第一節(jié) 隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造-洞身襯砌、洞門、附屬（使用）-3次

隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造—洞身襯砌、洞門、附屬隧道施工學(xué)習(xí)本章的要求：了解公路隧道的洞身結(jié)構(gòu)、洞門結(jié)構(gòu)、明洞結(jié)構(gòu)掌握防排水設(shè)施的構(gòu)造原理；襯砌構(gòu)造洞門與明洞隧道附屬建筑物隧道結(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(shè)計確定襯砌斷面的軸線形狀和厚度由襯砌內(nèi)力計算決定根據(jù)巖體的穩(wěn)定性、通風(fēng)方式、照明狀況、地形地貌及環(huán)境條件來確定通風(fēng)照明排水、消防、通訊等第一節(jié)襯砌構(gòu)造一、隧道襯砌的概述二、整體式模筑混凝土襯砌（單層襯砌）三、裝配式襯砌四、錨噴式襯砌五、復(fù)合式襯砌（一）襯砌概念為了保證施工的安全、加固巖體和阻止圍巖的變形、坍塌而設(shè)置的臨時支護(hù)措施，常用支護(hù)形式有木支撐、型鋼支撐、格柵支撐、錨噴支護(hù)等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)。

在實際中，襯砌主要指能作為永久支護(hù)的結(jié)構(gòu)。（襯砌指的是為防止圍巖變形或坍塌，沿隧道洞身周邊用鋼筋混凝土等材料修建的永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)。）

襯砌一次支護(hù)二次支護(hù)（初期支護(hù)）（二次襯砌）（永久支護(hù)）一、隧道襯砌的概述（二）襯砌材料1、混凝土2、片石混凝土3、鋼筋混凝土

4、石料和混凝土預(yù)制塊5、噴射混凝土6、錨桿和鋼架7、裝配式材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、耐久性、抗?jié)B性、耐腐蝕性和抗凍性等。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，還應(yīng)滿足就地取材，降低造價，施工方便及易于機(jī)械化施工等。二、整體式模筑混凝土襯砌（單層傳統(tǒng)襯砌）整體式模筑混凝土襯砌，是在坑道內(nèi)樹立模板、拱架，然后澆灌混凝土而成，其工藝流程為：立?！嘀B(yǎng)護(hù)—拆模。整體式模筑混凝土襯砌是傳統(tǒng)襯砌結(jié)構(gòu)形式，采用傳統(tǒng)礦山法施工的隧道，廣泛使用整體式襯砌，不考慮圍巖的承載作用，主要通過襯砌的結(jié)構(gòu)剛度抵御地層的變形，承受圍巖的壓力，應(yīng)用傳統(tǒng)松弛荷載理論設(shè)計。整體式模筑混凝土襯砌主要是通過調(diào)整斷面形狀和襯砌厚度來適應(yīng)不同的地質(zhì)條件，即適應(yīng)不同的圍巖級別和圍巖壓力分布情況，因而，單層襯砌的形狀和厚度變化較多。（一）直墻式襯砌

適用于地質(zhì)條件比較好，以垂直圍巖壓力為主而水平圍巖壓力較小的情況。主要適用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級圍巖，有時也可用于Ⅳ級圍巖。

適用條件直墻式襯砌曲墻式襯砌適用于地質(zhì)條件比較差，巖體松散破碎，強(qiáng)度不高，又有地下水，側(cè)向水平壓力也相當(dāng)大的情況。主要適用于Ⅳ級及以上的圍巖或Ⅲ級圍巖雙線。多線隧道也采用曲墻有仰拱的襯砌。（二）曲墻式襯砌

