公路隧道工程第五六章

第五章结构体系一、隧道结构体系概述二、支护结构选用的原则三、锚喷支护四、隧道结构体系设计方法一、隧道结构体系概述

隧道的结构体系是由围岩和支护结构共同组成的。其中围岩是主要的承载元素，支护结构是辅助性的，但通常也是必不可少的，在某些情况下，支护结构主要起承载作用。这就是按现代岩石力学原则设计支护结构的基本出发点。

隧道开挖前岩体处于初始应力状态，谓之一次应力状态；开挖隧道后引起了围岩应力的重分布，同时围岩将产生向隧道内的位移，形成了新的应力场，称之为围岩的二次应力状态，这种状态受到开挖方式(爆破、非爆破)和方法(全断面开挖、分部开挖等)的强烈影响。如果隧道围岩不能保持长期稳定，就必须设置支护结构，从隧道内部对围岩施加约束，控制围岩变形，改善围岩的应力状态，促使其稳定，这就是三次应力状态。显然这种状态与支护结构类型、方法以及施设时间等有关。三次应力状态满足稳定要求后就会形成一个稳定的洞室结构，这样，这个力学过程才告结束。二支护结构选用的原则

支护结构的基本作用在于：与围岩一起组成一个有足够安全度的隧道结构体系，能承受可能出现的各种荷载；保持隧道断面的使用净空；防止围岩质量的进一步恶化；提供空气流通的光滑表面。因此，任何一种类型的支护结构都应具有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工的可能性。（一）支护结构的基本要求1.必须能与围岩大面积地牢固接触，即保证支护结构与围岩作为一个整体进行工作。重视早期支护的作用，并使早期支护与永久支护相互配合，协调一致地工作。要允许隧道围岩能产生有限制的变形，以充分发挥围岩的承载能力而减少对支护结构的不利作用，使两者更加协调的工作。4.必须保证施作支护结构的及时性。5.作为支护结构要能根据隧道围岩的动态(位移、应力等)，及时地进行调整和修改，以适应不断变化的围岩状态。（二）支护结构类型根据其使用目的，支护结构可分为：防护型支护

构造型支护

承载型支护

根据其施作的时间先后顺序，支护结构可分为：超前预支护

初期支护二次衬砌

（一）喷锚支护的基本概念1)喷锚支护是①喷混凝土支护、②喷混凝土+锚杆支护、③喷混凝土+锚杆+钢筋网支护、④喷混凝土+锚杆+钢筋网+钢架支护的统称，三、锚喷支护

﹙2﹚射混凝土衬砌是利用泵或高压风作动力，把混凝土混合料通过喷射机、输料管及喷头直接喷射到隧道围岩壁上的支护方法。

﹙3﹚锚杆是一种锚固在岩体内部的杆状体，锚杆支护是通过锚入岩体内部的钢筋，与岩体融为一体，达到提高围岩的力学性能、改善围岩的受力状态，实现加固围岩、维护围岩稳定的目的。（一）喷锚支护的基本概念

﹙4﹚是一种支护及时，加固围岩，控制围岩变形，能充分利用和发挥围岩自承能力的支护衬砌形式，具有柔性、紧贴围岩、与围岩共同变形等特点（一）喷锚支护的基本概念（二）喷混凝土衬砌作用机理﹙1﹚粘接作用

增加了围岩切向方向的约束力，使围岩与喷层共同作用。（二）喷混凝土衬砌作用机理﹙2﹚弯曲压缩作用

由于向内产生径向变位受到弯曲压缩，对围岩施加了径向约束力。（二）喷混凝土衬砌作用机理﹙3﹚抗剪切作用

抵抗围岩局部松动岩块向洞内滑移（二）喷混凝土衬砌作用机理﹙4﹚楔效应，嵌入岩缝。﹙5﹚减少局部集中应力。﹙6﹚防止发生风化。（三）喷混凝土衬砌施工基本要求

第一.隧道开挖后及时施作;

