隧道與地下工程 課件 第1、2章 緒論、隧道結(jié)構(gòu)

本章提要：本章主要介紹了隧道及地下工程的概念、分類、特性及發(fā)展歷程，其中需重點學習掌握隧道及地下工程的概念、分類及特性等知識點。第一章

緒論1.1隧道及地下工程概念1.2隧道及地下工程的分類1.3隧道及地下工程的特性1.4隧道及地下工程的發(fā)展歷程

第一章

緒論

1.1隧道及地下工程概念

隧道及地下工程是土木工程的一個分支，指從事研究各種隧道及地下工程的規(guī)劃、勘察、設計、施工與養(yǎng)護的一門應用科學和工程技術(shù)。

隧道是指兩端有出入口，具有特定使用功能的人工修建的地下建筑物。

1970年OECD（世界經(jīng)濟合作與發(fā)展組織）隧道會議定義：以任何方式修建，最終使用于地面以下的條形建筑物，其空洞內(nèi)部凈空斷面在2m2以上者均為隧道。

隧道定義：以任何方式修建，最終使用于地表以下的條形建筑物，其空洞內(nèi)部凈空斷面在2m2以上者均為隧道。

——1970年，OECD（世界經(jīng)濟合作與發(fā)展組織）隧道會議1.1隧道及地下工程概念

地下工程是指為開發(fā)利用地下空間資源而深入地面以下所建造的地下土木工程，包括鐵路隧道、公路隧道、綜合管廊、過街地下通道、地下房屋及地下構(gòu)筑物等。

對于地下工程，不同的行業(yè)有著不同的稱謂。

如公路和鐵路部門稱之為隧道工程，在礦山行業(yè)稱為巷道，水利部門稱之為隧洞，軍事部門稱之為坑道，在市政部門稱之為通道。1.2隧道及地下工程的分類

從不同角度區(qū)分，可得出不同的地下工程分類方法，最主要的有以下幾種。1.按使用功能分類2.按所處地質(zhì)環(huán)境（介質(zhì)）分類3.按埋置深度分類4.其他分類1.2.1地下工程分類（1）交通工程公路隧道、鐵路隧道、城市地鐵、地下過街通道等。（2）水利工程輸水隧道、水電站地下廠房、地下抽水蓄能電

站、地下水庫等。（3）市政工程給水排水管道及煤氣、供電、通信管線等。（4）人防工程軍事指揮所、地下醫(yī)院、軍火物資庫等。（5）工業(yè)工程地下廠房、地下核電站、地下火電站等。（6）民用工程地下商場、圖書館、體育館、展覽館等。（7）倉儲工程地下儲庫、食物、石油及核廢料儲存等。（8）采礦工程礦山運輸巷道、開采巷道等。

1.按使用功能分類2.按所處的地質(zhì)環(huán)境（介質(zhì)）分類

1）巖石地下工程

2）土體地下工程土體隧道3.按埋置的深度分類

按埋深可分為深埋地下工程和淺埋地下工程：1）深埋地下工程:

2）淺埋地下工程

式中h——洞頂襯砌外緣至地面的垂直距離（m）；

b——

為洞頂襯砌外緣的跨度或圓洞的直徑（m）；

a——系數(shù)，根據(jù)土壓力理論計算約為2.5。

也有按埋藏深度，將地下工程分為深埋、中深、淺埋地下工程。見下表：表1-1地下工程按埋深分類（m）名稱埋深范圍小型結(jié)構(gòu)中型結(jié)構(gòu)大型運輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采礦結(jié)構(gòu)淺埋地下工程0~20~100~100~100中埋地下工程2~410~3010~50100~1000深埋地下工程＞4＞30＞50＞1000

交通隧道是一種應用最廣泛的地下工程，其作用是提供交通運輸和人行的通道。隧道是由主體建筑物和附屬建筑物構(gòu)成，主體建筑物是指洞身襯砌、和洞門，附屬建筑物包括通風、防排水、照明以及使用安全所需設備。1.2.2交通隧道1.交通隧道按使用功能分類公路隧道鐵路隧道地下鐵道水底隧道航運隧道人行地道（1）公路隧道—

專供汽車運輸行駛的通道。

高速公路要求線路順直、坡度平緩、路面寬敞，因此，道路在穿越山區(qū)時，出現(xiàn)了大量的隧道方案。隧道在改善公路技術(shù)狀態(tài)、縮短運行距離、提高運輸能力、減少事故等方面起到重要的作用。（2）鐵路隧道—

專供火車運輸行駛的通道。

鐵路坡限平緩，最大坡限小于24‰（雙機牽引）。限于地形，無法繞行，不能獲得通過展線所需的高程，因此，開挖隧道穿越山嶺是一種合理的選擇，既可以縮短線路、減小坡度也可以提高牽引能力。（3）地下鐵道—專供城市地層中火車運輸?shù)耐ǖ馈?/p>

地下鐵道能解決大城市交通擁堵的問題，并能快速運送乘客，可以將很大一部分地面乘客轉(zhuǎn)運至地下，節(jié)約乘客時間，便利乘客活動，戰(zhàn)時還可以作為人防。地鐵車站地鐵車站（4）水底隧道—

