隧道的组成.ppt

山岭隧道 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 西南交通大学 Southwest Jiaotong University 山岭隧道课程 第 二 讲 隧 道 的 组 成 张俊儒张俊儒 副教授副教授 山岭隧道 2 隧道洞门 隧道横断面 隧道支护结构 隧道明洞 铁路隧道附属建筑物 公路隧道附属建筑物 主要内容 山岭隧道 3 隧道结构可分为主体建筑物和附属建 筑物。前者是为了保持隧道的稳定，保证 隧道正常使用而修建的，由洞身支护结构 及洞门组成，在线路洞口附近容易坍塌或 有落石危险时则需要加筑明洞；隧道附属 建筑物指保证隧道正常使用所需要的各种 辅助设施。 山岭隧道 4 山岭隧道 5 l 隧道洞门 1）洞门的作用 减小洞口土石方开挖量 稳定边、仰坡 引离地表水流 装饰洞口 山岭隧道 6 2）洞门的形式 洞口环框 洞口石质 坚硬稳定，地形 陡峻无排水要求 ； l 隧道洞门 山岭隧道 7 2）洞门的形式 端墙式（一字 式）洞门 适用于地形 开阔，石质较稳 定的地区； l 隧道洞门 山岭隧道 8 2）洞门的形式 端墙式（一字 式）洞门 l 隧道洞门 贵金高速 公路大关隧道 山岭隧道 9 2）洞门的形式 翼墙式（八字式）洞 门 洞口地质较差（ 级及以上围岩），山体 纵向推力较大时，在端 墙式洞门的单侧或双侧 设置翼墙。 l 隧道洞门 山岭隧道 10 2）洞门的形式 柱式洞门 地形较陡（级围岩），仰拱有下滑的可能性 ，又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时，可 在端墙中部设置2个（或4个）断面较大的柱墩，以 增加端墙的稳定性。 l 隧道洞门 山岭隧道 11 2）洞门的形式 台阶式洞门 当洞门位于傍山侧坡 地区，洞门一侧边仰坡较 高时，为了提高靠山侧仰 坡起拔点，减少仰拱高度 ，将端墙顶部改为逐级升 高的台阶形式。 l 隧道洞门 山岭隧道 12 2）洞门的形式 斜交式洞门 当隧道洞口地面等高线斜交时，为了缩短隧道度 度、减少挖方数量，可采用平行于等高线与线路呈斜 交的洞口。 l 隧道洞门 山岭隧道 13 2）洞门的形式 喇叭口式洞门 高速铁路隧道， 为了减缓高速列车的 空气动力学效应，对 单线隧道，一般设喇 叭口缓冲段，同时兼 作隧道洞门。 l 隧道洞门 山岭隧道 14 其他洞门隧道 雁 门 关 隧 道 l 隧道洞门 山岭隧道 15 隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空 间。铁路隧道净空是根据“隧道建筑限界”确定的 ，而“隧道建筑限界”是根据“基本建筑限界”制 定的，“基本建筑限界”又是以“机车车辆限界” 制定的。 “限界”是一种规定的轮廓线，这种轮廓线以内 的空间是保证列车安全运行所必需的。 “建筑限界”是建筑物不得侵入的一种限界。 l隧道横断面 （一）铁路隧道净空 山岭隧道 16 1.机车车辆限界 机车车辆最外轮廓的限界尺寸。 2.基本建筑限界 线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线。 3.隧道建筑限界 包围“基本建筑限界”外邻的轮廓线。要比“基本建筑限界”大 ，留出空间用于安装通讯信号、照明、电力(接触网)等设备。 4.直线隧道净空 “直线隧道净空”比“隧道建筑限界”稍大，除了满足限界要求 外，考虑避让、救援通道，还考虑了衬砌结构的合理受力形状(拱部 采用三心圆，边墙采用直墙式或曲墙式)及施工方便等因素。 l隧道横断面 （一）铁路隧道净空 山岭隧道 17 l隧道横断面 （一）铁路隧道净空 山岭隧道 18 l隧道横断面 （一）隧道净空 山岭隧道 19 各级公路隧道建筑限界如图所示，在建筑限界 内不得有任何部件侵入。建筑限界高度，高速公路 、一级公路、二级公路取5.0m；三、四级公路取 4.5m。 