隧道工程(5) 衬砌结构设计
土木工程中的隧道衬砌结构设计原理
土木工程中的隧道衬砌结构设计原理随着城市化进程的不断加快，隧道作为一种重要的交通基础设施，在现代城市交通系统中扮演着至关重要的角色。
而隧道衬砌结构的设计原理则成为土木工程中的一个重要课题。
本文将从材料选择与特性、结构设计和施工技术等方面，探讨土木工程中隧道衬砌结构设计的原理与实践。
首先，材料选择与特性是隧道衬砌结构设计的关键。
传统的隧道衬砌结构多采用混凝土作为主要材料，其具有较强的抗压能力和耐久性。
而近年来，随着工程技术的不断进步，新型的材料也被应用于隧道衬砌结构设计中。
例如，纤维增强材料在隧道衬砌结构中的应用，可以有效提高抗裂性能和抗震能力，避免裂缝的形成和扩展。
其次，结构设计是隧道衬砌设计的核心。
隧道衬砌结构设计时，需要考虑到多种因素，如隧道的地质条件、交通荷载、环境要求等。
在地质条件不稳定的情况下，可以采用灵活衬砌结构，以适应地质变形和地下水的压力。
而在特殊环境下，如高海拔地区或高湿度地区，可以采用防水设计，以保护隧道的结构和功能。
此外，还可以根据隧道的使用要求，采用不同的结构形式，如方形、圆形或椭圆形，以满足不同交通方式的需求。
最后，施工技术是隧道衬砌结构设计实施的关键。
隧道衬砌结构的施工工艺一般分为两种，即顶管法和旋转法。
顶管法是指在隧道地下挖掘过程中，采用大直径顶管进行衬砌施工。
这种方法适用于较小直径的隧道，施工周期较短，但其缺点是施工空间较为狭小，对设备要求较高。
旋转法是指在隧道挖掘过程中，采用旋转机械进行衬砌施工。
这种方法适用于大直径隧道，施工速度较快，但其缺点是成本较高。
总结而言，土木工程中隧道衬砌结构设计的原理与实践，需要考虑到材料选择与特性、结构设计和施工技术等多个因素。
只有在深入了解地质条件、遵循工程规范和采用先进技术的前提下，才能设计出稳定安全的隧道衬砌结构。
为了实现城市交通的便捷与安全，土木工程师们在隧道衬砌结构设计中不断探索创新，为现代交通基础设施的建设和发展做出了重要贡献。
盾构法隧道衬砌结构设计(设计)(内容详实)
课件类
5
4.1.1盾构法衬砌设计流程
（1）遵守相关规划、规范或标准 （2
设计的隧道内径应该由隧道功能所需要的地 下空间决定。
地铁隧道 公路隧道； 给、排水管道计算流量； 普通管道
课件类
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4.1.1盾构法衬砌设计流程
（3）荷载类型的确定 作用在衬砌上的荷载包括土压力、水压力、静荷
载、超载及盾构千斤顶的推力等 （4）衬砌条件的确定
其中：
pg g
课件类
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不考虑自重对地基的反作用力：
pe2 pe1 pw1 pw2 pe1 D w
课件类
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4.2.2.5 地面超载
地面超载增加了作用于衬砌上的土压力， 道路交通荷载、铁路交通荷载、建筑物的重量
地面超载及其参考值如下： 公路车辆 铁路车辆 建筑物
课件类
设计者应该确定衬砌的条件，如衬砌的尺寸（厚
（5）计算内力 设计者应该通过使用合适的计算模型及设计方法
课件类
7
课件类
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4.1.1盾构法衬砌设计流程
（6）安全性校核 设计者应该对照计算出的内力来校核衬砌的安
（7）评估 如果设计的初衬砌不满足设计荷载要求或设计
衬砌安全但不经济，设计者应该改变衬砌的条件并 且重新设计。
• 粘性, 硬质粘土（N≥0）良好地基，H>1～2D时多 采用松弛土压力
• 中等固结的粘土（4≤N＜8）和软粘土（2≤N＜4）, 将隧道的全覆土重力作为土压力考虑实例比较常见。
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(2)垂直土压力
• 松弛土压力的计算，一般采用太沙基公式。垂 直土压力的下限值虽然根据隧道使用目的的不 同，但一般将其作为相当于隧道外径的2倍的 覆土厚度的土压力值。当地层为互层分布时， 以地层构成中的支配地层为基础，将地层假设 为单一土层进行计算，或者就以互层的状态进 行松弛土压力的计算。
隧道设计衬砌计算范例(结构力学方法)
1.1工程概况川藏公路二郎山隧道位于四川省雅安天全县与甘孜泸定县交界的二郎山地段, 东距成都约260km , 西至康定约97 km , 这里山势险峻雄伟, 地质条件复杂, 气候环境恶劣, 自然灾害频繁, 原有公路坡陡弯急, 交通事故不断, 使其成为千里川藏线上的第一个咽喉险道, 严重影响了川藏线的运输能力, 制约了川藏少数民族地区的经济发展。
