公路隧道工程第五六章

第五章结构体系一、隧道结构体系概述二、支护结构选用的原则三、锚喷支护四、隧道结构体系设计方法一、隧道结构体系概述

隧道的结构体系是由围岩和支护结构共同组成的。其中围岩是主要的承载元素，支护结构是辅助性的，但通常也是必不可少的，在某些情况下，支护结构主要起承载作用。这就是按现代岩石力学原则设计支护结构的基本出发点。

隧道开挖前岩体处于初始应力状态，谓之一次应力状态；开挖隧道后引起了围岩应力的重分布，同时围岩将产生向隧道内的位移，形成了新的应力场，称之为围岩的二次应力状态，这种状态受到开挖方式(爆破、非爆破)和方法(全断面开挖、分部开挖等)的强烈影响。如果隧道围岩不能保持长期稳定，就必须设置支护结构，从隧道内部对围岩施加约束，控制围岩变形，改善围岩的应力状态，促使其稳定，这就是三次应力状态。显然这种状态与支护结构类型、方法以及施设时间等有关。三次应力状态满足稳定要求后就会形成一个稳定的洞室结构，这样，这个力学过程才告结束。二支护结构选用的原则

支护结构的基本作用在于：与围岩一起组成一个有足够安全度的隧道结构体系，能承受可能出现的各种荷载；保持隧道断面的使用净空；防止围岩质量的进一步恶化；提供空气流通的光滑表面。因此，任何一种类型的支护结构都应具有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工的可能性。（一）支护结构的基本要求1.必须能与围岩大面积地牢固接触，即保证支护结构与围岩作为一个整体进行工作。重视早期支护的作用，并使早期支护与永久支护相互配合，协调一致地工作。要允许隧道围岩能产生有限制的变形，以充分发挥围岩的承载能力而减少对支护结构的不利作用，使两者更加协调的工作。4.必须保证施作支护结构的及时性。5.作为支护结构要能根据隧道围岩的动态(位移、应力等)，及时地进行调整和修改，以适应不断变化的围岩状态。（二）支护结构类型根据其使用目的，支护结构可分为：防护型支护

构造型支护

承载型支护

根据其施作的时间先后顺序，支护结构可分为：超前预支护

初期支护二次衬砌

（一）喷锚支护的基本概念1)喷锚支护是①喷混凝土支护、②喷混凝土+锚杆支护、③喷混凝土+锚杆+钢筋网支护、④喷混凝土+锚杆+钢筋网+钢架支护的统称，三、锚喷支护

﹙2﹚射混凝土衬砌是利用泵或高压风作动力，把混凝土混合料通过喷射机、输料管及喷头直接喷射到隧道围岩壁上的支护方法。

﹙3﹚锚杆是一种锚固在岩体内部的杆状体，锚杆支护是通过锚入岩体内部的钢筋，与岩体融为一体，达到提高围岩的力学性能、改善围岩的受力状态，实现加固围岩、维护围岩稳定的目的。（一）喷锚支护的基本概念

﹙4﹚是一种支护及时，加固围岩，控制围岩变形，能充分利用和发挥围岩自承能力的支护衬砌形式，具有柔性、紧贴围岩、与围岩共同变形等特点（一）喷锚支护的基本概念（二）喷混凝土衬砌作用机理﹙1﹚粘接作用

增加了围岩切向方向的约束力，使围岩与喷层共同作用。（二）喷混凝土衬砌作用机理﹙2﹚弯曲压缩作用

由于向内产生径向变位受到弯曲压缩，对围岩施加了径向约束力。（二）喷混凝土衬砌作用机理﹙3﹚抗剪切作用

抵抗围岩局部松动岩块向洞内滑移（二）喷混凝土衬砌作用机理﹙4﹚楔效应，嵌入岩缝。﹙5﹚减少局部集中应力。﹙6﹚防止发生风化。（三）喷混凝土衬砌施工基本要求

第一.隧道开挖后及时施作;

第二.与围岩紧密粘结、不留空隙，与围岩共同工作。第三.分多层喷射，达到设计厚度。（四）锚杆的作用机理﹙1﹚悬吊作用把围岩局部松动可能向洞内滑移的岩块锚固定起来（四）锚杆的作用机理﹙2﹚组合梁作用把水平层状岩体叠合组成组合梁（锚杆群）（四）锚杆的作用机理﹙3﹚缝缀作用增加整体性（即增加裂缝之间的摩擦力）