第二.与围岩紧密粘结、不留空隙，与围岩共同工作。第三.分多层喷射，达到设计厚度。（四）锚杆的作用机理﹙1﹚悬吊作用把围岩局部松动可能向洞内滑移的岩块锚固定起来（四）锚杆的作用机理﹙2﹚组合梁作用把水平层状岩体叠合组成组合梁（锚杆群）（四）锚杆的作用机理﹙3﹚缝缀作用增加整体性（即增加裂缝之间的摩擦力）

（四）锚杆的作用机理﹙4﹚内压作用向围岩施加经向的约束压应力（五）永久锚杆的技术上要求

第一要确保锚杆全长注浆饱满，与岩体连成整体；第二要求锚杆达到使用耐久，避免松驰、锈蚀、腐蚀损坏。锚杆种类如下：1全长粘结型锚杆;2端头锚固型锚杆;3摩擦型锚杆;4预应力锚杆。在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩竖条件下亩，锚杆队应按系壳统锚杆蛙设计，厚并符合狸下列规底定：1锚杆一迹般应沿可隧道周店边径向锋布置，渗当结构恢面或岩剑层层面塑明显时崇，锚杆狼应与岩困体主结梢构面或止岩层层虚面成大传角度布存置。2锚杆应袖按矩形姻排列或衔梅花形县排列。3锚杆间距谢不得大于1.5带m。间距栋较小时哭，可采境用长短术锚杆交违错布置炕。4两车道隧兼道系统锚段杆长度一湿般不小于2.0驰m，三车凭道隧道孟系统锚李杆长度侦一般不速小于2.5m。系统锚杆呜布置方式违有梅花形阳排列和矩适形排列梅花形笼排列径矩形厦排列在围岩绑条件较立差地段昨、或地播面沉降守有严格妄限制时哗，应在湾初期支斥护内增今设钢架上。常用狡的钢架添有：钢筋格栅争钢架、工字钢钢转架、U型钢钢架和H钢钢架。钢架支护摔宜优先选任用格栅钢眉架支护。四红隧道爪结构体都系设计嫂方法（一）结茫构力学方浑法1.荷载—结构模臭型的建业立图5-24荷载—结构模耀型2.作用(荷载)组成采用荷载—结构模型重分析支护柱结构内力嫂时，其中医最重要的禾是确定围麦岩的松动饺压力，支挂护结构自小重可按预旺先拟定的砖结构尺寸惹和材料容蜻重计算确随定。（二）链岩体力抽学方法在隧道结胃构体系中浅，一方面戴围岩本身付由于支护雪结构提供浑了一定的悉支护抗力种，而引起搅它的应力产调整，从眯而达到新料的稳定；脑另一方面漂由于支护纺结构阻止丹围岩变形合，也必然元要受到围浪岩给予的费反作用力盗而发生变框形。这种种反作用力砖和围岩的欺松动压力篮极不相同诞，它是支挥护结构和崖围岩共同旬变形过程绞中对支护雄施加的压泛力，故可烤称为“形变压力”。目前对于前这种模型吼求解方法君有解析法穿、数值哥法、特兵征曲线灵法三种。1、解析换法该方法尾根据所鲜给定的蛾边界条团件，对狗问题的配平衡方揭程、几晒何方程顷和物理财方程直手接求解岁。2、数值痛方法对于几滤何形状诞和围岩展初始应治力状态滩都比较饶复杂的蹈隧道，罩一般需齐要采取尾数值方骆法，尤数其是需壳要考虑叉围岩的腔各种非少线性特鸦性时。激该方法升主要是加指有限加单元法吗，它是绩把围岩跌和支护舱结构都毒划分为毛单元，鞋然后根出据能量彩原理建伞立起整奇个系统芒的虚功惜方程，克也称刚度方程，从而求扣出系统上砍各节点的顶位移以及诱单元的应择力。3、特征曲臭线法特征曲夕线法也笨称为“收敛—约束”法，篮是用围姿岩的支河护需求颠曲线和享支护结锦构的补肆给曲线置以求得映达到稳阀定状态培时支护应结构的振内力。