隧道衬砌结构
隧道衬砌结构形式的选择与设计
隧道衬砌结构形式的选择与设计隧道是现代交通建设的重要组成部分，为了确保隧道的安全和持久性，衬砌结构的选择和设计显得尤为重要。
衬砌结构的形式因地质条件、隧道用途和材料等多种因素而异，合理的选择和设计能够提高隧道的承载能力、防护能力和使用寿命。
在隧道衬砌结构设计中，常见的形式包括刚性衬砌和柔性衬砌两种。
刚性衬砌一般使用混凝土或钢筋混凝土作为材料，具有较高的强度和刚度，能够有效支撑土体和承受外部荷载。
刚性衬砌结构适用于地质条件较为稳定的地区，如岩石地层，能够为隧道提供良好的垂直支撑和水平限制。
另一种常见的衬砌结构形式是柔性衬砌，它使用聚合物材料或钢筋网格等柔性材料构成。
柔性衬砌能够适应地质条件的变化，具有较好的变形能力和适应性，能够有效缓解隧道结构因地质条件变化引起的应力和变形。
柔性衬砌结构适用于地质条件较为复杂且不稳定的地区，如软土地层或断层带等，能够降低地层位移对隧道的影响。
在实际工程中，根据不同的地质条件和隧道用途，通常会选择刚性衬砌和柔性衬砌的组合形式。
即在隧道的底部和侧面选择刚性衬砌，而在隧道顶部选择柔性衬砌。
这样的设计既能够提供足够的支撑和保护，又能够适应地质条件的变化。
除了衬砌的形式，衬砌的厚度也是设计过程中需要考虑的重要因素。
衬砌的厚度直接关系到隧道的强度和稳定性。
一般来说，较为稳定的地质条件下，衬砌的厚度可以适当减小；而在地质条件较为复杂或不稳定的地区，衬砌的厚度则需要增加以提高隧道的抗变形能力和稳定性。
此外，隧道衬砌结构还需要考虑防水和排水等工程要求。
隧道作为地下工程，常常受到地下水的浸泡和渗透，因此设计中必须采取相应的措施来保证隧道的防水性能。
同时，隧道衬砌结构还需要设置适当的排水系统，快速排除积水，确保隧道的安全使用。
综上所述，隧道衬砌结构形式的选择与设计在地下工程中具有重要作用。
通过合理的选择和设计，能够提高隧道的承载能力、防护能力和使用寿命，确保隧道的安全和可靠性。
而混合采用刚性衬砌和柔性衬砌的组合形式，能够更好地适应地质条件的变化。
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
隧道衬砌类型字母
隧道衬砌类型字母
（实用版）
目录
一、隧道衬砌类型字母的概述
二、隧道衬砌类型字母的分类
三、隧道衬砌类型字母的应用
四、隧道衬砌类型字母的发展趋势
正文
一、隧道衬砌类型字母的概述
隧道衬砌类型字母，是用于表示隧道衬砌类型的一种字母标识。
隧道衬砌，是指在隧道开挖过程中，为保证隧道结构稳定，按照一定的设计要求，在隧道周围及顶部设置的一种结构。
隧道衬砌类型字母，就是用来表示这种结构的不同类型。
二、隧道衬砌类型字母的分类
隧道衬砌类型字母主要分为以下几种：
1.S：喷锚衬砌，是一种采用喷射混凝土和锚杆加固的隧道衬砌。
2.L：立柱衬砌，是一种以钢筋混凝土立柱为主体的隧道衬砌。
3.G：拱形衬砌，是一种采用拱形结构的隧道衬砌。
4.M：模筑衬砌，是一种采用预制混凝土板拼装的隧道衬砌。
5.F：防护衬砌，是一种用于防护隧道结构免受地下水侵蚀的衬砌。
三、隧道衬砌类型字母的应用
隧道衬砌类型字母在隧道工程的设计、施工和运营中都有重要的应用。
设计人员可以根据隧道的地质条件、使用要求和设计年限，选择合适的隧
道衬砌类型，并在设计文件中明确标注。
施工人员则根据设计文件，选用相应的衬砌类型进行施工。
运营人员则需要了解隧道衬砌类型，以进行隧道的维护和管理。
四、隧道衬砌类型字母的发展趋势
随着我国隧道建设技术的不断发展，隧道衬砌类型字母也在不断完善。
未来，隧道衬砌类型字母可能会更加细化，以适应更多的隧道建设需求。
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。
隧道衬砌结构类型及应用
隧道衬砌结构类型及应用隧道衬砌是指支持和维护隧道的长期稳定和耐久性的永久结构物。
隧道衬砌必须有足够强度、耐久性和一定的抗冻、抗渗和抗侵蚀性。
常用材料1.石料(1)石料质量要求。
石料应符合设计规定的类别和强度，石质应均匀、耐风化、无裂纹。
(2)石料加工要求。
所有料石加工时，外露面四边整齐、棱角方正，拼缝前口要直，尾部略呈斜面。
每边向内收口不得大于10mm。
