隧道工程教案

1、第1章 緒 論1.1 隧道在交通事業(yè)中的地位及發(fā)展概況1 什么是隧道？隧道是指一種修建在地層中的地下工程建筑物公路隧道是指專供公路運(yùn)輸使用的地下工程結(jié)構(gòu)物2 隧道在交通事業(yè)中的地位（1） 重要性：交通是國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)重要的設(shè)施，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有十分重要的地位。 （2） 必要性：世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)表明，快速暢通交通網(wǎng)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必不可少的條件。（3） 緊迫性：目前我國(guó)高速公路總里程還很少（2001年底近2萬(wàn)公里），滿足不了發(fā)展的需要，造成各種交通設(shè)施超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，交通事故、交通阻塞和交通公害等成為一大社會(huì)問(wèn)題，阻礙了國(guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。3 隧道工程的發(fā)展概況（1）隧道的發(fā)生和發(fā)展歷史（2）

2、隧道技術(shù)的發(fā)展與成就3 隧道工程的發(fā)展前景及需要解決的難題（1） 隧道工程發(fā)展前景：隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速公路已從沿海地區(qū)向西部山區(qū)延伸，公路隧道的數(shù)量和建筑規(guī)模越來(lái)越大。城市化交通尚處于起步階段，大規(guī)模交通事業(yè)方興未艾，隧道事業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。（2） 隧道工程發(fā)展方向：合理規(guī)劃與環(huán)境保護(hù)、非爆破的機(jī)械化施工、設(shè)計(jì)可靠合理、使用安全等方面。（3） 隧道工程需要解決的難題：1.2 隧道的分類及其作用隧道分類方法很多，這里介紹按照用途、長(zhǎng)度、斷面分類1 按照用途分類：交通隧道、水工隧道、城市隧道和礦山隧道（1）交通隧道公路隧道專供汽車運(yùn)輸行駛的通道。鐵路隧道-專供火車運(yùn)輸行駛的通道。水底隧

3、道-修建于江、河、湖、海、洋下的隧道，供汽車和火車運(yùn)輸行駛的通道。地下鐵道-修建于城市地層中，為解決城市交通問(wèn)題的火車運(yùn)輸?shù)耐ǖ?。航運(yùn)隧道-專供輪船運(yùn)輸行駛而修建的通道。人行隧道專供行人通過(guò)的通道。（2）水工隧道引水隧道是將水引入水電站的發(fā)電機(jī)組或水資源的調(diào)動(dòng)而修建的孔道。 尾水隧道用將水電站發(fā)電機(jī)組排出的廢水送出去而修建的隧道。導(dǎo)流隧道或泄洪隧道水利工程中疏導(dǎo)水流并補(bǔ)充溢洪道流量超限后的泄洪而修建的隧道。排沙隧道它是用來(lái)沖刷水庫(kù)中淤積的泥沙而修建的隧道。（3）市政隧道 給水隧道一為城市自來(lái)水管網(wǎng)鋪設(shè)系統(tǒng)修建的隧道。污水隧道為城市污水排送系統(tǒng)修建的隧道。管路隧道一為城市能源供給（煤氣、暖氣、熱

4、水等）系統(tǒng)修建的隧道。線路隧道為系統(tǒng)修建的隧道。人防隧道一是為戰(zhàn)時(shí)的防空目的而修建的防空避難隧道。（4）礦山隧道2 公路隧道按照長(zhǎng)度的分類（1） 特長(zhǎng)隧道：（2） 長(zhǎng) 隧 道：（3） 中 隧 道：（4） 短 隧 道：3 按照隧道斷面積（1） 特大斷面隧道（100m2以上）（2） 大斷面隧道 （50100m2）（3） 中等斷面隧道（1050 m2）（4） 小斷面隧道 （310 m2）（5） 極小斷面隧道（3 m2 以下）思考題1. 什么叫隧道？試從隧道的廣泛用途論述學(xué)習(xí)、研究與發(fā)展隧道技術(shù)的重要意義。2. 在交通線路上修建隧道的意義？第2章 隧道的勘察 隧道勘察的目的，是在于查明隧道所處位置的工

5、程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件以及隧道施工和運(yùn)營(yíng)對(duì)環(huán)境保護(hù)的影響。2.1 隧道勘察的幾個(gè)階段 隧道勘察階段的劃分應(yīng)與公路設(shè)計(jì)階段相適應(yīng)，一般分為（1）可行性研究勘察，（2）初步勘察，（3）詳細(xì)勘察。1 可行性研究勘察2 初步勘察 初勘是在批準(zhǔn)的工程可行性研究報(bào)告推薦建設(shè)方案的基礎(chǔ)上，在初步選定的路線內(nèi)進(jìn)行勘察，其任務(wù)是滿足初步設(shè)計(jì)對(duì)資料要求。重點(diǎn)勘察不良地質(zhì)地段，以明確隧道能否通過(guò)或如何通過(guò)。提供編制初步設(shè)計(jì)所需全部工程地質(zhì)資料。3 詳細(xì)勘察（1） 詳勘的目的：是根據(jù)已批準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)文件中所確定的修建原則、設(shè)計(jì)方案、技術(shù)指標(biāo)等設(shè)計(jì)資料，通過(guò)詳細(xì)工程地質(zhì)勘察，為線位布設(shè)和編制施工圖設(shè)計(jì)提供完整的工程地

6、質(zhì)資料。（2） 詳勘的任務(wù)：是在初勘的基礎(chǔ)上，進(jìn)行補(bǔ)充校對(duì)，進(jìn)一步查明沿線的工程地質(zhì)條件，以及重點(diǎn)工程與不良地質(zhì)區(qū)段的工程地質(zhì)特征，并取得必需的工程地質(zhì)的數(shù)據(jù)，為確定隧道位置的施工圖設(shè)計(jì)提供詳細(xì)的工程地質(zhì)資料。（3） 詳勘工作步驟：可按準(zhǔn)備工作、沿線工程地質(zhì)調(diào)繪勘探、試驗(yàn)、資料整理等順序進(jìn)行。2.2 隧道勘察的主要方法 1 收集研究即有資料 收集的資料一般應(yīng)包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： （1）地域地質(zhì)資料，如地層、地質(zhì)構(gòu)造、巖性、土質(zhì)等； （2）地形、地貌資料，如區(qū)域地貌類型及主要特征，不同地貌單元與不同地貌部位的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)等； （3）區(qū)域水文地質(zhì)資料，如地下水的類型、分帶及分布情況，埋藏深度、

7、變化規(guī)律等； （4）各種特殊地質(zhì)地段及不良地質(zhì)現(xiàn)象的分布情況，發(fā)育程度與活動(dòng)特點(diǎn)等； （5）地震資料，如沿線及其附近地區(qū)的歷史地質(zhì)情況，地震烈度、地震破壞情況及其與地貌、巖性、地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系等； （6）氣象資料：如氣溫、降水、蒸發(fā)、溫度、積雪、凍積深度及風(fēng)速、風(fēng)向等； （7）其它有關(guān)資料，如氣候、水文、植被、土壤等； （8）工程經(jīng)驗(yàn)、區(qū)內(nèi)已有公路、鐵路等其它土建工程的工程地質(zhì)問(wèn)題及其防治措施等。2 調(diào)查與測(cè)繪 調(diào)查與測(cè)繪是工程地質(zhì)勘察的主要方法。通過(guò)觀察和訪問(wèn)，對(duì)隧道通過(guò)地區(qū)的工程地質(zhì)條件進(jìn)行綜合性的全面研究，將查明的地質(zhì)現(xiàn)象和獲得的資料，填繪于有關(guān)的圖表與記錄本中，這種工作統(tǒng)稱為調(diào)查測(cè)繪（調(diào)

