要求和地质条件来确定。
（三）厚度衬砌的厚度一般根据地质条件、隧道直径、荷载等因素来确定，一般不小于250mm。
（四）钢筋配筋混凝土隧道衬砌的钢筋配筋应符合设计要求，在施工过程中必须严格按照设计要求进行钢筋的加工、焊接和安装等工作。
三、材料（一）水泥混凝土隧道衬砌中的水泥应符合国家规定的水泥标准和要求，常用的有普通硅酸盐水泥和高性能混凝土用水泥。
（二）骨料混凝土隧道衬砌中的骨料应符合国家规定的骨料标准和要求，常用的有石子、卵石、河砂等。
（三）水混凝土隧道衬砌中的水应符合国家规定的水质标准和要求，水的PH 值不得小于6.5，水中的杂质含量不得超过规定的标准。
（四）钢筋混凝土隧道衬砌中的钢筋应符合国家规定的钢筋标准和要求，常用的有HRB400、HRB500等。
四、施工工艺（一）模板制作混凝土隧道衬砌的模板制作应严格按照设计要求进行，模板的表面应平整、无裂缝、无毛刺、无翘曲等。
（二）钢筋加工混凝土隧道衬砌的钢筋应严格按照设计要求进行加工、焊接和安装等工作，在加工和焊接过程中应注意钢筋的直径、长度、间距等要求。
（三）混凝土搅拌混凝土隧道衬砌中的混凝土应在专门的搅拌站进行搅拌，并应按照设计要求控制混凝土的配合比和水灰比。
总结坑道工程常用衬砌的结构特点、适用条件和设计要点
总结坑道工程常用衬砌的结构特点、适用条件和设计要点衬砌是坑道工程中最重要的结构之一，它可作为混凝土结构的基础，也可作为钢筋混凝土结构的支撑体。
其作用是支承混凝土结构的自重和受荷载。
其优点是具有较强的抗剪强度、防水、防渗和抗变形能力。
同时，混凝土衬砌结构简单，施工方便，节约材料。
但在施工中由于使用了大量的新材料和混凝土强度不高而导致质量事故较多。
因此，衬砌结构应在设计时进行充分评估和选择。
衬砌结构的常见类型有：板式环衬砌（现称钢-混凝土-板式组合形式);钢板式环结构；圆柱式或钢管形。
每种结构形式均有各自的特点，各有适用条件，设计时应注意因地制宜，具体分析。
现将常用坑道衬筑的一些常见类型的结构介绍如下。
一、板式环衬砌板式环是由钢板和混凝土组成的，当表面层厚度为30~50 mm时，钢板厚度为6~12 mm,混凝土厚度为30~60 mm,该结构可根据要求采用钢-胶结钢、钢板-混凝土-钢-混凝土等多种形式。
板式环衬砌的优点是具有较强的抗剪强度；结构简单、施工方便、节省材料；且重量轻、便于运输、节省材料。
在混凝土厚度为20~30 mm时，板式环结构具有较好的抗变形能力和良好的抗剪强度；厚度为40~60 mm时，板式环结构具有较好的抗变形能力和良好的抗冻融能力，且板式环结构在受力后也不会产生裂缝和变形。
但在施工过程中，板式环一般处于垂直于坑道轴线方向或水平于坑道轴线方向。
因此，它易受地下水活动的影响，从而易出现裂缝，而且容易出现裂纹。
由于钢-混凝土-板式组合形式具有较好的抗剪强度和抗冻变形能力，所以在设计中应注意选择材料的品种、牌号和尺寸等细节问题。
由于坑道中常用钢板板厚度为40~60 mm,通常较厚板板、钢板组合形式是最常用的结构形式。
"二、钢板式环结构坑道中使用的钢板式环，主要是采用Q235钢板，混凝土通过预埋件在钢板上进行连接，钢板的厚度与混凝土板的厚度相同。
钢板式环结构是由钢板和混凝土板组成的钢-钢板环，钢板是由厚度在3~4 mm的钢板制成的。
衬砌安全评估
衬砌安全评估
衬砌安全评估是指对衬砌结构进行评估，确定其在使用过程中的安全性能和结构稳定性。
衬砌结构通常指防护墙、隧道壁、坡道、挡土墙等工程的内部或外部面层。
衬砌安全评估的主要目的是检查衬砌结构是否能够满足设计要求，以及是否存在可能导致结构破坏或损坏的安全隐患。
评估包括以下几个方面：
1. 结构稳定性评估：评估衬砌结构的稳定性，包括内力分析、应力分析和变形分析。
通过计算和分析，确定结构是否稳定，是否存在可能导致破坏或损坏的内力和应力集中区域。
2. 材料性能评估：评估衬砌材料的物理力学性能，如抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。
通过检查材料的强度参数，确定材料的质量和可靠性。
3. 施工质量评估：评估衬砌的施工质量，包括厚度均匀性、界面粘结性、表面平整度等。
通过检查施工工艺和工艺参数，确定施工质量是否达到设计要求。
4. 使用性能评估：评估衬砌的使用性能，包括耐久性、防水性、抗冲刷性等。
通过观察和测试，确定衬砌结构在使用过程中是否能够保持稳定和安全。
5. 防护能力评估：评估衬砌结构的防护能力，包括抗冲击能力、抗震能力和抗滑仓能力等。
通过计算和测试，确定衬砌结构在
面对外部力量时的抗力和承载能力。
衬砌安全评估的结果可以为工程项目提供参考，帮助设计和施工团队了解结构的安全性能，及时采取相应的措施，确保工程质量和施工安全。
拱形隧道衬砌结构课件
衬砌结构中的钢筋配置需根据截面尺寸、荷载大小等因素 进行设计。合理的钢筋配置能够提高结构的承载能力和延 性。
衬砌结构细节设计
防水设计
