隧道工程課件：隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造

隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造本章內(nèi)容提要本章教學(xué)目標：熟悉隧道建筑限界與凈空的概念及掌握曲線隧道

的凈空加寬計算方法；熟悉隧道支護結(jié)構(gòu)、洞門、明洞的構(gòu)造形式及作

用；熟悉隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道的類型和作用。隧道限界與凈空1隧道洞門與明洞隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道隧道支護結(jié)構(gòu)構(gòu)造本章內(nèi)容提要本章小結(jié)2345隧道限界與凈空1隧道限界與凈空一1.1隧道限界討論：隧道運營使用期間對內(nèi)部空間有什么要求？空間隧道限界隧道限界與凈空一機車車輛限界：機車車輛最外輪廓的限界尺寸基本建筑限界：各種建筑物和設(shè)備不得侵入的輪廓線隧道建筑限界：指包圍“基本建筑限界”外部的輪廓線，用于安裝通訊信號、照明、電力等設(shè)備機車車輛限界基本建筑限界隧道建筑限界隧道凈空（內(nèi)輪廓）隧道限界定義：和線路中心垂直的極限橫斷面輪廓線隧道限界與凈空一公路隧道與鐵路隧道“隧道建筑限界”的差異高速公路、一級公路兩車道隧道建筑限界示例高速鐵路隧道建筑限界示例·公路隧道：隧道建筑限界·鐵路隧道：基本建筑限界隧道限界與凈空一·隧道凈空是指隧道襯砌的內(nèi)輪廓線所包圍的空間·隧道凈空有效面積即隧道襯砌內(nèi)輪廓內(nèi)軌頂面以上的凈空斷面積高速鐵路雙線隧道襯砌凈空斷面設(shè)計示例安全空間技術(shù)作業(yè)空間救援通道隧道建筑界限預(yù)留空間+隧道凈空有效面積1.2隧道凈空及襯砌內(nèi)輪廓1.鐵路隧道隧道限界與凈空一隧道凈空有效面積要求高速鐵路單線隧道襯砌內(nèi)輪廓示例隧道襯砌內(nèi)輪廓設(shè)計高速鐵路雙線隧道襯砌內(nèi)輪廓示例三心圓單心圓R1R2R3R1隧道限界與凈空一鐵路隧道斷面設(shè)計考慮因素：①基本隧道建筑限界；

②軌道數(shù)量和線間距；③緩解空氣動力學(xué)效應(yīng)所需的空間；④需預(yù)留的空間，如安全空間、避難和救援空間、養(yǎng)護維修及工程技術(shù)作業(yè)空間、其他使用要求所需的空間；⑤設(shè)備安裝空間等。隧道限界與凈空一2.公路隧道公路隧道內(nèi)輪廓需要的富余量公路隧道建筑限界預(yù)留富余量隧道限界與凈空一先提出隧道的建筑限界，再確定隧道的凈空界限，據(jù)此進行隧道斷面的初步擬定。初步擬定結(jié)構(gòu)形狀和尺寸可采取經(jīng)驗類比的方法，需要考慮兩個方面的因素：第一是選定凈空形狀，也就是選定結(jié)構(gòu)的內(nèi)輪廓；第二是選定截面的厚度。

3.隧道斷面設(shè)計的一般流程隧道限界與凈空一內(nèi)輪廓襯砌的內(nèi)輪廓必須符合前述的隧道凈空界限。結(jié)構(gòu)的任何部位都不應(yīng)侵入界限以內(nèi)，同時又應(yīng)盡量減少坑道的斷面積，使土石開挖量和圬工砌筑量最少。因此，內(nèi)輪廓線總是貼著界限的，并平順圓滑，使結(jié)構(gòu)受力合理。隧道限界與凈空一設(shè)計時，要求截面厚度具有足夠的強度。截面的厚度不應(yīng)太薄，否則將使施工操作困難和質(zhì)量不易保證。《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》中，規(guī)定了襯砌各部分最小厚度的數(shù)值，可供參考。截面厚度確定內(nèi)輪廓與截面厚度后，便可確定襯砌外輪廓線，即隧道的開挖輪廓線隧道限界與凈空一1.3曲線隧道凈空加寬曲線隧道凈空加寬原因1曲線隧道凈空加寬原因2內(nèi)側(cè)加寬

