【大学课件】隧道工程基础知识

1、 隧道的概念及交通隧道简介 隧道横断面 隧道支护结构 洞门与明洞 附属建筑物 主要内容主要内容 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 隧道通常指用作地下通道的工程建筑物。 1970年国际经济合作与开展组织召开的隧道 会议综合了各种因素，对隧道所下的定义为： “以某种用途、在地面下用任何方法按规定形状 和尺寸修筑的断面积大于2m2的洞室。 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 隧道分类比较明确的是按照隧道的用途来划 分，主要有以下四种： 一交通隧道一交通隧道 二水工隧道二水工隧道 三市政隧道三市政隧道 四矿山隧道四矿山隧道 介绍此类 ！ 1 铁路隧道铁路隧道 从1829年

2、开始兴建铁路隧道以来到1990年的 160年间，在世界各国已建成超过12000km的铁 路隧道，约占世界铁路总长的1%左右。修建铁路 隧道可大幅度缩短线路长度，降低线路标高，改 善通过不良地质地段的条件，降低铁路造价等。 交通隧道交通隧道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 交通隧道交通隧道 1 铁路隧道铁路隧道 乌乌 鞘鞘 岭岭 隧隧 道道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 交通隧道交通隧道 1 铁路隧道铁路隧道 大大 瑶瑶 山山 隧隧 道道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 交通隧道交通隧道 1 铁路隧道铁路隧道 军军 都都 山山 隧隧 道道

3、隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 2 公路隧道公路隧道 随着社会生产的开展，高速公路的出现，要随着社会生产的开展，高速公路的出现，要 求线路顺直、平缓、路面宽敞，于是在穿越山区求线路顺直、平缓、路面宽敞，于是在穿越山区 时，也常采用隧道方案。此外，在城市附近，为时，也常采用隧道方案。此外，在城市附近，为 防止平面交叉，利于高速行车，也常采用隧道方防止平面交叉，利于高速行车，也常采用隧道方 式通过。式通过。 交通隧道交通隧道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 交通隧道交通隧道 2 公路隧道公路隧道 终终 南南 山山 隧隧 道道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及

4、交通隧道简介 交通隧道交通隧道 2 公路隧道公路隧道 雪雪 峰峰 山山 隧隧 道道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 交通隧道交通隧道 2 公路隧道公路隧道 雁雁 门门 关关 隧隧 道道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 3 水底隧道水底隧道 当交通线横跨河道时，采用水底隧道，既不当交通线横跨河道时，采用水底隧道，既不 影响河道通航，也防止了风暴天气轮渡中断的情影响河道通航，也防止了风暴天气轮渡中断的情 况，而且在战时不致暴露交通设施的目标，防护况，而且在战时不致暴露交通设施的目标，防护 层厚，是国防上的较好选择。为横跨黄浦江，上层厚，是国防上的较好选择。为横跨

5、黄浦江，上 海已修建了全长海已修建了全长2793m的水底隧道，广州地铁穿的水底隧道，广州地铁穿 越珠江，武汉地铁穿越长江都修建了水底隧道。越珠江，武汉地铁穿越长江都修建了水底隧道。 交通隧道交通隧道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 交通隧道交通隧道 3 水底隧道水底隧道 武武 汉汉 长长 江江 隧隧 道道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 4 地下铁道地下铁道 地下铁道是解决大城市交通拥挤、车辆堵塞地下铁道是解决大城市交通拥挤、车辆堵塞 等问题，且能大量快速运送乘客的一种城市交通等问题，且能大量快速运送乘客的一种城市交通 设施。它可以使很大一局部地面客流转入地

6、下，设施。它可以使很大一局部地面客流转入地下， 可以高速行车，且可缩短车次间隔时间，节省了可以高速行车，且可缩短车次间隔时间，节省了 乘车时间，便利了乘客的活动。在战时，还可以乘车时间，便利了乘客的活动。在战时，还可以 起到人防的功能。起到人防的功能。 交通隧道交通隧道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 交通隧道交通隧道 4 地下铁道地下铁道 地地 铁铁 车车 站站 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 5 航运隧道航运隧道 当运河需要越过分水岭时，克服高程障碍成 为十分困难的问题，一般需要绕行很长的距离。 如果修建航运隧道，把分水岭两边的河道沟通起 来，既可以缩短

7、航程，又可以省掉船闸的费用， 迅速而顺直地驶过，航运条件就大为改善了。 交通隧道交通隧道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 6 人行地道人行地道 城市闹市区行人众多，而且与车辆混行，偶 有不慎便会发生交通事故。为了提高交通运送能 力及减少交通事故，除架设街心高架桥外，也可 以修建人行地道和地下立交车道。 交通隧道交通隧道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 交通隧道交通隧道 6 人行地道人行地道 青岛龙青岛龙 山地下山地下 商业街商业街 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空 间。铁路隧道净空是根据“隧道建筑限界

