2隧道结构型式及支护参数
隧道结构构造
隧道结构构造山岭隧道结构由主体建筑物和附属建筑物两部分组成。
隧道的主体建筑物是为了保持隧道的稳定，保证车辆的安全运行而修建的，由洞身、衬砌和洞门组成。
在洞口容易坍塌或有落石的危险时，还需要加筑明洞隧道的附属建筑物是为了养护、维修工作的需要以及满足排水、供电、通信和通风等方面的要求而修建的。
隧道的附属建筑包括：临时停车带、防排水设施、大小避车洞（普铁）、综合洞室、电缆槽、长大隧道的通风设施等。
隧道附属建筑物，应根据具体情况设置。
3.1 洞门类型及构造3.1.1 隧道洞门作用隧道两端都要修建洞门。
洞门的作用是保持洞口仰坡和路堑边坡的稳定，汇集和排除地面水流，保护洞门附近岩土体的稳定，确保行车安全。
洞门的作用有以下几方面：（1）稳定边坡、仰坡。
洞口开挖施工后，附近边坡、仰坡裸露的岩体不断风化，容易滚落甚至滑塌，导致堵塞路面和洞口，砸坏线路轨道，威胁行车安全。
修建洞门就可以避免或减小这些危害。
（2）引排地表水。
雨季洞口地表水如不引排，可能会淹溺线路，引起边、仰坡滑塌，危及行车安全，修建洞门及截排水沟，可以使隧道洞口免遭降雨影响。
（3）装饰作用。
修建美观的洞门对隧道洞口可以起到装饰作用，城市、景区的隧道尤其需要结合所处环境美化洞门。
3.1.2 隧道洞门形式隧道洞门形式的选择应在保障安全的同时考虑洞门美化和环境美化。
不同地址的隧道洞门构造形式各有特点。
山岭隧道洞门形式主要有：环框式洞门、翼墙式洞门、柱式洞门及台阶式洞门等。
水底隧道的洞门通常与附属建筑物（如通风、供电、发电间、管理所、监控室等）结合在一起修建。
城市道路隧道因其交通量比较大，对洞门建筑的安全要求和艺术要求都比较高。
1.环框式洞门当隧道洞口岩层坚硬、整体性好、节理不发育且不易风化（Ⅰ～Ⅱ级围岩），路堑开挖后仰坡极为稳定，又无较大的排水量要求时，可采用环框式洞门（图3-1），以起到加固洞口、防止落石的作用。
环框与洞口衬砌可用混凝土整体灌筑。
图3-1 环框式洞门2.端墙式洞门当地形开阔，岩土体基本稳定（Ⅱ～Ⅲ级围岩），边坡仰坡不高时，隧道轴线与坡面基本正交，常采用端墙式洞门（图3-2）。
隧道洞门结构-明洞结构
较大，以抵抗山
体的侧向压力。
当基岩层完整，
坡面较陡，地下
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。
64
2.5.3 棚式明洞
3.棚室明洞的类型
(2)刚架式 ◆适用条件：当地形狭 窄，山坡较陡，基岩埋置 较深而上部地基稳定性差 时，为了使基础置于基岩 上且减小基础工程，可采 用刚架架式外墙，有时也 可采用长腿式明洞。
(1)因是在露天施工的，可以采用钢筋混凝土作拱圈。 外边墙体积大时，可以用素混凝土或石料。
(2)明洞顶上回填土是为了缓冲落石对衬砌的冲击而设 的，一般不应小于1.5m。在填土面上应留有不小于1:1.5 的流水坡。
(3)填土的上面及拱顶上方都要做一层粘土隔水层，以 防水渗入。
57
2.5.2 拱式明洞
5
2.4.1 隧道洞门的含义和作用
2.洞门的作用
（3）引离地表流水 地表流水往往汇集在洞口，如不予以排除，将会浸及线 路，妨碍行车安全。修建洞门，可以把流水引入侧沟，保证 了洞口的正常干燥状态。 （4）装饰洞口 洞口是隧道唯一的外露部分，是隧道正面的外观。修建 洞门也可以算是一种装饰。在城市附近的隧道，尤其应当配 合城市的美化，予以艺术处理。
《隧 道 工 程》
第 2 章 隧道主体建筑结构
第2讲
中南大学隧道与地下工程系
1
第 2 章 隧道主体建筑结构
2.1 隧道限界与净空 2.2 隧道衬砌断面设计 2.3 隧道洞身支护结构 2.4 隧道洞门结构 2.5 隧道明洞结构
2
2.4 隧道洞门结构
本节主要内容（重点）： ➢隧道洞门的含义和作用 ➢隧道洞门的结构类型 ➢不同类型隧道洞门的结构特征
隧道工程支护方案范本
隧道工程支护方案范本一、工程概况隧道是一种用于贯穿山脉、穿越江河、跨越城市和交通要道的重要工程，具有“穿山越岭、通江贯海”的重要作用。
隧道工程的支护方案是保障隧道工程施工和运营安全的重要环节，它关系着工程的质量和安全。
二、隧道工程支护方案的重要性1.保障工程安全：隧道作为地下交通通道，需要准确精密的设计和施工，隧道工程的支护方案对工程的安全至关重要。
合理的支护方案能够保障工程的施工和运营安全，同时延长工程的使用寿命。
2.减少成本：采用科学合理的隧道工程支护方案，能够减少资源和人力成本，提高工程的投资回报率。
3.减少环境影响：隧道工程支护方案应该合理考虑环境保护问题，减少对周围环境的影响。
三、隧道工程支护方案的编制1.隧道工程支护方案编制的依据支护方案的编制需要基于隧道工程的设计图纸、勘察报告、地质勘察报告和相关技术规范。
