隧道施工(第二版)-宋秀清-主编第一章隧道结构和围岩级别(改)

1、第一章 隧道结构和围岩级别本章学习的内容：掌握隧道洞门和衬砌的构造和类型；了解隧道曲线加宽的计算；熟悉隧道附属建筑物的组成；掌握隧道围岩的概念及围岩基本分级及其修正。重难点：重点：洞门类型，衬砌衬砌的组成和净空确定；难点：围岩分级。1 1 隧道主体结构物隧道主体结构物2 2 铁路隧道附属结构物铁路隧道附属结构物3 3 公路隧道附属结构物公路隧道附属结构物4 4 围岩分级围岩分级目 录1.1 隧道主体结构物隧道主体结构物为了保持隧道的稳定、保证列车的安全运行而修筑的。组成：洞身衬砌；洞门一、净空1、净空（1）含义：指隧道衬砌内轮廓线所包括的空间。（保证车辆及所装货物安全通过的空间）注意：起算高度

2、是从设计高程起算。（2）影响净空大小的因素u 隧道建筑限界u 线路数目u 隧道设备空间u 空气动力学影响等一、净空（3）隧道建筑限界一、净空（4）净空与隧道建筑限界的关系净空比隧道建筑限界略大一些原因：净空需要安装通风照明设施；考虑到施工误差；结构受力等因素。一、净空（5）公路隧道净空一、净空2、曲线隧道净空加宽（1）原因1）车辆中线与线路中线不一致2）曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜一、净空2、曲线隧道净空加宽（2）加宽计算1）单线）（内cmRRld4050821）（外cmRd4400（非电化）（电化）（内内内EdEdcmEHGEHd7 . 28 . 2150222)(76.02cmRVE

3、一、净空1） 单线内侧总加宽外侧加宽值隧道总加宽值隧道中线向线路中线内侧偏移偏移值）（15040502内1内1cmEHRddW）（2121cmWWd）（44002cmRW）（150845021cmEHRWWW一、净空2）双线（两线路的线间距的加宽值）a. E外E内b. 其他:）（cmERW215036084503）（ cmRW84503321WWWW一、净空3、曲线加宽的衔接处理（1）位于曲线地段隧道，其断面加宽，除圆曲线部分按规定办理外，缓和曲线部分可分两段加宽。即自圆曲线至缓和曲线中点，并向直线方向延长13m，采用圆曲线加宽断面；其余则采用缓和曲线中点的加宽断面并向直线方向延长22m ,取

4、圆曲线加宽值的一半。一、净空3、曲线加宽的衔接处理一、净空直线断面直线断面缓和曲线中点加宽断面缓和曲线中点加宽断面曲线加宽断面曲线加宽断面3、曲线加宽的衔接处理（2）无缓和曲线者（单圆曲线），则在直线有超高的地段内向无超高的地段延长22m ，全部采用圆曲线的加宽断面。（3）当隧道位于反向曲线上，且其公切线长度小于44m 时，重叠部分按两端不同的曲线半径分别核算其内外侧的加宽值，取其中较大值，并计算确定隧道中线偏移值d。一、净空1、衬砌结构类型（1）复合式衬砌我国隧道普遍采用（2）锚喷衬砌、围岩短隧道（3）整体式衬砌洞口段明洞采用二、洞身衬砌2、复合式衬砌组成由初期支护和二次衬砌构成；在初期支护

5、和二次衬砌之间铺设防水层。二、洞身衬砌3、衬砌构造（1）组成拱部（拱圈）边墙底板（仰拱）（2）衬砌各部位尺寸拱圈边墙仰拱半径、范围、圆心二、洞身衬砌4、衬砌材料衬砌材料一般选用混凝土圬工材料。 材料种类 工程部位混凝土钢筋混凝土喷射混凝土喷锚衬砌喷锚支护拱圈25302520边墙25302520仰拱25302520底板30仰拱填充20水沟、电缆槽25水沟、电缆槽盖板25二、洞身衬砌1、洞口位置的选择原则“洞口”是指洞门所在位置边仰坡刷坡范围及洞口衬砌（或非正常衬砌地段）和洞外附属工程地段的统称。贯彻“早进晚出”的原则三、洞门2、洞口位置的选择要求1）隧道洞口边仰坡开挖不宜过高，暴露面不宜过大。2