2.砂浆(1)砂浆中所用水泥、砂、水等材料的质量标准宜符合混凝土工程相应材料的质量标准。
砂浆中所用砂，宜采用中砂或粗砂，当缺乏中砂及粗砂时，在适当增加水泥用量的基础上，也可采用细砂。
砂的最大粒径，当用于砌筑片石时，不宜超过5m m；当用于砌筑块石、粗料石时，不宜超过2.5mm。
如砂的含泥量达不到混凝土用砂的标准，当砂浆强度等级大于或等于M5时，可不超过5%，小于M5时可不超过7%。
(2)石灰水泥砂浆所用生石灰，成分应纯正，煅烧均匀、透彻。
一般宜熟化成消石灰粉或石灰膏使用，也可磨细成生石灰粉使用。
消石灰粉和石灰膏应通过网筛过滤，并且石灰膏应在沉淀池内储存14d以上。
磨细生石灰粉应经4900孔/cm²筛子过筛。
结构类型1.整体式混凝土衬砌指就地灌注混凝土衬砌，也称模筑混凝土衬砌。
模筑衬砌的特点是：对地质条件的适应性强，易于按需要成型，整体性好、抗渗性强，适用于多种施工条件，如可用木模板、钢模板或衬砌台车等，是我国隧道工程中广泛采用的衬砌结构类型。
按其边墙的形式，又可分为直墙式和曲墙式两种形式。
2.装配式衬砌是指在工厂或现场预先制备成若干构件，运入坑道内，用机械将其拼装成一环接一环的衬砌。
这种衬砌的优点是一经装配成环，不需要养护时间，即可承受围岩压力；由于构件是预先在工厂成批生产的，可以保证质量；在洞内采用机械化拼装，缩短了工期，改善了劳动条件；拼装时不需要临时支撑，可节省大量的支撑材料和劳力。
但装配式衬砌在实际应用中也存在着一些缺点。
如需要坑道内有足够的拼装空间，制备构件尺寸要求一定的精度，接缝多，防水较困难等。
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。
zma 隧道衬砌类型
ZMA隧道衬砌类型隧道是人类在地下建造的一种工程结构，用于穿越山脉、河流或其他地形障碍。
在隧道的建设中，隧道衬砌是非常重要的一部分，它起到了支撑和保护隧道结构的作用。
ZMA隧道衬砌类型是一种常见的隧道衬砌技术，本文将对其进行详细介绍。
1. ZMA隧道衬砌概述ZMA（Zhongtie Major Arch）是中国中铁集团（China Railway Major Arch）开发的一种专利技术，用于隧道主拱衬砌施工。
该技术采用预制混凝土块进行拱顶和侧墙的施工，具有高效、节能、环保等优点。
ZMA隧道衬砌由预制混凝土块组成，每块混凝土块都具有特定的形状和尺寸。
这些混凝土块通过钢筋连接在一起，形成整体稳定的拱顶和侧墙结构。
ZMA隧道衬砌适用于各种类型的地质条件和洞身形状。
2. ZMA隧道衬砌的优势ZMA隧道衬砌相比传统的施工方法具有以下优势：2.1 高效施工ZMA隧道衬砌采用预制混凝土块，可以在工厂进行批量生产，然后运输到现场进行安装。
这种方法可以大大缩短施工周期，提高工作效率。
预制混凝土块的质量也更加稳定可靠。
2.2 节能环保ZMA隧道衬砌使用预制混凝土块进行施工，不需要现场浇筑混凝土，减少了水泥的使用量和对环境的污染。
由于施工过程中没有挖掘和填土等操作，对周围环境的影响也较小。
2.3 结构稳定ZMA隧道衬砌采用预制混凝土块连接成整体结构，具有较高的抗震和抗变形能力。
每块混凝土块都经过精确计算和设计，可以承受来自地层和交通荷载的压力，确保隧道结构的稳定性和安全性。
3. ZMA隧道衬砌的施工过程ZMA隧道衬砌的施工过程主要包括以下几个步骤：3.1 预制混凝土块生产根据设计要求和隧道尺寸，生产预制混凝土块。
这些混凝土块通常在工厂内进行生产，采用模具进行成型。
在生产过程中，需要控制混凝土的配合比例、振捣程度和养护时间等参数，确保混凝土块的质量。
3.2 运输和安装生产完成后，将预制混凝土块运输到隧道施工现场。
在安装过程中，需要使用起重设备将混凝土块吊装到指定位置，并通过钢筋连接起来。
隧道衬砌结构知识、原理和衬砌计算及设计公式
隧道衬砌结构知识、原理和衬砌计算及设
计公式
简介
隧道衬砌结构是用于支撑和保护隧道壁面的一种结构。
衬砌的设计和计算是确保隧道的安全和稳定性的重要步骤。
衬砌结构类型
隧道衬砌结构通常包括以下几种类型：
1. 塑料管衬砌：使用塑料管来加固和保护隧道壁面。
2. 预制混凝土片衬砌：使用预制混凝土片来支撑和保护隧道壁面。
3. 钢筋混凝土衬砌：使用钢筋混凝土结构来加固和保护隧道壁面。