8、确定的， 而“隧道建筑限界是根据“根本建筑限界制定的， “根本建筑限界又是以“机车车辆限界制定的。 “限界是一种规定的轮廓线，这种轮廓线以内的 空间是保证列车平安运行所必需的。 “建筑限界是建筑物不得侵入的一种限界。 l隧道横断面隧道横断面 一隧道净空一隧道净空 1.机车车辆限界机车车辆限界 机车车辆最外轮廓的限界尺寸。机车车辆最外轮廓的限界尺寸。 2.根本建筑限界根本建筑限界 线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线。线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线。 3.隧道建筑限界隧道建筑限界 包围包围“根本建筑限界外邻的轮廓线。要比根本建筑限界外邻的轮廓线。要比“根本建筑限界大，根本建筑限界大

9、， 留出空间用于安装通讯信号、照明、电力留出空间用于安装通讯信号、照明、电力(接触网接触网)等设备。等设备。 4.直线隧道净空直线隧道净空 “直线隧道净空比直线隧道净空比“隧道建筑限界稍大，除了满足限界要求外，隧道建筑限界稍大，除了满足限界要求外， 考虑避让、救援通道，还考虑了衬砌结构的合理受力形状考虑避让、救援通道，还考虑了衬砌结构的合理受力形状(拱部采用拱部采用 三心圆，边墙采用直墙式或曲墙式三心圆，边墙采用直墙式或曲墙式)及施工方便等因素。及施工方便等因素。 l隧道横断面隧道横断面 一隧道净空一隧道净空 l隧道横断面隧道横断面 一隧道净空一隧道净空 l隧道横断面隧道横断面 一隧道净空一隧

10、道净空 l隧道横断面隧道横断面 二曲线加宽二曲线加宽 1车辆通过曲线时， 转向架中心点沿线路运行， 而车辆本身却不能随线路 弯曲，仍保持其矩形形状， 故其两端向曲线外侧偏移 (d外)，中间向曲线内侧 偏移(d内1，如图2-4-8 所示。 l隧道横断面隧道横断面 二曲线加宽二曲线加宽 2由于曲线外轨超高，车 辆向曲线内侧倾斜，使车辆 限界上的控制点在水平方向 上向内移动了一个距离d内2， 如图2-4-9所示。据此，曲线 隧道净空的加宽值为 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 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。 支护支护的主要方式有：锚杆、钢架、钢筋网、喷射混 凝土及其组合；

11、衬砌衬砌的主要方式有：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。 l隧道支护隧道支护 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。 一锚杆一锚杆 l隧道支护隧道支护 一锚杆一锚杆 l隧道支护隧道支护 一锚杆一锚杆 l隧道支护隧道支护 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局部的松弛荷载。钢架分为 型钢和格栅钢架两种。 二钢架二钢架 l隧道支护隧道支护 二钢架型钢二钢架型钢 型钢钢架接头型钢钢架接头(尺

12、寸单位尺寸单位:mm) l隧道支护隧道支护 二钢架格栅二钢架格栅 l隧道支护隧道支护 二钢架格栅二钢架格栅 l隧道支护隧道支护 三钢筋网三钢筋网 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610mm；网格尺寸一般为20cmx20cm, 20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm或30cmx30cm。 l隧道支护隧

13、道支护 三钢筋网三钢筋网 l隧道支护隧道支护 四喷混凝土四喷混凝土 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，喷射到岩壁外 表上，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。 l隧道支护隧道支护 四喷混凝土四喷混凝土 l隧道支护隧道支护 五多种措施组合支护五多种措施组合支护 l隧道支护隧道支护 五多种措施组合支护五多种措施组合支护 l隧道衬砌隧道

14、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。 一整体式混凝土衬砌一整体式混凝土衬砌 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 1直墙式衬砌 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 部铺底三局部组合而成。 一整体式混凝土衬砌一整体式混凝土衬砌 拱顶 拱腰 拱脚 墙脚 铺底 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 一整体式混凝土衬砌一整体式混凝土衬砌 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 2曲墙

15、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。主要适用于级 及以上的围岩，或级围岩 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。 一整体式混凝土衬砌一整体式混凝土衬砌 拱顶 拱腰 拱脚 墙脚 仰拱 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 2曲墙式衬砌 一整体式混凝土衬砌一整体式混凝土衬砌 2曲墙式衬砌 在级围岩无地下水，且根底不产生沉降的情 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。 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 2曲墙式

16、衬砌 一整体式混凝土衬砌一整体式混凝土衬砌 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 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。 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。 二二 复合式衬砌复合式衬砌 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 复合式衬砌是先在开挖好的洞壁外表喷射一层早 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 520cm

17、之间。 一般待初期支护与围岩变形根本稳定后再施作内 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、 聚异丁烯片、聚乙烯等防水卷材，或用喷涂防水涂料 等。 二二 复合式衬砌复合式衬砌 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 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。 二次衬砌后，衬砌内外表光滑平整，可以防止外 层风化，装饰内壁，增强平安感，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。 二二 复合式衬砌复合式衬砌 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 二二 复合式衬砌复合式