8、繪）。（1）工程地質(zhì)調(diào)查 （2）工程地質(zhì)測(cè)繪 測(cè)繪的比例尺可在以下范圍內(nèi)選用：可行性研究階段1:50001:50000， 初勘階段1:20001:10000，詳勘階段1:2001:2000 。下面分兩種情況說(shuō)明。 無(wú)航測(cè)資料時(shí)：工程地質(zhì)測(cè)繪主要依靠野外工作，為此需要講究測(cè)繪方法與量測(cè)精度，以求用較少的工作獲得符合要求的結(jié)果。根據(jù)不同比例尺的精度要求，對(duì)觀察點(diǎn)、地質(zhì)構(gòu)造及種地質(zhì)界線等的標(biāo)測(cè)方法有以下三種：目測(cè)法。半儀器法。 儀器法。 有航攝資料時(shí)： a）主體鏡判釋 b）實(shí)地調(diào)查測(cè)繪 c）繪制工程地質(zhì)圖。（3）調(diào)查測(cè)繪內(nèi)容基本內(nèi)容不外以下幾個(gè)方面。 地形、地貌：地形、地貌的類型、成因、特征與發(fā)展過(guò)

9、程：地形、地貌與巖性、構(gòu)造等地質(zhì)因素的關(guān)系；地形、地貌與工程地質(zhì)條件的關(guān)系。 地層、巖性：地層的層序、厚度、時(shí)代、成因及分布情況；巖性、風(fēng)化程度及風(fēng)化層厚度； 地質(zhì)構(gòu)造：斷裂、褶曲的位置、構(gòu)造線走向，產(chǎn)狀等形態(tài)特征和地質(zhì)力學(xué)特征；巖層的產(chǎn)狀和接觸關(guān)系，軟弱結(jié)構(gòu)面的發(fā)育情況及其與路線的關(guān)系，對(duì)路基的穩(wěn)定影響等。 第四紀(jì)地質(zhì)：第四紀(jì)沉積物的成因類型，土的工程分類及其在水平與垂直方向上的變化規(guī)律；土的物理、水理、化學(xué)、力學(xué)性質(zhì)；特殊土及地區(qū)性土的研究和評(píng)價(jià)。 地表水及地下水：特殊地質(zhì)、不良地層地震：根據(jù)沿線地震基本烈度的區(qū)域資料，結(jié)合巖性、構(gòu)造、水文地質(zhì)等條件，通過(guò)訪問(wèn)、確定7度的地震烈度界線。 工

10、程經(jīng)驗(yàn)：對(duì)所在地區(qū)既有地下工程及其它建筑物的穩(wěn)定情況和工程措施進(jìn)行調(diào)查訪問(wèn)，以便借鑒。2.3 隧道勘察的主要手段1挖探 坑探用機(jī)械或人力垂直向下掘進(jìn)的土坑，或者稱為試坑，深者稱為探井。 槽探挖掘成狹長(zhǎng)的槽形，其寬度一般為0.61.0米，長(zhǎng)度視需要而定， 2簡(jiǎn)易鉆探 簡(jiǎn)易鉆探是工程地質(zhì)勘探中經(jīng)常采用的方法。其優(yōu)點(diǎn)是工具輕、體積小、操作方便，進(jìn)尺較快，勞動(dòng)強(qiáng)度較小。缺點(diǎn)是不能采取原狀土樣或不能取樣，在密實(shí)或堅(jiān)硬的地層內(nèi)不易鉆進(jìn)。2鉆探 根據(jù)鉆進(jìn)時(shí)破碎巖石的方法，鉆探可分為: 1) 沖擊鉆進(jìn) 2) 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn) 3) 沖擊回旋鉆進(jìn) 4) 振動(dòng)鉆進(jìn)3地球物理勘探 凡是以各種巖土物理性質(zhì)的差別為基礎(chǔ)，采用專

11、門(mén)的儀器，觀測(cè)天然或人工的物理場(chǎng)變化，來(lái)判斷地下地質(zhì)情況的方法，統(tǒng)稱為物探。2.4 地質(zhì)勘察山嶺隧道是修建在天然地層中的建筑物，它從位置選擇到具體設(shè)計(jì)，直到施工，均與地質(zhì)條件有密切關(guān)系。地質(zhì)條件包括巖層性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖層產(chǎn)狀、裂隙發(fā)育程度及風(fēng)化程度，隧道所處深度及其與地形起伏的關(guān)系、地層含水程度、地溫及有害氣體情況、有無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象及其影響等。1初步勘察 初勘應(yīng)提交的資料l 隧道工程地質(zhì)說(shuō)明書(shū)，對(duì)地質(zhì)工作作一扼要敘述，并作出評(píng)價(jià)。l 提出對(duì)隧道初步設(shè)計(jì)的各項(xiàng)建議及以后詳測(cè)應(yīng)進(jìn)行的工作。l 隧道工程地質(zhì)平面圖，圖上應(yīng)填繪物探、鉆探等平面布置及挖探點(diǎn)位置，比例尺：1:20001:5000。l 隧

12、道工程地質(zhì)縱斷面圖，圖中應(yīng)標(biāo)明勘探點(diǎn)，若進(jìn)行震探時(shí)，則應(yīng)標(biāo)明巖層的彈性縱波波速，比例尺1:5001:5000；豎1:2001:1000。l 洞口、洞身工程地質(zhì)橫斷面圖，應(yīng)標(biāo)明勘探點(diǎn)，若進(jìn)行震探，則應(yīng)標(biāo)明巖層的彈性縱波波速，比例尺為1:2001:500。l 提供鉆孔地質(zhì)柱狀剖面圖；試驗(yàn)資料匯總表；l 航空照片地質(zhì)解釋資料及工程地質(zhì)照片、野外素描圖等；l 嚴(yán)重影響隧道方案的特殊地質(zhì)、不良地質(zhì)地區(qū)，應(yīng)編制專項(xiàng)資料。2詳細(xì)勘察詳勘應(yīng)提交的資料： l 詳勘說(shuō)明書(shū)，根據(jù)詳勘提出對(duì)設(shè)計(jì)及施工方案的建議；l 地質(zhì)詳勘成果書(shū)，包括地質(zhì)平面圖及剖面圖，重大地質(zhì)問(wèn)題的評(píng)介；l 鉆探、試驗(yàn)資料整編等。思考題1.初步勘

