5 隧道结构构造

山岭隧道
复合式衬砌
6
锚杆 喷射混凝土 防水层 二次衬砌
山岭隧道
7
复合式衬砌
宏观构造： 初期支护； 二次衬砌； 防水构造； 其他结构： 水沟、电缆 槽、填充等
山岭隧道
8
复合式衬砌
初期支护： 锚杆； 喷射混凝土； 钢架； 钢筋网。
山岭隧道
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复合式衬砌
初期支护： 锚杆； 喷射混凝土； 钢架； 钢筋网。
形基本稳定后，施作的模筑混凝土，是隧道拱部、边墙 及仰拱的总称。
山岭隧道
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复合式衬砌
（二）二次衬砌
1）设置二次衬砌的目的
考虑围岩的不均匀性、支护材料质量的离散、锚杆的腐蚀等不 确定因素，要增加作为结构物的安全系数； 考虑使用后外力的变化和支护材料的劣化，需要提高作为结构 物的耐久性； 衬砌施工后，因土压、水压、上覆荷载等外力发生时，需要加 以支持； 在隧道变形没有收敛时修筑衬砌的场合，要给予隧道稳定必要 的约束力。
25
IV 10
拱、墙 2.0~2.5 1.0~1.5 必要时设置
30 40
V 15~22 15~22 拱、墙 2.0~2.5 0.8~1.0 拱墙、仰拱 必要时设置 35 40
VI
通过试验确定
山岭隧道
42
复合式衬砌
（三）山岭隧道复合式衬砌典型断面及部分参数
1）常速铁路隧道参数
时速160 km/h的双线铁路隧道复合式衬砌的设计参数表
山岭隧道
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复合式衬砌
（三）山岭隧道复合式衬砌典型断面及部分参数
1）常速铁路隧道参数
时速160 km/h的单线铁路隧道复合式衬砌的设计参数表
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围岩 级别 喷混凝土厚度
（cm）
初期支护 锚杆
钢筋网
二次衬砌 厚度（cm）
钢架 拱墙 仰拱
拱墙 仰拱 位置 长度/m 间距/m
II 5
25
III 7
局部设置 2.0 1.2~1.5
围岩 级别
喷射混凝土厚 度（cm）
初期支护 锚杆
钢筋网
二次衬砌厚 度（cm）
钢架 拱墙 仰拱
拱墙 仰拱 位置 长度/m 间距/m
II 5~8
局部设置 2.0~2.5 1.5
30
III 8~10
拱、墙 2.0~2.5 1.2~1.5 必要时设置
35 45
IV 15~22 15~22 拱、墙 2.5~3.0 1.0~1.2 拱墙、仰拱 必要时设置 40 45
山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护 4、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。
山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护 4、钢筋网 钢筋网通常作环向和纵向布置。环向筋一般为受力
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。
当有较大的偏压、冻胀力、倾斜的滑动推力或施 工中出现大量坍方以及处于7度以上地震区等情况时， 需特殊设计 。
山岭隧道
单层衬砌
（一）整体式混凝土衬砌
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
山岭隧道
10
复合式衬砌
初期支护： 锚杆； 喷射混凝土； 钢架； 钢筋网。
山岭隧道
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复合式衬砌
初期支护： 锚杆； 喷射混凝土； 钢架； 钢筋网。
山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护 初期支护的主要方式有：锚杆、喷射混凝土、钢架、
钢筋网等。支护结构的基本作用在于： 1. 保持坑道断面的使用净空； 2. 防止围岩质量的进一步恶化； 3. 承受可能出现的各种荷载； 4. 使坑道支护体系有足够的安全度。
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。
山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护
山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护
山岭隧道
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复合式衬砌
（二）二次衬砌 一般情况下，二次衬砌是待初期支护-围岩体系变
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《山岭隧道》课程 第五讲
隧道平纵断面设计及结构构造
山岭隧道
西南交通大学
Southwest Jiaotong University
1
主要内容
隧道平面设计 隧道纵断面设计 隧道横断面设计 隧道结构构造
山岭隧道
山岭隧道
高速公路隧道V级围岩复合式衬砌（三车道）断面图
49
复合式衬砌
（三）山岭隧道复合式衬砌典型断面及部分参数 4）高速铁路隧道参数
时速350 km/h 双线铁路隧道 排水型复合式 衬砌设计参数
山岭隧道
