隧道工程课件：隧道结构构造

隧道结构构造本章内容提要本章教学目标：熟悉隧道建筑限界与净空的概念及掌握曲线隧道

的净空加宽计算方法；熟悉隧道支护结构、洞门、明洞的构造形式及作

用；熟悉隧道附属构筑物及辅助坑道的类型和作用。隧道限界与净空1隧道洞门与明洞隧道附属构筑物及辅助坑道隧道支护结构构造本章内容提要本章小结2345隧道限界与净空1隧道限界与净空一1.1隧道限界讨论：隧道运营使用期间对内部空间有什么要求？空间隧道限界隧道限界与净空一机车车辆限界：机车车辆最外轮廓的限界尺寸基本建筑限界：各种建筑物和设备不得侵入的轮廓线隧道建筑限界：指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线，用于安装通讯信号、照明、电力等设备机车车辆限界基本建筑限界隧道建筑限界隧道净空（内轮廓）隧道限界定义：和线路中心垂直的极限横断面轮廓线隧道限界与净空一公路隧道与铁路隧道“隧道建筑限界”的差异高速公路、一级公路两车道隧道建筑限界示例高速铁路隧道建筑限界示例·公路隧道：隧道建筑限界·铁路隧道：基本建筑限界隧道限界与净空一·隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间·隧道净空有效面积即隧道衬砌内轮廓内轨顶面以上的净空断面积高速铁路双线隧道衬砌净空断面设计示例安全空间技术作业空间救援通道隧道建筑界限预留空间+隧道净空有效面积1.2隧道净空及衬砌内轮廓1.铁路隧道隧道限界与净空一隧道净空有效面积要求高速铁路单线隧道衬砌内轮廓示例隧道衬砌内轮廓设计高速铁路双线隧道衬砌内轮廓示例三心圆单心圆R1R2R3R1隧道限界与净空一铁路隧道断面设计考虑因素：①基本隧道建筑限界；

②轨道数量和线间距；③缓解空气动力学效应所需的空间；④需预留的空间，如安全空间、避难和救援空间、养护维修及工程技术作业空间、其他使用要求所需的空间；⑤设备安装空间等。隧道限界与净空一2.公路隧道公路隧道内轮廓需要的富余量公路隧道建筑限界预留富余量隧道限界与净空一先提出隧道的建筑限界，再确定隧道的净空界限，据此进行隧道断面的初步拟定。初步拟定结构形状和尺寸可采取经验类比的方法，需要考虑两个方面的因素：第一是选定净空形状，也就是选定结构的内轮廓；第二是选定截面的厚度。

3.隧道断面设计的一般流程隧道限界与净空一内轮廓衬砌的内轮廓必须符合前述的隧道净空界限。结构的任何部位都不应侵入界限以内，同时又应尽量减少坑道的断面积，使土石开挖量和圬工砌筑量最少。因此，内轮廓线总是贴着界限的，并平顺圆滑，使结构受力合理。隧道限界与净空一设计时，要求截面厚度具有足够的强度。截面的厚度不应太薄，否则将使施工操作困难和质量不易保证。《铁路隧道设计规范》中，规定了衬砌各部分最小厚度的数值，可供参考。截面厚度确定内轮廓与截面厚度后，便可确定衬砌外轮廓线，即隧道的开挖轮廓线隧道限界与净空一1.3曲线隧道净空加宽曲线隧道净空加宽原因1曲线隧道净空加宽原因2内侧加宽

W1=d内1+d内2外侧加宽

W2=d外

总加宽W=W1+W2=d内1+d内2+d外隧道限界与净空一①单线曲线隧道净空加宽值计算式中

l——车辆转向架中心距，取18m；

R——曲线半径（m）。式中

L——标准车辆长度，我国为26m。隧道限界与净空一式中

H——隧道限界控制点自轨面起的高度（cm）；

E——曲线外轨超高值（cm），其最大值不超过15cm，并按0.5cm取整。v——铁路远期行车速度（km/h）。的值也可以用内侧轨顶为轴，将相关限界旋转角求得，对于电气化铁路和非电气化铁路，亦可以