13、察和詳細(xì)勘察在目的、任務(wù)、內(nèi)容、方法、手段及提交的資料等方面有何要求？2.什么是物探，有何優(yōu)、缺點(diǎn)？3.環(huán)境評(píng)價(jià)主要應(yīng)完成哪些工作？第3章 隧道總體設(shè)計(jì)3.1 隧道選址l 根據(jù)地形圖和調(diào)查資料，通常在多個(gè)路線方案中，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定一條線。l 隧道方位選擇。長(zhǎng)大隧道通風(fēng)、照明及養(yǎng)護(hù)管理費(fèi)用較大。l 隧道標(biāo)高的選擇。l 安全性、用地、建設(shè)投資、施工的難易、使用費(fèi)以及與當(dāng)?shù)丨h(huán)境和景觀相協(xié)調(diào)等。3.1.1 越嶺隧道選址 通過(guò)山嶺、重丘區(qū)的長(zhǎng)大干線公路往往要翻越分水嶺，線路為穿越分水嶺而修建的隧道稱為越嶺隧道。（一）越嶺隧道平面位置的選擇越嶺隧道平面位置選擇:1、 采用直線或大半徑曲線為好；2、

14、優(yōu)選考慮在路線總方向上或其附近的低埡口，展線好，隧道較短；3、 雖遠(yuǎn)離線路總方向，但埡口兩側(cè)有良好的展線條件；4、 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件良好的埡口。（二）越嶺隧道標(biāo)高選擇在越嶺位置選定后，越嶺標(biāo)高影響展線及越嶺隧道方案：1、 隧道標(biāo)高越高，隧道越短，施工期短，兩端展線長(zhǎng)度增加，運(yùn)營(yíng)條件差；2、 隧道標(biāo)高低，隧道加長(zhǎng)，施工期長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)條件較好。3、 選擇越嶺隧道標(biāo)高時(shí)，綜合考慮施工、運(yùn)營(yíng)等多因素比較確定最優(yōu)隧道標(biāo)高。（三）越嶺隧道選址尚應(yīng)考慮以下原則：1、 逢山穿洞，寧長(zhǎng)勿短，早進(jìn)晚出-避免洞口深挖；2、 寧里勿外，寧深勿淺，避軟就硬-避免不良地質(zhì)； 傍山隧道選址為改善線形，提高車速，縮短里程，

15、節(jié)省時(shí)間，常常修建傍山隧道。傍山隧道一般埋藏較淺，容易造成各種病害；山坡亦常有滑坡，松散堆積，泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，地質(zhì)情況較為復(fù)雜。選擇傍山隧道時(shí)應(yīng)注意： （1）傍山隧道的洞身覆蓋厚度問(wèn)題。為保持山體穩(wěn)定和避免偏壓產(chǎn)生，隧道位置宜往山體內(nèi)側(cè)靠-寧里勿外 （2）要考慮河岸沖刷對(duì)山體和洞身穩(wěn)定的影響 （3）應(yīng)考慮施工便道設(shè)置和既有公路的位置，應(yīng)注意既有公路邊坡的可能坍塌和施工便道對(duì)洞身穩(wěn)定的影響（4）線路沿山嘴繞行應(yīng)與直穿山嘴的隧道方案進(jìn)行比較。3.1.3 不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇l 研究地質(zhì)條件的重要性l 常見(jiàn)不良地質(zhì)條件有滑坡、崩坍、松散堆積、泥石流、巖溶及含鹽、含煤、地下水發(fā)育等地質(zhì)條件

16、。3.1.4 隧道洞口位置選擇 洞口位置選擇好壞，將直接影響隧道施工、造價(jià)、工期和運(yùn)營(yíng)安全。選擇時(shí)要結(jié)合洞口的地形，地質(zhì)條件、施工、運(yùn)營(yíng)條件以及洞口的相關(guān)工程（橋涵、通風(fēng)設(shè)施等）綜合考慮。 （1）洞口部分在地質(zhì)上通常是不穩(wěn)定的。一般應(yīng)設(shè)在山體穩(wěn)定，地質(zhì)條件好，排水有利的地方。隧道宜長(zhǎng)不宜短，應(yīng)“早進(jìn)洞，晚出洞”，盡量避免大挖大刷，破壞山體穩(wěn)定。 （2）洞口不宜設(shè)在溝谷低洼處和匯水溝處，一般宜將洞口移到溝谷地質(zhì)條件較好的一側(cè)有足夠?qū)挾鹊纳阶焯帯?（3）當(dāng)洞口處為懸崖陡壁時(shí)，根據(jù)地質(zhì)情況采用貼壁或采用接長(zhǎng)明洞的辦法，將洞口堆到坍方范圍以外35m處 （4）洞口地形平緩時(shí)，一般也應(yīng)早進(jìn)洞晚出洞。這時(shí)洞

17、口位置選擇余地較大，應(yīng)結(jié)合洞外路塹、填方、棄渣場(chǎng)地、工期等具體確定。需要時(shí)可接長(zhǎng)明洞，以確保施工和運(yùn)營(yíng)安全。（5）考慮洞口邊仰坡不致開(kāi)挖過(guò)高和洞口段襯砌結(jié)構(gòu)受力，洞口位置宜與地形等高線大體上正交。特別是在土質(zhì)松軟、巖層破碎、構(gòu)造不利的傍山隧道，更應(yīng)注意。 （6）長(zhǎng)大隧道在洞門(mén)附近應(yīng)考慮施工場(chǎng)地、棄渣場(chǎng)以及便道等的位置。 （7）洞口附近有居民點(diǎn)時(shí)，考慮提前進(jìn)洞，盡可能減少附近地上構(gòu)筑物，地下埋設(shè)物與隧道的相互影響，及減少對(duì)環(huán)境（農(nóng)業(yè)、交通、居民生活）的影響。 （8）洞口路肩應(yīng)高出設(shè)計(jì)洪水位（包括浪高）以上0.5m，以免洪水浸入隧道。 （9）考慮通風(fēng)設(shè)備排出的廢氣和噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響程度和解決辦

18、法。 （10）考慮設(shè)置防雪工程、防風(fēng)工程和防路面凍害工程的必要性。總之，隧道洞口和洞身是不可分的整體，在位置選擇時(shí)不能顧此失彼，應(yīng)該同樣的重視。3.2 隧道的幾何設(shè)計(jì)l 隧道由主體建筑物和附屬建筑物兩部分組成。l 主體建筑物包括洞門(mén)和洞身襯砌，以及需要在洞口地段接長(zhǎng)的明洞。l 附屬建筑物包括通風(fēng)、照明、防排水、安全設(shè)備、電力、通信設(shè)備等。l 隧道的幾何設(shè)計(jì)主要是汽車行駛與隧道各個(gè)幾何元素的關(guān)系，常把隧道中心線解剖為隧道的平面，縱斷面及凈空斷面來(lái)分別研究。 隧道的平面設(shè)計(jì)1、隧道平面設(shè)計(jì)：隧道平面是指隧道中心線在水平面上的投影。隧道是線路的一個(gè)組成部分，與公路一樣，線形至少滿足公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)

