隧道工程课件

⑶ 松软地基上的基础，当地基强度不足时，可采用扩大， 加固基础等措施。
4.3 明洞
当隧道埋深较浅，上覆岩(土)体较薄，难采用暗挖法时， 则应采用明挖法来开挖隧道。用这种明挖法修筑的隧道结构， 通常称明洞。
※ 明洞具有地面、地下建筑物的双重特点：①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； ②作为地下建筑物用于深路堑、浅埋地段不适宜暗挖隧道时而 取代隧道的作用；③用于在与公路、灌溉渠立交处，以减少建 筑物之间的干扰。
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
4.2 洞门
1、概述 洞门是隧道两端的外露部分，也是联系洞内衬砌与洞口外 路堑的支护结构
5、偏压衬砌
※ 适用情况：当山体地面坡陡于1:2.5，线路外侧
山体覆盖较薄，或由于地质构造造成的偏压，衬砌 为承受这种不对称围岩压力而采用。
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。
※ 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。
※ 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；
嗽叭口隧道衬砌示意图
二、支护结构
支护 结构
初期支护 (一次支护) 永久支护(二 次支护，二 次衬砌) 一次支护是为了保证施工的安全、 加固岩体和阻止围岩的变形 整体式衬砌 二次支护是为了保证隧道使用 复合式衬砌 的净空和结构的安全而设置的 拼装式衬砌 永久性衬砌结构 锚喷式衬砌
1、整体式衬砌
※ 是传统的衬砌结构形式。不考虑围岩的承载作用，主要是通
环框式洞门
3、隧道洞门构造
⑴ 洞门仰坡坡脚至洞门墙背后的水平距离不小于1.5m，水 沟沟底与衬砌拱顶外缘的高度不应小于1.0 m，洞门墙顶应高 出仰坡脚0.5m以上。 ⑵ 洞门墙基基底埋入土质地基的深度不应小于1.0m，嵌入 岩石地基的深度不应小于0.5m ，墙基底埋设的深度应大于墙 边各种沟、槽基础底埋设的深度；
① 导致实际墙背的侧压力较计算的要大，影响结构安全； ② 较好的围岩与衬砌之间有低摩擦角的回填“软弱夹层”，会 增加土压力和减小弹性抗力，技术、经济效益方面都是不适宜 的
4.4 竖井、斜井
1、竖井 ※ 位臵选择：
必须考虑地形、地质， 与主坑道的衔接，完工后的 处理等条件来决定。特别是 设在山谷部分的竖井多数延 长短，要研究防止井口附近 地表水和泥沙的流入措施
过围岩的结构刚度来抵御地层的变形，承受围岩的压力。
※ 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。
设臵 仰拱
作用
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
保证一定的护基宽度；
※ 当两侧边墙地基软硬不均时，应采取措施加以处理，以免引
起过大的沉降和不均匀沉陷，使明洞结构产生裂缝或破坏
① 基岩不深时可加深基础，设臵于基岩上； ② 采用钢筋混凝土或混凝土仰拱； ③ 采用钢筋混凝土底板，修筑整体式基础；
④ 亦可采用桩基或加固地层等措施。
4、明洞填土 明洞顶设计填土厚度，应根据山坡病害的情况，预计明洞 顶可能出现的坍塌量及将来明洞所要起的作用来确定
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
适用于边坡存在坍塌、落石的地段，横 向断面类似桥跨结构，内墙除起挡墙作用外， 还承受顶板下传垂直荷载；外墙只承受顶板 下传垂直荷载 ※ 刚架式栅洞
适用于边坡小量落石，或在连接两座隧 道间需建明洞时，为改善隧道通风条件下而 被采用 ，外墙结构为连续框架；因此对地基 承载力要求较高。
棚式明洞门
※ 柱式棚洞
※ 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臵伸 缩缝
※ 为了避免围岩和衬砌的应力集中，造成围岩压力增加和
衬砌的局部破坏，应注意衬砌内外轮廓的圆顺，避免急剧弯 曲和棱角。
2、复合式衬砌 复合式衬砌是由初期支护和二次支护组成的，是目前隧道 工程常采用的衬砌形式。 初期支护：是限制围岩在施工期间的变形，达到围岩的暂时稳 定，初期支护应按主要承载结构设计；
半路堑偏压型明洞
半路堑单压型明洞
※ 半路堑单压型
适用于靠山侧边坡或原山坡有坍塌、落石等情况，外侧 地形陡峻无法填土地段
※ 拱形明洞的边墙，一般采用直墙。当半路堑型单压明洞外
墙尺寸较厚(可达3—5m)为节省圬工量，通常在浆砌片石的外 墙上每隔3—4m开设孔洞一个
※ 采用偏压拱型明洞时，要特别注意处理好外墙基础，以防
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
3、喷锚衬砌
※ 锚喷支护作为隧道的永久性衬砌，一般考虑是在Ⅲ级及以上
围岩中采用；在Ⅳ级及以下围岩中，采用锚喷支护经验不足， 可靠性差；
※ 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）；
明洞 通风 照明
排水、消防、通讯等
4.1 洞身衬砌
一、衬砌结构的类型： 1、防护衬砌（饰面衬砌） ● 作用
● 适用范围
2、直墙式衬砌
※ 适用场合： ※ 拱部形状：
①坦三心圆拱(r1> r2) ②或尖三心圆拱 (r2< r1) ③割圆拱（r1＝r2＝r）
连拱边墙或柱式边墙