二郎山隧道工程自天全县龙胆溪川藏公路K2734+ 560 (K256+ 560)处回头, 沿龙胆溪两侧缓坡展线进洞, 穿越二郎山北支山脉——干海子山, 于泸定县别托村和平沟左岸出洞, 跨和平沟经别托村展线至K2768+ 600 (K265+ 216) 与原川藏公路相接, 总长8166km , 其中二郎山隧道长4176 m , 别托隧道长104 m ,改建后可缩短运营里程2514 km , 使该路段公路达到三级公路标准, 满足了川藏线二郎山段的全天候行车。
1.2工程地质条件1.2.1 地形地貌二郎山段山高坡陡,地形险要,在地貌上位于四川盆地向青藏高原过渡的盆地边缘山区分水岭地带,隶属于龙门山深切割高中地区。
隧道中部地势较高。
隧址区地形地貌与地层岩性及构造条件密切相关。
由于区内地层为软硬相间的层状地层,构造为西倾的单斜构造,故地形呈现东陡西缓的单面山特征。
隧道轴线穿越部位,山体浑厚,东西两侧发育的沟谷多受构造裂隙展布方向的控制。
主沟龙胆溪、和平沟与支沟构成羽状或树枝状,横断面呈对称状和非对称状的“v ”型沟谷,纵坡顺直比降大,局部受岩性构造影响,形成陡崖跌水。
1.2.2 水文气象二郎山位于四川盆地亚热带季风湿润气候区与青藏高原大陆性干冷气候区的交接地带。
由于山系屏障,二郎山东西两侧气候有显著差异。
东坡潮湿多雨,西坡干燥多风,故有“康风雅雨”之称。
全年分早季和雨季。
夏、秋两季受东进的太平洋季风和南来的印度洋季风的控制,降雨量特别集中；冬春季节,则受青藏高原寒冷气候影响,多风少雨,气候严寒。
隧道工程的衬砌结构设计与施工
隧道工程的衬砌结构设计与施工隧道是现代交通建设中重要的基础设施之一，通过地下开挖形成的通道，通常用于道路、铁路和地铁等的交通运输方式。
而隧道的衬砌结构设计与施工是隧道工程的重要环节之一，它直接关系到隧道的使用寿命和安全性能。
一、衬砌结构设计隧道衬砌结构是指将隧道内部的固定土层覆盖以保持其形状和稳定性的一种结构。
它起到保护隧道免受岩石坠落、土方塌方以及地下水侵蚀等问题的影响。
隧道衬砌结构的设计需要根据具体的地质条件、交通要求和工程预算等因素进行综合考虑。
1. 衬砌材料选择隧道衬砌结构的材料选择是设计的重要一环。
常见的隧道衬砌材料有混凝土、预制混凝土块、钢质和纤维增强复合材料等。
不同的材料有着不同的优势和适应性，需要根据具体情况进行综合比较选择，同时还需要考虑到施工的可行性和经济性。
2. 结构形式设计隧道衬砌结构的形式设计是根据具体的隧道类型和地质条件等因素决定的。
常见的衬砌结构形式有方形衬砌、圆形衬砌以及不规则形状的衬砌等。
在设计中需要考虑到隧道的通行能力和安全性能，并进行合理的优化设计。
3. 衬砌厚度设计隧道衬砌结构的厚度设计是保证隧道稳定性和安全性能的关键因素。
根据地质条件和设计要求，需要确定适当的衬砌厚度来满足工程要求。
同时，还需要考虑到隧道的使用寿命和施工成本等因素。
二、衬砌施工隧道衬砌结构的施工是整个隧道工程的重要环节。
衬砌施工的质量直接影响隧道的使用寿命和安全性能，因此需要高度重视。
1. 施工材料准备在进行衬砌施工前，需要对施工材料进行准备。
包括混凝土、预制构件、钢材以及其他施工所需材料的准备和配送。
确保施工材料的质量和供应能够满足施工需求。
2. 衬砌施工方法隧道衬砌的施工方法有多种选择，常见的有预制块施工、浇筑施工等。
不同的施工方法有着不同的适应性和经济性，需要根据具体情况进行选择。
在施工过程中，要注意施工工艺的合理性和施工作业的安全性。
3. 质量控制隧道衬砌施工的质量控制是确保施工质量的关键因素之一。
隧道施工衬砌结构
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
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=
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； R — 曲线半径（m）
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
d内1=
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=
式中 L— 标准车辆长度，我国为26m。
d外=
• 外轨超高使车体向曲线内侧倾移d内2
d内2=
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
---衬砌的一般构造要求
隧道工程第5章-隧道支护结构计算课件.ppt