衬砌计算及设计公式
在进行隧道衬砌的计算和设计时，需要考虑以下因素：
1. 隧道直径：隧道的直径是确定衬砌结构尺寸和类型的关键因素。
2. 地层情况：地层的稳定性和承载能力将影响衬砌的安全性和设计方法。
3. 水压情况：如果隧道处于水下或水土压力较大的地区，需要考虑水压对衬砌的影响。
根据以上因素，可以使用以下公式进行衬砌计算和设计：
1. 隧道衬砌尺寸计算公式：根据隧道直径和地层参数计算衬砌的合适尺寸。
2. 衬砌材料选择公式：根据地层情况和环境条件选择合适的衬砌材料。
3. 衬砌厚度计算公式：根据地层情况和水压情况计算衬砌的合适厚度。
结论
隧道衬砌结构的知识、原理和衬砌计算及设计公式对于确保隧道的安全和稳定性至关重要。
根据隧道的直径、地层情况和水压情况等因素，可以选择合适的衬砌结构类型，并使用相应的公式进行计算和设计。
隧道衬砌结构设计课程设计
隧道衬砌结构设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解隧道衬砌结构的基本概念、分类和作用；2. 掌握隧道衬砌结构设计的基本原理和方法；3. 了解隧道衬砌结构施工技术及其质量控制措施；4. 了解隧道衬砌结构在工程中的应用及发展趋势。
技能目标：1. 能够分析隧道衬砌结构设计中的主要荷载及其作用机理；2. 能够运用专业知识进行隧道衬砌结构的设计计算；3. 能够根据设计要求，合理选择隧道衬砌结构材料和施工工艺；4. 能够对隧道衬砌结构设计进行合理的优化，提高结构性能和经济效益。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱工程专业，增强对隧道工程建设的责任感和使命感；2. 培养学生严谨的科学态度和团队合作精神，提高解决实际问题的能力；3. 增强学生环保意识，让学生认识到隧道衬砌结构设计在资源利用和环境保护方面的重要性；4. 激发学生创新意识，鼓励学生探索隧道衬砌结构设计的新方法和新工艺。
本课程针对高年级土木工程专业学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，明确以上课程目标，旨在使学生在掌握基本理论知识的基础上，提高解决实际工程问题的能力，为将来从事隧道工程设计和管理奠定坚实基础。
通过对课程目标的分解和实现，培养学生成为具有专业知识、实践技能和创新精神的土木工程人才。
二、教学内容1. 隧道衬砌结构基本概念：包括隧道衬砌结构的定义、分类、功能及其在隧道工程中的重要性；参考教材章节：第一章第一节。
2. 隧道衬砌结构设计原理：介绍隧道衬砌结构设计的基本原理、设计方法及主要设计规范；参考教材章节：第二章。
3. 隧道衬砌结构设计计算：详细讲解隧道衬砌结构设计中的荷载分析、内力计算、截面设计等；参考教材章节：第三章。
4. 隧道衬砌结构材料与施工技术：介绍隧道衬砌结构常用材料及其性能要求，探讨施工工艺及质量控制措施；参考教材章节：第四章。
5. 隧道衬砌结构设计实例分析：分析典型隧道衬砌结构设计案例，使学生掌握实际工程设计方法；参考教材章节：第五章。
隧道衬砌类型字母的意义
隧道衬砌类型字母的意义一、A型隧道衬砌A型隧道衬砌是指采用钢筋混凝土进行衬砌的一种结构。
其中的A 代表着"Armoring"，即衬砌的主要目的是为了加固隧道的结构。
A 型隧道衬砌具有抗压强度高、耐久性好的特点，适用于较大断面的隧道，如公路、铁路隧道等。
二、B型隧道衬砌B型隧道衬砌是指采用预制混凝土板进行衬砌的一种结构。
其中的B代表着"Block"，即衬砌是由预制的砖块或混凝土块组成的。
B型隧道衬砌具有施工简便、经济实用的特点，适用于较小断面的隧道，如人行隧道、管道隧道等。
三、C型隧道衬砌C型隧道衬砌是指采用钢板进行衬砌的一种结构。
其中的C代表着"Corrugated"，即衬砌是由波纹形状的钢板组成的。
C型隧道衬砌具有重量轻、抗震能力强的特点，适用于较大跨度的隧道，如地铁、地下综合管廊等。
四、D型隧道衬砌D型隧道衬砌是指采用木材进行衬砌的一种结构。
其中的D代表着"Decking"，即衬砌是由木板或木桩组成的。
D型隧道衬砌具有环保、隔音的特点，适用于较小规模的隧道，如步行道、自行车道等。
五、E型隧道衬砌E型隧道衬砌是指采用砖石进行衬砌的一种结构。