隧道衬砌结构需要具有良好的防水性能，以防止地下水渗入隧道内部。可采用防水层、排 水系统等措施来提高结构的防水性能。
施工缝设计
衬砌结构的施工缝是结构中的薄弱环节，需要对其进行特殊设计。可采用止水带、传力杆 等措施来加强施工缝的防水和抗剪能力。
• 了解了隧道衬砌结构的施工技术和质量控制方法，具备初步的工程实践能力。
自我评价：通过本课程的学习，我深刻认识到自己在隧道工程领域的知识储备和实践能力得 到了显著提升。在学习过程中，我积极参与课堂讨论和实践活动，努力掌握相关知识和技能 。同时，我也意识到自己在某些方面仍存在不足，需要继续学习和提高。
未来学习与发展展望
深化理论学习
实践能力提升
继续学习隧道工程领域的相关理论知识， 提高自己的专业素养和综合能力。
积极参与工程实践活动，锻炼自己的工程 实践能力和解决问题的能力。
拓展相关知识领域
培养创新意识
学习与隧道工程领域相关的其他学科知识 ，如岩土工程、结构工程等，提升自己的 跨学科综合能力。
在学习和实践中，注重培养自己的创新意 识和能力，探索新的设计理念和施工方法 ，为隧道工程领域的发展做出贡献。
衬砌结构受到的荷载包括土压力 、水压力、地震力等。需要对这 些荷载进行详细的分析和计算，
以确定衬砌结构的设计参数。
荷载计算方法
荷载计算可采用经验公式、数值 模拟等方法进行。其中，数值模 拟方法能够更准确地模拟实际工
程条件，提高设计的可靠性。
荷载组合
衬砌结构在设计过程中需要考虑 不同荷载的组合作用，以确保结
隧道衬砌结构计算
03
弹性模量表示材料抵抗弹性变形的能力，泊松比则表示横向变
形的程度。
衬砌结构材料的耐久性和可靠性
环境因素
衬砌结构材料应能耐受地下水、土壤中的化学物质、侵蚀性气体 等环境因素的侵蚀，保持长期性能稳定。
耐久性设计
衬砌结构材料的耐久性应通过合理的耐久性设计和施工质量控制来 保证，包括选择合适的材料、采取有效的防排水措施等。
计算内容
防水层的厚度、材料性能、抗渗压力等。
计算方法
采用理论分析和实验验证相结合的方法，综合考虑水压、地质条件 和施工工艺等因素进行计算。
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抗震加固措施
根据抗震设计结果，采取相应的加固措施提 高衬砌结构的抗震性能。
03 隧道衬砌结构材料与性能
衬砌结构材料的种类和特性
混凝土
混凝土是隧道衬砌结构中最常用 的材料之一，具有抗压强度高、 耐久性好、成本低等优点。根据 需要可加入添加剂，如防水剂、
膨胀剂等。
钢材
钢材用于隧道衬砌结构中的受力 构件，如型钢、钢板等。具有强 度高、塑性好、耐腐蚀等特点。
可靠性评估
衬砌结构材料的可靠性应通过科学的方法进行评估，以便及时发现 和处理潜在的安全隐患，确保隧道运营安全。
04
计算目的
确保隧道衬砌结构的安全性和稳定性，满足公路行车 要求。
计算内容
衬砌厚度、混凝土抗压强度、抗剪强度、抗弯强度等。
计算方法
采用有限元分析法，结合实际地质资料和荷载条件进 行计算。
衬砌结构设计的基本原则
安全可靠
衬砌结构设计应满足安全可靠 的要求，能够承受围岩压力、 水压力等作用，保证隧道结构
的稳定性。
经济合理
衬砌结构设计应考虑工程成本 ，选择合适的材料和结构形式 ，以达到经济合理的目标。
衬砌结构
• 对衬砌有不良影响的硬软地层分界处，应设置变形缝； • 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。
• 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。
隧道构造设计
360 150
E 2
8450 R
1.2E
其它情况时 总加宽
W3
8450 R
W= W1+ W2+ W3
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 曲线隧道中线与线路中线偏移距离
单线曲线隧道如图3-10所示，隧道中线与线路中 线偏移距离d为：
d =（W1－ W2） （㎝） 双线曲线隧道如图3-11所示，内侧线路中线至隧 道中线的距离为
• 喷锚支护 — 喷锚支护是目前常用的一种围岩支护手段，适用于各种
围岩地质条件，但是若作为永久衬砌，一般考虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩良好、 完整、稳定的地段中采用。
• 复合式衬砌 — 是一种较为合理的结构形式，适用于多种围岩地质条
件， 有其广阔的发展前途。
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 隧道衬砌的建筑材料及要求
---衬砌的一般构造要求
双线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 曲线隧道净空加宽
加宽原因
• 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）。
