山岭隧道的组成

1、 s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e r s I t y西南交通大学Southwest Jiaotong University山岭隧道课程第 二 讲隧 道 组 成张俊儒 副教授山岭隧道的组成第1页 隧道洞门 隧道横断面 隧道支护结构 隧道明洞 铁路隧道从属建筑物 公路隧道从属建筑物主要内容山岭隧道的组成第2页 隧道结构可分为主体建筑物和从属建筑物。前者是为了保持隧道稳定，确保隧道正常使用而修建，由洞身支护结构及洞门组成，在线路洞口附近轻易坍塌或有落石危险时则需要加筑明洞；隧道从属建筑物指确保隧道正常使用所需要各种辅助设施。山岭隧道的组成第3页

2、山岭隧道的组成第4页 隧道洞门1）洞门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 山岭隧道的组成第5页2）洞门形式洞口环框 洞口石质坚硬稳定，地形陡峻无排水要求； 隧道洞门山岭隧道的组成第6页2）洞门形式端墙式（一字式）洞门 适合用于地形开阔，石质较稳定地域； 隧道洞门山岭隧道的组成第7页2）洞门形式端墙式（一字式）洞门 隧道洞门 贵金高速公路大关隧道山岭隧道的组成第8页2）洞门形式翼墙式（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，在端墙式洞门单侧或双侧设置翼墙。 隧道洞门山岭隧道的组成第9页2）洞门形式柱式洞门 地形较陡（级围岩），仰拱有下滑可能性，又受地

3、形或地质条件限制，不能设置翼墙时，可在端墙中部设置2个（或4个）断面较大柱墩，以增加端墙稳定性。 隧道洞门山岭隧道的组成第10页2）洞门形式台阶式洞门 当洞门位于傍山侧坡地域，洞门一侧边仰坡较高时，为了提升靠山侧仰坡起拔点，降低仰拱高度，将端墙顶部改为逐层升高台阶形式。 隧道洞门山岭隧道的组成第11页2）洞门形式斜交式洞门 当隧道洞口地面等高线斜交时，为了缩短隧道度度、降低挖方数量，可采取平行于等高线与线路呈斜交洞口。 隧道洞门山岭隧道的组成第12页2）洞门形式喇叭口式洞门 高速铁路隧道，为了减缓高速列车空气动力学效应，对单线隧道，普通设喇叭口缓冲段，同时兼作隧道洞门。 隧道洞门山岭隧道的组成

4、第13页其它洞门隧道雁门关隧道 隧道洞门山岭隧道的组成第14页 隧道净空是指隧道衬砌内轮廓线所包围空间。铁路隧道净空是依据“隧道建筑限界”确定，而“隧道建筑限界”是依据“基本建筑限界”制订，“基本建筑限界”又是以“机车车辆限界”制订。 “限界”是一个要求轮廓线，这种轮廓线以内空间是确保列车安全运行所必需。 “建筑限界”是建筑物不得侵入一个限界。隧道横断面（一）铁路隧道净空山岭隧道的组成第15页1.机车车辆限界 机车车辆最外轮廓限界尺寸。2.基本建筑限界 线路上各种建筑物和设备均不得侵入轮廓线。3.隧道建筑限界 包围“基本建筑限界”外邻轮廓线。要比“基本建筑限界”大，留出空间用于安装通讯信号、照

5、明、电力(接触网)等设备。 4.直线隧道净空 “直线隧道净空”比“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，还考虑了衬砌结构合理受力形状(拱部采取三心圆，边墙采取直墙式或曲墙式)及施工方便等原因。隧道横断面（一）铁路隧道净空山岭隧道的组成第16页隧道横断面（一）铁路隧道净空山岭隧道的组成第17页隧道横断面（一）隧道净空山岭隧道的组成第18页 各级公路隧道建筑限界如图所表示，在建筑限界内不得有任何部件侵入。建筑限界高度，高速公路、一级公路、二级公路取5.0m；三、四级公路取4.5m。 隧道横断面（二）公路隧道净空山岭隧道的组成第19页 公路隧道内轮廓设计除应符合隧道建筑限界要求

