第3章 隧道结构设计

3.1.2 支护结构 初期支护结构
永久支护结构
▲初期支护(一次支护):木 支撑、型钢支撑、格栅支 撑、锚喷支护等。
▲永久支护(二次支护、二 次衬砌) :整体衬砌、复合 式衬砌、装配式衬砌及锚 喷衬砌等4种。
初期支护结构
永久支护结构
第3章

洞门 明洞
隧道结构构造
洞身衬砌
3.3.4 明洞填土
3.3.1 拱形明洞
1、路堑对称型
2、路堑偏压型
3、半路堑偏压型 4、半路堑单压型
(1) 路堑对称型
适用于洞顶地势平缓, 路堑两侧地质条件基 本相同
(2)路堑偏压型
适用于两侧山坡 高差较大的路堑，高 侧边坡有坍塌，落石 或泥石流。
(3)半路堑偏压型
适用于半路堑靠山侧边坡较高，有坍塌、落石或泥石流等不 良地质现象，而外侧地面较宽敞和稳定。
端墙式洞门
柱式洞门
柱式洞门图式2
台阶洞门
台阶洞门
翼墙式洞门
翼墙式隧道门造型
遮光棚式洞门图2
翼 墙 式 隧 道 门
柱式路堑明洞隧道门
翼墙式路堑明洞隧道门
半 路 堑 偏 压 明 洞 隧 道 门
半 路 堑 单 压 式 明 洞 隧 道 门
单 压 式 明 洞 隧 道 门
削竹式隧道门
(4)矩形断面衬砌 沉管法、明挖法施工时，广泛采用矩形断 面衬砌
(5) 喇叭口隧道衬砌
3.1.2 衬砌结构的类型
2、衬砌按施工工艺（支护结构 类型）分
(1) 整体式衬砌
(2) 装配式衬砌
(3) 喷锚衬砌
(4) 复合式衬砌
（1）整体式衬砌

整体式衬砌采用就地整体模筑混凝土， 其方法是在隧道内树立模板、拱架，然后 浇灌混凝土而成。它作为一种支护结构，从外 部支撑隧道围岩，适用于不同的地质条件，易 于按需成型，且适合多种施工方法，因此在我 国隧道工程中广泛使用。
3.3.3 明洞基础
（3）基础开挖应核对地质条件，当挖至
设计高程仍不符合设计要求时应上报有关 方面处理。 （4）基础混凝土灌注前必须排除坑内积 水，并对基底进行固化处理。边墙基础应 采用与边墙同级混凝土一次浇筑。

（2）装配式衬砌





这种衬砌具备下列优点： ⑴一经装配成环，不需养生时间，即可承受围岩压力； ⑵大量构件可以在工厂成批生产，在洞内进行机械化拼装， 从而改善了劳动条件，节省了劳动力； ⑶拼装时，不需要临时支护如拱架、模板等，从而节省了大 量的支撑材料及劳动力； ⑷拼装速度因采用了机械化而提高，缩短了工期，还可能降 低造价。 但也存在一些缺点，在坑道内需要足够的拼装空间，制备构 件的尺寸要求有一定的精度，接缝多，防水较困难等，由于以上 原因，在我国铁路上未能推广使用。
第3章

洞门 明洞
隧道结构构造
洞身衬砌
内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水
3.1 洞身衬砌
（1）衬砌材料
（2）洞身衬砌的类型
（3）支护结构
3.1.1 衬砌材料
1、对选用材料的要求 （1）足够的强度和耐久性 （2）具有抗冻、抗渗和抗侵蚀性 （3）就地取材，降低造价，施工方便 易于机械施工。
(1) 直墙衬砌
(2) 曲墙式衬砌
(3) 圆形断面衬砌 (4) 矩形断面衬砌 (5) 喇叭口衬砌
3.1.2 衬砌结构的类型
2、衬砌按施工工艺（支护结构 类型）分
(1) 整体式衬砌
(2) 装配式衬砌
(3) 喷锚衬砌
(4) 复合式衬砌
（1）直墙式衬砌
适用条件： 垂直围岩压力为大、水平围岩压力小的情况下；
洞门设计计算参数
第3章

洞门 明洞
隧道结构构造
洞身衬砌
内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水
3.3
明洞
什么是明洞？采用明挖法修筑的隧道结构 明洞特点： 地面建筑》》》地下建筑 明洞要求：符合地形、地质、经济、安全、施工 难易等条件
3.3
明洞
3.3.1 拱形明洞 （常用） 3.3.2 棚式明洞 3.3.3 明洞基础 （常用）
(3) 喷锚衬砌

指的是借高压喷射水泥混凝土和打入岩层中的金属锚杆的 联合作用(根据地质情况也可分别单独采用)加固岩层，分 为临时性支护结构和永久性支护结构。 把锚固和喷混凝土结合起来，用以加固地下洞室围岩的措 施。


