隧道工程第4章隧道结构构造全解
相关主题
- 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)。
‹#›
第四章 隧道结构构造
‹#›
主要内容
4.1 4.2 4.3 初砌构造 洞门与明洞 附属建筑物
‹#›
4.1 衬砌构造
1 外部支护
◆ ◆ ◆ ◆ 整体式混凝土衬砌 砌石衬砌 拼装式衬砌 喷射混凝土支护
2 内部支护
★ 锚杆 ★ 注浆 ● 喷锚支护 ● 复合式衬砌
3 混合支护
‹#›
‹#›
一、整体式混凝土衬砌
‹#›
◆ 改善受力条件，相对单层同厚度模筑衬砌， 承载能 力提高20％～30％
优点：
◆ 防止外层衬砌风化，使喷层内钢筋网和锚杆
端部免于锈蚀 ◆ 表面光洁平整，利于通风 防水效果好
缺点：◆ 造价较高，施工较复杂
‹#›
五、支护结构基本要求
支护结构的基本作用在于保证隧道断面的使用净空， 防止岩体质量恶化；承受可能的各种荷载，使隧道支护体 系有足够的安全度。因此，任何一种类型的支护结构都应 具有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工可能性。 按现代支护理论，理想支护结构应满足如下基本要求： 必须与周围岩体大面积地牢固接触，即保证支护一围 岩作为一个统一的支护体系而共同工作 。 要允许围岩及支护结构产生有限制的变形，以充分发 挥围岩的承载作用而减少支护结构的受力，但又必须保证 支护结构及时施作。
隧 道 中 线
线 路 中 线
初期支护 防水层 模注二次衬砌
C25素砼
2%
路线设计标高 隧底填充C10素砼
C25素砼
复合式衬砌结构图
‹#›
复 合 衬 砌 防 水 层
‹#›
衬砌结构受力状态：
外衬受力状态
◆ 保护围岩和加固围岩，促进围岩的应力调整，充分发挥围 岩的自承作用
内衬受力状态
◆ 在较坚硬的围岩地段，由于围岩具有自承能力，它与初期 支护组合在一起能起到永久建筑物的作用，所以二次衬砌只是 用来提高安全度的； ◆ 在围岩比较软弱地段，则内、外衬砌是共同承载；而在一 些特殊地质地段中(坍方、大变形)，二次衬砌的承载作用是主 要的，它不仅稳定围岩的变形而且在整个衬砌结构中占有主导 地位。
‹#›
4.2 洞门与明洞 一、洞门
1、定义
在隧道洞口用圬工砌筑并加以一定建筑装饰的支挡结构物。
2、洞门作用
◆ 减少洞口土石方开挖量 ◆ 稳定边坡 ◆ 引离地表流水 ◆ 装饰洞口
‹#›
3、洞门结构类型
◆ ◆ 洞口环框式洞门 端墙式洞门
◆
◆ ◆ ◆ ◆
翼墙式洞门
柱式洞门 台阶式洞门 斜交洞门 削竹式(喇叭式)洞门
工艺流程：立模→灌筑→养生→拆模 优点： ◆ ◆ ◆ ◆ 对地质条件和施工条件适应性较强 易于按需要成型 整体性好 抗渗性强
缺点： ◆ 需要养生时间 ◆ 受力较慢
‹#›
1、直墙式衬砌
适用条件：
拱圈
地质条件较好的Ⅰ、 Ⅱ级(Ⅴ、Ⅵ类 )围岩。
直边墙
轨顶面
围岩压力以竖向为主， 几乎没有或仅有很小 的水平侧向压力。
‹#›
四、复合式衬砌
在不同的时间分层先后施作，它可以是两层、三层或 更多的层 ，目前实践的都只外衬和内衬两层，因此又称之 “双层衬砌”
基本组成：外衬、防水层、内衬 内 衬 外 衬
混凝土衬砌 格栅钢构拱架喷射混凝土 混凝土衬砌
