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。（二呀）喷混携凝土奇衬砌存作用肤机理﹙3岔﹚抗剪呆切作以用抵抗亭围岩遍局部宜松动别岩块偷向洞末内滑许移（二矛）喷领混凝爽土衬孟砌作挽用机掘理﹙4﹚楔效开应，疼嵌入秘岩缝找。﹙5﹚减少休局部交集中号应力狂。﹙6﹚防止筐发生臂风化。（三缺）扬喷混低凝土恨衬砌慈施工丘基本截要求第一.隧道饭开挖乎后及刻时施上作;第二.与围壤岩紧迫密粘纤结、具不留饥空隙笋，与灵围岩锅共同夸工作偿。第三.分多训层喷阔射，瓦达到戏设计储厚度悼。（四孝）锚杆评的作纠用机福理﹙1穗﹚悬吊琴作用把围岩攻局部卖松动可能向洞邪内滑适移的属岩块锚固闭定起翁来（四虑）锚杆爪的作烈用机素理﹙2枝﹚组合像梁作深用把水逗平层示状岩像体叠沙合组涛成组谋合梁滔（锚透杆群顾）（四奔）锚杆克的作犹用机萝理﹙3汉﹚缝缀围作用增加顶整体孩性（阴即增君加裂激缝之辜间的恳摩擦窜力）（四面）锚杆键的作铺用机顷理﹙4趋﹚内压细作用向围把岩施径加经昆向的溪约束惨压应宫力（五统）永久扣锚杆轰的技谦术上密要求第一末要确倡保锚职杆全书长注红浆饱笑满，家与岩袜体连凝成整庙体；第二址要求枪锚杆霜达到裁使用树耐久尺，避彩免松休驰、萍锈蚀坟、腐永蚀损骆坏。锚杆图种类理如下量：1全长李粘结鼠型锚驼杆;2端头只锚固施型锚冲杆;3摩擦肥型锚导杆;4预应贩力锚盏杆。在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围睬岩条屑件下庸，锚绿杆应奶按系英统锚膏杆设滴计，计并符头合下固列规赛定：1锚杆膀一般帐应沿赏隧道福周边裙径向肾布置豆，当搅结构携面或芹岩层逢层面苗明显牵时，猛锚杆圣应与湿岩体躬主结剧构面塘或岩爽层层绣面成枕大角卸度布显置。2锚杆粮应按耍矩形恒排列池或梅歇花形界排列耐。3锚杆林间距摸不得醉大于1.泻5m。间仆距较吐小时负，可腥采用桑长短串锚杆拥交错寒布置剥。4两车妥道隧庙道系界统锚析杆长追度一挺般不庄小于2.维0m，三务车道通隧道垃系统嘉锚杆来长度茅一般企不小粱于2.组5m。系统缴锚杆家布置俗方式干有梅苏花形誓排列皮和矩族形排淡列梅花顷形排乌列音矩糠形排煤列在围凑岩条箩件较娱差地料段、败或地左面沉派降有塑严格岁限制获时，饮应在堪初期探支护芬内增抄设钢殃架。寸常用禽的钢毛架有舒：钢筋滥格栅问钢架臣、工字辞钢钢农架、U型钢差钢架和H钢钢冠架。钢架画支护揉宜优紫先选苹用格耀栅钢担架支拿护。四辨隧道陷结构禽体系吗设计熄方法（一掩）结港构力究学方动法1.荷载—结构经模型建的建郊立图5-海24荷载—结构饼模型2.作用(荷载)组成采用冶荷载—结构运模型化分析懂支护化结构读内力扬时，会其中洋最重刑要的将是确张定围步岩的沿松动呀压力寻，支炒护结池构自样重可走按预量先拟裂定的旺结构肉尺寸庸和材蒙料容棕重计列算确湿定。（二轿）岩尝体力窗学方手法在隧同道结存构体察系中峰，一舅方面秘围岩法本身贤由于莫支护奖结构牢提供仁了一食定的肠支护赠抗力掏，而俩引起杯它的积应力摩调整法，从膝而达跳到新斜的稳薄定；立另一靠方面均由于蝇支护叙结构姑阻止卷围岩溪变形初，也池必然粘要受赏到围读岩给晚予的摇反作持用力教而发吐生变轨形。孤这种胸反作扯用力蜘和围摩岩的邮松动像压力显极不舟相同及，它忧是支充护结秀构和均围岩留共同惑变形涂过程忙中对驾支护卡施加代的压躲力，夹故可找称为“形变涌压力”。目前衬对于姑这种溪模型区求解蛮方法湾有解析矮法、唤数值乎法、终特征浑曲线灶法三种慈。1、解月析法该方垮法根昏据所准给定丢的边惯界条通件，鹅对问巧题的照平衡帮方程遥、几尊何方设程和去物理主方程柜直接滥求解瓜。2、数读值方何法对于泼几何骂形状伍和围超岩初恳始应效力状粘态都凡比较厦复杂障的隧险道，漫一般喊需要舒采取坚数值饭方法哄，尤梦其是破需要完考虑刷围岩纠的各取种非页线性厅特性纽奉时。杀该方访法主驶要是西指有柜限单检元法句，它蛙是把杨围岩使和支庸护结联构都捏划分睛为单践元，绳然后跳根据些能量体原理晌建立吉起整砍个系欧统的委虚功哲方程旷，也盖称刚度多方程，从汇而求哈出系滤统上亲各节泽点的涝位移烧以及馋单元宾的应璃力。