隧道工程第4章全解培訓講學

1、隧道工程第4章全解隧道隧道結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)構(gòu)造構(gòu)造主體構(gòu)主體構(gòu)造物造物附屬構(gòu)附屬構(gòu)造物造物洞身洞身襯砌襯砌洞門構(gòu)洞門構(gòu)造物造物洞身襯砌洞身襯砌洞身襯砌的平、縱、橫斷面洞身襯砌的平、縱、橫斷面的形狀由道路隧道的幾何設(shè)計確定的形狀由道路隧道的幾何設(shè)計確定 襯砌斷面的軸線形狀和厚度由襯砌計算決定襯砌斷面的軸線形狀和厚度由襯砌計算決定 明洞明洞通風通風照明照明排水、消防、通訊等排水、消防、通訊等4.1 4.1 洞身襯砌洞身襯砌一、襯砌結(jié)構(gòu)的類型：一、襯砌結(jié)構(gòu)的類型：1 1、防護襯砌（飾面襯砌）、防護襯砌（飾面襯砌） 防護襯砌的作用是防止坑道圍巖的風化。適用于I級圍巖，在圍巖極不容易風化及無局部掉塊的情況下，亦

2、可不加防護，一般在圍巖表面噴射不大于5cm的砼層。2 2、直墻式襯砌、直墻式襯砌 適用場合：適用場合：直墻式襯砌型式通常用于巖石地層垂直圍巖壓力為主要計算荷載、水平圍巖壓力很小的情況。一殷適用于I，II級圍巖，有時也可用于IV級圍巖 拱部形狀：拱部形狀： 坦三心圓拱坦三心圓拱(r(r1 1 r r2 2) ) 或尖三心圓拱或尖三心圓拱 (r(r2 2 r r1 1) ) 割圓拱（割圓拱（r r1 1r r2 2r r） 直墻式襯砌直墻式襯砌 連拱邊墻或柱式邊墻連拱邊墻或柱式邊墻 圍巖完整性比較好的I、II級圍巖，邊墻可以采用連拱或柱，稱為連拱邊墻或柱式邊墻 大拱腳薄邊墻襯砌大拱腳薄邊墻襯砌：適

3、用于I、II級圍巖，邊墻可用噴射砼做成，亦可用砼整體澆灌。此類襯砌可使拱腳穩(wěn)固的直接支承在兩側(cè)圍巖上，以改善拱圈的受力條件，減少邊墻的開挖及襯砌圬工數(shù)量，降低造價。大拱腳薄邊墻襯砌大拱腳薄邊墻襯砌曲墻式襯砌曲墻式襯砌3 3、曲墻式襯砌、曲墻式襯砌 適用范圍：適用范圍：適用于IV級以上圍巖，水平壓力大或除了垂直壓力外，還有底鼓壓力的情況。地質(zhì)條件較差，為抵御底鼓壓力，配以仰拱使襯砌形成環(huán)狀封閉結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)地基較好，可采用無仰拱的曲墻式襯砌。4 4、噴混凝土襯砌、噴錨襯砌及復合式襯砌、噴混凝土襯砌、噴錨襯砌及復合式襯砌噴錨襯砌與復合襯砌噴錨襯砌與復合襯砌 要求用光面爆破開挖，使洞室周邊平順光滑，成型

4、準確，減少超欠挖。適當?shù)臅r間噴混凝土，即為噴混凝土襯砌；噴混凝土襯砌；根據(jù)實際情況，需要安裝錨桿的則先裝設(shè)錨桿，再噴混凝土，即為噴錨襯砌；噴錨襯砌；如果以噴混凝土，錨桿或鋼拱支架的一種或幾種組合作為初次支護對圍巖進行加固，維護圍巖穩(wěn)定防止有害松動。待初次支護的變形基本穩(wěn)定后，進行現(xiàn)澆混凝土二次襯砌，即為復合式襯砌。復合式襯砌。 偏壓襯砌示意圖偏壓襯砌示意圖 5 5、偏壓襯砌、偏壓襯砌 適用情況適用情況：當山體地面坡陡于1:2.5，線路外側(cè)山體覆蓋較薄，或由于地質(zhì)構(gòu)造造成的偏壓，襯砌為承受這種不對稱圍巖壓力而采用。 6、喇叭口隧道襯砌、喇叭口隧道襯砌 在山區(qū)雙線隧道，有時為繞過困難地形或避開復雜