19、定；2、應(yīng)適當(dāng)提高線形標(biāo)準(zhǔn)。因隧道內(nèi)運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù)條件明顯比洞外差。3、具體原則：（1）原則上采用直線，避免曲線；（2）當(dāng)必須設(shè)置曲線時(shí)，半徑不宜小于不設(shè)超高的平面曲線半徑。4、曲線隧道的不利因素：（1） 行車視距問(wèn)題；（2） 加寬斷面問(wèn)題，造成變截面隧道，施工難度大；（3） 曲線隧道內(nèi)裝修復(fù)雜；（4） 增加通風(fēng)阻抗，對(duì)自然通風(fēng)不利；3.2.2 隧道縱斷面設(shè)計(jì)1、 隧道縱斷面：沿隧道中心線展開(kāi)的垂直面上的投影。2、 縱坡類型：（1） 人字坡隧道（2） 上行單坡隧道（3） 下行單坡隧道3、 控制隧道縱坡大小的主要因素（1） 通風(fēng)問(wèn)題（2） 排水問(wèn)題4、 縱坡坡度大小及其影響（1） 隧道縱坡坡度范圍：

20、0.3%-3%（2） 縱坡坡度與通風(fēng)的關(guān)系，要求1%以下，大于2%，排量迅速增加；（3） 與排水的關(guān)系，縱坡越大水流越快；（4） 縱坡坡度與施工運(yùn)營(yíng)的關(guān)系，采用大豎曲線半徑和豎曲線長(zhǎng)度；（5） 綜合通風(fēng)和排水考慮，縱坡為不防礙排水的緩坡為宜；3.2.3 隧道橫斷面設(shè)計(jì)3.2.4 隧道接線1、 保證有足夠的視距和行駛安全2、 注視點(diǎn)和注視時(shí)間3、 隧道兩端平面線形與道路線形相一致的最小長(zhǎng)度有規(guī)定。3.3 襯砌內(nèi)輪廓線及幾何尺寸擬定l 什么是隧道襯砌：是一種超靜定支護(hù)結(jié)構(gòu)。l 襯砌斷面設(shè)計(jì)：主要解決內(nèi)輪廓線，軸線和厚度三個(gè)問(wèn)題。l 設(shè)計(jì)內(nèi)輪廓線的原則：襯砌的內(nèi)輪廓線應(yīng)盡可能地接近建筑限界，力求開(kāi)挖

21、和襯砌的數(shù)量最小。襯砌內(nèi)表面力求平順，還應(yīng)考慮襯砌施工的簡(jiǎn)便。l 隧道襯砌斷面的軸線：應(yīng)當(dāng)盡量與斷面壓力曲線重合，使各截面主要承受壓應(yīng)力。l 隧道襯砌厚度：隨所處地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件不同而有較大變化，并且與隧道的跨徑，荷載大小，襯砌材料以及施工條件等有關(guān)。 襯砌斷面 (1)襯砌內(nèi)輪廓線：是襯砌的完成線，在內(nèi)輪廓線之內(nèi)的空間，即為隧道的凈空斷面。 (2)襯砌外輪廓線：指為保持凈空斷面的形狀，襯砌必須有足夠的厚度(或稱最小襯砌厚度)的外緣線。 (3)實(shí)際開(kāi)挖線：為保證襯砌外輪廓，開(kāi)挖時(shí)往往稍大，尤其用鉆爆法開(kāi)挖時(shí)，實(shí)際開(kāi)挖線不可避免的成為不規(guī)則形狀。3.3.2 公路隧道襯砌內(nèi)輪廓線的求法 (1)

22、圓形斷面的作圖 確定道路隧道內(nèi)輪廓線時(shí)，以公路建筑限界為基準(zhǔn)，并附加上通風(fēng)所需要的斷面。(2)直墻式襯砌斷面 (3)曲墻式襯砌斷面(頂板以上設(shè)置通風(fēng)道時(shí))襯砌斷面幾何尺寸的擬定3.4 道路隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)文件的內(nèi)容和組成 道路隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)的成果是相應(yīng)的設(shè)計(jì)文件，應(yīng)按交通部頒發(fā)的公路基本建設(shè)工程設(shè)計(jì)文件編制辦法和公路隧道勘測(cè)規(guī)程的要求進(jìn)行。 定測(cè)結(jié)束后應(yīng)提出隧道勘測(cè)說(shuō)明書(shū)，其內(nèi)容如下： 1沿線隧道概況及自然概況； 2工程地質(zhì)(包括地震烈度資料)及水文地質(zhì)情況； 3氣象、環(huán)境和有關(guān)政策法令情況； 4施工條件； 5隧道方案； 6對(duì)運(yùn)營(yíng)通風(fēng)、運(yùn)營(yíng)照明和防排水方式的選擇建議； 7存在問(wèn)題以及解決辦法的建議，

23、有關(guān)協(xié)議、紀(jì)要等；8.隧道線路方案平面圖； 9隧道線路地質(zhì)平面圖； 10隧道縱斷面圖； 11隧道洞口地形平面圖； 12洞口縱、橫斷面圖； 13輔助坑道及運(yùn)營(yíng)通風(fēng)風(fēng)道工程所需地形，縱橫斷面圖； 14明洞縱橫斷面圖： 除上述資料外，對(duì)長(zhǎng)大隧道或復(fù)雜的隧道應(yīng)將工程地質(zhì)及水文地質(zhì)調(diào)查成果附于說(shuō)明書(shū)之后。 思考題1不良地質(zhì)地段隧道選址時(shí)，主要應(yīng)考慮哪些問(wèn)題？2隧道平面、縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意什么問(wèn)題？3什么是隧道建筑限界？4隧道接線的平面及縱斷面線形有何要求？5什么是襯砌內(nèi)輪廓線，外輪廓線，實(shí)際開(kāi)挖線？第4章 隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造 公路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造，由主體構(gòu)造物和附屬構(gòu)造物兩大類組成。主體構(gòu)造物通常指洞身襯砌和洞門(mén)

24、構(gòu)造物。附屬構(gòu)造物是主體構(gòu)造物以外的其它建筑物，是為了運(yùn)營(yíng)管理、維修養(yǎng)護(hù)、給水排水、供蓄發(fā)電、通風(fēng)、照明、通訊、安全等而修建的構(gòu)造物。4.1 洞身襯砌 襯砌結(jié)構(gòu)的類型出現(xiàn)各種適應(yīng)不同的地質(zhì)條件的結(jié)構(gòu)類型，大致有下列幾類。1直墻式襯砌2曲墻式襯砌3噴混凝土襯砌、噴錨襯砌及復(fù)合式襯砌4偏壓襯砌5.喇叭口隧道襯砌6圓形斷面隧道7矩形斷面襯砌4.1.2 支護(hù)結(jié)構(gòu) 在隧道及地下工程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)通常分為初期支護(hù)（一次支護(hù)）和永久支護(hù)（二次支護(hù)、二次襯砌）。一次支護(hù)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(hù)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)。4.2 洞門(mén) 概述 洞門(mén)是隧

25、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(hù)結(jié)構(gòu)，其作用是保證洞口邊坡的安全和仰坡的穩(wěn)定，引離地表流水，減少洞口土石方開(kāi)挖量。洞門(mén)也是標(biāo)志隧道的建筑物。洞門(mén)附近的巖(土)體通常都比較破碎松軟，易于失穩(wěn)，形成崩塌。為了保護(hù)巖(土)體的穩(wěn)定和使車輛不受崩塌、落石等威脅，確保行車安全，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，選擇合理的洞門(mén)型式。洞門(mén)是各類隧道的咽喉，在保障安全的同時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行洞門(mén)的美化和環(huán)境的美化。 山嶺隧道常用的洞門(mén)型式主要有端墻式、翼墻式和環(huán)框式；水底隧道的洞門(mén)通常與附屬建筑物，如通風(fēng)站，供、蓄、發(fā)電間，管理所等結(jié)合在一起修建，城市隧道既可能是山嶺隧道，也可能是水底隧道，不過(guò)一般情況下交通