6、）洞口处有落石、坍方、泥石流等的威胁时，可设置明洞或支挡建筑物。3）线路跨沟或沿沟进洞时，应结合防排水工程的考虑洞口。4）漫坡浅埋地形的洞口位置，考虑弃碴、填方、排水等因素。5）洞口应尽量避开排水困难的沟谷低洼垭口处。6）洞口应与线路中线和地形等高线尽量正交。三、洞门3、洞门设计要求当洞顶仰坡土石有剥落可能时，注意洞门端墙高度和墙背与仰坡距离。若有翼墙时需要考虑轨枕顶面靠近翼墙的距离。洞门墙应根据地基情况设置变形缝，墙身应设置泄水孔。三、洞门4、洞门作用减少洞口土石方开挖量。稳定边坡、仰坡。引离地表水流。装饰洞口。三、洞门5、洞门构造（正面图）端墙端墙翼翼墙墙三、洞门5、洞门构造（侧面图）端端

7、墙墙翼翼墙墙仰坡仰坡端墙：厚度180cm翼墙：高度800(900)cm仰坡坡度：1:1.25三、洞门6、洞门类型斜切式三、洞门6、洞门类型柱式洞门三、洞门6、洞门类型斜切式洞门三、洞门6、洞门类型端墙式洞门三、洞门6、洞门类型台阶式洞门三、洞门喇叭口洞门6、洞门类型三、洞门弧形挡墙式洞门6、洞门类型三、洞门倒切式洞门6、洞门类型三、洞门遮光棚式洞门6、洞门类型三、洞门1、明洞适用条件当隧道顶部覆盖层较薄难以用暗挖法修建时；隧道洞口、路堑地段受塌方、落石、泥石流、雪害等危害时；道路之间、公路与铁路之间形成立体交叉，但又不宜修建隧道、立交桥或者渡槽等地段；为了减少隧道工程对环境的破坏，保护环境和景

8、观，洞口需延长时通常修建明洞。四、明洞2、明洞类型拱式明洞棚式明洞四、明洞3、明洞衬砌1）拱形明洞结构：拱圈、边墙、铺底(或仰拱)组成，当采用拱形明洞时，可按整体式衬砌设计；2）棚洞结构：盖板、内边墙和外侧支承建筑物三部分组成。采用棚洞结构时，顶板一般可采用T形、形两种。四、明洞4、明洞衬砌基础1）明洞衬砌基础和隧道衬砌基础一样，应置于稳固的地基上。2）外墙基础趾部应保证一定的嵌入基岩深度和护基宽度。3）山区傍山沿河公路，应根据地形、地质、流速等情况，采取加固和防护措施。 4）明洞外边墙、棚洞立柱基础埋置深度超过路面以下3m时，宜在路面以下设置钢筋混凝土横向水平拉杆，并锚固于内边墙基础或岩体中

9、，或用锚杆锚固于稳定的岩体中；立柱可在路基平面处加设纵撑，应与相邻立柱及内边墙连接。四、明洞1.2 铁路隧道附属建筑物隧道的附属建筑物是为了养护、维修工作的方便以及供电、通信等方面的要求而修筑的，它包括：防排水设施、避车洞、电缆槽、长大隧道的通风设施。一、防排水设施治水原则：截、堵、排相结合综合治理的原则。1、防水防水是指防止地下水，不使其从衬砌背后渗入隧道内。（1）喷射混凝土防水（2）塑料板防水（3）模筑混凝土（4）衬砌三缝防水一、防排水设施喷射混凝土塑料防水板防水混凝土施工缝防水一、防排水设施使衬砌背后围岩中的地下水能按照一定的通路引入隧道内排走 。（1）洞内纵向排水沟及隧底横向排水沟；（