分别近似取隧道限界与净空一单线曲线隧道内侧加宽值单线曲线隧道外侧加宽值单线曲线隧道总加宽值单线曲线隧道中线与线路中线偏移距离隧道限界与净空一列车在曲线段运行情况双线曲线隧道的内侧加宽值W1及外侧加宽值W2与单线曲线隧道加宽值的计算相同双线曲线隧道除了两侧需要加宽以外，两线的中心线间距也要由规定的直线间距加大一个水平距离W3②双线曲线隧道净空加宽值计算隧道限界与净空一内外侧线路中线间距的加宽值W3①当外侧线路的外轨超高值大于内侧线路的外轨超高值时式中

H——车辆外侧顶角距内轨顶面的高度，取360cm；E——外侧线路的外轨超高值（cm）；R——曲线半径（m）。②其他情况时隧道限界与净空一双线隧道线路中线偏移量双线曲线隧道内侧线路中线至隧道中线的距离外侧线路中线至隧道中线的距离隧道限界与净空一曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接方法曲线隧道与直线隧道阶梯形衔接方法平面示意图位于曲线地段的隧道，加宽除圆曲线部分按计算值加宽外，缓和曲线部分可分两段加宽。自圆曲线至缓和曲线中点，并向直线方向延长13m，采用圆曲线加宽断面（W）；其余缓和曲线，并自直缓分界点向直线段延长22m，采用缓和曲线中点加宽断面，其加宽值取圆曲线之半（W/2）。隧道支护结构构造2隧道支护结构构造二主体结构隧道洞身衬砌洞门及明洞附属构筑物及辅助坑道避车洞紧急停车带横通道设备洞室沟槽整体式衬砌喷锚衬砌复合式衬砌装配式衬砌隧道支护结构构造二2.1整体式衬砌概念：在隧道开挖后，以较大厚度和刚度的整体模筑混凝土作为隧道的衬砌铁路隧道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隧道支护结构构造二铁路隧道曲墙式衬砌适用于地质条件较差，有较大水平围岩压力的情况，多线隧道也有采用曲墙有仰拱的衬砌。曲墙式衬砌由顶部拱圈、侧面曲边墙和底板（或铺底）组成隧道支护结构构造二2.2喷锚衬砌概念：是以喷射混凝土为主体，根据需要与锚杆、钢筋网、钢架等构件组合而成的衬砌，即作为隧道临时支护，又作为隧道永久结构的形式喷锚衬砌结构示意隧道支护结构构造二2.3复合式衬砌概念：是允许围岩产生一定的变形，而又充分发挥围岩自承能力的一种衬砌，把衬砌分成两层或两层以上·初期支护：锚喷支护，柔性支护，作用是容许围岩产生有限制的变形·二次衬砌：一般待初期支护与围岩变形基本稳定后再施作内衬，通常为模筑混凝土·防水层：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锚杆防水层喷混凝土初期支护模筑混凝土二次衬砌隧道支护结构构造二

初期支护的主要方式有：锚杆、喷射混凝土、钢架、钢筋网等。支护结构的基本作用在于：保持隧道断面的使用净空；防止围岩质量的进一步恶化；承受可能出现的各种荷载；使隧道支护体系有足够的安全度。

（1）初期支护锚杆施工钢拱架施工喷射混凝土隧道支护结构构造二（2）二次衬砌二次衬砌是待初期支护-围岩体系变形基本稳定后，施作的模筑混凝土曲墙带底板拱复合式衬砌结构形式曲墙带仰拱复合式衬砌结构形式设置二次衬砌的目的考虑围岩的不均匀性、支护材料质量的离散、锚杆的腐蚀等不确定因素，要增加作为结构物的安全系数；考虑使用后外力的变化和支护材料的劣化，需要提高作为结构物的耐久性；衬砌施工后，因土压、水压、上覆荷载等外力发生时，需要加以支持；在隧道变形没有收敛时修筑衬砌的场合，要给予隧道稳定必要的约束力。隧道支护结构构造二2.4装配式式衬砌概念：是将衬砌分成若干块构件，这些构件在现场或工厂预制，然后运到隧道内用机械拼装形成一环接着一环的衬砌。隧道支护结构构造二此外，沉管法的预制管段沉放法的也属于装配式衬砌范围。是在水底建筑隧道的一种施工方法，即将若干个预制段分别浮运到海面（河面）现场，并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，以此方法修建的水下隧道。隧道洞门与明洞3隧道洞门与明洞三3.1隧道洞门概述