车辆通过曲线时的平面图
回填。
• 选用的石料要坚硬，其强度等级不应低于MU40，有裂隙和易风化的石
隧道的基本构造
隧道的基本构造隧道是连接两个地点的地下通道，其基本构造包括隧道固定构件、衬砌结构、排水构造、通风构造、电气照明、安全通道等。
下面我们将详细介绍隧道的基本构造。
一、隧道固定构件隧道固定构件是钢筋混凝土结构，用于承受土壤、岩石等所施加的压力和负荷，保证隧道的稳定性和安全性。
隧道固定构件分为顶板、侧墙和地基三部分。
顶板是隧道的顶部，最重要的地方，一般要进行混凝土支护和锚杆锚固处理。
侧墙是隧道的两侧，经常受到承压和湿度影响，需要进行水泥渗漏防护处理。
地基是隧道的地面，由于地质环境影响，地基稳定性较难保证，需要进行特殊处理。
二、衬砌结构隧道衬砌结构是隧道固定构件的表面材料，由砖、混凝土、钢板等材料构成。
衬砌的主要作用是保护隧道固定构件不受侵蚀和损坏，同时抵抗车流、行人衝撞等外力。
衬砌的厚度一般在8-12厘米之间，具有较高的抗压和耐磨性能。
对于条件较差的地质环境，衬砌的厚度要增加，或者采用高强度混凝土或特种钢板来提高抗压强度和耐腐蚀性能。
三、排水构造隧道中常常会受到地下水流压力的影响，形成水流，导致隧道内部积水、水气浸泡，对地下建设的稳定性以及人员和设备的安全都造成威胁。
为了保证隧道的健康环保，建设人员需要根据地质探测情况和当地气象条件，进行合理设计和建设排水构造，包括排水管、隧道自流水固定构造、隧道排水井等进行排水。
四、通风构造隧道中的排放气体产生时间较长，若不能及时排放，会产生很多不良影响。
因此隧道内部除了需要设计和建设排水构造外，还需要设计和建设通风构造，将车辆排放产生的尾气、油烟、粉尘等不良气体及时排放。
一般隧道通风采用自然通风和机械通风两种方式，一般采用强制通风，通过风机进行排风，通过进气孔进行循环，即可保证隧道内部通风畅通无阻。
五、电气照明隧道的建设需要进行全面的电气照明工作，目的是为了保证隧道内部光线充足，以保证隧道的通行安全。
照明要求应该遵照国家规定，同时安装门灯和路灯的区域，应该合理安排。
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隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
其中 v — 铁路远期行车速度，km/h。
在我国铁路标准设计中，d内2系将相应的隧道建筑限界绕内侧轨顶中心
转动arctg
E 150
角求得，可近似取d内2=2.7E
（㎝）。
对于单线曲线隧道净空的加宽值为：
内侧加宽 外侧加宽 总加宽
W1=
d内1+
d内2=
4050
R+
2.7E
（㎝）
W2= d外=
440（0 ㎝）
R
8450
W= W1+ W2= d内1+ d内2+ d外= R + 2.7E （㎝）
- 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 外侧加宽
W1= W2=
d内1+ d外=
- 混凝土与钢筋混凝土 • 隧道工程所用的混凝土强度等级不应低于C15 • 洞门用混凝土整体灌筑，其强度不应低于C20 • 强度等级对于衬砌段不应低于C20，对于洞门不应低于C15
- 片石混凝土 • 在岩层较好地段的边墙衬砌，可采用片石混凝土（片石的掺量不应超过
总体积的20%）。
• 当起拱线以上1m以外部位有超挖时，其超挖部分也可用片石混凝土进行
4d4内02（0=4㎝0R5）0+
R
2.7E
（㎝）
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
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
H 150
E 2
式中 H—— 车辆外侧顶角距内轨顶面的高度，取360㎝；
E—— 外侧线路的外轨超高值（㎝）；
R—— 曲线半径（m）。
W3
8450 R
360 150
喷锚支护
隧道构造设计
---衬砌的适用条件
• 整体式模筑混凝土衬砌 — 对地质条件的适用性较强，易于按需要
成型，整体性好，抗渗性强，并适用于多种施工条件，如可用木模板、钢 模板或衬砌模板台车等
• 装配式衬砌 — 拼装成环后立即受力，便于机械化施工，改善劳动条
件，节省劳力。目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道中采用。
回填。
• 选用的石料要坚硬，其强度等级不应低于MU40，有裂隙和易风化的石
料不应采用。
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 石料和混凝土预制块
石料或混凝土预制块用强度等级不低于M10的水泥砂浆砌筑衬砌。石料的 强度等级不应低于MU60，并且有裂隙和易风化的石料不应采用。混凝土 预制块强度等级不应低于MU20。
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
