山嶺隧道的組成

1、 s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e r s I t y西南交通大學(xué)Southwest Jiaotong University山嶺隧道課程第 二 講隧 道 組 成張俊儒 副教授山嶺隧道的組成第1頁 隧道洞門 隧道橫斷面 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu) 隧道明洞 鐵路隧道從屬建筑物 公路隧道從屬建筑物主要內(nèi)容山嶺隧道的組成第2頁 隧道結(jié)構(gòu)可分為主體建筑物和從屬建筑物。前者是為了保持隧道穩(wěn)定，確保隧道正常使用而修建，由洞身支護(hù)結(jié)構(gòu)及洞門組成，在線路洞口附近輕易坍塌或有落石危險(xiǎn)時(shí)則需要加筑明洞；隧道從屬建筑物指確保隧道正常使用所需要各種輔助設(shè)施。山嶺隧道的組成第3頁

2、山嶺隧道的組成第4頁 隧道洞門1）洞門作用減小洞口土石方開挖量穩(wěn)定邊、仰坡引離地表水流裝飾洞口 山嶺隧道的組成第5頁2）洞門形式洞口環(huán)框 洞口石質(zhì)堅(jiān)硬穩(wěn)定，地形陡峻無排水要求； 隧道洞門山嶺隧道的組成第6頁2）洞門形式端墻式（一字式）洞門 適合用于地形開闊，石質(zhì)較穩(wěn)定地域； 隧道洞門山嶺隧道的組成第7頁2）洞門形式端墻式（一字式）洞門 隧道洞門 貴金高速公路大關(guān)隧道山嶺隧道的組成第8頁2）洞門形式翼墻式（八字式）洞門 洞口地質(zhì)較差（級(jí)及以上圍巖），山體縱向推力較大時(shí)，在端墻式洞門單側(cè)或雙側(cè)設(shè)置翼墻。 隧道洞門山嶺隧道的組成第9頁2）洞門形式柱式洞門 地形較陡（級(jí)圍巖），仰拱有下滑可能性，又受地

3、形或地質(zhì)條件限制，不能設(shè)置翼墻時(shí)，可在端墻中部設(shè)置2個(gè)（或4個(gè)）斷面較大柱墩，以增加端墻穩(wěn)定性。 隧道洞門山嶺隧道的組成第10頁2）洞門形式臺(tái)階式洞門 當(dāng)洞門位于傍山側(cè)坡地域，洞門一側(cè)邊仰坡較高時(shí)，為了提升靠山側(cè)仰坡起拔點(diǎn)，降低仰拱高度，將端墻頂部改為逐層升高臺(tái)階形式。 隧道洞門山嶺隧道的組成第11頁2）洞門形式斜交式洞門 當(dāng)隧道洞口地面等高線斜交時(shí)，為了縮短隧道度度、降低挖方數(shù)量，可采取平行于等高線與線路呈斜交洞口。 隧道洞門山嶺隧道的組成第12頁2）洞門形式喇叭口式洞門 高速鐵路隧道，為了減緩高速列車空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，對(duì)單線隧道，普通設(shè)喇叭口緩沖段，同時(shí)兼作隧道洞門。 隧道洞門山嶺隧道的組成

4、第13頁其它洞門隧道雁門關(guān)隧道 隧道洞門山嶺隧道的組成第14頁 隧道凈空是指隧道襯砌內(nèi)輪廓線所包圍空間。鐵路隧道凈空是依據(jù)“隧道建筑限界”確定，而“隧道建筑限界”是依據(jù)“基本建筑限界”制訂，“基本建筑限界”又是以“機(jī)車車輛限界”制訂。 “限界”是一個(gè)要求輪廓線，這種輪廓線以內(nèi)空間是確保列車安全運(yùn)行所必需。 “建筑限界”是建筑物不得侵入一個(gè)限界。隧道橫斷面（一）鐵路隧道凈空山嶺隧道的組成第15頁1.機(jī)車車輛限界 機(jī)車車輛最外輪廓限界尺寸。2.基本建筑限界 線路上各種建筑物和設(shè)備均不得侵入輪廓線。3.隧道建筑限界 包圍“基本建筑限界”外鄰輪廓線。要比“基本建筑限界”大，留出空間用于安裝通訊信號(hào)、照