其中的E代表着"Enveloped"，即衬砌是由砖石砌筑而成的。
E型隧道衬砌具有美观、防水的特点，适用于需要保持隧道外观一致性的场所，如历史建筑、景观隧道等。
不同类型的隧道衬砌在不同的场景中发挥着重要的作用。
通过选择合适的衬砌类型，可以提高隧道的安全性和使用寿命。
随着技术的不断进步，隧道衬砌的类型也在不断发展和创新，以满足不同场景对隧道衬砌的需求。
总结起来，A型隧道衬砌主要用于加固隧道结构，B型隧道衬砌适用于较小断面的隧道，C型隧道衬砌适用于较大跨度的隧道，D型隧道衬砌环保隔音，E型隧道衬砌美观防水。
随着技术的不断发展，隧道衬砌类型也在不断创新和完善，为各类隧道的建设提供更多的选择。
盾构法隧道管片式衬砌结构
盾构法隧道管片式衬砌结构盾构法隧道管片式衬砌结构是目前在城市地下管道建设中最常见的一种衬砌结构方式。
它以钢管和混凝土管片为衬砌构件，通过地下盾构机械的推进运行，在地下将空洞逐渐变成完整的管道。
下面将详细介绍盾构法隧道管片式衬砌结构。
盾构法隧道管片式衬砌结构由几个主要部分组成：盾构机械、加固千斤顶、进口锁扣和管片。
盾构机械是推进盾构的核心设备，通常由控制室、切土头、推进腔、环片衬砌机、螺旋输送机和尾部推进装置等部分组成。
加固千斤顶用于支撑周围土体，保证施工现场的稳定性。
进口锁扣是一种连接管片的装置，通过进口锁扣可以将各个管片连接在一起形成一个完整的管道。
管片是构成衬砌结构的最主要组成部分，一般由预制的沟槽混凝土组成，具有一定的强度和刚度。
首先，盾构机械进入施工现场，通过切土头将地下土壤切割成碎土，然后通过推进腔将碎土推出机械。
同时，加固千斤顶支撑周围土体，保持施工现场的稳定。
接下来，盾构机械在推进的同时，衬砌机将管片放置在推进腔后部，通过液压机构将管片推送到前部，与前一节管片连接。
随着盾构机械的推进，衬砌机不断放置新的管片，衬砌结构不断延伸。
在衬砌结构施工过程中，需要保证衬砌的质量和密实度。
一般采用现场加压灌浆的方法进行，即在管片周围的空隙中注入水泥浆料，通过固化形成一个坚固的衬砌结构。
这种方法可以提高管片和土体之间的粘结力，增加整个结构的稳定性。
1.施工快速：盾构机械可以同时进行切土、推进和衬砌，施工速度快，能够适应快节奏的城市建设需求。
2.施工质量好：通过现场加压灌浆和管片连接技术，可以保证衬砌的质量和稳定性。
3.对环境的影响小：盾构法施工可以实现无开挖施工，对地表影响小，在城市建设中更加适用。
4.适用范围广：盾构法适用于各种地质条件的隧道施工，可以施工直径较大的隧道，适用范围广泛。
盾构法隧道管片式衬砌结构在城市地下管道建设中具有重要的应用价值。
随着城市化进程的加快，盾构法的应用将会越来越广泛。
隧道衬砌结构计算
03
弹性模量表示材料抵抗弹性变形的能力，泊松比则表示横向变
形的程度。
衬砌结构材料的耐久性和可靠性
环境因素
衬砌结构材料应能耐受地下水、土壤中的化学物质、侵蚀性气体 等环境因素的侵蚀，保持长期性能稳定。
耐久性设计
衬砌结构材料的耐久性应通过合理的耐久性设计和施工质量控制来 保证，包括选择合适的材料、采取有效的防排水措施等。
计算内容
防水层的厚度、材料性能、抗渗压力等。
计算方法
采用理论分析和实验验证相结合的方法，综合考虑水压、地质条件 和施工工艺等因素进行计算。
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抗震加固措施
根据抗震设计结果，采取相应的加固措施提 高衬砌结构的抗震性能。
03 隧道衬砌结构材料与性能
衬砌结构材料的种类和特性
混凝土
混凝土是隧道衬砌结构中最常用 的材料之一，具有抗压强度高、 耐久性好、成本低等优点。根据 需要可加入添加剂，如防水剂、
膨胀剂等。
钢材
钢材用于隧道衬砌结构中的受力 构件，如型钢、钢板等。具有强 度高、塑性好、耐腐蚀等特点。
可靠性评估
衬砌结构材料的可靠性应通过科学的方法进行评估，以便及时发现 和处理潜在的安全隐患，确保隧道运营安全。
04
计算目的
确保隧道衬砌结构的安全性和稳定性，满足公路行车 要求。
计算内容
衬砌厚度、混凝土抗压强度、抗剪强度、抗弯强度等。
计算方法
采用有限元分析法，结合实际地质资料和荷载条件进 行计算。
衬砌结构设计的基本原则