5、地質(zhì)地段，減少工程量，可將一條雙幅公路隧道分建為二個單線隧道或二條單線并建為一條雙幅的情況，（或車站隧道中的渡線部分），襯砌產(chǎn)生了一個過渡區(qū)段，這部分隧道襯砌的斷面及線間距均有變化，相應(yīng)成了一個喇叭型，稱為喇叭口隧道喇叭口隧道襯砌。襯砌。 嗽叭口隧道襯砌示意圖嗽叭口隧道襯砌示意圖二、支護結(jié)構(gòu)二、支護結(jié)構(gòu)支護支護結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)初期支護初期支護(一次支護一次支護)永久支護永久支護(二次支護，二次支護，二次襯砌二次襯砌)一次支護是為了保證施工的安全、加固巖體和阻止圍巖的變形二次支護是為了保證隧道使用的凈空和結(jié)構(gòu)的安全而設(shè)置的永久性襯砌結(jié)構(gòu) 整體式襯砌復合式襯砌拼裝式襯砌錨噴式襯砌1、整體式襯砌、整體式襯砌

6、 該種襯砌類型是傳統(tǒng)的襯砌結(jié)構(gòu)形式。不考慮圍巖的承載作用，主要是通過圍巖的結(jié)構(gòu)剛度來抵御地層的變形，承受圍巖的壓力。 采用就地整體模注現(xiàn)澆砼，適用較廣，截面可以是等截面或是變截面。 IV級以上圍巖，地基松軟，往往側(cè)壓力較大，故宜采用曲墻帶仰拱的襯砌。 設(shè)置設(shè)置仰拱仰拱使結(jié)構(gòu)及時封閉，提高整體承載力和側(cè)墻抵抗使結(jié)構(gòu)及時封閉，提高整體承載力和側(cè)墻抵抗側(cè)壓力的能力側(cè)壓力的能力抵御結(jié)構(gòu)下沉變形，調(diào)整圍巖和襯砌的應(yīng)力狀態(tài)抵御結(jié)構(gòu)下沉變形，調(diào)整圍巖和襯砌的應(yīng)力狀態(tài)作用作用 嚴寒地區(qū)隧道，不管圍巖等級如何，只要有地下水存在，襯砌型式仍應(yīng)采用曲墻式襯砌，并在施工中根據(jù)情況設(shè)置伸縮縫 為了避免圍巖和襯砌的應(yīng)力集

7、中，造成圍巖壓力增加和襯砌的局部破壞，應(yīng)注意襯砌內(nèi)外輪廓的圓順，避免急劇彎曲和棱角。 2、復合式襯砌復合式襯砌 復合式襯砌是由初期支護和二次支護組成的，是目前隧道工程常采用的襯砌形式。初期支護：初期支護：是限制圍巖在施工期間的變形，達到圍巖的暫時穩(wěn)定，初期支護應(yīng)按主要承載結(jié)構(gòu)設(shè)計承載結(jié)構(gòu)設(shè)計；二次支護：二次支護：是提供結(jié)構(gòu)的安全儲備安全儲備或承受后期圍巖壓力承受后期圍巖壓力，二次支護在級及以上級及以上圍巖時按安全儲備設(shè)計安全儲備設(shè)計；在級及以下級及以下圍巖時按承載承載( (后期圍壓后期圍壓) )結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計，并均應(yīng)滿足構(gòu)造要求。 設(shè)計方法：設(shè)計方法：目前以工程類比為主，理論驗算為輔。結(jié)合施工，