2.隧道工程支护方案的设计原则（1）安全性原则：隧道工程支护方案必须保证工程的安全运行和使用。
（2）经济性原则：隧道工程支护方案必须在保障安全的前提下尽可能减少工程成本。
（3）可行性原则：隧道工程支护方案必须符合施工技术、材料和装备的现实条件。
（4）环保原则：隧道工程支护方案必须尽量减少对环境的影响，符合环保要求。
3.隧道工程支护方案的内容（1）地质勘察报告分析：根据地质勘察报告分析地质条件和地下水情况，确定隧道支护方案。
（2）支护结构方案设计：根据地下情况以及车流量、地质条件、设计要求等确定支护结构的类型、技术指标、施工方法。
（3）施工组织方案设计：确定各项支护工程的施工顺序、施工方法、材料使用等。
（4）隧道工程支护方案的技术参数和标准：根据相关技术标准和规范确定支护方案的技术参数和施工质量标准。
四、隧道工程支护方案的实施1.隧道工程支护方案的监督隧道工程支护方案在实施过程中需要专业监理人员进行监督，确保支护方案的质量和安全。
2.隧道工程支护方案的施工隧道工程支护方案实施时需严格按照方案的设计要求进行施工，确保支护工程质量和安全。
隧道二衬的施工方案
第一章 工程概况1.1工程概况1.1.1 起讫里程1、大崛坑1#隧道左洞ZK45+105～ZK46+060，全长955m ；右洞YK45+150～YK46+202，全长1052m 。
其中1#隧道左、右线明洞衬砌37m ，暗洞衬砌1950m 。
2、大崛坑2#隧道左洞ZK46+436～ZK46+881，全长445m ；右洞YK46+550～YK46+842，全长292m 。
其中2#隧道左、右线明洞衬砌30m ，暗洞衬砌697m 。
1.1.2设计原则对于隧道洞口段加强段及洞身Ⅴ级、Ⅳ级围岩地段，由于岩体风化严重，节理发育、自稳时间较短，洞室开挖跨度较大，二次衬砌承担部分上部土压力，二次衬砌要求紧跟掌子面。
1.2结构简介 1.2.1净空及内轮廓本隧道为上下行分离的双向六车道高速公路隧道，建筑限界净宽14m ，净高5m ；建筑内轮廓宽14.55m ，全高9.6m 。
隧 道 结 构 图 (图1.2-1)双层钢筋网工字钢拱架C20喷射混凝土预留变形量350g/m2无纺土工布1.2mmPVC防水板C25钢筋混凝土初期支护防水层二次衬砌护水泥混凝土面层C20混凝土基层混凝土仰拱回填C25钢筋混凝土仰拱C20喷射混凝土工字钢拱架1%1%2%14.559607651.2.2洞身二次衬砌（见表1.2.2-1）大崛坑隧道二次衬砌支护参数表表1.2-1序号衬砌类型围岩级别二次衬砌砼强度等级衬砌参数1 S5aⅤ级浅埋、偏压C25钢筋砼拱、墙60cm仰拱60cm2 S5b Ⅴ级C25钢筋砼拱、墙60cm 仰拱60cm3 S4aⅣ级浅埋、偏压C25钢筋砼拱、墙50cm仰拱50cm4 S4b Ⅳ级C25钢筋砼拱、墙50cm 仰拱50cm5 S3 Ⅲ级C25模筑砼拱、墙45cm6 Sma 明洞C25钢筋砼拱、墙70cm 仰拱70cm第二章衬砌施工运作方案2.1仰拱及仰拱填充施工仰拱及仰拱填充的施工必须超前，起到封闭基底、稳固拱脚、早闭合的作用，同时能保证洞内道路的畅通，对搞好洞内排水、搞好文明施工、防止隧道基底软化等都是非常有利的。
锦屏二级水电站引水隧洞围岩稳定分析及支护设计7p
锦屏二级水电站引水隧洞围岩稳定分析及支护设计摘要：锦屏二级水电站引水隧洞地处高山峡谷地区，埋深大、洞线长，高地应力、高外水压力问题突出。
按照围岩是地下工程中主要的承载结构这一设计思想，应用弹塑性有限元法分析了锦屏二级水电站引水隧洞开挖及支护过程中围岩的变形规律与特征、围岩应力分布及其变化规律、塑性区范围，比较研究了不同渗控方案对隧洞围岩和衬砌的工作状态的影响，得出了一些对高地下水位条件深埋引水隧洞的支护设计有普遍意义的结论。
关键词：水利工程引水隧洞围岩稳定支护设计中图分类号，TV732 文献标识码：A 文章编号1 1000-6915(2005)20-3777-061 引言随着国民经济建设快速发展以及国家西部大开发战略的实施，在交通工程、跨流域调水工程、水电工程中，隧道方案被大量采用并逐渐朝深埋、超长、特大方向发展，这些隧道穿山越岭，穿越不同的地质单元，除具有一般浅埋隧洞的地质问题外，还将遭遇一系列的特殊的地质问题：如高地应力和岩爆、高外水压力和涌水、高地温、有害气体等。
分析这些问题的发生原因、影响因素以及形成规律，并进一步作出科学的评价和预测，进而找寻合适的防治措施成为亟待解决的关键问题。
锦屏二级水电站引水隧洞贯穿锦屏山，具有埋深大、洞线长；洞径大的特点，是锦屏二级水电站枢纽最重要的组成部分。
根据前期的试验探洞资料分析，在引水隧洞施工过程中，可能遇到的工程地质问题有：涌突水、强～剧烈岩爆和其他地质灾害等，其中，高地应力和高地下水是影响引水隧洞围岩稳定性及衬砌结构安全性的主要因素，如何保证围岩稳定及支护结构在“双高”作用下的安全性是锦屏二级水电站引水隧洞能否成立所必须回答的问题，也是隧洞设计参数确定的基本前提。
