第3章 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

第四章隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造隧道工程2021/6/271隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造主體構(gòu)造物附屬構(gòu)造物洞身襯砌洞門構(gòu)造物洞身襯砌洞身襯砌的平、縱、橫斷面的形狀由道路隧道的幾何設(shè)計確定

襯砌斷面的軸線形狀和厚度由襯砌計算決定明洞通風照明排水、消防、通訊等2021/6/2724.1洞身襯砌1、襯砌結(jié)構(gòu)的類型：◆砌石襯砌◆拼裝式襯砌◆整體式混凝土襯砌◆噴射混凝土支護◆錨桿◆注漿◆噴錨支護◆復(fù)合式襯砌預(yù)制塊鋼架包括鋼筋混凝土2021/6/2732、直墻式襯砌

適用于：地質(zhì)條件較好的Ⅰ、Ⅱ級圍巖；圍巖壓力以豎向為主，幾乎沒有或僅有很小的水平側(cè)向壓力。2021/6/274大腳拱襯砌

適用于：地質(zhì)條件極好，整體巖層堅固；幾乎無水平側(cè)壓力，也無地下水侵入?？刹辉O(shè)邊墻，但應(yīng)把兩側(cè)巖壁表面噴漿敷面。2021/6/275在地質(zhì)條件尚好，側(cè)壓力不大，但又不宜采用大腳拱襯砌時。簡化邊墻適用于：2021/6/276地質(zhì)較差，巖體松散破碎，強度不高；有地下水；側(cè)向水平壓力也相當大。3、曲墻式襯砌

適用于：

內(nèi)軌頂面曲墻式襯砌拱圈曲邊墻仰拱2021/6/2774、噴混凝土襯砌、噴錨襯砌及復(fù)合式襯砌

①要求用光面爆破開挖，使洞室周邊平順光滑，成型準確，減少超欠挖。適當?shù)臅r間噴混凝土，即為噴混凝土襯砌；

②根據(jù)實際情況，需要安裝錨桿的則先裝設(shè)錨桿，再噴混凝土，即為噴錨襯砌；③如果以噴混凝土，錨桿或鋼拱支架的一種或幾種組合作為初次支護對圍巖進行加固，維護圍巖穩(wěn)定防止有害松動。待初次支護的變形基本穩(wěn)定后，進行現(xiàn)澆混凝土二次襯砌，即為復(fù)合式襯砌。2021/6/278常用公路隧道Ⅳ級圍巖復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)2021/6/279

偏壓襯砌示意圖

5、偏壓襯砌

※適用情況：當山體地面坡陡于1:2.5，線路外側(cè)山體覆蓋較薄，或由于地質(zhì)構(gòu)造造成的偏壓，襯砌為承受這種不對稱圍巖壓力而采用。

2021/6/27106、喇叭口隧道襯砌

在山區(qū)雙線隧道，可將一條雙幅公路隧道分建為二個單線隧道或二條單線并建為一條雙幅的情況，襯砌產(chǎn)生了一個過渡區(qū)段，這部分隧道襯砌的斷面及線間距均有變化，相應(yīng)成了一個喇叭型，稱為喇叭口隧道襯砌。

嗽叭口隧道襯砌示意圖2021/6/27112021/6/27124.2洞門1、定義

洞門是隧道兩端的外露部分，也是聯(lián)系洞內(nèi)襯砌與洞口外路塹的支護結(jié)構(gòu)

2、洞門的主要作用①減少洞口土石方開挖量；②保證洞口邊坡的安全和仰坡的穩(wěn)定；③匯集在洞口附近的仰、邊坡上的地表水，并引離隧道;④作為隧道的標志性建筑物，應(yīng)與隧道的規(guī)模、使用特性以及周圍建筑物、地形條件等要相協(xié)調(diào)。2021/6/2713◆洞口環(huán)框式洞門◆端墻式洞門◆翼墻式洞門◆柱式洞門◆臺階式洞門◆斜交洞門◆削竹式洞門3、洞門結(jié)構(gòu)類型2021/6/2714適用于Ⅵ類或Ⅰ級圍巖，地形陡峻而又無排水要求3.1洞口環(huán)框式洞門作用：不承載，加固洞口減少雨后洞口滴水簡單裝飾2021/6/27152021/6/2716適于地形開闊，巖質(zhì)基本穩(wěn)定的圍巖。結(jié)構(gòu)特點：能有效抵抗山體縱向推力。3.2端墻式洞門2021/6/2717