安全可靠
衬砌结构设计应满足安全可靠 的要求，能够承受围岩压力、 水压力等作用，保证隧道结构
的稳定性。
经济合理
衬砌结构设计应考虑工程成本 ，选择合适的材料和结构形式 ，以达到经济合理的目标。
隧道衬砌类型字母
隧道衬砌类型字母说明在隧道工程中，衬砌是用来支撑和保护隧道内部结构的构造物。
衬砌的类型可以根据其形状、材料和使用情况而有所不同。
以下是一些常见的隧道衬砌类型及其对应的字母表示：1. U型衬砌（U-shaped Lining）：U型衬砌是一种常见的隧道衬砌类型，其形状类似于英文字母“U”，具有较大的曲率半径。
这种衬砌能够适应地形的变化，提供较好的受力性能和稳定性。
其字母表示为“U”。
2. 曲墙衬砌（Curved Wall Lining）：曲墙衬砌的墙壁是弯曲的，通常采用钢筋混凝土或钢纤维混凝土等材料制成。
这种衬砌能够提高隧道的侧向稳定性，减少侧压力的影响。
其字母表示为“W”。
3. 直墙衬砌（Straight Wall Lining）：直墙衬砌的墙壁是直立的，通常采用混凝土、砖石或木材等材料制成。
这种衬砌结构简单，容易施工，但需要较好的基础支撑。
其字母表示为“Z”。
4. 复合衬砌（Composite Lining）：复合衬砌由内层和外层组成，内层通常采用钢筋混凝土，外层则采用防水材料或耐久性较好的材料。
这种衬砌具有较好的防水性能和耐久性，常用于对隧道质量要求较高的场合。
其字母表示为“F”。
5. 喷锚衬砌（Shotcrete-bolted Lining）：喷锚衬砌是一种将喷射混凝土与锚杆相结合的衬砌类型。
这种衬砌能够提供较好的承载能力和稳定性，同时还可以防止岩石崩塌等危险情况。
其字母表示为“P”。
6. 钢筋混凝土衬砌（Reinforced Concrete Lining）：钢筋混凝土衬砌采用钢筋和混凝土制成，具有较高的强度和承载能力。
这种衬砌广泛应用于隧道建设中，特别是在地形复杂、载荷较大的场合。
其字母表示为“R”。
7. 防水衬砌（Waterproof Lining）：防水衬砌的主要目的是防止水分渗透到隧道内部，通常采用防水材料制成。
这种衬砌对于保持隧道结构的干燥和延长使用寿命非常重要。
其字母表示为“S”。
地下隧道衬砌
地下隧道衬砌盾构法隧道应用最多的是圆形断面，其衬砌结构有单层结构和双层结构。
单层结构多用装配式管片构筑，如图6.21（a）所示；双层结构是在管片衬砌（一次衬砌）内再整体套砌一层混凝土（二次衬砌），如图 6.21（b）所示。
盾构法隧道一般无需设置二次衬砌，只有当隧道功能有特殊要求时方采用双层结构，如穿越松软含水层时为防水防蚀、增加衬砌强度和刚度等。
图6.21 盾构隧道衬砌结构一般来说，一次衬砌是将称称作管片的预制件用螺栓等连接物拼装而成，二次衬砌是在一次衬砌的内侧现浇混凝土构成。
采用拼装式衬砌时，一次衬砌到隧道轴向（纵向）一定长度（通常1.0～2.0 m）的一段环状物称为管环；把管环沿周向分割成若干块弧形状板块，该弧状板块即称为管片。
为了提高盾构隧道的施工速度，管片事先在工厂采用设计的材料预制而成构件，构筑隧道时运至现场拼装为管环进而串接成一次衬砌。
一、管片的类型管片作为盾构开挖后的一次衬砌，它支撑作用于隧道上的土压和水压，防止隧道土体坍塌、变形及渗漏水，是隧道永久性结构物并且要承受盾构机推进时的推力以及其他荷载。
管片按位置不同有标准管片（A型管片，平面形状为矩形）、邻接管片（B型管片，平面形状为半梯形）和封顶管片（C型管片，有的称为K型管片，平面形状为梯形）三种。
直线段采用标准环管片，曲线施工和纠偏时将使用楔形环（分左转弯环和右转弯环）管片；按其形状分为板形管片和箱形管片，如图6.22所示；按制作材料分有球墨铸铁管片、钢管片、复合管片和钢筋混凝土管片等。
箱形管片是由主肋和接头板或纵向肋构成的凹形管片的总称。
平板形管片指具有实心断面的弧板状管片，一般由钢筋混凝土制作。
球墨铸铁管片强度高、质量轻、搬运安装方便、防水性能好，但加工设备要求高、造价大，不宜承受冲击荷载，已较少采用。
钢管片用型钢或钢板焊接加工而成，其强度高、延性好、运输安装方便，但易变形、易锈蚀、造价高，采用的也不多，仅在如平行隧道的联络通道口部的临时衬砌等特殊场合使用。