2 深埋长Il洞结构设计面临的问题锦屏二级水电站工程的关键技术是4条长达16.6km、开挖洞径13m、最大埋深2525m左右深埋长隧洞的设计和施工，在施工开挖过程中将不可避免遇到各种复杂的地质情况，其中主要有地下水问题和高地应力问题。
2 高速铁路隧道净空断面及衬砌支护参数
单线圆形结构，有
效面积66m ；盾 构外径10.8m， 内径9.8m，管片 厚度50cm。
2
单洞双线和双洞单线方案比较：
高速铁路均设计为双线，因此存在单
洞双线和双洞单线的比较： 从地质条件、建设工期、施工难度和 方法、运营通风、防灾救援、工程投资、 空气动力学影响等方面综合考虑进行选择。
单洞双线和双洞单线方案比较：
一般隧道在边墙底均加强。研究与试验证明，边墙与仰
拱若采用顺接则可改善受力状况，故隧道采用曲墙式衬 砌。
衬砌支护参数的特点
衬砌支护参数的特点
衬砌支护参数的特点
衬砌结构支护参数
II级无仰拱衬砌结构
衬砌结构支护参数
II级无仰拱衬砌结构 底板配筋
衬砌结构支护参数
II级有仰拱衬砌结构
衬砌结构支护参数
范围内设置一些设备，如接触导线张力调整器和接触导线开关 以及接头的紧回装置等。 工程技术作业空间在安全空间和救援通道之外，其宽度应 为0.3m。不得用工程技术作业空间来满足隧道建设的施工误 差。
断面形式
断面形式
断面形式
断面形式
狮子洋隧道位于广 深港客运专线上，
国内第一座水下高
速铁路隧道， 350km/h，双洞
优缺点比较： 单洞双线阻塞比小，能有效提高乘车舒适度；双洞单线 有利于防灾救援； 地质条件差，考虑施工难度和风险，宜选用用TBM或盾构，考虑施工风险，采用双洞 单线；运营通风方面，双洞单线利用列车活塞风更有利。
单洞双线和双洞单线方案比较：
优缺点比较：
选择原则：
隧道长度大于20km，从防灾救援方面考虑，采用双洞单
线方案。 兰武二线乌鞘岭隧道（20050m）；石太客运专线太行 山隧道（27839m）。
隧道结构设计
一、衬砌1衬砌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”2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。
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。
3衬砌的一般结构要求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。
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。
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。
隧道的结构简介
隧道构造构造道路隧道构造构造由主体构造物与附属构造物两大类组成。
主体构造物是为了保持贮存岩体稳定与行车平安而修建人工永久建筑物，通常指洞身衬砌与洞门构造物。
洞身衬砌平纵、横断面形状由道路隧道几何设计确定，衬砌断面轴线形状与厚度由衬砌计算决定。
在山体坡面有发生崩坍与落石可能时，往往需要接长洞身或修筑明洞。
洞门构造型式由多方面因素决定，如岩体稳定性、通风方式、照明状况、地形地貌以及环境条件等。
附属构造物是主体构造物以外其他建筑物，是为了运营管理、维修养所、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、平安等而修建构造物。
1、衬砌构造类型山岭隧道衬砌构造形式，主要是根据隧道所处地质地形条件，考虑其构造受力合理性、施工方法与施工技术水平等因素来确定。
随着人们对隧道工程实践经历积累，对围岩压力与衬砌构造所起作用认识开展，构造形式发生了很大变化，出现各种适应不同地质条件构造类型，大致有以下几类。
1)直墙式衬砌直墙式衬砌形式通常用于岩石地层垂直围岩压力为主要计算荷载、水平围岩压力很小情况。
对于道路隧道，直墙式衬砌构造拱部，可以采用割圆拱、坦三心圆拱或尖三心圆拱。
三心圆拱指拱轴线由三段圆弧组成，其轴线形状比拟平坦时称为坦三心圆拱，形状较尖时称为尖三心圆拱，平时即为割圆拱。
2)曲墙式衬砌通常在III类以下围岩中，水平压力较大，为了抵抗较大水平压力把边墙也做成曲线形状。
当地基条件较差时，为防止衬砌沉陷，抵御底鼓压力，使衬砌形成环状封闭构造，可以设置仰拱。
3)喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌这些衬砌与上述传统衬砌方法有本质上区别，这里仅介绍其构造形式。
为了使喷混凝土构造受力状态趋于合理化，要求用光面爆破开挖，使洞室周边平顺光滑，成型准确，减少超欠挖。
