学习资料二_认识隧道构造-西南交通大学

➢ 端墙的作用：
支护洞口仰坡，并将仰坡水流汇集排出。
➢ 构造要求：
◆ 端墙高度应使洞身衬砌上方尚有1m以上回填层； ◆ 洞顶水沟深度应不小于0.4m； ◆ 应设置挡碴防护墙，高度从仰坡坡脚算起应不小于0.5m，
水平方向不宜小于1.5m； ◆ 端墙基础应设置在稳固的地基上，其深度视地质条件、
冻害程度而定，一般应在0.6～1.0m左右； ◆ 墙厚按挡土墙计算 ，宽度与路堑横断面相适应。
2.3 洞门结构类型 ◆ 洞口环框式洞门 ◆ 端墙式洞门 ◆ 翼墙式洞门 ◆ 柱式洞门 ◆ 台阶式洞门 ◆ 斜交洞门 ◆ 削竹式洞门
◆ 洞口环框式洞门
适用于Ⅵ类或Ⅰ级围岩，地形陡峻而又无排水要求 作用：不承载，加固洞口
减少雨后洞口滴水 简单装饰
◆ 端墙式洞门
适于地形开阔，岩质基本稳定的Ⅰ ～ Ⅲ级围岩。 结构特点：能有效抵抗山体纵向推力。
一般待初期支护与围岩变形基本稳定后再施作内 衬。为了防止地下水流入或渗入隧道内，可以在外衬 和内衬之间设防水层，其材料可采用软聚氯乙烯薄膜、 聚乙丁烯片、聚乙烯等防水卷材，或用喷涂防水涂料 等。
隧道衬砌构造
（二） 复合式衬砌
复合式衬砌可以满足初期支护施作及时、刚度小、 易变形的要求，且与围岩密贴，从而能保护和加固围 岩，充分发挥围岩的自承作用。
这种衬砌的特点是：拼装成环后立即受力，便于 机械化施工，改善劳动条件，节省劳力。
目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道和水底 隧道中采用。在铁路、公路隧道中由于装配式衬砌要 求有一定的机械化设备，施工工艺复杂，衬砌的整体 性及抗渗性差而未能推广使用。
隧道支护
开挖后的隧道，为了保持围岩的稳定性，一般需 要进行支护和衬砌。
实际应用中，应遵循“早进晚出”的设计原则，根据 洞口范围地表原始形态和环境保护要求等具体情况，选择适 当的洞门形式。
由于洞口段地质条件是千差万别的，又由于洞口段结构 的复杂，是的洞门结构的受力状态尤其复杂。洞口段衬砌和 洞门结构，除了受竖向和侧向压力以外，还受仰坡纵向推力 作用。所以，隧道施工规范规定：洞口段5m范围内应比中断 衬砌有所加强，并宜与洞身衬砌整体砌筑。
隧道支护
（二）钢拱架
当围岩软弱、破碎严重且自稳性差时，隧道开挖 后，需要及时提供足够强的支护约束围岩变形。在初 期支护内设置钢拱架将增大支护结构早期的刚度，阻 止围岩的过度变形并承受部分的松弛荷载。钢架分为 型钢拱架和格栅钢架两种。
隧道支护
（二）钢拱架（型钢）
型钢钢架接头(尺寸单位:mm)
隧道支护
柱式洞门
◆ 台阶式洞门
适于傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时 作用：减小仰坡高度及外露坡长，减少开挖量。
莲花山隧道台阶式洞门
台阶式洞门
◆ 斜交洞门
◆ 斜交洞门
➢ 适用：线路方向与地形等高线斜交时。 ➢ 特点：将洞门做成与地形等高线一致，使洞门左右
可以仍保持近似对称，但衬砌洞口段和洞门相对于 线路呈斜交形式。 ➢ 注意事项： 1 斜洞门与线路中线的交角不应小于45° 2 一般斜洞门与衬砌斜口段是整体砌筑的 3 由于斜洞门及衬砌斜口段的受力情况复杂，施工也 不方便，所以，只有在十分必要时才采用它。
明洞一般修筑在隧道的进出口处，当遇到地质差 且洞顶覆盖层较薄，用暗挖法难以进洞时，或洞口路 堑边坡上有落石而危及行车安全时，均需要修建明洞。 它是隧道洞口或线路上起防护作用的重要建筑物，在 铁路线上使用的较多。
明洞的结构类型常因地形、地质和危害程度的不 同，有多种形式，采用最多的为拱式明洞和棚式明洞 两种。
◆ 削竹式洞门
◆ 削竹式洞门
削竹式在公路隧道中被普遍使用 适用于洞口段有较长的明洞衬砌，由于洞门背后一
定范围内是以回填土为主，山体的推滑力不大；地 形相对比较对称和不太陡峻。 特点： 1 洞口边仰坡开挖量少 2 减少对植被的破坏和有利于保护环境 3 适用各种围岩类别
削竹式洞门
削竹式洞门
隧道支护
（三）钢筋网
隧道支护
（四）喷射混凝土
