隧道单层衬砌技术ppt课件
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隧道与洞室工程衬砌与管片设计PPT课件
• 螺栓材料一般采用高强度合金钢，直螺栓 。
第32页/共71页
3 盾构衬砌的荷载计算方法
3.1 设计原则 隧道衬砌费用占40%~50%，安全可靠、
经济合理 。 重点介绍装配式钢筋混凝土管片 。
第33页/共71页
1）.满足结构的强度和刚度
• 土层压力、水压力以及特殊荷载，按梁式模型 计算埋在土中圆环的内力和位移，以及管片 （如钢筋混凝土管片）的裂缝宽度限制等。
第2页/共71页
• 二、内部使用限界的确定 隧道内部轮廓的净尺寸应根据建筑限界或工艺要求并考虑曲线影响及盾构施 工偏差和隧道不均匀沉降来决定。 对于地铁，为了确保列车安全运行，凡接近地铁线路的各种建筑物（隧道衬 砌、站台）及设备、管线，必须与线路保持一定距离。
第3页/共71页
• 因此，应根据线路上运行的车辆在横断面上所占有的一定空间，正确决定内 部使用限界。
第20页/共71页
——设计原则标准
设计原则
以防为主，刚柔结合，多道设防，因地制宜，综合治理。 以结构自防水为主，关键处理好环纵缝的防水。
设计标准
结构防水等级为二级
第21页/共71页
管片自防水
混凝土等级为C50，抗渗等级≥P10。
接缝防水
海绵橡胶 弹性密封垫 嵌缝（聚硫密封胶 ）
• 拼装方法： • 重臂拼装或拱托架拼装 ； • 通缝拼装（管片的纵缝环对齐）或错缝拼装 ； • 螺栓联结的管片或无螺栓联结的砌块等。 • 按其程序可分为“先纵后环”和“先环后纵”。 • 采用举重臂拼装管片的原则应是自下而上，左右交叉，最后封顶成环。
第24页/共71页
装配式圆形衬砌构造
• “管片”是建成隧道后的永久性支撑结构，应满足强度要求、使用要 求；
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3 盾构衬砌的荷载计算方法
3.1 设计原则 隧道衬砌费用占40%~50%，安全可靠、
经济合理 。 重点介绍装配式钢筋混凝土管片 。
第33页/共71页
1）.满足结构的强度和刚度
• 土层压力、水压力以及特殊荷载，按梁式模型 计算埋在土中圆环的内力和位移，以及管片 （如钢筋混凝土管片）的裂缝宽度限制等。
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• 二、内部使用限界的确定 隧道内部轮廓的净尺寸应根据建筑限界或工艺要求并考虑曲线影响及盾构施 工偏差和隧道不均匀沉降来决定。 对于地铁，为了确保列车安全运行，凡接近地铁线路的各种建筑物（隧道衬 砌、站台）及设备、管线，必须与线路保持一定距离。
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• 因此，应根据线路上运行的车辆在横断面上所占有的一定空间，正确决定内 部使用限界。
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——设计原则标准
设计原则
以防为主，刚柔结合，多道设防，因地制宜，综合治理。 以结构自防水为主，关键处理好环纵缝的防水。
设计标准
结构防水等级为二级
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管片自防水
混凝土等级为C50，抗渗等级≥P10。
接缝防水
海绵橡胶 弹性密封垫 嵌缝（聚硫密封胶 ）
• 拼装方法： • 重臂拼装或拱托架拼装 ； • 通缝拼装（管片的纵缝环对齐）或错缝拼装 ； • 螺栓联结的管片或无螺栓联结的砌块等。 • 按其程序可分为“先纵后环”和“先环后纵”。 • 采用举重臂拼装管片的原则应是自下而上，左右交叉，最后封顶成环。
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装配式圆形衬砌构造
• “管片”是建成隧道后的永久性支撑结构，应满足强度要求、使用要 求；
隧道单层衬砌技术ppt课件
（2）地质雷达探测法 雷达测试围岩松动圈的基本原理是：围岩松动圈是以围岩破坏产生宏观裂
隙形成的物性界面为主要特征，在该范围内岩体呈破裂松弛状，地质雷达在扫描 过程中，发出的电磁波在松动圈内传播时，波形呈杂乱无章状态，无明显同相轴； 当电磁波经过松动圈与非破坏区交界面时，必然发生较强的反射，从而可以根据 反射波图像特征来确定围岩松动圈的范围。
4、围岩松动圈分类
围岩类别 分类名称小松 动圈ⅠFra bibliotek稳定围岩
中松 Ⅱ 较稳定围岩 动圈 Ⅲ 一般围岩
Ⅳ
一般不稳定围 岩（软岩）
大松 动圈
Ⅴ
不稳定围岩 （较软围岩）
Ⅵ
极不稳定围岩 （极软围岩）
松动圈Lp
（cm） 0~40 40~100 100~150 150~200
200~300
>300
支护机理及方法
喷射混凝土支护
s o u t h w e s t j I a o t o n g u nIversIty
隧道单层衬砌技术
12周作业：
基于矿山法施工技术，对水下隧道衬砌结构上水压力分布模式进行调 研，形成调研报告。 提示：应针对不同的地层结构或岩性特征（渗透系数），分析水压力的 分布模式，以及相应的设计对策。
主要内容
施工阶段单层衬砌隧道稳定性分级
五、单层衬砌结构形式
国外工程
铁路隧道：
瑞士阿尔卑斯山的 旅游铁路车站隧道
国外工程
地铁：
斯德哥尔摩地铁车 站和地铁换乘大厅
国外工程
地铁：
芬兰赫尔辛基地铁区间及车站
地下酒窖
国外工程
其他工程：
挪威Gjolasvik地下体育馆
芬兰赫尔辛基Itakeskus Swimming Hall
隧道衬砌结构PPT幻灯片课件
我国铁路隧道、高等级公路隧道已普遍采用复合式衬砌。 32
二、整体式模筑混凝土衬砌（单层衬砌）
整体式模筑混凝土衬砌，是在坑道 内树立摸板、拱架，然后浇灌混凝土而 成，具有较大的厚度和刚度。适用于不 同的地质条件，易于按需成形，整体性 强，抗渗性好，且适合多种施工方法， 因此，在我国隧道工程中广泛使用，技 术成熟，适用多种围岩条件，特别是在 隧道洞口段、浅埋段及围岩很差的软弱 围岩中采用整体式衬砌较为稳妥可靠。
(1)整体式衬砌截面可设计为等截面或变截面。整体式衬砌截面可设计 为直墙式或曲墙式，对设仰拱的地段，为减少围岩和衬砌的应力集中 避免急剧弯曲和棱角，仰拱与边墙宜采用小半径曲线连接、仰拱厚度 宜与边墙厚度相同。
(2) 明洞衬砌与洞内衬砌交界处或不设明洞的洞口段衬砌，在距洞口512m的位置应设沉降缝；在洞内，软岩地层明显分界处宜设沉降缝；在 连续V,Vl级围岩中每30-80m应设沉降缝一道。
39
40
41
（二）曲墙式衬砌
1、适用条件
曲墙式衬砌适用 于地质条件比较 差，岩体松散破 碎，强度不高， 又有地下水，侧 向水平压力也相 当大的情况。主 要适用于Ⅳ级及 以上的围岩或Ⅲ 级围岩双线。多 线隧道也采用曲 墙有仰拱的衬砌。
42
（二）曲墙式衬砌
2、结构组成
侧面曲边墙
仰拱的作用？
①抵御底部围岩压力 ②防止衬砌沉降 ③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。