W1=d內(nèi)1+d內(nèi)2外側(cè)加寬

W2=d外

總加寬W=W1+W2=d內(nèi)1+d內(nèi)2+d外隧道限界與凈空一①單線曲線隧道凈空加寬值計算式中

l——車輛轉(zhuǎn)向架中心距，取18m；

R——曲線半徑（m）。式中

L——標準車輛長度，我國為26m。隧道限界與凈空一式中

H——隧道限界控制點自軌面起的高度（cm）；

E——曲線外軌超高值（cm），其最大值不超過15cm，并按0.5cm取整。v——鐵路遠期行車速度（km/h）。的值也可以用內(nèi)側(cè)軌頂為軸，將相關(guān)限界旋轉(zhuǎn)角求得，對于電氣化鐵路和非電氣化鐵路，亦可以

分別近似取隧道限界與凈空一單線曲線隧道內(nèi)側(cè)加寬值單線曲線隧道外側(cè)加寬值單線曲線隧道總加寬值單線曲線隧道中線與線路中線偏移距離隧道限界與凈空一列車在曲線段運行情況雙線曲線隧道的內(nèi)側(cè)加寬值W1及外側(cè)加寬值W2與單線曲線隧道加寬值的計算相同雙線曲線隧道除了兩側(cè)需要加寬以外，兩線的中心線間距也要由規(guī)定的直線間距加大一個水平距離W3②雙線曲線隧道凈空加寬值計算隧道限界與凈空一內(nèi)外側(cè)線路中線間距的加寬值W3①當外側(cè)線路的外軌超高值大于內(nèi)側(cè)線路的外軌超高值時式中

H——車輛外側(cè)頂角距內(nèi)軌頂面的高度，取360cm；E——外側(cè)線路的外軌超高值（cm）；R——曲線半徑（m）。②其他情況時隧道限界與凈空一雙線隧道線路中線偏移量雙線曲線隧道內(nèi)側(cè)線路中線至隧道中線的距離外側(cè)線路中線至隧道中線的距離隧道限界與凈空一曲線隧道與直線隧道襯砌的銜接方法曲線隧道與直線隧道階梯形銜接方法平面示意圖位于曲線地段的隧道，加寬除圓曲線部分按計算值加寬外，緩和曲線部分可分兩段加寬。自圓曲線至緩和曲線中點，并向直線方向延長13m，采用圓曲線加寬斷面（W）；其余緩和曲線，并自直緩分界點向直線段延長22m，采用緩和曲線中點加寬斷面，其加寬值取圓曲線之半（W/2）。隧道支護結(jié)構(gòu)構(gòu)造2隧道支護結(jié)構(gòu)構(gòu)造二主體結(jié)構(gòu)隧道洞身襯砌洞門及明洞附屬構(gòu)筑物及輔助坑道避車洞緊急停車帶橫通道設(shè)備洞室溝槽整體式襯砌噴錨襯砌復(fù)合式襯砌裝配式襯砌隧道支護結(jié)構(gòu)構(gòu)造二2.1整體式襯砌概念：在隧道開挖后，以較大厚度和剛度的整體模筑混凝土作為隧道的襯砌鐵路隧道直墻式襯砌適用于地質(zhì)條件比較好，以垂直圍巖壓力為主而水平圍巖壓力較小的情況，主要適用于I～III級圍巖。直墻式襯砌由上部拱圈、兩側(cè)豎直邊墻和下部鋪底三部分組合而成隧道支護結(jié)構(gòu)構(gòu)造二鐵路隧道曲墻式襯砌適用于地質(zhì)條件較差，有較大水平圍巖壓力的情況，多線隧道也有采用曲墻有仰拱的襯砌。曲墻式襯砌由頂部拱圈、側(cè)面曲邊墻和底板（或鋪底）組成隧道支護結(jié)構(gòu)構(gòu)造二2.2噴錨襯砌概念：是以噴射混凝土為主體，根據(jù)需要與錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼架等構(gòu)件組合而成的襯砌，即作為隧道臨時支護，又作為隧道永久結(jié)構(gòu)的形式噴錨襯砌結(jié)構(gòu)示意隧道支護結(jié)構(gòu)構(gòu)造二2.3復(fù)合式襯砌概念：是允許圍巖產(chǎn)生一定的變形，而又充分發(fā)揮圍巖自承能力的一種襯砌，把襯砌分成兩層或兩層以上·初期支護：錨噴支護，柔性支護，作用是容許圍巖產(chǎn)生有限制的變形·二次襯砌：一般待初期支護與圍巖變形基本穩(wěn)定后再施作內(nèi)襯，通常為模筑混凝土·防水層：為了防止地下水流入或滲入隧道內(nèi)，可以在外襯和內(nèi)襯之間設(shè)防水層錨桿防水層噴混凝土初期支護模筑混凝土二次襯砌隧道支護結(jié)構(gòu)構(gòu)造二

