学习资料二：认识隧道结构

学习资料二认识隧道构造上节课回顾1.隧道的结构由那几部分组成？围岩、支护、洞门、附属设施。2.隧道及地下工程理论是指哪两个理论？各个理论中结构承载的主体是什么？

松弛荷载理论—支护结构。

围岩承载理论—围岩和支护共同承载。学习内容支护的构造洞门的构造明洞的构造附属设施的构造通风设施的构造第一部分支护的构造支护单层衬砌在隧道内架立模板和模板架，然后浇筑混凝土而成。复合衬砌初期支护：帮助围岩获得稳定的基本手段。内层衬砌：用于后期的安全储备，承受后期围岩压力。拼装衬砌提前预制的构件用机械一环接一环拼装而成的衬砌。

结构层次单一、直观、易于理解和施工。

优点形状和厚度比较复杂，变化较多，受力不

太合理，经济性较差。现在较少采用。缺点一、单层衬砌单层衬砌是按照传统松弛荷载理论设计，在外部支撑围岩，是永久性结构。就形状而言，划分为直墙式衬砌和曲墙式衬砌。

1、直墙式衬砌适应条件：II、III级围岩，岩体坚硬完整，围岩压力以竖向为主，水平侧向压力较小。结构组成：上部拱圈、两侧直边墙和下部底板。两侧边墙是与拱圈等厚的竖直墙，洞内一侧设有排水沟，水沟一侧的边墙要深一些。

2、曲墙式衬砌适应条件：III~V级围岩，岩体松散破碎，围岩压力较大，又有地下水。结构组成：上部拱圈、两侧曲边墙和下部仰拱。1.拱圈厚度是变化的，拱顶处厚度薄，拱脚处变厚。2.内轮廓是一段圆弧，外轮廓上部是一段圆弧，下端变为直线，稍稍向内偏斜。

二、复合衬砌复合衬砌由初期支护和内层衬砌组成。支护防水层二次衬砌复合衬砌

1.复合衬砌主要靠初期支护来维护围岩稳定和安全，内层衬砌作为安全储备而设置。2.总体形状简单，同单层衬砌相比，受力更加合理，承载能力更高，能够适应不同的地质条件。特点

1.支护支护锚喷支护喷射混凝土锚杆钢桁架超前支护超前锚杆超前管棚注浆加固超前小导管超前深孔帷幕

（1）喷射混凝土喷射混凝土：在围岩坑道形成后，将混凝土喷到坑道岩壁上迅速凝结而成的细石混凝土。硬质岩层直接喷射混凝土。松散岩层先支设钢筋网，然后喷射混凝土。喷射工艺分为：干喷、湿喷和混合喷。干喷和湿喷的区别：干喷：喷浆料是按着配合比在无水的情况下拌制的，水是在喷枪的口部加入的。不过施工时粉尘比较大，回弹量较多。但施工机械简单，易于操作。技术含量低。湿喷：喷浆料是按着配合比拌制的，要通过专门的湿喷机械才可以施工。没有什么灰尘，回弹量也少，节省材料。

混凝土湿喷机锚杆系统锚杆整个坑道范围内的围岩局部锚杆局部范围内的围岩超前锚杆开挖前方的围岩混凝土干喷机（2）锚杆锚杆：稳定围岩。砂浆锚杆锚杆施工

（3）钢拱架钢拱架：稳定围岩，限制围岩变形。钢拱架分为花钢拱架和型钢拱架。花钢拱架型钢拱架

（4）超前支护超前支护：对掌子面前方围岩采取的支护措施。掌子面：地下工程或采矿工程中的开挖工作面。超前支护超前锚杆以稍大外插角向开挖方前方围岩内安装的锚杆，适于不太稳定的岩体。超前管棚交较小外插角向开挖前方围岩内安装长钢管，适于很不稳定的岩体。超前锚杆超前锚杆是沿开挖轮廓线，以较大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固(预支护)，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖、装渣、出渣和衬砌等作业。超前锚杆采用直径25mm的钢筋制作，环向间距40cm，向上倾角15°打入围岩，长度320cm，搭接长度109cm，每环数量33跟。洞口段长管棚掘进距离取决于管棚深度

