第四章隧道结构构造

1）直墙式衬砌： 适用于地质条件比较好，以垂直围岩压力为 主而水平围岩压力较小的情况，主要适用于Ⅰ～ Ⅲ级围岩。由上拱圈、两侧竖边墙和下部铺底三 部分组成。 2）曲墙式衬砌： 适用于地质较差，有较大水平围岩压力的情况， 主要适用于Ⅵ级及以上围岩，或Ⅲ级围岩双线。 由顶部拱圈、侧面曲边墙和底板组成。除在Ⅲ级 围岩无地下水，且基础不产生沉降的情况下可不 设仰拱，只做平铺外，一般均设仰拱，以抵御围 岩压力和防止衬砌沉降，并使衬砌形成一个环状 的封闭整体结构，以提高衬砌的承载能力。

洞口环框式隧道
洞口环框式隧道
2、端墙式（一字式）洞门 端墙式（一字式）洞门是最常见的洞门， 适用于地形开阔石质较稳定（Ⅱ～Ⅲ级围 岩）的地区，由端墙和洞门顶排水沟组成。 端墙的作用是抵抗山体纵向推力及支持洞 口正面上的仰坡，保持其稳定。洞门顶排 水沟用来将仰坡留下来的地表水汇集后排 走。
第四章隧道结构构造
第一节衬砌材料与构造 第二节洞门与明洞 第三节附属建筑物 第四节高速铁路空气动力学问题及工程措 施



一、隧道的组成 1、隧道可分为主体建筑物和附属建筑物。 2、主体建筑物: 为了保持隧道的稳定，保证隧道正常使用而修 建，由洞身结构和洞门组成。 3、附属建筑物: 指主体构造物以外的保证隧道正常使用所需的 各种辅助设施。 例如铁路隧道供过往行人及维修人员避让列车 而设的避车洞，长大隧道中为加强洞内外空气更 换而设的机械通风设施及必须的消防、报警装置 等。 4、主体和附属二者共同组合保证列车在隧道中 的安全运行。

端墙式洞门
翼墙式洞门
翼墙式洞门(雁门关隧道)

翼墙式（八字墙）洞口
3000 m L 1000 m
4、柱式洞门 地形较陡（Ⅳ级围岩），仰坡有下滑的 可能性，又受地形或地质条件限制，不能 设置翼墙时，可以在端墙中设置2个（或4 个）较大的柱墩，以增加端墙的稳定性。 柱式洞门比较美观，适用于城市附近、风 景区或长大隧道的洞口。
防水板焊接
防水板及土工布铺设

复合式衬砌受力状态（三种观点）:
1)围岩与初期支护组合起主要作用，二衬用以提 高安全度；
2)二衬主要承载，稳定围岩变形且在衬砌结 构中占主导地位； 3)内、外衬砌共同承载。



模型试验和理论分析表明：复合式衬砌的极 限承载能力比同等厚度的单层混凝土衬砌可提高 15％～25％，如调整好内衬施作时间，还可改善 结构受力条件。


4、复合式衬砌 初期支护+防水层+二次衬砌 复合式衬砌是把衬砌分成两层或两层以上，可 以是同一种形式、方法和材料施作的，也可以是 不同形式、时间和材料施作的。目前大都采用内 外两层衬砌。按内外衬砌的组合情况可分为锚喷 支护与砼衬砌。 根据围岩条件不同分别采用不同断面形式和 支护参数。铁路隧道设计规范规定，在旅客列车 设计行车速度等于或小于160km/h时，隧道优先 采用曲墙复合式衬砌，其中单线Ⅲ级、双线Ⅵ级 及以上地段均应设置仰拱。

3000 m L 1000 m
1、整体式衬砌

1）整体式衬砌：就地灌筑（或模筑）混凝土 衬砌。 工艺流程：立模→灌筑→养生→拆模。 特点：对地质条件的适应性较强，易于按需要 成型，整体性好，抗渗性强。


适用于多种围岩条件，在隧道洞口段、浅埋段 及围岩条件很差的软弱围岩中采用。(用于传统 矿山法施工) 整体式衬砌按照工程类别、不同的围岩类别采 用不同的衬砌厚度，其形式有直墙式和曲墙式， 而曲墙式又分为有仰拱和无仰拱两种。





6、斜交式洞门 当隧道洞口线路与地面等高线斜交时，为了缩 短隧道长度，减少挖方数量，可采用平行等高线 与线路呈斜交的洞口（洞门与线路中线的交角不 应小于45度）。一般斜交洞门与衬砌斜口段应整 体灌注。由于斜交式洞门及衬砌斜口段的受力复 杂，施工也不方便，所以只有在十分必要时才采 用它。 7、喇叭式洞口 高速铁路隧道，为减缓高速列车的空气动力学 效应，对单线隧道，一般设喇叭洞口缓冲段，同 时兼作隧道洞门
速固结成一层支护结构。

