衬砌结构设计
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武阳右线隧道衬砌结构设计
1、公路隧道设计规范对于衬砌设计的相关规定
2、武阳右线隧道衬砌布置 3、 初期支护设计参数
4、 二次衬砌参数 5、 各级围岩衬砌设计图
1、公路隧道设计规范对衬砌设计的相关规定
• 公路隧道应作衬砌，根据隧道围岩地质条件、施工条件和使用 要求分别采用喷锚衬砌、整体式衬砌、复合式衬砌。高速公路、 一级公路、二级公路的隧道应采用复合式衬砌。
表8.4.1 预留变形量
围岩级别 两车道隧道 三车道隧道
Ⅰ
—
—
Ⅱ
—
10～50
Ⅲ
20～50
50～80
围岩级 别
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
两车道隧道 三车道隧道
50～80
80～120
80～120 100～150
现场量测确定
• 复合式衬砌可采用工程类比法进行设计，并通过理论分析进行 验算。两车道初期支护及二次衬砌的支护参数可参照表8.4.2-1 选用，并应根据现场围岩监控量测信息对设计支护参数进行必 要的调整。
35 10
756
隧道中线
R1=556
通讯电缆沟 102.3
R2=806
O1
O2
电力电缆沟
900
92.3
1.5%
R2=806
10 35
1112
Ⅲ级围岩衬砌图
35 10
75
隧道中线
≥150
100 50
φ22砂浆锚杆
300
10cm厚喷射混凝土 20×20cmφ6钢筋网
120
50cm厚胶泥防渗层
i%
i%
300g/m2无纺布 1.2mm防水卷材 70cm厚C25钢筋混凝土
• 隧道衬砌设计应综合考虑地质条件、断面形状、支护结构、施 工条件等，并应充分利用围岩的自承能力。衬砌应有足够的强 度和稳定性，保证隧道长期安全使用。
• 复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成 的衬砌形式。复合式衬砌设计应复合下列规定： 1.初期支护应采用锚喷支护，即由喷射混凝土、锚杆、钢筋网 和刚架等支护形式单独或组合使用。锚杆支护宜采用全长粘结 锚杆。 2.二次衬砌宜次要模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截 面宜采用连接圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相 同。 3.在确定开挖断面时，除应满足隧道净空和结构尺寸外，还应 考虑围岩和初期支护的变形，并预留适当的变形量。预留变形 量的大小可根据围岩级别、断面大小、埋置深度、施工方法和 支护情况等，采用工程类比法预测。当无预测值时可参照表规 范8.4.1选用，并应根据现场监控量测结果进行调整。
d、钢筋网应配合锚杆一起使用钢筋网应锚杆绑扎连接或焊接。 2）设计参数
a、钢筋型号：HPB335； b、直径：φ8； c、布置方式：单层，网格按矩形布置； d、网格间距：Ⅴ级围岩和Ⅴ级围岩加强段取20cm×20cm，Ⅳ级围岩
取25cm×25cm，Ⅲ级围岩采用局部挂钢筋，网格间距 取25cm×25cm ；
20 45
C15片石混凝土仰拱回填 C25防水钢筋混凝土仰拱 C20喷射混凝土
1112
45 20
Ⅴ级围岩衬砌图
20 45
WTD25中空注浆锚杆L=300
纵向间距120，环向间距120 梅花型布置
C20喷射混凝土+挂φ8钢筋网25x25cm EVA复合防水板 C25防水混凝土
35 15
877.1
隧道中线
3、4 钢架
对于Ⅳ、 Ⅴ级围岩，其自稳时间很短，为了抑制围岩过大的变形需要增强 支护抗力时，可采用钢架喷射混凝土 作为初期支护。