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
隧道的基本构造
隧道的基本构造隧道是连接两个地点的地下通道，其基本构造包括隧道固定构件、衬砌结构、排水构造、通风构造、电气照明、安全通道等。
下面我们将详细介绍隧道的基本构造。
一、隧道固定构件隧道固定构件是钢筋混凝土结构，用于承受土壤、岩石等所施加的压力和负荷，保证隧道的稳定性和安全性。
隧道固定构件分为顶板、侧墙和地基三部分。
顶板是隧道的顶部，最重要的地方，一般要进行混凝土支护和锚杆锚固处理。
侧墙是隧道的两侧，经常受到承压和湿度影响，需要进行水泥渗漏防护处理。
地基是隧道的地面，由于地质环境影响，地基稳定性较难保证，需要进行特殊处理。
二、衬砌结构隧道衬砌结构是隧道固定构件的表面材料，由砖、混凝土、钢板等材料构成。
衬砌的主要作用是保护隧道固定构件不受侵蚀和损坏，同时抵抗车流、行人衝撞等外力。
衬砌的厚度一般在8-12厘米之间，具有较高的抗压和耐磨性能。
对于条件较差的地质环境，衬砌的厚度要增加，或者采用高强度混凝土或特种钢板来提高抗压强度和耐腐蚀性能。
三、排水构造隧道中常常会受到地下水流压力的影响，形成水流，导致隧道内部积水、水气浸泡，对地下建设的稳定性以及人员和设备的安全都造成威胁。
为了保证隧道的健康环保，建设人员需要根据地质探测情况和当地气象条件，进行合理设计和建设排水构造，包括排水管、隧道自流水固定构造、隧道排水井等进行排水。
四、通风构造隧道中的排放气体产生时间较长，若不能及时排放，会产生很多不良影响。
因此隧道内部除了需要设计和建设排水构造外，还需要设计和建设通风构造，将车辆排放产生的尾气、油烟、粉尘等不良气体及时排放。
一般隧道通风采用自然通风和机械通风两种方式，一般采用强制通风，通过风机进行排风，通过进气孔进行循环，即可保证隧道内部通风畅通无阻。
五、电气照明隧道的建设需要进行全面的电气照明工作，目的是为了保证隧道内部光线充足，以保证隧道的通行安全。
照明要求应该遵照国家规定，同时安装门灯和路灯的区域，应该合理安排。
隧道衬砌结构设计模式及基本思想
隧道衬砌结构设计模式及基本思想
隧道衬砌结构是指在隧道施工中,为了保证洞壁安全稳定而设置的钢筋混凝土或灰铁铸造构件。
隧道衬砌结构的设计模式主要有以下两种：
1. 型式衬砌：型式衬砌是按照隧道洞壁的内部轮廓设计制作的构件,一般由多个局部形状构成。
型式衬砌的制作需要根据隧道洞壁的实际情况进行测量设计,并在施工过程中精确安装。
2. 环缝衬砌：环缝衬砌是将钢筋混凝土或纤维增强复合材料进行一定长度的锥形加工,使其呈环形状衬在洞壁上,从而形成完整的环状结构。
环缝衬砌的制造、运输和安装过程相对较简单,适用于规模较大的隧道施工。
以上两种设计模式的基本思想在于根据隧道洞壁的形状和尺寸,选用合适的材料、制作技术和安装方式,以保证隧道施工的稳定安全性。
隧洞衬砌结构计算
隧洞衬砌结构计算
隧洞衬砌是指在隧道内部进行的结构衬砌，用于保护地下隧道的稳定性和安全性。
隧洞衬砌的计算主要包括衬砌墙面的受力计算和衬砌结构的稳定性分析。
1. 衬砌墙面的受力计算：
根据隧道内部的开挖土体压力以及支护结构的抗力，计算衬砌墙面所受的力和力矩。
通常采用等效荷载法或者力学理论计算。
2. 衬砌结构的稳定性分析：
分析衬砌结构在承受水平地震力、垂直荷载以及水压力等外力作用下的稳定性。
主要包括衬砌结构的抗震能力、抗倾覆能力和抗滑移能力等。
此外，还需要考虑隧道衬砌的材料及厚度等参数的选择，以满足隧道的设计要求和施工工艺。
需要注意的是，隧洞衬砌结构的计算和设计还需按照相关的建筑设计规范及工程经验进行，并由相关的专业人员进行具体的计算和设计工作。
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③注意在拱脚做平台以支撑拱圈，两侧岩壁喷浆敷面阻止风 化和少量地下水的渗透。
（2）大拱脚 产生于先拱后墙法施工，为了节省圬工，采用大拱脚薄边墙衬砌
最大的问题是大拱脚支座施工困 难，在非均质岩层中很难用钻爆 法做出整齐稳定的支座。
（三）公路隧道整体式衬砌设计基本要求
公路隧道一般跨度较大，内轮廓接近限界的高宽比较铁路 双线隧道为小，拱部一般较铁路隧道平坦，墙高稍低。为 减少拱肩及墙部的拉应力，提高围岩及结构的稳定性，衬 砌结构形式宜采用曲墙式衬砌。
