隧道基础知识汇总(山岭隧道)

装配式衬砌的构造要求
（1）强度足够而且耐久； （2）能立即承受荷载； （3）管片形状简单，尺寸统一，便于工厂预制； （4）管片类型少、规格少、配件少，大小和重量合适，便 于机械拼装； （5）管片的接头数目和接头总长要求尽量减少，以有利于 防水、抗渗和防侵蚀等；若采用轻质混凝土装配式衬 砌，则可以减轻砌块自重，容易同时满足几条设计原 则要求。 （6）必须加设有效的防水层及排水设施。
适用条件：
在围岩整体性较好的军事工程、各类用途的使用期较短 及重要性较低的隧道中广泛使用。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。在公路、铁路隧道 设计规范中，都有根据隧道围岩地质条件、施工条件和使用 要求可采用锚喷衬砌的规定。 在IV-VI级围岩中不宜单独采用喷锚支护作永久衬砌。 隧道洞口段不宜采用。
人工修筑的支护结构 二次支护 （二次衬砌）
在实际中，衬砌主要指能作为永久支护的结构
二、衬砌材料
要求 1）应具有足够的强度、耐久性、抗渗性、耐腐蚀性 和抗冻性等。 2）从经济角度考虑，还应满足就地取材，降低造 价，施工方便及易于机械化施工等。 类型 混凝土、片石混凝土、 钢筋混凝土 、料石和混凝土 预制块 、喷射混凝土、锚杆和钢架、装配式材料
轮廓很整齐、平整；
⑤辅助坑道或其它隧道与主隧道的连接处及附近地段； ⑥有很高的防水要求的隧道；
⑦围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆除者等;
⑧地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的腐蚀； ⑨最冷月平均气温低于-5℃地区的冻害地段。
特点
①与围岩密贴、支护及时、柔性好； ②封闭围岩壁面防止风化； ③充填裂隙加固围岩； ④它能充分调动围岩本身的自稳能力，与围岩组成 共同承载体系； ⑤施工方便和经济
在我国隧道工程中广泛使用
工艺流程：立模—浇筑—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。 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。
(2)喷射混凝土 喷射混凝土是在隧道开挖后立即施工，利用泵或高压 风作动力，把混凝土混合料通过喷射机、输料管及喷头直 接喷射到隧道围岩壁上，以覆盖围岩壁面，维护隧道围岩 稳定的结构物 。 喷射混凝土具有不需模板、施作速度快、早期强度高、 密实度好、与围岩紧密粘结、不留空隙的突出优点。
(2)喷射混凝土
①多用于地质条件极好、岩层坚硬完整也没有地下水侵入的情况 ②对于一些侧压力很大的较软的岩层或土层，为了避免直 墙承受较大的压应力，也可采用落地拱形式。
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
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。
1、直墙式衬砌
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。
1、直墙式衬砌
结构组成
上部拱圈
竖直边墙
下部铺底
1、直墙式衬砌
（1）半衬砌（省去边墙） 几种特殊情况 （2）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）
装配式衬砌的优缺点
（1）隧道衬砌一经装配成环，不需养生时间，即可承受围 岩压力；预制的构件可以在工厂成批生产、在洞内可以机械化 拼装，从而改善了劳动条件； （2）拼装时，不需要临时支撑如拱架、模板等，从而节省 大量的支撑材料和劳力； （3）拼装速度因机械化而提高，缩短了工期，还有可能降 低造价，但要求具有一定的机械化设备，施工工艺复杂。 （4）拼装衬砌既可以按传统隧道工程理论作为单层衬砌设 计和使用，也可以按现代隧道工程理论作为内层衬砌设计和使 用； （5）拼装衬砌的整体性较差，受力状态不太好，尤其是接 缝缝多，防水性能较差，必须单独加设有效的防水层，在富水 地层中应用时需要有较多的支持措施。
（三）喷锚衬砌
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”。
不宜采用喷锚支护作为永久衬砌的情况有: ①膨胀性围岩或粘土质胶结的软岩； ②大面积涌水地段； ③堆积层、破碎带等不良地质地段； ④对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求衬砌内
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。
三、衬砌类型
（一）整体模筑混凝土衬砌 （二）装配式衬砌 （三）喷锚衬砌 （四）复合衬砌
（一）整体模筑混凝土衬砌