缺点 整体性差，砌缝多容易漏水，防水性能较差，施工主要靠 手工操作，难于机械化施工，费工、费时，施工进度较慢， 而且砌筑技术要求高。
洞门挡墙、挡土墙、明线路缘石等仍可使用。
块石强度等级不应低于MU60，砌块强度等级不应低于 MU20，有裂缝和易风化的石材不应采用。
二、整体式模筑混凝土衬砌（单层衬砌）
整体式模筑混凝土衬砌，是在坑道 内树立摸板、拱架，然后浇灌混凝土而 成，具有较大的厚度和刚度。适用于不 同的地质条件，易于按需成形，整体性 强，抗渗性好，且适合多种施工方法， 因此，在我国隧道工程中广泛使用，技 术成熟，适用多种围岩条件，特别是在 隧道洞口段、浅埋段及围岩很差的软弱 围岩中采用整体式衬砌较为稳妥可靠。
(1)整体式衬砌截面可设计为等截面或变截面。整体式衬砌截面可设计 为直墙式或曲墙式，对设仰拱的地段，为减少围岩和衬砌的应力集中 避免急剧弯曲和棱角，仰拱与边墙宜采用小半径曲线连接、仰拱厚度 宜与边墙厚度相同。
(2) 明洞衬砌与洞内衬砌交界处或不设明洞的洞口段衬砌，在距洞口512m的位置应设沉降缝；在洞内，软岩地层明显分界处宜设沉降缝；在 连续V,Vl级围岩中每30-80m应设沉降缝一道。
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（二）曲墙式衬砌
1、适用条件
曲墙式衬砌适用 于地质条件比较 差，岩体松散破 碎，强度不高， 又有地下水，侧 向水平压力也相 当大的情况。主 要适用于Ⅳ级及 以上的围岩或Ⅲ 级围岩双线。多 线隧道也采用曲 墙有仰拱的衬砌。
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（二）曲墙式衬砌
2、结构组成
侧面曲边墙
仰拱的作用？
①抵御底部围岩压力 ②防止衬砌沉降 ③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。
缺点 整体性差，砌缝多容易漏水，防水性能较差，施工主要靠 手工操作，难于机械化施工，费工、费时，施工进度较慢， 而且砌筑技术要求高。
洞门挡墙、挡土墙、明线路缘石等仍可使用。
块石强度等级不应低于MU60，砌块强度等级不应低于 MU20，有裂缝和易风化的石材不应采用。
隧道的衬砌计算87页PPT
隧道的衬砌计算
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。ห้องสมุดไป่ตู้—苏联
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。ห้องสมุดไป่ตู้—苏联
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
隧道施工方法ppt课件
长沙隧道（双. 线，长714m）
4、20世纪80年代 （1）普遍采用新奥法施工； （2）开挖方法普遍采用全断面、半断面法； （3）采用光面深孔爆破、预裂爆破、弱爆破技术减少对围
岩的扰动； （4）喷锚支护技术大发展； （5）编制铁路隧道新奥法指南； （6）应用监控量测进行信息化设计和施工； （7）进入大型机械配套时期，引入凿岩台车、装运碴机械、
.
.
台阶法上断面. 开挖
台阶法上断面. 开挖
台阶法上断面. 开挖
台阶法上断面. 开挖
.
.
分部开挖法
分部开挖法是开挖软弱岩层或土层隧道的一种施工方法， 主要适用于隧道断面较大或围岩稳定性较差的条件下。它 将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖。
“导坑超前开挖法”
先行开挖形成的坑道称为“导坑” 导坑的作用主要是超前探察前方岩体的工程地质条件。
开挖成形后即对暴露围岩加以适当的支撑或支护，继而提供
必要的永久性人工结构以保持隧道长期稳定的施工方法。矿
山法又因其采用“钻眼爆破”方式破岩，故隧道工程中也称
之为“钻爆法”。
“传统矿山法”
“新奥法”
.
6.2 新奥法
一、新奥法（NATM）概述
1963年，由奥地利学者L腊布兹维奇教授命名为“新奥地 利隧道施工法（New Austria Tunneling Method）”， 简称“新奥法（NTAM）”正式出台，它是以控制爆破或 机械开挖为主要掘进手段，以锚杆、喷射混凝土为主要 支护方法，理论、量测和经验相结合的一种施工方法。 同时又是一系列指导隧道设计和施工的原则。
Ⅴ
Ⅴ 2
4
4
3
2
4
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6
漏斗 6
4、20世纪80年代 （1）普遍采用新奥法施工； （2）开挖方法普遍采用全断面、半断面法； （3）采用光面深孔爆破、预裂爆破、弱爆破技术减少对围
岩的扰动； （4）喷锚支护技术大发展； （5）编制铁路隧道新奥法指南； （6）应用监控量测进行信息化设计和施工； （7）进入大型机械配套时期，引入凿岩台车、装运碴机械、
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台阶法上断面. 开挖
台阶法上断面. 开挖
台阶法上断面. 开挖
台阶法上断面. 开挖
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分部开挖法
分部开挖法是开挖软弱岩层或土层隧道的一种施工方法， 主要适用于隧道断面较大或围岩稳定性较差的条件下。它 将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖。
“导坑超前开挖法”
先行开挖形成的坑道称为“导坑” 导坑的作用主要是超前探察前方岩体的工程地质条件。
开挖成形后即对暴露围岩加以适当的支撑或支护，继而提供
必要的永久性人工结构以保持隧道长期稳定的施工方法。矿
山法又因其采用“钻眼爆破”方式破岩，故隧道工程中也称
之为“钻爆法”。
“传统矿山法”
“新奥法”
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6.2 新奥法
一、新奥法（NATM）概述
1963年，由奥地利学者L腊布兹维奇教授命名为“新奥地 利隧道施工法（New Austria Tunneling Method）”， 简称“新奥法（NTAM）”正式出台，它是以控制爆破或 机械开挖为主要掘进手段，以锚杆、喷射混凝土为主要 支护方法，理论、量测和经验相结合的一种施工方法。 同时又是一系列指导隧道设计和施工的原则。
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Ⅴ 2
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漏斗 6
隧道支护与衬砌课件
围岩的变形是个动态过程。对于坚硬稳固的围岩，开挖成 洞后其强度足以承受重分布后的应力，因而不致失稳。但 对于破碎、软弱围岩，开挖后随着暴露时间的增加，变形 随着发展，就会造成失稳。尤其是在隧道拱部、洞口、交 叉洞以及围岩呈大面积平板状且结构面发达的部位，更易 失稳。