然后在适当时间喷混凝土，即为喷混凝土衬砌。
根据实际情况，需要安装锚杆那么先装设锚杆，再喷混凝土，即为喷锚衬砌。
如果以喷混凝土、锚杆或钢拱支架一种或几种组合作为初次支护对围岩进展加固，维护围岩稳定防止有害松动。
隧道结构构造
格栅钢架/ 型钢
二次衬砌
拱墙（cm）
仰拱/底板 （cm）
Ⅱ5
－
－
－
—
25
－
Ⅲ 7 局部 2.0
1.2~1.5
—
25
－
Ⅳ 10 拱墙 2.0~2.5 1.0~1.2
－
30
40
Ⅴ 15~22 拱墙 2.5~3.0
0.8~1
格栅拱架 （全环设置）
35
40
Ⅵ
通过试验确定
第四章 隧道结构构造
双线铁路隧道复合式衬砌支护参数表
复习：
隧道限界 隧道曲线段加宽
第四章 隧道结构构造
• 隧道衬砌构造 • 洞门与明洞 • 附属建筑物 • 高速铁路隧道空气动力学问题及工 程措施
第四章 隧道结构构造
隧道 结构 构造
主体构 造物
附属构造 物
洞身衬砌
平、纵、横断面的形状由道路隧道 的几何设计确定
衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌 计算决定
＆锚喷式衬砌是锚喷结构既作为隧道支护，又作为隧 道永久结构的形式。
＆具有隧道开挖后衬砌及时，施工方便和经济的显著 特点。
第四章 隧道结构构造
第四章 隧道结构构造
＆锚喷支护作为隧道的永久性衬砌，一般考虑是在Ⅲ 级及以下围岩中采用；在Ⅳ级及以上围岩中，采用锚 喷支护经验不足，可靠性差。
＆在层状围岩中，采用喷锚支护效果较好；
第四章 隧道结构构造
设置 作用 仰拱
使结构及时封闭，提高整体承载力和 侧墙抵抗侧压力的能力
抵御结构下沉变形，调整围岩和衬砌 的应力状态
第四章 隧道结构构造
仰拱的重要性: ① 解决基础承载力不够，减少下沉：防止底鼓的 隆起变形，调整衬砌应力的作用；
盾构选型及参数计算方法
盾构选型及参数计算⽅法盾构选型及参数计算⽅法1.1、序⾔盾构是⼀种专门⽤于隧道⼯程的⼤型⾼科技综合施⼯设备，它具有⼀个可以移动的钢结构外壳（盾壳），盾构内装有开挖、排⼟、拼装和推进等机械装置，进⾏⼟层开挖、碴⼟排运、衬砌拼装和盾构推进等系列操作，使隧道结构施⼯⼀次完成。
它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，从松散软⼟、淤泥到硬岩都可应⽤，在相同条件下，其掘进速度为常规钻爆法的4～10倍。
较长地下⼯程的⼯期对经济效益和⽣态环境等⽅⾯有着重⼤影响，⽽且隧道⼯程掘进⼯作⾯⼜常常受到很多限制，⾯对进度、安全、环保、效益等这些问题，使⽤盾构机⽆疑是最好的选择。
些外，对修建穿越江、湖、海底和沼泽地域隧道，采⽤盾构法施⼯，也具有⼗分明显的技术和经济优势。
采⽤盾构法施⼯，盾构的选型及配置是隧道施⼯中关键环节之⼀，盾构选型应根据⼯程地质⽔⽂情况、⼯期、经济性、环境保护、安全等综合考虑。
盾构的选型及配置是⼀种综合性技术，涉及地质、⼯程、机械、电⽓及控制等⽅⾯。
1.2盾构机选型主要原则1.2.1盾构的选型依据盾构选型主要应考虑以下⼏个因素：1）⼯程地质、⽔⽂条件及施⼯场地⼤⼩。
2）业主招标⽂件中的要求。
3）管⽚设计尺⼨与分块⾓度。
4）盾构的先进性、适应性与经济性。
5）盾构机⼚家的信誉与业绩。
6）盾构机能否按期到达现场。
1.2.2 盾构的型式1）敞开式型盾构敞开式型盾构是指盾构内施⼯⼈员可以直接和开挖⾯⼟层接触，对开挖⾯⼯况进⾏观察，直接排除开挖⾯发⽣的故障。
这种盾构适⽤于能⾃⽴和较稳定的⼟层施⼯，对不稳定的⼟层⼀般要辅以⽓压或降⽔，使⼟层保持稳定，以防⽌开挖⾯坍塌。
有⼈⼯开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构。
2）部分敞开式型盾构部分敞开式型盾构是在盾构切⼝环在正⾯安装挤压胸板或⽹格切削装置，⽀护开挖⾯⼟层，即形成挤压盾构或⽹格盾构，施⼯⼈员可以直接观察开挖⾯⼟层⼯况，开挖⼟体通过⽹格孔或挤压胸板闸门进⼊盾构。
隧道工程(第六讲-隧道支护结构设计)
要点一
BIM技术
要点二
设计与管理
BIM（建筑信息模型）技术能够实现隧道支护结构的数字化 建模、分析和优化，提高设计效率与准确性。
基于BIM技术的隧道支护结构设计能够实现协同设计、优 化方案、减少错漏碰缺等问题；同时，在施工过程中，通 过BIM模型的管理与更新，实现施工进度、质量、成本的 实时监控与控制。
力学解析设计法
总结词
基于力学原理，通过分析支护结构的受力状态进行设计的方法。
详细描述
力学解析设计法基于力学原理，通过分析隧道支护结构的受力状态进行设计。 这种方法考虑了支护结构的实际受力情况，具有较高的理论依据，但计算过程 较为复杂，需要较高的力学理论基础。
数值模拟设计法