26、量都比較大，對(duì)建筑藝術(shù)上的要求也較高。道路隧道在照明上有相當(dāng)高的要求，為了處理好司機(jī)在通過(guò)隧道時(shí)的一系列視覺(jué)上的變化，有時(shí)考慮在入口一側(cè)設(shè)置減光棚等減光構(gòu)造物，對(duì)洞外環(huán)境作某些減光處理。這樣洞門(mén)位置上就不再設(shè)置洞門(mén)建筑，而是用明洞和減光建筑將襯砌接長(zhǎng)，直至減光建筑物的端部，構(gòu)成新的入口。4.2.2 洞門(mén)型式1端墻式洞門(mén)2.翼墻式洞門(mén)3.環(huán)框式洞門(mén)4遮光棚式洞門(mén)4.2.3 隧道洞門(mén)構(gòu)造4.3 明洞 當(dāng)隧道埋深較淺，上覆巖(土)體較薄，難采用暗挖法時(shí)，則應(yīng)采用明挖法來(lái)開(kāi)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(diǎn)，既作為地面建筑物用以抵御邊坡、仰坡的坍方、落石

27、、滑坡、泥石流等病害。明洞凈空必須滿足隧道建筑限界要求，洞門(mén)一般作成直立端墻式洞門(mén)。 明洞的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)營(yíng)安全及施工難易等條件進(jìn)行選擇，采用最多的是拱形明洞和棚式明洞；4.3.1 拱形明洞 隧道進(jìn)出口兩端的接長(zhǎng)明洞或在路塹邊坡不穩(wěn)定地段修建的獨(dú)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。其形式有以下四種： (一)路塹對(duì)稱型 (二)路塹偏壓型 (三)半路塹偏壓型 (四)半路塹單壓型 4.3.2 棚式明洞 當(dāng)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(shí)，可采用棚式明洞。 4.3.3 明洞基礎(chǔ) 明洞

28、基礎(chǔ)應(yīng)置于穩(wěn)固的地基上。當(dāng)基巖埋深較淺時(shí)，基礎(chǔ)可設(shè)置于基巖上；當(dāng)基礎(chǔ)位于軟弱地基上時(shí)，基礎(chǔ)可采用仰拱，整體式鋼筋混凝土底板等結(jié)構(gòu)。外墻基礎(chǔ)趾部，應(yīng)有一定的嵌入深度并應(yīng)設(shè)在凍結(jié)線以下0.25m，且保證一定的護(hù)基寬度。 明洞基礎(chǔ)應(yīng)遵守隧道襯砌基礎(chǔ)的有關(guān)規(guī)定。當(dāng)兩側(cè)邊墻地基軟硬不均時(shí)，應(yīng)采取措施加以處理，以免引起過(guò)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?？刹扇∠率龃胧?1)基巖不深時(shí)可加深基礎(chǔ)，設(shè)置于基巖上；(2)采用鋼筋混凝土或混凝土仰拱；(3)采用鋼筋混凝土底板，修筑整體式基礎(chǔ)；(4)亦可采用樁基或加固地層等措施。 4.3.4 明洞填土 明洞頂設(shè)計(jì)填土厚度，應(yīng)根據(jù)山坡病害的情況，預(yù)計(jì)明

29、洞頂可能出現(xiàn)的坍塌量及將來(lái)明洞所要起的作用來(lái)確定。4.4 豎井、斜井 一般隧道開(kāi)挖是從兩洞口或從其中一個(gè)方向洞口進(jìn)行。但在長(zhǎng)大隧道因工期限制、經(jīng)濟(jì)、施工、地形、環(huán)境等條件，有必要分成幾個(gè)工程區(qū)段進(jìn)行施工，多數(shù)情況下要設(shè)工作坑道。 工作坑道按坡度區(qū)分為橫洞、斜井、豎井和平行導(dǎo)坑。選擇那種形式，決定于地形、地質(zhì)、工期，運(yùn)輸能力，設(shè)置地點(diǎn)的當(dāng)?shù)貤l件。 豎井與斜井比較，當(dāng)高差相同時(shí)，長(zhǎng)度約為斜并的1/4左右，在遇不良地質(zhì)和涌水等機(jī)率低時(shí)，是有利的。但是從運(yùn)輸效率方面比起斜井來(lái)，就需加大斷面才能滿足。而且對(duì)于大型機(jī)械進(jìn)入也較困難。另外開(kāi)挖中處理涌水也困難，開(kāi)挖能力受地質(zhì)和涌水狀況變化影響大。除作業(yè)中的墮

30、落，落石等外，在隧道主坑道開(kāi)挖時(shí)萬(wàn)一出現(xiàn)大涌水，停電等事故時(shí)，安全度均較低。因此應(yīng)考慮這些因素后，才決定采用斜井或是豎井。 豎井、斜井除作為施工作業(yè)坑道外，常使用于公路隧道的通風(fēng)井；水底隧道的揚(yáng)排水和維修保養(yǎng)通道；揚(yáng)水式發(fā)電站的調(diào)壓水槽和壓力管道閘門(mén)等。4.4.1 豎井 豎井的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(lái)決定。特別是設(shè)在山谷部分的豎井多數(shù)延長(zhǎng)短，要研究防止井口附近地表水和泥沙的流入措施。4.4.2 斜井 確定斜井位置時(shí)，考慮以下因索：洞口設(shè)置在地形簡(jiǎn)單，地質(zhì)良好，涌水量不大，能保證洞外碴罐、卷?yè)P(yáng)機(jī)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(zhǎng)度盡可能短

31、，能提供適合運(yùn)輸方式的坡度。4.4.3 使用于通風(fēng)的豎井 公路隧道通風(fēng)設(shè)備的規(guī)模的決定，是以汽車排放的有害物質(zhì)即對(duì)生理上有害的一氧化碳和走行上產(chǎn)生視覺(jué)障礙的煙霧為對(duì)象的，因此隨著隧道長(zhǎng)度和交通量的增加，所需通風(fēng)設(shè)備的送風(fēng)量也增加。 4.5 內(nèi)裝、頂棚及路面內(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(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)中保持在必要的水平以上，墻面須用適當(dāng)?shù)牟牧霞右詢?nèi)裝處理。以改善隧道內(nèi)的環(huán)境，提高能見(jiàn)度和吸收噪聲。 通常用于隧道的張貼內(nèi)裝材料有： 塊狀混凝土材料 其表面粗糙，容易污染而且不好清洗，但襯砌表面不需特殊處理即可設(shè)置，比較經(jīng)濟(jì)。 飾面板、鑲板等質(zhì)地致密材料 不容易污染，清洗