(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。
洞身衬砌 第二节 明洞 第三节 隧道洞门
第四节
隧道附属建筑物
第一节 洞身衬砌
一、隧道衬砌的概述
二、整体式模筑混凝土衬砌（单层衬砌） 三、装配式衬砌 四、锚喷式衬砌 五、复合式衬砌 六、其它衬砌结构的类型 七、隧道衬砌的其它构造要求
第一节 洞身衬砌
一、隧道衬砌的概述
（一）衬砌概念 （二）衬砌材料 （三）衬砌类型
7.装配式材料
盾构法施工，其衬砌材料往往采用装配式材料，如钢筋 混凝土大型预制块，有加筋肋的铸铁预制块。 在修筑棚式明洞（简称棚洞）时，又可用预制板或梁，装 配板式棚洞或梁式棚洞。 用新奥法施工时，为了防水、防落石和美观要求，还 可以加设离壁式结构，常用的材料有波纹钢拱式大型 装配预制件，有时可以用玻璃钢代替钢材等。 为了提高洞内照明、防水、通风、美观、视线诱导或减少 噪音等原因，可在衬砌内表面粘贴各种各样的装修材料。
（3）降低边墙建筑材料等级或采用花边墙 在地质条件尚好，侧压力不大，如围岩完整性比较好的 Ⅰ—Ⅱ类围岩中，但又不宜采用半衬砌时，为了节省边墙 圬工，可以简化边墙：
①降低边墙建筑材料的等级，如将混凝土边墙改为石砌边墙； ②采用柱式边墙或连拱式边墙，统称为花边墙。
（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。
5．喷射混凝土
喷射混凝土是将混凝土干拌和料、速凝剂和水，用混凝土 喷射机高速喷射到洁净的岩石表面上凝结而成。 其密实性较高，能快速封闭围岩的裂隙。密贴于岩石表面， 早期强度高，能很快起到封闭岩面和支护作用，另外在喷 射混凝土中可加入纤维类材料提高其性能，是一种理想的 衬砌材料。 在普通铁路隧道中，喷射混凝土材料可用作中内层衬砌， 但其强度等级不低于C20，使用的水泥标号不低于32.5号， 并优先选用普通硅酸盐水泥。细骨料采用坚硬耐久的中砂 或粗砂，细度模数宜大于15，砂的含水率宜控制在5%— 7%；粗骨料采用坚硬耐久的卵石或砾石，粒径不应大于 15mm。 我国高速铁路隧道不使用喷射混凝土作为内层衬砌。
（二）曲墙式衬砌
2、结构组成
侧面曲边墙
顶部拱圈
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
公路隧道一般跨度较大，内轮廓接近限界的高宽比较铁 路双线隧道为小，拱部一般较铁路隧道平坦，墙高稍低。 为减少拱肩及墙部的拉应力，提高围岩及结构的稳定性， 衬砌结构形式宜采用曲墙式衬砌。
3.钢筋混凝土
主要用在洞门、明洞衬砌等明挖地段，或者当隧道通过地震 区、偏压、通过断层破碎带或淤泥、流砂等不良地质地段。
4．石料和混凝土预制块
优点 可就地取材、降低造价、可保证衬砌厚度并能较早地承受 荷载，可以节省水泥和模板，耐久性和耐侵蚀性能较好。
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。
不宜采用喷锚支护作为永久衬砌的情况有
①膨胀性围岩； ②粘土质胶结的软岩； ③大面积涌水地段； ④堆积层、破碎带等不良地质地段； ⑤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； ⑥辅助坑道或其它隧道与主隧道的连接处及附近地段； ⑦有很高的防水要求的隧道； ⑧围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆 除者等； ⑨地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的 腐蚀； ⑩最冷月平均气温低于-5℃地区的冻害地段。
隧道工程
第六章
隧道结构构造
第六章
隧道结构构造
主体建筑物 为了保持隧道的稳定和行车安全而修建的人工永久建筑物 隧 洞身结构 道 洞门、明洞 结 构 附属建筑物 主体构造物以外保证隧道正常使用所需的各种辅助设施
包括：运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、 通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。
