隧道结构构造

拼装式衬砌的构造要求
（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。
4．直线隧道净空
“直线隧道净空” 是指轨面（路面）以上衬砌内轮廓线所 包围的空间。 C B D 铁路隧道净空的大小应以不侵 A 入铁路隧道建筑限界为准。 D=直线隧道净空 =C十结构受力合理 ＋形状便于施工
（二）公路隧道净空断面和建筑限界
公路隧道净空包括公路建筑限界、通风及其他所需的断 面积。断面形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值。
（一）铁路隧道建筑限界、净空 （二）公路隧道净空和建筑限界
（一）铁路隧道建筑限界、净空
1．机车车辆限界 2．基本建筑限界 3．隧道建筑限界 4．直线隧道净空
1．铁路机车车辆限界 它是指机车车辆最外轮廓的限 界尺寸。它能满足各种型号的 机车和车辆在横断面尺寸上的 最大需要。要求全国的列车装 载货物后都不允许超过车辆限 界范围以外。 A=机车车辆限界 ＝机车车辆最大轮廓尺寸 ＋机车车辆技术改造预留 空间
A
2．铁路基本建筑限界（铁路建筑接近限界） 它是指线路上各种建筑物和设备均不 得侵入的轮廓线，它的用途是保证机 车车辆的安全运行及建筑物和设备不 受损害。 B=基本建筑限界 ＝A＋线路铺设误 差＋线路变形和位 移＋列车运行振动、 摇动、摆动＋允许 的货物超限尺寸
B
A
3．隧道建筑限界 它是指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线。即要 比“基本建筑限界”大一些，留出部分空间，用于 安装通讯信号、照明、通风、 C B 电力等设备。
支护的方式
②内部支护（锚杆支
护、锚喷支护等）
③混合支护
2、衬砌材料
隧道是埋藏在地层深处的构筑物，其衬砌一般要承受较
大的围岩压力、地下水压力，有时还要受到化学物质的 侵蚀，处于高寒地区的隧道往往还要受到冻害等。 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。
2、曲线隧道净空加宽
（一）铁路曲线隧道净空加宽
（二）公路隧道曲线加宽
（一）铁路曲线隧道净空加宽
E=曲线隧道净空＝D＋曲线隧道净空加宽
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
2、拼装式衬砌
拼装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。 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，也宜采用拼装式衬砌，快速形 成一次衬砌的强度。
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。其密实性强，能快速封闭围岩裂隙。密贴 于岩石表面，早期强度高，能起到封闭岩面和支 护作用，是一种较为理想的柔性支护。
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。 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。
复合衬砌的优缺点
①复合衬砌是将整个支护结构分解为“初期支护”和“二 次衬砌’两大部分，各部分分别起到不同的作用，两部分 分别参与并与围岩共同工作，各有侧重。 ②复合衬砌结构形式既能充分调动并利用围岩自我承载自 我稳定的能力，又可以充分发挥支护结构的承载能力和支 护材料的力学性能，结构稳定。 ④复合衬砌的极限承载能力比同等厚度的单层衬砌的极限 承载能力可以提高20%-30%.而且，如果调整好内层衬砌 的施作时间，还可以改善结构的受力条件。 ⑤ 复合衬砌初期支护施作及时、刚度小易变形，与围岩 密贴，二次衬砌作为安全贮备，表面光滑平整，增强 安全感。
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 拌和料与水混合成为浆状，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”。
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
适用：
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。
组成形式
锚杆支护
喷射混凝土支护
喷射混凝土+锚杆联合支护 喷射混凝土+钢筋网联合支护 喷射混凝土+锚杆+钢筋网联合支护 喷射钢纤维混凝土支护
喷射钢纤维混凝土+锚杆联合支护
上述几种类型加设型钢支撑（或格栅支撑）的联合支护等等
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。
适 用 条 件
拼装式衬砌的优缺点
（1）一经装配成环，不需养生时间，即可承受围岩压力； （2）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； （3）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； （4）拼装速度因机械化而提高，缩短了工期，还有可能 降低造价； （6）拼装衬砌的整体性较差，受力状态不太好，尤其是 接缝较多，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。 （7）要求一定的机械化设备，施工工艺复杂。
③结构整体性不如模筑 ④需要足够的拼装空间 ⑤制备构件尺寸上要求精度高
3、洞身衬砌类型
1．整体式混凝土衬砌 2、拼装式衬砌 3、锚喷式衬砌
4、复合衬砌
5、连拱衬砌
1．单层衬砌（整体式模筑混凝土衬砌）
采用混凝土或钢筋混凝土为材料就地灌注而成。 其工艺流程为：立模—灌筑—养护—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。
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。 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％。
整体式模筑混凝土衬砌主要是通过调整断面形状和衬砌厚
度来适应不同的地质条件，即适应不同的围岩级别和围岩 压力分布情况，因而，单层衬砌的形状和厚度变化较多。
（一）直墙式衬砌 （二）曲墙式衬砌
（一）直墙式衬砌
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。
2、衬砌材料
1．混凝土 2．片石混凝土
5．喷射混凝土 6. 锚杆和钢架 7. 装配式材料
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，需要进行养护，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。 工艺流程：立模－灌筑－养护－拆模
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。
7.装配式材料 适用：盾构隧道、掘进机隧道
优点：①无洞内养护时间，可立需临时支撑可节省大量材料及劳力
缺点： ①拼缝防水要求高
②与围岩接触不够密贴，一般应注浆
我国铁路隧道、高等级公路隧道已普遍采用复合式衬砌。
复合衬砌按内、外衬的组合情况可分为：
① 喷锚支护与混凝土衬砌；
② 喷锚支护与喷射混凝土衬砌； ③ 可缩性钢拱架（或格栅钢构拱架）喷射 混凝土与混凝土衬砌； ④装配式衬砌与混凝土衬砌。
复合式衬砌的支护机理
①外衬（初期支护）：允许大的约束变形，允许出现少 量裂缝，吸收变形压力，稳定洞壁，与围岩共同形成支 护体系。 ②内衬（二次衬砌）： 与外衬围岩共同承受 围岩残余变形产生的 压力，共同承受外部 条件恶化产生的压力 （作为整个结构的安 全储备）。
A
隧道支护结构依据隧道建筑限界 设计。
C=隧道建筑限界 ＝B＋设备最大尺 寸＋设备安装误差 ＋衬砌施工误差 ＋衬砌变形和位移
对于新建和改建的蒸汽及内燃牵引的单线和双线铁路隧 道，分别采用隧道建筑限界“隧限-1A”和“隧限-1B” 。
对于新建和改建的电力牵引的单线和双线铁路隧 道，分别采用“隧限-2A”和“隧限-2B” 。
5、连拱衬砌
连拱隧道衬砌结构图
第二节隧道限界与净空
1 、隧道净空与限界 2、曲线隧道净空加宽
1 、隧道净空与限界