Ⅴ级围岩：采用18号工字钢闭合环，纵向间距为75cm; Ⅳ级围岩:采用18号工字钢，纵向间距为75cm
4.二次衬砌设计参数
二次衬砌均采用模筑混凝土。为了保证衬砌截面的圆顺性，采用等厚的衬 砌断面，仰拱厚度与拱强的厚度相同。由于武阳隧道的地下水蕴含比较丰富， 应采模筑混凝土采用C25防水混凝土。其混凝土厚度： Ⅴ级围岩：45cm Ⅳ级围岩: 40cm Ⅲ级围岩: 35cm
—
—
—
30
—
拱、 墙
2.0～ 3.0
1.0～1.5
局部 25×25
—
35
—
拱、 墙
2.5～ 3.0
1.0～1.2
局Βιβλιοθήκη Baidu 25×25
拱、 墙
35
35
拱、 墙
3.0～ 4.0
0.8～1.2
局部 25×25
拱、 墙 仰拱
45
45
通过检算、计算确定
武阳右线隧道衬砌布置
里程
衬砌级别
K23+275～K23+300
护拱
R1=556
M7.5浆砌片石
通讯电缆沟 102.3
R2=806
O1
900
1.5%
R2=806
O2 电力电缆沟 92.3
50
C15片石混凝土仰拱回填 45cm厚C25钢筋混凝土仰拱
1112
1372
明洞衬砌图
30 130 60 30 天 沟 60× 60
100
150
1268.4
3 01 5
武阳隧道右洞进口 YK23+275
Ⅴ
K24+～K24+
Ⅴ加强
K24+～K24+
明洞
长度(m) 25 10 97 160 206 214 86 140 174 126
3、初期支护设计
3、1锚杆的设计参数
要使锚杆成为洞室开挖中良好的支护手段，锚杆必须具备两个基本条件。第一，锚
杆受力后变形，且其本身不受破坏；第二，锚杆与围岩保持紧密接触。 锚杆直径和长度等设计参数应根据现场实验及相关的理论公式来确定，但是作为
向1.5m ； Ⅳ级围岩采用纵向1.2m ,环向1.2m；Ⅴ级围岩采用纵向1.0 m ,环向1.0m。
3、2钢筋网
1）设计的规定 钢筋网与锚杆焊接在一起，提高围岩的整体稳定性，提高喷射混凝土的抗剪和抗 弯能力，减少喷射混凝土的收缩裂纹防止局部掉块。通常钢筋网设计应符合以下规定： a、钢筋网网格应矩形布置，网格间距为150mm～300mm； b、钢筋网钢筋的搭接长度应不小于30d（d为钢筋直径）； c、钢筋网喷射混凝土保护层厚度不小于20mm，当采用双层钢筋网时，两层钢筋网之 间的间距应不小于60mm；
高 程 268.778m
1 7 03 06 0 1 5 0
2.489%
50cm厚 胶 泥 防 渗 层
1∶ 20 人工夯实回填土
明洞衬砌
明洞衬砌
仰拱
仰拱回填
仰坡开挖线
沉降缝
1∶ 0.5
武阳隧道右洞进口 YK23+300 高 程 269.440m
右洞轴地面线 二次衬砌
1∶ 0.75
YK23+300地 面 线 YK23+275地 面 线
WTD25中空注浆锚杆L=350 纵向间距100，环向间距100
梅花型布置
100 100
C20喷射混凝土+挂φ8钢筋网20x20cm EVA复合防水板
C25防水钢筋混凝土
45 20
877.1
隧道中线
R1=556
通讯电缆沟 102.3
R2=806
O1
900
1.5%
R2=806
O2 电力电缆沟 92.3
3552.5
明洞开挖线
176.9
明洞开挖线
668.4
1∶ 0.5
隧道中线
1∶ 0.5 1
1∶
1∶ 1
600
100
269.467
1.5%
600
640.5
1262
100
50
600
450
f、钢筋的搭接长度：各级围岩均取200mm。
3、3 喷射混凝土
本隧道初期支护均采用C20喷射混凝土，喷射混凝土的厚度根据公路隧道 设计，喷射混凝土厚度不应小于50mm，不宜大于300mm。应此在Ⅴ级围岩进出 洞口加强段，喷射混凝土的厚度取250mm；Ⅴ级围岩段取200mm； Ⅳ级围岩段