5、明、電力(接觸網(wǎng))等設(shè)備。 4.直線隧道凈空 “直線隧道凈空”比“隧道建筑限界”稍大，除了滿足限界要求外，考慮避讓、救援通道，還考慮了襯砌結(jié)構(gòu)合理受力形狀(拱部采取三心圓，邊墻采取直墻式或曲墻式)及施工方便等原因。隧道橫斷面（一）鐵路隧道凈空山嶺隧道的組成第16頁隧道橫斷面（一）鐵路隧道凈空山嶺隧道的組成第17頁隧道橫斷面（一）隧道凈空山嶺隧道的組成第18頁 各級(jí)公路隧道建筑限界如圖所表示，在建筑限界內(nèi)不得有任何部件侵入。建筑限界高度，高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路取5.0m；三、四級(jí)公路取4.5m。 隧道橫斷面（二）公路隧道凈空山嶺隧道的組成第19頁 公路隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)除應(yīng)符合隧道建筑限界要求

6、外，還應(yīng)滿足洞內(nèi)路面、排水設(shè)施、裝飾需要，并為通風(fēng)、照明、消防、監(jiān)控、運(yùn)行管理等設(shè)施提供安裝空間，同時(shí)考慮圍巖變形、施工方法影響預(yù)留富裕量，使確定斷面形式及尺寸符合安全、經(jīng)濟(jì)、合理標(biāo)準(zhǔn)。 隧道橫斷面（二）公路隧道凈空山嶺隧道的組成第20頁兩車道公路隧道凈空斷面 隧道橫斷面（二）公路隧道凈空山嶺隧道的組成第21頁隧道橫斷面（二）公路隧道凈空山嶺隧道的組成第22頁隧道支護(hù)結(jié)構(gòu) 開挖后隧道，為了保持圍巖穩(wěn)定性，普通需要進(jìn)行支護(hù)和襯砌。 支護(hù)主要方式有：錨桿、鋼架、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土及其組合； 襯砌主要方式有：整體式混凝土襯砌、拼裝式襯砌、噴射混凝土襯砌和復(fù)合式襯砌等。山嶺隧道的組成第23頁復(fù)合式襯砌

7、結(jié)構(gòu)宏觀結(jié)構(gòu)：早期支護(hù)；二次襯砌；防水結(jié)構(gòu)；其它結(jié)構(gòu)：水溝、電纜槽、填充山嶺隧道的組成第24頁早期支護(hù)：錨桿；噴射混凝土；鋼架；鋼筋網(wǎng)。復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)山嶺隧道的組成第25頁早期支護(hù)：錨桿；噴射混凝土；鋼架；鋼筋網(wǎng)。復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)山嶺隧道的組成第26頁早期支護(hù)：錨桿；噴射混凝土；鋼架；鋼筋網(wǎng)。復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)山嶺隧道的組成第27頁早期支護(hù)：錨桿；噴射混凝土；鋼架；鋼筋網(wǎng)。復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)山嶺隧道的組成第28頁早期支護(hù)：錨桿；噴射混凝土；鋼架；鋼筋網(wǎng)。復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)山嶺隧道的組成第29頁二次襯砌：建筑材料；結(jié)構(gòu)要求。復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)山嶺隧道的組成第30頁防水及排水體系：土工布；防水層；環(huán)向及縱向盲管邊溝

