隧道工程(5) 衬砌结构设计

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
❖ 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、工字形型钢钢 架、U形型钢钢架和H形型钢钢架。
❖ 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Baidu Nhomakorabea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。
(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
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。
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；
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。
采用宜采用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
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
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
（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：
❖ 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