32、效果好，洗凈率高。板背后的滲漏水很隱蔽，既使外露也容易洗凈。各種管線容易在板背后隱蔽設(shè)置。板背后的空間有利于吸收噪聲。 瓷磚鑲面材料 表面光滑，容易洗凈且效果良好；要求襯砌平整，以便鑲砌整齊；隧道漏水部位可以考慮用排水管道疏導(dǎo)；鑲面后面可以埋設(shè)小管線；但這種材料沒(méi)有任何吸聲作用。 油漆材料 比塊狀混凝土材料容易清洗，但不及其它兩種材料，對(duì)襯砌表面要求很高，需要壓光、平整；隧道不能有漏水現(xiàn)象，浸濕的油漆損壞很快；這種材料也沒(méi)有吸聲作用。4.5.2 頂 棚 頂棚的反射率對(duì)提高照明效果有利，經(jīng)過(guò)頂棚的反射光使路面產(chǎn)生二次反射，能明顯的增加路面亮度。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

33、接影響到路面亮度，所以應(yīng)該是淺色的，但是又應(yīng)有別于墻面，在色調(diào)和飽和度上可以有所不同。4.5.3 路 面 對(duì)隧道內(nèi)路面的討淪是在其具有足夠強(qiáng)度和耐久性的前提下進(jìn)行的。作為特殊要求，有以下各點(diǎn)： 1.路面材料應(yīng)具有抵御水的沖刷和含有化學(xué)物質(zhì)的水的浸蝕能力。尤其地下水可能為承壓水時(shí)，更為突出。路面的坡度應(yīng)能迅速排除清洗用水。 2.因?yàn)檐囕v在隧道內(nèi)的減速及制動(dòng)次數(shù)較高，橫向抗滑要求更高，以確保車體橫向穩(wěn)定。 3.容易修補(bǔ)。 4.路面漫反射率高，顏色明亮，才能獲得良好的照明效果。路面作為發(fā)現(xiàn)障礙物的背景，比墻面和頂棚有更大的、關(guān)鍵性的作用。 路面材料主要有兩種，即混凝土和瀝青混凝土。由于混凝土的反射率

34、較瀝青混凝土路面高，橫向抗滑性好，是過(guò)去廣泛使用的材料。其最大缺點(diǎn)是產(chǎn)生裂縫時(shí)不容易修補(bǔ)，更換時(shí)要停止交通。在高寒地區(qū)還要受到防滑鏈的損害，必需考慮設(shè)置磨耗層。瀝青路面的反射率較低，為了改善路面亮度，需要在面層加入石英和鋁的混合物。有的加人淺色石子和氧化鈦?zhàn)鎏畛淞稀?4.5.4 噪聲的消減 隧道內(nèi)的混響時(shí)間(噪聲源發(fā)音瞬間的聲能衰減到1/106。時(shí)所需時(shí)間，即衰減60分貝所需時(shí)間)為洞外的數(shù)千倍。而洞外僅為數(shù)百分之一秒。對(duì)于交通量大的重要隧道，往往需要設(shè)置應(yīng)急電話等安全設(shè)備，這種隧道，噪聲至少應(yīng)當(dāng)控制在可以用電話與管理所通話的程度。 噪聲水平(SL)與汽車交通量(N)之間的關(guān)系可按下式計(jì)算；S

35、L181gN十13(dB) () 式中：N小時(shí)交通量(輛h)。 4.6 隧道的防水與排水 水，不僅是影響隧道正常施工的因素之一，也是影響隧道正常運(yùn)營(yíng)的重要因素之一。為避免和減少水的危害，我國(guó)隧道工作者已總結(jié)出“截、堵、排相結(jié)合”的綜合治水原則，并以模筑混凝土襯砌作為防水(堵水)的基本措施。 截，就是在隧道以外將地表水和地下水疏導(dǎo)截流，使不進(jìn)入隧道工程范圍內(nèi)。 堵，就是以襯砌混凝土為基本防水層，以其它防水材料為輔助防水層，阻隔地下水，使之不能進(jìn)人隧道內(nèi)的防水措施，必要時(shí)還可以采用注漿堵水措施。堵水措施可以較好地保護(hù)地下水環(huán)境。 排，就是人為設(shè)置排水系統(tǒng)，將地下水排出隧道。 思考題1整體襯砌，復(fù)合

36、式及錨噴襯砌各適用于什么場(chǎng)合？2洞門(mén)有何作用，有哪些洞門(mén)形式，各適用于什么地質(zhì)條件？3什么是明洞？明洞有哪幾種類型？4明洞基礎(chǔ)和頂土有些什么要求？5什么情況下，要考慮采用斜井和豎井？6如何做好隧道的防水與排水？第5章 隧道圍巖分級(jí)與圍巖壓力隧道工程所賦存的地質(zhì)環(huán)境的內(nèi)涵很廣，包括地層特征、地下水狀況、開(kāi)挖隧道前就存在于地層中的原始地應(yīng)力狀態(tài)、地溫梯度等。因此，隧道圍巖的穩(wěn)定性是反映地質(zhì)環(huán)境的綜合指標(biāo)。隧道圍巖壓力是指隧道開(kāi)挖后，圍巖作用在隧道支護(hù)上的壓力，是隧道支撐或襯砌結(jié)構(gòu)的主要荷載之一。5.1 隧道圍巖分級(jí)及其應(yīng)用 隧道的破壞，主要取決于圍巖的穩(wěn)定性，而影響圍巖穩(wěn)定性的因素是多方面的，其中

37、隧道圍巖結(jié)構(gòu)特征和完整狀態(tài)，是影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素。隧道圍巖體的強(qiáng)度，對(duì)隧道的穩(wěn)定性有著重要的影響，地下水、風(fēng)化程度也是隧道圍巖喪失穩(wěn)定性的重要原因。隧道圍巖分級(jí)的因素指標(biāo)及其選擇圍巖分級(jí)的指標(biāo)，主要考慮影響圍巖穩(wěn)定性的因素或其組合的因素，大體有以下幾種：1單一的巖性指標(biāo)2單一的綜合巖性指標(biāo)3復(fù)合指標(biāo)隧道圍巖分級(jí)的方法國(guó)內(nèi)外隧道圍巖分級(jí)的方法較多，所采用的指標(biāo)也不同，但都是在隧道工程的實(shí)踐基礎(chǔ)上逐步建立起來(lái)的，隨著人們對(duì)隧道工程、地質(zhì)環(huán)境之間相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)和理解，其圍巖分級(jí)方法也在逐步深化和提高。發(fā)展過(guò)程大體有以下幾類型： 1按巖石強(qiáng)度為單一巖性指標(biāo)的分級(jí)法 2按巖體構(gòu)造和巖性特征為代表的

