《隧道与地下工程施工》课件-模块一 隧道认知-单元4-隧道结构构造-洞身衬砌结构

《隧道与地下工程施工》模块一

隧道认知

单元3隧道结构构造——洞身衬砌结构

《隧道与地下工程施工》本讲主要内容隧道衬砌材料1隧道衬砌结构类型201隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO隧道结构构造：隧道由主体建筑物和附属建筑物两部分构成。隧道主体建筑物：是为了保证隧道所通过围岩体的稳定和运营阶段安全使用而修建的人工永久建筑物，由洞身衬砌和洞门组成。隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO•洞身衬砌：承受围岩压力、结构自重及其他荷载，防止围岩风化、崩塌和洞内的防水、防潮。•洞门：位于隧道出入口处，防止洞口塌方落石、保持洞口土体和边仰坡的稳定，排除仰坡流下的水。洞身衬砌洞门隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO1、隧道衬砌材料

衬砌的作用承受内外荷载防止围岩风化承受化学腐蚀承受冻害影响衬砌材料的要求高强度抗风化、耐久性耐腐蚀、抗渗性抗冻性隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO衬砌常用的材料种类（1）混凝土、喷射砼、钢筋砼

（3）锚杆和钢架（3）片石与块石混凝土

（4）装配式材料隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO（1）混凝土、钢筋混凝土、喷射混凝土

混凝土•优点:整体性和抗渗性好，即可现场浇注，又能工厂预制，利于机械化施工。•缺点:需养护，用模板多，用于围岩条件较好段。

钢筋混凝土•用于明洞衬砌及偏压、断层破碎带等不良地质段，且强度等级不低于C20。隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO（1）混凝土、钢筋混凝土、喷射混凝土

喷射混凝土采用混凝土喷射机，将掺有速凝剂的混凝土干拌混合料和水高速喷到清洗干净的岩石表面上，并充填围岩裂隙而凝成的混凝土保护层，•早期强度和密实度高，能很快起到保护围岩作用•机械化施工，不需模板•通常与锚网结合使用隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO（2）锚杆与钢架

锚杆锚杆是用专用机械施工加固围岩的一种材料，是一种插入到围岩岩体中的杆型构件，利用杆端锚头的膨胀作用，或利用灌浆粘结，把锚杆固定在岩体内，加强岩体的紧密程度，补强其抗剪能力，从而提高了围岩的自稳能力。隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO（2）锚杆与钢架

钢架钢架是为了加强支护刚度而在初期支护或二次衬砌中放置的型钢（多为H型钢、工字形钢）支撑或格栅钢支撑。隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO（3）片石混凝土：节省水泥，超挖回填，石料强度不低于MU40（4）块石或混凝土块：块石强度等级≥MU60，混凝土块强度等级≥MU20•优点:就地取材，大量节约水泥和模板，较早承受荷载•缺点：整体性与防水性差（5）装配式材料：多用于软土隧道衬砌管片隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO隧道材料选择时，衬砌材料的强度等级不低于规定值选择时，尚需要具体考虑的因素：•衬砌部位材料：抗冻、抗渗、抗侵蚀•有侵蚀性水作用时，选择特种水泥•严寒地区，为防冻害，宜采用整体式混凝土衬砌，且混凝土强度等级应提高。

隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO现代隧道材料的发展方向：

随着社会的进步，环境保护和节能降耗的需要对土木工程材料提出了更多更高的要求，因此，今后一段时间内，隧道材料将向以下几个方向发展。

（1）轻质高强

（2）高耐久性

（3）性能多元化

（4）智能化

（5）低碳节能和绿色环保隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO2、隧道衬砌结构类型

隧道采用的衬砌结构体系，根据围岩条件和使用条件，主要分为：（一）整体式衬砌：就地整体模注混凝土衬砌；（二）复合式衬砌（有隔离层的）：基本上由初期支护和二次衬砌构成，是我们目前采用的主要衬砌结构体系，隔离层通常是采用防水板；（三）喷锚衬砌（没有隔离层的）：锚杆支护+喷射混凝土支护；（四）装配式衬砌：预制件拼装而成的。隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO

（1）整体式衬砌

•传统衬砌结构，不考虑围岩承载作用，通过结构刚度来抵御地层变形，承受围岩压力。

•就地整体模注混凝土衬砌，其方法是在隧道内树立模板、拱架，然后浇灌混凝土而成。适用较广，易于按需成形，抗渗性强

•整体式衬砌可分为直墙式和曲墙式两大类

•IV级以上围岩，地基松软，往往侧压力较大，故宜采用曲墙带“仰拱”的衬砌。

隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO

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Ⅰ~Ⅲ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。隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO

曲墙式衬砌

适用于地质条件较差，有较大水平围岩压力的情况，由曲边墙、上部拱圈、下部仰拱组成。

①在Ⅳ级围岩无地下水，基础地基较好，可采用无仰拱的曲墙式衬砌，只做铺底。

②地质条件较差，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。仰拱：为改善隧道上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构。可使整个结构封闭，有效防水和防止结构下沉和抵抗地层的上鼓力。隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO

（2）复合式衬砌

复合式衬砌指的两层或两层以上先后施作的隧道衬砌。适用于Ⅳ级围岩·初期支护：喷射早强混凝土，同时施作锚杆，形成的柔性支护，容许围岩产生一定的变形。·二次衬砌：一般待初期支护与围岩变形基本稳定后再施作内衬，通常为模筑混凝土。·防水层：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。隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO

（3）喷锚式衬砌

•组成：锚杆支护+喷射混凝土支护，通过采用加固围岩的措施来发挥围岩本身的自稳能力，与围岩合成一体，共同做作用。•适用：用于山岭隧道施工第一次支护，一般结合二次衬砌等。•类型：喷混凝土、喷混凝土+锚杆、喷混凝土+锚杆+钢筋网。

隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO

不宜采用锚喷支护作为永久衬砌的情况

①某些不良地质、大面积涌水地段不宜采用；②对衬砌有特殊要求（内轮廓要求整齐、平整）；③有很高的防水要求的隧道；④严寒地区的冻胀岩体(锚喷衬砌抗冻胀能力较差)；⑤围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆除者；⑥地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的腐蚀。隧道结构构造——洞身衬砌01LOGO

（4）装配式衬砌

装配式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，然后运到隧道内用机械拼装形成一环接着一环的衬砌。隧道结构构造——洞身衬砌01L