第三章隧道主体及附属建筑结构

隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程岩土与地下工程教研室隧道工程SUIDAOGONGCHENG『第三章▎主体及附属建筑结构2『3.1▎隧道衬砌材料与构造『3.2▎隧道洞身衬砌结构『3.3▎隧道洞门结构隧道工程SUIDAOGONGCHENG『3.4▎隧道明洞结构『3.5▎隧道附属建筑设施『3.6▎隧道防排水设施隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道衬砌的作用：1)承受围岩压力、地下水压力和支护结构自身重力;2)阻止围岩向隧道内变形和防止隧道围岩的风化;3)有时还要承受化学物质的侵蚀;4)承受冻害的影响等(地处高寒地区的隧道)。隧道衬砌材料要求：应具有足够的强度、耐久性、抗渗性、耐腐蚀性和抗风化及抗冻性等，此外还要满足经济、就地取材、易于机械化施工等要求。『3.1▎隧道衬砌材料与构造『3.1.1▎隧道衬砌材料的种类隧道衬砌材料种类：隧道工程SUIDAOGONGCHENG(1)混凝土与钢筋混凝土混凝土的优点是：整体性和抗渗性较好，既能在现场浇筑，也可以在加工场预制，而且能采用机械化施工。若在水泥中掺入密实性的附加剂，可以提高混凝土的强度，此外还可根据施工上需要可加入其它外加剂。现浇混凝土的缺点是：混凝土浇筑后需要养生而不能立即承受荷载，需要达到一定强度才能拆模，占用和耗用较多的拱架及模板、化学稳定性（耐侵蚀性能）较差。钢筋混凝土主要在明洞衬砌及地震区、偏压、通过断层破碎带或淤泥、流砂等不良地质地段的隧道衬砌中使用，其强度等级不低于C20。(2)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射到清洗干净的岩石表面上并充填围岩裂隙而凝结成的混凝土保护层，能很快起到支护围岩的作用。隧道工程SUIDAOGONGCHENG喷射混凝土早期强度和密实性较高，其施工过程可以全部机械化，且不需要拱架和模板。在石质较软的围岩，还可以与锚杆、钢丝网等配合使用，是一种理想的衬砌材料。(3)锚杆和钢架锚杆是用专门机械施工加固围岩的一种材料，通常可分为机械型锚杆和粘结型锚杆，或分为非预应力锚杆和预应力锚杆。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支撑或格栅钢支撑。喷射混凝土支护隧道工程SUIDAOGONGCHENG锚杆与钢架隧道工程SUIDAOGONGCHENG(4)片石混凝土在岩层较好地段的边墙衬砌，为了节省水泥，可采用片石混凝土（片石的掺量不应超过总体积的20%）。此外，当起拱线以上1m以外部位有超挖时，其超挖部分也可用片石混凝土进行回填。选用的石料要坚硬，其抗压强度不应低于MU40，严禁使用风化和有裂隙的片石，以保证其质量。(5)块石混凝土块石强度等级不低于MU60，混凝土块强度等级不低于MU20。优点：能就地取材，大量节约水泥和模板，可保证衬砌厚度并能较早地承受荷载。缺点是：整体性和防水性差，施工进度慢，要求砌筑技术高。隧道工程SUIDAOGONGCHENG(6)装配式材料对于软土地区的地铁隧道，常用盾构法施工，衬砌可采用装配式材料，如钢筋混凝土大型预制块、加筋肋铸铁预制块等。『3.1.2▎隧道衬砌材料的选用(1)隧道衬砌材料的选用隧道衬砌材料的强度等级除不应低于表3-1的规定值，还应符合表3-2的规定。(2)隧道衬砌材料选用应考虑的因素1)隧道衬砌部位选用的材料，应当符合结构强度和耐久性的要求，并考虑其抗冻、抗渗性和抗侵蚀性的需要。2)当有侵蚀性的水作用时，衬砌结构物的混凝土或砂浆均应选用具有抗侵蚀性能的特种水泥。3)在寒冷及严寒地区，当隧道衬砌受冻害影响时，宜采用整体式混凝土衬砌，且混凝土标号适当提高。