取 200mm； Ⅲ级围岩段采用100mm。
毕业设计由于资料有限，故本设计按工程类比方法来确定。设计参数如下： a、锚杆类型： Ⅴ级、和Ⅳ 级围岩采用WTD25中空注浆锚杆，Ⅲ级围岩采用φ２２水
泥沙浆锚杆； b、锚杆长度： 可以按L=1/3～1/5W（W为隧道开挖宽度 ）取值，结合工程类比， Ⅲ
级围岩2.5m，Ⅳ 级围岩取3.0m，Ⅴ级围岩取3.5m； c、布置方式：均采用梅花型布置； d、布置间距：可以按0.5L～0.7L进行取值，结合工程类比Ⅲ级围岩采用纵向1.5m ,环
明洞
K23+300～K23+310
Ⅴ加强
K23+310～K23+407
Ⅴ
K23+407～K23+567
Ⅳ
K23+567～K23+773
Ⅲ
K23+773～K23+987
Ⅳ
K23+987～K24+73
Ⅲ
K24+073～K24+213
Ⅳ
K24+213～K24+387
Ⅲ
K24+387～K24+513
Ⅳ
K24+513～K24+
R1=556
通讯电缆沟 102.3
R2=806
O1
900
1.5%
R2=806
O2 电力电缆沟 92.3
20 40
C15片石混凝土仰拱回填 C2防水混凝土仰拱 C20喷射混凝土
1112
40 20
Ⅳ级围岩衬砌图
15 35
φ22砂浆锚杆L=250
纵向间距150，环向间距150 梅花型布置
C20喷射混凝土+挂φ8钢筋网25x25c EVA复合防水板 C25混凝土
表8.4.2-1 两车道复合式衬砌的设计参数
围
岩 喷射混凝土厚度
级
(cm)
别 拱部、边 墙
仰拱
Ⅰ
5
—
Ⅱ 5～8
—
Ⅲ 8～12 —
Ⅳ 12～15 —
Ⅴ 15～25 — Ⅵ
初期支护
二次衬砌厚度 (cm)
锚杆(m)
位置 长度
间距
钢筋网
钢架
拱、墙 混凝土
仰拱 混凝 土
局部 2.0
—
—
—
30
—
局部
2.0～ 2.5
1、公路隧道设计规范对于衬砌设计的相关规定
2、武阳右线隧道衬砌布置 3、 初期支护设计参数
4、 二次衬砌参数 5、 各级围岩衬砌设计图
1、公路隧道设计规范对衬砌设计的相关规定
• 公路隧道应作衬砌，根据隧道围岩地质条件、施工条件和使用 要求分别采用喷锚衬砌、整体式衬砌、复合式衬砌。高速公路、 一级公路、二级公路的隧道应采用复合式衬砌。
表8.4.1 预留变形量
围岩级别 两车道隧道 三车道隧道
Ⅰ
—
—
Ⅱ
—
10～50
Ⅲ
20～50
50～80
围岩级 别
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
两车道隧道 三车道隧道
50～80
80～120
80～120 100～150
现场量测确定
• 复合式衬砌可采用工程类比法进行设计，并通过理论分析进行 验算。两车道初期支护及二次衬砌的支护参数可参照表8.4.2-1 选用，并应根据现场围岩监控量测信息对设计支护参数进行必 要的调整。
35 10
756
隧道中线
R1=556
通讯电缆沟 102.3
R2=806
O1
O2
电力电缆沟
900
92.3
1.5%
R2=806
10 35
1112
Ⅲ级围岩衬砌图
35 10
75
隧道中线
≥150
100 50
φ22砂浆锚杆
300
10cm厚喷射混凝土 20×20cmφ6钢筋网
120
50cm厚胶泥防渗层
i%
i%
300g/m2无纺布 1.2mm防水卷材 70cm厚C25钢筋混凝土
• 隧道衬砌设计应综合考虑地质条件、断面形状、支护结构、施 工条件等，并应充分利用围岩的自承能力。衬砌应有足够的强 度和稳定性，保证隧道长期安全使用。