8、；中心水溝排水管；集水井復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)山嶺隧道的組成第31頁隧道支護(hù)（一）錨桿山嶺隧道的組成第32頁隧道支護(hù)（一）錨桿山嶺隧道的組成第33頁隧道支護(hù) 當(dāng)圍巖軟弱、破碎嚴(yán)重且自穩(wěn)性差時(shí)，隧道開挖后，需要及時(shí)提供足夠強(qiáng)支護(hù)約束圍巖變形。在早期支護(hù)內(nèi)設(shè)置鋼拱架將增大支護(hù)結(jié)構(gòu)早期剛度，阻止圍巖過分變形并承受部分松弛荷載。鋼架分為型鋼和格柵鋼架兩種。（二）鋼架山嶺隧道的組成第34頁隧道支護(hù)（二）鋼架（型鋼）型鋼鋼架接頭(尺寸單位:mm)山嶺隧道的組成第35頁隧道支護(hù)（二）鋼架（格柵）山嶺隧道的組成第36頁隧道支護(hù)（二）鋼架（格柵）山嶺隧道的組成第37頁隧道支護(hù)（三）鋼筋網(wǎng) 鋼筋網(wǎng)噴射混凝土是在噴射混凝土

9、之前，在巖面上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，然后再噴射混凝土。當(dāng)前，我國在各類隧道工程中應(yīng)用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)比較多，主要用于軟弱破碎圍巖，而更多是與錨桿或者鋼拱架組成聯(lián)合支護(hù)。 鋼筋網(wǎng)通常作環(huán)向和縱向布置。環(huán)向筋普通為受力筋，由設(shè)計(jì)確定，直徑12mm左右；縱向筋普通為結(jié)構(gòu)筋，直徑610mm；網(wǎng)格尺寸普通為20cmx20cm, 20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm或30cmx30cm。山嶺隧道的組成第38頁隧道支護(hù)（三）鋼筋網(wǎng)山嶺隧道的組成第39頁隧道支護(hù)（四）噴混凝土 噴射混凝土既是一個(gè)新型支護(hù)結(jié)構(gòu)，又是一個(gè)新施工工藝。它是使用混凝土噴射機(jī)，按一定混合程序，將摻有速凝劑細(xì)石混凝土，噴射

10、到巖壁表面上，并快速固結(jié)成一層支護(hù)結(jié)構(gòu)，從而對(duì)圍巖起到支護(hù)作用。 噴射混凝土能夠作為隧道工程永久性或暫時(shí)性支護(hù)，也能夠與各種形式錨桿、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)等組成組合式支護(hù)結(jié)構(gòu)。它靈活性也很大，能夠依據(jù)需要分次追加厚度。山嶺隧道的組成第40頁隧道支護(hù)（四）噴混凝土山嶺隧道的組成第41頁隧道支護(hù)（五）各種辦法組合支護(hù)山嶺隧道的組成第42頁隧道支護(hù)（五）各種辦法組合支護(hù)山嶺隧道的組成第43頁隧道襯砌 隧道開挖后，以較大厚度和剛度整體模筑混凝土作為隧道結(jié)構(gòu)。 整體式襯砌按照工程類比、不一樣圍巖級(jí)別采取不一樣襯砌厚度。其形式有直墻式和曲墻式兩種，而曲墻式又分為有仰拱和無仰拱兩種。（一）整體式混凝土襯砌山嶺隧道

11、的組成第44頁隧道襯砌結(jié)構(gòu)1）直墻式襯砌 適合用于地質(zhì)條件比很好，以垂直圍巖壓力為主而水平圍巖壓力較小情況。主要適合用于級(jí)圍巖，直墻式襯砌由上部拱圈、兩側(cè)豎直邊墻和下部鋪底三部分組合而成。（一）整體式混凝土襯砌拱頂拱腰拱腳墻腳鋪底山嶺隧道的組成第45頁隧道襯砌結(jié)構(gòu)（一）整體式混凝土襯砌山嶺隧道的組成第46頁隧道襯砌結(jié)構(gòu)2）曲墻式襯砌 曲墻式襯砌適合用于地質(zhì)較差，有較大水平圍巖壓力情況。主要適合用于級(jí)及以上圍巖，或級(jí)圍巖雙線隧道；多線隧道也采取曲墻有仰拱襯砌。 曲墻式襯砌由頂部拱圈、側(cè)面曲邊墻和仰拱/底板(或鋪底)組成。（一）整體式混凝土襯砌拱頂拱腰拱腳墻腳仰拱山嶺隧道的組成第47頁隧道襯砌結(jié)構(gòu)