特征曲索线法的零基本原雁理是：弃隧道开参挖后，蚂如无支寒护，围漏岩必然岗产生向哗隧道内销的变形(收敛)。施加趴支护以毁后，支吐护结构故约束了超围岩的像变形(约束)，此时躺围岩与今支护结拢构一起刚共同承跪受围岩君挤向隧迈道的变横形压力蜂。（三）善以围岩牺分级为杰基础的眉经验设粒计方法在大多负数情况歌下，隧葬道支护克体系还康是依赖“经验设伯计”的，并制在实施搬过程中创，依据值量测信勾息加以金修改和哨验证。我们大致奋上可以发卖现在进行望支护结构俩经验设计流时，需要怕注意的几筋点的原则岛是：首先对址隧道围龙岩要有服一个正侨确的分得级在各级销岩体中黄，支护累结构参名数大体权是按下贩述原则蜘选用的助：在施工蜘中应尽刺量少损创害围岩软，使其被尽量保取持原有秃岩体的乞强度，药因此，排应采用边控制爆律破技术满。预计有大云变形和松密弛的情况解下，开挖弓面要全面谎防护(包括正面)，使之有乒充分的约意束效应，岁在分台阶计开挖时，霞上半断面仅进深不宜托过长，以先免影响整君个断面的束闭合时间霜。二次衬弊砌通常盯是模筑政的，在筹修二次底衬砌之扁前要设瞧防水层命，形成厚具有防好水性能途的组合械衬砌。允许甚觉至希望萝岩石出丙现一定狸的变形名，以减青少为完绞成支护供作用所数需的防挥护措施凯。制定详铁细周密秆的量测先计划。喷通过量积测，确恶定所建计立的支代护阻力焰是否和个围岩类南型相适燃应以及恰还需要壳什么样惹的加强木措施等元。支护结驻构的施结工顺序买与正确川地掌握锻岩体的交时间效只应很有龟关系。（四）监宗控设计方像法由于地下励结构的受纱力特点极康其复杂，闪自50年代以旋来，国涌际上就洁开始通狮过对铁忧路隧道刺的量测靠来监视若围岩和苏支护结疮构的状械态，并侮应用现闯场监测不结果修闹改设计冻、指导缺施工。监控设计耐通常包括蕉两个阶段样：施工前若预设计阶娇段和修正婆设计阶段行。监控设计嗽的主要环节包括：踩现场监箭测、数艺据处理尤、信息族反馈三假个方面驶。现场潮监测包阻括：制贞定监测滚方案、抬确定测唱试内容沙、选择范测试手忌段、实绍施监测浆计划。方数据处挥理包括蔑：原始犁数据的助整理、问明确数己据处理惭的目的棵、选择棋处理方床法、提陆出处理臂结果。惹信息反只馈包括从：反馈巨方法(理论反槐馈与经湿验反馈)和反馈的睬作用(修改设抹计与指忙导施工)。第六章尽防排水一、隧尾道防排价水基本伐原则二、隧每道防排绒水系统苍组成三、防排僵水材料四、防水北板无钉铺万设技术隧道防陡排水应故当遵循矿“防、鱼排、堵描、截结洁合，因蠢地制宜浮，综合隆治理”激的原则销，保证火隧道结圈构物和涂运营设榆备的正兔常使用证和行车宁安全。忧隧道建址成后，环应满足卷拱部、寒边墙、坟路面、苦设备箱肾洞不渗视水，隧戚道衬砌配背后不缘瑞积水，盲排水沟乌不冻结欣，车行抬横通道是、人行葱横通道条拱部不捐滴水，裁边墙不泪淌水。一、隧拥道防排兆水基本刚原则二、隧道凝防排水系剪统组成防水工程捆包括衬砌迹柔性防水似工程及衬拨砌漏水防注水工程。晶二次衬砌蓄与喷射砼蔽之间设置熟防水板作进为柔性防签水设施。速衬砌结构数自身要求陕密实。沉陷降缝、伸彼缩缝采用饰背贴式止求水带加中筑埋式橡胶淡止水带防勿水，施工饶缝采用背料贴式止水插带防水加据带注浆管骆的遇水膨捷胀橡胶止兵水条防水凭。排水工程摇包括衬砌根背面排水棒工程、路穴缘排水工推程以及洞膏顶截水工活程。三、防排