常用：素喷混凝土、钢纤维喷射混凝土(弥补
脆性破坏缺陷)、钢筋网喷射混凝土。


优点：施工完全机械化，不需拱架、模板，早期
强度高，密实性好，喷射厚度易调节，能封闭围
岩裂缝；灵活性强，常与其它支护方式构成复合
式支护结构。

缺点：施工工艺要求较高。
适用场合：
可作为II～V类围岩中的永久性和临时性支护，
第一节 衬砌材料与构造
一、衬砌材料 1、作用： 承受围岩压力、地下水压力，阻止围岩变形， 防止围岩风化，有时还要受化学物质的侵蚀和冻 害影响。 2、基本要求： 足够的强度、耐久性、抗渗性、耐腐蚀性和抗 冻性；价格便宜，就地取材，便于机械化施工。



3、常用衬砌材料：





3、锚喷式衬砌 锚喷式衬砌 是指锚喷结构既作为隧道临时支护，又作为永久 结构的形式。 含喷混凝土支护、喷混凝土+锚杆支护、喷混凝 土+锚杆+钢筋网支护、喷混凝土+锚杆+钢筋网+钢 架支护。 特点：
它具有隧道开挖后衬砌及时、施工方便和经济的 显著特点，特别是纤维喷射砼技术显著改善了喷射 砼的性能，支护及时、柔性、紧贴围岩、与围岩共 同变形，受力条件比整体式衬砌优越；但刚度较小， 外观成型较差。


二、洞门构造 一）洞门的作用：
1、起挡土墙的作用，减少洞口土石方开挖 量。 2、稳定边、仰坡，使车辆不受崩塌、落石 等威胁，确保行车安全。 3、引离地表水流，使其沿排水渠道排离洞 门，防止地表水沿洞门漫流。 4、美观的作用。特别是城市附近、风景区 及旅游区内的隧道。



二）洞门的形式 根据隧道洞口所处的地形、地质条件不同， 洞门形式也有所不同，主要有以下几种： 1、环框式洞门（含削竹式） 当洞口石质坚硬稳定（Ⅰ～Ⅱ级围岩）， 且地形陡峻无排水要求时，可仅修建洞口环 框以起到加固洞口和减少洞口雨后滴水的作 用。


三）明洞 1一、明洞的定义与设置 1、定义：以明挖法施工修建的隧道，或在露天修建 而有回填土予以遮盖的衬砌结构。
2、设置位置：(1)、当洞顶覆盖层较薄，不宜大开 挖修建路堑也难以用暗挖法修建隧道地段；(2)、隧 道洞口或路堑地段受坍方、落石、泥石流、雪害等 危害又不宜避开、清理的地段；(3)、铁路、公路、 沟渠和其它人工构造物必须在该公路上方通过，不 宜采用隧道或立交桥涵跨越时。


(2)、钢筋混凝土：

优、缺点与混凝土类似，强度更大，绑扎 钢筋较困难。 适用场合：
明挖地段，用于暗挖地段时，往往采用 型钢、废旧钢轨或焊接钢筋骨架（格栅钢 架、花拱）灌注钢筋混凝土。





(3)、喷射混凝土：
用混凝土喷射机，按一定的混合程序，将掺有
速凝剂的细石混凝土，喷射到岩壁表面上，并迅
A、路堑对称型 这类型式适用于洞顶地面平缓，路堑两 侧地质条件基本相同，原山坡有少量坍塌、 落石以及隧道洞口岩层破碎，洞顶覆盖较 薄，难以暗挖法修建隧道的地段，如下图

B、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。低侧边坡明洞墙 顶以下部分为挖方，且能满足外侧边墙嵌入 基岩要求的地段，如下图

复合式衬砌是先在开挖好的洞壁表面喷 射一层早强的砼（有时也同时施作锚杆）， 凝固后形成薄层柔性支护结构（称初期支 护），它既能容许围岩有一定的变形，又能 限制围岩产生有害变形，其厚度多在5～ 20cm之间。一般带初期支护与围岩变形基本 稳定后再施作内衬。为了防止地下水流入或 渗入隧道内，可以在内衬和外衬之间设防水 层，其材料采用软的聚氯乙烯膜、聚异丁烯 片、聚乙烯防水卷材，或喷涂防水涂料等。
也可与锚杆、钢纤维、钢拱架、钢筋网等构成复
合式支护结构。可根据需要追加厚度。