总结词
利用数值计算方法模拟支护结构的受力状态和变形过程进行设计的方法。
支护结构设计应考虑施工可行性，确保设 计方案的实施方便、快捷，同时应考虑环 境保护和水土保持要求。
02
隧道支护结构类型
初期支护
定义
初期支护是隧道施工中的临时支 护措施，主要用于控制围岩变形 和稳定性，通常在开挖后立即进
行。
主要结构
初期支护通常包括喷射混凝土、锚 杆、钢支撑等结构，这些结构可以 组合使用，以达到最佳的支护效果。
新型支护材料
随着科技的发展，新型支护材料如高 强度混凝土、纤维增强复合材料等不 断涌现，具有更高的强度和耐久性， 能够提高隧道支护结构的稳定性。
应用领域
新型支护材料广泛应用于公路、铁路 、地铁等隧道工程领域，尤其在复杂 地质条件和环境保护要求高的地区， 显示出其优越性。
智能化监测与预警系统在隧道支护结构设计中的应用
隧道支护结构设计的基本原则
安全性
隧道支护结构计算-计算模型及方法
5.1.1 隧道结构计算的发展历史
2. 1900—1960年代
其后，不同学者和工程师们在设计隧道衬砌时采 用不同的假定来计及围岩对衬砌变形所产生的抗力， 其中温克尔(winker)局部变形理论得到了广泛应用。
与此同时，将村砌和围岩视作连续介质模型进行 分析的方法也得到了发展，其中的代表学者是H.卡 斯特勒(1960)。
5.1.2 隧道工程的力学特点
1.荷载的模糊性 隧道工程是在自然状态下的岩土地质中开挖的，隧
道周边围岩的地质环境对隧道支护结构的计算起着决定 性的作用。地面结构的荷载比较明确，而且荷载的量级 不大；而隧道结构的荷载取决于当地的地应力，但是地 应力难以进行准确测试，这就使得隧道工程的计算精度 受到影响。
8
5.1.1 隧道结构计算的发展历史
2. 1900—1960年代
1950年代以来，喷射混凝土和锚杆被广泛用作初期支护。 人们逐渐认识到，这种支护能在保证围岩稳定的同时允许 其有一定程度的变形，使围岩内部应力得到调整从而发挥 其自持作用，因此可以将内层衬砌的厚度减小很多。
3. 20世纪60年代以来
1960年代中期，随着数字电子计算机的更新和岩土本构 定律研究的进展，隧道工程分析方法进入了以有限元法为 代表的数值分析时期。这方面的代表性学者是：0.C.辛克 维奇等(1968)
12
5.1.2 隧道工程的力学特点
3.围岩—支护结构承载体系 ◆围岩不仅是荷载，同时又是承载体 ◆地层压力由围岩和支护结构共同承受 ◆充分发挥围岩自身承载力的重要性 4.设计参数受施工方法和施作时机的影响很大
隧道工程支护结构安全与否，既要考虑到支护结 构能否承载，又要考虑围岩是否失稳。
5.隧道与地面结构受力的不同点 存在围岩抗力的作用
高铁隧道(隧道结构构造)
隧道支护
（一）锚杆
锚杆是将破碎或 不稳定岩体(块)与牢 固稳定的岩体连结在 一起以提高整体稳定 性的一种支护措施。
1
洞身衬砌结构
1
洞身衬砌结构
（二）钢架
当围岩软弱、破碎严重且自稳性差时，隧道开挖 后，需要及时提供足够强的支护约束围岩变形。在初 期支护内设置钢拱架将增大支护结构早期的刚度，阻 止围岩的过度变形并承受部分的松弛荷载。钢架分为 型钢和格栅钢架两种。
洞门与明洞
翼墙式（八字式）洞 门 洞口地质较差（Ⅳ 级及以上围岩），山体 纵向推力较大时，在端 墙式洞门的单侧或双侧 设置翼墙。
2
洞门与明洞
柱式洞门 洞口地形较陡（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。
2
洞门与明洞
D Lh
D0
D Lh
D0
洞口缓冲段纵向断面形式
3
隧道附属构筑物
（一）防排水设施 隧道的永久性防排水是通过防排水工程措施 实现的。 经过理论和实践经验的总结，提出了“防、 堵、截、排结合，因地制宜，综合治理”的原则。
3
隧道附属构筑物 截：截断地表水和地下水流入隧道的通道，洞口
地表设天沟等截水沟以及地表陷穴等整治； 防：防止地下水从衬砌背后渗入隧道内，充分利 用混凝土自防水能力，以及在衬砌与支护之间设置
• 适用于地形倾 斜，低侧处路 堑外侧有较宽 敞的地面供回 填土石，以增 加明洞抵抗侧 向压力的能力。
2
洞门与明洞 (4)半路堑式单压型
• 适用于傍山隧 道洞口或傍山 线路上半路堑 地段
2
洞门与明洞
2、棚式明洞(简称棚洞)
隧道支护结构计算计算模型及方法
隧道支护结构计算计算模型及方法隧道工程中，隧道支护结构的设计是一个至关重要的环节。
为了保证施工安全和隧道工程的长期稳定运行，需要使用科学的计算模型和方法对隧道支护结构进行设计和分析。
本文就隧道支护结构的计算计算模型及方法进行探讨。
一、计算模型的选择在隧道支护结构设计中，常用的计算模型有数值模型和解析模型两种。
数值模型是利用数值计算方法对隧道支护结构进行力学计算和分析，是一种较为常见和精确的计算方法。