e
ue
a
e
(4
3
)
a
e
e
(14
15
)
e
2 2
4
14
3
1
4
2
10
当基础无扩展时，墙顶位移为：
0 cp
uc0p
M
0 cp
1
M c0pu1
H
0
cp
2
H c0pu2
eeuee00
墙顶截面的弯矩Mc、水平力Hc、转角c、水平位移uc为：
Mc Hc
c
M
0 cp
X1
X2
另一种是开挖后，洞室围岩产生塑性区，此时洞室都要 采用承载的支护结构，支护结构对洞室围岩应力状态和位移 状态产生影响。
根据弹性力学和岩体力学可得，隧道壁的径向位移与支护阻 力之间的关系式：
u
பைடு நூலகம்
|r r0
r0 2G
(Hc
sin
C
cos)[(1
sin )
Hc C cot pa C cot
1sin
心某一距离的各点，其应力值是相同的，因此围岩中的塑性 区必然是个圆形区域。令这个圆形塑性区的半径为R0，那么
在塑性区与弹性区的交界面上(即在r=R0处)，塑性区的应力 p与弹性区的应力 e一定保持平衡，同时，交界面上的应力
既要满足弹性条件，又要满足塑性条件，可得到在r=R0处：
围岩弹塑性区
p r
p
替，便可得到变位积分的近似计算公式：
ik
S E
ip
S E
MiMk
M
I iM
p
I
11
S E
隧道工程衬砌施工工艺及技术要求
隧道工程衬砌施工工艺及技术要求隧道衬砌要遵循“仰拱超前、墙拱整体衬砌”的原则，初期支护完成后，为有效地控制其变形，仰拱尽量紧跟开挖面施工，仰拱填充采用栈桥平台以解决洞内运输问题，并进行全幅一次性施工。
仰拱施作完成后，利用多功能作业平台人工铺设防水板，绑扎钢筋后，采用液压整体式衬砌台车进行二次衬砌，采用拱墙一次性整体灌注施工。
混凝土在洞外采用拌和站集中拌和，混凝土搅拌运输车运至洞内，混凝土输送泵泵送入模。
衬砌施工工艺流程见图1。
1 衬砌模板模板衬砌台车必须按照隧道内净空尺寸进行设计与制造，钢结构及钢模必须具有足够的强度、刚度和稳定性。
衬砌台车经施工单位会同监理单位验收合格后方可投入使用。
模板台车长度宜为9～12m，工点设计应根据沉降缝、预留洞室和预埋管线位置综合确定。
模板台车侧壁作业窗宜分层布置，层高不宜大于1.5m，每层宜设置4～5个窗口，其净空不宜小于45cm×45cm。
拱顶部位应预留2～4个注浆孔。
模板安装必须稳固牢靠，接缝严密，不得漏浆。
模板台车的走行轨Ⅰ、Ⅱ级围岩段，宜设在底板垫层（10cm厚的C25钢筋混凝土）面上，Ⅲ～Ⅳ级围岩段，宜铺设在填充混凝土面上。
模板表面要光滑，与混凝土的接触面必须清理干净并涂刷隔离剂。
模板的安装允许偏差和检验方法见表1。
图1 衬砌施工工艺流程图表1 模板安装允许偏差和检验方法序号 项 目允许偏差（mm ）检验方法 1 边墙角 ±15 尺量 2 起拱线 ±10 尺量 3 拱顶 +10、0 水准测量 4 模板表面平整度 5 2m 靠尺和塞尺5相邻浇筑段表面高低差±10尺量2 衬砌钢筋钢筋加工弯制前应调直，并将表面油渍、水泥浆和浮皮铁锈等均监控量测确定施作二衬时间 施工准备台车移位台车定位施作止水带隐蔽检查灌筑混凝土台车脱模退出养 护1.敷设防水板及盲沟2.中线水平放样3.铺设衬砌台车轨道1.水平定位立模2.拱部中心线定位3.边墙模板净空定位 1.清理基底2.装设钢制挡头模板3.装设止水条 1.自检2.监理工程师隐检洞外混凝土拌合混凝土运输混凝土泵送捣 固涂刷脱模剂应清除干净；加工后的钢筋表面不应有削弱钢筋截面的伤痕；利用冷拉方法矫直伸长率：Ⅰ级钢筋不得超过2％，Ⅱ级钢筋不得超过1％。
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。
隧道衬砌施工方案及施工技术
隧道衬砌施工方案及施工技术隧道衬砌施工是隧道施工的重要环节，旨在保证隧道结构的稳定和安全。
本文将探讨隧道衬砌施工的方案以及相关的施工技术，以期为隧道工程的设计和实施提供参考。
一、施工方案1. 隧道衬砌材料选择隧道衬砌材料的选择应综合考虑隧道工程的地质条件、设计要求、施工的可行性以及经济性等因素。
常见的隧道衬砌材料有混凝土、砖石、钢筋混凝土等。
根据具体情况，选择合适的材料进行施工。
2. 施工工艺流程隧道衬砌施工的工艺流程可以分为准备工作、主体施工和后续工作三个阶段。
准备工作包括调查勘探、设计程序、材料采购等。
在这个阶段，需要对隧道的地质情况进行详细的调查，确认衬砌施工的适宜性。
主体施工阶段是隧道衬砌的核心部分。
主要包括基础开挖、模板制作、钢筋安装、混凝土浇筑等工序。
在这个阶段，需要根据施工计划，合理安排施工人员和设备，确保施工质量和进度。
后续工作主要包括验收和整理收尾。
在施工完成后，需要进行衬砌结构的验收，确保符合设计要求。
