第8章 隧道工程

TunnelEngineering土木建筑与力学学院第8章隧道工程第8章隧道工程学习提示【教学要求】了解隧道工程的种类、特点及基本构造;【教学重点】隧道工程的种类、特点及基本构造。【教学难点】隧道工程的特点及基本构造。第8章隧道工程

8.1隧道工程的基本概念

什么是隧道？隧道通常指用作地下通道的工程建筑物。1970年国际经济合作与发展组织召开的隧道会议综合了各种因素，对隧道下的定义为：“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。”第8章隧道工程

8.2隧道的种类

8.2.1交通隧道1.铁路隧道乌鞘岭隧道从1829年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。第8章隧道工程

8.2隧道的种类

8.2.1交通隧道1.铁路隧道大瑶山隧道军都山隧道第8章隧道工程

8.2隧道的种类

8.2.1交通隧道2.公路隧道随着社会生产的发展，高速公路的出现，要求线路顺直、平缓、路面宽敞，于是在穿越山区时，也常采用隧道方案。此外，在城市附近，为避免平面交叉，利于高速行车，也常采用隧道方式通过。第8章隧道工程

8.2隧道的种类

8.2.1交通隧道2.公路隧道第8章隧道工程

8.2隧道的种类

8.2.1交通隧道3.水底隧道

当交通线横跨河道时，采用水底隧道，既不影响河道通航，也避免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，防护层厚，是国防上的较好选择。为横跨黄浦江，上海已修建了全长2793m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。

第8章隧道工程

8.2隧道的种类

8.2.1交通隧道水底隧道一般分水底段和河岸段，后者又有暗埋、敞开及出口部分。第8章隧道工程

8.2隧道的种类

8.2.1交通隧道4.地下铁道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设施。它可以使很大一部分地面客流转入地下，可以高速行车，且可缩短车次间隔时间，节省了乘车时间，便利了乘客的活动。在战时，起到人防的功能。第8章隧道工程

8.2隧道的种类

8.2.1交通隧道6.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。第8章隧道工程

8.2隧道的种类

8.2.2水工隧道水工隧道：是水利工程和水利发电枢纽的一个重要组成部分。主要包括：引水隧道：把水引入水电站发电机组产生动力资源。尾水隧道：把发电机组排出的废水送出去的隧道。导流隧道（泄洪隧道）：疏导水流排沙隧道：用于冲刷水库中淤积的泥沙而修建的隧道清江水布垭引水隧道二滩电站尾水隧道二滩电站导流隧道第8章隧道工程

8.2隧道的种类

8.2.2水工隧道人工塑造异重流排沙两种流体之间容重的差异是形成异重流的根本原因。第8章隧道工程

8.2隧道的种类

8.2.2水工隧道异重流的概念:两种密度(比重)相差不大、可以相混的流体，在条件适宜时因密度差异产生的相对运动，但在运动过程中不发生全局性紊动掺混的相对运动。水库中的异重流3.清水，2.异重流，3.潜入点，4.飘浮物，5.浑水明流异重流超越障碍物及爬高a)超越障碍物;b)爬高1.清水;2.异重流第8章隧道工程

8.2隧道的种类

8.2.3市政隧道市政隧道：是城市中为安置各种不同市政设施的地下孔道。主要有：给水隧道、污水隧道、管路隧道、线路隧道、人防隧道。(例如：综合管网、海底设施隧道等)第8章隧道工程

8.2隧道的种类

8.2.4矿山隧道矿山隧道：其作用主要是为采矿服务的。主要有：运输巷道、给水隧道、通风隧道。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.1隧道结构的组成隧道结构构造，由主体构造物和附属构造物两大类组成。主体构造物通常指洞身衬砌和洞门构造物。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，衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定。附属构造物是主体构造物以外的其它建筑物，是为了运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.1隧道结构的组成第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构开挖后的隧道，为了保持围岩的稳定性，一般需要进行支护和衬砌。

支护的主要方式有：锚杆、钢架、钢筋网、喷射混凝土及其组合；

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。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构（一）锚杆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。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构喷锚支护流程：开挖－喷混凝土－打锚杆第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构（二）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部分的松弛荷载。钢架分为型钢和格栅钢架两种。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构钢拱架第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构（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6~10mm；网格尺寸一般为20cmx20cm,20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm或30cmx30cm。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构（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，喷射到岩壁表面上，并迅速固结成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构（1）整体式混凝土衬砌直墙式衬砌：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。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构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。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。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构在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。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构（2）复合式衬砌

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。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构（2）复合式衬砌复合式衬砌是先在开挖好的洞壁表面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5~20cm之间。一般待初期支护与围岩变形基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。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构（2）复合式衬砌第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构（2）复合式衬砌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，衬砌内表面光滑平整，可以防止外层风化，装饰内壁，增强安全感，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。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构（2）复合式衬砌第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.2隧道洞身衬砌结构（3）装配式衬砌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。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.3隧道洞门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（1）环框洞口洞口石质坚硬稳定，地形陡峻无排水要求；第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.3隧道洞门（2）端墙式（一字式）洞门适用于地形开阔，石质较稳定的地区；第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.3隧道洞门（3）翼墙式（八字式）洞门洞口地质较差（Ⅳ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。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.3隧道洞门（4）柱式洞门地形较陡（Ⅳ级围岩），仰拱有下滑的可能性，又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时，可在端墙中部设置2个（或4个）断面较大的柱墩，以增加端墙的稳定性。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.3隧道洞门（5）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。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.3隧道洞门（6）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。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.3隧道洞门（7）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，一般设喇叭口缓冲段，同时兼作隧道洞门。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.4隧道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。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安全时，均需要修建明洞。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.4隧道明洞地质差且洞顶覆盖层较薄，用暗挖法难以进洞第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.5附属建筑物附属建筑物为了使隧道正常使用，保证列车安全运营，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。（1）防排水设施堵：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，并使支护与围岩形成整体，改善支护受力条件；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。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.5附属建筑物第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.5附属建筑物（2）铁路隧道附属建筑物避车洞当列车通过隧道时，为了保证洞内行人、维修人员及维修设备(小车、料具)的安全，在隧道两侧边墙上交错均匀修建的人员躲避及放置车辆、料具的洞室叫避车洞。避车洞根据其断面尺寸的大小分为大避车洞及小避车洞两种。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.5附属建筑物第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.5附属建筑物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，或设置在水沟的异侧。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的托架上。槽顶设有盖板防护。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.6隧道主要建造方法（1）矿山法因最早应用于矿石开采而得名，它包括上面已经提到的传统方法和新奥法。由于在这种方法中，多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖，故又称为钻爆法。有时为了强调新奥法与传统矿山法的区别，而将新奥法从矿山法中分出另立系统。第8章隧道工程

8.3隧道结构组成及建造方法

8.3.6隧道主要建造方法

传统矿山法与新奥法施工的区别

新奥法

传统矿山法

临时支护

喷锚支护

木支撑为主、钢支撑

永久支护

复合式衬砌

单层模注混凝土衬砌

支

护

闭合支护

强调

不强调

控制爆破

必须采用

可采用

量测

必须采用

无

施工方法

分块较少

分块较多