38、分級(jí)法3與地質(zhì)勘察手段相聯(lián)系的分級(jí)法 4多種因素的組合分級(jí)法 5以工程對(duì)象為代表的分類法5.2 圍巖壓力的確定 圍巖壓力的概念 圍巖壓力的產(chǎn)生圍巖壓力的產(chǎn)生是隧道工程的一個(gè)重要的力學(xué)特征，隧道是在具有一定的應(yīng)力歷史和應(yīng)力場(chǎng)的圍巖中修建的。所以，圍巖的初始應(yīng)力場(chǎng)的狀態(tài)極大地影響著在其中發(fā)生的一切力學(xué)現(xiàn)像，這是和地面工程極其不同的。（一）圍巖的初始地應(yīng)力場(chǎng)通常所指的初始應(yīng)力場(chǎng)泛指隧道開(kāi)挖前巖體的初始靜應(yīng)力場(chǎng)，它的形成與巖體構(gòu)造、性質(zhì)、埋藏條件以及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的歷史等有密切關(guān)系。在隧道開(kāi)挖前是客觀存在的，在這種應(yīng)力場(chǎng)中修建隧道就必須了解它的狀態(tài)及其影響。（二）隧道開(kāi)挖后的應(yīng)力場(chǎng)隧道的開(kāi)挖，移走了隧道內(nèi)原

39、來(lái)受力的部分巖體，破壞了圍巖初始應(yīng)力場(chǎng)的平衡狀態(tài)，圍巖從相對(duì)靜止的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽儎?dòng)的狀態(tài)。圍巖力圖達(dá)到一個(gè)新的平衡，其應(yīng)力和應(yīng)變開(kāi)始一個(gè)新的變化運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，使得圍巖的應(yīng)力重新分布并向開(kāi)挖的隧道空間變形。隧道的開(kāi)挖，破壞了圍巖原有的平衡，產(chǎn)生了變形和應(yīng)力重新分布。但是這種變化發(fā)展不是無(wú)限的，它總是為了達(dá)到新的平衡而處在一種新的應(yīng)力狀態(tài)中。圍巖壓力的確定方法圍巖壓力的確定目前常用有下列三種方法：1直接量測(cè)法2經(jīng)驗(yàn)法或工程類比法3理論估算法（一） 深埋隧道圍巖壓力的確定（二） 淺埋隧道圍巖壓力的計(jì)算（三）圍巖應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)5.3 影響圍巖穩(wěn)定性的因素隧道圍巖分級(jí)的是對(duì)隧道開(kāi)挖后，圍巖穩(wěn)定程度的分

40、級(jí)和評(píng)價(jià)。構(gòu)成圍巖分級(jí)的前提是大量的隧道工程實(shí)踐，在歸納、統(tǒng)計(jì)分析類似地質(zhì)條件的基礎(chǔ)，通過(guò)定量和定性確定影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素，就得到隧道圍巖的分級(jí)。因此，圍巖分級(jí)的因素，也就是影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素。 地質(zhì)因素的影響 施工因素的影響 思考題1圍巖的初始應(yīng)力場(chǎng)的基本概念，如何評(píng)價(jià)初始應(yīng)力場(chǎng)？2圍巖完整性包括什么內(nèi)容？在圍巖分級(jí)中的作用？3決定隧道圍巖穩(wěn)定性的因素有哪些？如何認(rèn)識(shí)這些因素的影響？4為什么要進(jìn)行圍巖分級(jí)和怎樣進(jìn)行圍巖分級(jí)？5隧道各階段圍巖分級(jí)考慮的因素有哪些不同？ 第6章 隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算6.1 概 述 引 言局部變形理論是以溫克爾（E.Winkler）假定為基礎(chǔ)的。它認(rèn)為應(yīng)力（）

41、和變形（）之間呈直線關(guān)系，即，為圍巖彈性抗力系數(shù)。這一假定，相當(dāng)于認(rèn)為圍巖是一組各自獨(dú)立的彈簧，每個(gè)彈簧表示一個(gè)小巖柱。雖然實(shí)際的彈性體變形是互相影響的，施加于一點(diǎn)的荷載會(huì)引起整個(gè)彈性體表面的變形，即共同變形。但溫克爾假定能反映襯砌的應(yīng)力與變形的主要因素，且計(jì)算簡(jiǎn)便實(shí)用，可以滿足工程設(shè)計(jì)的需要。共同變形理論把圍巖視為彈性半無(wú)限體，考慮相鄰質(zhì)點(diǎn)之間變形的相互影響。它用縱向變形系數(shù)E和橫向變形系數(shù)表示地層特征，并考慮粘結(jié)力C和內(nèi)摩擦角的影響。但這種方法所需圍巖物理力學(xué)參數(shù)較多，而且計(jì)算頗為繁雜，計(jì)算模型也有嚴(yán)重缺陷，另外還假定施工過(guò)程中對(duì)圍巖不產(chǎn)生擾動(dòng)等，更是與實(shí)際情況不符。因而，我國(guó)很少采用。6

42、.1.2 隧道結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型國(guó)際隧道協(xié)會(huì)(ITA)在1987年成立了隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型研究組，收集和匯總了各會(huì)員國(guó)目前采用的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過(guò)總結(jié)，國(guó)際隧道協(xié)會(huì)認(rèn)為，目前采用的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法可以歸納為以下4種設(shè)計(jì)模型：（1）以參照過(guò)去隧道工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工程類比為主的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法；（2）以現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)為主的實(shí)用設(shè)計(jì)方法。例如，以洞周位移量測(cè)值為根據(jù)的收斂約束法；（3）作用與反作用模型，即荷載結(jié)構(gòu)模型。例如，彈性地基圓環(huán)計(jì)算和彈性地基框架計(jì)算等計(jì)算法；（4）連續(xù)介質(zhì)模型，包括解析法和數(shù)值法。數(shù)值計(jì)算法目前主要是有限單元法。從各國(guó)的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐看，目前，在設(shè)計(jì)隧道的結(jié)構(gòu)體系時(shí)，主

43、要采用兩類計(jì)算模型，一類是以支護(hù)結(jié)構(gòu)作為承載主體，圍巖作為荷載同時(shí)考慮其對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形約束作用的模型。另一類則相反，視圍巖為承載主體，支護(hù)結(jié)構(gòu)則為約束圍巖變形的模型。6.2 隧道襯砌上的荷載類型及其組合 圍巖壓力與結(jié)構(gòu)自重力是隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算的基本荷載。明洞及明挖法施工的隧道，填土壓力與結(jié)構(gòu)自重力是結(jié)構(gòu)的主要荷載。公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ026-90）中在對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，按其可能出現(xiàn)的最不利組合考慮。其他各種荷載除公路車輛荷載之外，在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)考慮的機(jī)率很小，有的也很難準(zhǔn)確的表達(dá)與定量，表中所列荷載不論機(jī)率大小，力求其全，是為了體現(xiàn)荷載體系的完整，也是為了在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)荷載組合的安全系數(shù)取值

44、，并與鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JBJ3-85）的取值保持一致。同時(shí)又本著公路隧道荷載分類向公路荷載分類方法靠的原則，在形式上與公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTJ 02189）保持一致，在取用荷載組合安全系數(shù)時(shí)又能與鐵路隧道荷載分類相對(duì)應(yīng)。6.3半襯砌的計(jì)算6.3.1 正則方程建立如下正則方程式： （6.3.1）式中：是單位變位，即在基本結(jié)構(gòu)上，因作用時(shí)，在方向上所產(chǎn)生的變位；為荷載變位，即基本結(jié)構(gòu)因外荷載作用，在方向的變位；f為拱圈的矢高；拱腳截面的最終轉(zhuǎn)角和水平位移。單位變位及荷載變位的計(jì)算由結(jié)構(gòu)力學(xué)求變位的方法（軸向力與剪力影響忽略不計(jì)）知道： （6.3.2）式中：是基本結(jié)構(gòu)在作用下所產(chǎn)生的彎矩；是基