初期支護的主要方式有：錨桿、噴射混凝土、鋼架、鋼筋網(wǎng)等。支護結(jié)構(gòu)的基本作用在于：保持隧道斷面的使用凈空；防止圍巖質(zhì)量的進一步惡化；承受可能出現(xiàn)的各種荷載；使隧道支護體系有足夠的安全度。

（1）初期支護錨桿施工鋼拱架施工噴射混凝土隧道支護結(jié)構(gòu)構(gòu)造二（2）二次襯砌二次襯砌是待初期支護-圍巖體系變形基本穩(wěn)定后，施作的模筑混凝土曲墻帶底板拱復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)形式曲墻帶仰拱復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)形式設(shè)置二次襯砌的目的考慮圍巖的不均勻性、支護材料質(zhì)量的離散、錨桿的腐蝕等不確定因素，要增加作為結(jié)構(gòu)物的安全系數(shù)；考慮使用后外力的變化和支護材料的劣化，需要提高作為結(jié)構(gòu)物的耐久性；襯砌施工后，因土壓、水壓、上覆荷載等外力發(fā)生時，需要加以支持；在隧道變形沒有收斂時修筑襯砌的場合，要給予隧道穩(wěn)定必要的約束力。隧道支護結(jié)構(gòu)構(gòu)造二2.4裝配式式襯砌概念：是將襯砌分成若干塊構(gòu)件，這些構(gòu)件在現(xiàn)場或工廠預(yù)制，然后運到隧道內(nèi)用機械拼裝形成一環(huán)接著一環(huán)的襯砌。隧道支護結(jié)構(gòu)構(gòu)造二此外，沉管法的預(yù)制管段沉放法的也屬于裝配式襯砌范圍。是在水底建筑隧道的一種施工方法，即將若干個預(yù)制段分別浮運到海面（河面）現(xiàn)場，并一個接一個地沉放安裝在已疏浚好的基槽內(nèi)，以此方法修建的水下隧道。隧道洞門與明洞3隧道洞門與明洞三3.1隧道洞門概述

洞門指的是為保持洞口上方及兩側(cè)路塹邊坡的穩(wěn)定，在隧道洞口用人工砌筑并加以一定建筑裝飾的墻式支擋構(gòu)造物。·減少洞口土石方開挖量·穩(wěn)定邊、仰坡·引離地表水流·裝飾洞口洞門的作用3.2隧道洞門的主要形式端墻式洞門翼墻式洞門臺階式洞門柱式洞門削竹（斜切）式洞門喇叭口式洞門其他：洞口環(huán)框等隧道洞門與明洞三隧道洞門與明洞三①端墻式洞門適用于地形開闊，石質(zhì)較穩(wěn)定的地區(qū)；，由端墻和洞門頂排水溝組成?？傻挚股襟w縱向推力及支持洞口正面上的仰坡，保持其穩(wěn)定。隧道洞門與明洞三②翼墻式洞門當洞口地質(zhì)條件較差、山體縱向推力較大時，可以在端墻式洞門的單側(cè)或雙側(cè)設(shè)置翼墻。抵抗山體縱向推力，增加洞門的抗滑及抗傾覆能力的作用。兩側(cè)面保護路塹邊坡，起擋土墻作用。隧道洞門與明洞三③臺階式洞門當洞門位于傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門一側(cè)邊仰坡較高時，為了提高靠山側(cè)仰坡起坡點，減少仰坡高度，將端墻頂部改為逐級升高的臺階形式。隧道洞門與明洞三④柱式洞門當?shù)匦屋^陡、仰坡有下滑的可能性，又受地形或地質(zhì)條件限制，不能設(shè)置翼墻時，可在端墻中部設(shè)置2個（或4個）斷面較大的柱墩，以增加端墻的穩(wěn)定性。比較美觀，適合城市與景區(qū)。隧道洞門與明洞三⑤削竹式洞門當隧道洞口段有一節(jié)較長的明洞襯砌時，由于洞門背后一定范圍內(nèi)是以回填土為主，山體的推滑力不大時，可采用削竹式洞門。隧道洞門與明洞三⑥喇叭口式洞門高速鐵路隧道為減緩高速列車的空氣動力學(xué)效應(yīng)，對單線隧道一般設(shè)喇叭口洞門緩沖段，同時兼作隧道洞門。隧道洞門與明洞三⑦其他：洞口環(huán)框當洞口石質(zhì)堅硬穩(wěn)定，且地形陡峻無排水要求時，可僅修建洞口環(huán)框。