洞门指的是为保持洞口上方及两侧路堑边坡的稳定，在隧道洞口用人工砌筑并加以一定建筑装饰的墙式支挡构造物。·减少洞口土石方开挖量·稳定边、仰坡·引离地表水流·装饰洞口洞门的作用3.2隧道洞门的主要形式端墙式洞门翼墙式洞门台阶式洞门柱式洞门削竹（斜切）式洞门喇叭口式洞门其他：洞口环框等隧道洞门与明洞三隧道洞门与明洞三①端墙式洞门适用于地形开阔，石质较稳定的地区；，由端墙和洞门顶排水沟组成。可抵抗山体纵向推力及支持洞口正面上的仰坡，保持其稳定。隧道洞门与明洞三②翼墙式洞门当洞口地质条件较差、山体纵向推力较大时，可以在端墙式洞门的单侧或双侧设置翼墙。抵抗山体纵向推力，增加洞门的抗滑及抗倾覆能力的作用。两侧面保护路堑边坡，起挡土墙作用。隧道洞门与明洞三③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坡点，减少仰坡高度，将端墙顶部改为逐级升高的台阶形式。隧道洞门与明洞三④柱式洞门当地形较陡、仰坡有下滑的可能性，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。比较美观，适合城市与景区。隧道洞门与明洞三⑤削竹式洞门当隧道洞口段有一节较长的明洞衬砌时，由于洞门背后一定范围内是以回填土为主，山体的推滑力不大时，可采用削竹式洞门。隧道洞门与明洞三⑥喇叭口式洞门高速铁路隧道为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洞门缓冲段，同时兼作隧道洞门。隧道洞门与明洞三⑦其他：洞口环框当洞口石质坚硬稳定，且地形陡峻无排水要求时，可仅修建洞口环框。

加固洞口和减少洞口雨后滴水。

3.3隧道明洞隧道洞门与明洞三

明洞是隧道的一种变化形式，一般采用明挖法修筑在隧道的进出口处。隧道洞门与明洞三①拱式明洞

由拱圈、边墙和仰拱（或铺底）组成，它的内轮廓与隧道相一致，但结构截面的厚度通常要比隧道衬砌大一些。隧道洞门与明洞三对称路堑式：适用于地面横坡较为平缓、两侧地形基本对称的情况。偏压路堑式：适用于地面横坡较大，但明洞外墙未露出地面，且外墙侧地层稳定的情况。隧道洞门与明洞三单压路堑式：适用于地面横坡较陡、明洞外墙露出地面，或外墙虽未露出地面但外墙侧地层不稳定的情况。全回填式：适用于陡坎进洞，仰坡陡峻且有少量坍塌落石，需接长明洞防落石地段；需要隧道接常明洞以恢复地表环境、减少占地地段；洞口存在少量不稳定坡体，需要接长明洞确保安全地段；缓冲结构较长地段。隧道洞门与明洞三②棚式明洞有些傍山隧道，地形的自然横坡比较陡，外侧没有足够的场地设置外墙及基础或确保其稳定，难以修建拱式明洞时，可以采用棚式明洞。盖板式明洞：由内墙、外墙及钢筋混凝土盖板组成简支结构，其上回填土石，以保护盖板不受山体落石的冲击。刚架式明洞：当地形狭窄、山体陡峻、基岩埋置较深而上部地基稳定性较差时，为了使基础置于基岩上而减少基础工程，可采用刚架式外墙，此时称明洞为刚架式明洞隧道洞门与明洞三悬臂式明洞：对于稳定而陡峻的山坡，外侧地形难以满足一般棚洞的地基要求，且落石不太严重的情况，可修建悬臂式棚洞。隧道洞门与明洞三③箱形明洞箱形结构建筑高度较小，对地基要求较低，在建筑高度受到限制时，可采用箱形明洞隧道附属构筑物及辅助坑道4隧道附属构筑物及辅助坑道四4.1避车洞避车洞：当列车通过铁路隧道时，为保证洞内行人、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、料具的洞室大避车洞尺寸小避车洞尺寸隧道附属构筑物及辅助坑道四避车洞平面布置图a）碎石道床