（5）注浆加固注浆加固：在松散软弱岩层中注入胶结材料，使得岩体变得完整坚硬。注浆加固超前小导管注浆超前深孔帷幕冻结法初期支护初期支护应紧跟开挖及时施作，并应及早封闭成环。软弱围岩隧道Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩初期支护封闭位置距离掌子面不得大于35m。隧道开挖过程中应严格管理施工用水，避免浸泡初期支护拱（墙）脚土体。初期支护仰拱施工应快挖、快支、快速封闭。非爆破开挖和爆破开挖仰拱初期支护应分别于8h和12h内完成开挖、架设拱架、喷射混凝土封闭作业。双线Ⅳ、Ⅴ级围岩隧道台阶法施工时，应设置锁脚锚杆（管）、横向临时支撑或临时仰拱等控制拱（墙）脚位移的措施。双线Ⅴ级围岩隧道采用台阶法施工时应设置横向临时支撑或临时仰拱，临时支撑采用型钢，纵向每2榀设1处。

3.防水层防水层：位于初期支护和内层衬砌之间。4.二次衬砌二次衬砌：在初期支护后，待围岩变形基本稳定后施加的。内层衬砌构造类似于单层衬砌，也是采用就地模筑混凝土或者钢筋混凝土。二次衬砌最小厚度要求：铁路公路隧道一般为单车道25cm，双车道30cm。三车道应适当加大。三、拼装衬砌管片

1.拼装施工，不需要养生时间，缩短工期。2.拼装不需要临时支撑，节省了材料。3.预制构件在工厂成批生产，在洞内机械化拼装，改善了工作条件。4.拼装衬砌既可以做单层衬砌用，也可以做内层衬砌用。优点拼装衬砌，接缝多，导致防水性能降低，受力状态降低。缺点上节课回顾1.隧道支护结构类型包括那些？那类衬砌能够有效缩短施工工期？单层衬砌、复合衬砌、拼装衬砌。2.复合衬砌由那两部分组成？

初期支护和二层衬砌。3.初期支护可以通过锚喷支护、超前支护和注浆加固来实现，那么锚喷支护可以通过哪几种方式来实现呢？

喷射混凝土、锚杆、钢拱架。

洞门是隧道两端的外露部分，也是联系洞内衬砌与洞口外路堑的支护结构。对于铁路隧道，隧道的长度就是其进出口洞门墙外表面与线路内轨顶面标高线交点之间的距离；对于公路隧道，隧道的长度就是其进出口洞门墙外表面与路面的交线同路线中线交点间的距离。洞门的主要作用①保证洞口边坡的安全和仰坡的稳定；②把汇集在洞口附近的仰、边坡上的地表水，引离隧道，减少洞口土石方开挖量；③作为隧道的标志性建筑物，应与隧道的规模、使用特性以及周围建筑物、地形条件等要相协调，起到装饰洞口的作用。第二部分洞门的构造-洞门结构的类型-隧道门隧道门指修建在不设明洞的隧道洞口的支挡结构物-明洞门明洞门主要配合明洞结构类型设计棚式明洞门

路堑是低于原地面的挖方路基称为路堑。

什么是路堑？

边坡：在洞口两侧的坡。

仰坡：隧道洞口上方顺着隧道线路方向的坡。

什么是隧道的边坡和仰坡？

洞门设计原则：早进晚出隧道施工中，洞口段围岩一般比较破碎、地质条件较差，应遵循尽量减少对岩体扰动的原则，以提高洞口段岩体和边、仰坡的稳定性。《设计规范》及《施工规范》均作了洞口位置规范性要求，强调“早进洞、晚出洞”，即适当延长洞口和隧道的长度,尽量避免对山体的大挖大刷，提倡零开挖洞口.让隧道洞口周围的植被得到妥善保护,维护原有的生态地貌。洞门力求与自然环境、人文景观相协调。在保持边、仰坡稳定的前提下，及时施作洞口，并在进洞之前，结合洞口的实际情况，先作好洞口地表的防排水措施。在大断面、浅埋和地质条件差的情况下通常采用地表预注浆、超前长管棚注浆等预加固措施。