1
隧道支护与衬砌
为了有效地约束和控制围岩的变形，增强围岩的稳定性， 防止塌方，保证施工和运营作业的安全，必须及时、可 靠地进行人工支护，人工支护通常又分为一次支护（初 期支护）和二次支护（衬砌）两大类。按使用目的和时 间又分为临时支护和永久支护，临时支撑的功能是作为 辅助开挖结构，或作为过渡结构，特别是用于控制局部 塌落等，当临时支撑的任务完成后常被拆除。永久支护 一般是指混凝土衬砌。
18
隧道支护与衬砌
（一）喷射混凝土支护 喷射混凝土原料及配合比： 外加剂主要是速凝剂，应采用符合质量要求，并对人体
危害性很小的外加剂。掺外加剂之前，应做与水泥的相 溶性试验及水泥净浆速凝效果试验，初凝不应大于5min， 终凝不应大于10min，注意速凝剂平时保持干燥勿受潮 变质。在喷射混凝土中添加速凝剂的目的是使喷射混凝 土速凝，以减少回弹量及早强。因此，掺外加剂后的喷 射混凝土性能必须满足设计要求。一般速凝剂最佳掺量 约为水泥重量的2%～4%，实际使用时拱部可用2%～4%， 边部可用2%，过多的掺量对喷射混凝土反而不利。
22
隧道支护与衬砌
（一）喷射混凝土支护
喷射混凝土的施工要点 ✓ 风压与喷射质量有密切的关系，过大的风压会造成喷射速
度太高而加大回弹量，损失水泥，风压过小会使喷射力减 弱，则混凝土密实性差。因此，根据喷射情况应适当调整 风压、输料管长度进行调节风压。 ✓ 喷射作业应分层进行。一次喷射厚度不得太厚或太薄，它 主要与喷射混凝土层与受喷面之间的粘结力和受喷部位等 有关，并且应根据掺与不掺速凝剂、喷射效率，回弹损失 率等因素而定。
1
隧道支护与衬砌
为了有效地约束和控制围岩的变形，增强围岩的稳定性， 防止塌方，保证施工和运营作业的安全，必须及时、可 靠地进行人工支护，人工支护通常又分为一次支护（初 期支护）和二次支护（衬砌）两大类。按使用目的和时 间又分为临时支护和永久支护，临时支撑的功能是作为 辅助开挖结构，或作为过渡结构，特别是用于控制局部 塌落等，当临时支撑的任务完成后常被拆除。永久支护 一般是指混凝土衬砌。
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隧道支护与衬砌
（一）喷射混凝土支护 喷射混凝土原料及配合比： 外加剂主要是速凝剂，应采用符合质量要求，并对人体
危害性很小的外加剂。掺外加剂之前，应做与水泥的相 溶性试验及水泥净浆速凝效果试验，初凝不应大于5min， 终凝不应大于10min，注意速凝剂平时保持干燥勿受潮 变质。在喷射混凝土中添加速凝剂的目的是使喷射混凝 土速凝，以减少回弹量及早强。因此，掺外加剂后的喷 射混凝土性能必须满足设计要求。一般速凝剂最佳掺量 约为水泥重量的2%～4%，实际使用时拱部可用2%～4%， 边部可用2%，过多的掺量对喷射混凝土反而不利。
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隧道支护与衬砌
（一）喷射混凝土支护
喷射混凝土的施工要点 ✓ 风压与喷射质量有密切的关系，过大的风压会造成喷射速
度太高而加大回弹量，损失水泥，风压过小会使喷射力减 弱，则混凝土密实性差。因此，根据喷射情况应适当调整 风压、输料管长度进行调节风压。 ✓ 喷射作业应分层进行。一次喷射厚度不得太厚或太薄，它 主要与喷射混凝土层与受喷面之间的粘结力和受喷部位等 有关，并且应根据掺与不掺速凝剂、喷射效率，回弹损失 率等因素而定。
第六章_隧道衬砌计算 ppt课件
ppt课件
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利用式（4-3），参照图4-5容易求得下列变位：
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4.3.3拱脚位移计算
（1）单位力矩作用时
单位力矩作用在拱脚围岩上时，拱脚截面绕 中心点a转过一个角度 1 ，如图4-6所示， 拱脚截面仍保持为平面，其内（外）缘处 围岩的最大应力 1 和拱脚内（外）缘的最 大沉陷为 1
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在十九世纪末，混凝土已经是广泛使用的建筑材 料，它具有整体性好，可以在现场根据需要进行 模注等特点。这时，隧道衬砌结构是作为超静定 弹性拱计算的，但仅考虑作用在衬砌上的围岩压 力，而未将围岩的弹性抗力计算在内，忽视了围 岩对衬砌的约束作用。其计算原理和地面结构一 样。 由于把衬砌视为自由变形的弹性结构，因而， 通过计算得到的衬砌结构厚度很大，过于安全。
a22 22 u2 fu1 f 2 f 2 1
a12 a21 12 2 f1 21 u1 f1
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1p
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f
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隧道建筑虽然是一种古老的建筑结构，但其结构计算理论 的形成却较晚。从现有资料看，最初的计算理论形成于十 九世纪 。最初的隧道衬砌使用砖石材料，其结构型式通
常为拱形。采用的截面厚度常常很大，所以结构变形很小， 可以忽略不计。因为构件的刚度很大，故将其视为刚性体， 计算时按静力学原理确定其承载时压力线位置，检算结构 强度。
同时为正。采用力法计算时，将拱圈在拱顶处切开，取基本结构如图
4-4b所示。固端无铰拱为三次超静定，有三个多余未知力，即弯矩X1， 轴向力X2和剪力X3。结构对称和荷载对称时X3＝0，变成二次超静定 结构。按拱顶切开处的截面相对变位为零的条件，可建立如下正则方
隧道工程图文讲解ppt课件
.
第四章 隧道结构构造
§4.1 洞身衬砌 §4.2 洞门 §4.3 明洞 §4.4 竖井、斜井 §4.5 内装、顶棚及路面 §4.6 隧道的放水与排水
.
隧道 结构 构造
主体构 造物
附属构 造物
洞身 衬砌
洞身衬砌洞身衬砌的平、纵、横断面 的形状由道路隧道的几何设计确定
衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定
① 当初支产生形变及形变压力时，隔离层允许其有少量的变形， 可降低形变压力；
② 当初支支护力不够时，可将少量形变压力均匀的传布到二衬 上，依靠二衬制止其继续变形，且不使初衬出现裂缝时，二衬 也出现裂缝。
.
③ 具有防水效果，且可减少二次衬砌混凝土的收缩裂缝。
※ 预留初期支护变形量：在确定开挖尺寸时，应预留必要的初 期支护变形量以保证初期支护稳定后，二次衬砌的必要厚度
.
※ 仰拱的重要性
① 解决基础承载力不够，减少下沉：防止底鼓的隆起变形，调 整衬砌应力的作用；
② 封闭围岩，制止围岩过大的松弛变形，将围岩塑性变形和形 变压力控制在允许范围，提高结构的整体承载力；
③ 增加底部和墙部的支护抵抗力，防止内挤而产生剪切破坏。
※ 两层衬砌之间宜采用缓冲、隔离的防水夹层，即隔离层。
.