喷锚支护 混凝土衬砌 装配式衬砌
‹#›
常 用 公 路 隧 道 Ⅳ 级 围 岩 复 合 衬 砌 结 构
特点：可以在端墙中部设置两个断面较大的柱墩，以增加端 墙的稳定性。
‹#›
三、锚喷支护
喷射混凝土加设锚杆和金属网构成的一种支护形式，简 称“喷锚支护”，是目前常用的一种围岩支护手段。 适应软弱和膨胀性地层隧道开挖及可用于整治坍方和隧 道衬砌的裂损。
1 作用原理
喷射混凝土充填裂隙、封闭围岩壁面，靠喷层与围岩的粘 结力及自身的抗剪能力组成一个新的承载结构体系 通过锚杆的悬吊效应、组合梁效应 、加固效应以发挥围 岩自承能力 形成一种柔性衬砌结构，与围岩合成一体，共同作用， 充分调动或发挥围岩的自稳能力
连拱四线铁路隧道
‹#›
二、装配式混凝土衬砌
因隧道施工工业化和机械化发展而出现了装配式隧道衬
砌，目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道中应用。 ◆ ◆ 优点： ◆ ◆ ◆ 缺点： ◆ ◆ ◆ 可立即承受围岩压力 工厂化、机械化，改善劳动条件 不需临时支撑可节省大量材料及劳力 速度快，工期短，造价低 接缝多，整体性差， 抗渗性差，防水困难 需要足够的拼装空间 制备构件尺寸上要求精度高
铺底
直墙式衬砌
‹#›
半衬砌
适用于： 地质条件极好， 整体岩层坚固； 几乎无水平侧压力， 也无地下水侵入。
直墙式衬砌
可不设边墙，但应 把两侧岩壁表面喷 浆敷面。
‹#›
2、曲墙式衬砌
拱圈
适用于： 地质较差，岩
曲边墙
体松散破碎，
强度不高；
有地下水；
内轨顶面
侧向水平压力 也相当大。
仰拱
曲墙式衬砌
‹#›
‹#›
六、衬砌结构一般规定
衬砌结构材料 隧道衬砌材料，应具有足够的强度和耐久性，在某 些环境中，还必须具有抗冻、抗渗和抗侵害性。 衬砌结构伸缩缝、沉降缝 隧道衬砌一般不设伸缩缝，但严寒地区的整体式衬 砌、锚喷衬砌或复合式衬砌应在洞口和易受冻害地段设 置伸缩缝。 在对隧道衬砌有不良影响的软硬地层分界处应设置 沉降缝。
‹#›
（3）翼墙式洞门
适用：山体纵向推力较大,洞口地质较差的Ⅳ级及以上的 围岩，增加洞门的抗滑动和抗倾覆能力。
南昆线二梓坡隧道
‹#›
翼墙式洞门
‹#›
检查梯
翼墙式洞门
‹#›
‹#›
昆仑山隧道
‹#›
(4)柱式洞门
适用：地形较陡，地质条件较差，仰坡可能下滑，而又受地 形或地质条件限制，不能设置翼墙时。
‹#›
2 锚喷支护类型
◆ 锚杆支护 ◆喷射混凝土支护 ◆喷射混凝土锚杆联合支护 ◆喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护 ◆以上类型加设型钢支撑（或格栅）而成的联合支护
3 优点
◆充分发挥围岩的自承能力，因而有效地利用洞内净空 ◆施工简便，提高作业安全性和作业效率， ◆使坑道断Hale Waihona Puke Baidu缩小，从而减少了开挖量，也节省圬工
‹#›
（1）洞口环框式洞门
适用：Ⅵ类或Ⅰ级围岩，地形陡峻而又无排水要求 作用：不承载，加固洞口 减少雨后洞口滴水 简单装饰
‹#›
风火山隧道
‹#›
（2）端墙式洞门
适用：地形开阔，岩质基本稳定的Ⅰ ～ Ⅲ级围岩。 结构特点：能有效抵抗山体纵向推力。
‹#›
端墙