同时，还需要对施工现场进行清理和整理，为后续的工作提供良好的工作环境。
二、施工技术1. 隧道衬砌的施工方法隧道衬砌的施工方法根据具体情况的不同而有所差异。
常见的施工方法有集拱法、逐环法和预制块法等。
集拱法是将衬砌材料设置在隧道开挖的墙面和顶面，形成整体的拱形结构。
这种方法施工简单、高效，适用于较小规模的隧道。
逐环法是按照隧道的纵向分段进行施工。
首先进行一段衬砌的施工，然后再进行下一段的施工，逐渐延伸至整个隧道。
这种方法适用于较长的隧道，施工进度可以逐步推进。
预制块法是将衬砌材料提前制作成块体，然后将这些块体组装拼接成整体的衬砌结构。
这种方法施工过程较为灵活，适用于需要定制形状和尺寸的隧道。
2. 衬砌施工质量控制为了保证隧道衬砌的施工质量，需要采取一系列的控制措施。
首先，需要对衬砌材料进行质量检测，确保符合相关的标准和规定。
其次，要对施工现场进行严密的监控，确保施工过程中不出现问题。
隧洞衬砌_精品文档
隧洞衬砌隧洞衬砌是在隧道工程中，为了加固洞身、防止地层塌方和涌水，保持隧道的稳定性和安全性而进行的一项重要工作。
隧洞衬砌的设计和施工涉及到材料的选择、结构的设计等多个方面，并且对建筑工程的质量和效率都有很大的影响。
本文将针对隧洞衬砌的概念、种类、材料以及施工方法等方面进行详细介绍。
一、隧洞衬砌的概念隧洞衬砌是为了改善岩石及其他地层的力学性质和保证隧道工程的安全而进行的工作。
在隧道开挖的过程中，地层会因受到人为工程开挖的破坏而不稳定，进而导致岩爆、滑坡、塌方等事故。
因此，为了确保隧道在使用过程中的安全和可靠性，就需要对洞身进行衬砌加固。
二、隧洞衬砌的种类1. 钢拱衬砌：使用钢材制作的拱形结构，可以提供较好的承载能力和稳定性，适用于较大跨度和高变形的隧道。
2. 混凝土衬砌：使用混凝土作为衬砌材料，具有强度高、稳定性好等特点，在一般情况下使用较为广泛。
3. 人字拱衬砌：主要用于较小直径的隧道，通过将拱形改为倒人字形，可以提高衬砌的稳定性和承载能力。
4. 喷射混凝土衬砌：将混凝土通过高压泵喷射到隧道壁上形成衬砌，适用于快速衬砌和较小规模的隧道。
三、隧洞衬砌的材料1. 钢材：使用高强度钢材可以提供更好的承载能力和稳定性。
2. 混凝土：使用强度高、耐久性好的混凝土可以确保衬砌结构的稳定和持久。
3. 聚合物材料：可以通过在衬砌中添加聚合物材料来提高其抗渗透性和防腐蚀性，增强衬砌的使用寿命。
4. 岩石锚杆：通过在衬砌结构中嵌入岩石锚杆，可以提高衬砌的抗拆裂能力和稳定性。
四、隧洞衬砌的施工方法1. 钢拱衬砌的施工：首先根据设计要求进行钢拱的制作，然后进行定位和安装，最后与其他部位进行连接和固定。
2. 混凝土衬砌的施工：首先在洞身的表面进行清理和处理，然后根据设计要求进行模板制作和安装，接着进行混凝土浇筑，最后进行养护和检验。
3. 人字拱衬砌的施工：与混凝土衬砌类似，但需要按照倒人字拱的形式进行模板制作和混凝土浇筑。
西南交通大学《隧道工程》书本课后章节习题及答案解析
第1章隧道工程勘测设计1.隧道选址与线路选线有什么关系？2.确定洞口位置的原则是什么？请解释其工程含义。
3.在按地质条件选择隧道位置时，所需要的地质资料有哪些？如何考虑地形条件对隧道位置的影响？第2章隧道主体建筑结构1.某新建铁路非电化曲线隧道，已知圆曲线半径R＝1200m，缓和曲线长l=50m,远期行车速度V=160km/h，隧道里程为：进口DK150+310；出口DK150+810；ZH点DK150+320；YH点DK151+000。
试求：各段加宽值与隧道中线偏移值。
要求按教材P32图2-7所示，表示清楚，并注明不同加宽的分段里程。
( 注：超高值以0.5cm取整，最大采用15cm；加宽值取为10cm的整数倍；偏移值取至小数点后2位）2. 为什么说台阶式洞门能降低边仰坡开挖高度？第3章隧道附属建筑1.什么是避车洞？避车洞的设置间距是多少？在布置避车洞时应该避开哪些地方？2.营运隧道的通风方式有哪些？什么是风流中性点？它与通风方式的关系怎样？3.为什么公路隧道要设置不同的照明亮度段？它们各自的作用是什么？第4章隧道围岩分类与围岩压力1.影响围岩稳定性的主要因素有哪些？围岩分级主要考虑什么因素？围岩分级的基本要素是哪几种？我国铁路隧道围岩分级主要考虑哪些因素？已知某隧道所处围岩节理发育，Rb＝26MPa，试问这是属于哪一级围岩？2. 某隧道内空净宽6.4m，净高8m，Ⅳ级围岩。
已知：围岩容重γ＝20KN/m3，围岩似摩擦角φ＝530，摩擦角θ＝300，试求埋深为3m、7m，15m处的围岩压力。
第5章隧道衬砌结构计算1.已知作用在衬砌基底面上的轴力N=870KN，弯矩M=43.5KN.m,墙底厚度h=0.6m，围岩抗力系数为150MPa/m。