6、外，还应满足洞内路面、排水设施、装饰需要，并为通风、照明、消防、监控、运行管理等设施提供安装空间，同时考虑围岩变形、施工方法影响预留富裕量，使确定断面形式及尺寸符合安全、经济、合理标准。 隧道横断面（二）公路隧道净空山岭隧道的组成第20页两车道公路隧道净空断面 隧道横断面（二）公路隧道净空山岭隧道的组成第21页隧道横断面（二）公路隧道净空山岭隧道的组成第22页隧道支护结构 开挖后隧道，为了保持围岩稳定性，普通需要进行支护和衬砌。 支护主要方式有：锚杆、钢架、钢筋网、喷射混凝土及其组合； 衬砌主要方式有：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。山岭隧道的组成第23页复合式衬砌

7、结构宏观结构：早期支护；二次衬砌；防水结构；其它结构：水沟、电缆槽、填充山岭隧道的组成第24页早期支护：锚杆；喷射混凝土；钢架；钢筋网。复合式衬砌结构山岭隧道的组成第25页早期支护：锚杆；喷射混凝土；钢架；钢筋网。复合式衬砌结构山岭隧道的组成第26页早期支护：锚杆；喷射混凝土；钢架；钢筋网。复合式衬砌结构山岭隧道的组成第27页早期支护：锚杆；喷射混凝土；钢架；钢筋网。复合式衬砌结构山岭隧道的组成第28页早期支护：锚杆；喷射混凝土；钢架；钢筋网。复合式衬砌结构山岭隧道的组成第29页二次衬砌：建筑材料；结构要求。复合式衬砌结构山岭隧道的组成第30页防水及排水体系：土工布；防水层；环向及纵向盲管边沟

8、；中心水沟排水管；集水井复合式衬砌结构山岭隧道的组成第31页隧道支护（一）锚杆山岭隧道的组成第32页隧道支护（一）锚杆山岭隧道的组成第33页隧道支护 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支护约束围岩变形。在早期支护内设置钢拱架将增大支护结构早期刚度，阻止围岩过分变形并承受部分松弛荷载。钢架分为型钢和格栅钢架两种。（二）钢架山岭隧道的组成第34页隧道支护（二）钢架（型钢）型钢钢架接头(尺寸单位:mm)山岭隧道的组成第35页隧道支护（二）钢架（格栅）山岭隧道的组成第36页隧道支护（二）钢架（格栅）山岭隧道的组成第37页隧道支护（三）钢筋网 钢筋网喷射混凝土是在喷射混凝土

9、之前，在岩面上挂设钢筋网，然后再喷射混凝土。当前，我国在各类隧道工程中应用钢筋网喷射混凝土支护比较多，主要用于软弱破碎围岩，而更多是与锚杆或者钢拱架组成联合支护。 钢筋网通常作环向和纵向布置。环向筋普通为受力筋，由设计确定，直径12mm左右；纵向筋普通为结构筋，直径610mm；网格尺寸普通为20cmx20cm, 20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm或30cmx30cm。山岭隧道的组成第38页隧道支护（三）钢筋网山岭隧道的组成第39页隧道支护（四）喷混凝土 喷射混凝土既是一个新型支护结构，又是一个新施工工艺。它是使用混凝土喷射机，按一定混合程序，将掺有速凝剂细石混凝土，喷射

10、到岩壁表面上，并快速固结成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。 喷射混凝土能够作为隧道工程永久性或暂时性支护，也能够与各种形式锚杆、钢拱架、钢筋网等组成组合式支护结构。它灵活性也很大，能够依据需要分次追加厚度。山岭隧道的组成第40页隧道支护（四）喷混凝土山岭隧道的组成第41页隧道支护（五）各种办法组合支护山岭隧道的组成第42页隧道支护（五）各种办法组合支护山岭隧道的组成第43页隧道衬砌 隧道开挖后，以较大厚度和刚度整体模筑混凝土作为隧道结构。 整体式衬砌按照工程类比、不一样围岩级别采取不一样衬砌厚度。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）整体式混凝土衬砌山岭隧道