修建于江、河、湖、海洋下的隧道，供汽車和火車運輸行駛的通道。

架橋受凈空的限制，輪渡限制通行量。

隧道方案優(yōu)點是：不受氣候影響，不影響通航，引道占地少，戰(zhàn)時不暴露交通設施目標。

缺點是：造價較高。水中隧道水中隧道（懸浮隧道技術(shù)）越江公路隧道（沉管法）（5）航運隧道—

專供輪船行駛而修建的通道。

當運河需要跨越分水嶺時，克服高程的有力手段是修建運河隧道。

優(yōu)點：是可以把分水嶺兩邊的河道溝通起來縮短航程，減少運營費用，河道順直，航運條件大大改善。（6）人行地道——

專供行人通過的通道。

為了避免在橫跨十字路口處時，機動車頻繁減速甚至需要停車避讓行人，而修建于城市鬧市區(qū)穿越街道或跨越鐵路、高速公路的行人通道。它可以有效緩解地面交通壓力，減少交通事故，方便行人。2.其他分類按所處地質(zhì)條件不同：可分為土層隧道和巖石隧道。按所埋置深度不同：可分為淺埋隧道和深埋隧道。按所在位置不同：可分為山嶺隧道和水底隧道和城市隧道。按施工方式不同：可分為明挖隧道和暗挖隧道。

按長度不同：可分為特長隧道、長隧道、中長隧道和短隧道；其中，鐵路隧道和公路隧道的劃分標準又有所區(qū)別。

鐵路隧道和公路隧道有不同的長度劃分標準，如表：隧道分類特長隧道長隧道中長隧道短隧道鐵路隧道/m＞100003000~10000500~3000≤500公路隧道/m＞30001000~3000500~1000≤5001.2.3水工隧道

水工隧道是水利工程和水力發(fā)電樞紐的一個重要組成部分，按用途又可分為如下幾種。（1）引水隧道

將水引入水電站的發(fā)電機組或為水資源調(diào)動而修建的孔道；又因其內(nèi)壁是否承壓而分為壓力隧道和無壓隧道。引水隧道（2）尾水隧道

將水電站發(fā)電機組排出的廢水送出去而修建的隧道。向家壩尾水隧道（3）導流隧道或泄洪隧道。

為疏導水流或水庫并補充溢洪道流量超限后的泄洪而修建的隧道。導流泄洪隧道（4）排沙隧道。

為沖刷水庫淤積的泥沙而修建的隧道。有時也用來放空水庫里的水，以進行庫身檢查或建筑物修理。排沙隧道1.2.4市政隧道

在城市的建設和規(guī)劃中，充分利用地下空間，將各種不同市政設施安置在地下，而修建的地下孔道。

（1）給水隧道

為城市自來水管網(wǎng)鋪設系統(tǒng)修建的隧道?？刹黄茐氖腥菥坝^，不占用地面，避免遭受人為的損壞。

（2）污水隧道

為城市污水排送系統(tǒng)修建的隧道。這種隧道本身可以導流排送，也可以在管道中安放排污管。污水隧道（3）管路隧道

為城市能源（煤氣、暖氣、熱水等）供給系統(tǒng)修建的隧道，可以起到一定的防漏保溫作用。（4）線路隧道

為保證電力電纜和通信電纜不被人們的活動所損失或破壞，避免懸掛高空影響市容景觀，都修建專門的地下孔道安置它們，這些地下孔道多半沿街道兩側(cè)鋪設。

（5）人防隧道

是為戰(zhàn)時的防空目的而修建的防空避難隧道。人防工程不僅需有排水、通風、照明和通信設備，洞口還需設置各種防爆裝置，以保證人身安全。地下防衛(wèi)設施（新奧法）

（6）綜合管廊

是將電力、通信、燃氣、供熱、給排水等各種工程管線集于一體的城市地下隧道。綜合管廊是保障城市運行的重要基礎設施和“生命線”。地下電纜隧洞地下綜合管廊1.2.5礦山隧道

礦山隧道是礦山開采常設的一種隧道，從山體以外通向地下礦體。（1）運輸巷道

運輸巷道是礦車與行人的主要通道，用于人、材、物和設備的運輸，它是向山體開鑿隧道通到礦床，并逐步開辟巷道，通往各個開采面。

礦山運輸巷道

（2）通風巷道

運輸新鮮空氣，排除有害氣體，調(diào)節(jié)溫度的通道。有時根據(jù)風流要求還需專門設置通風巷，用以保證風量和風壓。

（3）給水巷道

給水巷道是指送入清潔水為開采機械使用，并將廢水及積水通過油泵排除洞外。1.3隧道及地下工程的特性

地下工程是在巖體或土體中開挖構(gòu)筑的結(jié)構(gòu)，與地面工程相比，地下工程具有完全不同的特點。1.3.1工程特性（1）工程受力特點不同

地面工程是先有結(jié)構(gòu)，后有荷載。而地下工程是先有荷載、后有結(jié)構(gòu)，地下工程是在處于自然狀態(tài)下的巖、土地質(zhì)體內(nèi)開挖的，在工程開挖之前就存在著應力環(huán)境，因此，隧道的受力特點不一樣。（2）工程材料特性的不確定性

地面工程材料多為人工材料，如鋼筋混凝土等，這些材料雖然力學與變形性質(zhì)也存在變異性，但相比于巖土體要小很多。地下工程主要涉及的地質(zhì)體不僅包含大量的節(jié)理和斷層還在時間、空間上有諸多不確定性。（3）工程荷載的不確定性

地面工程所受的荷載比較明顯，而地下工程的工程圍巖（地質(zhì)體）不僅會對支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生荷載，同時它也是一種承載體，并且難以準確的取得它的量值。（4）破壞模式的不確定性