试求墙底中心的下沉量及墙底发生的转角。
2. 什么情况下将围岩抗力弹簧径向设置？试推导径向设置的围岩抗力单元刚度矩阵。
(注：抗力方向以挤压围岩为正)3.一对称等厚平拱，衬砌厚度为50 cm，已知内力如图示，墙底抗力系数Kd=350 MPa/m,请求出墙底中心水平位移、垂直位移以及墙底截面转角(注：图中1、2、3为截面编号)。
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。
隧道衬砌计算
第五章隧道衬砌结构检算5.1结构检算一般规定为了保证隧道衬砌结构的安全，需对衬砌进行检算。
隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。
结构抗裂有要求时，对混凝土应进行抗裂验算。
5.2 隧道结构计算方法本隧道结构计算采用荷载结构法。
其基本原理为：隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。
计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力，并进行结构截面设计。
5.3 隧道结构计算模型本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算，计算软件为ANSYS10.0。
取单位长度（1m）的隧道结构进行分析，建模时进行了如下简化处理或假定：①衬砌结构简化为二维弹性梁单元（beam3），梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。
②围岩的约束采用弹簧单元（COMBIN14），弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上，该单元不能承受弯矩，只有在受压时承受轴力，受拉时失效。
计算时通过多次迭代，逐步杀死受拉的COMBIN14单元，只保留受压的COMBIN14单元。
图5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程③衬砌结构上的荷载通过等效换算，以竖直和水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。
④衬砌结构自重通过施加加速度来实现，不再单独施加节点力。
⑤衬砌结构材料采用理想线弹性材料。
⑥衬砌结构单元划分长度小于0.5m。
隧道结构计算模型及荷载施加后如图5-2所示。
5.4 结构检算及配筋本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段和Ⅳ级围岩段衬砌结构。
根据隧道规范深、浅埋判定方法可知，Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段和深埋段。
Ⅳ级围岩段为深埋段。
根据所给的材料基本参数和修改后的程序，得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图和弯矩图。
从得出的结果可知，Ⅴ级围岩深埋段，所受内力均较大，故对此工况进行结构检算。
5.4.1 材料基本参数 (1)Ⅴ级围岩围岩重度318.5/kN m γ=，弹性抗力系数300/k MPa m =，计算摩擦角045ϕ=，泊松比u=0.4。
隧道衬砌说明
γ sc N k ≤ ϕαbhf ck / γ Rc
（二）抗裂验算（10.3.1）
γ sc N k (6e 0 − h ) ≤ 1.75ϕbh 2 f ctk / γ Rc
参数说明：
1、混凝土衬砌构件抗压验算时作用效应分项系数 γ sc 和抗力分项系数 γ Rc （表 10.2.1-1） （附表 3） 2、轴向力N k 从模型中读取 3、 ϕ、α、b、h 同上 4、 fck 抗压强度标准值， fctk 抗拉强度标准值（表 5.2.1） （附表 4）
（一）抗压强度验算
KN ≤ ϕαR αbh
参数说明：
1、安全系数 K 值得选取（9.2.4-1） （附表 1） 2、轴向力 N 从计算结果中读取 3、纵向弯曲系数 ϕ 对于隧道衬砌取 1 4、 α 与e 0 /h有关系（表 9.2.11-2）
（1-1）
α = 1 + 0.648(e 0 / h ) − 12.569(e 0 / h ) 2 + 15.444(e 0 / h ) 3
表-附 3 混凝土衬砌构件抗压验算各分项系数 结构类型 作用效应分项系数 γ sc 抗力分项系数 γ Rc 单线深埋隧道衬砌 3.95 1.85 单线偏压隧道衬砌 1.6 1.83 单线明洞混凝土衬砌 2.67 1.35