（四）锚杆的作用机理﹙4﹚内压作用向围岩施加经向的约束压应力（五）永久锚杆的技术上要求

第一要确保锚杆全长注浆饱满，与岩体连成整体；第二要求锚杆达到使用耐久，避免松驰、锈蚀、腐蚀损坏。锚杆缴种类的如下用：1全长彻粘结马型锚刻杆;2端头伪锚固延型锚恭杆;3摩擦佳型锚玻杆;4预应防力锚哨杆。在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围栗岩条左件下设，锚茫杆应聚按系腾统锚茂杆设劫计，屠并符鱼合下弓列规乐定：1锚杆扣一般粒应沿耕隧道隆周边衣径向田布置达，当狐结构击面或谎岩层庆层面吴明显掩时，嘉锚杆恒应与贼岩体岭主结周构面万或岩杰层层逼面成礼大角挺度布博置。2锚杆隆应按送矩形围排列闲或梅转花形哑排列闸。3锚杆墓间距穴不得恭大于1.武5m。间梁距较肥小时涛，可除采用河长短冲锚杆鱼交错包布置久。4两车袄道隧怕道系敬统锚酷杆长疏度一纯般不戚小于2.祝0m，三乱车道寺隧道劳系统观锚杆尽长度懒一般岩不小就于2.员5m。系统恰锚杆绳布置栏方式兆有梅恰花形设排列否和矩配形排滤列梅花且形排富列笛矩铜形排伍列在围特岩条积件较公差地椅段、佛或地质面沉草降有雅严格锯限制敏时，惩应在件初期深支护米内增私设钢奋架。拔常用领的钢晌架有弯：钢筋省格栅扛钢架贷、工字扣钢钢凭架、U型钢兽钢架和H钢钢皇架。钢架锦支护忧宜优纱先选怒用格妨栅钢乡丰架支呜护。四吴隧道吸结构朋体系津设计集方法（一丽）结榴构力顶学方尸法1.荷载—结构旷模型已的建杆立图5-满24荷载—结构尊模型2.作用(荷载)组成采用栏荷载—结构捞模型必分析中支护怎结构夺内力够时，早其中层最重涌要的军是确绳定围川岩的槽松动脸压力蹦，支剧护结弓构自赖重可搞按预雕先拟扩定的绸结构魔尺寸究和材瞧料容券重计杀算确适定。（二斩）岩隙体力慕学方嚼法在隧裕道结皂构体油系中逗，一面方面证围岩薄本身舞由于依支护游结构认提供栏了一村定的批支护撑抗力医，而示引起嫂它的赏应力白调整啦，从贞而达旺到新液的稳盘定；鼠另一惨方面虾由于招支护所结构兼阻止件围岩或变形鸟，也锈必然招要受剖到围值岩给锯予的怒反作嫩用力左而发有生变秀形。放这种址反作粪用力溪和围疼岩的助松动袖压力吨极不昼相同阻，它逮是支雀护结静构和家围岩楼共同挽变形室过程复中对鸭支护壤施加安的压粮力，扣故可存称为“形变谅压力”。目前湿对于由这种裂模型诸求解繁方法形有解析狸法、泡数值草法、舌特征勺曲线净法三种嘱。1、解尤析法该方努法根诊据所敬给定旋的边温界条吴件，蔑对问骡题的枕平衡踢方程轨、几法何方贿程和召物理富方程遗直接阿求解馅。2、数裳值方硬法对于原几何电形状鲁和围佳岩初趟始应林力状医态都绪比较秀复杂记的隧嫩道，滨一般滴需要乞采取押数值柳方法司，尤锁其是劣需要少考虑晨围岩瓜的各呆种非胜线性挑特性瞧时。重该方污法主网要是喊指有何限单场元法纤，它畏是把苗围岩亮和支度护结浴构都经划分颈为单充元，藏然后袍根据理能量泰原理史建立艰起整韵个系山统的悄虚功辆方程奔，也耻称刚度迎方程，从岸而求竭出系删统上刚各节步点的谦位移执以及粗单元脚的应漠力。3、特隔征曲解线法特征塘曲线觉法也交称为根“收敛—约束”法喇，是茂用围愚岩的秘支护谁需求食曲线源和支概护结羞构的热补给低曲线集以求忠得达蔑到稳枪定状滚态时孩支护善结构产的内沙力。特征歉曲线危法的暮基本据原理售是：阀隧道竟开挖凭后，逢如无悔支护为，围炕岩必泽然产后生向安隧道庸内的抽变形(收敛)。施跨加支网护以箩后，奥支护诱结构躬约束山了围增岩的河变形(约束)，此啦时围狱岩与虽支护蒜结构卷一起类共同缴承受灰围岩众挤向惩隧道灶的变庄形压政力。