適用條件特點：對地質(zhì)條件的適用性較強(qiáng)，易于按需要成型，整體性好，抗?jié)B性強(qiáng)，并適用于多種施工條件，如可用木、鋼模板或襯砌模板臺車等；適用：技術(shù)成熟，適應(yīng)多種圍巖條件。在隧道洞口段、淺埋段及圍巖條件很差的軟弱圍巖中采用整體式襯砌較為穩(wěn)妥可靠。仰拱的作用①抵御底部圍巖壓力；②防止襯砌沉降；③使襯砌形成一個環(huán)狀的封閉整體結(jié)構(gòu)以提高襯砌的承載能力。公路隧道一般跨度較大，內(nèi)輪廓接近限界的高寬比較鐵路雙線隧道為小，拱部一般較鐵路隧道平坦，墻高稍低。為減少拱肩及墻部的拉應(yīng)力，提高圍巖及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，襯砌結(jié)構(gòu)形式宜采用曲墻式襯砌。裝配式襯砌是將襯砌分解為若干塊構(gòu)件（也稱管片），這些構(gòu)件在現(xiàn)場或工廠預(yù)制，然后運到現(xiàn)場安裝。適用條件：地質(zhì)條件較好，圍巖穩(wěn)定，地下水很少，有場地，施工單位又有制造、運輸和拼裝襯砌的設(shè)備，并控制開挖和拼裝工藝有一定的經(jīng)驗時，可采用拼裝襯砌。三、裝配式襯砌

裝配式襯砌的優(yōu)點（1）一經(jīng)裝配成環(huán)，不需養(yǎng)護(hù)時間，即可承受圍巖壓力；（2）預(yù)制的構(gòu)件可以在工廠成批生產(chǎn)、在洞內(nèi)可以機(jī)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(jī)械化而提高，縮短了工期，還有可能降低造價；（1）拼裝襯砌的整體性較差，受力狀態(tài)不太好，尤其是接縫縫多，防水性能較差，必須單獨加設(shè)有效的防水層，在富水地層中應(yīng)用時需要有較多的支持措施。（2）要求一定的機(jī)械化設(shè)備，施工工藝復(fù)雜。裝配式襯砌的缺點四、錨噴式襯砌

錨噴式襯砌是指錨噴結(jié)構(gòu)既作為隧道臨時支護(hù)，又作為隧道永久結(jié)構(gòu)的形式。（1）噴射混凝土作用：封閉巖面、防止風(fēng)化松動、填充坑凹及裂隙、維護(hù)和提高圍巖的整體性、幫助圍巖發(fā)揮自身的結(jié)構(gòu)作用、調(diào)整圍巖應(yīng)力分布、防止應(yīng)力集中、控制圍巖變形、防止掉塊、防止坍塌。噴層厚度一般5～30cm

，施工時一般要求分幾次噴射。具有不需模板、施作速度快、早期強(qiáng)度高、密實度好、與圍巖緊密粘結(jié)、不留空隙的突出優(yōu)點。錨噴式襯砌構(gòu)造