‹#›
端墙式洞门
‹#›
乌石山隧道
端墙作用：支护洞口仰坡，并将仰坡水流汇集排出
第四章 隧道结构构造
‹#›
主要内容
4.1 4.2 4.3 初砌构造 洞门与明洞 附属建筑物
‹#›
4.1 衬砌构造
1 外部支护
◆ ◆ ◆ ◆ 整体式混凝土衬砌 砌石衬砌 拼装式衬砌 喷射混凝土支护
2 内部支护
★ 锚杆 ★ 注浆 ● 喷锚支护 ● 复合式衬砌
3 混合支护
‹#›
‹#›
一、整体式混凝土衬砌
‹#›
◆ 改善受力条件，相对单层同厚度模筑衬砌， 承载能 力提高20％～30％
优点：
◆ 防止外层衬砌风化，使喷层内钢筋网和锚杆
端部免于锈蚀 ◆ 表面光洁平整，利于通风 防水效果好
缺点：◆ 造价较高，施工较复杂
‹#›
五、支护结构基本要求
支护结构的基本作用在于保证隧道断面的使用净空， 防止岩体质量恶化；承受可能的各种荷载，使隧道支护体 系有足够的安全度。因此，任何一种类型的支护结构都应 具有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工可能性。 按现代支护理论，理想支护结构应满足如下基本要求： 必须与周围岩体大面积地牢固接触，即保证支护一围 岩作为一个统一的支护体系而共同工作 。 要允许围岩及支护结构产生有限制的变形，以充分发 挥围岩的承载作用而减少支护结构的受力，但又必须保证 支护结构及时施作。
隧 道 中 线
线 路 中 线
初期支护 防水层 模注二次衬砌
C25素砼
2%
路线设计标高 隧底填充C10素砼
C25素砼
复合式衬砌结构图
‹#›
复 合 衬 砌 防 水 层
‹#›
衬砌结构受力状态：
外衬受力状态
◆ 保护围岩和加固围岩，促进围岩的应力调整，充分发挥围 岩的自承作用
内衬受力状态
◆ 在较坚硬的围岩地段，由于围岩具有自承能力，它与初期 支护组合在一起能起到永久建筑物的作用，所以二次衬砌只是 用来提高安全度的； ◆ 在围岩比较软弱地段，则内、外衬砌是共同承载；而在一 些特殊地质地段中(坍方、大变形)，二次衬砌的承载作用是主 要的，它不仅稳定围岩的变形而且在整个衬砌结构中占有主导 地位。
‹#›
4.2 洞门与明洞 一、洞门
1、定义
在隧道洞口用圬工砌筑并加以一定建筑装饰的支挡结构物。
2、洞门作用
◆ 减少洞口土石方开挖量 ◆ 稳定边坡 ◆ 引离地表流水 ◆ 装饰洞口
‹#›
3、洞门结构类型
◆ ◆ 洞口环框式洞门 端墙式洞门
◆
◆ ◆ ◆ ◆
翼墙式洞门
柱式洞门 台阶式洞门 斜交洞门 削竹式(喇叭式)洞门
工艺流程：立模→灌筑→养生→拆模 优点： ◆ ◆ ◆ ◆ 对地质条件和施工条件适应性较强 易于按需要成型 整体性好 抗渗性强
缺点： ◆ 需要养生时间 ◆ 受力较慢
‹#›
1、直墙式衬砌
适用条件：
拱圈
地质条件较好的Ⅰ、 Ⅱ级(Ⅴ、Ⅵ类 )围岩。
直边墙
轨顶面
围岩压力以竖向为主， 几乎没有或仅有很小 的水平侧向压力。
‹#›
四、复合式衬砌
在不同的时间分层先后施作，它可以是两层、三层或 更多的层 ，目前实践的都只外衬和内衬两层，因此又称之 “双层衬砌”
基本组成：外衬、防水层、内衬 内 衬 外 衬
混凝土衬砌 格栅钢构拱架喷射混凝土 混凝土衬砌
喷锚支护 混凝土衬砌 装配式衬砌
‹#›