※ 锚喷衬砌内表面不太平整顺直，美观性差，影响司机在行车 中视觉感观，应根据需要考虑内装。 ※ 不宜采用锚喷支护作为永久衬砌的情况 ① 在某些不良地质、大面积涌水地段和特殊地段不宜采用锚 喷衬砌作为永久衬砌； ② 对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求衬砌 内轮廓很整齐、平整； ③ 有很高的防水要求的隧道； ④ 寒冷和严寒地区有冻害的地方(锚喷衬砌抗冻胀能力较差) ⑤ 围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆除者 ⑥ 地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的腐蚀
第四章 隧道结构构造
§4.1 洞身衬砌 §4.2 洞门 §4.3 明洞 §4.4 竖井、斜井 §4.5 内装、顶棚及路面 §4.6 隧道的放水与排水
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隧道 结构 构造
主体构 造物
附属构 造物
洞身 衬砌
洞身衬砌洞身衬砌的平、纵、横断面 的形状由道路隧道的几何设计确定
衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定
① 当初支产生形变及形变压力时，隔离层允许其有少量的变形， 可降低形变压力；
② 当初支支护力不够时，可将少量形变压力均匀的传布到二衬 上，依靠二衬制止其继续变形，且不使初衬出现裂缝时，二衬 也出现裂缝。
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③ 具有防水效果，且可减少二次衬砌混凝土的收缩裂缝。
※ 预留初期支护变形量：在确定开挖尺寸时，应预留必要的初 期支护变形量以保证初期支护稳定后，二次衬砌的必要厚度
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※ 仰拱的重要性
① 解决基础承载力不够，减少下沉：防止底鼓的隆起变形，调 整衬砌应力的作用；
② 封闭围岩，制止围岩过大的松弛变形，将围岩塑性变形和形 变压力控制在允许范围，提高结构的整体承载力；
③ 增加底部和墙部的支护抵抗力，防止内挤而产生剪切破坏。
※ 两层衬砌之间宜采用缓冲、隔离的防水夹层，即隔离层。
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※ 锚喷衬砌内表面不太平整顺直，美观性差，影响司机在行车 中视觉感观，应根据需要考虑内装。 ※ 不宜采用锚喷支护作为永久衬砌的情况 ① 在某些不良地质、大面积涌水地段和特殊地段不宜采用锚 喷衬砌作为永久衬砌； ② 对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求衬砌 内轮廓很整齐、平整； ③ 有很高的防水要求的隧道； ④ 寒冷和严寒地区有冻害的地方(锚喷衬砌抗冻胀能力较差) ⑤ 围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆除者 ⑥ 地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的腐蚀
隧道构造与施工(直播课也受用)-1.2.1-2
（1）直墙式衬砌
2、结构组成
上部拱圈
竖直边墙
下部铺底
适用条件
（2）曲墙式衬砌
曲墙式衬砌适用 于地质条件比较 差，岩体松散破 碎，强度不高， 又有地下水，侧 向水平压力也相 当大的情况。主 要适用于Ⅳ级及 以上的围岩或Ⅲ 级围岩双线。多 线隧道也采用曲 墙有仰拱的衬砌。
（2）曲墙式衬砌
结构组成
侧面曲边墙
隧道构造与施工 备课课件
1.2.1-2
（三）衬砌类型
1．单层衬砌（整体式模筑混凝土衬砌） 2、锚喷式衬砌 3、复合衬砌
4、装配式衬砌
1．单层衬砌（整体式模筑混凝土衬砌）
采用混凝士或钢筋混凝士为材料就地灌注而成。
其工艺流程为：立模—灌筑—养生—拆模
特点：对地质条件的适用性较强，易于按需要成型，整体性 好，抗渗性强，并适用于多种施工条件，如可用木、 钢模板或衬砌模板台车等
铁路隧道设计规范中规定
（1）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作为必要时 补强用。
（2）遇到下列情况时不应采用锚喷衬砌：地下水发育 或大面积淋水堤段；能造成衬砌腐蚀或特殊膨胀性围 岩地段；最冷月平均气温低于-5度地区的冻害地段； 有其他要求的隧道。
仰拱的作用？
①抵御底部围岩压力 ②防止衬砌沉降 ③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。
底部仰拱或铺底
顶部拱圈
2、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，又作为隧道永久结构的形式。
喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土 拌和料与水汇合成为浆状，喷射到坑道的岩壁上凝结而成 的。当岩壁不够稳定时，可加设锚杆、金属网和钢架，构 成“锚喷式衬砌”，也称为“喷锚衬砌”。
《隧道衬砌设计》课件
实际应用案例
介绍一些衬砌设计的实际应用案例，展示其效果和改进。
六、结论
1
隧道衬砌设计重要性的再强调
强调合理设计对隧道工程的安全和可持
未来的发展方向
2
续发展的重要作用。
探讨隧道衬砌设计在新材料和技术的进 步中的应用前景。
参考资料
1. 隧道工程设计手册 3. 隧道衬砌设计标准
2. 隧道工程实用指南 4. 隧道工程案例分析
四、隧道衬砌设计材料
普通混凝土
常用的衬砌材料，适用于一般隧道工程。
玻璃钢
具有良好的耐腐蚀性和机械性能，适用于特殊地质条件。
土工合成材料
可抗渗透和增强隧道衬砌的土工材料，提高结构的稳定性。
五、隧道衬砌设计的改进和应用
玻璃钢衬砌设计
利用玻璃钢的特性，提高衬砌的抗腐蚀和耐久性。
土工合成材料衬砌设计
结合土工合成材料的优势，增强衬砌结构的地质适应性。
《隧道衬砌设计》PPT课 件
欢迎来到《隧道衬砌设计》PPT课件。本课程将介绍隧道衬砌的设计原则、流 程、材料及改进应用，帮助您全面了解隧道工程中衬砌设计的重要性与挑战。
一、背景介绍
隧道衬砌定义及其设计的重要性。
二、隧道衬砌设计原则
安全性原则
确保隧道结构的安全性，抵御地质和水文条件的挑战。
经济性原则
优化设计，节省成本并提高工程效益。
实用性原则
考虑施工和维护的可行性，确保衬砌能够实际应用。
三、隧道衬砌设计流程1施工方案设计2集成地质、水文等信息，确定最终的衬
砌结构和施工方式。
3
初步设计
根据隧道的功能和要求，确定初始的衬 砌设计方案。
施工图设计
详细制定衬砌工程的施工图纸，包括尺 寸、材料和施工工艺。
介绍一些衬砌设计的实际应用案例，展示其效果和改进。
六、结论
1
