隧道的组成

山岭隧道0southwestjIaotongunIversIty西南交通大学SouthwestJiaotongUniversity《山岭隧道》课程第二讲隧道的组成张俊儒副教授山岭隧道1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山岭隧道2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。山岭隧道3山岭隧道4隧道洞门1）洞门的作用减小洞口土石方开挖量稳定边、仰坡引离地表水流装饰洞口山岭隧道52）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；隧道洞门山岭隧道62）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；隧道洞门山岭隧道72）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山岭隧道82）洞门的形式翼墙式（八字式）洞门洞口地质较差（Ⅳ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。隧道洞门山岭隧道92）洞门的形式柱式洞门地形较陡（Ⅳ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。隧道洞门山岭隧道102）洞门的形式台阶式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。隧道洞门山岭隧道112）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。隧道洞门山岭隧道122）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。隧道洞门山岭隧道13其他洞门隧道雁门关隧道隧道洞门山岭隧道14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”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）铁路隧道净空山岭隧道151.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)及施工方便等因素。隧道横断面（一）铁路隧道净空山岭隧道16隧道横断面（一）铁路隧道净空山岭隧道17隧道横断面（一）隧道净空山岭隧道18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）公路隧道净空山岭隧道19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）公路隧道净空山岭隧道20两车道公路隧道净空断面隧道横断面（二）公路隧道净空山岭隧道21隧道横断面（二）公路隧道净空山岭隧道22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。山岭隧道23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、填充山岭隧道24初期支护：锚杆；喷射混凝土；钢架；钢筋网。复合式衬砌构造山岭隧道25初期支护：锚杆；喷射混凝土；钢架；钢筋网。复合式衬砌构造山岭隧道26初期支护：锚杆；喷射混凝土；钢架；钢筋网。复合式衬砌构造山岭隧道27初期支护：锚杆；喷射混凝土；钢架；钢筋网。复合式衬砌构造山岭隧道28初期支护：锚杆；喷射混凝土；钢架；钢筋网。复合式衬砌构造山岭隧道29二次衬砌：建筑材料；结构要求。复合式衬砌构造山岭隧道30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山岭隧道31隧道支护（一）锚杆山岭隧道32隧道支护（一）锚杆山岭隧道33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）钢架山岭隧道34隧道支护（二）钢架（型钢）型钢钢架接头(尺寸单位:mm)山岭隧道35隧道支护（二）钢架（格栅）山岭隧道36隧道支护（二）钢架（格栅）山岭隧道37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6~10mm；网格尺寸一般为20cmx20cm,20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm或30cmx30cm。山岭隧道38隧道支护（三）钢筋网山岭隧道39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。山岭隧道40隧道支护（四）喷混凝土山岭隧道41隧道支护（五）多种措施组合支护山岭隧道42隧道支护（五）多种措施组合支护山岭隧道43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）整体式混凝土衬砌山岭隧道44隧道衬砌构造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。（一）整体式混凝土衬砌拱顶拱腰拱脚墙脚铺底山岭隧道45隧道衬砌构造（一）整体式混凝土衬砌山岭隧道46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Ⅳ级及以上的围岩，或Ⅲ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山岭隧道47隧道衬砌构造2）曲墙式衬砌（一）整体式混凝土衬砌2）曲墙式衬砌在Ⅳ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。山岭隧道48隧道衬砌构造2）曲墙式衬砌（一）整体式混凝土衬砌山岭隧道49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）复合式衬砌山岭隧道50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(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5~20cm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）复合式衬砌山岭隧道51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、铁路隧道主要的结构形式。（二）复合式衬砌山岭隧道52隧道衬砌构造（二）复合式衬砌山岭隧道53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）锚喷式衬砌山岭隧道54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：①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10cm作为必要时补强用。②遇到下列情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）锚喷式衬砌山岭隧道55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）装配式衬砌山岭隧道56隧道明洞明洞是隧道的一种变化形式，它用明挖法修筑。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。山岭隧道57隧道明洞山岭隧道58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。山岭隧道59隧道明洞地质差且洞顶覆盖层较薄，用暗挖法难以进洞时山岭隧道60隧道明洞（1）拱式明洞拱式明洞由拱圈、边墙和仰拱(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•路堑式偏压型山岭隧道61隧道明洞（1）拱式明洞•半路堑式偏压型•半路堑式单压型山岭隧道62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悬臂式山岭隧道63隧道明洞（2）棚式明洞钢架式明洞盖板式明洞山岭隧道64隧道明洞（2）棚式明洞钢架式明洞渝湘高速老虎山隧道山岭隧道65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。山岭隧道66隧道的永久性防排