隧道的组成课件

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,Southwest Jiaotong University,课程 第 二 讲 隧 道 的 组 成,张俊儒 副教授,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,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。,隧道洞门,1）洞门的作用 减小洞口土石方开挖量 稳定边、

2、仰坡 引离地表水流 装饰洞口,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；,隧道洞门,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；,隧道洞门,2）洞门的形式 端墙式（一字式）洞门,隧道洞门,贵金高速公路大关隧道,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。,隧道洞门,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。,隧道洞门,2）洞门的形式 台阶式

3、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。,隧道洞门,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。,隧道洞门,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。,隧道洞门,其他洞门隧道,雁门关隧道,隧道洞门,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

4、”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。,隧道横断面,（一）铁路隧道净空,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

5、施工方便等因素。,隧道横断面,（一）铁路隧道净空,隧道横断面,（一）铁路隧道净空,隧道横断面,（一）隧道净空,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。,隧道横断面,（二）公路隧道净空,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。,隧道横断面,（二）公路隧道净空,两车道公路隧道净空断面,隧道横断面,（二）公

6、路隧道净空,隧道横断面,（二）公路隧道净空,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。,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,初期支护： 锚杆； 喷射混凝土； 钢架； 钢筋网。,复合式衬砌构造,初期支护： 锚杆； 喷射混凝土； 钢架； 钢筋网。,复合式衬砌构造,初期支护： 锚杆； 喷射混凝土； 钢架； 钢筋网。,复合式衬砌构造,初期支护： 锚杆； 喷射混凝土； 钢架； 钢

7、筋网。,复合式衬砌构造,初期支护： 锚杆； 喷射混凝土； 钢架； 钢筋网。,复合式衬砌构造,二次衬砌： 建筑材料； 结构要求。,复合式衬砌构造,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,隧道支护,（一）锚杆,隧道支护,（一）锚杆,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,隧道支护,（二）钢架（型钢）,型钢钢架接头(尺寸单位:mm),隧道支护,（二）钢架（

8、格栅）,隧道支护,（二）钢架（格栅）,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。,隧道支护,（三）钢筋网,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

9、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。,隧道支护,（四）喷混凝土,隧道支护,（五）多种措施组合支护,隧道支护,（五）多种措施组合支护,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,隧

10、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,隧道衬砌构造,（一）整体式混凝土衬砌,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,隧道衬砌构造,2）曲墙式衬砌,（一）整体式混凝土衬砌,2）

11、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。,隧道衬砌构造,2）曲墙式衬砌,（一）整体式混凝土衬砌,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,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

12、(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,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、

13、铁路隧道主要的结构形式。,（二） 复合式衬砌,隧道衬砌构造,（二） 复合式衬砌,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,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

14、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,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,隧道明洞,明洞是隧道的一种变化形式，它用明挖法修

15、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。,隧道明洞,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。,隧道明洞,地质差且洞顶覆盖层较薄，用暗挖法难以进洞时,隧道明洞,（1）拱式明洞 拱式明洞由拱圈、边墙和仰拱(

16、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,隧道明洞,（1）拱式明洞 半路堑式偏压型 半路堑式单压型,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,隧道明洞,（2）棚式明洞,钢架式明洞,盖板式明洞,隧道明洞,（2）棚式明洞,钢架式明洞,渝湘高速老虎山隧道,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。,隧

17、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,铁路隧道附属建筑物,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,铁路隧道附属建筑物,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,铁路隧道附属

18、建筑物,（一）防排水设施,铁路隧道附属建筑物,（一）防排水设施,铁路隧道附属建筑物,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。,铁路隧道附属建筑物,（二）铁路隧道附属建筑物,铁路隧道附属建筑物,（二）铁路隧道附属建筑物,铁路隧道附属建筑物,(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。,铁路隧道附属建筑物,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