隧道衬砌设计重要性的再强调
强调合理设计对隧道工程的安全和可持
未来的发展方向
2
续发展的重要作用。
探讨隧道衬砌设计在新材料和技术的进 步中的应用前景。
参考资料
1. 隧道工程设计手册 3. 隧道衬砌设计标准
2. 隧道工程实用指南 4. 隧道工程案例分析
四、隧道衬砌设计材料
普通混凝土
常用的衬砌材料，适用于一般隧道工程。
玻璃钢
具有良好的耐腐蚀性和机械性能，适用于特殊地质条件。
土工合成材料
可抗渗透和增强隧道衬砌的土工材料，提高结构的稳定性。
五、隧道衬砌设计的改进和应用
玻璃钢衬砌设计
利用玻璃钢的特性，提高衬砌的抗腐蚀和耐久性。
土工合成材料衬砌设计
结合土工合成材料的优势，增强衬砌结构的地质适应性。
《隧道衬砌设计》PPT课 件
欢迎来到《隧道衬砌设计》PPT课件。本课程将介绍隧道衬砌的设计原则、流 程、材料及改进应用，帮助您全面了解隧道工程中衬砌设计的重要性与挑战。
一、背景介绍
隧道衬砌定义及其设计的重要性。
二、隧道衬砌设计原则
安全性原则
确保隧道结构的安全性，抵御地质和水文条件的挑战。
经济性原则
优化设计，节省成本并提高工程效益。
实用性原则
考虑施工和维护的可行性，确保衬砌能够实际应用。
三、隧道衬砌设计流程1施工方案设计2集成地质、水文等信息，确定最终的衬
砌结构和施工方式。
3
初步设计
根据隧道的功能和要求，确定初始的衬 砌设计方案。
施工图设计
详细制定衬砌工程的施工图纸，包括尺 寸、材料和施工工艺。
隧道结构设计隧道工程结构构造设计课件PPT(共43页)
※ 设计方法：目前以工程类比为主，理论验算为辅。结合施 工，通过测量、监控取得数据，不断修改和完善设计；
※ Ⅳ级及以下围岩或可能出现偏压时，应设置仰拱。
※ 仰拱的重要性
① 解决基础承载力不够，减少下沉：防止底鼓的隆起变形，调 整衬砌应力的作用；
② 封闭围岩，制止围岩过大的松弛变形，将围岩塑性变形和形 变压力控制在允许范围，提高结构的整体承载力；
偏压衬砌示意图
6、喇叭口隧道衬砌
在山区双线隧道， 可将一条双幅公路隧道 分建为二个单线隧道或 二条单线并建为一条双 幅的情况，衬砌产生了 一个过渡区段，这部分 隧道衬砌的断面及线间 距均有变化，相应成了 一个喇叭型，称为喇叭 口隧道衬砌。
嗽叭口隧道衬砌示意图
二、支护结构
初期支护 (一次支护)
支护 结构 永久支护(二
※ 采用就地整体模注现浇砼，适用较广，截面可以是等截面或 是变截面。
※ IV级以上围岩，地基松软，往往侧压力较大，故宜采用 曲墙带仰拱的衬砌。
设置 作用 仰拱
使结构及时封闭，提高整体承载力和侧墙抵抗侧 压力的能力
抵御结构下沉变形，调整围岩和衬砌的应力状态
※ 严寒地区隧道，不管围岩等级如何，只要有地下水存在， 衬砌型式仍应采用曲墙式衬砌，并在施工中根据情况设置伸 缩缝
※ 在层状围岩中，采用喷锚支护效果较好；
※ 喷锚支护作为柔性支护，变形量较大，其外轮廓线宜预留稍 大的空间（20cm）；
※ 为了使开挖时外轮廓线圆顺，尽可能减少围岩中的应力集中 锚喷衬砌的内轮廓线，宜采用曲墙式的断面形式；
※ 锚喷衬砌内表面不太平整顺直，美观性差，影响司机在行车 中视觉感观，应根据需要考虑内装。
③ 具有防水效果，且可减少二次衬砌混凝土的收缩裂缝。
※ Ⅳ级及以下围岩或可能出现偏压时，应设置仰拱。
※ 仰拱的重要性
① 解决基础承载力不够，减少下沉：防止底鼓的隆起变形，调 整衬砌应力的作用；
② 封闭围岩，制止围岩过大的松弛变形，将围岩塑性变形和形 变压力控制在允许范围，提高结构的整体承载力；
偏压衬砌示意图
6、喇叭口隧道衬砌
在山区双线隧道， 可将一条双幅公路隧道 分建为二个单线隧道或 二条单线并建为一条双 幅的情况，衬砌产生了 一个过渡区段，这部分 隧道衬砌的断面及线间 距均有变化，相应成了 一个喇叭型，称为喇叭 口隧道衬砌。
嗽叭口隧道衬砌示意图
二、支护结构
初期支护 (一次支护)
支护 结构 永久支护(二
※ 采用就地整体模注现浇砼，适用较广，截面可以是等截面或 是变截面。
※ IV级以上围岩，地基松软，往往侧压力较大，故宜采用 曲墙带仰拱的衬砌。
设置 作用 仰拱
使结构及时封闭，提高整体承载力和侧墙抵抗侧 压力的能力
抵御结构下沉变形，调整围岩和衬砌的应力状态
※ 严寒地区隧道，不管围岩等级如何，只要有地下水存在， 衬砌型式仍应采用曲墙式衬砌，并在施工中根据情况设置伸 缩缝
※ 在层状围岩中，采用喷锚支护效果较好；
※ 喷锚支护作为柔性支护，变形量较大，其外轮廓线宜预留稍 大的空间（20cm）；
※ 为了使开挖时外轮廓线圆顺，尽可能减少围岩中的应力集中 锚喷衬砌的内轮廓线，宜采用曲墙式的断面形式；
※ 锚喷衬砌内表面不太平整顺直，美观性差，影响司机在行车 中视觉感观，应根据需要考虑内装。
③ 具有防水效果，且可减少二次衬砌混凝土的收缩裂缝。
隧道构造设计衬砌的形式课件
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 隧道衬砌的其它构造要求
• 一般单线隧道洞口应设置不小于5m长的模筑混凝土衬砌，双线和多线
隧道应适当加长；
• 围岩较差段的衬砌应向围岩较好地段延伸5～10m； • 偏压衬砌段应延伸至一般衬砌段内5m以上； • 不设仰拱的隧道应做底板，单线隧道其厚度不得小于20㎝，双线隧道其
厚度不得小于25㎝；
• 对衬砌有不良影响的硬软地层分界处，应设置变形缝； • 电力牵引的隧道，其长度大于2000m及位于隧道群地段和车站两端时，
为了使接触网有良好的工作和维修条件，应根据需要设置接触网补偿下锚 的衬砌段。
• 运营通风洞、联络通道等与主隧道连接处的衬砌设计应做加强处理。
隧道构造设计
---洞身支护结构的构造
---洞身支护适用于地质比较差，岩石松散破碎，强度不高，又有地下水，侧向水
平压力也相当大的Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ级围岩情况
• 由顶部拱圈，侧面曲边墙和底部仰拱（或铺底）所组成
• 除在Ⅳ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
做平铺底外，一般均设仰拱
隧道构造设计
---洞身支护结构的构造
图为单线非电气化铁路隧道衬砌Ⅴ级围岩直线断面曲墙式衬砌标准图，
其内部轮廓线由五心圆曲线组成。
单线非电气化铁路隧道衬砌
隧道构造设计
---洞身支护结构的构造
双线或三线隧道的洞身衬砌，可以采取单孔式，四线隧道可采取双 孔式。单孔式衬砌应满足双线或三线隧道衬砌净空要求
双孔式 四线隧道衬砌
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 装配式材料
对于衬砌材料，可采用一些装配式材料，如钢筋混凝土大型预制块、加 筋肋铸铁预制块等
006第六章隧道衬砌结构计算PPT课件
符号规定：图示未知力方向为正向，转角以拱脚截面向外 转为正，水平位移以向外移动为正。