• 复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成 的衬砌形式。复合式衬砌设计应复合下列规定： 1.初期支护应采用锚喷支护，即由喷射混凝土、锚杆、钢筋网 和刚架等支护形式单独或组合使用。锚杆支护宜采用全长粘结 锚杆。 2.二次衬砌宜次要模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截 面宜采用连接圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相 同。 3.在确定开挖断面时，除应满足隧道净空和结构尺寸外，还应 考虑围岩和初期支护的变形，并预留适当的变形量。预留变形 量的大小可根据围岩级别、断面大小、埋置深度、施工方法和 支护情况等，采用工程类比法预测。当无预测值时可参照表规 范8.4.1选用，并应根据现场监控量测结果进行调整。
d、钢筋网应配合锚杆一起使用钢筋网应锚杆绑扎连接或焊接。 2）设计参数
a、钢筋型号：HPB335； b、直径：φ8； c、布置方式：单层，网格按矩形布置； d、网格间距：Ⅴ级围岩和Ⅴ级围岩加强段取20cm×20cm，Ⅳ级围岩
取25cm×25cm，Ⅲ级围岩采用局部挂钢筋，网格间距 取25cm×25cm ；
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C15片石混凝土仰拱回填 C25防水钢筋混凝土仰拱 C20喷射混凝土
1112
45 20
Ⅴ级围岩衬砌图
20 45
WTD25中空注浆锚杆L=300
纵向间距120，环向间距120 梅花型布置
C20喷射混凝土+挂φ8钢筋网25x25cm EVA复合防水板 C25防水混凝土
35 15
877.1
隧道中线
3、4 钢架
对于Ⅳ、 Ⅴ级围岩，其自稳时间很短，为了抑制围岩过大的变形需要增强 支护抗力时，可采用钢架喷射混凝土 作为初期支护。
Ⅴ级围岩：采用18号工字钢闭合环，纵向间距为75cm; Ⅳ级围岩:采用18号工字钢，纵向间距为75cm
4.二次衬砌设计参数
二次衬砌均采用模筑混凝土。为了保证衬砌截面的圆顺性，采用等厚的衬 砌断面，仰拱厚度与拱强的厚度相同。由于武阳隧道的地下水蕴含比较丰富， 应采模筑混凝土采用C25防水混凝土。其混凝土厚度： Ⅴ级围岩：45cm Ⅳ级围岩: 40cm Ⅲ级围岩: 35cm
—
—
—
30
—
拱、 墙
2.0～ 3.0
1.0～1.5
局部 25×25
—
35
—
拱、 墙
2.5～ 3.0
1.0～1.2
局Βιβλιοθήκη Baidu 25×25
拱、 墙
35
35
拱、 墙
3.0～ 4.0
0.8～1.2
局部 25×25
拱、 墙 仰拱
45
45
通过检算、计算确定
武阳右线隧道衬砌布置
里程
衬砌级别
K23+275～K23+300
护拱
R1=556
M7.5浆砌片石
通讯电缆沟 102.3
R2=806
O1
900
1.5%
R2=806
O2 电力电缆沟 92.3
50
C15片石混凝土仰拱回填 45cm厚C25钢筋混凝土仰拱
1112
1372
明洞衬砌图
30 130 60 30 天 沟 60× 60
100
150
1268.4
3 01 5
武阳隧道右洞进口 YK23+275
Ⅴ
K24+～K24+
Ⅴ加强
K24+～K24+
明洞
长度(m) 25 10 97 160 206 214 86 140 174 126
3、初期支护设计
3、1锚杆的设计参数
要使锚杆成为洞室开挖中良好的支护手段，锚杆必须具备两个基本条件。第一，锚
杆受力后变形，且其本身不受破坏；第二，锚杆与围岩保持紧密接触。 锚杆直径和长度等设计参数应根据现场实验及相关的理论公式来确定，但是作为
向1.5m ； Ⅳ级围岩采用纵向1.2m ,环向1.2m；Ⅴ级围岩采用纵向1.0 m ,环向1.0m。
3、2钢筋网