端墻的作用：支護洞口仰坡，并將仰坡水流匯集排出。構(gòu)造要求：◆端墻高度應(yīng)使洞身襯砌上方尚有1m以上回填層；◆洞頂水溝深度應(yīng)不小于0.4m；◆應(yīng)設(shè)置擋碴防護墻，高度從仰坡坡腳算起應(yīng)不小于0.5m，水平方向不宜小于1.5m；◆端墻基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)置在穩(wěn)固的地基上，其深度視地質(zhì)條件、凍害程度而定，一般應(yīng)在0.6～1.0m左右；◆墻厚按擋土墻計算，寬度與路塹橫斷面相適應(yīng)。2021/6/27182021/6/2719

適用于山體縱向推力較大,洞口地質(zhì)較差的Ⅳ級及以上的圍巖，增加洞門的抗滑動和抗傾覆能力。3.3翼墻式洞門2021/6/27202021/6/2721特點：可以在端墻中部設(shè)置兩個斷面較大的柱墩，以增加端墻的穩(wěn)定性。3.4柱式洞門

適用于地形較陡，地質(zhì)條件較差，仰坡可能下滑，而又受地形或地質(zhì)條件限制，不能設(shè)置翼墻時。2021/6/27222021/6/2723適于傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門一側(cè)邊坡較高時作用：減小仰坡高度及外露坡長，減少開挖量。3.5臺階式洞門2021/6/27242021/6/27253.6斜交洞門斜交洞門2021/6/2726適用：線路方向與地形等高線斜交時。

特點：將洞門做成與地形等高線一致，使洞門左右可以仍保持近似對稱，但襯砌洞口段和洞門相對于線路呈斜交形式。

注意事項：1斜洞門與線路中線的交角不應(yīng)小于45°2一般斜洞門與襯砌斜口段是整體砌筑的3由于斜洞門及襯砌斜口段的受力情況復(fù)雜，施工也不方便，所以，只有在十分必要時才采用它。2021/6/27272021/6/27283.7削竹式洞門2021/6/2729

削竹式在公路隧道中被普遍使用，凸出式新型洞門，這類洞門是將洞內(nèi)襯砌延伸至洞外，一般凸出山體數(shù)米。

適用于洞口段有較長的明洞襯砌，由于洞門背后一定范圍內(nèi)是以回填土為主，山體的推滑力不大；地形相對比較對稱和不太陡峻。

特點：1洞口邊仰坡開挖量少2減少對植被的破壞和有利于保護環(huán)境3適用各種圍巖類別2021/6/27302021/6/27312021/6/27322021/6/27332021/6/27342021/6/27352021/6/27362021/6/27374、隧道洞門構(gòu)造⑴洞門仰坡坡腳至洞門墻背后的水平距離不小于1.5m，水溝溝底與襯砌拱頂外緣的高度不應(yīng)小于1.0m，洞門墻頂應(yīng)高出仰坡腳0.5m以上。⑵洞門墻基基底埋入土質(zhì)地基的深度不應(yīng)小于1.0m，嵌入巖石地基的深度不應(yīng)小于0.5m，墻基底埋設(shè)的深度應(yīng)大于墻邊各種溝、槽基礎(chǔ)底埋設(shè)的深度；⑶松軟地基上的基礎(chǔ)，當?shù)鼗鶑姸炔蛔銜r，可采用擴大，加固基礎(chǔ)等措施。2021/6/27384.3明洞

當隧道埋深較淺，上覆巖(土)體較薄，難采用暗挖法時，則應(yīng)采用明挖法來開挖隧道。用這種明挖法修筑的隧道結(jié)構(gòu)，通常稱明洞。

※

明洞具有地面、地下建筑物的雙重特點：①作為地面建筑物用以抵御邊坡、仰坡的坍方、落石、滑坡、泥石流等病害；②作為地下建筑物用于深路塹、淺埋地段不適宜暗挖隧道時而取代隧道的作用；③用于在與公路、灌溉渠立交處，以減少建筑物之間的干擾。