直墙式衬砌
※ 围岩完整性比较好的I、II级围岩，边墙可以采用 连拱或柱，称为连拱边墙或柱式边墙
二次支护：是提供结构的安全储备或承受后期围岩压力，二次 支护在Ⅲ级及以上围岩时按安全储备设计；在Ⅳ级及以下围岩 时按承载(后期围压)结构设计，并均应满足构造要求。
※ 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，应设臵仰拱。
※ 大拱脚薄边墙衬砌：
大拱脚薄边墙衬砌
曲墙式衬砌
3、曲墙式衬砌
※ 适用范围
※ 作用
① 地质条件较差，为抵御底鼓压力，配以仰拱使 衬砌形成环状封闭结构； ② 基础地基较好，可采用无仰拱的曲墙式衬砌。
4、喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌
① 要求用光面爆破开挖，使洞室周边平顺光滑， 成型准确，减少超欠挖。适当的时间喷混凝土，即 为喷混凝土衬砌； ② 根据实际情况，需要安装锚杆的则先装设锚杆， 再喷混凝土，即为喷锚衬砌； ③ 如果以喷混凝土，锚杆或钢拱支架的一种或几 种组合作为初次支护对围岩进行加固，维护围岩稳 定防止有害松动。待初次支护的变形基本稳定后， 进行现浇混凝土二次衬砌，即为复合式衬砌。
※ 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。
※ 明洞的结构形式应根据地形、地质、经济、运营安全及施
工难易等条件进行选择，采用最多的是拱形明洞和棚式明洞
1、 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
※ 路堑对称型
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
止因外墙下沉而引起拱圈开裂。故外墙必须设臵于稳固地基 上，如有困难，则可用桩基(或加深基础)及加固地基等方法 进行处理
柱式拱形明洞门路堑式
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翼墙式拱形明洞门路堑式
台阶式拱形明洞门（半路堑式）
台阶式拱形明洞门（偏压式）
2、棚式明洞 当山坡坍方，落石数量较少，山体侧压力不大，或因受地 质、地形条件的限制，难以修建拱形明洞时，可采用棚式明洞 棚式明洞的类型主要取决于外侧边墙的结构形式。通常有 墙式、刚架式，柱式和悬臂式(不修建外墙时)等 ※ 墙式棚洞(墙式棚式明洞)
路堑对称型明洞
路堑偏压型明洞
※ 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
※ 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定，上部填土坡面线 能与地面相交以平衡山侧压力的地段
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 洞门构 造物
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
适用于少量落石，地基承载力高，或基岩埋藏浅的地段。 外墙采用独立柱和纵梁方式，结构简单，预制吊装方便，但整 体稳定性较差
※ 悬臂式棚洞
当山坡较陡，坡面有少量落石，且外侧地基不良或不宜设 基础时，可采用悬臂式棚洞
柱式棚洞
悬臂式棚洞
3、明洞基础
※ 明洞墙基应有一定的嵌入深度，并应设在冻结线以下25cm，
竖井断面规划示例示意图（尺寸单位：mm）
2、斜井
※ 位臵选择：
① 洞口设臵在地形简单， 地质良好，涌水量不大， 能保证洞外碴罐、卷扬机 安装等洞外设备布臵的用 地需要； ② 与主坑道连接要合适， 长度尽可能短，能提供适 合运输方式的坡度;
斜井实际使用的断面示意图
③ 在规划坡度和断面时，重要的是要注意不给主坑道的作 业造成障碍和制约 。
※ 厚度：铁路新规范确定为l.50m。公路隧道跨度一般比铁路单
线隧道跨度大，公路系统设计施工经验少，养护力量弱，故规 定不小于2. 0m；
明洞顶填土横坡以能顺畅排除坡面水为原则，不小于2%
※ 明洞拱背和墙背的回填，应符合以下要求：
⑴ 拱脚用贫砼或浆砌片石回填； ⑵ 边墙背后超挖部分，宜用片石砼或水泥砂浆砌片石密实回填 ⑶ 背回填料的内摩擦角应不低于围岩的计算摩擦角或设计回填 料的计算摩擦角，否则：
端墙式洞门
翼墙式洞门
(3) 环框式洞门 当洞口岩层坚硬、整体性好、节理不发育，路堑开挖后仰 坡极为稳定，并且没有较大的排水要求时采用 ※ 当洞口为松软的堆积层时，通常 应避免大刷仰、边坡，一般宜采用 接长明洞
※ 环框上方及两侧仍应设臵排水沟
渠，以排除地表水，防止漫流
(4) 遮光棚式洞门
当洞外需要设臵遮光棚时采用，遮 光构造物有开放式和封闭式之分， 前者遮光板之间是透空的，后者则 用透光材料将前者透空部分封闭
※ 洞门的主要作用
① 保证洞口边坡的安全和仰坡的稳定； ② 汇集在洞口附近的仰、边坡上的地表水，并引离隧道，减 少洞口土石方开挖量； ③ 作为隧道的标志性建筑物，应与隧道的规模、使用特性以 及周围建筑物、地形条件等要相协调 。
2、洞门的型式及适用条件 (1) 端墙式洞门 适用于岩质稳定的Ⅲ级以 上围岩和地形开阔的地区，是 最常使用的洞门型式 (2) 翼墙式洞门 适用于地质较差的Ⅳ级以 下围岩，以及需要开挖路堑的 地方。翼墙式洞门由端墙及翼 墙组成。翼墙是为了增加端墙 的稳定性，同时对路堑边坡也 起支撑作用。其顶面一般均设 臵水沟，将端墙背面排水沟汇 集的地表水排至路堑边沟内。