端墙式洞门削竹式洞门柱式洞门翼墙式洞门环框式洞门台阶式洞门遮光棚式洞门喇叭口式洞门主要洞门类型1.端墙的作用主要是抵挡洞口正面上的仰坡土压力。2.适用于岩质稳定的Ⅲ级以上围岩和地形开阔的地区。3.仰坡流下来的水汇集到排水沟中去。端墙式洞门4.端墙的高度约在11.0m上下。端墙厚度应按挡土墙的方法计算，但不应小于：浆砌片石—0.5m；片石混凝土—0.5m；混凝土、块石—0.3m；钢筋混凝土—0.2m。端墙宽度与路堑横断面相适应。1.环框式洞门，即只镶饰隧道衬砌两端部分，适用条件：洞口石质坚硬、地形陡峻、坡面稳定且无排水。2.洞口段衬砌加厚形成洞口环框，取消端墙。3.作用：加固洞口段衬砌，减少洞口段对雨水的侵蚀。

4.环框微向后倾，倾斜度与仰坡一致。环框式洞门1.削竹式洞门是在环框式洞门基础上变化而成。2.洞身衬砌接长，伸出洞外，取消端墙。3.作用：有效减小汽车或列车进入洞口时的气压冲击力。削竹式洞门1.适用条件：岩体稳定性差，纵坡推力大。受地形限制，又不宜设置翼墙，只能在端墙式洞口的基础上在洞口两侧设置两个断面较大的柱墩。2.作用：增加端墙稳定性。凸出线条，较为美观。3.柱式洞门工程量较翼墙式洞门大，造价较高，施工也较为复。柱式洞门1.适用条件：洞口边仰坡稳定性差，仰坡纵向推力大。2.翼墙式洞门是在端墙式洞门的基础上设置单侧或双侧翼墙。3.作用：端墙和翼墙共同抵抗仰坡纵向推力，增加洞门的抗滑走和抗倾覆能力。4.排水：洞顶上的水，通过凹槽引至路堑边沟。翼墙式洞门台阶式洞门当洞门处于傍山侧坡地区，地面横坡较陡，洞门一侧边坡较高时，为了减小仰坡高度及外露坡长，可以将端墙一侧顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形的特点，减少仰坡土石开挖量。这种洞门也有一定的美化作用。

作用：降低驾驶员产生“黑洞现象”和“亮框现象”。对于公路隧道，当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。遮光构造物有开放式和封闭式之分，前者遮光板之间是透空的，后者则用透光材料将前者透空部分封闭。但由于透光材料上面容易沾染油污，养护困难，因此很少使用后者。遮光构造物形状上有喇叭式与棚式之分。因为洞口的地形是各种各样的，地质条件也是千差万别的，所以，隧道门和明洞门的型式，只能在上述基本型式上，按照具体情况适当地予以布置。遮光棚式洞门对于公路隧道，当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。遮光构造物有开放式和封闭式之分，前者遮光板之间是透空的，后者则用透光材料将前者透空部分封闭。但由于透光材料上面容易沾染油污，养护困难，因此很少使用后者。遮光构造物形状上有喇叭式与棚式之分。因为洞口的地形是各种各样的，地质条件也是千差万别的，所以，隧道门和明洞门的型式，只能在上述基本型式上，按照具体情况适当地予以布置。斜交式洞门当线路方向与地形等高线斜交时，为了避免出现此种现象，通常应将隧道洞门做成近于平行地形等高线方向设置，使洞门左右可以仍保持近似对称，修建成斜交隧道门，简称斜洞门。这样将使衬砌洞口段和洞门相对于线路呈斜交形式。在松软地层中，不宜采用斜洞门。1．仰坡坡脚至洞门端墙顶帽背的水平距离，一般不小于1.5m。2．洞门端墙顶宜高出仰坡坡脚不小于0.5m。3．洞门端墙与仰坡之间水沟沟底至衬砌拱顶外缘的高度，一般不小于1m。4．一般隧道门端墙、翼墙、挡土墙设计为仰斜式墙身时，墙背坡度不宜缓于1:0.3。洞门的构造要求5.洞门端墙、翼墙和挡土墙截面厚度应满足规范要求。6．洞门端墙、翼墙应根据情况设置伸缩缝和沉降缝。7．洞门翼墙和挡土墙身应设置泄水孔。