表-附 4 混凝土强度标准值（MPa） 强度种类 符号 强度等级 C15 10 11 1.4 C20 13.5 15 1.7 C25 17 18.5 2 C30 20 22 2.2 C40 37 29.5 2.7 C50 33.5 36 3.1
ρ te = A S / A ce
6、有效受拉混凝土截面面积 A ce
= 0.5bh / u （u 为纵向受拉钢筋截面周长的总和）
盾构法隧道衬砌结构设计
力法方程为：
δ11 X1 + Δ1 p = 0 δ 22 X 2 +Δ 2 p =0
1 π πr δ11 = ∫ M ds = rdα = 0 EI ∫0 EI s 1 π πr 3 2 2 δ 22 = ∫ M 2 ds = ∫0 (−r cos α ) rdα = EI 0 EI
s 2 1
1 π Δ1 p = ∫0 M p rdα EI −r 2 π Δ2 p = ∫0 M p rdα EI
盾构法公路隧道
外环沉管隧道
长江西路隧道 翔殷路隧道 崇明越江隧道
黄浦江越江公路隧道工程 军工路隧道 已建隧道：6 条 大连路隧道 在建隧道：3 条
延安东路隧道
将建隧道：5 条
新建路隧道
已建隧道
人民路隧道 在建隧道
复兴东路隧道
2010年，黄浦江越江通道 打浦路隧道 车道总数 车道总数 西藏南路隧道
上中路隧道 龙耀路隧道
−0.106 cos α − 0.5sin α )
2
pR RH (sin 2 α − sin α + 0.106 cos α )
两个基本要求：
满足施工及使用阶段结构强度、刚度的要 求，承受诸如水、土压力及一些特殊使用要 求的外荷载； 满足使用功能要求的环境条件，保持隧道内 部的干燥和洁净，特别是在饱和含水软土地 层中采用装配式钢筋混凝土管片结构时对衬 砌防水的措施。
2.1 钢筋混凝土管片的设计要求和方法
按照强度、变形、裂缝限制等需要分别验算。 确定衬砌结构的几个工作阶段——施工荷载阶 段，基本使用荷载阶段和特殊荷载阶段，提出 各个工作阶段的荷载和安全质量指标要求(衬砌裂
缝宽度，接缝变形和直径变形的允许量，隧道抗渗防漏指标，结 构安全度，衬砌内表面平整度要求等) ，进行各个工作阶
隧道衬砌结构计算原理公式及强度验算
1、概述 2、半衬砌的计算 3、曲墙式衬砌计算 4、弹性地基上直梁的计算公式 5、直墙式衬砌计算 6、衬砌截面强度验算 7、衬砌计算中存在的问题
第一节 概述
1、隧道结构设计应注意的问题 2、隧道结构设计理论的发展历史 3、弹性抗力的确定 4、衬砌计算的一般规定（隧道设计规范） 5、隧道衬砌上的荷载类型及其组合
（4）复合式衬砌中二次衬砌，Ⅰ～Ⅲ级围岩中为 安全储备，并按构造要求设计； Ⅳ、Ⅴ级围岩中 为承载结构，可采用地层结构法计算内力和变形
第一节 概述
（5）地层结构法 设计原理：将衬砌和地层视为整体共同受力的统 一体系，在满足变形协调的前提下分别计算衬砌 与地层的内力，据以验算地层的稳定性和进行结 构截面设计。
第一节 概述
《公路隧道设计规范》JTG D70-2004将隧 道结构上荷载仿照桥规分为：
● 永久荷载 ● 可变荷载 ● 偶然荷载
隧规P28：表6 7
8 9 10 11 12
荷载类型
永久荷载 （恒载）
可
基本
变
可变
荷
荷载
载
其它 可变 荷载
偶然 荷载
第一节 概述
5、隧道衬砌上的荷载类型及其组合 （1）隧道结构上的基本荷载 （2）隧道结构上的荷载及其类型
第一节 概述
（1）隧道结构上的基本荷载
围岩压力、结构自重 （2）隧道结构上的荷载及其类型
作用在衬砌上的荷载，按其性质可以区分为主动 荷载与被动荷载两大类。 ● 主动荷载是主动作用于结构、并引起结构变形 的荷载； ● 被动荷载是因结构变形压缩围岩而引起的围岩 被动抵抗力，即弹性抗力，它对结构变形起限制 作用。
第一节 概述
1、隧道结构设计应注意的问题 1）隧道结构是由周边围岩和支护结构两者组成共 同的并相互作用的结构体系 ,围岩具有自稳能力,在 很大程度上是隧道结构承载的主体。 2）净空断面的要求（总体设计），强度要求（结 构设计与计算） 3）对不同型式的衬砌结构物应用不同方法进行强 度计算
5 隧道结构构造
31
复合式衬砌
（一）初期支护 4、钢筋网 钢筋网喷射混凝土是在喷射混凝土之前，在岩面上
挂设钢筋网，然后再喷射混凝土。目前，我国在各类隧 道工程中应用钢筋网喷射混凝土支护的比较多，主要用 于软弱破碎围岩，而更多的是与锚杆或者钢拱架构成联 合支护。
山岭隧道
32
复合式衬砌
（一）初期支护 4、钢筋网 钢筋网通常作环向和纵向布置。环向筋一般为受力
时速350 km双线铁路隧道代表性衬砌结构断面(V级围岩)
51
复合式衬砌
（三）山岭隧道复合式衬砌典型断面及部分参数 5）高速铁路隧道复合式衬砌断面
山岭隧道
