隧道单层衬砌技术PPT课件
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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
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。
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
隧道与20地19下/1工0程/2设8 计方法
26
27
（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
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 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
22
2、围岩松动圈支护理论的立论 围岩松动圈是隧道开挖后客观和普遍存 在的； 支护对象为松动破裂发展中的岩石碎胀 变形或碎胀力； 支护的作用一方面是维护破裂的岩石在 原位不垮落，另一方面是限制围岩松动圈形 成过程中的有害变形。
隧道与地下工程设计方法
23
3、围岩松动圈稳定性判据 松动圈是地应力与围岩强度相互作用的结 果，它是一个综合指标。 松动圈越大，围岩收敛变形量越大、支护 越困难，反之则易。松动圈的大小反映了支护 的困难程度。 松动圈与有无支护关系不大 。
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
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
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。
v
t
l
l
O
O
（a）波速-孔深曲线
(b) 时间-孔深曲线
隧道与地下工程设计方法
F 隧
道 J
28
F △t t0
J △t
双孔测试示意图
单孔测试示意图
隧道与地下工程设计方法
29
（2）地质雷达探测法 地质雷达探测法是一种用于确定地下介质分布
国外工程
地铁： 隧道与地下工程设计方法
15
地下酒窖
国外工程
其他工程：
隧道与地下工程设计方法
挪威Gjolasvik地下体育馆
16
芬兰赫尔辛基Itakeskus Swimming Hall
隧道与地下工程设计方法
17
国内工程
铁路隧道：
成昆铁路布祖湾隧道
隧道与地下工程设计方法
国内工程
公路隧道：
茶园涪陵二级公路上的关长 山隧道采用C25聚丙烯纤维 喷射混凝土单层衬砌
的广谱电磁技术。地质雷达通过记录电磁反射波信 号的强弱及到达时间来判定电性异常体的几何形态 和岩性特征，介质中的反射波形成雷达剖面，通过 异常体反射波的走时、振幅和相位特征来识别目标 体，便可推断介质结构。
0
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
隧道与地下工程设计方法
1
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。
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。
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
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
Ⅴwenku.baidu.com
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
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
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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。
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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
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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
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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
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
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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。
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
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隧道与20地19下/1工0程/2设8 计方法
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（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
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 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
22
2、围岩松动圈支护理论的立论 围岩松动圈是隧道开挖后客观和普遍存 在的； 支护对象为松动破裂发展中的岩石碎胀 变形或碎胀力； 支护的作用一方面是维护破裂的岩石在 原位不垮落，另一方面是限制围岩松动圈形 成过程中的有害变形。
隧道与地下工程设计方法
23
3、围岩松动圈稳定性判据 松动圈是地应力与围岩强度相互作用的结 果，它是一个综合指标。 松动圈越大，围岩收敛变形量越大、支护 越困难，反之则易。松动圈的大小反映了支护 的困难程度。 松动圈与有无支护关系不大 。
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
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单层衬砌
隧道与地下工程设计方法
隧道与地下工程设计方法
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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：
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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
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。
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O
（a）波速-孔深曲线
(b) 时间-孔深曲线
隧道与地下工程设计方法
F 隧
道 J
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F △t t0
J △t
双孔测试示意图
单孔测试示意图
隧道与地下工程设计方法
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（2）地质雷达探测法 地质雷达探测法是一种用于确定地下介质分布
国外工程
地铁： 隧道与地下工程设计方法
15
地下酒窖
国外工程
其他工程：
隧道与地下工程设计方法
挪威Gjolasvik地下体育馆
16
芬兰赫尔辛基Itakeskus Swimming Hall
隧道与地下工程设计方法
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国内工程
铁路隧道：
成昆铁路布祖湾隧道
隧道与地下工程设计方法
国内工程
公路隧道：
茶园涪陵二级公路上的关长 山隧道采用C25聚丙烯纤维 喷射混凝土单层衬砌
的广谱电磁技术。地质雷达通过记录电磁反射波信 号的强弱及到达时间来判定电性异常体的几何形态 和岩性特征，介质中的反射波形成雷达剖面，通过 异常体反射波的走时、振幅和相位特征来识别目标 体，便可推断介质结构。
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隧道单层衬砌技术
隧道与地下工程设计方法
1
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。
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。
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
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二、单层衬砌应用现状
隧道与地下工程设计方法
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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
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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
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
Ⅴwenku.baidu.com
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