隧道工程SUIDAOGONGCHENG—C15——水沟盖板、电缆槽盖板—C25—C25水沟沟身、电缆槽身——C10C10仰拱填充—C25—C20底板C20C25—C20仰拱C20C25—C20边墙C20C25—C20拱圈喷混凝土钢筋混凝土片石混凝土混凝土材料种类工程部位表3-1隧道衬砌建筑材料隧道工程SUIDAOGONGCHENGC15C15C20C20C20混凝土M5水泥砂浆砌片石——侧沟、截水沟M5水泥砂浆砌片石——护坡等M7.5水泥砂浆砌片石C15C25翼墙和洞口挡土墙M10水泥砂浆砌粗料石—C25顶帽M10水泥砂浆砌片石、块石镶面或混凝土预制块镶面C15C25端墙砌体片石混凝土钢筋混凝土工程部位材料种类表3-2隧道洞门建筑材料注：1.护坡材料可采用C20喷射混凝土。2.最冷月份平均气温低于-15℃的地区，表中水泥砂浆强度应提高一级。隧道工程SUIDAOGONGCHENG『3.2▎隧道洞身衬砌构造喷锚衬砌整体衬砌复合衬砌洞身衬砌结构其它段可采用喷锚衬砌。高速公路、一级公路和二及公路的隧道应采用复合式衬砌；三级及其以下公路隧道，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下，隧道洞口段应采用复合式衬砌或整体式衬砌。装配式衬砌连拱式衬砌目前基本限于使用盾构法施工的城市地下铁道中。适用于个别特殊情况。隧道工程SUIDAOGONGCHENG喷射混凝土支护作用：1)封闭岩面、防止风化松动、填充坑凹及裂隙、维护和提高围岩的整体性;2)发挥围岩自身的承载作用和调整围岩应力分布、防止应力集中;3)控制围岩变形、防止掉块、坍塌。锚杆是一种锚固在岩体内部的杆状体钢筋，与岩体融为一体，实现加固围岩、维护围岩稳定的目的。利用锚杆的悬吊作用、组合拱作用、减跨作用、挤压加固作用，将围岩中的节理、裂隙窜成一体，提高围岩的整体性，改善围岩的力学性能，从而发挥围岩的自承能力。锚杆支护不仅对硬质围岩，而且对软质围岩也能起到良好的支护效果。1.喷锚衬砌喷射混凝土:是利用空压机的高压空气作动力，把混凝土混合料直接喷射到隧道围岩表面上的支护方法。隧道工程SUIDAOGONGCHENG锚杆支护施工与加固作用隧道工程SUIDAOGONGCHENG2.整体式衬砌是传统衬砌结构形式，它不考虑围岩的承载作用，主要通过衬砌的结构刚度抵御地层的变形，承受围岩的压力。整体式衬砌采用就地整体模筑混凝土衬砌，可设计为等截面或变截面，其方法是在隧道内架立模板、拱架，然后浇灌混凝土而成。它作为一种支护结构，从外部支撑围岩，适用于不同的地质条件，在我国隧道工程中广泛使用。公路隧道为减少拱肩及墙部的拉应力，提高围岩及结构的稳定性，宜采用曲墙式衬砌。Ⅲ级及以下围岩稳定或基本稳定，也可采用直墙式衬砌。严寒地区与酷热温差变化大的地区，距洞口100～200m范围的衬砌应根据情况增设伸缩缝。曲墙式衬砌的抗冻胀能力较强，故严寒地区隧道，不管围岩等级如何，只要有地下水存在，衬砌形式仍应采用曲墙式衬砌。隧道工程SUIDAOGONGCHENG3.复合式衬砌适合多种地质条件，技术较为成熟，是目前公路隧道最好的衬砌结构形式。图3-1为目前在公路隧道Ⅳ级围岩中比较常见的复合式衬砌结构。初期支护二次衬砌中间防水层复合衬砌1)复合式衬砌初期支护多采用喷锚支护，具有支护及时、柔性的特点，并在一定程度上能够随着围岩的变形而变形，能很好地发挥围岩的自承能力。2)二次衬砌应采用刚度较大、整体性好和外观平顺的模筑（钢筋）混凝土衬砌，衬砌截面宜采用连接圆顺、等厚的衬砌截面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。隧道工程SUIDAOGONGCHENG图3-1复合式衬砌Φ22锚杆，长3.0m9066520405252%路线设计标高20154520C25号素混凝土隧底填充C10号素混凝土3070210851543281隧道中线线路中线20081C25素混凝土初期支护喷射C20号混凝土，厚20cm防水层预留沉降量5cmC25号素混凝土，模注二次衬砌隧道工程SUIDAOGONGCHENG3)为了使衬砌所承受的变形压力最小，允许围岩产生一定的变形，释放一定的能量。预留变形量的大小应根据围岩地质条件，采用工程类比法确定。无类比资料时预留变形量可参照表3-3，并应根据现场量测数据进行调整。