喷射混凝土既是一种新型的支护结构，又是一种 新的施工工艺。它是使用混凝土喷射机，按一定的混 合程序，将掺有速凝剂的细石混凝土，喷射到岩壁表 面上，并迅速固结成一层支护结构，从而对围岩起到 支护作用。
喷射混凝土可以作为隧道工程的永久性或临时性 支护，也可以与各种形式的锚杆、钢拱架、钢筋网等 构成组合式支护结构。它的灵活性也很大，可以根据 需要分次追加厚度。
二次衬砌后，衬砌内表面光滑平整，可以防止外 层风化，装饰内壁，增强安全感，是一种合理的结构 形式，也是目前公路、铁路隧道主要的结构形式。
隧道衬砌构造
（二） 复合式衬砌
隧道衬砌构造
（三）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（单层衬砌）的形式。它具有隧 道开挖后衬砌及时、施工方便和经济的显著特点。
目前大都采用内外两层衬砌。 按内外衬砌的组合情况可分为： 初期支护与二次衬砌。根据围岩 条件不同，分别采用不同的断面 形式和支护、衬砌参数。
隧道衬砌构造
（二） 复合式衬砌
复合式衬砌是先在开挖好的洞壁表面喷射一层早 强的混凝土(有时也同时施作锚杆)，凝固后形成薄层 柔性支护结构(称初期支护)。它既能容许围岩有一定 的变形，又能限制围岩产生有害变形，其厚度多在 5~20cm 之间。
地表流水往往汇集在洞口，如排除不及时，将会侵害线 路，妨碍行车安全。修建洞门，可以把流水有组织地引入侧 够，保证洞口处于干燥状态。
◆ 装饰洞口
洞口是隧道唯一外露的部分，是隧道正面的外观，修建 洞门也可以算是一种装饰。在城市附近的隧道，尤其应当配 合城市景观要求，予以美化处理。
2.2 洞门设计原则及要求
隧道开挖后，以较大厚度和刚度的整体模筑混凝 土作为隧道的结构。
整体式衬砌按照工程类比、不同围岩级别采用不 同的衬砌厚度。其形式有直墙式和曲墙式两种，而曲 墙式又分为有仰拱和无仰拱两种。
隧道衬砌构造
（一）单层衬砌
1）直墙式衬砌
拱脚
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~Ⅲ级
入门任务二 认识隧道构造
一、支护的构造
围岩是天然结构部分，也是主体部分； 支护是人工结构部分，也是辅助部分。隧道 支护结构的构造与围岩的地质条件、隧道结 构条件和隧道施工条件密切相关。
隧道工程中，常将人工修筑的隧道支护 结构称为“衬砌”。不同条件下，衬砌的构 造也不尽相同。一般将人工支护结构分为单 层衬砌、复合衬砌和拼装衬砌三种结构类型。
削竹式洞门
削竹式洞门施工现场
三、明洞的构造
明洞是隧道的一种变化形式，它用明挖法修筑。 所谓明挖是指把岩体挖开，在露天修筑衬砌，然后回 填土石。这样修筑的构筑物，外形几乎与隧道无异， 有拱圈、边墙和底板，净空与隧道相同，和地表相连 处，也设有洞门、排水设施等。
明洞的构造
洞 明门 洞与 的明 构洞 造
锚喷式衬砌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。 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。
隧道衬砌构造
（三）锚喷式衬砌
隧道设计规定中规定，锚喷衬砌设计应符合下列 要求：
①锚喷衬砌内轮廓线应适当加大，除考虑施工误 差和位移量外，应再预留10 cm作为必要时补强用。
隧道支护
（四）喷射混凝土
隧道支护
（五）多种措施组合支护
隧道支护
（五）多种措施组合支护
衬砌台车
二、洞门的构造
本节主要内容：
➢ 洞门定义 ➢ 洞门作用 ➢ 洞门设计的原则和要求 ➢ 洞门结构类型
在隧道洞口用圬工砌筑并加以一定建筑装饰的支挡结构物。
2.1 洞门的作用 ◆ 减少洞口土石方开挖量
设置隧道洞门，既可以起到挡土墙的作用，又可以减少 路堑土石开挖量。
◆ 稳定边坡、仰坡
边坡上的岩体不断风化，坡面松石极易脱落滚下，仰坡 上的石块也会沿着坡面向下滚落，有时会堵塞洞口，甚至砸 坏路面，对行车造成威胁。修建洞门可减小引线路堑的边坡 高度，缩小正面仰坡的坡面长度，从而使边坡和仰坡稳定。
◆ 引离地表流水
衬砌的主要方式有：整体式混凝土衬砌、拼装式 衬砌、喷射混凝土衬砌和复合式衬砌等。
支护的主要方式有：锚杆、钢架、钢筋网、喷射 混凝土及其组合；