1）设计的规定 钢筋网与锚杆焊接在一起，提高围岩的整体稳定性，提高喷射混凝土的抗剪和抗 弯能力，减少喷射混凝土的收缩裂纹防止局部掉块。通常钢筋网设计应符合以下规定： a、钢筋网网格应矩形布置，网格间距为150mm～300mm； b、钢筋网钢筋的搭接长度应不小于30d（d为钢筋直径）； c、钢筋网喷射混凝土保护层厚度不小于20mm，当采用双层钢筋网时，两层钢筋网之 间的间距应不小于60mm；
高 程 268.778m
1 7 03 06 0 1 5 0
2.489%
50cm厚 胶 泥 防 渗 层
1∶ 20 人工夯实回填土
明洞衬砌
明洞衬砌
仰拱
仰拱回填
仰坡开挖线
沉降缝
1∶ 0.5
武阳隧道右洞进口 YK23+300 高 程 269.440m
右洞轴地面线 二次衬砌
1∶ 0.75
YK23+300地 面 线 YK23+275地 面 线
WTD25中空注浆锚杆L=350 纵向间距100，环向间距100
梅花型布置
100 100
C20喷射混凝土+挂φ8钢筋网20x20cm EVA复合防水板
C25防水钢筋混凝土
45 20
877.1
隧道中线
R1=556
通讯电缆沟 102.3
R2=806
O1
900
1.5%
R2=806
O2 电力电缆沟 92.3
3552.5
明洞开挖线
176.9
明洞开挖线
668.4
1∶ 0.5
隧道中线
1∶ 0.5 1
1∶
1∶ 1
600
100
269.467
1.5%
600
640.5
1262
100
50
600
450
f、钢筋的搭接长度：各级围岩均取200mm。
3、3 喷射混凝土
本隧道初期支护均采用C20喷射混凝土，喷射混凝土的厚度根据公路隧道 设计，喷射混凝土厚度不应小于50mm，不宜大于300mm。应此在Ⅴ级围岩进出 洞口加强段，喷射混凝土的厚度取250mm；Ⅴ级围岩段取200mm； Ⅳ级围岩段
取 200mm； Ⅲ级围岩段采用100mm。
毕业设计由于资料有限，故本设计按工程类比方法来确定。设计参数如下： a、锚杆类型： Ⅴ级、和Ⅳ 级围岩采用WTD25中空注浆锚杆，Ⅲ级围岩采用φ２２水
泥沙浆锚杆； b、锚杆长度： 可以按L=1/3～1/5W（W为隧道开挖宽度 ）取值，结合工程类比， Ⅲ
级围岩2.5m，Ⅳ 级围岩取3.0m，Ⅴ级围岩取3.5m； c、布置方式：均采用梅花型布置； d、布置间距：可以按0.5L～0.7L进行取值，结合工程类比Ⅲ级围岩采用纵向1.5m ,环
明洞
K23+300～K23+310
Ⅴ加强
K23+310～K23+407
Ⅴ
K23+407～K23+567
Ⅳ
K23+567～K23+773
Ⅲ
K23+773～K23+987
Ⅳ
K23+987～K24+73
Ⅲ
K24+073～K24+213
Ⅳ
K24+213～K24+387
Ⅲ
K24+387～K24+513
Ⅳ
K24+513～K24+
R1=556
通讯电缆沟 102.3
R2=806
O1
900
1.5%
R2=806
O2 电力电缆沟 92.3
20 40
C15片石混凝土仰拱回填 C2防水混凝土仰拱 C20喷射混凝土
1112
40 20
Ⅳ级围岩衬砌图
15 35
φ22砂浆锚杆L=250
纵向间距150，环向间距150 梅花型布置
C20喷射混凝土+挂φ8钢筋网25x25c EVA复合防水板 C25混凝土
表8.4.2-1 两车道复合式衬砌的设计参数
围
岩 喷射混凝土厚度
级
(cm)
别 拱部、边 墙
仰拱
Ⅰ
5
—
Ⅱ 5～8
—
Ⅲ 8～12 —
Ⅳ 12～15 —
Ⅴ 15～25 — Ⅵ
初期支护
二次衬砌厚度 (cm)
锚杆(m)
位置 长度
间距
钢筋网
钢架
拱、墙 混凝土
仰拱 混凝 土
局部 2.0
—
—
—
30
—
局部
2.0～ 2.5