※

明洞的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、經(jīng)濟、運營安全及施工難易等條件進行選擇，采用最多的是拱形明洞和棚式明洞

2021/6/27391、拱形明洞

隧道接長明洞或在路塹邊坡不穩(wěn)定地段修建的獨立明洞等，多采用拱形明洞的形式

。拱形明洞整體性好，能承受較大的垂直壓力和側(cè)壓力。

路塹對稱型明洞

※路塹對稱型

適用于洞頂?shù)孛嫫骄?，路塹兩側(cè)地質(zhì)條件基本相同，原山坡有少量坍塌、落石以及隧道洞口巖層破碎，洞頂覆蓋較薄，難以暗挖法修建隧道的地段。

2021/6/27402021/6/2741※路塹偏壓型

適用于兩側(cè)山坡高差較大的路塹，高側(cè)邊坡有坍塌，落石或泥石流；低側(cè)邊坡明洞墻頂以下部分為挖方，且能滿足外側(cè)邊墻嵌入基巖要求的地段

※半路塹偏壓型

適用于半路塹靠山側(cè)邊坡較高，有坍塌、落石或泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，而外側(cè)地面較為寬敞和穩(wěn)定，上部填土坡面線能與地面相交以平衡山側(cè)壓力的地段

半路塹偏壓型明洞

路塹偏壓型明洞2021/6/2742此種明洞承受偏壓荷載，拱圈和內(nèi)側(cè)邊墻為等厚，外側(cè)邊墻為不等厚的斜墻式。

2021/6/2743※半路塹單壓型

適用于靠山側(cè)邊坡或原山坡有坍塌、落石等情況，外側(cè)地形陡峻無法填土地段

※拱形明洞的邊墻，一般采用直墻。當半路塹型單壓明洞外墻尺寸較厚(達3~5m)為節(jié)省圬工量，可在漿砌片石的外墻上每隔3~4m開設(shè)一個孔洞

半路塹單壓型明洞※采用偏壓拱型明洞時，要特別注意處理好外墻基礎(chǔ)，以防止因外墻下沉而引起拱圈開裂。故外墻必須設(shè)置于穩(wěn)固地基上，如有困難，則可用樁基(或加深基礎(chǔ))及加固地基等方法進行處理2021/6/2744半路塹單壓型明洞

回填土是為了緩沖落石對襯砌的沖擊而設(shè)的，它的厚度應(yīng)視落石下墜的實際情況而定。一般不應(yīng)小于1.5m不小于1:1.5的流水坡如果明洞外側(cè)覆蓋土不厚，還可以掏成側(cè)洞，使露天的光線可以射進來，外界的新鮮空氣也可以流進來返回

2021/6/2745柱式拱形明洞門路塹式翼墻式拱形明洞門路塹式臺階式拱形明洞門（半路塹式）臺階式拱形明洞門（偏壓式）2021/6/27462、棚式明洞

當山坡坍方，落石數(shù)量較少，山體側(cè)壓力不大，或因受地質(zhì)、地形條件的限制，難以修建拱形明洞時，可采用棚式明洞棚式明洞的類型主要取決于外側(cè)邊墻的結(jié)構(gòu)形式。通常有墻式、剛架式，柱式和懸臂式(不修建外墻時)等※墻式棚洞(墻式棚式明洞)

適用于邊坡存在坍塌、落石的地段，橫向斷面類似橋跨結(jié)構(gòu)，內(nèi)墻除起擋墻作用外，還承受頂板下傳垂直荷載；外墻只承受頂板下傳垂直荷載

※剛架式柵洞

適用于邊坡小量落石，或在連接兩座隧道間需建明洞時，為改善隧道通風條件下而被采用

，外墻結(jié)構(gòu)為連續(xù)框架；因此對地基承載力要求較高。棚式明洞門2021/6/2747※柱式棚洞

適用于少量落石，地基承載力高，或基巖埋藏淺的地段。外墻采用獨立柱和縱梁方式，結(jié)構(gòu)簡單，預(yù)制吊裝方便，但整體穩(wěn)定性較差

※懸臂式棚洞

當山坡較陡，坡面有少量落石，且外側(cè)地基不良或不宜設(shè)基礎(chǔ)時，可采用懸臂式棚洞

柱式棚洞

懸臂式棚洞

2021/6/27482021/6/27493、明洞基礎(chǔ)