（三担）以受围岩野分级撒为基斯础的造经验这设计松方法在大覆多数责情况厕下，富隧道挖支护香体系拿还是痒依赖“经验比设计”的，斗并在六实施溜过程宫中，宗依据蹄量测顷信息贪加以临修改掏和验张证。我们晋大致稀上可鉴以发跳现在碌进行速支护内结构塌经验妻设计却时，终需要鹿注意戚的几怪点的论原则竭是：首先府对隧从道围已岩要助有一怖个正远确的晓分级在各抬级岩头体中勉，支佣护结扭构参啄数大掏体是容按下胃述原锻则选疮用的鼠：在施川工中探应尽划量少滨损害撑围岩质，使槽其尽南量保先持原蚀有岩另体的恼强度眯，因荒此，堤应采质用控厅制爆款破技厉术。预计急有大舍变形蜘和松胖弛的废情况柄下，膏开挖开面要焦全面栋防护(包括烘正面)，使忠之有弹充分柱的约仍束效拥应，落在分爸台阶号开挖谅时，采上半妙断面绒进深际不宜连过长禽，以幼免影沈响整雾个断判面的饱闭合雁时间势。二次爸衬砌配通常墙是模泪筑的舟，在览修二役次衬犯砌之绘前要射设防宪水层抱，形支成具越有防永水性请能的腥组合杨衬砌疲。允许损甚至块希望斧岩石越出现略一定止的变恼形，泡以减见少为舅完成眼支护恼作用陈所需防的防访护措塘施。制定挠详细馒周密辅的量配测计挖划。勒通过咬量测刮，确纺定所营建立皇的支扶护阻望力是则否和搂围岩堂类型么相适蓄应以览及还轧需要啊什么见样的幕加强责措施仰等。支护纽奉结构洲的施伐工顺鹅序与席正确怜地掌群握岩辞体的材时间券效应酷很有紧关系牛。（四缩慧）监境控设养计方纵法由于洽地下炎结构蛮的受件力特渣点极皱其复京杂，肚自50年代颂以来冈，国袖际上塞就开汁始通沟过对寄铁路并隧道乐的量白测来银监视栗围岩辽和支序护结协构的片状态像，并群应用锋现场盗监测施结果钻修改冷设计约、指妈导施伶工。监控惩设计糊通常蜡包括饭两个插阶段型：施甜工前煤预设部计阶秤段和危修正怕设计坐阶段刷。监控谜设计哪的主要晨环节包括蓬：现忧场监杀测、诉数据里处理减、信撞息反熊馈三模个方阵面。追现场研监测腰包括宣：制镰定监偷测方注案、联确定终测试间内容脆、选尼择测爬试手圣段、闪实施抬监测你计划糠。数茎据处据理包善括：晨原始群数据帝的整浓理、贱明确两数据脾处理起的目云的、染选择吨处理见方法波、提瞧出处耻理结岗果。凯信息崭反馈称包括伏：反特馈方翁法(理论理反馈腾与经戚验反同馈)和反皇馈的迅作用(修改筝设计磨与指粮导施断工)。第六赖章纷防排很水一、堵隧道庙防排帽水基绵本原杰则二、晕隧道牢防排勺水系贝统组额成三、浅防排制水材版料四、龄防水钻板无剥钉铺呢设技渣术隧道黎防排红水应劳当遵连循“燃防、般排、辛堵、己截结定合，姨因地院制宜顾，综筐合治要理”宫的原效则，诸保证良隧道应结构颜物和绑运营萝设备疫的正图常使使用和敲行车篇安全龙。隧大道建萄成后昌，应脆满足秋拱部被、边粪墙、岗路面竞、设秆备箱著洞不廊渗水娃，隧艘道衬灵砌背灾后不药积水生，排忘水沟霞不冻轧结，扬车行编横通摔道、支人行阁横通矿道拱肠部不推滴水槐，边碑墙不氏淌水窄。一、牌隧道百防排舍水基层本原弯则二、夹隧道舒防排营水系枪统组抚成防水锣工程功包括攀衬砌径柔性顾防水颂工程奸及衬肠砌漏吨水防贫水工造程。饱二次歇衬砌袋与喷另射砼膜之间傲设置扫防水量板作朵为柔拾性防妈水设若施。肉衬砌裕结构前自身落要求加密实集。沉轻降缝徐、伸惠缩缝告采用高背贴岩式止拖水带当加中拾埋式主橡胶略止水夕带防校水，节施工谨缝采荡用背亭贴式辞止水脏带防蜘水加奴带注良浆管端的遇炼水膨单胀橡慨胶止掩水条竟防水遍。排水钟工程殃包括燥衬砌花背面豆排水斜工程寒、路疗缘排丙水工撤程以躁及洞跨顶截尤水工斧程。三、贡防排千水材体料防水脏层采退用双摘层结苗构。越用PE泡沫哨塑料架垫衬询做缓更冲层由效果持同无产