现场量测确定Ⅵ50~8020~50Ⅲ100~12080~120Ⅴ10~50—Ⅱ80~12050~80Ⅳ——Ⅰ三车道隧道两车道隧道围岩级别三车道隧道两车道隧道围岩级别（单位：mm）表3-3预留变形量隧道工程SUIDAOGONGCHENG4.装配式衬砌装配式衬砌：由工厂或现场预先成批生产好的衬砌运入坑道内，用机械手将它们拼装成一环接着一环的衬砌。这种预制衬砌不需养生时间，一经装配即可承受围岩压力，缩短工期，克服了整体式混凝土衬砌在灌注以后不能立即承受荷载，必须经过一个养生的时期，施工进度受影响的缺点。缺点：需要坑道内有足够的拼装空间，制备构件尺寸上要求一定的精度，它的接缝多，防水较困难等。目前基本限于使用盾构法施工的城市地下铁道中应用。满足足够强度耐久性立即承受荷载要求有防水设施隧道工程SUIDAOGONGCHENG5.连拱式衬砌将两隧道之间的岩体用混凝土取代，或者说是将两隧道相邻的边墙连接成一个整体，形成双洞拱墙相连的一种结构形式,如图3-2所示。图3-2连拱隧道衬砌结构83044018350701073102022016555052045646405013033401362%左洞中线左线中线L=3.5mΦ25锚杆9958553502005050C25素混凝土201655初期支护喷射C20混凝土，厚20cm防水层，预留沉落量5cm模注二次衬砌，C25钢筋混凝土163路线设计标高纵向塑料盲沟φ8C252755025隧底填充C15混凝土40502%右线中线右洞中线隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG公路隧道设计规范规定，高速公路、一级公路一般应设计为上、下行分离的两座独立隧道。两相邻隧道最小净距视围岩类别、断面尺寸、施工方法、爆破震动影响等因素确定，一般在30m以上。特定条件下，如路线分离困难或地形条件复杂、将使执行这一净距非常困难，尤其是桥隧相连更是如此。在这种情况下，采用连拱隧道衬砌结构，可以很好地解决这个问题。『3.3▎隧道洞门构造洞门附近的岩土特点：比较破碎松散，易于失稳，产生滑坡或崩塌现象。为了保护岩土体的稳定性和行车安全，应根据实际情况，选择恰当合理的洞门型式，同时还应适当进行洞门的美化和注意环保要求。『3.3.1▎概述隧道工程SUIDAOGONGCHENG洞门可以拦截、汇集地表水并沿排水渠道排离洞门进入道路两侧的排水沟，防止地表水沿洞门漫流。洞门上方女儿墙应有一定高度。洞门上方岩土体若有可能滑落或崩塌时，一般采用接长明洞，尽量减少对边、仰坡的扰动。(1)环框式洞门当洞口岩层坚硬而稳定(Ⅰ级)围岩，地形陡峻而又无排水要求时，可以设置一种不承载的简单洞口环框。它能起到加固洞口和减少雨后洞口滴水的作用。环框微向后倾，倾斜度与顶上的仰坡一致。环框的宽度与洞口外观相匹配，一般不小于70cm，突出仰坡坡面不少于30cm，使仰坡上流下的水从洞口正面淌下，如图3-3所示。『3.3.2▎洞门的类型隧道工程SUIDAOGONGCHENG图3-3环框式洞门设计标高设计标高剖面ⅠⅠ-ⅠⅠ隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG(2)端墙式洞门适用于地形开阔、岩层稳定的Ⅰ～Ⅲ级围岩地区，其作用在于支护洞口仰坡，保持其稳定，并将仰坡水流汇集排出。端墙的构造一般是采用等厚的直墙，直墙圬工体积比其它型式都小，而且施工方便。墙身微向后倾斜，斜度约为1:10，如图3-4所示。图3-4端墙式洞门设计标高设计标高剖面ⅠⅠ-ⅠⅠi=3%隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG江苏宁（南京）淮（安）高速公路南京江北段老山1号隧道首次在国内采用这种先进理念对洞口进行设计，实现不切坡进洞。最大限度地保护了洞口原生环境。环保型前置式洞口Environmental-protectionadvancedtunnelentrance隧道工程SUIDAOGONGCHENG(3)翼墙式洞门当洞口地质较差