18、衬砌 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 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。 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、铁路隧道设计标准中，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。 三锚喷式衬砌三锚喷式衬砌 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 铁路隧道设计规定中规定，锚喷衬砌设计应符合 以下要求： 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。 遇到以下情况时不应采用锚喷衬砌：地下水

19、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。 三锚喷式衬砌三锚喷式衬砌 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 装配式衬砌是将衬砌分成假设干块构件，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。 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。 四装配式衬砌四装配式衬砌 l 洞门与明洞洞门与明洞

20、一洞门一洞门 1洞门的作用 减小洞口土石方开挖量 稳定边、仰坡 引离地表水流 装饰洞口 l 洞门与明洞洞门与明洞 一洞门一洞门 1洞门的形式 洞口环框 洞口石质 坚硬稳定，地形 陡峻无排水要求； l 洞门与明洞洞门与明洞 一洞门一洞门 1洞门的形式 端墙式一字式 洞门 适用于地形 开阔，石质较稳 定的地区； l 洞门与明洞洞门与明洞 一洞门一洞门 1洞门的形式 翼墙式八字式洞门 洞口地质较差 级及以上围岩，山体 纵向推力较大时，在端 墙式洞门的单侧或双侧 设置翼墙。 l 洞门与明洞洞门与明洞 一洞门一洞门 1洞门的形式 柱式洞门 地形较陡级围岩，仰拱有下滑的可能性， 又受地形或地质条件限制，不

21、能设置翼墙时，可在 端墙中部设置2个或4个断面较大的柱墩，以增 加端墙的稳定性。 l 洞门与明洞洞门与明洞 一洞门一洞门 1洞门的形式 台阶式洞门 当洞门位于傍山侧坡 地区，洞门一侧边仰坡较 高时，为了提高靠山侧仰 坡起拔点，减少仰拱高度， 将端墙顶部改为逐级升高 的台阶形式。 l 洞门与明洞洞门与明洞 一洞门一洞门 1洞门的形式 斜交式洞门 当隧道洞口地面等高线斜交时，为了缩短隧道度 度、减少挖方数量，可采用平行于等高线与线路呈斜 交的洞口。 l 洞门与明洞洞门与明洞 一洞门一洞门 1洞门的形式 喇叭口式洞门 高速铁路隧道， 为了减缓高速列车的 空气动力学效应，对 单线隧道，一般设喇 叭口缓

22、冲段，同时兼 作隧道洞门。 l 洞门与明洞洞门与明洞 二明洞二明洞 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。 l 洞门与明洞洞门与明洞 二明洞二明洞 l 洞门与明洞洞门与明洞 二明洞二明洞 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平安时，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

23、、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。 l 洞门与明洞洞门与明洞 二明洞二明洞 地质差且洞顶 覆盖层较薄， 用暗挖法难以 进洞时 l 洞门与明洞洞门与明洞 二明洞二明洞 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。 路堑式对称型 路堑式偏压型 l 洞门与明洞洞门与明洞 二明洞二明洞 1拱式明洞 半路堑式偏压型 半路堑式单压型 l 洞门与明洞洞门与明洞 二明洞二明洞 2棚式明洞 有些傍山隧道，地形的自然横坡比较陡，外侧 没有足够的场地设置外墙及根底或确保其稳定，这 时采用另一种建筑物棚式明洞。

24、棚式明洞常见的结构形式： 盖板式 刚架式 悬臂式 l 洞门与明洞洞门与明洞 二明洞二明洞 2棚式明洞 钢架式明洞钢架式明洞 盖板式明洞盖板式明洞 l 附属建筑物附属建筑物 为了使隧道正常使用，保证列车平安运营， 除主体建筑物外，还必须修筑一些附属建筑物。 其中包括：防排水设施，电力及通信信号的安放 设施等。 l 附属建筑物附属建筑物 隧道的永久性防排水是通过防排水工程措施 实现的。 经过理论和实践经验的总结，提出了“截、防、 堵、排结合，因地制宜，综合治理的原那么。 一防排水设施一防排水设施 l 附属建筑物附属建筑物 截：截：截断地表水和地下水流入隧道的通道，洞口 地表设天沟等截水沟以及地表陷穴等整治； 防：防：防止地下水从衬砌背后渗入隧道内，充分利 用混凝土自防水能力，以及在衬砌与支护之间设置 的防水层； 一防排水设施一防排水设施 l 附属建筑物附属建筑物 堵：向支护背后压注水泥砂浆，用以充填支护与堵：向支护背后压注水泥砂浆，用以充填支护与 围岩间的空隙，以堵住地下水的通道，并使支护与围岩间的空隙，以堵住地下水的通道，并使支护与 围岩形成整体，