数值模型可以根据隧道的具体条件和支护结构的特点，选取适当的有限元模型或离散元模型进行计算。
该模型考虑了材料的非线性和复杂的力学特性，可以较为真实地模拟隧道的受力情况。
解析模型是利用解析方法对隧道支护结构进行力学计算和分析，是一种简化和推导的计算方法。
解析模型常用的方法有弹性理论、弹塑性理论和弹性刚度法等。
解析模型适用于支护结构形状规则和材料较为简单的情况，计算速度快、结果相对准确。
根据具体情况，可以综合考虑数值模型和解析模型的特点，选择合适的计算模型进行隧道支护结构的设计和分析。
二、计算方法的应用1.强度计算方法隧道支护结构在受到地压和地震力等外载荷作用下，需要具备足够的强度来保证工程的稳定安全。
强度计算方法是根据支护材料的承载能力和结构的变形特点，对支护结构的强度进行计算和分析。
常用的强度计算方法有等效应力法、荷载传递法和有限元法等。
2.变形计算方法隧道支护结构在受到外力作用时会产生一定的变形，为了掌握支护结构的变形特点和变形范围，需要进行相应的变形计算和分析。
变形计算方法可以通过数值模型或解析模型进行，主要考虑隧道支护结构的刚度、材料的变形特性和支护结构与周围土层的相互作用。
3.稳定性计算方法稳定性是指隧道支护结构在受到外力作用时不发生破坏或失稳的能力。
稳定性计算方法是通过对支护结构的受力特点和受力平衡条件进行计算和分析，判断支护结构的稳定性。
常用的稳定性计算方法有平衡条件法、位移平衡法和有限元分析法等。
隧道结构构造详解课件
6.锚杆和钢架
3. 钢筋混凝土
7.装配式材料
4．石料和混凝土预制块
1．混凝土
优点
整体性好，既可以在现场浇筑，也可以在加工场 预制，而且可以机械化施工。可以在水泥中掺入 外加剂，以提高混凝土的性能。
缺点 灌注后不能立即承受荷载，需要进行养生，达到 预定强度才能拆模，占用的模板和拱架较多。普 通混凝土的耐侵蚀能力较差。
喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土 拌和料与水汇合成为浆状，喷射到坑道的岩壁上凝结而成 的。当岩壁不够稳定时，可加设锚杆、金属网和钢架，构 成“锚喷式衬砌”，也称为“喷锚衬砌”。
适用：
在IV-VI级围岩中不宜单独采 用喷锚支护作永久衬砌，一般 考虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩良好、 完整、稳定的地段中可以采用。
隧道洞口段不宜采用。
不宜采用喷锚支护作为永久衬砌的情况有
①膨胀性围岩； ②粘土质胶结的软岩； ③大面积涌水地段； ④堆积层、破碎带等不良地质地段； ⑤对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求 衬砌内轮廓很整齐、平整； ⑥辅助坑道或其它隧道与主隧道的连接处及附近地段； ⑦有很高的防水要求的隧道； ⑧围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆 除者等； ⑨地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的 腐蚀； ⑩最冷月平均气温低于-5℃地区的冻害地段。
我国高速铁路隧道不使用喷射混凝土作为内层衬砌。
6.锚杆和钢架
锚杆是一种插入到围岩岩体内的杆形构件，可加固围岩。
可分为机械型锚杆、粘结型锚杆以及预应力锚杆。
锚杆的杆体直径宜为20～32mm,杆体材料宜采用 HRB335,HRB400钢；垫板材料宜采用HPB235钢。锚杆用的 各种水泥砂浆强度不应低于M20。钢筋网材料可采用 HPB235钢，直径宜为6—12mm。 钢架是为了加强支护刚度而在初期支护或二次衬砌中 放置的型钢支撑或格栅钢支撑。
A2-2认识：隧道的结构组成及型式(洞身、洞门、明洞、附属设施)
A2-2认识：隧道的结构组成及 型式（洞身、洞门、明洞、附
属设施）
知识目标
认识：隧道建筑物的空间形态、结构类型、结构组成和构造特征（包括隧道 平面、纵断面、横断面，初期支护、内层衬砌）
认读：隧道设计图
学习任务
回答下列问题（口头回答50%，书面回答）：
1、单层衬砌——，2、复合衬砌——，3、拼装衬砌——； 4、初期支护（内层衬砌）——，5、后期支护（内层衬砌）——； 6、锚喷支护——，7、超前支护——，8、地层改良——； 9、锚杆——，10、喷射混凝土——，11、钢拱架——。 12、隧道支护结构有哪几种类型？其力学意义有何区别？ 13、隧道洞门有哪几种结构类型？ 14、隧道附属设施有哪几种？隧道附属设施的标高设计要求？
图2-8 削竹式洞门、喇叭口洞门（珠海板障山隧道）
图2-9 柱式洞门
寺铺尖隧道
川藏公路上二郎山隧道
图2-8 翼墙式洞门、青海九里隧道、重庆歌乐山隧道