加固洞口和減少洞口雨后滴水。

3.3隧道明洞隧道洞門與明洞三

明洞是隧道的一種變化形式，一般采用明挖法修筑在隧道的進出口處。隧道洞門與明洞三①拱式明洞

由拱圈、邊墻和仰拱（或鋪底）組成，它的內(nèi)輪廓與隧道相一致，但結(jié)構(gòu)截面的厚度通常要比隧道襯砌大一些。隧道洞門與明洞三對稱路塹式：適用于地面橫坡較為平緩、兩側(cè)地形基本對稱的情況。偏壓路塹式：適用于地面橫坡較大，但明洞外墻未露出地面，且外墻側(cè)地層穩(wěn)定的情況。隧道洞門與明洞三單壓路塹式：適用于地面橫坡較陡、明洞外墻露出地面，或外墻雖未露出地面但外墻側(cè)地層不穩(wěn)定的情況。全回填式：適用于陡坎進洞，仰坡陡峻且有少量坍塌落石，需接長明洞防落石地段；需要隧道接常明洞以恢復(fù)地表環(huán)境、減少占地地段；洞口存在少量不穩(wěn)定坡體，需要接長明洞確保安全地段；緩沖結(jié)構(gòu)較長地段。隧道洞門與明洞三②棚式明洞有些傍山隧道，地形的自然橫坡比較陡，外側(cè)沒有足夠的場地設(shè)置外墻及基礎(chǔ)或確保其穩(wěn)定，難以修建拱式明洞時，可以采用棚式明洞。蓋板式明洞：由內(nèi)墻、外墻及鋼筋混凝土蓋板組成簡支結(jié)構(gòu)，其上回填土石，以保護蓋板不受山體落石的沖擊。剛架式明洞：當?shù)匦为M窄、山體陡峻、基巖埋置較深而上部地基穩(wěn)定性較差時，為了使基礎(chǔ)置于基巖上而減少基礎(chǔ)工程，可采用剛架式外墻，此時稱明洞為剛架式明洞隧道洞門與明洞三懸臂式明洞：對于穩(wěn)定而陡峻的山坡，外側(cè)地形難以滿足一般棚洞的地基要求，且落石不太嚴重的情況，可修建懸臂式棚洞。隧道洞門與明洞三③箱形明洞箱形結(jié)構(gòu)建筑高度較小，對地基要求較低，在建筑高度受到限制時，可采用箱形明洞隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道4隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四4.1避車洞避車洞：當列車通過鐵路隧道時，為保證洞內(nèi)行人、維修人員及維修設(shè)備（小車、料具）的安全，在隧道兩側(cè)邊墻上交錯均勻修建的人員躲避及放置車輛、料具的洞室大避車洞尺寸小避車洞尺寸隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四避車洞平面布置圖a）碎石道床