※明洞墻基應(yīng)有一定的嵌入深度，并應(yīng)設(shè)在凍結(jié)線以下25cm，保證一定的護基寬度；※當兩側(cè)邊墻地基軟硬不均時，應(yīng)采取措施加以處理，以免引起過大的沉降和不均勻沉陷，使明洞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或破壞。

①基巖不深時可加深基礎(chǔ)，設(shè)置于基巖上；

②采用鋼筋混凝土或混凝土仰拱；

③采用鋼筋混凝土底板，修筑整體式基礎(chǔ)；

④亦可采用樁基或加固地層等措施。

2021/6/27504、明洞填土※

厚度：鐵路新規(guī)范確定為l.50m。公路隧道跨度一般比鐵路單線隧道跨度大，養(yǎng)護力量弱，故規(guī)定不小于2.0m；※明洞拱背和墻背的回填要求：⑴拱腳用貧砼或漿砌片石回填；⑵邊墻背后超挖部分，宜用片石砼或水泥砂漿砌片石密實回填⑶背回填料的內(nèi)摩擦角應(yīng)不低于圍巖的計算摩擦角或設(shè)計回填料的計算摩擦角，因為：①導致實際墻背的側(cè)壓力較計算的要大，影響結(jié)構(gòu)安全；②較好的圍巖與襯砌之間有低摩擦角的回填“軟弱夾層”，會增加土壓力和減小彈性抗力，技術(shù)、經(jīng)濟效益方面都是不適宜的

2021/6/27514.4工作（輔助）坑道

一般隧道開挖是從兩洞口或從其中一個方向洞口進行。但在長大隧道因工期限制、經(jīng)濟、施工、地形、環(huán)境等條件影響,有必要分成幾個工程區(qū)段進行施工,多數(shù)情況下要設(shè)工作坑道。工作坑道按坡度區(qū)分為橫洞、斜井、豎井和平行導坑。選擇哪種形式,決定于地形、地質(zhì)、工期、運輸能力,以及設(shè)置地點的限制。

橫洞為首選工作坑道。它比斜井、豎井在作業(yè)與安全方面都優(yōu)越。除了因地形等條件和長度需很大外,應(yīng)盡量采用橫洞作為工作坑道。2021/6/2752

豎井與斜井比較,當高差相同時,長度約為斜井的1/4左右,在遇不良地質(zhì)和涌水等幾率低時是有利的。但豎井運輸難、大型機械進入難、通風排水難。除了在覆蓋層不厚的地點,設(shè)置30m左右的輔助豎井有特別理由的情況外,多數(shù)情況下采用斜井。豎井、斜井除作為施工作業(yè)坑道外,常用于公路隧道的通風井。因此，輔助坑道在隧道運營中也有用處。2021/6/27531、豎井

豎井斷面規(guī)劃示例示意圖（尺寸單位：mm）※位置選擇：

必須考慮地形、地質(zhì)，與主坑道的銜接，完工后的處理等條件來決定。特別是設(shè)在山谷部分的豎井多數(shù)延長短，要研究防止井口附近地表水和泥沙的流入措施。2021/6/27542、斜井※位置選擇：斜井實際使用的斷面示意圖

①洞口設(shè)置在地形簡單，地質(zhì)良好，涌水量不大，能保證洞外碴罐、卷揚機安裝等洞外設(shè)備布置的用地需要；②與主坑道連接要合適，長度盡可能短，能提供適合運輸方式的坡度(<14°);