地面工程的破壞形式比較容易確定，如強度破壞、變形破壞和旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)等。而地下工程的破壞形式一般難以確定，它與支護類型、時間等密切相關。（5）地下工程信息的不完備性

地質(zhì)力學與變形特性的描述或定量評價取決于所獲取信息的數(shù)量與質(zhì)量，而地下工程只能獲得局部的有限工作面或從露頭獲取信息。（6）地下工程信息的模糊性

地下工程圍巖的節(jié)理特性、充填物性質(zhì)以及對巖性的描述具有模糊性。1.3.2空間特性

地下工程的特性主要從以下三個方面來了解：1）構(gòu)造特性：空間性、密閉性、隔離性等。

2）物理特性：隔熱性、恒溫性等。

3）化學特性：反應性。

這些特性有的對地下空間有利，有的不利。因此，在規(guī)劃地下空間時，應充分了解這些特性并加以充分利用。隧道工程的隱蔽性隧道的特點隧道工程的施工環(huán)境差隧道工程的大量涌水1.3.3經(jīng)濟性及可持續(xù)性

在修建地下工程時，不可避免地會導致附加投資，但是也往往會以得到附加收益作為補償，對地下工程的利用可以作為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一部分。即需要保持一種平衡，經(jīng)驗告訴我們合理的統(tǒng)籌及創(chuàng)新會從地下工程中創(chuàng)造價值。1.3.4隧道及地下工程的優(yōu)缺點因素優(yōu)點缺點空間因素建筑物的高度向地下轉(zhuǎn)換修筑地下空間場所的限制過度集中避難的安全性影響地下空間自身環(huán)境因素可利用厚地層的遮蔽性和熱容量心理影響進入因素的弊病沒有進入的作用因素的弊病設備因素工作環(huán)境的隱蔽性完全的人工環(huán)境施工因素外裝的省略既有的空洞利用開挖硬地層搬運沙土坍塌事故的增加人類出現(xiàn)到紀元前3000年隧道用于抵御自然威脅用獸骨、石器等工具開挖自穩(wěn)而無需支撐的地層紀元前3000年到5世紀隧道用于生活及軍事抵御形成了現(xiàn)代隧道開發(fā)技術(shù)的基礎。

隧道的產(chǎn)生與發(fā)展是和人類文明歷史發(fā)展相呼應的。

（1）古代：時間跨越較長1.4.1世界隧道工程的發(fā)展簡歷1.4隧道及地下工程的發(fā)展簡歷1、紀元前2200年間，為連接宮殿和神殿，古代巴比倫王朝修建了長約1km、斷面為3.6m*4.5m的磚砌隧道。施工期間將幼發(fā)拉底河水流改道，采用明挖法修建。世界上最早的隧道。2、古埃及及金字塔的建設開始修建了地下建筑。世界古代隧道舉例

（2）中世紀：5世紀到14世紀，隧道技術(shù)沒有顯著進步，但開始了銅、鐵礦山開采。開挖中的低溫氣體儲藏隧洞（新奧法）

（3）近代和現(xiàn)代：

從16世紀產(chǎn)業(yè)革命開始，隧道技術(shù)得到了較快發(fā)展。

◆火藥的改進和鉆眼工具的創(chuàng)制，促使隧道修建技術(shù)顯著提高，其中比較有影響的是1898年建成了穿越阿爾卑斯山的辛普郎隧道。第一次應用了TNT炸藥（硝化甘油）和鑿巖機。

◆

現(xiàn)代隧道開挖技術(shù)是在火藥的發(fā)明和19世紀產(chǎn)業(yè)革命后出現(xiàn)的，尤其鐵路的出現(xiàn)對隧道起到了很大的推動作用；

◆

采用現(xiàn)代技術(shù)修建的第一座用蒸汽機車牽引的隧道是1826～1830年在英國利物浦至曼徹斯特的鐵路線上，長1190m。

仙尼斯山隧道

1984年日本還建成了自本州青森至北海道函館間的青函隧道，長達53850m，這是目前世界上最長的水底隧道。

隨著城市的快速發(fā)展，1863年英國倫敦修建了第一條地下鐵道。

至20世紀50年代，人們才總結(jié)出各類隧道及地下工程的規(guī)劃、設計和施工的基本原理，并在土木工程中形成了一個獨立的分支。日本青函隧道59

日本青函隧道

世界上第一條地鐵—倫敦地鐵英法海峽隧道62圣哥達隧道631.4.2我國隧道工程的發(fā)展簡歷1、我國最早的交通隧道是位于今陜西漢中的“石門”隧道，建于公元66年。2、公元前1122年金屬礦石開采已相當發(fā)達，公元1271-1368年就有深達數(shù)百米的鹽井。3、長沙楚墓、洛陽的漢墓、西安的唐墓等是規(guī)模較大的地下工程。

1888年，第一條隧道——獅球嶺隧道。我國隧道建設期可分為三階段：1）隧道技術(shù)落后的時期（建國前）：人力開挖、手工操作、機具簡單2）隧道技術(shù)落后的時期（20世紀50-70年代）：采用中小型機械施工3）隧道技術(shù)大發(fā)展時期（20世紀80年代后）：新技術(shù)、新設備涌現(xiàn)，大型、配套的機械化施工，達到世界先進水平。