(4)、锚杆与喷锚支护：
设置锚杆(还可以张挂金属网)再加喷混凝土。优缺
点同喷射混凝土。多用于初期支护。

(5)、片石混凝土


优点：
材料来源广，节省水泥。


缺点:
同混凝土。
适用于超挖部分回填或岩层较好地段的边墙衬砌。
锚杆施工
锚、喷、网、钢架初支

(6)、石料

优点： 材料来源广，可就地取材，能较早地承受
荷载，节省水泥和模板。


缺点：砌缝多，容易漏水，不能机械化施工。
适用于


洞门挡墙、挡土墙、路缘石、人行道盖板等。
(7)、装配式材料：盾构法施工的隧道衬砌或棚式
明洞的盖板。
二、衬砌构造
开挖后的隧道，为了保持围岩的稳定性， 一般需要进行支护和衬砌。 支护的主要方式： 锚杆、钢架、钢筋网、喷射砼及其它组 合。 衬砌是一种永久性的支护结构。其作用 是加固隧道洞身；防止洞身周围底层发生 风化剥落或坍塌。 衬砌的主要方式有：整体式砼衬砌、拼 装式衬砌、喷射砼衬砌、和复合式衬砌等。

3、明洞的作用 明洞具有地面、地下建筑物的双重特点， 既作为地面建筑物用以抵御边坡、仰坡的坍 方、落石、滑坡、泥石流等病害，又作为地 下建筑物用于在深路堑、浅埋地段不适宜暗 挖隧道时，取代隧道的作用。 4、对明洞的要求 明洞净空必须满足隧道建筑限界要求，洞 门一般作成直立端墙式洞门。

适用于各级隧道的初期支护，在围岩整 体性能较好的军事工程、各类用途的使用 期较短及重要性较低的隧道中广泛使用。
铁路隧道设计规范规定，锚喷衬砌设计 应符合下列要求： 锚喷衬砌内轮廓线应比整体式衬砌适当 加大，除考虑施工误差和位移量外，应再 预留10cm做为必要的补强用。


遇到下列情况时不应采用锚喷衬砌： 地下水发育或大面积淋水地段； 能造成衬砌腐蚀或特殊膨胀性围岩地段； 最冷平均气温低于-50c 地区的冻害地段； 有其他要求的隧道。

C、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 较为宽敞和稳，上部填土坡面线能与地面相 交以平衡山侧压力的地段，如图




2、装配（拼装）式衬砌 装配式衬砌是将衬砌分成若干块构件，这些构 件在现场或工厂预制，然后运到坑岛内用机械将他 们拼装成一环接一环的衬砌。 特点： 拼装成环后立即受力，便于机械化施工，改善劳 动条件，节省劳力。但施工工艺复杂，整体性及抗 渗性差。 目前在许多盾构法施工的城市地下铁道或水底隧 道采用、TBM法施工的硬岩隧道 。 。在公路、铁路隧道中由于装配式衬砌要求一定的 机械化设备，施工工艺复杂，衬砌的整体性和抗渗 性差而未能推广使用。

5、台阶式洞门 当洞门位于傍山侧坡地区，洞门一侧边 坡较高时，为了提高靠山侧仰坡起坡点， 减少仰坡高度，将端墙顶部改为逐级升高 的台阶形式。以适应地形特点，减少洞门 圬工Байду номын сангаас仰坡开挖数量，也能起到一定的美 化作用。

柱式洞门
台阶式洞门
台阶式棚洞明洞
3000 m L 1000 m







5、明洞的分类 明洞的结构类型常因地形、地质和危害程度的 不同，有多种形式，采用最多的为拱式明洞和棚 式明洞两种。 1）拱式明洞 由拱圈、边墙和仰拱（或铺底）组成，它的内 轮廓与隧道相一致，但结构截面的厚度要比隧道 大一些拱形明洞 隧道进出口两端的接长明洞或在路堑边坡不稳 定地段修建的独立明洞等，多采用拱形明洞的形 式。 拱形明洞整体性好，能承受较大的垂直压力和 侧压力。 其形式有以下4种：


端墙式隧道
3、翼墙式（八字墙）洞门 当洞口地质较差（Ⅳ级以上围岩），山 体纵向推力较大时，可以在端墙式洞门的 单侧或双侧设置翼墙。翼墙在正面起到抵 抗山体纵向推力，增加洞门的抗滑及抗倾 斜能力的作用。两侧面保护路堑边坡，起 挡土墙的作用。翼墙顶面与仰坡的延长面 相一致，其上设置水沟，将洞门顶水沟汇 集的地表水引至路堑侧沟内排走。
(1)、混凝土 (2)、钢筋混凝土 (3)、喷射混凝土 (4)、锚杆与喷锚支护


(5)、片石混凝土
(6)、石料 (7)、装配式材料



(1)、混凝土：
优点：

整体性好，既可现浇，也可预制，可以机械 化施工，密实性较好，具有一定的抗渗性。可加 入各种附加剂，以改善其性能。
缺点：


灌注后不能立即承受荷载，需养生达到一定 强度才能拆模，占用模板和拱架较多。 适用场合：多用于二次衬砌。