常 用 公 路 隧 道 Ⅳ 级 围 岩 复 合 衬 砌 结 构
特点：可以在端墙中部设置两个断面较大的柱墩，以增加端 墙的稳定性。
‹#›
三、锚喷支护
喷射混凝土加设锚杆和金属网构成的一种支护形式，简 称“喷锚支护”，是目前常用的一种围岩支护手段。 适应软弱和膨胀性地层隧道开挖及可用于整治坍方和隧 道衬砌的裂损。
1 作用原理
喷射混凝土充填裂隙、封闭围岩壁面，靠喷层与围岩的粘 结力及自身的抗剪能力组成一个新的承载结构体系 通过锚杆的悬吊效应、组合梁效应 、加固效应以发挥围 岩自承能力 形成一种柔性衬砌结构，与围岩合成一体，共同作用， 充分调动或发挥围岩的自稳能力
连拱四线铁路隧道
‹#›
二、装配式混凝土衬砌
因隧道施工工业化和机械化发展而出现了装配式隧道衬
砌，目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道中应用。 ◆ ◆ 优点： ◆ ◆ ◆ 缺点： ◆ ◆ ◆ 可立即承受围岩压力 工厂化、机械化，改善劳动条件 不需临时支撑可节省大量材料及劳力 速度快，工期短，造价低 接缝多，整体性差， 抗渗性差，防水困难 需要足够的拼装空间 制备构件尺寸上要求精度高
铺底
直墙式衬砌
‹#›
半衬砌
适用于： 地质条件极好， 整体岩层坚固； 几乎无水平侧压力， 也无地下水侵入。
直墙式衬砌
可不设边墙，但应 把两侧岩壁表面喷 浆敷面。
‹#›
2、曲墙式衬砌
拱圈
适用于： 地质较差，岩
曲边墙
体松散破碎，
强度不高；
有地下水；
内轨顶面
侧向水平压力 也相当大。
仰拱
曲墙式衬砌
‹#›
‹#›
六、衬砌结构一般规定
衬砌结构材料 隧道衬砌材料，应具有足够的强度和耐久性，在某 些环境中，还必须具有抗冻、抗渗和抗侵害性。 衬砌结构伸缩缝、沉降缝 隧道衬砌一般不设伸缩缝，但严寒地区的整体式衬 砌、锚喷衬砌或复合式衬砌应在洞口和易受冻害地段设 置伸缩缝。 在对隧道衬砌有不良影响的软硬地层分界处应设置 沉降缝。
‹#›
（3）翼墙式洞门
适用：山体纵向推力较大,洞口地质较差的Ⅳ级及以上的 围岩，增加洞门的抗滑动和抗倾覆能力。
南昆线二梓坡隧道
‹#›
翼墙式洞门
‹#›
检查梯
翼墙式洞门
‹#›
‹#›
昆仑山隧道
‹#›
(4)柱式洞门
适用：地形较陡，地质条件较差，仰坡可能下滑，而又受地 形或地质条件限制，不能设置翼墙时。
‹#›
2 锚喷支护类型
◆ 锚杆支护 ◆喷射混凝土支护 ◆喷射混凝土锚杆联合支护 ◆喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护 ◆以上类型加设型钢支撑（或格栅）而成的联合支护
3 优点
◆充分发挥围岩的自承能力，因而有效地利用洞内净空 ◆施工简便，提高作业安全性和作业效率， ◆使坑道断Hale Waihona Puke Baidu缩小，从而减少了开挖量，也节省圬工
‹#›
（1）洞口环框式洞门
适用：Ⅵ类或Ⅰ级围岩，地形陡峻而又无排水要求 作用：不承载，加固洞口 减少雨后洞口滴水 简单装饰
‹#›
风火山隧道
‹#›
（2）端墙式洞门
适用：地形开阔，岩质基本稳定的Ⅰ ～ Ⅲ级围岩。 结构特点：能有效抵抗山体纵向推力。
‹#›
端墙
‹#›
端墙式洞门
‹#›
乌石山隧道
端墙作用：支护洞口仰坡，并将仰坡水流汇集排出