10、2）衬砌背后的纵向和环向（竖向）盲沟及集水钻孔；（3）衬砌表面上的引水管（暗槽）及泄水孔等。 2、排水一、防排水设施一、防排水设施截断地表水和地下水流向隧道的通道，以尽可能地保持隧道围岩干燥 。（1）洞顶截水措施用于拦截与疏导洞顶地表水。 （2）地下截水设施是用于拦截并排除流向隧道内的大股地下水 。3、截水一、防排水设施二、避车洞 1、定义列车通过隧道时，为保证洞内人员及维修设备安全，在隧道两侧边墙上交错均匀地修建了洞室，用于躲避列车，故称之为避车洞。根据避车洞室的大小，其分为大避车洞和小避车洞。大避车洞：存放维修设备与材料小避车洞：方便人员躲避列车二、避车洞隧道避车洞二、避车洞2 避车洞布置

11、（1）大避车洞布置 碎石道床每侧每隔300m布置一个 整体道床每侧每隔420m布置一个 隧道长度在300m以下可不布置大避车洞 隧道长度在300400m时，在隧道中间布置一个注：隧道长度300m以下时，如果两端洞口接桥或路堑，当桥上无避车台或路堑两边侧沟外无平台时，应与隧道一并考虑布置大避车洞。 二、避车洞（2）小避车洞布置 单线隧道每侧每隔60m布置一个小避车洞 双线隧道每侧每隔30m布置一个小避车洞 隧道内大、小避车洞应交错设置于两侧边墙内，大避车洞之间设小避车洞 不得将避车洞设于衬砌断面变化处、不同衬砌类型衔接处或变形缝处 隧道行人较多，或曲线半径小，视距较短时，小避车洞还可适当加密整体

12、布置原则二、避车洞（3） 整体布置原则 隧道内大、小避车洞应交错设置于两侧边墙内，大避车洞之间设小避车洞 不得将避车洞设于衬砌断面变化处、不同衬砌类型衔接处或变形缝处 隧道行人较多，或曲线半径小，视距较短时，小避车洞还可适当加密二、避车洞碎石道床整体道床避车洞布置图二、避车洞3、避车洞底部标高 直线段且有人行道时避车洞底面与人行道顶面齐平 直线段无人行道时避车洞底面与道碴顶面 (或侧沟盖板顶面)齐平，采用整体道床时，与道床面齐平 采用碎石道床的曲线段隧道上，在各种不同的超高值E时，线路内侧和外侧的避车洞底面低于内轨顶面的高度分别为h1及h2设置原则：便于维修小车和人员避入50超高后内外侧轨枕端

13、头道碴面联线内侧0.33E25h1避车洞未超高时内外侧轨枕端头道碴面联线50150内轨顶面h1内轨顶面EEh2(单位：cm)h2251.33E外侧避车洞避车洞底部标高示意图二、避车洞二、避车洞4 避车洞净空大小括号中数字为小避车洞尺寸(单位：cm）400(200)250(100)280(220)2%275(218)180(170)280(220)R=25030避车洞基本尺寸 避车洞衬砌类型与隧道衬砌类型相适应二、避车洞三、电缆槽1 、概念当铁路通信、信号电缆通过隧道时，为了避免电缆被毁坏、腐蚀，以保证通信、信号工作的安全，应在隧道内设置电缆槽。2 、电缆槽设置要求通信、信号电缆可设在同一电缆槽

14、内通信、信号电缆必须和电力电缆分槽铺设电缆槽应设盖板，盖板顶面应与避车洞底面、水沟盖板顶面或道床顶面齐平三、电缆槽3 、电缆槽构造和材料电缆槽用混凝土浇筑，槽内铺以细砂做垫层，保护穿越隧道的照明、通讯、信号及电力等电缆。为使电缆槽内不积水，每隔35设流水槽一道。 三、电缆槽4、余长电缆槽隧道长度大于500m时，需在设有电缆槽的同侧大避车洞内设置余长电缆槽；隧道长5001000，可在中部设一处；大于1000，每500增设一处；为便于电缆维修时使用余长电缆，槽内除电缆位置以外的空间全部用粗砂回填。1.3 公路隧道附属建筑物为了确保行车安全，在隧道中必须采取措施，使墙面在长期的运营中保持在必要的亮度