45、本結(jié)構(gòu)在作用下所產(chǎn)生的彎短；是基本結(jié)構(gòu)在外荷載作用下所產(chǎn)生的彎知，EJ是結(jié)構(gòu)的剛度。在進(jìn)行具體計(jì)算時(shí)，由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱、荷載對(duì)稱，只需計(jì)算半個(gè)棋圈。在很多情況下，襯砌厚度是改變的，給積分帶來(lái)不便，這時(shí)可將拱圈分成偶數(shù)段，用拋物線近似積分法代替，式（6.3.2）可以改寫(xiě)為： （6.3.3）利用式（6.3.3），求得下列變位： (6.3.4) 式中：是半供弧長(zhǎng)等分后的每段弧長(zhǎng)。計(jì)算表明，當(dāng)拱厚dl10（l為拱的跨度）時(shí)，曲率和剪力的影響可以略去。當(dāng)矢跨比時(shí)，軸向力影響可以略去。第7章 錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工7.1 概述噴射混凝土是利用高壓空氣將摻有速凝劑的混凝土混合料通過(guò)混凝土噴射機(jī)與高壓水混合噴射

46、到巖面上迅速凝結(jié)而成的，錨噴支護(hù)是噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土等結(jié)構(gòu)組合起來(lái)的支護(hù)形式，可以根據(jù)不同圍巖的穩(wěn)定狀況，采用錨噴支護(hù)中的一種或幾種結(jié)構(gòu)的組合。7.2錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力與計(jì)算錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)1、 錨桿類型（1） 全長(zhǎng)粘結(jié)型（2） 端頭錨固型（3） 摩擦型（4） 預(yù)應(yīng)力型2、 錨桿的力學(xué)作用錨桿對(duì)圍巖所起的力學(xué)效應(yīng)主要有以下作用：（1） 吊懸作用：將不穩(wěn)定巖層懸吊在堅(jiān)固巖層上，阻止圍巖移動(dòng)滑落。（2） 減跨作用：在隧道頂板巖層中大入錨桿，相當(dāng)于在頂板上增加了支點(diǎn)，使隧道跨度減小，從而使頂板巖體應(yīng)力減小。（3） 組合作用：在巖層中大入錨桿，將若干薄弱巖層錨固在一起，類似將疊合的板梁變成

47、組合梁，提高巖層的承載力。（4） 擠壓加固作用（整體加固作用）：預(yù)應(yīng)力錨桿群錨入圍巖后，其兩端附近巖體形成圓錐形壓縮區(qū)，按照一定間距排列的錨桿在預(yù)應(yīng)力作用下構(gòu)成一個(gè)均勻的壓縮帶，即承載環(huán)。壓縮帶中的巖體處于三向應(yīng)力狀態(tài)，顯著提高圍巖強(qiáng)度。3、 錨桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算（1） 錨桿長(zhǎng)度的確定：錨桿總長(zhǎng)度（2）錨桿間距的確定：若等間距布置，每根錨桿所負(fù)擔(dān)的巖體重量即為所受荷載。其中，是巖體容重；錨桿間距，一般>2；k安全系數(shù)，23。（3） 支護(hù)塊狀圍巖：圍巖塌落總是從危石開(kāi)始，可能形成連鎖反應(yīng)。利用正弦定理：； 由此可確定錨桿直徑： （）砂漿錨桿的承載力：（4） 加固裂隙圍巖：若在隧道頂部出現(xiàn)裂隙，

48、為防止進(jìn)一步擴(kuò)展危及頂部巖體穩(wěn)定，可采用預(yù)應(yīng)力錨桿加固。噴混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)噴射混凝土結(jié)構(gòu)通過(guò)局部穩(wěn)定圍巖和整體穩(wěn)定圍巖起支護(hù)作用。1、 局部穩(wěn)定原理2、 整體穩(wěn)定原理三、錨噴聯(lián)合支護(hù)1、 錨噴聯(lián)合支護(hù)修建隧道的基本概念錨桿是深層加固圍巖，噴射混凝土是表層及局部加固圍巖（1） 圍巖是隧道穩(wěn)定的基本部分，盡量維護(hù)圍巖體的強(qiáng)度特性（2） 保證初期支護(hù)具有柔性，并與圍巖密貼（3） 設(shè)計(jì)和施工中要正確估計(jì)圍巖特性及其隨時(shí)間的變化2、 支護(hù)與圍巖共同作用的力學(xué)原理 （1） 錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的力學(xué)原理 共同作用的彈塑性理論（2） 彈塑性理論的基本概念 基于材料試驗(yàn)彈塑性曲線（3） 均質(zhì)圍巖中圓形隧道的彈性解（

49、4） 均質(zhì)圍巖中圓形隧道的塑性解（5） 彈性區(qū)與塑性區(qū)邊界上的連續(xù)條件（6） 塑性區(qū)半徑與支護(hù)抗力的關(guān)系（7） 由洞周位移計(jì)算圍巖壓力3、 錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算4、隧道圍巖位移量的容許值5、二次襯砌支護(hù)時(shí)間選擇原則（1） 各測(cè)試項(xiàng)目的位移速率明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定；（2） 已產(chǎn)生的各項(xiàng)位移已達(dá)預(yù)計(jì)總位移量的80%90%；（3） 周邊位移速率小于0.10.2mm/d，或拱頂下沉速率小于 0.070.15mm/d7.3 錨噴支護(hù)施工原則1、采取各種措施確保圍巖不出現(xiàn)有害松動(dòng)（1） 采用控制爆破技術(shù)：減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)強(qiáng)度（2） 減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)：盡可能采用全斷面一次開(kāi)挖（3） 初期支護(hù)及時(shí)快速

50、：及時(shí)是抑制圍巖變形的有害發(fā)展（4） 合理利用開(kāi)挖面空間效應(yīng)抑制圍巖變形： 什么是開(kāi)挖面空間效應(yīng)？由于開(kāi)挖面的約束開(kāi)挖面附近不能釋放全部位移。如果在空間效應(yīng)范圍內(nèi)支護(hù)就可以圍巖有害變形。（5） 盡量減少其他外界因素（水、潮）對(duì)圍巖的影響：對(duì)有地下水的裂隙巖體，要防止大的滲透壓力。2、使圍巖變形適度發(fā)展，最大限度發(fā)揮圍巖自承能力（1） 初期支護(hù)采用分次施作的方法；（2） 調(diào)節(jié)支護(hù)封底時(shí)間，控制圍巖變形；（3） 適當(dāng)延遲支護(hù)時(shí)間，控制圍巖變形；3、保證錨噴支護(hù)與圍巖形成共同體（1） 施工方法和施工措施上保證；（2） 列入施工質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目；4、選擇合理支護(hù)類型和參數(shù)，并充分發(fā)揮其功效（1） 綜合考慮各種因素確定支護(hù)類型；（2） 合理選擇錨桿類型和參數(shù)，在圍巖中有效形成承載圈（3） 合理選擇噴層厚度，充分發(fā)揮噴層與圍巖自身承載力5