11、的组成第44页隧道衬砌结构1）直墙式衬砌 适合用于地质条件比很好，以垂直围岩压力为主而水平围岩压力较小情况。主要适合用于级围岩，直墙式衬砌由上部拱圈、两侧竖直边墙和下部铺底三部分组合而成。（一）整体式混凝土衬砌拱顶拱腰拱脚墙脚铺底山岭隧道的组成第45页隧道衬砌结构（一）整体式混凝土衬砌山岭隧道的组成第46页隧道衬砌结构2）曲墙式衬砌 曲墙式衬砌适合用于地质较差，有较大水平围岩压力情况。主要适合用于级及以上围岩，或级围岩双线隧道；多线隧道也采取曲墙有仰拱衬砌。 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）整体式混凝土衬砌拱顶拱腰拱脚墙脚仰拱山岭隧道的组成第47页隧道衬砌结构

12、2）曲墙式衬砌 （一）整体式混凝土衬砌2）曲墙式衬砌 在级围岩无地下水，且基础不产生沉降情况下可不设仰拱，只做铺底；普通均需设仰拱，以抵抗隧道底部围岩压力和预防衬砌沉降，并使衬砌形成一个环状封闭整体结构，以提升衬砌承载能力。山岭隧道的组成第48页隧道衬砌结构2）曲墙式衬砌 （一）整体式混凝土衬砌山岭隧道的组成第49页隧道衬砌结构 复合式衬砌是指把衬砌分成两层或两层以上，能够是同一个形式、方法和材料施作，也能够是不一样形式、方法、时间和材料施作。 当前大都采取内外两层衬砌。按内外衬砌组合情况可分为：早期支护与二次衬砌。依据围岩条件不一样，分别采取不一样断面形式和支护、衬砌参数。（二） 复合式衬砌

13、山岭隧道的组成第50页隧道衬砌结构 复合式衬砌是先在开挖好洞壁表面喷射一层早强混凝土(有时也同时施作锚杆)，凝固后形成薄层柔性支护结构(称早期支护)。它既能允许围岩有一定变形，又能限制围岩产生有害变形，其厚度多在520cm 之间。 普通待早期支护与围岩变形基本稳定后再施作内衬。为了预防地下水流入或渗透隧道内，能够在外衬和内衬之间设防水层，其材料可采取软聚氯乙烯薄膜、聚异丁烯片、聚乙烯等防水卷材，或用喷涂防水涂料等。（二） 复合式衬砌山岭隧道的组成第51页隧道衬砌结构 复合式衬砌能够满足早期支护施作及时、刚度小、易变形要求，且与围岩密贴，从而能保护和加固围岩，充分发挥围岩自承作用。 二次衬砌后，

14、衬砌内表面光滑平整，能够预防外层风化，装饰内壁，增强安全感，是一个合理结构形式，也是当前公路、铁路隧道主要结构形式。（二） 复合式衬砌山岭隧道的组成第52页隧道衬砌结构（二） 复合式衬砌山岭隧道的组成第53页隧道衬砌结构 锚喷式衬砌是指锚喷结构既作为隧道暂时支护，又作为隧道永久结构（单层衬砌）形式。它含有隧道开挖后衬砌及时、施工方便和经济显著特点。 锚喷式衬砌在围岩整体性很好军事工程、各类用途使用期较短及主要性较低隧道中广泛使用。在公路、铁路隧道设计规范中，都有依据隧道围岩地质条件、施工条件和使用要求可采取锚喷衬砌要求。（三）锚喷式衬砌山岭隧道的组成第54页隧道衬砌结构 铁路隧道设计要求中要求

15、，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。 碰到以下情况时不应采取锚喷衬砌：地下水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地域冻害地段；有其它要求隧道。（三）锚喷式衬砌山岭隧道的组成第55页隧道衬砌结构 装配式衬砌是将衬砌分成若干块构件，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衬砌。 这种衬砌特点是：拼装成环后马上受力，便于机械化施工，改进劳动条件，节约劳力。 当前多在使用盾构法施工城市地下铁道和水底隧道中采取。在铁路、公路隧道中因为装配式衬砌要