噴射混凝土是以壓縮空氣為動力，將摻有速凝劑的混凝土拌和料與水匯合成為漿狀，噴射到坑道的巖壁上凝結(jié)而成的。（2）錨桿錨桿是一種錨固在巖體內(nèi)部的桿狀體，是噴錨支護(hù)的主要組成部分。它通過錨入巖體內(nèi)部的鋼筋，與巖體融為一體，達(dá)到提高圍巖的力學(xué)性能，改善圍巖的受力狀態(tài)，實現(xiàn)加固圍巖、維護(hù)圍巖穩(wěn)定的目的。錨桿支護(hù)不僅對硬質(zhì)圍巖，而且對軟質(zhì)圍巖也能起到良好的支護(hù)效果。錨桿類型機(jī)械型：通過錨桿桿體或桿端錨頭的膨脹將錨桿嵌固在圍巖中粘結(jié)型：利用灌漿將錨桿桿體或桿端端部固定在巖體內(nèi)。錨桿加固的作用原理？利用錨桿的懸吊作用、組合拱作用、減跨作用、擠壓加固作用，將圍巖中的節(jié)理、裂隙串成一體，提高圍巖的整體性，改善圍巖的力學(xué)性能，從而發(fā)揮圍巖的自承能力。①懸吊作用：將不穩(wěn)定巖層懸吊在堅固巖層上，阻止圍巖移動滑落。②減跨作用：在隧道頂板巖層中打入錨桿，相當(dāng)于在頂板上增加了支點，使隧道跨度減小，從而使頂板巖體應(yīng)力減小。③組合梁作用：在巖層中打入錨桿，將若干薄弱巖層錨固在一起，類似將疊合的板梁變成組合梁，提高巖層的承載力。④整體加固作用：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錨固力作用下構(gòu)成承載環(huán)。錨桿的布置局部布置系統(tǒng)布置它主要用在裂隙圍巖。重點加固不穩(wěn)定塊體，隧道拱頂受拉破壞區(qū)為重點加固區(qū)域。在破碎和軟弱圍巖中，一般采用系統(tǒng)布置的錨桿，對圍巖起到整個加固作用。以下這個實驗給著名巖石力學(xué)專家E.Hoek以很深的印象，看似簡單的東西卻能起到很好的效果，值得我們?nèi)W(xué)習(xí)和借鑒！a-巖石平均粒徑；s-錨桿間距；L-錨桿長度；下面標(biāo)示的與兩個區(qū)域分別是被錨固力壓縮的區(qū)域和沒有被錨桿墊片支護(hù)到的區(qū)域；用來裝巖塊的架子帶墊片的小錨桿模擬碎裂巖體用的小巖塊安裝底板安裝錨桿安裝完成

鋪上準(zhǔn)備好的碎石“機(jī)械壓實”“錨固”使錨桿頭部墊片與底板保持緊密撤去底板（3）錨噴式襯砌組成形式錨桿支護(hù)噴射混凝土支護(hù)噴射混凝土+錨桿聯(lián)合支護(hù)噴射混凝土+鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)噴射混凝土+錨桿+鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)噴射鋼纖維混凝土支護(hù)噴射鋼纖維混凝土+錨桿聯(lián)合支護(hù)上述幾種類型加設(shè)型鋼支撐（或格柵支撐）的聯(lián)合支護(hù)等等

復(fù)合式襯砌不同于單層厚壁的模筑混凝土襯砌，它把襯砌分成兩層或兩層以上，可以是同一種形式、方法和材料施作的，也可以是不同型式、方法、時間和材料施作的。

外襯主要是以噴射混凝土和錨桿為基本組合形式的一系列現(xiàn)代隧道支護(hù)。

內(nèi)襯則有多種材料和構(gòu)造形式，但以就地模筑混凝土為主。

按現(xiàn)代圍巖承載理論設(shè)計和施作。

五、復(fù)合式襯砌1、復(fù)合襯砌的構(gòu)造砂漿錨桿格柵鋼架網(wǎng)噴混凝土厚20cm復(fù)合防水卷材預(yù)留變形量10cm40cm厚防水混凝土①噴錨支護(hù)與混凝土襯砌；②噴錨支護(hù)與噴射混凝土襯砌；③可縮性鋼拱架（或格柵鋼構(gòu)拱架）噴射混凝土與混

凝土襯砌；④裝配式襯砌與混凝土襯砌。“初期支護(hù)”和“后期支護(hù)（二次襯砌）”“外層襯砌”和“內(nèi)層襯砌”復(fù)合襯砌按內(nèi)、外襯的組合情況可分為：復(fù)合襯砌主要是通過調(diào)整斷面形狀和初期支護(hù)參數(shù)來適應(yīng)地質(zhì)條件變化，即適應(yīng)不同的圍巖級別以及圍巖松弛范圍和松弛程度變化，因而，復(fù)合襯砌中的初期支護(hù)參數(shù)變化幅度較大（如外襯為錨噴襯砌的厚度多在5～20cm之間），而內(nèi)層襯砌厚度變化不大（如公路隧道多數(shù)在30-40cm之間）。內(nèi)層襯砌一般均為等厚截面，只將兩側(cè)邊墻下部稍作加厚，以降低基底應(yīng)力。