b）整體道床隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四緊急停車帶：主要功能是用來停放故障車輛、緊急情況下疏散交通及救援車輛和救援小組用以緊急救援活動等公路隧道緊急停車帶的平面構(gòu)成公路隧道緊急停車帶的建筑限界4.2緊急停車帶隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四緊急停車帶的布置要求：·單向行車隧道緊急停車帶設(shè)置間距不宜大于750m，并不應(yīng)大于1000m·雙向行車隧道緊急停車帶應(yīng)兩側(cè)交錯設(shè)置，同一側(cè)間距宜采用800～1200m，并不應(yīng)大于1500m隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四4.3橫通道橫通道作用：滿足巡查、維修、疏散救援等要求高速鐵路隧道典型橫通道斷面公路隧道橫通道的斷面限界a）人行橫通道b）車行橫通道隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四橫通道的布置要求·公路隧道人行橫通道設(shè)置間距宜為250m，并不應(yīng)大于350m·公路隧道車行橫通道設(shè)置間距宜為750m，并不應(yīng)大于1000m，且一般結(jié)合緊急停車帶位置設(shè)置·高速鐵路隧道聯(lián)絡(luò)橫通道間距應(yīng)不大于500m公路隧道車行橫通道平面布置示意隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四4.4設(shè)備洞室鐵路隧道設(shè)備洞室：包括絕緣梯車洞、余長電纜槽（腔）、信號繼電器箱洞、無人增音站洞、變壓器洞室、綜合洞室等類型鐵路隧道綜合洞室斷面隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四公路隧道設(shè)備洞室：主要包括配電洞室、變壓器洞室、滅火器洞室、緊急電話洞室等消火栓滅火器洞室緊急電話洞室配電洞室隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四4.5溝槽高速鐵路隧道電纜槽、排水溝布置形式高速公路隧道電纜槽、排水溝布置形式隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四4.6隧道輔助坑道設(shè)置目的：·滿足隧道運營需要而設(shè)置的運營輔助坑道·增加施工工作面而設(shè)的施工輔助坑道隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四（1）豎井

覆蓋層較薄的長隧道、或在中間適當位置覆蓋層不厚、具備提升設(shè)備、施工中又需增加工作面，則可用豎井增加工作面的方案。營運過程中可以作為通風(fēng)用途。豎井布置隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四（2）斜井當隧道洞身一側(cè)有較開闊的山谷且覆蓋不太厚時，可考慮設(shè)置斜井，增加工作面。斜井：通風(fēng)、增加開挖面隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四（3）橫洞橫洞是在隧道側(cè)面修筑的與之相交的坑道。當隧道傍山沿河、側(cè)向覆蓋層較薄時，就可以考慮設(shè)置橫洞。為縮短工期和增加工作面而設(shè)置的輔助坑道。與隧道的交接有正交和斜交兩種，相交處,其底面標高應(yīng)與隧道底面標高一致。橫洞：增加開挖面、排水通道隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四（4）平行導(dǎo)坑與隧道平行修筑的坑道。對于長大越嶺隧道，由于地形限制，或因機具設(shè)備條件、運輸?shù)缆返葪l件的限制，無法選用橫洞、豎井、斜井等輔助坑道時，為加快施工速度，及超前地質(zhì)勘察，可采用平行導(dǎo)坑方案。平行導(dǎo)坑：增加開挖面、排水通道、疏散救援通道、超前地質(zhì)探測隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四（5）風(fēng)道及地下風(fēng)機房風(fēng)道用于隧道運營通風(fēng)；地下風(fēng)機房用于放置風(fēng)機及其機電設(shè)備風(fēng)道及地下風(fēng)機房：運營通風(fēng)、放置風(fēng)機隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四（6）橫通道橫通道，建在兩條平行隧道之間的橫向聯(lián)絡(luò)通道。作用是確保兩條平行隧道內(nèi)的行車安全和聯(lián)絡(luò),統(tǒng)一管理。一旦某個隧道內(nèi)發(fā)生車禍、火災(zāi)等事故,有關(guān)人員可從人行聯(lián)絡(luò)通道安全轉(zhuǎn)移到另一條隧道內(nèi)逃生、報警。橫通道：疏散救援、施工聯(lián)絡(luò)通道隧道附屬構(gòu)筑物及輔助坑道四（7）泄水洞適用于高寒地區(qū)、地下水特別大的地區(qū)，主要用于防凍、保溫、排水本章小結(jié)5本章小結(jié)五1隧道限界與凈空隧道限界鐵路隧道限界的種類鐵路隧道的建筑限界確定原則隧道凈空鐵路隧道凈空預(yù)留空間隧道襯砌內(nèi)輪廓確定方法機車車輛限界基本建筑限界隧道建筑限界隧道建筑界限預(yù)留空間+隧道凈空有效面積本章小結(jié)五曲線隧道凈空加寬