认识隧道构造课件

认识隧道构造一、支护的构造

围岩是天然结构部分，也是主体部分；支护是人工结构部分，也是辅助部分。隧道支护结构的构造与围岩的地质条件、隧道结构条件和隧道施工条件密切相关。隧道工程中，常将人工修筑的隧道支护结构称为“衬砌”。不同条件下，衬砌的构造也不尽相同。一般将人工支护结构分为单层衬砌、复合衬砌和拼装衬砌三种结构类型。单层衬砌复合衬砌拼装衬砌主要是采用混凝土或钢筋混凝土就地模筑按传统松弛荷载理论设计，并按矿山法施工因其比较厚实，也称之为“整体式衬砌”结构层次单一，形状比较复杂受力不太合理，已经很少使用由初期支护和内层衬砌两大部分组成初期支护以喷射砼和锚杆作为最基本的组合按现代围岩承载理论设计，并按新奥法施工层次较多，对地层条件的适应性强工艺较复杂，内层衬砌以就地模筑砼为主形状简单，结构受力合理，使用广泛将衬砌分解为管片，工厂预制，现场拼装可以按松弛荷载理论设计为单层衬砌也可以按现代围岩承载理论设计为内层衬砌配合盾构施工，速度快，能立即承受荷载受力状态较好，整体性较差，防水性能较差在富水、软弱地层中，应用和发展前途好但需要有较多的特殊技术支持隧道支护结构类型隧道衬砌构造

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结构。整体式衬砌按照工程类比、不同围岩级别采用不同的衬砌厚度。其形式有直墙式和曲墙式两种，而曲墙式又分为有仰拱和无仰拱两种。（一）单层衬砌隧道衬砌构造1）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。（一）单层衬砌拱顶拱腰拱脚墙脚铺底隧道衬砌构造（一）单层衬砌半衬砌（又称大拱脚薄边墙衬砌）适用于I、II级围岩，边墙可用喷射砼做成，亦可用砼整体浇灌。此类衬砌可使拱脚稳固的直接支承在两侧围岩上，以改善拱圈的受力条件，减少边墙的开挖及衬砌圬工数量，降低造价。隧道衬砌构造2）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。（一）单层衬砌拱顶拱腰拱脚墙脚仰拱隧道衬砌构造2）曲墙式衬砌（一）单层衬砌2）曲墙式衬砌在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。隧道衬砌构造2）曲墙式衬砌（一）单层衬砌隧道衬砌构造

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。（二）复合式衬砌隧道衬砌构造

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、聚乙丁烯片、聚乙烯等防水卷材，或用喷涂防水涂料等。（二）复合式衬砌隧道衬砌构造

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。（二）复合式衬砌隧道衬砌构造（二）复合式衬砌隧道衬砌构造

锚喷式衬砌是指锚喷结构既作为隧道临时支护，又作为隧道永久结构（单层衬砌）的形式。它具有隧道开挖后衬砌及时、施工方便和经济的显著特点。锚喷式衬砌在围岩整体性较好的军事工程、各类用途的使用期较短及重要性较低的隧道中广泛使用。在公路、铁路隧道设计规范中，都有根据隧道围岩地质条件、施工条件和使用要求可采用锚喷衬砌的规定。（三）锚喷式衬砌隧道衬砌构造

隧道设计规定中规定，锚喷衬砌设计应符合下列要求：①锚喷衬砌内轮廓线应适当加大，除考虑施工误差和位移量外，应再预留10cm作为必要时补强用。②遇到下列情况时不应采用锚喷衬砌：地下水发育或大面积淋水地段；能造成衬砌腐蚀或特殊膨胀性围岩地段；最冷月平均气温低于-5℃地区的冻害地段；有其他要求的隧道。（三）锚喷式衬砌隧道衬砌构造

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。（四）装配式衬砌隧道支护

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。

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。

支护的主要方式有：锚杆、钢架、钢筋网、喷射混凝土及其组合；隧道支护

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。（一）锚杆隧道支护（一）锚杆隧道支护（一）锚杆隧道支护

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。钢架分为型钢拱架和格栅钢架两种。（二）钢拱架隧道支护（二）钢拱架（型钢）型钢钢架接头(尺寸单位:mm)隧道支护（二）钢拱架（格栅）隧道支护（二）钢拱架（格栅）隧道支护（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。隧道支护（三）钢筋网隧道支护（四）喷射混凝土

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