3、特台征曲诉线法特征内曲线醒法也陶称为涛“收敛—约束”法芹，是树用围绪岩的杨支护土需求醋曲线粥和支右护结微构的打补给橡曲线黄以求护得达彼到稳基定状棵态时染支护隐结构苗的内荡力。特征扣曲线城法的屑基本屯原理传是：拍隧道贴开挖守后，宜如无抖支护烟，围教岩必敏然产下生向论隧道谣内的坟变形(收敛)。施复加支叨护以症后，周支护芝结构途约束脆了围刑岩的践变形(约束)，此恐时围费岩与滋支护柿结构糖一起贤共同附承受予围岩解挤向郑隧道昨的变别形压旋力。（三狼）以存围岩间分级稼为基非础的霞经验净设计岔方法在大奴多数战情况吊下，越隧道弓支护灿体系赛还是党依赖“经验崖设计”的，缠并在炉实施蹦过程已中，披依据四量测鹊信息体加以况修改指和验境证。我们佩大致巾上可傲以发非现在滋进行坐支护姿结构助经验妥设计老时，投需要泳注意怨的几爷点的杆原则欲是：首先盾对隧疑道围露岩要穴有一型个正躁确的雷分级在各蕉级岩蛇体中寒，支银护结希构参贵数大币体是华按下送述原尿则选楚用的墙：在施艇工中风应尽府量少致损害灶围岩恩，使捡其尽部量保腿持原习有岩健体的徐强度扎，因贴此，愁应采惹用控巷制爆薄破技嫂术。预计犬有大证变形句和松预弛的铜情况简下，贡开挖行面要幻玉全面裁防护(包括俱正面)，使猴之有碗充分邪的约貌束效部应，惜在分脉台阶磁开挖紧时，蚂上半酸断面贤进深买不宜练过长风，以粒免影纵响整让个断席面的娇闭合静时间弹。二次懒衬砌按通常虏是模颂筑的医，在疫修二冬次衬艰砌之恼前要酿设防麦水层悦，形陷成具叛有防睛水性光能的夺组合炉衬砌捡。允许锁甚至冰希望蜂岩石群出现牙一定拼的变女形，雪以减长少为弃完成快支护帽作用榨所需巷的防拳护措券施。制定靠详细异周密唯的量势测计术划。躁通过知量测箭，确纺定所冒建立界的支辈护阻域力是肝否和奖围岩初类型叔相适瓶应以宫及还培需要损什么闸样的塔加强怨措施吼等。支护以结构略的施姜工顺白序与泳正确扮地掌详握岩耳体的劣时间南效应丹很有良关系乎。（四们）监塔控设休计方句法由于工地下着结构形的受钳力特馅点极亏其复极杂，听自50年代吊以来纯，国尖际上枣就开抚始通警过对扒铁路炒隧道佩的量昨测来描监视垃围岩固和支搭护结蜘构的强状态猴，并热应用晨现场递监测俯结果眯修改哄设计策、指剧导施荷工。监控与设计狱通常岔包括摧两个干阶段率：施挺工前冈预设扁计阶蛇段和纳修正泪设计碗阶段宏。监控侵设计弃的主要脑环节包括观：现俗场监墙测、嘱数据领处理老、信搏息反秤馈三叶个方介面。奴现场喜监测督包括铺：制未定监欣测方移案、泡确定辱测试起内容求、选具择测爬试手圾段、淹实施统监测码计划以。数院据处补理包臣括：工原始牧数据喂的整勾理、言明确丸数据冒处理捞的目命的、姐选择番处理浆方法臂、提摆出处余理结忘果。琴信息捞反馈兆包括坊：反鲁馈方舟法(理论阿反馈陷与经唯验反秤馈)和反值馈的本作用(修改施设计卷与指茂导施仪工)。第六庙章系防排锯水一、痒隧道辽防排泰水基舞本原包则二、占隧道熟防排茫水系雕统组端成三、亭防排类水材概料四、赠防水泳板无间钉铺存设技脆术隧道乞防排阅水应坏当遵永循“乞防、驴排、欲堵、临截结品合，练因地晚制宜妙，综赵合治披理”粮的原蹄则，杯保证晶隧道昏结构净物和茶运营飘设备饲的正虽常使兴用和土行车胀安全椒。隧颤道建郊成后挽，应安满足够拱部偷、边防墙、少路面琴、设局备箱饮洞不街渗水滚，隧围道衬兄砌背常后不球积水知，排士水沟震不冻剃结，斯车行招横通曾道、勤人行规横通肺道拱计部不帐滴水馅，边需墙不口淌水锻。一、碌隧道慨防排疾水基比本原售则二、岛隧道迹防排辫水系望统组嘴成防水灿工程毁包括饥衬砌晓柔性求防水桑工程因及衬捕砌漏克水防尤水工想程。占二次依衬砌糠与喷卵射砼佣之间榜设置嗓防水闪板作诸为柔单性防然水设搭施。丈衬砌余结构尘自身质要求孟密实忍。沉怜降缝资、伸贷缩缝锈采用坛背贴辨式止饺水带争加中榜埋式祸橡胶书止水馋带防劝水，扇施工程缝采您用背玩贴式伴止水扔带防奔水加太带注鲁浆管挂的遇倦水膨脆胀橡课胶止柳水条托防水匆。排水川工程衬包括威衬砌应背面毫排水穿工程纺、路洁缘排貌水工障程以棒及洞我顶截顺水工卧程。三、陈防排孔水材棵料防水泻层采住用双划层结断构。贡用PE