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八達嶺隧道1.4.3我國在隧道工程領域取得的成就1）西康線秦嶺隧道、烏鞘嶺隧道、秦嶺終南山隧道、太行山隧道、新關角隧道。2）武漢長江隧道、上海崇明島隧道、南京長江隧道、廈門翔安海底隧道、港珠澳海底隧道

3）大伙房水庫輸水隧道（85.32km）,世界最長。

4）葛洲壩、三峽、溪洛渡水電站的地下工程

。

5）世界隧道大國：修建隧道最多、發(fā)展速度最快、地質(zhì)條件與施工環(huán)境最復雜、結(jié)構(gòu)形式多樣。

我國部分重點隧道介紹1、大瑤山隧道

大瑤山隧道位于京廣鐵路，長14.295km。采用鑿巖臺車、襯砌模板臺車和高效能的裝運工具等配套作業(yè)，實行全斷面開挖。

我國采用重型機具綜合機械化施工的開端，縮短了我國與國際隧道施工先進水平的差距。

2、西康線秦嶺隧道秦嶺位于西康線鐵路，長19.46km。

1號線（左線）：全斷面掘進機，實現(xiàn)了隧道施工作業(yè)的工業(yè)化、自動化、信息化。2號線（右線線）：新奧法開挖。采用直徑1.3m的風管，110kW風機創(chuàng)造了單臺風機通風距離6000記錄。超過6000m后，再串聯(lián)一臺風機，到獨頭距離9500m時，作業(yè)面空氣質(zhì)量仍符合標準要求。

3、秦嶺終南山隧道該隧道位于西康高速公路北段，單洞長18.02km。隧道寬10.5m,限高5m,設計速度80km/h,總投資31.93億元人民幣。2002年3月1日開工，2004年12月13日全線貫通。

克服了地質(zhì)斷層、涌水、巖爆等施工中的難題，借鑒了日本、美國、奧地利、德國、挪威等國家的特長隧道的建設經(jīng)驗，且具有國際領先的防災救援系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)和運營服務系統(tǒng)。

4、廈門翔安隧道我國大陸修建的第一條海底隧道，全長8.69km，海底長8.05km。2005年開工，2009年通車。采用鉆爆法施工?？朔藦婏L化松軟地層、淺灘段透水沙層、海底風化槽等惡劣地質(zhì)條件?？s小了與世界先進水平的差距，起到了里程碑式作用。5、高原隧道（1）烽火山隧道：長1210m,海拔4900米以上。（2）昆侖山隧道：長1686m,海拔4600米以上。（3）關角隧道：長32.6km,投資約25億元。

解決高原缺氧、凍土、凍融是高原隧道的巨大難題。昆侖山隧道襯砌：一次模筑支護+復合防水板+隔熱保溫層+復合防水板+二次鋼筋混凝土襯砌5層結(jié)構(gòu)。

6、西秦嶺隧道位于蘭渝鐵路，單洞長28.236km。采用鉆爆法和TBM法相結(jié)合施工的最長隧道。

出口段采用直徑10.20m的敞開式硬巖掘進機進行施工，具有重要意義。

7、新關角隧道

位于青藏鐵路，單洞長32.60km，采用鉆爆法。2007年11月開工，2014年4月隧道貫通。國內(nèi)海拔最高、最長的高原隧道，施工難度罕見。8、大伙房水庫輸水工程

遼寧東部水源供給中部城市群。一期工程輸水隧洞開挖洞徑8m,連續(xù)長85.3km其中60.3km采用TBM法施工。

世界最長的隧洞之一，穿越50余座山，50余條河，最大埋深630m,最小埋深60m,地質(zhì)復雜多變，使用了3臺TBM。

9、北京地鐵

建于1965年，最早的線路竣工于1969年，是我國第一個地鐵系統(tǒng)。截止2014年1月，有17條運營線路，擁有273座車站，總長465km。最繁忙的城市軌道交通系統(tǒng)，運營時間最久、乘客運載量最多、早晚峰值最忙的地鐵線路。

北京地鐵隧道

1.4.4我國隧道工程發(fā)展趨勢

隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，綜合國力不斷提升，我國隧道建設的記錄也在不斷刷新。在跨?？缃矫妫覈鴩鴥?nèi)已對瓊州海峽隧道完成了可行性研究；在水電隧道方面，我國在深埋、長大隧道已經(jīng)達到了世界先進水平；交通方面的建設更是如火如荼。往后的具體發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面：1、特長隧道的修建技術(shù)

進一步完善輔助坑道設置、緩沖措施、防災求援、運營通風和維護管理、施工工法。逐步形成一套適合我國的特長隧道修建技術(shù)。2、跨越江河、海峽的水下隧道

用隧道方式穿越江河，以促進我國對水底隧道修建技術(shù)的發(fā)展。

3、掘進機技術(shù)

利用掘進機具有掘進速度快、施工質(zhì)量高、沉降控制好、勞動強度低等優(yōu)越性，加強在長大隧道、下穿城市隧道、水底隧道中的應用。4、大斷面、特大斷面隧道快速施工技術(shù)