明洞：当隧道埋深较浅，上覆岩(土)体较薄，难采用暗挖法时，则应采用明挖法来开挖隧道。第三部分明洞的构造

作用：在隧道洞口或线路上起到防护的作用。防止边坡上落石、塌方等危机到洞口段。

分类：拱式明洞和棚式明洞。

-拱形明洞门-拱形明洞门可分为路堑式和半路堑式两类。路堑式明洞门有端墙式（常用柱式）和翼墙式两种，与一般隧道门形式相类似柱式拱形明洞门路堑式翼墙式拱形明洞门路堑式-半路堑式明洞门多用于傍山线路，其山侧与原地层相接，为了适应傍山、横向地面坡陡的地形，一般也多以台阶形式加高端墙，并在山侧设置挡墙支挡边坡，降低开挖高度，台阶式拱形明洞门（半路堑式）台阶式拱形明洞门（偏压式）拱式明洞：由拱圈、边墙和仰拱或铺底组成。一、拱式明洞（1）路堑拱式明洞适用于洞顶地面平缓，路堑两侧地质条件基本相同，原山坡有少量坍塌、落石以及隧道洞口岩层破碎，洞顶覆盖较薄，难以暗挖法修建隧道的地段（2）半路堑拱式明洞适用于半路堑靠山侧边坡较高，有坍塌、落石或泥石流等不良地质现象，而外侧地面较为宽敞和稳定，上部填土坡面线能与地面相交以平衡山侧压力的地段

。耳墙式拱形明洞

长腿式拱形明洞

连拱形外墙明洞适用条件：当山坡坍方，落石数量较少，山体侧压力不大，或因受地质、地形条件的限制，难以修建拱形明洞时，可采用棚式明洞类型：棚式明洞外侧边墙的结构形式分为：墙式棚洞、刚架式明洞、柱式棚洞、悬臂式棚洞。一、棚式明洞（1）墙式棚洞(墙式棚式明洞)

适用于边坡存在坍塌、落石的地段，横向断面类似桥跨结构，内墙除起挡墙作用外，还承受顶板下传垂直荷载；外墙只承受顶板下传垂直荷载

（2）刚架式明洞适用于边坡小量落石，或在连接两座隧道间需建明洞时，为改善隧道通风条件下而被采用

，外墙结构为连续框架；因此对地基承载力要求较高。（3）柱式棚洞

适用于少量落石，地基承载力高，或基岩埋藏浅的地段。外墙采用独立柱和纵梁方式，结构简单，预制吊装方便，但整体稳定性较差

（4）悬臂式棚洞

当山坡较陡，坡面有少量落石，且外侧地基不良或不宜设基础时，可采用悬臂式棚洞

柱式棚洞

悬臂式棚洞

第四部分附属设施的构造附属设施紧急停车带和避车洞隧道防水设施隧道排水设施电缆槽一、紧急停车带和避车洞紧急停车带：供车辆紧急停车之用。超过2km以上的隧道需设置2.5m宽，25-40m的紧急停车带，间隔约为750m。超过10km以上的特长隧道，应考虑设置方向转车场，使车辆在发生火灾时避难或避退。避车洞：维修人员存放备用材料和小型维修设备，在隧道内工作检查之用。分为小避车洞和大避车洞。隧道长度在300m以下时，可以不设避车洞，在300-400m范围内，在隧道中央设置一处大避车洞。大避车洞小避车洞

当隧道长度在300～400m时，可在隧道中间布置一个大避车洞隧道长度在300m以下时，可不布置大避车洞；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避车洞-小避车洞小避车洞主要目的是为人员待避。小避车洞的净空尺寸为：宽2m，凹入边墙深1m，中心高2.2m