喷混凝土是利用喷浆设备向地下洞室开挖面喷一定厚度的 混凝土层，借以支护围岩。由于混凝土喷层密贴围岩，并 具柔软性等特点，所以能承受较大荷载，并能控制围岩变 形，充填胶结岩体表层裂隙，保护和发挥岩体的潜力。喷 混凝土可以作为洞室围岩的初期支护，也可以作为永久性 支护。
学习本章的要求：
（1）掌握公路隧道的洞身结构、洞门结
构、明洞结构和防排水设施的构造原理 （2）了解公路隧道内装修与路面结构
主体构 造物
洞身 衬砌
洞身衬砌的平、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
隧道 结构 构造
附属构 造物
洞门构 造物
明洞
通风 照明 排水、消防、通讯等
3．基础埋臵深度
(1) 洞门端墙、翼墙、挡土墙基础应埋入路基面以 下一定深度。土质地基埋臵深度不应小于 1 米。 且应符合基底应力的要求。 (2) 洞门端墙嵌入路堑边坡的深度根据坡度不同取 值30－50厘米。
(3)在洞门端墙厚度范围内的洞口衬砌基础埋 臵深度，应与端墙基础相同。 (4)为保证洞门稳固和施工方便，衬砌边墙外 侧的洞门端墙基础宽度一般不小于0.5m． (5)当墙基础砌筑在稳定坚硬的基岩斜坡上 时．基础可切割成台阶状。
(1)墙式棚洞
(2)刚架式栅洞
外墙结构为连续框架，对地基承载力要求较高
(3)柱式棚洞
外墙为独立柱和纵梁方式，结构简单，预制吊 装方便，但整体性较差。
(4)悬臂式棚洞
当山坡较陡，坡面有少量落石，且外侧 地基不良或不宜设基础时，可采用悬臂式棚洞
3.3.3 明洞基础
明洞边墙基础必须臵于稳固的地基上，施工应 符合下列要求： （1）偏压和单压明洞外边墙的基底，在垂直 路线方向宜向内挖成0.1:1的斜坡，提高边墙抗 滑力。 （2）当地基松软时应采取增加承载力的措施。
(4)半路堑单压型
适用于靠山侧边坡或原山坡有坍塌、落石等情况，外侧地形 陡峻无法填土地段 。
3.3.2 棚式明洞
当山坡坍方，山体侧压力不大，或因受地质、地形
条件的限制，难以修建拱形明洞时，可采用棚式明洞。 棚式明洞顶板为梁式结构。 棚式明洞的类型主要取决于外侧边墙的结构形式。 通常有墙式、刚架式，柱式和悬臂式等棚式明洞
洞门的构造要求
5. 洞门端墙、翼墙和挡土墙截面厚度应满足 规范要求。
6．洞门端墙、翼墙和挡土墙应根据情况设臵 伸缩缓和沉降缝。
7．洞门翼墙和挡土墙身应设臵泄水孔。
洞门的构造要求
3.2.4 洞门的基础
1 、洞门端墙、翼墙、挡土墙基础必须臵于稳固 地基上，基底松碴应清除干净，以防止滑动和 不均匀沉陷。 2 、在松软地基上设臵基础，当地基承载力不足 时，可结合具体条件采取换填。扩大基础、桩 基、地基加固等措施。
③ 作为隧道的标志性建筑物，应与隧道的规模、使用
特性以及周围建筑物、地形条件等要相协调 。
3.2.2
洞门的形式
（1）端墙式洞门 （2）翼墙式洞门 （3）环框式洞门 （4）台阶式洞门 （5）遮光棚式洞门
(1)
端墙式洞门
(2)翼墙式洞门
(3)环框式洞门－削竹式洞门
(4)台阶式洞门
(5) 遮光棚式洞门
（2）装配式衬砌