b）整体道床隧道附属构筑物及辅助坑道四紧急停车带：主要功能是用来停放故障车辆、紧急情况下疏散交通及救援车辆和救援小组用以紧急救援活动等公路隧道紧急停车带的平面构成公路隧道紧急停车带的建筑限界4.2紧急停车带隧道附属构筑物及辅助坑道四紧急停车带的布置要求：·单向行车隧道紧急停车带设置间距不宜大于750m，并不应大于1000m·双向行车隧道紧急停车带应两侧交错设置，同一侧间距宜采用800～1200m，并不应大于1500m隧道附属构筑物及辅助坑道四4.3横通道横通道作用：满足巡查、维修、疏散救援等要求高速铁路隧道典型横通道断面公路隧道横通道的断面限界a）人行横通道b）车行横通道隧道附属构筑物及辅助坑道四横通道的布置要求·公路隧道人行横通道设置间距宜为250m，并不应大于350m·公路隧道车行横通道设置间距宜为750m，并不应大于1000m，且一般结合紧急停车带位置设置·高速铁路隧道联络横通道间距应不大于500m公路隧道车行横通道平面布置示意隧道附属构筑物及辅助坑道四4.4设备洞室铁路隧道设备洞室：包括绝缘梯车洞、余长电缆槽（腔）、信号继电器箱洞、无人增音站洞、变压器洞室、综合洞室等类型铁路隧道综合洞室断面隧道附属构筑物及辅助坑道四公路隧道设备洞室：主要包括配电洞室、变压器洞室、灭火器洞室、紧急电话洞室等消火栓灭火器洞室紧急电话洞室配电洞室隧道附属构筑物及辅助坑道四4.5沟槽高速铁路隧道电缆槽、排水沟布置形式高速公路隧道电缆槽、排水沟布置形式隧道附属构筑物及辅助坑道四4.6隧道辅助坑道设置目的：·满足隧道运营需要而设置的运营辅助坑道·增加施工工作面而设的施工辅助坑道隧道附属构筑物及辅助坑道四（1）竖井

覆盖层较薄的长隧道、或在中间适当位置覆盖层不厚、具备提升设备、施工中又需增加工作面，则可用竖井增加工作面的方案。营运过程中可以作为通风用途。竖井布置隧道附属构筑物及辅助坑道四（2）斜井当隧道洞身一侧有较开阔的山谷且覆盖不太厚时，可考虑设置斜井，增加工作面。斜井：通风、增加开挖面隧道附属构筑物及辅助坑道四（3）横洞横洞是在隧道侧面修筑的与之相交的坑道。当隧道傍山沿河、侧向覆盖层较薄时，就可以考虑设置横洞。为缩短工期和增加工作面而设置的辅助坑道。与隧道的交接有正交和斜交两种，相交处,其底面标高应与隧道底面标高一致。横洞：增加开挖面、排水通道隧道附属构筑物及辅助坑道四（4）平行导坑与隧道平行修筑的坑道。对于长大越岭隧道，由于地形限制，或因机具设备条件、运输道路等条件的限制，无法选用横洞、竖井、斜井等辅助坑道时，为加快施工速度，及超前地质勘察，可采用平行导坑方案。平行导坑：增加开挖面、排水通道、疏散救援通道、超前地质探测隧道附属构筑物及辅助坑道四（5）风道及地下风机房风道用于隧道运营通风；地下风机房用于放置风机及其机电设备风道及地下风机房：运营通风、放置风机隧道附属构筑物及辅助坑道四（6）横通道横通道，建在两条平行隧道之间的横向联络通道。作用是确保两条平行隧道内的行车安全和联络,统一管理。一旦某个隧道内发生车祸、火灾等事故,有关人员可从人行联络通道安全转移到另一条隧道内逃生、报警。横通道：疏散救援、施工联络通道隧道附属构筑物及辅助坑道四（7）泄水洞适用于高寒地区、地下水特别大的地区，主要用于防冻、保温、排水本章小结5本章小结五1隧道限界与净空隧道限界铁路隧道限界的种类铁路隧道的建筑限界确定原则隧道净空铁路隧道净空预留空间隧道衬砌内轮廓确定方法机车车辆限界基本建筑限界隧道建筑限界隧道建筑界限预留空间+隧道净空有效面积本章小结五曲线隧道净空加宽