15、，墙面须用适当材料处理。（改善环境、提高能见度和吸收噪声）一、内装、顶棚、路面1、内装 2、内装材料要求u 表面光洁，颜色明亮（淡黄色和浅绿色）一、内装、顶棚、路面3、内装材料u 块状混凝土材料容易污染不好清洗，但表面不需处理较经济。u 装饰面板、镶板等质地致密材料不容易污染，清洗容易。u 瓷砖镶面材料容易清洗，要求衬砌表面平整，不吸声。u 油漆材料比混凝土容易清洗，对衬砌表面要求很高，隧道不能漏水，不吸声。 一、内装、顶棚、路面4、顶棚u 目的：顶棚的反射率对提高照明效果有利。u 顶棚材料：用漫反射材料（浅色）一、内装、顶棚、路面5、路面（1）路面要求：具有足够的强度和耐久性。（2）路面材料

16、：混凝土和沥青混凝土二、其他附属设施1、紧急停车带紧急停车带是为故障车辆离开干道进行避让，以免发生交通事故，引起混乱，影响通行能力而专供紧急停车使用的停车位置。（1）概念二、其他附属设施（2）紧急停车带布置目前，我国参照PIARC推荐值，规定2km以上隧道必须设置宽2.5m，长2540的紧急停车带，间隔750m 。紧急停车带和方向转换场布置(单位：m)约750紧急停车带310km以上隧道需设置方向转换场约40二、其他附属设施（3）紧急停车带设置要求紧急停车带间隔一般取500800 m；汽车专用隧道取500 m，隧道长度大于600 m时即应在中间设置一处；混合交通隧道取800 m，隧道长度大于9

17、00 m时即应在中间设置一处。 二、其他附属设施（4）紧急停车带照片二、其他附属设施2、救援通道3、联络通道4、紧急出口5、应急通信系统6、消火栓系统7、火灾时的防排烟系统8、定点消防1.4 围岩分级一、概述1、围岩 指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体（土体），或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体(这里所指的岩体是土体与岩体的总称)。 2、围岩稳定性指坑道开挖后围岩自身在不支护条件下的稳定程度。一、概述2、开挖后的稳定性分类1)充分稳定的：有足够的自稳能力 2)基本稳定的：产生局部掉块，但不会引起坑道的坍塌 。3)暂时稳定的：开挖后呈现出不同程度的坍塌，坍塌后的坑道处于暂时稳定

18、状态。 4)不稳定的：随挖随坍，常常要先支后挖。 二、围岩分级方法1、目的作为选择施工方法的依据；进行科学管理及正确评价经济效益；确定结构上的荷载(松散荷载)；给出衬砌结构的类型及尺寸；作为制定劳动定额、材料消耗标准的基础等。2、方法第类：与岩性有关的要素，例如分为硬岩、软岩、膨胀岩等。第类：与地质构造有关的要素，如软弱结构面的分布与性态、风化程度等。第类：与地下水有关的要素。三、铁路隧道围岩分级目前铁路隧道围岩基本分级， （稳定不稳定）分为6级 。1、围岩分级的基本因素（1）岩石坚硬程度岩石划分为极硬岩、硬岩、较软岩、软岩和极软岩 5类岩石类别 单轴饱和抗压极限强度(MPa) 代 表 性 岩 石 硬质岩 极硬岩60 花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩；硅岩、钙质胶结的砾岩及砂岩、石灰岩、白云岩等沉积岩；片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩 硬 岩3060软质岩 较软岩1530 凝灰岩等喷出岩；砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、