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复合式衬砌
（三）山岭隧道复合式衬砌典型断面及部分参数 5）高速铁路隧道复合式衬砌断面
山岭隧道
山岭隧道
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山岭隧道
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山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护 3、钢架 格栅与钢支撑比较，一个最突出的特点是：能很好
地与混凝土一起与围岩密贴，支护效果好。 格栅钢架能完全被混凝土紧密包裹而成为一体，形
成类似的钢筋混凝土结构。喷混凝土能充满格栅及其与 围岩的所有空隙，而钢支撑的背面常常不能完全充填密 实，从而使支护不能很好地与围岩共同作用。
V 20~25 20~25 拱、墙 3.0~3.5 0.8~1.0 拱墙、仰拱 拱墙、仰拱 45 45
VI
通过试验确定
山岭隧道
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复合式衬砌
（三）山岭隧道复合式衬砌典型断面及部分参数 2）常速铁路隧道复合式衬砌断面
山岭隧道
铁路隧道IV级围岩复合式衬砌标准图
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复合式衬砌
（三）山岭隧道复合式衬砌典型断面及部分参数 2）常速铁路隧道复合式衬砌断面
组合梁效果、补强效果，以达到支护的目的。 锚杆设计包括锚杆类型的选择、锚杆的布置（长度、
根数、间隔等）以及锚固材料的选择等。 我国目前主要采用钢筋型灌浆锚固式锚杆。
山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护 1、锚杆
山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护 1、锚杆
山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护
2、喷射混凝土 喷混凝土是惟一能够与围岩壁面大面积牢固粘附的 支护手段，也是适用于各种围岩的一种有效支护手段， 其作用主要来自喷混凝土与壁面的粘着力所产生的抗剪 阻力。 喷混凝土与围岩的粘附是异常重要的，这是发挥喷 混凝土支护效果的基本保证，也是喷混凝土最主要的力 学作用。
山岭隧道
铁路隧道Ⅴ级复合式衬砌（三线）衬砌断面
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复合式衬砌
（三）山岭隧道复合式衬砌典型断面及部分参数 2）常速铁路隧
道复合式衬砌断面
铁路隧道IV 级复合式衬 砌（四线段）
断面图
山岭隧道
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复合式衬砌
（三）山岭隧道复合式衬砌典型断面及部分参数
四线铁路隧道
山岭隧道
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山岭隧道
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复合式衬砌
（三）山岭隧道复合式衬砌典型断面及部分参数 3）高速公路隧道复合式衬砌断面
山岭隧道
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型钢钢架接头(尺寸单位:mm)
山岭隧道
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山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护 3、钢架
（2）格栅
格栅是由普通建筑用钢筋经冷弯成形后焊接而成， 其形状可根据使用要求和坑道轮廓而定。
格栅最基本的、常用的形式有圆形、半圆形、马蹄 形、门形等，可根据坑道轮廓进行设计。从格栅的断面 形式看，有三边形、四边形等。
山岭隧道
4
（一） 衬砌结构
山岭隧道
5
山岭隧道采用的衬砌结构体系，根据围岩条件和 使用条件，主要分为： 复合式衬砌（有隔离层的）：基本上由初期支护和 二次衬砌构成，是我们目前采用的主要衬砌结构体 系，隔离层通常是采用防水板； 单层衬砌（没有隔离层的）：基本上由喷射混凝土、 钢纤维喷射混凝土或模筑混凝土构成； 装配式衬砌； 无支护坑道（即裸洞）。
山岭隧道
13
复合式衬砌
（一）初期支护 1、锚杆 锚杆是唯一从内部补强围岩的手段。它可以提高裂
隙围岩的抗剪强度，也可以改善围岩的物性指标，更可 以将一些不连续的岩块联系在一起，它基本上不占用作 业空间，施工性好，因此得到广泛的应用。
山岭隧道
14
复合式衬砌
（一）初期支护 1、锚杆 锚杆将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、
能有效地传递轴力。
山岭隧道
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复合式衬砌
（二）二次衬砌 2）二次衬砌的设计 （2）材质 二次衬砌一般采用素混凝土，设计基准强度，根据
施工实际，一般都采用18MPa；二次衬砌采用钢筋混凝 土时，通常设计基准强度采用21MPa。
水泥种类通常采用普通波特兰水泥、高炉水泥等， 应考虑早期强度、市场性、经济性等进行选择。