12、2）曲墻式襯砌 （一）整體式混凝土襯砌2）曲墻式襯砌 在級(jí)圍巖無地下水，且基礎(chǔ)不產(chǎn)生沉降情況下可不設(shè)仰拱，只做鋪底；普通均需設(shè)仰拱，以抵抗隧道底部圍巖壓力和預(yù)防襯砌沉降，并使襯砌形成一個(gè)環(huán)狀封閉整體結(jié)構(gòu)，以提升襯砌承載能力。山嶺隧道的組成第48頁隧道襯砌結(jié)構(gòu)2）曲墻式襯砌 （一）整體式混凝土襯砌山嶺隧道的組成第49頁隧道襯砌結(jié)構(gòu) 復(fù)合式襯砌是指把襯砌分成兩層或兩層以上，能夠是同一個(gè)形式、方法和材料施作，也能夠是不一樣形式、方法、時(shí)間和材料施作。 當(dāng)前大都采取內(nèi)外兩層襯砌。按內(nèi)外襯砌組合情況可分為：早期支護(hù)與二次襯砌。依據(jù)圍巖條件不一樣，分別采取不一樣斷面形式和支護(hù)、襯砌參數(shù)。（二） 復(fù)合式襯砌

13、山嶺隧道的組成第50頁隧道襯砌結(jié)構(gòu) 復(fù)合式襯砌是先在開挖好洞壁表面噴射一層早強(qiáng)混凝土(有時(shí)也同時(shí)施作錨桿)，凝固后形成薄層柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)(稱早期支護(hù))。它既能允許圍巖有一定變形，又能限制圍巖產(chǎn)生有害變形，其厚度多在520cm 之間。 普通待早期支護(hù)與圍巖變形基本穩(wěn)定后再施作內(nèi)襯。為了預(yù)防地下水流入或滲透隧道內(nèi)，能夠在外襯和內(nèi)襯之間設(shè)防水層，其材料可采取軟聚氯乙烯薄膜、聚異丁烯片、聚乙烯等防水卷材，或用噴涂防水涂料等。（二） 復(fù)合式襯砌山嶺隧道的組成第51頁隧道襯砌結(jié)構(gòu) 復(fù)合式襯砌能夠滿足早期支護(hù)施作及時(shí)、剛度小、易變形要求，且與圍巖密貼，從而能保護(hù)和加固圍巖，充分發(fā)揮圍巖自承作用。 二次襯砌后，

14、襯砌內(nèi)表面光滑平整，能夠預(yù)防外層風(fēng)化，裝飾內(nèi)壁，增強(qiáng)安全感，是一個(gè)合理結(jié)構(gòu)形式，也是當(dāng)前公路、鐵路隧道主要結(jié)構(gòu)形式。（二） 復(fù)合式襯砌山嶺隧道的組成第52頁隧道襯砌結(jié)構(gòu)（二） 復(fù)合式襯砌山嶺隧道的組成第53頁隧道襯砌結(jié)構(gòu) 錨噴式襯砌是指錨噴結(jié)構(gòu)既作為隧道暫時(shí)支護(hù)，又作為隧道永久結(jié)構(gòu)（單層襯砌）形式。它含有隧道開挖后襯砌及時(shí)、施工方便和經(jīng)濟(jì)顯著特點(diǎn)。 錨噴式襯砌在圍巖整體性很好軍事工程、各類用途使用期較短及主要性較低隧道中廣泛使用。在公路、鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中，都有依據(jù)隧道圍巖地質(zhì)條件、施工條件和使用要求可采取錨噴襯砌要求。（三）錨噴式襯砌山嶺隧道的組成第54頁隧道襯砌結(jié)構(gòu) 鐵路隧道設(shè)計(jì)要求中要求