8、通過測量、監(jiān)控取得數(shù)據(jù)，不斷修改和完善設(shè)計； 級及以下圍巖或可能出現(xiàn)偏壓時，應(yīng)設(shè)置仰拱。 仰拱的重要性 解決基礎(chǔ)承載力不夠，減少下沉：防止底鼓的隆起變形，調(diào)整襯砌應(yīng)力襯砌應(yīng)力的作用； 封閉圍巖，制止圍巖過大的松弛變形，將圍巖塑性變形和形變壓力控制在允許范圍，提高結(jié)構(gòu)的整體承載力整體承載力； 增加底部和墻部底部和墻部的支護抵抗力，防止內(nèi)擠而產(chǎn)生剪切破壞。 兩層襯砌之間宜采用緩沖、隔離的防水夾層，即隔離層隔離層。 當初支產(chǎn)生形變及形變壓力時，隔離層允許其有少量的變形，可降低形變壓力降低形變壓力； 當初支支護力不夠時，可將少量形變壓力均勻的傳布到二襯上，依靠二襯制止其繼續(xù)變形，且不使初襯出現(xiàn)裂縫時，

9、二襯也出現(xiàn)裂縫。 具有防水效果，且可減少二次襯砌混凝土的收縮裂縫。 預留初期支護變形量變形量：在確定開挖尺寸時，應(yīng)預留必要的初期支護變形量以保證初期支護穩(wěn)定后，二次襯砌的必要厚度3 3、噴錨襯砌、噴錨襯砌 錨噴支護作為隧道的永久性襯砌，一般考慮是在級及以上圍巖中采用；在級及以下圍巖中，采用錨噴支護經(jīng)驗不足，可靠性差； 在層狀圍巖中，采用噴錨支護效果較好； 噴錨支護作為柔性支護，變形量較大，其外輪廓線宜預留稍大的空間（20cm）； 為了使開挖時外輪廓線圓順，盡可能減少圍巖中的應(yīng)力集中錨噴襯砌的內(nèi)輪廓線，宜采用曲墻式的斷面形式； 錨噴襯砌內(nèi)表面不太平整順直，美觀性差，影響司機在行車中視覺感觀，應(yīng)根

10、據(jù)需要考慮內(nèi)裝。 不宜采用錨噴支護作為永久襯砌的情況 在某些不良地質(zhì)、大面積涌水涌水地段和特殊地段不宜采用錨噴襯砌作為永久襯砌； 對襯砌有特殊要求有特殊要求的隧道或地段隧道或地段，如洞口洞口地段，要求襯砌內(nèi)輪廓很整齊、平整； 有很高的防水要求防水要求的隧道； 寒冷和嚴寒地區(qū)有凍害凍害的地方(錨噴襯砌抗凍脹能力較差) 圍巖及覆蓋太薄覆蓋太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆除者 地下水有侵蝕性侵蝕性，可能造成噴射混凝土和錨桿材料的腐蝕 4.2 洞門洞門1 1、概述、概述 洞門是隧道兩端的外露部分，也是聯(lián)系洞內(nèi)襯砌與洞口外路塹的支護結(jié)構(gòu) 洞門的主要作用 保證洞口邊坡的安全和仰坡的穩(wěn)定； 匯集在洞口附

11、近的仰、邊坡上的地表水，并引離隧道，減少洞口土石方開挖量； 作為隧道的標志性建筑物，應(yīng)與隧道的規(guī)模、使用特性以及周圍建筑物、地形條件等要相協(xié)調(diào) 。2 2、洞門的型式及適用條件、洞門的型式及適用條件(1) (1) 端墻式洞門端墻式洞門 適用于巖質(zhì)穩(wěn)定的級以上圍巖和地形開闊的地區(qū)，是最常使用的洞門型式 (2) (2) 翼墻式洞門翼墻式洞門 適用于地質(zhì)較差的級以下圍巖，以及需要開挖路塹的地方。翼墻式洞門由端墻及翼墻組成。翼墻是為了增加端墻的穩(wěn)定性，同時對路塹邊坡也起支撐作用。其頂面一般均設(shè)置水溝，將端墻背面排水溝匯集的地表水排至路塹邊溝內(nèi)。 端墻式洞門端墻式洞門 翼墻式洞門翼墻式洞門 (3) (3)