盡量多地采用機械化施工，盡早實現(xiàn)初期支護的封閉，加大一次施工的斷面面積好作業(yè)循環(huán)長度。

王夢恕

院士王夢恕院士指出“21世紀是隧道與地下工程大發(fā)展的年——21世紀人類面臨人口、糧食、資源、環(huán)境的四大挑戰(zhàn)。中國城市化速度2010年達到45%，如果聽任城市無限制地蔓延擴張，將會嚴重危害中國土地資源。綜觀當今世界，有識之士已把地下空間開發(fā)利用作為解決城市資源與環(huán)境危機的重要措施?？梢灶A測21世紀末，世界將有1/3的人口工作、生活在地下空間。地下空間的開發(fā)、城市地鐵的快速修建已經(jīng)擺在每個城市面前?！睆土曀伎碱}1.什么是地下工程？2.什么是隧道工程？3.按用途隧道如何分類？4.我國隧道及地下工程取得的成就體現(xiàn)在哪些方面？5.我國隧道及地下工程的發(fā)展趨勢是什么？本章提要：本章主要介紹隧道主體結(jié)構(gòu)及附屬結(jié)構(gòu)。隧道主體結(jié)構(gòu)是學習的重點及難點，防水排水附屬結(jié)構(gòu)也是需要了解的知識點。第二章隧道結(jié)構(gòu)第二章

隧道結(jié)構(gòu)2.1隧道主體結(jié)構(gòu) 2.2隧道附屬結(jié)構(gòu)隧道

結(jié)構(gòu)

構(gòu)造主體構(gòu)造物附屬構(gòu)造物洞身襯砌洞門構(gòu)造物洞身襯砌的平、縱、橫斷面的形狀由道路隧道的幾何設計確定

襯砌斷面的軸線形狀和厚度由襯砌計算決定

明洞通風照明排水、消防、通訊等洞門：（1）洞門的構(gòu)造形式由洞口地形地貌、山體的穩(wěn)定性、美觀要求以及自然環(huán)境等。（2）坡面可能發(fā)生崩塌和落石，需要接長洞身或修建明洞。1.噴錨支護

2.整體式襯砌3.裝配式襯砌4.復合式襯砌2.1隧道主體結(jié)構(gòu)2.1.1洞身襯砌類型1.噴錨支護

噴錨支護是指由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架等單獨或組合使用的隧道圍巖支護結(jié)構(gòu)。噴錨支護是目前常用的一種圍巖支護手段,適用于各種圍巖地質(zhì)條件,但是如果作為永久襯砌,一般應考慮在Ⅰ、Ⅱ級等圍巖的地層中采用。噴錨支護2.整體式襯砌

整體式襯砌是指隧道開挖后用模注混凝土或砌體修建的隧道襯砌結(jié)構(gòu)。整體式襯砌也稱模筑混凝土襯砌，是一種傳統(tǒng)襯砌結(jié)構(gòu)類型。依照不同的地質(zhì)條件，或是按照不同的圍巖級別，整體式襯砌可分為直墻式襯砌、曲墻式襯砌等。直墻式襯砌曲墻式襯砌3.裝配式襯砌

裝配式襯砌是指在坑道內(nèi)用機械手臂將預制的塊件拼裝成一環(huán)接著一環(huán)的襯砌。裝配式襯砌的特點:（1）一經(jīng)裝配成環(huán),不需養(yǎng)護時間,即可承受圍巖壓力。（2）預制的構(gòu)件可以在工廠成批生產(chǎn),在洞內(nèi)可以機械化拼裝,從而改善了勞動條件。（3）拼裝時，不需要臨時支撐，如拱架，模板等，從而節(jié)省大量的支撐材料和勞力。（4）拼裝速度因機械化而提高,縮短了工期,還有可能降低造價。4.復合式襯砌

復合式襯砌是指由噴錨襯砌、防水層和模注混凝土襯砌構(gòu)成的復合襯砌結(jié)構(gòu)。復合式襯砌是目前隧道工程常用的襯砌形式，適用于多種圍巖地質(zhì)條件,有廣闊的發(fā)展前途。復合式襯砌示意圖

4.復合式襯砌2.1.2洞身襯砌的形狀類型1.直墻式襯砌2.曲墻式襯砌3.圓形隧道斷面4.矩形斷面襯砌5.偏壓隧道6.喇叭口隧道襯砌

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。這種形式的襯砌適用于地質(zhì)條件比較好，圍巖壓力以豎向為主，幾乎沒有或僅有很小的水平側(cè)向壓力。直墻式隧道襯砌斷面1.直墻式襯砌

曲墻式襯砌由頂部拱圈，側(cè)面曲邊墻和底部仰拱(或鋪底)所組成。

曲墻式襯砌適用于地質(zhì)條件比較差，巖石松散破碎，強度不高，又有地下水，側(cè)向水平壓力也相當大的圍巖情況。

2.曲墻式襯砌曲墻式襯砌斷面3.小間距隧道

小間距隧道是指并行的兩條隧道間距較小、兩洞結(jié)構(gòu)可能彼此產(chǎn)生不利影響的隧道。4.連拱隧道

連拱隧道是指并行的兩拱無中間巖柱、隧道的人工結(jié)構(gòu)連接在一起的隧道。

在山區(qū)雙線隧道，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，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，相應成了一個喇叭型，稱為喇叭口隧道襯砌。嗽叭口隧道襯砌示意圖5.分叉隧道

連拱隧道是指雙向行駛的大跨或連拱隧道，經(jīng)小間距逐漸過渡到分離式雙洞的隧道。6.其他

（1）圓形隧道

為了抵御較大的圍巖壓力，公路隧道也可以采用圓形或近似圓形斷面的支護結(jié)構(gòu)。水底隧道廣泛使用盾構(gòu)法施工，其斷面為全圓形；隧道掘進機（TBM）是開挖巖石隧道的一種機械化掘進機械，開挖斷面為圓形；沉管法施工的隧道斷面為圓形。（2）矩形斷面襯砌