隧道支护
（一）锚杆
锚杆是将破碎或 不稳定岩体(块)与牢 固稳定的岩体连结在 一起以提高整体稳定 性的一种支护措施。
隧道支护
（一）锚杆
隧道支护
（一）锚杆
明洞的构造
地质差且洞顶 覆盖层较薄， 用暗挖法难以
进洞时
明洞的构造
（1）拱式明洞 拱式明洞由拱圈、
边墙和仰拱(或铺底)组 成，它的内轮廓与隧道 相一致，但结构厚度要 比隧道大。
围岩，直墙式衬砌由上部
拱圈、两侧竖直边墙和下
部铺底三部分组合而成。 墙脚
拱顶
拱腰
铺底
隧道衬砌构造
（一）单层衬砌
半衬砌（又称大拱脚薄边墙衬砌）
适用于I、II级围岩，边墙可用 喷射砼做成，亦可用砼整体浇 灌。此类衬砌可使拱脚稳固的 直接支承在两侧围岩上，以改 善拱圈的受力条件，减少边墙 的开挖大,洞口地质较差的Ⅳ级及以 上的围岩，增加洞门的抗滑动和抗倾覆能力。
翼墙式洞门
◆ 柱式洞门
适用于地形较陡，地质条件较差，仰坡可能下滑， 而又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时。 特点：可以在端墙中部设置两个断面较大的柱墩， 以增加端墙的稳定性。
连拱隧道柱式洞门
2）曲墙式衬砌 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，只做铺底；一般均需设仰拱，以 抵御隧道底部的围岩压力和防止衬砌沉降，并使衬 砌形成一个环状的封闭整体结构，以提高衬砌的承 载能力。
隧道衬砌构造
（一）单层衬砌 2）曲墙式衬砌
隧道衬砌构造
（二） 复合式衬砌
复合式衬砌是指把衬砌分成 两层或两层以上，可以是同一种 形式、方法和材料施作的，也可 以是不同形式、方法、时间和材 料施作的。
❖ 将衬砌分解为管片，工厂预制，现场拼装 ❖ 可以按松弛荷载理论设计为单层衬砌 ❖ 也可以按现代围岩承载理论设计为内层衬砌 ❖ 配合盾构施工，速度快，能立即承受荷载 ❖ 受力状态较好，整体性较差，防水性能较差 ❖ 在富水、软弱地层中，应用和发展前途好 ❖ 但需要有较多的特殊技术支持
隧道衬砌构造
（一）单层衬砌
②遇到下列情况时不应采用锚喷衬砌：地下水发 育或大面积淋水地段；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℃地区的冻害地段； 有其他要求的隧道。
隧道衬砌构造
（四）装配式衬砌
装配式衬砌是将衬砌分成若干块构件，这些构件 在现场或工厂预制，然后运到坑道内用机械将它们拼 装成一环接着一环的衬砌。
（二）钢拱架（格栅）
隧道支护
（二）钢拱架（格栅）
隧道支护
（三）钢筋网
钢筋网喷射混凝土是在喷射混凝土之前，在岩面 上挂设钢筋网，然后再喷射混凝土。目前，我国在各 类隧道工程中应用钢筋网喷射混凝土支护的比较多， 主要用于软弱破碎围岩，而更多的是与锚杆或者钢拱 架构成联合支护。
钢筋网通常作环向和纵向布置。环向筋一般为受 力筋，由设计确定，直径12mm左右；纵向筋一般为 构造筋，直径6~10mm；网格尺寸一般为20cmx20cm, 20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm或30cmx30cm。
隧道支护 结构类型
单层衬砌 复合衬砌 拼装衬砌
❖ 主要是采用混凝土或钢筋混凝土就地模筑 ❖ 按传统松弛荷载理论设计，并按矿山法施工 ❖ 因其比较厚实，也称之为“整体式衬砌” ❖ 结构层次单一，形状比较复杂 ❖ 受力不太合理，已经很少使用
❖ 由初期支护和内层衬砌两大部分组成 ❖ 初期支护以喷射砼和锚杆作为最基本的组合 ❖ 按现代围岩承载理论设计，并按新奥法施工 ❖ 层次较多，对地层条件的适应性强 ❖ 工艺较复杂，内层衬砌以就地模筑砼为主 ❖ 形状简单，结构受力合理，使用广泛
直墙式衬砌
隧道衬砌构造
（一）单层衬砌
2）曲墙式衬砌 曲墙式衬砌适用于地
质较差，有较大水平围岩压 力的情况。主要适用于Ⅳ级 及以上的围岩，或Ⅲ级围岩 双线隧道；多线隧道也采用 曲墙有仰拱的衬砌。
曲墙式衬砌由顶部拱 圈、侧面曲边墙和仰拱/底 板(或铺底)组成。
拱顶
拱腰
拱脚
仰拱
墙脚
隧道衬砌构造
（一）单层衬砌