基本建筑限界
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
最大级超限货物装载限界
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
隧限-1A和隧限-1B
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
隧限-2A和隧限-2B
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
单线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓
隧道构造设计
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
• 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）。
加宽值的计算
- 单线曲线隧道加宽值的计算
• 车辆中间部分向曲线内侧的偏移d内1
d内1=
l2 8R
车辆通过曲线时的横断面图
式中 l — 车辆转向架中心距，取18m；
E 2
8450 R
1.2E
其它情况时 总加宽
W3
8450 R
W= W1+ W2+ W3
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 曲线隧道中线与线路中线偏移距离
单线曲线隧道如图3-10所示，隧道中线与线路中 线偏移距离d为：
d =（W1－ W2） （㎝） 双线曲线隧道如图3-11所示，内侧线路中线至隧 道中线的距离为
- 喷射混凝土
• 喷射混凝土的强度等级采用C20，所用的水泥应优先采用硅酸盐水泥或
普通硅酸盐水泥
• 喷射钢纤维混凝土中的钢纤维宜采用普通碳素钢制成，等效直径为
0.3～0.5㎜的方形或圆形断面，长度宜为20～25㎜
- 锚杆
锚杆的杆体宜用20 MnSi钢筋，也可采用Q235钢筋；缝管式锚杆宜采用16 MnSi钢管，亦可采用Q235钢管；锚杆直径宜为18～22㎜，垫板可采用 Q235钢板。
• 喷锚支护 — 喷锚支护是目前常用的一种围岩支护手段，适用于各种
围岩地质条件，但是若作为永久衬砌，一般考虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩良好、 完整、稳定的地段中采用。
• 复合式衬砌 — 是一种较为合理的结构形式，适用于多种围岩地质条
件， 有其广阔的发展前途。
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 隧道衬砌的建筑材料及要求
---衬砌的一般构造要求
双线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 曲线隧道净空加宽
加宽原因
• 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）。
车辆通过曲线时的平面图
R — 曲线半径（m）
d内1= 4050 R
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
• 车辆两端向曲线外侧的偏移d外
d外=
L2 l 8R
2
式中 L— 标准车辆长度，我国为26m。
d外=
4400 R
• 外轨超高使车体向曲线内侧倾移d内2
d内2=
HE 150
式中 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㎝，且
隧道构造设计
---衬砌的形式
• 整体式模筑混凝土衬砌 —就地灌
筑混凝土衬砌
• 装配式衬砌—将衬砌分成若干块构
件，这些构件在现场或工厂预制，然后运 到坑道内用机械将它们拼装成一环接着一 环的衬砌。
• 喷锚支护—喷射混凝土 和加设锚杆、
金属网和钢架 共同支护
• 复合式衬砌—外衬和内衬两层，所
以也叫它为“双层衬砌”
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 装配式材料
对于衬砌材料，可采用一些装配式材料，如钢筋混凝土大型预制块、加 筋肋铸铁预制块等
- 铁路隧道净空及要求
- 直线隧道净空
机车车辆限界 — 它是指机车车辆最外轮廓的限界尺寸 基本建筑限界 — 它是指线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线 隧道建筑限界 — 它是指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线 直线隧道净空— 要比“隧道建筑限界”稍大一些，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（拱部采用三心圆，边墙采用 直墙式或曲墙式）以及施工方便等因素。