无论在碎石道床或整体道床的隧道内，每侧边墙上应在大避车洞之间间隔60m（双线隧道按30m）布置一个小避车洞避车洞不宜设在衬砌的伸缩缝或沉降缝的断面上。也不宜设在衬砌断面变化的衔接处。避车洞的底面应与道床、人行道或侧水沟的盖板面等高齐平，以使行人员、小车等躲避火车，杜绝不安全事故发生。《铁路隧道设计规范》规定大小避车洞应在隧道全长范围内，在两侧边墙上交错设置。大小避车洞平面布置的方法如右图所示，其中（a）适用于碎石道床，（b）适用于整体道床。二、隧道防水设施隧道防水设施包括：模筑混凝土衬砌防水结构防水、塑料板防水、分区隔离防水、注浆堵水、明洞防水。其中结构防水为主，塑料板防水为辅。内层模筑混凝土因存在施工缝，防水性能就会降低，往往通过提高混凝土的抗渗等级或增设塑料板辅助防水层来提高防水性能。塑料板在内、外层衬砌之间。注浆防水是在地层节理、裂缝、孔隙中注入胶结材料，在加固围岩的同时，起到防水的作用。施工缝指的是在混凝土浇筑过程中，因设计要求或施工需要分段浇筑而在先、后浇筑的混凝土之间所形成的接缝。施工缝并不是一种真实存在的“缝”，它只是因后浇筑混凝土超过初凝时间，而与先浇筑的混凝土之间存在一个结合面，该结合面就称之为施工缝，就是二次衬砌每两次施工之间的施工缝。检查是否1、工作台架就位2、接通电线路3、烧掉锚杆头等4、如超挖铺设规定应编铁丝网回填5、拱顶划出隧道中线，第一次铺第一环时应划出垂直隧道中线的横断面自制台架就位断面检查测量放样铺设无纺布前期准备1、防水板质量检查2、画压缝搭接线3、防水板分拱部边墙两段截取，从拱顶向两拱脚、边墙对称铺设防水板铺设及粘合欠挖处理接缝补强铺设机具材料准备移工作台架下一道工序防水板铺设施工工艺框图检查三、隧道排水设施隧道排水设施包括：中心水沟、纵向盲沟、竖向盲沟、环向盲沟、边墙侧沟。1.盲沟：在围岩和衬砌中间设置的汇水、过水通道。盲沟的水最后汇入到衬砌墙角的泄水孔内。

弹簧软管透水软管-盲沟在衬砌背后，用片石、卵石或埋管修成一道环向或竖向可供流水的盲沟，以汇集衬砌周围的地下水弹簧软管盲沟化学纤维渗滤布盲沟弹簧软管盲沟化学纤维渗滤布盲沟

塑料软管塑料软管的安装

化学纤维渗滤布一化学纤维渗滤布二2.泄水孔：设置在衬砌边墙下部，将盲沟流来的水直接汇入纵向排水沟。

排水沟3.排水沟：设置在衬砌边墙下部，将盲沟流来的水直接汇入纵向排水沟。排水沟根据布置的位置分为：单侧排水沟、双侧排水沟和中心式排水沟。

排水沟示意图

双侧排水沟示意图

单侧排水沟和中央排水沟示意图

排水沟（管）现场图4.渡槽：在隧道内层衬砌完成后，还存在少量渗漏的情况下，可在隧道衬砌内表面设置环形凹槽引排渗水。在隧道衬砌的内表面，每隔一定的距离，开凿一道竖向的环行凹槽。槽的大小依水量而定。槽内填以卵石，槽的外表面仍以混凝土封盖。环槽下端联到预留的水管，通到侧排水沟。地下水从外方流到隧道衬砌的周边，便进入到渡槽，自顶上沿两侧流到槽底，然后经水管排到边沟去。四、电缆槽电缆槽就是沿着衬砌边墙下方设置的用于放置和保护各种电缆的沟槽。电缆槽是用混凝土浇筑围成的，附设在侧水沟的同侧（内侧）或异侧而不侵入隧道净空限界的位置上。第五部分通风设施的构造通风方式自然通风机械通风混合通风自然通风：由于洞口