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1、隧道构造设计 -衬砌的形式,整体式模筑混凝土衬砌 就地灌筑混凝土衬砌 装配式衬砌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。 喷锚支护喷射混凝土 和加设锚杆、金属网和钢架 共同支护 复合式衬砌外衬和内衬两层，所以也叫它为“双层衬砌”,喷锚支护,隧道构造设计 -衬砌的适用条件,整体式模筑混凝土衬砌 对地质条件的适用性较强，易于按需要成型，整体性好，抗渗性强，并适用于多种施工条件，如可用木模板、钢模板或衬砌模板台车等 装配式衬砌 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中采用。 喷锚支护
2、 喷锚支护是目前常用的一种围岩支护手段，适用于各种围岩地质条件，但是若作为永久衬砌，一般考虑在、级等围岩良好、完整、稳定的地段中采用。 复合式衬砌 是一种较为合理的结构形式，适用于多种围岩地质条件， 有其广阔的发展前途。,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,- 隧道衬砌的建筑材料及要求 - 混凝土与钢筋混凝土 隧道工程所用的混凝土强度等级不应低于C15 洞门用混凝土整体灌筑，其强度不应低于C20 强度等级对于衬砌段不应低于C20，对于洞门不应低于C15 - 片石混凝土 在岩层较好地段的边墙衬砌，可采用片石混凝土（片石的掺量不应超过总体积的20%）。 当起拱线以上1m以外部位有超挖时，其超挖部分
3、也可用片石混凝土进行回填。 选用的石料要坚硬，其强度等级不应低于MU40，有裂隙和易风化的石料不应采用。,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,- 石料和混凝土预制块 石料或混凝土预制块用强度等级不低于M10的水泥砂浆砌筑衬砌。石料的强度等级不应低于MU60，并且有裂隙和易风化的石料不应采用。混凝土预制块强度等级不应低于MU20。 - 喷射混凝土 喷射混凝土的强度等级采用C20，所用的水泥应优先采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥 喷射钢纤维混凝土中的钢纤维宜采用普通碳素钢制成，等效直径为0.30.5的方形或圆形断面，长度宜为2025 - 锚杆 锚杆的杆体宜用20 MnSi钢筋，也可采用Q235钢筋；
4、缝管式锚杆宜采用16 MnSi钢管，亦可采用Q235钢管；锚杆直径宜为1822，垫板可采用Q235钢板。,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,基本建筑限界,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,最大级超限货物装载限界,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,隧限-1A和隧限-1B,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,隧限-2A和隧限-2B,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,单线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,双线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,- 曲线隧道净空加宽 加宽原因 车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却不能随线
5、路弯曲仍保持其矩形形状。故其两端向曲线外侧偏移（d外），中间向曲线内侧偏移（d内1）。,车辆通过曲线时的平面图,由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动了一个距离（d内2）。,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,车辆通过曲线时的横断面图,加宽值的计算 - 单线曲线隧道加宽值的计算 车辆中间部分向曲线内侧的偏移d内1,d内1=,式中 l 车辆转向架中心距，取18m； R 曲线半径（m）,d内1=,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,车辆两端向曲线外侧的偏移d外,d外=,式中 L 标准车辆长度，我国为26m。,d外=,外轨超高使车体向曲线内侧倾移d内2,d内2
6、=,式中 H 隧道限界控制点自轨面起的高度 E 曲线外轨超高值，其最大值不超过15，且,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,其中 v 铁路远期行车速度，km/h。 在我国铁路标准设计中，d内2系将相应的隧道建筑限界绕内侧轨顶中心转动arctg 角求得，可近似取d内2=2.7E （）。 对于单线曲线隧道净空的加宽值为： 内侧加宽 W1= d内1+ d内2= + 2.7E （） 外侧加宽 W2= d外= （） 总加宽 W= W1+ W2= d内1+ d内2+ d外= + 2.7E （） - 双线曲线隧道加宽值的计算 双线曲线隧道的内侧加宽值W1及外侧加宽值W2与单线曲线隧道加宽值的计算相同。即 内