时速350 km双线铁路隧道代表性衬砌结构断面(II级围岩)
52
单层衬砌
（一）整体式混凝土衬砌 隧道开挖后，以较大厚度和刚度的整体模筑混凝
土作为隧道的结构。 整体式衬砌按照工程类比、不同围岩级别采用不
山岭隧道
18
复合式衬砌
（一）初期支护 2、喷射混凝土 喷混凝土的设计项目主要是喷混凝土的强度、厚度。 我国铁路隧道设计规范和公路隧道设计规范以及锚
杆喷射混凝土支护技术规范规定的喷混凝土为C20。
山岭隧道
19
复合式衬砌
（一）初期支护 2、喷射混凝土
对喷混凝土厚度的认识 ： 从饰面的角度出发，喷混凝土厚度多采用5cm，喷砂 浆的厚度可以采用3cm； 从发挥支护构件作用，厚度不宜小于8cm； 喷混凝土的最大厚度，除特殊场合外不宜大于20cm， 在特殊场合可以采用25cm。
筋，由设计确定，直径12mm左右；纵向筋一般为构造 筋，直径6~10mm；网格尺寸一般为20cmx20cm, 20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm或30cmx30cm。
5《公路隧道设计规范JTG 3370.1-2018》宣贯-衬砌结构设计
重庆交通科研设计院 技 术 讲 座《公路隧道设计规范 第一册 土建工程》（JTG D70-1-2018）宣贯2019.06.22重庆交通科研设计院技 术 讲 座1959年9月生 重庆市人1982年毕业于重庆建筑工程学院地下建筑专业 学士中国公路学会隧道工程分会理事；重庆市授予：“重庆市优秀专业技术人才” 。
享受国务院“特殊政府津贴”专家参与《公路隧道设计规范》、《公路隧道施工技术规范》《公路水下隧道设计规范》的编写。
程崇国 专业方向：地下工程结构、隧道勘察设计，科研，施工控制主要成就: 从事隧道专业技术工作30多年。
主持或参与了勘察设计项目近30多项；科研项目10多项；工程咨询、隧道施工控制近20项，获各类科研成果25项，发明专利3项，新型实用专利3项，发表论文16篇，参与编著著作与手册6部。
重庆交通科研设计院 技 术 讲 座8 衬砌结构设计（38页）本章有6节，共44条，将04规范第9章的“构造要求”一节移到本章。
8.1 一般规定 8.2 喷锚衬砌 8.3 整体式衬砌 8.4 复合式衬砌 8.5 明洞衬砌 8.6 构造要求重庆交通科研设计院技 术 讲 座8.1.1 公路隧道应设置衬砌，根据隧道围岩级别、施工条件和使用要求选择采用喷锚衬砌、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；三级及三级以下公路的隧道洞口段、Ⅳ~Ⅵ级围岩洞身段应采用复合式衬砌或整体式衬砌，Ⅰ～Ⅲ级围岩洞身段可采用喷锚衬砌。
（与原规范一致）8.1.1 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可分别采用喷锚衬砌、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；三级及三级以下公路隧道，在I 、II 、III 级围岩条件下，除洞口段外可采用喷锚衬砌。
隧道洞口段应采用复合式衬砌或整体式衬砌。
8 衬砌结构设计2004版 2018版重庆交通科研设计院 技 术 讲 座 8.1.2 隧道衬砌设计应综合考虑围岩地质条件、断面形状、支护结构、施工条件等，充分利用围岩的自承能力。
隧道工程支护及衬砌施工方法及要点
隧道工程支护及衬砌施工方法及要点1.1.1洞身支护开挖后进行断面测量，对超欠挖情况进行检查，将欠挖部位处理到位,用高压风清洗岩面，清除松动的岩石。
（1）施工步骤：洞身开挖后初喷4cm混凝土，打设D25中空注浆锚杆，挂设钢筋网，安装钢架。
经监理工程师验收合格后方可采用湿喷工艺进行喷射混凝土作业。
（2）D25中空注浆锚杆规格及施工方法：采用D25中空注浆锚杆,长度为3m，设置间距为环向×纵向=1.0×0.6m，梅花形布置。
钻孔采用风动凿岩机，锚杆孔开孔前做好量测工作，按设计要求布孔并做好标记，开孔偏差不大于10cm；锚杆孔的孔轴方向垂直于岩层主要结构面。
（3）钢筋网规格及施工方法：挂设单层φ6钢筋网，网格间距为15× 15cm,相邻网片搭接1－2个网格。
按设计要求加工钢筋网，在加工棚分片预制，洞内铺挂。
（4）钢架规格及施工方法：V级围岩洞口段F-V-A型衬砌采用20a工字钢拱架，纵向间距0.6m，20a工字钢焊接在24×24×1.5cm钢板上，F-V-B型衬砌采用18a工字钢拱架，纵向间距0.6m，18a工字钢焊接在22×22×1.0cm钢板上，安装完后两钢板之间采用螺栓连接。
钢架间设纵向连接筋，环向间距1m（内外侧交错布置），钢架与纵向连接筋采用双面焊接，有效厚度部小于8mm。