l隧道横断面 （二）公路隧道净空 山岭隧道 20 公路隧道内轮廓设计除应符合隧道建筑限界的 规定外，还应满足洞内路面、排水设施、装饰的需 要，并为通风、照明、消防、监控、运营管理等设 施提供安装空间，同时考虑围岩变形、施工方法影 响的预留富裕量，使确定的断面形式及尺寸符合安 全、经济、合理的原则。 l隧道横断面 （二）公路隧道净空 山岭隧道 21 两车道 公路隧 道净空 断面 l隧道横断面 （二）公路隧道净空 山岭隧道 22 l隧道横断面 （二）公路隧道净空 山岭隧道 23 l隧道支护结构 开挖后的隧道，为了保持围岩的稳定性，一般需要 进行支护和衬砌。 支护的主要方式有：锚杆、钢架、钢筋网、喷射混 凝土及其组合； 衬砌的主要方式有：整体式混凝土衬砌、拼装式衬 砌、喷射混凝土衬砌和复合式衬砌等。 山岭隧道 24 复合式衬砌构造 宏观构造： 初期支护； 二次衬砌； 防水构造； 其他结构： 水沟、电缆 槽、填充 山岭隧道 25 初期支护： 锚杆； 喷射混凝土； 钢架； 钢筋网。 复合式衬砌构造 山岭隧道 26 初期支护： 锚杆； 喷射混凝土； 钢架； 钢筋网。 复合式衬砌构造 山岭隧道 27 初期支护： 锚杆； 喷射混凝土； 钢架； 钢筋网。 复合式衬砌构造 山岭隧道 28 初期支护： 锚杆； 喷射混凝土； 钢架； 钢筋网。 复合式衬砌构造 山岭隧道 29 初期支护： 锚杆； 喷射混凝土； 钢架； 钢筋网。 复合式衬砌构造 山岭隧道 30 二次衬砌： 建筑材料； 结构要求。 复合式衬砌构造 山岭隧道 31 防水及排水体系： 土工布； 防水层； 环向及纵向盲管 边沟；中心水沟 排水管； 集水井 复合式衬砌构造 山岭隧道 32 l隧道支护 （一）锚杆 山岭隧道 33 l隧道支护 （一）锚杆 山岭隧道 34 l隧道支护 当围岩软弱、破碎严重且自稳性差时，隧道开挖 后，需要及时提供足够强的支护约束围岩变形。在初 期支护内设置钢拱架将增大支护结构早期的刚度，阻 止围岩的过度变形并承受部分的松弛荷载。钢架分为 型钢和格栅钢架两种。 （二）钢架 山岭隧道 35 l隧道支护 （二）钢架（型钢） 型钢钢架接头(尺寸单位:mm) 山岭隧道 36 l隧道支护 （二）钢架（格栅） 山岭隧道 37 l隧道支护 （二）钢架（格栅） 山岭隧道 38 l隧道支护 （三）钢筋网 钢筋网喷射混凝土是在喷射混凝土之前，在岩面 上挂设钢筋网，然后再喷射混凝土。目前，我国在各 类隧道工程中应用钢筋网喷射混凝土支护的比较多， 主要用于软弱破碎围岩，而更多的是与锚杆或者钢拱 架构成联合支护。 钢筋网通常作环向和纵向布置。环向筋一般为受 力筋，由设计确定，直径12mm左右；纵向筋一般为 构造筋，直径610mm；网格尺寸一般为 20cmx20cm, 20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm 或30cmx30cm。 山岭隧道 39 l隧道支护 （三）钢筋网 山岭隧道 40 l隧道支护 （四）喷混凝土 喷射混凝土既是一种新型的支护结构，又是一种 新的施工工艺。它是使用混凝土喷射机，按一定的混 合程序，将掺有速凝剂的细石混凝土，喷射到岩壁表 面上，并迅速固结成一层支护结构，从而对围岩起到 支护作用。 喷射混凝土可以作为隧道工程的永久性或临时性 支护，也可以与各种形式的锚杆、钢拱架、钢筋网等 构成组合式支护结构。它的灵活性也很大，可以根据 需要分次追加厚度。 山岭隧道 41 l隧道支护 （四）喷混凝土 山岭隧道 42 l隧道支护 （五）多种措施组合支护 山岭隧道 43 l隧道支护 （五）多种措施组合支护 山岭隧道 44 l隧道衬砌 隧道开挖后，以较大厚度和刚度的整体模筑混凝 土作为隧道的结构。 整体式衬砌按照工程类比、不同围岩级别采用不 同的衬砌厚度。其形式有直墙式和曲墙式两种，而曲 墙式又分为有仰拱和无仰拱两种。 （一）整体式混凝土衬砌 山岭隧道 45 l隧道衬砌构造 1）直墙式衬砌 适用于地质条件比较 好，以垂直围岩压力为主 而水平围岩压力较小的情 况。主要适用于级 围岩，直墙式衬砌由上部 拱圈、两侧竖直边墙和下 部铺底三部分组合而成。 （一）整体式混凝土衬砌 拱顶 拱腰 拱脚 墙脚 铺底 山岭隧道 46 l隧道衬砌构造 （一）整体式混凝土衬砌 山岭隧道 47 l隧道衬砌构造 2）曲墙式衬砌 曲墙式衬砌适用于地 质较差，有较大水平围岩压 力的情况。主要适用于级 及以上的围岩，或级围岩 双线隧道；多线隧道也采用 曲墙有仰拱的衬砌。 曲墙式衬砌由顶部拱 圈、侧面曲边墙和仰拱/底 板(或铺底)组成。 （一）整体式混凝土衬砌 拱顶 拱腰 拱脚 墙脚 仰拱 山岭隧道 48 l隧道衬砌构造 2）曲墙式衬砌 （一）整体式混凝土衬砌 2）曲墙式衬砌 在级围岩无地下水，且基础不产生沉降的情 况下可不设仰拱，只做铺底；一般均需设仰拱，以 抵御隧道底部的围岩压力和防止衬砌沉降，并使衬 砌形成一个环状的封闭整体结构，以提高衬砌的承 载能力。 山岭隧道 49 l隧道衬砌构造 2）曲墙式衬砌 （一）整体式混凝土衬砌 山岭隧道 50 l隧道衬砌构造 复合式衬砌是指把衬砌分成 两层或两层以上，可以是同一种 形式、方法和材料施作的，也可 以是不同形式、方法、时间和材 料施作的。 目前大都采用内外两层衬砌。 按内外衬砌的组合情况可分为： 初期支护与二次衬砌。根据围岩 条件不同，分别采用不同的断面 形式和支护、衬砌参数。 （二） 复合式衬砌 山岭隧道 51 l隧道衬砌构造 复合式衬砌是先在开挖好的洞壁表面喷射一层早 强的混凝土(有时也同时施作锚杆)，凝固后形成薄层 柔性支护结构(称初期支护)。它既能容许围岩有一定 的变形，又能限制围岩产生有害变形，其厚度多在 520cm 之间。 一般待初期支护与围岩变形基本稳定后再施作内 衬。为了防止地下水流入或渗入隧道内，可以在外衬 和内衬之间设防水层，其材料可采用软聚氯乙烯薄膜 、聚异丁烯片、聚乙烯等防水卷材，或用喷涂防水涂 料等。 （二） 复合式衬砌 山岭隧道 52 l隧道衬砌构造 复合式衬砌可以满足初期支护施作及时、刚度小 、易变形的要求，且与围岩密贴，从而能保护和加固 围岩，充分发挥围岩的自承作用。 二次衬砌后，衬砌内表面光滑平整，可以防止外 层风化，装饰内壁，增强安全感，是一种合理的结构 形式，也是目前公路、铁路隧道主要的结构形式。 （二） 复合式衬砌 山岭隧道 53 l隧道衬砌构造 （二） 复合式衬砌 山岭隧道 54 l隧道衬砌构造 锚喷式衬砌是指锚喷结构既作为隧道临时支护， 又作为隧道永久结构（单层衬砌）的形式。它具有隧 道开挖后衬砌及时、施工方便和经济的显著特点。 锚喷式衬砌在围岩整体性较好的军事工程、各类 用途的使用期较短及重要性较低的隧道中广泛使用。 在公路、铁路隧道设计规范中，都有根据隧道围岩地 质条件、施工条件和使用要求可采用锚喷衬砌的规定 。 （三）锚喷式衬砌 山岭隧道 55 l隧道衬砌构造 铁路隧道设计规定中规定，锚喷衬砌设计应符合 下列要求： 锚喷衬砌内轮廓线应适当加大，除考虑施工误 差和位移量外，应再预留10 cm作为必要时补强用。 遇到下列情况时不应采用锚喷衬砌：地下水发 育或大面积淋水地段；能造成衬砌腐蚀或特殊膨胀性 围岩地段；最冷月平均气温低于-5地区的冻害地段 ；有其他要求的隧道。 （三）锚喷式衬砌 山岭隧道 56 l隧道衬砌构造 装配式衬砌是将衬砌分成若干块构件，这些构件 在现场或工厂预制，然后运到坑道内用机械将它们拼 装成一环接着一环的衬砌。 这种衬砌的特点是：拼装成环后立即受力，便于 机械化施工，改善劳动条件，节省劳力。 目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道和水底 隧道中采用。在铁路、公路隧道中由于装配式衬砌要 求有一定的机械化设备，施工工艺复杂，衬砌的整体 性及抗渗性差而未能推广使用。 （四）装配式衬砌 山岭隧道 57 l 隧道明洞 明洞是隧道的一种变化形式，它用明挖法修筑。 所谓明挖是指把岩体挖开，在露天修筑衬砌，然后回 填土石。这样修筑的构筑物，外形几乎与隧道无异， 有拱圈、边墙和底板，净空与隧道相同，和地表相连 处，也设有洞门、排水设施等。 山岭隧道 58 l 隧道明洞 山岭隧道 59 l 隧道明洞 明洞一般修筑在隧道的进出口处，当遇到地质差 且洞顶覆盖层较薄，用暗挖法难以进洞时，或洞口路 堑边坡上有落石而危及行车安全时，均需要修建明洞 。它是隧道洞口或线路上起防护作用的重要建筑物， 在铁路线上使用的较多。 明洞的结构类型常因地形、地质和危害程度的不 同，有多种形式，采用最多的为拱式明洞和棚式明洞 两种。 山岭隧道 60 l 隧道明洞 地质差 且洞顶 覆盖层 较薄， 用暗挖 法难以 进洞时 山岭隧道 61 l 隧道明洞 （1）拱式明洞 拱式明洞由拱圈、 边墙和仰拱(或铺底)组 成，它的内轮廓与隧道 相一致，但结构厚度要 比隧道大。 路堑式对称型 路堑式偏压型 山岭隧道 62 l 隧道明洞 （1）拱式明洞 半路堑式偏压型 半路堑式单压型 山岭隧道 63 l 隧道明洞 （2）棚式明洞 有些傍山隧道，地形的自然横坡比较陡，外侧 没有足够的场地设置外墙及基础或确保其稳定，这 时采用另一种建筑物棚式明洞。 棚式明洞常见的结构形式： 盖板式 刚架式 悬臂式 山岭隧道 64 l 隧道明洞 （2）棚式明洞 钢架式明洞 盖板式明洞 山岭隧道 65 l 隧道明洞 （2）棚式明洞 钢架式明洞 渝湘高 速老虎 山隧道 山岭隧道 66 l 铁路隧道附属建筑物 为了使隧道正常使用，保证列车安全运营， 除主体建筑物外，还必须修筑一些附属建筑物。 其中包括：防排水设施，电力及通信信号的安放 设施等。 山岭隧道 67 隧道的永久性防排水是通过防排水工程措施 实现的。 经过理论和实践经验的总结，提出了“截、 防、堵、排结合，因地制宜，综合治理”的原则 。 （一）防排水设施 l 铁路隧道附属建筑物 山岭隧道 68 截：截断地表水和地下水流入隧道的通道，洞口 地表设天沟等截水沟以及地表陷穴等整治； 防：防止地下水从衬砌背后渗入隧道内，充分利 用混凝土自防水能力，以及在衬砌与支护之间设置 的防水层； （一）防排水设施 l 铁路隧道附属建筑物 山岭隧道 69 堵：向支护背后压注水泥砂浆，用以充填支护与 围岩间的空隙，以堵住地下水的通道，并使支护与 围岩形成整体，改善支护受力条件； 排：将地下水排入隧道内，再经由洞内排水沟（ 排水沟及盲沟）排走。 （一）防排水设施 l 铁路隧道附属建筑物 山岭隧道 70 （一）防排水设施 l 铁路隧道附属建筑物 山岭隧道 71 （一）防排水设施 l 铁路隧道附属建筑物 山岭隧道 72 1）避车洞 当列车通过隧道时，为了保证洞内行人、维修人 员及维修设备(小车、料具)的安全，在隧道两侧边墙上 交错均匀修建的人员躲避及放置车辆、料具的洞室叫 避车洞。 避车洞根据其断面尺寸的大小分为大避车洞及小 避车洞两种。 l 铁路隧道附属建筑物 山岭隧道 73 （二）铁路隧道附属建筑物 l 铁路隧道附属建筑物 山岭隧道 74 （二）铁路隧道附属建筑物 l 铁路隧道附属建筑物 山岭隧道 75 (1)大避车洞 在碎石道床的隧道内，每侧相隔300 m布置一个大避车洞，在整体道床的隧 道内，因人员行车待避较方便，且线路 维修工作量较小，可相隔420 m布置。 (2)小避车洞 无论在碎石道床或整体道床的隧道内， 每侧边墙上应在大避车洞之间间隔60m (双线隧道按30m)布置一个小避车洞。 l 铁路隧道附属建筑物 山岭隧道 76 2）电力及通信设施 电缆槽：电缆槽用混凝土 浇筑，可与水沟同侧并与 水沟并行，或设置在水沟 的异侧。槽内铺以细砂做 垫层，低压电缆可直接放 在垫层面上，高压电缆则 吊在槽边预埋的托架上。 槽顶设有盖板防护。 l 铁路