沉管法、明挖法施工時，廣泛采用矩形斷面襯砌。城市過街人行地道，通常都在軟土中通過，其斷面也是以矩形為基礎組成的。（回填土厚度較小，軟土不能抵御較大的水平推力，因而不能修筑拱形隧道。）

沉管法、明挖法施工時，廣泛采用矩形斷面襯砌。城市過街人行地道，通常都在軟土中通過，其斷面也是以矩形為基礎組成的。（回填土厚度較小，軟土不能抵御較大的水平推力，因而不能修筑拱形隧道。）（2）矩形斷面襯砌矩形隧道斷面襯砌

偏壓襯砌示意圖

當山體地面坡較陡，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，隧道襯砌為承受這種不對稱圍巖壓力而采用的非對稱變厚度結(jié)構(gòu)形式。

（3）偏壓襯砌

洞門是指為支擋和防護隧道洞口仰坡巖土而設置的結(jié)構(gòu)物。洞門聯(lián)系襯砌和路塹，是整個隧道結(jié)構(gòu)的主要組成部分，也是隧道進出口的標志。

根據(jù)洞口地形、地質(zhì)及襯砌類型等不同的情況和要求，洞門結(jié)構(gòu)主要有隧道門和明洞門兩大類型。2.1.3洞門結(jié)構(gòu)問題討論（5分鐘），隨機6人一組：

1.設置隧道洞門有何意義?2.設置隧道洞門應注意什么?1.洞門作用◆減少洞口土石方開挖量◆穩(wěn)定邊仰坡◆引離地表流水◆裝飾洞口2.1.3洞門結(jié)構(gòu)

補充：

1)洞門是標志隧道的建筑物。與隧道規(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)洞門附近的巖土體比較破碎松軟，易于失穩(wěn)，形成崩塌。為了保護巖土體的穩(wěn)定使車輛不受崩塌、落石等威脅，保護行車安全，需選合理的洞門形式。

3)設置洞門后，巖土體仍有滾落碎石可能時，應采用明洞接長隧道，減少對邊、仰坡的擾動，使洞門離開仰坡底部一段距離?！舳藟κ蕉撮T◆翼墻式洞門◆臺階式洞門◆削竹式洞門◆環(huán)框式洞門◆柱式洞門2.洞門形式（1）隧道門

端墻式門洞俗稱一字式洞門，適用于自然山坡陡峻，洞門地形開闊，巖層較為堅硬完整，山體壓力很小，開挖坡度1：0.3～1：0.5的洞口地段。

端墻式洞門具有結(jié)構(gòu)簡單、工程量小、施工簡便的優(yōu)點，在巖層較好時使用最為經(jīng)濟，也是最常見的一種洞門，但洞門頂排水條件稍差，若橫向山坡一側(cè)較低時，宜開挖溝槽橫向引排。

1）端墻式洞門端墻式洞門

端墻的作用：

支護洞口仰坡，保護其穩(wěn)定，并將仰坡水流匯集排出。構(gòu)造要求：

◆端墻高度應使洞身襯砌上方尚有1m以上回填層；◆洞頂水溝深度不應小于0.4m；◆應設置擋碴防護墻，高度從仰坡坡腳算起，不應小于0.5m，水平方向不宜小于1.5m；◆端墻基礎應設置在穩(wěn)固的地基上，其深度視地質(zhì)條件、凍害程度而定，一般應在0.6～1.0m左右；◆墻厚按擋土墻計算，寬度與路塹橫斷面相適應。

翼墻式洞門適用于地質(zhì)較差的圍巖，以及需要開挖路塹的地方。由端墻和翼墻組成。翼墻增加端墻的穩(wěn)定性，同時對路塹邊坡起支撐作用。

適用于山體縱向推力較大,洞口地質(zhì)較差的Ⅳ級及以上的圍巖，增加洞門的抗滑動和抗傾覆能力。

2）翼墻式洞門翼墻式洞門3）臺階式洞門

當洞門處于傍山側(cè)坡地區(qū)，地面橫坡較陡，洞門一側(cè)邊坡較高時，為了減小仰坡高度及外露坡長，可以將端墻一側(cè)頂部改為逐步升級的臺階形式，以適應地形的特點，減少仰坡土石開挖量，這種洞門也有一定的美化作用。臺階上洞門臺階式洞門臺階式洞門

洞口巖層堅硬、整體性好、節(jié)理不發(fā)育，且不易風化，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。

4）削竹式洞門

當洞口為松軟的堆積層時，應避免大刷邊、仰坡，一般采用接長明洞。仍可采用洞口環(huán)框，但環(huán)框坡面較平緩，與自然地形坡度一致。環(huán)框兩翼與翼墻一樣能起到保護路塹邊坡的作用。削竹式洞門削竹式在公路隧道中被普遍使用

適用：洞口段有較長的明洞襯砌，由于洞門背后一定范圍內(nèi)是以回填土為主，山體的推滑力不大；地形相對比較對稱和不太陡峻。

特點：1）洞口邊仰坡開挖量少2）減少對植被的破壞和有利于保護環(huán)境3）適用各種圍巖類別削竹式洞門削竹式洞門高速公路削竹式洞門

環(huán)框式洞門只鑲飾隧道襯砌兩端部分。它適用于隧道洞口仰坡極為穩(wěn)固，巖層堅硬，節(jié)理不發(fā)育，不易風化，地形陡峻而又無排水要求的地段。