图2-11 图2-10 台阶式洞门、内昆铁路岩角1号隧道
图2-12 厦门 仙岳山市政隧道
深圳罗沙公路 梧桐山隧道
图2-6 洞口环框、世界第一最高海拔隧道-风火山隧道
PPT课件002，本学习资料
教学资源 隧道设计图：01马尾井隧道、03谭家坝隧道、07梅子潭隧道
09土地坡隧Байду номын сангаас、13斑竹林隧道、15双连拱隧道
方法建议
处理本学习资料，或阅读、听取PPT讲解 旋转木马、搭档拼图、扩展小组、关键词标注、
传话筒、引导文、三明治、交换答案等
学时建议
4
青藏公路二郎山隧道
图2-7 端墙式洞门、雁列山隧道、福建鼓山隧道
图2-15 紧急停车带及方向转换场设置示意图
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
端墙 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。
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。
1
d
内轨面
内轨面 1
1-1剖面
环框式洞门
2.端墙式(一字式)洞门
适用于地形开阔、石质较稳定(Ⅱ~Ⅲ级围岩)的地区， 排水沟 由端墙和洞门顶排水沟组成。
端墙
•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。 •洞门顶水沟用来将仰坡流下来的地表水汇集后排 走。
3.翼墙式(八字式)洞门
铁路隧道结构型式及支护参数
隧道结构构造
• 隧道衬砌构造 • 洞门与明洞 • 附属建筑物 • 高速铁路隧道空气动力学问题及 工程措施
平、纵、横断面的形状由道路隧道 的几何设计确定
洞身衬砌 主体构 造物 隧道 结构 构造
衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌 计算决定
洞门构造物 避车洞
明洞
附属构造 物
通风 照明 排水、消防、通讯等
2440 3000
1210 1100
2250 基本建筑限界
隧道建筑限界
4.直线隧道净空 在“隧道建筑限界”基础上，考虑避让等安全空间、 救援通道及技术作业空间，还考虑了在不同的围岩 压力作用下，衬砌结构的合理变形形状 。
隧道衬砌内轮廓 隧道建筑界限 基本建筑界限 机车车辆界限 5 6
4 3 6650
3.悬臂式棚洞 稳定而陡峻的山 坡，外侧地形难 以满足一般棚洞 的地基要求，且 落石不太严重的 情况，可修建悬 臂式棚洞。由重 力式内墙、悬臂 横梁、盖板及内 端平衡重组成。
第三节
铁路隧道横断面
一、铁路隧道净空的确定
隧道净空的概念:指隧道衬砌的内轮廓线所包围的 空间。 隧道净空←隧道建筑限界←基本建筑限界←机车车 辆限界
•衬砌的主要方式有：整体式混凝土衬砌、拼装式 衬砌、喷射混凝土衬砌和复合式衬砌等。
一、整体式混凝土衬砌
＆特点：对地质条件的适应性较强，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。
＆隧道衬砌按照不同的围岩类别，有直墙式衬砌和曲
墙式衬砌两种形式，而曲墙式又分为有仰拱和无仰拱 两种。
1.直墙式衬砌 适用于地质条件比较好，垂直围岩压力为主而水平 围岩压力较小的情况。主要适用于I~Ⅲ级围岩。
锚杆 网喷混凝土 防水层 二次衬砌
45° 1 O1 O2 O2
r
H
r3
O3
隧线 中中 线线 内轨顶面
d
O3
h1 80 B 27
h1
铁路隧道复合式衬砌示意图
第二节
一、洞门
(一)洞门的作用
洞门与明洞
•减少洞口土石方开挖量。 •稳定边、仰坡。 •引离地表水流。 •装饰洞口。
(二)洞门的形式 1.洞口环框 适用于洞口石质坚硬稳定(Ⅰ~II级围岩)，且地形陡 峻地段，起到减少洞口雨后滴水的作用。
三、锚喷式衬砌
＆锚喷式衬砌是锚喷结构既作为隧道支护，又作为隧
道永久结构的形式。
＆具有隧道开挖后衬砌及时，施工方便和经济的显著
特点。
＆喷锚支护作为柔性支护，变形量较大，其外轮廓线
宜预留稍大的空间（20cm）； ＆不宜采用锚喷支护作为永久衬砌的情况： ① 在某些不良地质、大面积涌水地段和特殊地段； ② 寒冷和严寒地区有冻害的地方； ③ 地下水有侵蚀性。
3.半路堑式偏压型
1:5
1:5
1:1.5
1:10
1:0.5
实际填土坡线
0.55
1.10
0.65
1.55
0.65
1.25
半路堑式偏压型拱形明洞
4.半路堑式单压型
1:5 1:5 1:10 1:1.5实际填土坡 1:0. 线 3
0.5 5
0.65
2.30 1.00
1.25
半路堑式单压型拱形明洞
(二)棚式明洞(简称棚洞) 有些傍山隧道，地 形的自然横坡比较 陡，外侧没有足够 的场地设置外墙及 基础或确保其稳定， 这时可考虑采用另 一种建筑物——棚 式明洞。
