隧道结构设计隧道工程结构构造设计课件PPT(共43页)
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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
※ 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 。
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
※ 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；
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
※ 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。
设置 作用 仰拱
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
※ 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置伸 缩缝
※ 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，应设置仰拱。
※ 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；
※ 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；
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。
4 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
洞源自文库构 造物
衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定
※ 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）；
※ 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。
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。
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。
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 置水沟，将端墙背面排水沟汇 集的地表水排至路堑边沟内。
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。
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。
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 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；
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。
嗽叭口隧道衬砌示意图
二、支护结构
初期支护 (一次支护)
支护 结构 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 的净空和结构的安全而设置的
永久性衬砌结构
复合式衬砌 拼装式衬砌 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 过围岩的结构刚度来抵御地层的变形，承受围岩的压力。
※ 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
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
※ 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 。
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
※ 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；
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
※ 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。
设置 作用 仰拱
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
※ 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置伸 缩缝
※ 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，应设置仰拱。
※ 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；
※ 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；
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。
4 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
洞源自文库构 造物
衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定
※ 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）；
※ 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。
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。
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。
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 置水沟，将端墙背面排水沟汇 集的地表水排至路堑边沟内。
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。
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。
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 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；
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。
嗽叭口隧道衬砌示意图
二、支护结构
初期支护 (一次支护)
支护 结构 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 的净空和结构的安全而设置的
永久性衬砌结构
复合式衬砌 拼装式衬砌 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 过围岩的结构刚度来抵御地层的变形，承受围岩的压力。
※ 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