第一节
铁路隧道衬砌建筑材料
2．片石混凝土
铁路隧道，为了节省水泥，在岩层较好地段的边墙衬砌，允 许采用片石混凝土（片石的掺量不应超过总体积的20%）。 此外，当起拱线以上1m以外部位有超挖时，其超挖部分也 可用片石混凝土进行回填。 选用的石料要坚硬，其强度等级不应低于MU40，有裂隙和 易风化的石料不应采用，以保证质量。 公路隧道衬砌一般不用，只在仰拱填充或超挖部分可以使 用片石混凝土砌筑。片石掺用量不得超过总体积的30％。
4、复合衬砌
复合式衬砌不同于单层厚 壁的模筑混凝土衬砌，它把衬 砌分成两层或两层以上，可以 是同一种型式、方法和材料施 作的，也可以是不同型式、方 法、时间和材料施作的。 外衬主要是以喷射混凝土和锚杆为基本组合形式的一 系列现代隧道支护 内层衬砌则有多种材料和构造形式，但以就地模筑混 凝土为主。 按现代围岩承载理论设计和施作。
我国铁路隧道、高等级公路隧道已普遍采用复合式衬砌。
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。 其工艺流程为：立模—灌筑—养生—拆模 整体式模筑混凝土衬砌是传统衬砌结构形式，采用传统 矿山法施工的隧道，广泛使用整体式衬砌，不考虑围岩的承 载作用，主要通过衬砌的结构刚度抵御地层的变形，承受围 岩的压力，应用传统松弛荷载理论设计。
6.锚杆和钢架
锚杆是一种插入到围岩岩体内的杆形构件，可加固围岩。 可分为机械型锚杆、粘结型锚杆以及预应力锚杆。 锚杆的杆体直径宜为20～32mm,杆体材料宜采用 HRB335,HRB400钢；垫板材料宜采用HPB235钢。锚杆 用的各种水泥砂浆强度不应低于M20。钢筋网材料可采 用HPB235钢，直径宜为6—12mm。 钢架是为了加强支护刚度而在初期支护或二次衬砌中 放置的型钢支撑或格栅钢支撑。 初期支护采用的钢架宜用H形、工字形、U形型钢制成， 也可用钢管或钢轨制成。
2、装配式衬砌
装配式衬砌是将衬砌分解为若 干块构件（也称管片），这些 构件在现场或工厂预制，然后 运到现场安装。 按传统松弛荷载理论设计 按现代围岩承载理论设计 1）地质条件较好，围岩稳定，地下水很少，有场地， 施工单位又有制造、运输和拼装衬砌的设备，并控制 开挖和拼装工艺有一定的经验时，可采用拼装衬砌。 2）采用盾构施工，又考虑二次衬砌时，也宜采用 拼装式衬砌，快速形成一次衬砌的强度。
3. 钢筋混凝土
4．石料和混凝土预制块
1．混凝土
优点 整体性好，既可以在现场浇筑，也可以在加工场 预制，而且可以机械化施工。可以在水泥中掺入 外加剂，以提高混凝土的性能。 缺点 灌注后不能立即承受荷载，需要进行养生，达到 预定强度才能拆模，占用的模板和拱架较多。普 通混凝土的耐侵蚀能力较差。
公路隧道工程各部位建筑材料
（三）衬砌类型
1．单层衬砌（整体式模筑混凝土衬砌） 2、装配式衬砌 3、锚喷式衬砌 4、复合衬砌
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。
按传统松弛荷载理论设计和施作。
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 适用： 技术成熟，适应多种围岩条件。 在隧道洞口段、浅埋段及围岩条件很差的软弱围岩 中采用整体式衬砌较为稳妥可靠。
1、适用条件
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、Ⅱ、 Ⅲ级围岩，有时也 可用于Ⅳ级围岩。
（一）直墙式衬砌
2、结构组成
上部拱圈
竖直边墙
下部铺底
（一）直墙式衬砌
（1）半衬砌（省去边墙）
3、几种特殊情况
（Байду номын сангаас）大拱脚
（3）降低边墙建筑材料等级或采用花边墙 （1）半衬砌（省去边墙）
适 用 条 件
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”。 适用： 在IV-VI级围岩中不宜单独采用 喷锚支护作永久衬砌，一般考 虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩良好、完 整、稳定的地段中可以采用。 隧道洞口段不宜采用。