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柳河路36号(省委党校北侧)
21
二、非对称问题解
对非对称问题、需取全拱为基本结构，拱的内力及拱脚 变位的正负号规定与对称问题相同，计算简图与基本结 构如图9-8所示。
图9-8福建计工算程简爆破图协及会 基福建本省结福构州市
荷载等。
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柳河路36号(省委党校北侧)
5
2. 荷载的组合
对于一个特定的地下建筑结构，上述几种荷载不一定都存在， 也不可能同时作用在某衬砌上。设计中应根据实际可能出现的 情况进行荷载组合。
所谓荷载组合，即是将有可能同时作用在衬砌上的荷载进行编 组。并取其最不利者作为设计荷载、求得最危险截面中所产生 的最大内力值，作为选择截面时的依据。
6.1 概述
隧道结构是地下建筑结构的重要组成部分，它的 结构形式可根据地层的类别、使用功能和施工水 平等选择。
按结构形式的不同，隧道结构可分为： 1、半衬砌结构； 2、厚拱薄墙衬砌结构； 3、直墙拱形衬砌结构； 4、曲墙结构； 5、复合衬砌结构；
6、连拱隧道结构。
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力法方程和衬砌内力 6.4.3 最大抗力的计算 6.4.5 衬砌最终内力计算及校核
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柳河路36号(省委党校北侧)
25
6.4.1 计算图式
地下结构所承受的荷载，按其作用特点及其使用中可能出现的情况分为 以下三类，即：主要荷载，附加荷载和特殊荷载。
(1)主要荷载:长期及经常作用的荷载：结构自重；回填土层重量；围岩 压力；弹性抗力；地下水静水压力和使用荷载。围岩压力是衬砌承受的主 要静荷载。弹性抗力是地下结构所特有的一种被动荷载。使用荷载是在使 用过程中，作用在衬砌上的荷载，如吊车荷载、设备重量、地下贮油库的 油压力、车辆、人员等荷重。
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21
二、非对称问题解
对非对称问题、需取全拱为基本结构，拱的内力及拱脚 变位的正负号规定与对称问题相同，计算简图与基本结 构如图9-8所示。
图9-8福建计工算程简爆破图协及会 基福建本省结福构州市
荷载等。
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5
2. 荷载的组合
对于一个特定的地下建筑结构，上述几种荷载不一定都存在， 也不可能同时作用在某衬砌上。设计中应根据实际可能出现的 情况进行荷载组合。
所谓荷载组合，即是将有可能同时作用在衬砌上的荷载进行编 组。并取其最不利者作为设计荷载、求得最危险截面中所产生 的最大内力值，作为选择截面时的依据。
6.1 概述
隧道结构是地下建筑结构的重要组成部分，它的 结构形式可根据地层的类别、使用功能和施工水 平等选择。
按结构形式的不同，隧道结构可分为： 1、半衬砌结构； 2、厚拱薄墙衬砌结构； 3、直墙拱形衬砌结构； 4、曲墙结构； 5、复合衬砌结构；
6、连拱隧道结构。
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力法方程和衬砌内力 6.4.3 最大抗力的计算 6.4.5 衬砌最终内力计算及校核
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25
6.4.1 计算图式
地下结构所承受的荷载，按其作用特点及其使用中可能出现的情况分为 以下三类，即：主要荷载，附加荷载和特殊荷载。
(1)主要荷载:长期及经常作用的荷载：结构自重；回填土层重量；围岩 压力；弹性抗力；地下水静水压力和使用荷载。围岩压力是衬砌承受的主 要静荷载。弹性抗力是地下结构所特有的一种被动荷载。使用荷载是在使 用过程中，作用在衬砌上的荷载，如吊车荷载、设备重量、地下贮油库的 油压力、车辆、人员等荷重。
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松动圈测试就是检测隧道开挖后新的破坏裂缝 及其分布范围，围岩中有新破裂缝与没有破裂缝的 界面位置就是松动圈的边界。
围岩松动圈的测试技术主要有：超声波测井探 测法及地质雷达法。
隧道与地下工程设计方法
26
（1）超声波测井探测法 超声波在岩体中的传播速度与裂隙程度及岩
体受力状态有关，岩体整体性好，弹性声波速度快， 岩体裂隙发育，弹性波速低。
隧道与地下工程设计方法
2
主要内容
单层衬砌定义 单层衬砌应用现状 设计基本理论 单层衬砌围岩稳定性分级 单层衬砌结构形式 பைடு நூலகம்用作单层衬砌的喷射混凝土力学指标
隧道与地下工程设计方法
3
一、单层衬砌定义
隧道与地下工程设计方法
4
单层衬砌是由单层或多层混凝土构成的支护体 系，支护层与衬砌层是一体的，各层间能够充分传 递剪力的支护体系，称为单层衬砌。
隧道与地下工程设计方法
21
1、围岩松动圈的概念 20世纪70年代末，以董方庭教授为首的课题
组，提出了围岩破裂过程中的岩石碎胀变形（碎胀 力）是支护的对象，并把在围岩中发展的这个破裂 区定义为围岩松动圈；在国内外首先提出了“围岩 松动圈支护理论”。
其主要包括三部分：围岩松动圈支护理论、围 岩松动圈分类方法以及围岩松动圈喷锚支护技术。
隧道与地下工程设计方法
29
（2）地质雷达探测法 雷达测试围岩松动圈的基本原理是：围岩松动
圈是以围岩破坏产生宏观裂隙形成的物性界面为主 要特征，在该范围内岩体呈破裂松弛状，地质雷达 在扫描过程中，发出的电磁波在松动圈内传播时， 波形呈杂乱无章状态，无明显同相轴；当电磁波经 过松动圈与非破坏区交界面时，必然发生较强的反 射，从而可以根据反射波图像特征来确定围岩松动 圈的范围。
42
设计基准强度
挪威
抗压强度（N/mm2） C30 C35 C40 C45 C50 C55
立方体试件的最小抗 压强度（N/mm2）
取样试件的最小抗压 强度（N/mm2）
30 19.2
35 40 45 50 55 22.4 25.6 28.8 32.0 35.2
隧道与地下工程设计方法
43
设计基准强度
度（N/mm2）
（N/mm2）
道路协会
喷混凝土
－
5
铁道建设·运输 高品质喷混凝
设施
土
1.5
8
喷混凝土
－
5
道路公团
高强度喷混凝 土
2
10
高强度纤维喷 混凝土
2
10
隧道与地下工程设计方法
45
喷混凝土的初期强度
挪威
龄期 1小时（N/mm2）
用作永久支护的纤维 增强喷射砼
>0.5
用作永久支护的普通 喷射砼
6 10 分
J3
C
B J2
A J1
30 1
2 3 6 9 12 24 小时
隧道与地下工程设计方法
47
喷混凝土的初期强度
中国
《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》 （TZ214-2005）中对初期强度有这样的规 定，3h强度达到1.5MPa，24h强度达到 5.0MPa。
