公路隧道工程三

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）

（四聪）锚杆绞的作锣用机瓣理﹙4﹚内压作欠用向围岩源施加经酒向的约舰束压应样力（五）永久古锚杆保的技且术上归要求第一截要确脊保锚瓜杆全速长注下浆饱超满，吐与岩崖体连足成整姜体；第二要语求锚杆芬达到使斩用耐久裕，避免傍松驰、乒锈蚀、幕腐蚀损霜坏。锚杆锤种类彻如下挥：1全长吵粘结逆型锚掀杆;2端头示锚固早型锚源杆;3摩擦型抽锚杆;4预应唐力锚狸杆。在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩遇条件下饲，锚杆怜应按系简统锚杆膜设计，判并符合我下列规抱定：1锚杆一织般应沿撇隧道周烧边径向创布置，墓当结构映面或岩彻层层面朝明显时衔，锚杆眠应与岩教体主结眼构面或今岩层层纺面成大死角度布历置。2锚杆应专按矩形史排列或慎梅花形推排列。3锚杆伤间距籍不得剧大于1.衔5m。间倦距较眠小时捏，可嘱采用设长短短锚杆拾交错波布置千。4两车血道隧育道系胳统锚续杆长虎度一戏般不铺小于2.0统m，三车格道隧道栗系统锚弦杆长度负一般不蹈小于2.5岂m。系统锚诉杆布置夕方式有框梅花形笋排列和扮矩形排项列梅花艳形排些列削矩爪形排枕列在围岩颗条件较浇差地段卸、或地勉面沉降卧有严格墨限制时评，应在底初期支鸡护内增迫设钢架尚。常用馅的钢架宽有：钢筋贸格栅缎钢架嚼、工字钢董钢架、U型钢钢碗架和H钢钢叔架。钢架支负护宜优机先选用后格栅钢侧架支护怎。四旱隧道缎结构体她系设计们方法（一指）结撑构力因学方伪法1.荷载—结构模炕型的建拖立图5-爷24荷载—结构医模型2.作用(荷载)组成采用舟荷载—结构筛模型孔分析会支护虚结构腥内力扒时，凤其中存最重印要的培是确邀定围狐岩的步松动慎压力当，支归护结圣构自堡重可惠按预温先拟敬定的歼结构峰尺寸抗和材奋料容火重计惜算确架定。（二）以岩体力赚学方法在隧道撕结构体跃系中，挖一方面赢围岩本絮身由于怪支护结奥构提供厦了一定蹦的支护截抗力，绕而引起刑它的应冤力调整视，从而萌达到新内的稳定州；另一皆方面由旺于支护仍结构阻运止围岩抄变形，唯也必然访要受到眉围岩给接予的反秃作用力营而发生排变形。离这种反理作用力速和围岩新的松动抬压力极亏不相同烛，它是饰支护结抬构和围料岩共同板变形过营程中对哈支护施扔加的压么力，故塌可称为“形变压碰力”。目前很对于摩这种板模型割求解敬方法齿有解析法僻、数值护法、特掀征曲线旺法三种。1、解追析法该方弃法根斗据所绢给定献的边叉界条忍件，洪对问务题的序平衡菜方程园、几齿何方什程和液物理叉方程赴直接选求解荡。2、数双值方度法对于几西何形状希和围岩喷初始应雷力状态舅都比较墨复杂的隙隧道，墙一般需菠要采取株数值方滑法，尤塑其是需令要考虑乓围岩的劣各种非签线性特鸽性时。全该方法转主要是分指有限枪单元法隙，它是篇把围岩梳和支护丹结构都蚊划分为性单元，挥然后根昨据能量痒原理建拦立起整塑个系统股的虚功推方程，酒也称刚度方拢程，从而俊求出系坝统上各摧节点的席位移以带及单元绝的应力歉。3、特蜓征曲迎线法特征曲夺线法也番称为“收敛—约束”法渔，是秋用围霞岩的齐支护岩需求咏曲线凤和支佛护结似构的厅补给灿曲线裂以求科得达姐到稳米定状辨态时绸支护桶结构象的内酷力。特征葛曲线穿法的智基本愉原理责是：谅隧道袜开挖册后，蠢如无企支护床，围肌岩必朵然产洽生向阀隧道劝内的敏变形(收敛)。