12、 環(huán)框式洞門環(huán)框式洞門 當洞口巖層堅硬、整體性好、節(jié)理不發(fā)育，路塹開挖后仰坡極為穩(wěn)定，并且沒有較大的排水要求時采用 環(huán)框式洞門環(huán)框式洞門 當洞口為松軟的堆積層時，通常應(yīng)避免大刷仰、邊坡，一般宜采用接長明洞 環(huán)框上方及兩側(cè)仍應(yīng)設(shè)置排水溝渠，以排除地表水，防止漫流(4) (4) 遮光棚式洞門遮光棚式洞門 當洞外需要設(shè)置遮光棚時采用，遮光構(gòu)造物有開放式和封閉式之分，前者遮光板之間是透空的，后者則用透光材料將前者透空部分封閉 3 3、隧道洞門構(gòu)造、隧道洞門構(gòu)造 洞門仰坡坡腳至洞門墻背后的水平距離不小于1.5m，水溝溝底與襯砌拱頂外緣的高度不應(yīng)小于1.0 m，洞門墻頂應(yīng)高出仰坡腳0.5m以上。 洞門墻基

13、基底埋入土質(zhì)地基的深度不應(yīng)小于1.0m，嵌入巖石地基的深度不應(yīng)小于0.5m ，墻基底埋設(shè)的深度應(yīng)大于墻邊各種溝、槽基礎(chǔ)底埋設(shè)的深度； 松軟地基上的基礎(chǔ)，當?shù)鼗鶑姸炔蛔銜r，可采用擴大，加固基礎(chǔ)等措施。4.3 明洞明洞 當隧道埋深較淺，上覆巖(土)體較薄，難采用暗挖法時，則應(yīng)采用明挖法來開挖隧道。用這種明挖法修筑的隧道結(jié)構(gòu)，通常稱明洞。 明洞具有地面、地下建筑物的雙重特點：作為地面建筑物用以抵御邊坡、仰坡的坍方、落石、滑坡、泥石流等病害；作為地下建筑物用于深路塹、淺埋地段不適宜暗挖隧道時而取代隧道的作用；用于在與公路、灌溉渠立交處，以減少建筑物之間的干擾。 明洞的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、經(jīng)濟、運

14、營安全及施工難易等條件進行選擇，采用最多的是拱形明洞和棚式明洞 1、 拱形明洞拱形明洞 隧道進出口兩端的接長明洞或在路塹邊坡不穩(wěn)定地段修建的獨立明洞等，多采用拱形明洞的形式 ，拱形明洞整體性好，能承受較大的垂直壓力和側(cè)壓力 路塹對稱型路塹對稱型 適用于洞頂?shù)孛嫫骄?，路塹兩側(cè)地質(zhì)條件基本相同，原山坡有少量坍塌、落石以及隧道洞口巖層破碎，洞頂覆蓋較薄，難以暗挖法修建隧道的地段 路塹對稱型明洞路塹對稱型明洞 路塹偏壓型明洞路塹偏壓型明洞 路塹偏壓型路塹偏壓型 適用于兩側(cè)山坡高差較大的路塹，高側(cè)邊坡有坍塌，落石或泥石流；低側(cè)邊坡明洞墻頂以下部分為挖方，且能滿足外側(cè)邊墻嵌入基巖要求的地段 半路塹偏壓型半

15、路塹偏壓型 適用于半路塹靠山側(cè)邊坡較高，有坍塌、落石或泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，而外側(cè)地面較為寬敞和穩(wěn)定，上部填土坡面線能與地面相交以平衡山側(cè)壓力的地段 半路塹偏壓型明洞半路塹偏壓型明洞 半路塹單壓型明洞半路塹單壓型明洞 半路塹單壓型半路塹單壓型 適用于靠山側(cè)邊坡或原山坡有坍塌、落石等情況，外側(cè)地形陡峻無法填土地段 拱形明洞的邊墻，一般采用直墻。當半路塹型單壓明洞外墻尺寸較厚(可達35m)為節(jié)省圬工量，通常在漿砌片石的外墻上每隔34m開設(shè)孔洞一個 采用偏壓拱型明洞時，要特別注意處理好外墻基礎(chǔ)，以防止因外墻下沉而引起拱圈開裂。故外墻必須設(shè)置于穩(wěn)固地基上，如有困難，則可用樁基(或加深基礎(chǔ))及加固地基等