5）環(huán)框式洞門

環(huán)框式洞門適用于Ⅰ級圍巖，地形陡峻而又無排水要求。

作用：不承載，加固洞口；減少雨后洞口滴水；簡單裝飾。6）柱式洞門

柱式洞門適用于洞口地形較陡，地質(zhì)條件較差，巖層有較大側(cè)壓力，仰坡有下滑可能性的地段，或洞口處地形狹窄，受地形或地質(zhì)條件限制，設置翼墻無良好基礎或不能設置翼墻的地段。柱式洞門

連拱隧道柱式洞門

（貴州省貴陽市觀山東路）2.洞門形式◆拱形明門◆遮光棚式洞門◆斜交洞門（2）明洞門

1）拱形明洞門路塹式柱式拱形明洞門（路塹對稱）

拱形明洞門可分為路塹式和半路塹式兩類。路塹式明洞門有端墻式（常用柱式）和翼墻式兩種，與一般隧道門形式相類似。

為了處理駕駛員在通過隧道時的一系列視覺上的變化，考慮在入口一側(cè)設置減光棚。

用明洞和減光建筑物將襯砌接長，直至減光建筑物的端部，形成遮光棚式洞門。

2）棚式洞門

遮光構(gòu)造物分為開放式和封閉式。前者遮光板之間是透空的，后者用透光材料將前者透空部分封閉。棚式洞門棚式洞門

老山隧道（中國原生態(tài)高速公路第一隧）

補充：（1）隧道洞口建筑的尺寸要求

洞口仰坡坡腳至洞門墻背應有不小于1.5m的水平距離，以防止仰坡土石掉落到路面上，危及安全。洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底與襯砌拱頂外緣的高度不應小于1.0m,以免落石破壞拱圈。洞門墻頂應高出仰坡腳0.5m以上，以防水流溢出墻頂，也可防止掉落土石彈出。

（1）隧道洞口建筑的尺寸要求

水溝底下填土應夯實，否則會使水溝變形，產(chǎn)生漏水，影響襯砌強度。洞門墻應根據(jù)情況設置伸縮縫、沉降縫和泄水孔，以防止洞門變形。洞門墻的厚度可按計算或結(jié)合其他工程類比確定，但墻身厚度最小不得小于0.5m。洞門墻基礎必須置于穩(wěn)定地基上?；茁袢胪临|(zhì)地基的深度不應小于1m,嵌入巖石地基的深度不應小于0.5m。1）仰坡坡腳至洞門端墻頂帽背的水平距離，一般不小1.5m。2）洞門端墻頂宜高出仰坡坡腳不小于0.5m。3）洞門端墻與仰坡之間水溝溝底至襯砌拱頂外緣的高度，一般不小于1m。4）一般隧道門端墻、翼墻、擋土墻設計為仰斜式墻身時，墻背坡度不宜緩于1:0.3。5）洞門端墻、翼墻和擋土墻截面厚度應滿足規(guī)范要求。6）洞門端墻、翼墻和擋土墻應根據(jù)情況設置伸縮緩和沉降縫。7）洞門翼墻和擋土墻身應設置泄水孔。（2）洞門的構(gòu)造要求

（3）洞門施工要求1）洞門宜盡早修建，并盡可能避免在雨季施工。洞門修筑前應作好洞口及仰坡周圍的排水、截水設施，以保護邊、仰坡的穩(wěn)定。2）當洞口邊、仰坡土石有剝落可能時，坡面應清理并予以防護。3）洞門端墻厚度范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)，應與洞口環(huán)節(jié)襯砌采用同一材料整體灌筑。4）翼墻和洞口擋土墻應與端墻同時砌筑。當翼墻需分段修建時，其墻身應留施工縫，并應檢算施工狀態(tài)穩(wěn)定性。5）洞門端墻、翼墻、擋土墻墻身砌出地面后，基坑必須及時回填夯實，頂面作成不小于4%的排水坡。1.隧道治水原則

2.防水構(gòu)造3.排水構(gòu)造4.洞門和洞頂防排水構(gòu)造

5.截水2.2隧道附屬結(jié)構(gòu)2.2.1防水排水構(gòu)造

隧道防排水應遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，采取切實可靠的設計、施工措施，保障結(jié)構(gòu)物和設備的正常使用和行車安全。對地表水和地下水應作妥善處理，洞內(nèi)外應形成完整的防排水系統(tǒng)。