③在規(guī)劃坡度和斷面時，重要的是要注意不給主坑道的作業(yè)造成障礙和制約。2021/6/27554.5內(nèi)裝、頂棚及路面

1、內(nèi)裝

為了確保行車安全，在道路隧道中必須采取措施，使墻面亮度在長期的運營中保持在必要的水平以上，墻面須用適當?shù)牟牧霞右詢?nèi)裝處理，其作用如下：①改善隧道內(nèi)環(huán)境，起誘導作用；②提高墻面的反射率，增強照明效果；③吸收噪音（通風機＆汽車行駛發(fā)出的噪音等）。(1)、常用的內(nèi)裝材料

①塊狀混凝土材料；③瓷磚鑲面材料；②飾面板、鑲板等質(zhì)地致密材料；④油漆材料。2021/6/2756

(2)、內(nèi)裝材料應(yīng)具有如下性質(zhì)

①耐火性和具有阻燃性。在高溫條件下仍能維持原狀，不燃燒、不分解有害成分等；②耐蝕性。長期在油垢及有害氣體作用下不變質(zhì)，在洗滌劑等化學物質(zhì)作用下不被侵蝕；③不怕水。大多數(shù)隧道都存在漏水問題，在水的浸泡下，在潮濕環(huán)境中不變質(zhì)、不霉爛；

④材料來源廣泛，價格相對便宜。隧道是大型構(gòu)造物，用材量很大，價格高昂的材料不適于作隧道內(nèi)裝；⑤能吸收噪音；⑥顏色淡，易清潔。2021/6/27572、頂棚※

色彩的選擇：頂棚用漫反射材料可以避免產(chǎn)生眩光，其顏色以淺色為主；※結(jié)合燈飾美化隧道，并且起視覺誘導作用；※頂棚可做成平頂或者拱頂：①在自然通風或誘導通風時，可以用拱頂；②在半橫向或橫向通風時可以用平頂?！斉镆陨峡梢宰鳛橥L道和供管理人員使用的通道，因此設(shè)計荷載可按(據(jù)國外資料)10MPa考慮。2021/6/27583、路面⑴對隧道內(nèi)路面重要的是在其具有足夠強度和耐久性。常用砼和改性瀝青；⑵盡量考慮：

①抵御水沖刷和含有化學物質(zhì)的水的浸蝕能力;②應(yīng)具有較高的抗側(cè)滑的能力；③抗裂性、耐久性；④容易修補。(3)路基應(yīng)具有足夠的承載力，尤其要求在有豐富地下水的條件下要求有良好的排水條件。2021/6/27594、噪聲的消減

※隧道內(nèi)的混響時間(噪聲源發(fā)音衰減60dB所需時間)為洞外的數(shù)千倍。因此，必須考慮噪聲消減?！?/p>

采取的措施：

①內(nèi)裝材料的制作；②墻面材料的制作；③路面材料的制作；※

利用原理：

主要利用聲波的反射原理2021/6/27604.6隧道的防水與排水水,不僅是影響隧道正常施工的因素之一,也是影響隧道正常運營的重要因素之一。應(yīng)首先在施工時采取超前支護或預(yù)注漿堵水。隧道綜合治水原則：

隧道洞內(nèi)洞外原則防(隔)、排、截、堵2021/6/27611、截水

就是在隧道以外將地表水和地下水疏導截流，使不進入隧道工程范圍內(nèi)。措施：上游泄水洞、井點降水、開溝疏導等。

截水措施2021/6/27622、堵水措施

以襯砌混凝土為基本防水層，以其它防水材料為輔助防水層，阻隔地下水，使之不能進人隧道內(nèi)的防水措施，必要時還可以采用注漿堵水措施。堵水措施可以較好地保護地下水環(huán)境?！?/p>

基本措施：

①噴射混凝土堵水，采用防水材料；②塑料板堵水：在初支后、二次支護前鋪設(shè)；③模筑混凝土襯砌堵水：模筑混凝土本身就具有一定的抗?jié)B阻水性能，對于施工縫，沉降縫，伸縮縫，采用止水帶；④注漿堵水：超前注漿、壁后注漿。2021/6/2763

※

注漿方式：①前進式；②后退式；③一次全孔注漿方式※注漿液：①水泥漿；②水泥-水玻璃；