隧道与地下工程设计方法
48
纤维喷混凝土的弯曲韧性 《纤维混凝土结构技术规程》（CECS 38：2004） 对钢纤维喷射混凝土的韧性指标：作为围岩支护 和衬砌的钢纤维喷射混凝土，其弯曲韧度比一般 要求不小于0.70；采用平板加载试验（EFNARC） 确定韧度指标时，用作单层永久衬砌，相应于挠 度为25mm的变形能需达到700J。
隧道与地下工程设计方法
18
西安南京铁路万军迴隧道 钢纤维喷混凝土单层衬砌
铁路隧道：
19
三、设计基本理论 ——松动圈支护理论
隧道与地下工程设计方法
Q法在欧洲广泛应用，但需要确定六 个系数；不太适合我国国情，因此以 松动圈支护理论为基础展开。
20
Q RQD J r J w J n J a SRF
同等荷载，厚度比复合式衬砌薄，减少开挖量和衬砌圬工量； 基本不需要模板、拱架等，降低造价和缩短工期。
隧道与地下工程设计方法
8
二、单层衬砌应用现状
隧道与地下工程设计方法
9
国外工程
公路隧道：
隧道与地下工程设计方法
以色列海法市卡迈尔公路隧道
10
国外工程
公路隧道：
隧道与地下工程设计方法
以色列海法市卡迈尔公路隧道
最新的定义：取消防水板的前提下，洞室开挖 后立即喷射一层具有防水性能的混凝土，并根据围 岩级别设置必要的支护构件，如锚杆、钢拱架等， 然后根据耐久性及平整度的要求，再施作（喷射或 模筑）一层或多层混凝土，构成层间具有很强粘接 力并可充分传递剪力的支护体系。
隧道与地下工程设计方法
5
单层衬砌
隧道与地下工程设计方法
中国
等级
C15 C20 C25 C30
轴心抗压（N/mm2） 7.5 10.0 12.5 15.0
看出：我国和日本的规定水准相对较低，欧洲规 范，很少有用小于C25的喷混凝土，喷混凝土的 设计基准强度有向高强度方向发展。
隧道与地下工程设计方法
44
喷混凝土的初期强度
日本
单位
类别
3小时抗压强 24小时抗压强度
6
单层衬砌的承载机理 通过各混凝土层间径向和纵向上的抗滑移性，使得各混凝
土层形成共同承载体系。近似地，可以把单层衬砌结构看作 “组合梁”来分析其力学特性；复合式衬砌其结构类似于“叠 合梁”的力学行为。
隧道与地下工程设计方法
7
单层衬砌技术： 湿喷技术；高分子和钢纤维喷射混凝土的采用，解决喷射混 凝土的防裂和耐久性问题； 高分子或钢纤维喷射混凝土施作后形成的隧道轮廓可能并不 完全符合设计的衬砌内轮廓理论曲线，但可以做到基本圆顺， 避免局部应力集中，确保支护系统和围岩的稳定性。
>300
支护机理及方法
喷射混凝土支护
锚杆悬吊理论喷层局部支护 锚杆悬吊理论喷层局部支护 锚杆组合拱理论，喷层、金属
网局部支护 锚杆组合拱理论，喷层、金属
网局部支护
待定
隧道与地下工程设计方法
25
5、围岩松动圈测试技术 围岩松动圈是围岩应力超过岩体强度之后而在
洞室周边形成的破裂带，其物理状态表现为破裂缝 的增加及岩体应力水平的降低。
11
国外工程
铁路隧道：
隧道与地下工程设计方法
瑞士的VEREINA铁路隧道钻爆法施工 的单层衬砌和用TBM施工的单层衬砌
12
国外工程
铁路隧道：
隧道与地下工程设计方法
瑞士阿尔卑斯山的 旅游铁路车站隧道
13
国外工程
地铁：
隧道与地下工程设计方法
斯德哥尔摩地铁车 站和地铁换乘大厅
14 芬兰赫尔辛基地铁区间及车站
隧道与地下工程设计方法
49
喷混凝土的粘结强度 粘结强度有两种：抗拉粘结强度与抗剪粘结
强度。抗拉粘结强度是衡量喷射混凝土在受到垂 直于结合界面上的拉应力时保持粘结的能力；而 抗剪粘结强度则是抵抗平行于结合面上作用力的 能力。
20cmΦ25 格栅0.6m
Φ50双 层超前
导管
30
10
特殊设计
隧道与地下工程设计方法
39
六、用作单层衬砌的喷射 混凝土力学指标
隧道与地下工程设计方法
40
设计基准强度
日本
单位
类别
设计基准强度（N/mm2）
道路协会
喷混凝土
18
铁道建设·运输施设 高品质喷混凝土
18
喷混凝土
18
道路公团
高强度喷混凝土
稳定 较稳定
支护机理
围岩自承 构造支护 悬吊作用 悬吊作用+壳体支护
Ⅴ
一般
悬吊作用+壳体支护
VI
较不稳定
锚杆组合拱支护+加 强型壳体支护
预支护+锚杆组合拱
Ⅶ
不稳定 支护+加强型壳体支
护
预支护+锚杆组合拱
Ⅷ
很不稳定 支护+加强型壳体支
护
隧道与地下工程设计方法预支护+锚杆组合拱
支护型式
无需支护 喷射混凝土 局部锚杆+喷射混凝土 系统锚杆+喷射混凝土 系统锚杆+合成纤维混凝
3~3.5 1.0×1.2
30~35
15cmΦ22 Φ25超 格栅1.0m 前锚杆
10
Ⅷ
超前支护+系统锚杆+钢纤维喷 混凝土+钢架
4~5 1.0×1.0
35~40
20cmΦ25 Φ42超 格栅0.8m 前导管
10
Ⅸ
超前支护+系统锚杆+钢纤维喷 混凝土+钢架+模筑混凝土
4~5 1.0×1.0
35~40
隧道与地下工程设计方法
24
4、围岩松动圈分类
围岩类别 分类名称
小松 动圈
Ⅰ
稳定围岩
中松 Ⅱ 较稳定围岩 动圈 Ⅲ 一般围岩
Ⅳ
一般不稳定围 岩（软岩）
大松 动圈
Ⅴ
不稳定围岩 （较软围岩）
Ⅵ
极不稳定围岩 （极软围岩）
松动圈Lp
（cm） 0~40 40~100 100~150 150~200
200~300
1~1.5 8~15 素喷
10
Ⅳ
系统锚杆+喷射混凝土
1.5~2 1.5×1.2
15~20
10
Ⅴ
系统锚杆+合成纤维混凝土
2~2.5 1.2×1.2
20~25
10
VI
系统锚杆+合成纤维喷混凝土+ 钢架
围岩松动圈的测试技术主要有：超声波测井探 测法及地质雷达法。
隧道与地下工程设计方法
26
（1）超声波测井探测法 超声波在岩体中的传播速度与裂隙程度及岩
体受力状态有关，岩体整体性好，弹性声波速度快， 岩体裂隙发育，弹性波速低。
隧道与地下工程设计方法
2
主要内容
单层衬砌定义 单层衬砌应用现状 设计基本理论 单层衬砌围岩稳定性分级 单层衬砌结构形式 பைடு நூலகம்用作单层衬砌的喷射混凝土力学指标
隧道与地下工程设计方法
3
一、单层衬砌定义
隧道与地下工程设计方法
4
单层衬砌是由单层或多层混凝土构成的支护体 系，支护层与衬砌层是一体的，各层间能够充分传 递剪力的支护体系，称为单层衬砌。
隧道与地下工程设计方法
21
1、围岩松动圈的概念 20世纪70年代末，以董方庭教授为首的课题
组，提出了围岩破裂过程中的岩石碎胀变形（碎胀 力）是支护的对象，并把在围岩中发展的这个破裂 区定义为围岩松动圈；在国内外首先提出了“围岩 松动圈支护理论”。
其主要包括三部分：围岩松动圈支护理论、围 岩松动圈分类方法以及围岩松动圈喷锚支护技术。
隧道与地下工程设计方法
29
（2）地质雷达探测法 雷达测试围岩松动圈的基本原理是：围岩松动