整体模筑混凝土衬砌，是在隧 道内树立摸板、拱架，然后浇筑混 凝土而成，具有较大的厚度和刚度，
第一节
洞身衬砌
一、衬砌概念 二、衬砌材料 三、衬砌类型 四、隧道衬砌的其它构造要求
一、衬砌概念
广义的衬砌 一次支护 （初期支护）
为了保证施工的安全、 加固岩体和阻止围岩的 变形、坍塌而设置的临 时支护措施，常用支护 形式有木支撑、型钢支 撑、格栅支撑、锚喷支 护等 为了保证隧道使用的净 空和结构的安全而设置 的永久性衬砌结构。
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．料石和混凝土预制块
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。
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钢材；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中放置的 型钢支撑或格栅钢支撑。 初期支护采用的型钢支撑宜用H形、工字形、U形型 钢制成，也可用钢管或钢轨制成。
锚杆的布置
局部布置 它主要用在裂隙围岩。重点加固不稳定块体，隧道拱 顶受拉破坏区为重点加固区域。 系统布置 在破碎和软 弱围岩中，一般 采用系统布置的 锚杆，对围岩起 到整个加固作用。 利用锚杆的悬吊作用、组合拱作用、减跨作用、挤压加 固作用，将围岩中的节理、裂隙串成一体，提高围岩的整体 性，改善围岩的力学性能，从而发挥围岩的自承能力。
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。
5．喷射混凝土
喷射混凝土密实性较高，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，使用的水泥等级不低于42.5，并 优先选用普通硅酸盐水泥。细骨料采用坚硬耐久的中粗砂， 细度模数宜大于2.5，砂的含水率宜控制在5%—7%；粗骨 料采用坚硬耐久的碎石，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。
1、喷锚衬砌构造
(1) 锚杆 锚杆是一种锚固在岩体内部的杆状体，是喷锚支护的主要 组成部分。它通过锚入岩体内部的钢筋，与岩体融为一体，达 到提高围岩的力学性能，改善围岩的受力状态，实现加固围岩、 维护围岩稳定的目的。 锚杆支护不仅对硬质围岩，而且对软质围岩也能起到良好 的支护效果。 ①通过锚杆杆体或杆端锚头的膨胀将锚杆嵌固在围岩中（机械 型）； ②利用灌浆将锚杆杆体或杆端端部固定在岩体内（粘结型）。 要求 第一要紧跟开挖面及时安装系统锚杆； 第二要确保锚杆全长注浆饱满，与岩体连成整体； 第三要求锚杆达到使用耐久，避免松弛、锈蚀、腐蚀损坏。
作用 封闭岩面、防止风化松动、填充坑凹及裂隙、维护和提 高围岩的整体性、帮助围岩发挥自身的结构作用、调整围岩 应力分布、防止应力集中、控制围岩变形、防止掉块、防止 坍塌。 喷层厚度一般5～30cm ，施工时要求分几次喷射达到设计厚度。
①普通硅酸盐水泥≥42.5级； 其拌和材料包括： ②坚硬耐久碎石：粒经不应大于15mm； ③河沙：不含土质或杂物； ④速凝剂。
隧道工程结构构造
内容提要
第一节 第二节
洞身衬砌 隧道洞门
第三节
第四节
隧道明洞
隧道附属建筑物
洞身结构 主体建筑物 隧 道 结 构 洞门、明洞
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。 主体构造物以外保证隧道正常使用所需的各种辅助设施 附属建筑物 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。
2、曲墙式衬砌
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，高宽比双线铁路隧道小，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．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。
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 ％。
（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。
2、曲墙式衬砌
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。
（二）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 适 用 条 件 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。