“防”是指隧道襯砌應具有一定的防水能力，防止地下水滲入。

“排”是指襯砌背后空隙及圍巖不積水，減少襯砌背后的滲水壓力和滲水量。

“截”是指在洞外和襯砌外側(cè)采用工程措施，攔截引導流向隧道的水源。

“堵”是指在隧道內(nèi)對襯砌表面可見的滲漏處所，封堵歸槽引排。1.隧道治水原則設置防水措施一般有以下幾種途徑：

1）注漿

注漿指壓注水泥漿及化學漿液，將一定組合成分配制而成的漿液壓入襯砌背后圍巖或襯砌與圍巖間的空隙中，經(jīng)凝結(jié)、硬化后起到防水和加固的作用。

2.防水構(gòu)造

2）防水混凝土襯砌

防水混凝土是指以調(diào)整配合比或摻用外加劑的方法增加混凝土的密實性，以提高混凝土自身抗?jié)B性能的一種混凝土。

3）施工縫、變形縫防水

在隧道襯砌的灌注過程中，對施工縫，變形縫(沉降縫，伸縮縫)必須經(jīng)防水外理后才可進行下階段施工。

4）外貼式防水層

外貼式防水層是在襯砌的外側(cè)粘貼瀝青，油氈，或涂刷焦油聚氨酯等涂料，形成隔水層。

5）內(nèi)貼式防水層

內(nèi)貼式防水層是在襯砌的內(nèi)側(cè)施做防水層，一般采用噴水泥砂漿。

6）復合式襯砌中間防水層

在復合式襯砌的內(nèi)外層襯砌之間設防水層，是一種效果良好的防水形式。2.防水構(gòu)造1）排水溝排水溝有兩種方式。一種是側(cè)式水溝，它設在線路的兩側(cè)或一側(cè)，視流量大小而定。另一種是中心式水溝。水溝設在線路中線的下方，用混凝土砌筑。

3.排水構(gòu)造隧道排水溝2）盲溝在襯砌背后，用片石、卵石或埋管修成一道環(huán)向或豎向可供流水的盲溝，以匯集襯砌周圍的地下水。

新型柔性盲溝特點：現(xiàn)場安裝方便，布置靈活，連接容易，接頭不易被混凝土阻塞，過水效果良好，成本也不太高等優(yōu)點。主要有：

①化學纖維滲濾布盲溝，以結(jié)構(gòu)疏松的化學纖維布作為水的滲流通道。

②在立邊墻模板時，就安設泄水管，并特別注意使其里端與盲溝接通，外端穿過模板。泄水管可用鋼管，竹管，塑料管、蠟封紙管等。這種方法主要用于水量較大時。

3.排水構(gòu)造彈簧軟管環(huán)向盲溝彈簧軟管盲溝引排局部滲水

滲濾布盲溝匯集引排大面積滲透

排水盲溝、泄水管、渡槽、路側(cè)排水溝

中心排水溝、防凍水溝

3）泄水孔

泄水孔是設于襯砌邊墻下部的出水孔道，它將盲溝流來的水直接泄入隧道內(nèi)的縱向排水溝。泄水孔的施作，有兩種方法：①在立邊墻模板時，就安設泄水管，并特別注意使其里端與盲溝接通，外端穿過模板。泄水管可用鋼管，竹管，塑料管、蠟封紙管等。這種方法主要用于水量較大時。②當水量較小時，則可以待模筑邊墻混凝土拆模后，再根據(jù)記錄的盲溝位置鉆泄水孔。泄水孔的位置應按設計要求設置。

（1）洞門排水洞門的端墻，翼墻和邊仰坡上均應設有相應的排水設施，以便引流地表水。另外，在洞口處還應設有洞內(nèi)外水溝的銜接過渡設施。（2）洞頂防排水隧道圍巖內(nèi)的水，主要由洞頂?shù)乇硭a給時，可根據(jù)實際情況對地表進行處理，以隔斷水源。另外，為防止地表水沖刷仰坡，流入隧道，一般應在洞口邊仰坡上方設置天溝，以便引流地表水。如果隧道設有明洞，那么一定要做好明洞頂?shù)姆琅潘?.洞門和洞頂防排水構(gòu)造截水指截斷地表水和地下水流入隧道的通路。1）洞頂天溝。為防止地表水沖刷仰坡，流入隧道，一般在洞口邊仰坡上方設置天溝。2）泄水洞。泄水洞一般設在地下水上游一側(cè)，與隧道方向平行或近似平行，使周圍的地下水由泄水洞的過濾眼流入泄水洞內(nèi)排走以達到攔截地下水、防止地下水對隧道的危害。5.截水洞內(nèi)鉆孔排水上游泄水洞排水

在隧道施工過程中，不可避免地會產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，并釋放到隧道空氣中，對隧道空氣造成污染，嚴重損害隧道內(nèi)工作人員的身心健康。因此，必須采取適當措施，為隧道提供足夠的新鮮空氣，以保證隧道內(nèi)人員的健康與安全。

通風方式有風管式通風和巷道式通風。2.2.2隧道通風1.風管式通風

風管式通風是用軟管做的風道進行通風，根據(jù)隧道內(nèi)空氣流向不同由可分為壓入式（送風式）、吸出式（排風式）、混合式。

1）壓入式通風

通風和局部風扇機把新鮮空氣經(jīng)風管壓入工作面、污濁空氣沿隧道流出，它是一般隧道常用的方法。

2）吸出式通風

吸出式通風在有效吸程排煙效果較好，排除炮煙所需的風量小，回流風不污染整條隧道。但吸出式通風的有效吸程短。

3）混合式通風

混合式通風綜合了前兩種通風方式的優(yōu)點，適合于大斷面長距離隧道通風，在機械化作業(yè)時更為有利。

巷道式通風利用隧道本身和輔助坑道組成主風流和局部風流系統(tǒng)互相配合而達到通風目的。巷道式通風2.巷道式通風

2.2.3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，以改善隧道內(nèi)的環(huán)境，提高墻面能見度，吸收噪音。

內(nèi)裝材料采用淡黃色和淺綠色。因人眼對波長555nm黃綠光最為敏感。內(nèi)裝的作用：美化洞室、使隧道漏水不露出墻面、隱藏各種管線、提高照明效果和通風效果、吸收噪聲。

①塊狀混凝土材料。表面粗糙，易污染且不好清洗，但表面不需特殊處理，比