圈是以围岩破坏产生宏观裂隙形成的物性界面为主 要特征，在该范围内岩体呈破裂松弛状，地质雷达 在扫描过程中，发出的电磁波在松动圈内传播时， 波形呈杂乱无章状态，无明显同相轴；当电磁波经 过松动圈与非破坏区交界面时，必然发生较强的反 射，从而可以根据反射波图像特征来确定围岩松动 圈的范围。
42
设计基准强度
挪威
抗压强度（N/mm2） C30 C35 C40 C45 C50 C55
立方体试件的最小抗 压强度（N/mm2）
取样试件的最小抗压 强度（N/mm2）
30 19.2
35 40 45 50 55 22.4 25.6 28.8 32.0 35.2
隧道与地下工程设计方法
43
设计基准强度
度（N/mm2）
（N/mm2）
道路协会
喷混凝土
－
5
铁道建设·运输 高品质喷混凝
设施
土
1.5
8
喷混凝土
－
5
道路公团
高强度喷混凝 土
2
10
高强度纤维喷 混凝土
2
10
隧道与地下工程设计方法
45
喷混凝土的初期强度
挪威
龄期 1小时（N/mm2）
用作永久支护的纤维 增强喷射砼
>0.5
用作永久支护的普通 喷射砼
6 10 分
J3
C
B J2
A J1
30 1
2 3 6 9 12 24 小时
隧道与地下工程设计方法
47
喷混凝土的初期强度
中国
《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》 （TZ214-2005）中对初期强度有这样的规 定，3h强度达到1.5MPa，24h强度达到 5.0MPa。
隧道与地下工程设计方法
48
纤维喷混凝土的弯曲韧性 《纤维混凝土结构技术规程》（CECS 38：2004） 对钢纤维喷射混凝土的韧性指标：作为围岩支护 和衬砌的钢纤维喷射混凝土，其弯曲韧度比一般 要求不小于0.70；采用平板加载试验（EFNARC） 确定韧度指标时，用作单层永久衬砌，相应于挠 度为25mm的变形能需达到700J。
隧道与地下工程设计方法
18
西安南京铁路万军迴隧道 钢纤维喷混凝土单层衬砌
铁路隧道：
19
三、设计基本理论 ——松动圈支护理论
隧道与地下工程设计方法
Q法在欧洲广泛应用，但需要确定六 个系数；不太适合我国国情，因此以 松动圈支护理论为基础展开。
20
Q RQD J r J w J n J a SRF
同等荷载，厚度比复合式衬砌薄，减少开挖量和衬砌圬工量； 基本不需要模板、拱架等，降低造价和缩短工期。
隧道与地下工程设计方法
8
二、单层衬砌应用现状
隧道与地下工程设计方法
9
国外工程
公路隧道：
隧道与地下工程设计方法
以色列海法市卡迈尔公路隧道
10
国外工程
公路隧道：
隧道与地下工程设计方法
以色列海法市卡迈尔公路隧道
最新的定义：取消防水板的前提下，洞室开挖 后立即喷射一层具有防水性能的混凝土，并根据围 岩级别设置必要的支护构件，如锚杆、钢拱架等， 然后根据耐久性及平整度的要求，再施作（喷射或 模筑）一层或多层混凝土，构成层间具有很强粘接 力并可充分传递剪力的支护体系。
隧道与地下工程设计方法
5
单层衬砌
隧道与地下工程设计方法
中国
等级
C15 C20 C25 C30
轴心抗压（N/mm2） 7.5 10.0 12.5 15.0
看出：我国和日本的规定水准相对较低，欧洲规 范，很少有用小于C25的喷混凝土，喷混凝土的 设计基准强度有向高强度方向发展。
隧道与地下工程设计方法
44
喷混凝土的初期强度
日本
单位
类别
3小时抗压强 24小时抗压强度
6
单层衬砌的承载机理 通过各混凝土层间径向和纵向上的抗滑移性，使得各混凝
土层形成共同承载体系。近似地，可以把单层衬砌结构看作 “组合梁”来分析其力学特性；复合式衬砌其结构类似于“叠 合梁”的力学行为。
隧道与地下工程设计方法
7
单层衬砌技术： 湿喷技术；高分子和钢纤维喷射混凝土的采用，解决喷射混 凝土的防裂和耐久性问题； 高分子或钢纤维喷射混凝土施作后形成的隧道轮廓可能并不 完全符合设计的衬砌内轮廓理论曲线，但可以做到基本圆顺， 避免局部应力集中，确保支护系统和围岩的稳定性。
>300
支护机理及方法
喷射混凝土支护
锚杆悬吊理论喷层局部支护 锚杆悬吊理论喷层局部支护 锚杆组合拱理论，喷层、金属
网局部支护 锚杆组合拱理论，喷层、金属
网局部支护
待定
隧道与地下工程设计方法
25
5、围岩松动圈测试技术 围岩松动圈是围岩应力超过岩体强度之后而在
洞室周边形成的破裂带，其物理状态表现为破裂缝 的增加及岩体应力水平的降低。
11
国外工程
铁路隧道：
隧道与地下工程设计方法
瑞士的VEREINA铁路隧道钻爆法施工 的单层衬砌和用TBM施工的单层衬砌
12
国外工程
铁路隧道：
隧道与地下工程设计方法
瑞士阿尔卑斯山的 旅游铁路车站隧道
13
国外工程
地铁：
隧道与地下工程设计方法
斯德哥尔摩地铁车 站和地铁换乘大厅
14 芬兰赫尔辛基地铁区间及车站
隧道与地下工程设计方法
49
喷混凝土的粘结强度 粘结强度有两种：抗拉粘结强度与抗剪粘结
强度。抗拉粘结强度是衡量喷射混凝土在受到垂 直于结合界面上的拉应力时保持粘结的能力；而 抗剪粘结强度则是抵抗平行于结合面上作用力的 能力。
20cmΦ25 格栅0.6m
Φ50双 层超前
导管
30
10
特殊设计
隧道与地下工程设计方法
39
六、用作单层衬砌的喷射 混凝土力学指标
隧道与地下工程设计方法
40
设计基准强度
日本
单位
类别
设计基准强度（N/mm2）
道路协会
喷混凝土
18
铁道建设·运输施设 高品质喷混凝土
18
喷混凝土
18
道路公团
高强度喷混凝土
稳定 较稳定
支护机理
围岩自承 构造支护 悬吊作用 悬吊作用+壳体支护
Ⅴ
一般
悬吊作用+壳体支护
VI
较不稳定
锚杆组合拱支护+加 强型壳体支护
预支护+锚杆组合拱
Ⅶ
不稳定 支护+加强型壳体支
护
预支护+锚杆组合拱
Ⅷ
很不稳定 支护+加强型壳体支
护
隧道与地下工程设计方法预支护+锚杆组合拱
支护型式
无需支护 喷射混凝土 局部锚杆+喷射混凝土 系统锚杆+喷射混凝土 系统锚杆+合成纤维混凝
3~3.5 1.0×1.2
30~35
15cmΦ22 Φ25超 格栅1.0m 前锚杆
10
Ⅷ
超前支护+系统锚杆+钢纤维喷 混凝土+钢架
4~5 1.0×1.0
35~40
20cmΦ25 Φ42超 格栅0.8m 前导管
10
Ⅸ
超前支护+系统锚杆+钢纤维喷 混凝土+钢架+模筑混凝土
4~5 1.0×1.0
35~40
隧道与地下工程设计方法
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4、围岩松动圈分类
围岩类别 分类名称
小松 动圈
Ⅰ
稳定围岩
中松 Ⅱ 较稳定围岩 动圈 Ⅲ 一般围岩
Ⅳ
一般不稳定围 岩（软岩）
大松 动圈
Ⅴ
不稳定围岩 （较软围岩）
Ⅵ
极不稳定围岩 （极软围岩）
松动圈Lp
（cm） 0~40 40~100 100~150 150~200
200~300
1~1.5 8~15 素喷
10
Ⅳ
系统锚杆+喷射混凝土
1.5~2 1.5×1.2
15~20
10
Ⅴ
系统锚杆+合成纤维混凝土
2~2.5 1.2×1.2
20~25
10
VI
系统锚杆+合成纤维喷混凝土+ 钢架