15、，錨噴襯砌設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下要求： 錨噴襯砌內(nèi)輪廓線應(yīng)適當(dāng)加大，除考慮施工誤差和位移量外，應(yīng)再預(yù)留10 cm作為必要時(shí)補(bǔ)強(qiáng)用。 碰到以下情況時(shí)不應(yīng)采取錨噴襯砌：地下水發(fā)育或大面積淋水地段；能造成襯砌腐蝕或特殊膨脹性圍巖地段；最冷月平均氣溫低于-5地域凍害地段；有其它要求隧道。（三）錨噴式襯砌山嶺隧道的組成第55頁隧道襯砌結(jié)構(gòu) 裝配式襯砌是將襯砌分成若干塊構(gòu)件，這些構(gòu)件在現(xiàn)場或工廠預(yù)制，然后運(yùn)到坑道內(nèi)用機(jī)械將它們拼裝成一環(huán)接著一環(huán)襯砌。 這種襯砌特點(diǎn)是：拼裝成環(huán)后馬上受力，便于機(jī)械化施工，改進(jìn)勞動(dòng)條件，節(jié)約勞力。 當(dāng)前多在使用盾構(gòu)法施工城市地下鐵道和水底隧道中采取。在鐵路、公路隧道中因?yàn)檠b配式襯砌要

16、求有一定機(jī)械化設(shè)備，施工工藝復(fù)雜，襯砌整體性及抗?jié)B性差而未能推廣使用。（四）裝配式襯砌山嶺隧道的組成第56頁 隧道明洞 明洞是隧道一個(gè)改變形式，它用明挖法修筑。所謂明挖是指把巖體挖開，在露天修筑襯砌，然后回填土石。這么修筑構(gòu)筑物，外形幾乎與隧道無異，有拱圈、邊墻和底板，凈空與隧道相同，和地表相連處，也設(shè)有洞門、排水設(shè)施等。 山嶺隧道的組成第57頁 隧道明洞山嶺隧道的組成第58頁 隧道明洞 明洞普通修筑在隧道進(jìn)出口處，當(dāng)碰到地質(zhì)差且洞頂覆蓋層較薄，用暗挖法難以進(jìn)洞時(shí)，或洞口路塹邊坡上有落石而危及行車安全時(shí)，均需要修建明洞。它是隧道洞口或線路上起防護(hù)作用主要建筑物，在鐵路線上使用較多。 明洞結(jié)構(gòu)類

17、型常因地形、地質(zhì)和危害程度不一樣，有各種形式，采取最多為拱式明洞和棚式明洞兩種。 山嶺隧道的組成第59頁 隧道明洞地質(zhì)差且洞頂覆蓋層較薄，用暗挖法難以進(jìn)洞時(shí)山嶺隧道的組成第60頁 隧道明洞（1）拱式明洞 拱式明洞由拱圈、邊墻和仰拱(或鋪底)組成，它內(nèi)輪廓與隧道相一致，但結(jié)構(gòu)厚度要比隧道大。路塹式對(duì)稱型路塹式偏壓型山嶺隧道的組成第61頁 隧道明洞（1）拱式明洞半路塹式偏壓型半路塹式單壓型山嶺隧道的組成第62頁 隧道明洞（2）棚式明洞 有些傍山隧道，地形自然橫坡比較陡，外側(cè)沒有足夠場地設(shè)置外墻及基礎(chǔ)或確保其穩(wěn)定，這時(shí)采取另一個(gè)建筑物棚式明洞。 棚式明洞常見結(jié)構(gòu)形式：蓋板式剛架式懸臂式山嶺隧道的組成