这种衬砌是将若干在工厂或现场预制的构件运入坑道 内，用机械拼装而成，一经装配，即可承受围岩压力。 整体式混凝土衬砌虽然在我国被广泛地采用，但是， 它在灌注以后不能立即承受荷载，必须经过一个养护 的过程，因而施工进度受到一定的限制。随着社会不 断地向工业化和机械化发展，隧道施工也提出向工业 化和机械化改进，于是随着隧道施工机械化的发展， 出现了装配式隧道衬砌。
内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水
3.2 洞门
3.2 洞门
3.2 洞门
3.2 洞门
3.2 洞门
3.2.1 洞门的概念及其作用
3.2.2 洞门的形式
3.2.3 隧道洞门构造
3.2.1 洞门的概念及其作用
洞门的概念：洞门是隧道两端的外露部分，也是联系
洞内衬砌与洞口外路堑的支护结构。
※ 洞门的主要作用 ① 保证洞口边坡的安全和仰坡的稳定； ② 汇集在洞口附近的仰、边坡上的地表水，并引离隧 道，减少洞口土石方开挖量；
削竹式隧道门图2
高速公路 削竹式隧道门
3.2.2
洞门的形式
（1）端墙式洞门 （2）翼墙式洞门 （3）环框式洞门 （4）台阶式洞门 （5）遮光棚式洞门
3.2.3 洞门的构造要求
1．仰坡坡脚至洞门端墙顶帽背 的水平距离，一般不小于 1.5m。 2．洞门端墙顶宜高出仰坡坡脚 不小于0.5m。 3．洞门端墙与仰坡之间水沟沟 底至衬砌拱顶外缘的高度，一 般不小于1m。 4．一般隧道门端墙、翼墙、挡 土墙设计为仰斜式墙身时，墙 背坡度不宜缓于1: 0.3。
3.2.7 洞门的结构计算
1、隧道洞门计算原理及方法
洞门是支挡洞口正面仰坡和路 堑边坡的结构物，洞门视为墙背 承受土压力的挡土墙结构，根据 挡土墙理论设计。 端墙式洞门可按计算挡土墙 的方法分别核算不同墙高截面的 稳定性和强度，以此决定端墙的 厚Байду номын сангаас和尺寸。
隧道洞门计算原理及方法
翼墙式洞门与端墙式洞门一 样，也可采用分条方法取条带 计算。 在计算端墙时，应考虑翼墙 对端墙的支撑作用。
2、 洞门墙的主要检算规定
墙身截面压应力σ 墙身截面偏心距e 基底应力σ ≤容许应力 ≤0.3倍截面厚度 ≤地基容许承载力
岩石地基≤B/4 土质地基≤B/6 （B——基底厚度）
基底偏心距e
滑动稳定系数Kc 倾覆稳定系数Ko
≥1.3 ≥1.5
一、倾覆稳定计算
二、滑动稳定性计算
基底偏心距计算
基底压应力计算
（6）喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌
整体式衬砌与复合式衬砌的区别

复合式衬砌是初期支护、二次衬砌加中间的防 水板组成，是新奥法的主要支护形式。 整体式衬砌是单独的混凝土衬砌，以前矿山法 多用此支护形式，现在多用于明洞等衬砌。 可以理解成复合式衬砌形式上比整体式的多初 期支护和防水板。但是初期支护是新奥法的主 要体现，
4．当洞门挡(翼)墙受滑动控制时．可采用倾斜基底 或凸形基底等防滑措施．基底倾斜度，土质地基 一般不大于 0.2:1 ，稳定岩石地基不大于 0.3 ： 1 。
5 ．检算倾斜基底稳定时，除检算沿基底的滑动稳 定外，尚应检算沿地基上层的水平剪切应力。
3.2.5 洞门建筑材料
（1）钢筋混凝土 （2）料石砌体
一般适用于Ⅱ、Ⅲ级围岩，有时也可用于Ⅳ 级围岩. 割圆拱：r1=r2、坦三心圆拱:r1>r2、尖三心圆拱 :r1<r2
（2）曲墙式衬砌
适用条件：通常用在Ⅳ 级以下的围岩水平 压力较大的情况下
(3) 圆形断面隧道
为了抵御膨胀性围岩压力，山岭隧道 也可以采用圆形或近似圆形断面; 盾构法 沉管法施工的隧道。
初期支护结构
喷混凝土衬砌、喷锚衬砌 及复合式衬砌


喷混凝土衬砌：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。适当 的时间喷混凝土，即为喷混凝土衬砌。 喷锚衬砌：根据实际情况，需要安装锚杆的则 先装设锚杆，再喷混凝土，即为喷锚衬砌。 复合式衬砌：如果以喷混凝土，锚杆或钢拱支 架的一种或几种组合作为初次支护对围岩进行 加固，维护围岩稳定防止有害松动。待初次支 护的变形基本稳定后，进行现浇混凝土二次衬 砌，即为复合式衬砌。
3.2.6 洞门施工要求
1．洞门宜尽早修建，并尽可能避免在雨季施工．洞门修 筑前应作好洞口及仰坡周围的排水、截水设施，以保 护边、仰坡的稳定。
2．当洞口边、仰坡土石有剥落可能时，坡面应清理并予 以防护． 3．洞门端墙厚度范围内的结构，应与洞口环节衬砌采用 同一材料整体灌筑。
4．翼墙和洞口挡土墙应与端墙同时砌筑．当翼墙需分段 修建时，其墙身应留施工缝，并应检算施工状态稳定 性。 5. 洞门端墙,翼墙,挡土墙墙身砌出地面后,基坑必须及时 回填夯实，顶面作成不小于4%的排水坡。
3.1.1 衬砌材料
2、常用材料 （1）混凝土 （2）钢筋混凝土 （3）片石混凝土 （4）喷射混凝土 （5）石料 （6）锚杆和钢架 （7）装饰性材料
3.1.1 衬砌结构的类型
衬砌结构形式，主要根据地质地形条 件，考虑结构受力的合理性、施工方法 等因素来确定。
3.1.2 衬砌结构的类型 1、衬砌按断面线性分