第一节
衬砌构造
•开挖后的隧道，为了保持围岩的稳定性，一般需 要进行支护和衬砌。
•支护的主要方式有：锚杆、钢架、钢筋网、喷射 混凝土及其它的组合。
系统锚 杆 喷层 系统锚杆 系统锚杆加喷射混凝土联合支护
喷层
系统锚 杆
竖向网构架立筋
45o 35o31’
水平网构架立筋 主筋
格栅组合示意
格栅钢架断面
钢拱架构造
5.台阶式洞门
当洞门位于傍山侧坡地区，洞门一侧边仰坡较高时， 为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。
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°)。
2
4350
内轨面 1 2200 2450 2200 2450
6 750 1250 4 170 5 R=2 300
5
R=2 500 300
4
550 7700
3 2400 1500 2000
3
2440 4000
2 2450 线 路 中 线 1875 190 2250 4500 3000 2 曲墙衬砌内轮廓
4000 3560 3000
2440
轨面 2250 4000 8500 2250
隧道建筑限界
基本建筑限界
(单线)
(双线)
1700
1250 550 6550 1400 2000
2300 1000
2300 1000
1500
1500
425 0
2400
2440 4000 1875 轨面 2250 4000 8500 4250 3000 4000
四、复合式衬砌
＆复合式衬砌把衬砌分成两层或两源自以上，可以是同一种型式、方法和材料施作的，也可以是不同型式、 方法、时间和材料施作的。 ＆目前铁路隧道最通用的是外衬为锚喷支护，内衬为 整体式混凝土衬砌。
＆特点：可以满足初期支护施作及时、刚度小易变形
的要求，且与围岩密贴，从而能保护和加固围岩，充 分发挥围岩的自承作用。二衬后，衬砌内表面光滑平 整，可以防止外层风化，装饰内壁，增强安全感。
内轨顶面
4000 8880 8900 2250
-1210 -1 190
直墙衬砌内轮廓
第四节
• • • • 200km/h单线 200km/h双线 250km/h双线 350km/h双线
铁路隧道支护参数
复习题
1.复合式衬砌的特点。
1.机车车辆限界 平坡直线上机车车辆最外轮廓的限界尺寸。
2.基本建筑限界 指线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线。
3.隧道建筑限界
在“基本建筑限界”基础上，考虑通讯、照明、电力。
(单线)
(双线)
1400
2440
1000
2440
1000
2000 1500 6000 1500
2440
3560 3000 1875 1210 1100
2.曲墙式衬砌 适用于地质较差，有较大水平围岩压力的情况。主 要适用于Ⅳ级及以上的围岩，Ⅲ级围岩双线。
设置 仰拱
作用
使结构及时封闭，提高整体承载力和 侧墙抵抗侧压力的能力 抵御结构下沉变形，调整围岩和衬砌 的应力状态
二、装配式衬砌
＆特点：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。但要求有一定的机械化设备， 施工工艺复杂，衬砌的整体性及抗渗性差。
内轨顶面
1 平面
1
1－1正面
斜交式洞门
7.突出式洞门
高速铁路隧道，为减缓高速列车的空气动力学效应， 在单线隧道洞一般设喇叭口洞口缓冲段，同时兼作隧 道洞门。 公路隧道采用较多， 主要目的是减少洞口 工程量和装饰洞口。
二、明洞
•明洞是用明挖法修筑而成。 •明洞一般修筑在隧道的进出口处，或铁路、公路、 河渠必须在铁路上方通过，或洞口有落石危及行车 安全时。 •明洞的结构类型：拱式明洞和棚式明洞。
(一)拱式明洞 •拱式明洞由拱圈、边墙和仰拱(或铺底)组成。 1.路堑式对称型
0.02 实际填土坡线
0.45 1:0. 5
1:5
1:10
0.55
0.55
路堑式对称型拱形明洞
2.路堑式偏压型
1:5 1:5 1:10
1： 0.3
1:1.5 实际填土坡 线
0.4 5
0.90
0.55
0.75
路堑式偏压型拱形明洞
1.盖板式明洞 由内墙、外墙 及钢筋混凝土 盖板组成简支 结构。其上回 土石，以保护 盖板不受山体 落石的冲击。
钢筋混凝土盖板 Ⅰ-Ⅰ断面 盖板 粘土隔水层 Ⅰ 钢筋混凝土梁 Ⅰ 外墙 侧洞
线 路 中 线 棚 洞 中 线
夯填土 水泥砂浆垫层 防水层
盖板式明洞
2.刚架式明洞 当地形狭窄，山坡陡峻，基岩埋置较深而上部 地基稳定性差时，为了使基础置于基岩上且减 小基础工程，可采用刚架式外墙，此时称明洞 为刚架式明洞。主要由外侧刚架，内侧重力式 墩台结构、横顶梁、底横撑及钢筋混凝土盖板 组成。