18、第63頁 隧道明洞（2）棚式明洞鋼架式明洞蓋板式明洞山嶺隧道的組成第64頁 隧道明洞（2）棚式明洞鋼架式明洞渝湘高速老虎山隧道 山嶺隧道的組成第65頁 鐵路隧道從屬建筑物 為了使隧道正常使用，確保列車安全運(yùn)行，除主體建筑物外，還必須修筑一些從屬建筑物。其中包含：防排水設(shè)施，電力及通信信號(hào)安放設(shè)施等。 山嶺隧道的組成第66頁 隧道永久性防排水是經(jīng)過防排水工程辦法實(shí)現(xiàn)。 經(jīng)過理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提出了“截、防、堵、排結(jié)合，因地制宜，綜合治理”標(biāo)準(zhǔn)。（一）防排水設(shè)施 鐵路隧道從屬建筑物山嶺隧道的組成第67頁 截：截?cái)嗟乇硭偷叵滤魅胨淼劳ǖ溃纯诘乇碓O(shè)天溝等截水溝以及地表陷穴等整改； 防：預(yù)防地下

19、水從襯砌背后滲透隧道內(nèi)，充分利用混凝土自防水能力，以及在襯砌與支護(hù)之間設(shè)置防水層；（一）防排水設(shè)施 鐵路隧道從屬建筑物山嶺隧道的組成第68頁 堵：向支護(hù)背后壓注水泥砂漿，用以充填支護(hù)與圍巖間空隙，以堵住地下水通道，并使支護(hù)與圍巖形成整體，改進(jìn)支護(hù)受力條件； 排：將地下水排入隧道內(nèi)，再經(jīng)由洞內(nèi)排水溝（排水溝及盲溝）排走。（一）防排水設(shè)施 鐵路隧道從屬建筑物山嶺隧道的組成第69頁（一）防排水設(shè)施 鐵路隧道從屬建筑物山嶺隧道的組成第70頁（一）防排水設(shè)施 鐵路隧道從屬建筑物山嶺隧道的組成第71頁1）避車洞 當(dāng)列車經(jīng)過隧道時(shí)，為了確保洞內(nèi)行人、維修人員及維修設(shè)備(小車、料具)安全，在隧道兩側(cè)邊墻上交織

20、均勻修建人員躲避及放置車輛、料具洞室叫避車洞。 避車洞依據(jù)其斷面尺寸大小分為大避車洞及小避車洞兩種。 鐵路隧道從屬建筑物山嶺隧道的組成第72頁（二）鐵路隧道從屬建筑物 鐵路隧道從屬建筑物山嶺隧道的組成第73頁（二）鐵路隧道從屬建筑物 鐵路隧道從屬建筑物山嶺隧道的組成第74頁 (1)大避車洞 在碎石道床隧道內(nèi)，每側(cè)相隔300 m布置一個(gè)大避車洞，在整體道床隧道內(nèi)，因人員行車待避較方便，且線路維修工作量較小，可相隔420 m布置。(2)小避車洞 不論在碎石道床或整體道床隧道內(nèi)，每側(cè)邊墻上應(yīng)在大避車洞之間間隔60m (雙線隧道按30m)布置一個(gè)小避車洞。 鐵路隧道從屬建筑物山嶺隧道的組成第75頁2）電力及通信設(shè)施電纜槽：電纜槽用混凝土澆筑，可與水溝同側(cè)并與水溝并行，或設(shè)置在水溝異側(cè)。槽內(nèi)鋪以細(xì)砂做墊層，低壓電纜可直接放在墊層面上，高壓電纜則吊在槽邊預(yù)埋托架上。槽頂設(shè)有蓋板防護(hù)。 鐵路隧道