16、方法進行處理 2、棚式明洞棚式明洞 當山坡坍方，落石數(shù)量較少，山體側(cè)壓力不大，或因受地質(zhì)、地形條件的限制，難以修建拱形明洞時，可采用棚式明洞 棚式明洞的類型主要取決于外側(cè)邊墻的結(jié)構(gòu)形式。通常有墻式、剛架式，柱式和懸臂式(不修建外墻時)等 墻式棚洞墻式棚洞(墻式棚式明洞墻式棚式明洞) 適用于邊坡存在坍塌、落石的地段，橫向斷面類似橋跨結(jié)構(gòu)，內(nèi)墻除起擋墻作用外，還承受頂板下傳垂直荷載；外墻只承受頂板下傳垂直荷載 剛架式柵洞剛架式柵洞 適用于邊坡小量落石，或在連接兩座隧道間需建明洞時，為改善隧道通風條件下而被采用 ，外墻結(jié)構(gòu)為連續(xù)框架；因此對地基承載力要求較高。 柱式棚洞柱式棚洞 適用于少量落石，地基

17、承載力高，或基巖埋藏淺的地段。外墻采用獨立柱和縱梁方式，結(jié)構(gòu)簡單，預制吊裝方便，但整體穩(wěn)定性較差 懸臂式棚洞懸臂式棚洞 當山坡較陡，坡面有少量落石，且外側(cè)地基不良或不宜設(shè)基礎(chǔ)時，可采用懸臂式棚洞 柱式棚洞柱式棚洞 懸臂式棚洞懸臂式棚洞 3、明洞基礎(chǔ)、明洞基礎(chǔ) 明洞墻基應(yīng)有一定的嵌入深度，并應(yīng)設(shè)在凍結(jié)線以下25cm，保證一定的護基寬度； 當兩側(cè)邊墻地基軟硬不均時，應(yīng)采取措施加以處理，以免引起過大的沉降和不均勻沉陷，使明洞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或破壞 基巖不深時可加深基礎(chǔ)，設(shè)置于基巖上； 采用鋼筋混凝土或混凝土仰拱； 采用鋼筋混凝土底板，修筑整體式基礎(chǔ)； 亦可采用樁基或加固地層等措施。 4、明洞填土、明洞填

18、土 明洞頂設(shè)計填土厚度，應(yīng)根據(jù)山坡病害的情況，預計明洞頂可能出現(xiàn)的坍塌量及將來明洞所要起的作用來確定 厚度厚度：鐵路新規(guī)范確定為l.50m。公路隧道跨度一般比鐵路單線隧道跨度大，公路系統(tǒng)設(shè)計施工經(jīng)驗少，養(yǎng)護力量弱，故規(guī)定不小于2. 0m； 明洞頂填土橫坡以能順暢排除坡面水為原則，不小于2% 明洞拱背和墻背的回填，應(yīng)符合以下要求： 拱腳用貧砼或漿砌片石回填； 邊墻背后超挖部分，宜用片石砼或水泥砂漿砌片石密實回填； 背回填料的內(nèi)摩擦角應(yīng)不低于圍巖的計算摩擦角或設(shè)計回填料的計算摩擦角，否則： 導致實際墻背的側(cè)壓力較計算的要大，影響結(jié)構(gòu)安全； 較好的圍巖與襯砌之間有低摩擦角的回填“軟弱夾層”，會增加土

19、壓力和減小彈性抗力，技術(shù)、經(jīng)濟效益方面都是不適宜的 4.4 豎井、斜井豎井、斜井1、豎井、豎井 豎井斷面規(guī)劃示例示意圖（尺寸單位：豎井斷面規(guī)劃示例示意圖（尺寸單位：mm） 位置選擇：位置選擇： 必須考慮地形、地質(zhì)，與主坑道的銜接，完工后的處理等條件來決定。特別是設(shè)在山谷部分的豎井多數(shù)延長短，要研究防止井口附近地表水和泥沙的流入措施 2、斜井、斜井 位置選擇：位置選擇：斜井實際使用的斷面示意圖斜井實際使用的斷面示意圖 洞口設(shè)置在地形簡單，地質(zhì)良好，涌水量不大，能保證洞外碴罐、卷揚機安裝等洞外設(shè)備布置的用地需要； 與主坑道連接要合適，長度盡可能短，能提供適合運輸方式的坡度; 在規(guī)劃坡度和斷面時，重