上半园拱脚连接处每处各设两根（φ42×4、长度为4m）锁脚锚杆，紧贴钢架两侧向下倾角30°打设，并与钢架牢固焊接。
拱脚必须支立在基岩上不准悬空，若悬空必须用混凝土块塞紧。
拱架安装后必须保证垂直度，不能发生扭曲变形。
（5）喷射混凝土规格及施工方法, F-V-A型衬砌喷射混凝土厚度26cm，F-V-B型衬砌喷射混凝土厚度为24cm，先初喷4cm混凝土，拱架、锚杆、网片施作完后，进行复喷，复喷前埋设控制厚度标桩，间距2m，对岩面用高压风吹冲进行清洁。
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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
初期支护设计
初期支护一般指锚杆喷射混凝土支护，必要时配合 使用钢筋网和钢拱架。
目前，国内一些锚喷支护设计规范都明确规定， 锚喷支护设计应采用工程类比法为主，必要时辅以监控 量测法和理论验算法。
初期支护设计
工程类比设计法常有直接对比法和间接类比法两种。 直接对比法一般是以围岩的岩体强度和岩体完整性、 地下水影响程度、洞室埋深、可能受到的地应力、工程 的形状与尺寸、施工的方法、施工的质量以及使用要求 等方面因素，将设计的工程与上述条件基本相同的已建 工程进行对比，由此确定锚喷支护的类型与参数
❖ 永久支护的锚杆应为全长粘结型锚杆或预应 力注浆锚杆。其它类型的锚杆不能作为永久 支护，当需作永久支护时，锚孔内必须注满 砂浆或树脂。
❖ 自稳时间短的围岩，宜采用全粘结树脂锚杆 或早强水泥砂浆锚杆。
在III,IV,V,VI级围岩条件下，锚杆应按系统锚 杆设计，并符合下列规定:
❖ 锚杆一般应沿隧道周边径向布置，当结构面 或岩层层面明显时，锚杆应与岩体主结构面 或岩层层面呈大角度布置。
❖ 钢架支护间距宜为0.5一1.5m
一、喷锚衬砌
公路隧道设计规范
铁路隧道设计规范
二、复合式衬砌
复合式衬砌
外衬（亦称初次衬砌）— 使用能达到早强的喷射混凝 土和锚杆，使柔性的外衬既能容许围岩有所变形， 而又约束它不让它变形发展太大太快
内衬（亦称二次衬砌）— 内衬可以用喷射混凝土层柔 性结构，也可以用较厚的模筑混凝土
形很小，且很快趋于稳定，故二次衬砌不承受围岩压力，
其主要作用是防水、利于通风和修饰面层；
用速凝（黑色）和缓凝（带点色）树脂固定的岩石锚杆
(a)树脂固定的张拉锚杆 (b)全长用速凝和缓凝树脂 的张拉锚杆 (c)全长用树脂锚固的非张 拉锚杆
缝管锚杆外形
水胀式锚杆(swellex bolt)
机械整形
Φ41mm Φ28mm
水胀式锚杆
普通中空注浆锚杆
适用于各类隧道与洞室工程，特别是隧道与洞 室的顶部。
初期支护设计
（二）锚喷支护的类型及参数表 确定锚喷支护类型与参数时，应当体现如下原则：
(1)根据不同的围岩压力的特点，对拱墙采用相应的支 护参数。 (2)力求体现使用锚喷支护类型的灵活性及允许进行局 部加固围岩的特点。对不同的岩体和围岩的不同部位采 用不同的支护类型与参数。
初期支护设计
（二）锚喷支护的类型及参数表 确定锚喷支护类型与参数时，应当体现如下原则：
(3)锚喷支护参数表中给出的锚喷支护参数是根据工程 类比确定的。但确定最终支护参数有的还要借助于监控 设计与理论设计。 (4)锚喷支护表中的锚喷参数，一般是根据本部门以往 修建工程的设计参数，经统计和分析研究后确定的。
二次衬砌设计
（一）二次衬砌的主要作用 二次衬砌的作用因不同的围岩级别而异： 1）对于I级稳定硬质围岩，因围岩和初期支护的变
❖ 锚杆应按矩形排列或梅花形排列。
❖ 锚杆间距不得大于1.5m。间距较小时，可采 用长短锚杆交错布置。
❖ 两车道隧道系统锚杆长度一般不小于2 m，三 车道隧道系统锚杆长度一般不小于2.5m
一、喷锚衬砌
❖E 钢架
❖ 在围岩条件较差地段或地面沉降有严格限制 时，应在初期支护内增设钢架。
❖ 常用的钢架有:钢筋格栅钢架HRB335钢、HRB400钢;垫板材料宜 采用HPB235钢
公路隧道
公路隧道
5.2 衬砌结构参数经验法选取
衬砌结构分为：
❖ 喷锚衬砌（仅由锚杆和喷射混凝土等构成） ❖ 整体式衬砌（仅模筑钢筋混凝土等构成） ❖ 复合式衬砌（由锚杆和喷射混凝土、模筑钢
筋混凝土构成）
一、喷锚衬砌
A 喷射混凝土：厚度不应小于50mm，不
宜大于300mm
B 钢筋网：网格应按矩形布置，钢筋间距
宜为150一300mm
C 纤维：钢纤维；合成纤维
一、喷锚衬砌
❖D 锚杆：
① 全长粘结型锚杆有:普通水泥砂浆锚杆、早 强水泥砂浆锚杆、树脂锚杆、水泥卷锚杆、 中空注浆锚杆和自钻式注浆锚杆等。
② 端头锚固型锚杆有:机械锚固锚杆、树脂锚 固锚杆、快硬水泥卷端头锚杆等。