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复合式衬砌
（一）初期支护 2、喷射混凝土
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复合式衬砌
（一）初期支护 2、喷射混凝土
山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护 3、钢架 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。钢架分为钢支撑和格栅 钢架两种。钢架很少单独使用，大多与锚杆、喷混凝土 等共同使用。
于Ⅰ~Ⅲ级围岩，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
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拱顶
拱腰
铺底
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单层衬砌
（一）整体式混凝土衬砌 1）直墙式衬砌
山岭隧道
单层衬砌
（一）整体式混凝土衬砌
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。
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复合式衬砌
（二）二次衬砌 1）设置二次衬砌的目的
在一般的山岭隧道中，由于围岩与支护的相互作用而获得开 挖后的稳定，二次衬砌的主要目的是：
隧道内设施的保持功能； 防水功能（冻结、漏水）； 内装功能（确保美观）； 提高支护的安全系数。
山岭隧道
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复合式衬砌
（二）二次衬砌 2）二次衬砌的设计 二次衬砌设计的项目主要有形状、材质及厚度等。 （1）形状 应确保所定的净空断面、使弯矩尽可能地小、而且
山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护 2、喷射混凝土 喷混凝土的设计项目主要是喷混凝土的强度、厚度。 我国铁路隧道设计规范和公路隧道设计规范以及锚
杆喷射混凝土支护技术规范规定的喷混凝土为C20。
山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护 2、喷射混凝土
对喷混凝土厚度的认识 ： 从饰面的角度出发，喷混凝土厚度多采用5cm，喷砂 浆的厚度可以采用3cm； 从发挥支护构件作用，厚度不宜小于8cm； 喷混凝土的最大厚度，除特殊场合外不宜大于20cm， 在特殊场合可以采用25cm。
2
四 隧道结构与构造
山岭隧道
3
隧道可分为主体建筑物和附属建筑物。前者 是为了保持隧道的稳定，保证隧道正常使用而修 建的，由洞身结构及洞门组成。后者指保证隧道 正常使用所需的各种辅助设施，例如铁路隧道供 过往行人及维修人员避让列车而设的避车洞，长 大隧道中为加强洞内外空气更换而设的机械通风 设施以及必要的消防、报警装置等等。
时速350 km双线铁路隧道代表性衬砌结构断面(V级围岩)
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复合式衬砌
（三）山岭隧道复合式衬砌典型断面及部分参数 5）高速铁路隧道复合式衬砌断面
山岭隧道
时速350 km双线铁路隧道代表性衬砌结构断面(II级围岩)
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单层衬砌
（一）整体式混凝土衬砌 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
山岭隧道
40
复合式衬砌
（二）二次衬砌 2）二次衬砌的设计 （3）厚度 二次衬砌力学特性的研究方法目前还没有完全确立，
一般都按推定的土压进行设计，目前还没有决定厚度的 统一方法，但在设计时，应遵循以下原则。
①不附加力学功能的场合：一般采用25～30cm； ②附加力学功能的场合 ：厚度要仔细研究决定 。
山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护 3、钢架
（1）钢支撑
使用钢支撑的目的有四点： 一是作为喷混凝土支护功能出现前的支持物； 二是对喷混凝土进行补强； 三是作为超前支护的支点； 最后是与喷混凝土、锚杆共同发挥初期支护的作用。
山岭隧道
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复合式衬砌
（一）初期支护 3、钢架
（1）钢支撑
钢支撑的设计，主要包括钢支撑的形状、断面、材 质、间距、接头和联系构件等的设计。
山岭隧道
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拱顶
拱腰
拱脚
仰拱
墙脚
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单层衬砌
（一）整体式混凝土衬砌 2）曲墙式衬砌
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。
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。