20、要的是要注意不給主坑道的作業(yè)造成障礙和制約 。4.5 內(nèi)裝、頂棚及路面內(nèi)裝、頂棚及路面 1、內(nèi)裝、內(nèi)裝 為了確保行車安全，在道路隧道中必須采取措施，使墻面亮度在長期的運營中保持在必要的水平以上，墻面須用適當?shù)牟牧霞右詢?nèi)裝處理，其作用如下： 改善隧道內(nèi)環(huán)境，起誘導作用； 提高墻面的反射率，增強照明效果； 吸收噪音（通風機汽車行駛發(fā)出的噪音等）。(1)、常用的內(nèi)裝材料、常用的內(nèi)裝材料 塊狀混凝土材料； 飾面板、鑲板等質(zhì)地致密材料； 瓷磚鑲面材料； 油漆材料。(2)、內(nèi)裝材料應(yīng)具有如下性質(zhì)、內(nèi)裝材料應(yīng)具有如下性質(zhì) 耐火性，在高溫條件下仍能維持原狀，不燃燒、不分解有害成分等；耐蝕性，長期在油垢及有害氣

21、體作用下不變質(zhì)，在洗滌劑等化學物質(zhì)作用下不被侵蝕；不怕水，大多數(shù)隧道都存在漏水問題，在水的浸泡下，在潮濕環(huán)境中不變質(zhì)、不霉爛； 材料來源廣泛，價格相對便宜，隧道是大型構(gòu)造物，用材量很大，價格高昂的材料不適于作隧道內(nèi)裝 能吸收噪音； 顏色淡，易清潔；具有阻燃性。2、頂棚、頂棚 色彩的選擇：頂棚用漫反射材料可以避免產(chǎn)生眩光，其顏色的明亮程度直接影響到路面亮度(淺色的，避免弦光) 美化隧道，并且起視覺誘導作用 頂棚可做成平頂或者拱頂：在自然通風或誘導通風時，可以用拱頂；在半橫向或橫向通風時可以用平頂。 頂棚以上可以作為通風道和供管理人員使用的通道，因此設(shè)計荷載可按(據(jù)國外資料)10MPa考慮 3、路

22、面、路面 路面材料主要有兩種：砼砼和改性瀝青；改性瀝青； 路面材料應(yīng)具備如下性能： 路面材料應(yīng)具有抵御水沖刷和含有化學物質(zhì)的水的浸蝕能力 ; 車輛在隧道內(nèi)的減速及制動次數(shù)較高，路面材料應(yīng)具有較高的抗側(cè)滑的能力； 抗裂性、耐久性； 容易修補。 路面與車道分隔線等交通標志之間應(yīng)保證有明顯的亮度對比和鮮明的顏色對比 路基應(yīng)具有足夠的承載力，尤其要求在有豐富地下水的條件下也能滿足要求，這就要求有良好的排水設(shè)施 4、噪聲的消減、噪聲的消減 隧道內(nèi)噪聲水平應(yīng)保持在60分貝以下； 采取的措施： 內(nèi)裝材料的制作； 墻面材料的制作； 路面材料的制作； 利用原理： 主要利用聲波的反射原理4.6 隧道的防水與排水隧道的防水與排水 水對隧道的危害： 降低圍巖穩(wěn)定性：C、值，引起支護困難，費用增加； 地下、地上水位下降及水環(huán)境的改變，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水；或被迫停工，影響工程進展等； 水進入隧道后，造成洞內(nèi)通風、照明、供電等設(shè)備銹蝕，使路面積水或結(jié)冰，造成打滑，危及行車安全 隧道綜合治水原則：隧道綜合治水原則： 隧道隧道洞內(nèi)洞內(nèi)洞外洞外原則原則防防(隔隔)、排、截、堵、排、截、堵1、截水、截水 就是在隧道以外將地表水和地下水疏導截流，使不進入隧道工程范圍內(nèi)。措施：上游泄水洞、井點降水、開溝疏導等 截水措施截水措施2、堵水措施、堵水措施 以襯砌混凝土為基本防水層，以其它防