為防止地下水流入或滲入隧道，可以在內(nèi)外層襯砌之間設(shè)防水層，其材料可以用軟聚氯乙烯薄膜、聚異丁烯片、聚乙烯片等防水卷材，或用噴涂乳化瀝青等防水劑。2、復(fù)合式襯砌的支護(hù)機(jī)理

①外襯（初期支護(hù)）：②內(nèi)襯（二次襯砌）：允許大的約束變形，允許出現(xiàn)少量裂縫，吸收變形壓力，穩(wěn)定洞壁，與圍巖共同形成支護(hù)體系。與外襯圍巖共同承受圍巖殘余變形產(chǎn)生的壓力，共同承受外部條件惡化產(chǎn)生的壓力（作為整個結(jié)構(gòu)的安全儲備）。3、復(fù)合襯砌的特點

①復(fù)合襯砌是將整個人工支護(hù)結(jié)構(gòu)分解為“初期支護(hù)”和“內(nèi)層襯砌”兩大部分，各部分分別起到不同的作用，分別參與并與圍巖共同工作，各有側(cè)重。②復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)形式既能充分調(diào)動并利用圍巖自我承載穩(wěn)定的能力，又可以充分發(fā)揮支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力和支護(hù)材料的力學(xué)性能，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。③復(fù)合襯砌比較符合隧道——地下工程結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)變化過程，尤其是能按受力和變形的規(guī)律，調(diào)整各項參數(shù)，適合多種地質(zhì)條件。④復(fù)合襯砌的極限承載能力比同等厚度的單層襯砌的極限承載能力可以提高20%-30%。而且，如果調(diào)整好內(nèi)層襯砌的施作時間，還可以改善結(jié)構(gòu)的受力條件。⑥但是，復(fù)合襯砌尤其是初期支護(hù)的施工工藝特別復(fù)雜，要從概念上理解其作用比較困難，從技術(shù)上掌握其設(shè)置準(zhǔn)則也比較困難，不像單層襯砌那樣簡單直觀，容易理解。

⑤與傳統(tǒng)的模筑混凝土單層襯砌相比，能節(jié)約工程投資約5％~10%。適用條件：復(fù)合式襯砌最適宜在Ⅱ～Ⅵ級圍巖中使用，但遇到下列情況時，應(yīng)慎重對待，必要時應(yīng)輔以相應(yīng)的加固措施：拱頂以上覆蓋厚度小于隧道直徑時；有明顯偏壓力時；在無自穩(wěn)能力的未膠結(jié)砂礫石地層中時；在大膨脹性的地層中時；在大涌水的地層中時；在嚴(yán)重的凍害地區(qū)中時。第二節(jié)隧道洞門與明洞1、洞門的概念及作用洞門的概念：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(hù)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；減少洞口土石方開挖量，起到擋土墻的作用。引離地面流水，把流水引入側(cè)溝排走，保證了洞口的正常干燥狀態(tài)。

裝飾洞口，修建洞門也可以算是一種裝飾。一、概述洞口地段是隧道的咽喉，該地段地形地質(zhì)均對隧道施工不利。其特點為：洞口地段地層一般較破碎，多屬堆積、坡積、嚴(yán)重風(fēng)化或節(jié)理裂隙發(fā)育的松軟巖層，穩(wěn)定性較差；洞口附近山體覆蓋層較薄，一旦塌方可能塌穿到地表面；若隧道處于溝谷一側(cè)或傍山時，通常會產(chǎn)生側(cè)向壓力。2、洞門與洞口段2~3m1~2D1、環(huán)框型二、洞口類型適用于：洞口仰坡極為穩(wěn)固，巖層堅硬，節(jié)理不發(fā)育，不易風(fēng)化（Ⅰ~Ⅱ級圍巖），且地形陡峻無排水要求2、端墻式洞門適用：地形開闊、石質(zhì)較穩(wěn)定，端墻起到擋土墻的作用，主要抵抗山體縱向推力及支持洞口正面上的仰坡，保持其穩(wěn)定。翼墻式洞門俗稱八字式洞門。適用于地質(zhì)較差的IV級以下圍巖，山體縱向推力較大時，以及需要開挖較深路塹的地方。