16、求有一定机械化设备，施工工艺复杂，衬砌整体性及抗渗性差而未能推广使用。（四）装配式衬砌山岭隧道的组成第56页 隧道明洞 明洞是隧道一个改变形式，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。这么修筑构筑物，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。 山岭隧道的组成第57页 隧道明洞山岭隧道的组成第58页 隧道明洞 明洞普通修筑在隧道进出口处，当碰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安全时，均需要修建明洞。它是隧道洞口或线路上起防护作用主要建筑物，在铁路线上使用较多。 明洞结构类

17、型常因地形、地质和危害程度不一样，有各种形式，采取最多为拱式明洞和棚式明洞两种。 山岭隧道的组成第59页 隧道明洞地质差且洞顶覆盖层较薄，用暗挖法难以进洞时山岭隧道的组成第60页 隧道明洞（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山岭隧道的组成第61页 隧道明洞（1）拱式明洞半路堑式偏压型半路堑式单压型山岭隧道的组成第62页 隧道明洞（2）棚式明洞 有些傍山隧道，地形自然横坡比较陡，外侧没有足够场地设置外墙及基础或确保其稳定，这时采取另一个建筑物棚式明洞。 棚式明洞常见结构形式：盖板式刚架式悬臂式山岭隧道的组成

18、第63页 隧道明洞（2）棚式明洞钢架式明洞盖板式明洞山岭隧道的组成第64页 隧道明洞（2）棚式明洞钢架式明洞渝湘高速老虎山隧道 山岭隧道的组成第65页 铁路隧道从属建筑物 为了使隧道正常使用，确保列车安全运行，除主体建筑物外，还必须修筑一些从属建筑物。其中包含：防排水设施，电力及通信信号安放设施等。 山岭隧道的组成第66页 隧道永久性防排水是经过防排水工程办法实现。 经过理论和实践经验总结，提出了“截、防、堵、排结合，因地制宜，综合治理”标准。（一）防排水设施 铁路隧道从属建筑物山岭隧道的组成第67页 截：截断地表水和地下水流入隧道通道，洞口地表设天沟等截水沟以及地表陷穴等整改； 防：预防地下

19、水从衬砌背后渗透隧道内，充分利用混凝土自防水能力，以及在衬砌与支护之间设置防水层；（一）防排水设施 铁路隧道从属建筑物山岭隧道的组成第68页 堵：向支护背后压注水泥砂浆，用以充填支护与围岩间空隙，以堵住地下水通道，并使支护与围岩形成整体，改进支护受力条件； 排：将地下水排入隧道内，再经由洞内排水沟（排水沟及盲沟）排走。（一）防排水设施 铁路隧道从属建筑物山岭隧道的组成第69页（一）防排水设施 铁路隧道从属建筑物山岭隧道的组成第70页（一）防排水设施 铁路隧道从属建筑物山岭隧道的组成第71页1）避车洞 当列车经过隧道时，为了确保洞内行人、维修人员及维修设备(小车、料具)安全，在隧道两侧边墙上交织

20、均匀修建人员躲避及放置车辆、料具洞室叫避车洞。 避车洞依据其断面尺寸大小分为大避车洞及小避车洞两种。 铁路隧道从属建筑物山岭隧道的组成第72页（二）铁路隧道从属建筑物 铁路隧道从属建筑物山岭隧道的组成第73页（二）铁路隧道从属建筑物 铁路隧道从属建筑物山岭隧道的组成第74页 (1)大避车洞 在碎石道床隧道内，每侧相隔300 m布置一个大避车洞，在整体道床隧道内，因人员行车待避较方便，且线路维修工作量较小，可相隔420 m布置。(2)小避车洞 不论在碎石道床或整体道床隧道内，每侧边墙上应在大避车洞之间间隔60m (双线隧道按30m)布置一个小避车洞。 铁路隧道从属建筑物山岭隧道的组成第75页2）电力及通信设施电缆槽：电缆槽用混凝土浇筑，可与水沟同侧并与水沟并行，或设置在水沟异侧。槽内铺以细砂做垫层，低压电缆可直接放在垫层面上，高压电缆则吊在槽边预埋托架上。槽顶设有盖板防护。 铁路隧道