施破加支美护以瓜后，峡支护释结构票约束惩了围廊岩的雷变形(约束)，此滨时围热岩与档支护哗结构吼一起魄共同鼠承受秃围岩厌挤向灿隧道鉴的变买形压买力。（三叔）以绍围岩絮分级柴为基晒础的房诚经验篮设计矿方法在大返多数旁情况狼下，轿隧道舟支护犁体系惠还是糊依赖“经验彩设计”的，瓦并在铺实施抹过程撞中，扒依据肃量测杏信息敌加以惰修改少和验强证。我们立大致及上可稠以发宫现在葵进行贫支护钱结构灾经验萍设计些时，剧需要辫注意阅的几车点的右原则始是：首先鸦对隧穗道围背岩要愤有一徒个正胁确的妥分级在各级锣岩体中典，支护羞结构参结数大体展是按下副述原则蚊选用的私：在施工扇中应尽澡量少损槐害围岩辰，使其盐尽量保夺持原有天岩体的绵强度，堂因此，校应采用骂控制爆雕破技术童。预计笼有大商变形乡丰和松横弛的具情况启下，舍开挖册面要捷全面乳防护(包括正姥面)，使爽之有悔充分伏的约饰束效望应，达在分阳台阶含开挖慕时，牢上半比断面镜进深济不宜台过长慕，以共免影养响整卖个断刑面的蜻闭合妨时间圣。二次衬于砌通常乐是模筑凳的，在乘修二次高衬砌之柜前要设躬防水层册，形成唇具有防鞠水性能仿的组合贡衬砌。允许甚林至希望鹿岩石出演现一定抬的变形参，以减徐少为完守成支护友作用所舟需的防泄护措施重。制定虾详细真周密塑的量询测计涉划。诵通过粒量测烦，确长定所殊建立奏的支券护阻祸力是抱否和疏围岩党类型仓相适网应以远及还巧需要暑什么控样的赶加强阵措施左等。支护结执构的施备工顺序无与正确辰地掌握蓄岩体的鸡时间效浓应很有资关系。（四交）监芽控设层计方秀法由于地平下结构芬的受力茧特点极价其复杂怒，自50年代肺以来显，国焦际上烈就开讨始通滚过对男铁路过隧道屡的量桃测来破监视以围岩熊和支量护结关构的此状态娃，并去应用息现场枣监测政结果击修改默设计疏、指江导施傅工。监控文设计重通常岩包括近两个桂阶段凑：施梅工前亡预设劈燕计阶堂段和崖修正悠设计届阶段保。监控管设计付的主要晋环节包括：换现场监火测、数蚂据处理诉、信息邮反馈三邮个方面航。现场亮监测包尼括：制逝定监测渡方案、好确定测挺试内容呢、选择地测试手尸段、实僵施监测泥计划。深数据处饱理包括惑：原始聋数据的铃整理、友明确数箱据处理永的目的胀、选择绵处理方粥法、提速出处理巩结果。证信息反彩馈包括暴：反馈薪方法(理论反技馈与经垂验反馈)和反馈循的作用(修改设鸽计与指思导施工)。第六章茂防排水一、隧棉道防排免水基本灵原则二、隧愚道防排霸水系统述组成三、防屠排水材百料四、防暮水板无汽钉铺设崇技术隧道体防排刊水应采当遵嫩循“丝式防、英排、盐堵、撇截结吗合，史因地虾制宜爬，综邮合治父理”辫的原污则，赢保证料隧道关结构坦物和留运营卸设备电的正钞常使侄用和渠行车苦安全咐。隧扩道建课成后吸，应较满足钟拱部听、边梯墙、沃路面属、设搜备箱原洞不唱渗水欧，隧侨道衬耗砌背第后不痰积水策，排塔水沟窑不冻泻结，禽车行慈横通逐道、欣人行袋横通淘道拱提部不燃滴水意，边盐墙不侄淌水工。一、隧慨道防排恶水基本荷原则二、拳隧道字防排禽水系冶统组督成防水工丈程包括午衬砌柔船性防水的工程及兴衬砌漏体水防水叉工程。娘二次衬倦砌与喷贩射砼之虏间设置闪防水板咽作为柔杰性防水崖设施。淋衬砌结猴构自身丸要求密峡实。沉遵降缝、挽伸缩缝轻采用背决贴式止杨水带加溉中埋式裹橡胶止羊水带防瘦水，施偶工缝采屈用背贴青式止水冲带防水纠加带注如浆管的旦遇水膨递胀橡胶弊止水条筐防水。排水息工程闻包括衣衬砌镇背面觉排水赏工程驶、路饮缘排命水工撞程以趋及洞殃顶截姻水工瞧程。三、防顶排水材袋料防水徒层采当用双蜓层结愉构。弹用PE泡沫塑殿料垫衬设做缓冲