3、翼墻式4、臺階式洞門亦稱偏壓隧道門臺階式洞門5、消竹式洞門兩側(cè)邊墻與翼墻一樣能起到保護(hù)路塹邊坡的作用，洞門四周恢復(fù)自然植被原狀，或重新栽植根系發(fā)達(dá)的樹木等，以使仰、邊坡穩(wěn)定。如果具備條件在引道兩旁邊溝外側(cè)可以栽植喬木，形成林蔭道，對洞外減光十分有益。傾斜的洞門還有利于向洞內(nèi)散射自然光，增加入口段的亮度。與環(huán)框式非常相似，但洞門坡面較平緩，一般應(yīng)與自然地形坡度相一致。斜切式洞門6、遮光式洞門

7、其它形式

柱式洞門倒切式洞門弧形擋墻式洞門第三節(jié)附屬建筑物附屬建筑物

通風(fēng)建筑物防排水建筑物

安全避讓設(shè)備

電力和通訊設(shè)施

照明設(shè)施公用設(shè)施

消防設(shè)施等應(yīng)急救援設(shè)施監(jiān)控設(shè)施公路隧道附屬建筑物（一）公路安全避讓及消防救援設(shè)施（二）內(nèi)裝、頂棚、路面*超過2km的長、特長隧道應(yīng)設(shè)置車道加寬帶或緊急停車帶。

1、緊急停車帶（加寬帶）與方向轉(zhuǎn)換場*長大隧道中，還應(yīng)設(shè)置橫通道（單向交通時）和方向轉(zhuǎn)換（即掉頭）場（或稱回車道設(shè)施）（對向交通時）。（一）公路安全避讓及消防救援設(shè)施PIARC隧道委員會推薦設(shè)寬2.5m，長25m以上的加寬帶，間隔750m。在我國，雙向行車隧道的緊急停車帶應(yīng)雙側(cè)交錯設(shè)置。緊急停車帶的設(shè)置間距不宜大于750m，一般不小于150m。緊急停車帶的寬度，包含右側(cè)向?qū)挾葢?yīng)取3.5m，長度應(yīng)取40m，其中有效長度不得小于30m。二、避車洞二、避車洞二、避車洞二、避車洞二、避車洞隧道避車洞二、避車洞二、避車洞2、人行橫通道和車行橫通道相鄰雙孔隧道之間，宜按規(guī)定設(shè)置供巡查、維修、救援及車輛轉(zhuǎn)換方向用的行人橫洞及行車橫洞。注：①隧道長度為400-600m時，可在隧道中間設(shè)一行人橫洞，長度小于400m時，可不設(shè)行人橫洞。②隧道長度為800-1000m時，可在隧道中間設(shè)一行車橫洞，長度小于800m時，可不設(shè)行車橫洞。3、消防設(shè)施高速公路、一級公路的隧道，根據(jù)隧道等級，可參照下表設(shè)置緊急救災(zāi)設(shè)施。其他緊急設(shè)施：①排煙設(shè)備②避難設(shè)備③緊急電源④緊急閘門

（二）內(nèi)裝、頂棚、路面1．內(nèi)裝2、頂棚3．路基路面1．內(nèi)裝公路隧道內(nèi)裝的作用：增強(qiáng)照明效果美觀作用便于清洗吸收噪聲隧道的內(nèi)裝材料(1)塊狀混凝土材料(2)飾面板、鑲板等質(zhì)地致密材料(3)瓷磚鑲面材料(4)油漆材料(5)防火涂料公路隧道內(nèi)壁裝飾應(yīng)結(jié)合隧道位置、使用要求進(jìn)行，力求安全、經(jīng)濟(jì)耐用、易于保養(yǎng)，并適當(dāng)考慮美觀，并符合下列規(guī)定：內(nèi)壁裝飾不得侵入建筑限