7、侧加宽 W1= d内1+ d内2= + 2.7E （） 外侧加宽 W2= d外= （）,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,当外侧线路的外轨超高大于内侧线路的外轨超高时 式中 H 车辆外侧顶角距内轨顶面的高度，取360； E 外侧线路的外轨超高值（）； R 曲线半径（m）。 其它情况时 总加宽 W= W1+ W2+ W3,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,- 曲线隧道中线与线路中线偏移距离 单线曲线隧道如图3-10所示，隧道中线与线路中线偏移距离d为： d =（W1 W2） （） 双线曲线隧道如图3-11所示，内侧线路中线至隧道中线的距离为 d1= 200（W1 W2 W3） （） 双线曲线
8、隧道外侧线路中线至隧道中线的距离为 d2= 200 +（W1 W2+ W3） （）,单线曲线隧道中线偏移,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,- 曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接方法 铁路隧道设计规范规定：位于曲线地段的隧道，其缓和曲线部分可分两段加宽，即自圆曲线至缓和曲线中点，并向直线方向延长13m，采用圆曲线加宽断面（按W值加宽）；其余缓和曲线，并自直缓分界点向直线段延长22m，采用缓和曲线中点加宽断面，其加宽值取圆曲线之半（按W/2值加宽）,双线曲线隧道中线偏移,曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,- 公路隧道净空 公路隧道建筑限界一般规定如图所示。图中各符号的
9、含义如下： W行车道宽度； S行车道两侧路缘带宽度； C余宽，当计算行车速度100km/h时为0.5m，小于100km/h时为0.25m；,公路隧道建筑限界,H净高，一条公路应用一个净高，高速公路和一级、二级公路为5.0m；三、四级公路为4.5m； E建筑限界顶角宽度，当L1m时，E=L；当L1m时，E=1m； L侧向宽度，高速公路、一级公路的侧向宽度为硬路肩宽度（L1或L2），其它各级公路的侧向宽度为路肩宽度减去0.25m；,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,L1左侧硬路肩宽度； L2右侧硬路肩或应急停车带宽度； J检修道（一侧）宽度，一般为0.75m；,隧道净空除应在符合隧道建筑限界的规
10、定外，还应考虑洞内排水、通风、照明、放火、监控、运营管理等附属设施所需要的空间，并考虑围岩压力影响、施工等必要的富裕量，使确定的断面形式及尺寸，达到安全、经济、合理 。,公路隧道横断面示意图,隧道构造设计 -衬砌的一般构造要求,- 隧道衬砌的其它构造要求 一般单线隧道洞口应设置不小于5m长的模筑混凝土衬砌，双线和多线隧道应适当加长； 围岩较差段的衬砌应向围岩较好地段延伸510m； 偏压衬砌段应延伸至一般衬砌段内5m以上； 不设仰拱的隧道应做底板，单线隧道其厚度不得小于20，双线隧道其厚度不得小于25； 对衬砌有不良影响的硬软地层分界处，应设置变形缝； 电力牵引的隧道，其长度大于2000m及位于
11、隧道群地段和车站两端时，为了使接触网有良好的工作和维修条件，应根据需要设置接触网补偿下锚的衬砌段。 运营通风洞、联络通道等与主隧道连接处的衬砌设计应做加强处理。,隧道构造设计 -洞身支护结构的构造,- 整体式模筑混凝土衬砌 - 直墙式衬砌 适用于地质条件比较好，属于我国铁路隧道围岩分类中的、级围岩，有时也可用于级围岩 围岩压力以竖向为主，几乎没有或仅有很小的水平侧向压力 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,单线直墙式衬砌,隧道构造设计 -洞身支护结构的构造,在地质条件较好时，为了节省圬工，直墙式衬砌在构造上采取若干改进措施。例如在整体岩层坚固的情况下，几乎没有什么水平侧压力
12、，也没有地下水侵入，则可采用大拱脚喷混凝土（或喷砂浆）边墙衬砌 在地质条件尚好，侧压力不大，但又不宜采用大拱脚喷混凝土（或喷砂浆）边墙衬砌时，为了节省边墙圬工，可以简化边墙,大拱脚喷混凝土边墙衬砌,隧道构造设计 -洞身支护结构的构造,- 曲墙式衬砌 适用于地质比较差，岩石松散破碎，强度不高，又有地下水，侧向水平压力也相当大的、和级围岩情况 由顶部拱圈，侧面曲边墙和底部仰拱（或铺底）所组成 除在级围岩无地下水，且基础不产生沉降的情况下可不设仰拱，只做平铺底外，一般均设仰拱,连拱式 边墙衬砌,隧道构造设计 -洞身支护结构的构造,图为单线非电气化铁路隧道衬砌级围岩直线断面曲墙式衬砌标准图，其内部轮廓
13、线由五心圆曲线组成。,单线非电气化铁路隧道衬砌,隧道构造设计 -洞身支护结构的构造,双线或三线隧道的洞身衬砌，可以采取单孔式，四线隧道可采取双孔式。单孔式衬砌应满足双线或三线隧道衬砌净空要求,双孔式 四线隧道衬砌,隧道构造设计 -洞身支护结构的构造,装配式衬砌 - 优点 一经装配成环，不需养生时间，即可承受围岩压力； 预制的构件可以在工厂成批生产、在洞内可以机械化拼装，从而改善了劳动条件； 拼装时，不需要临时支撑如拱架、模板等，从而节省大量的支撑材料和劳力； 拼装速度因机械化而提高，缩短了工期，还有可能降低造价。 - 应满足的条件 强度足够而且耐久； 能立即承受荷载；,隧道构造设计 -洞身支护
14、结构的构造,装配简便，构件类型少，形式简单，尺寸统一，便于工业化制做和机械化拼装； 构件尺寸大小和重量适合拼装机械的能力； 有防水的设施 - 喷锚支护 - 喷射混凝土支护层 喷射混凝土的拌和材料是：标号不低于325号的普通硅酸盐水泥和粒经不应大于16mm的坚硬耐久的卵石或碎石，以及不含土质或杂物的河沙，再加上少量的速凝剂 喷层的厚度一般最薄不应小于5cm,最厚应不大于25cm， 在比较松散软弱的岩层中，可以加金属网或钢支撑，使之结合成一体，变为钢筋混凝土层,隧道构造设计 -洞身支护结构的构造,- 锚杆 锚杆是一种插入到围岩岩体内的杆形构件 利用锚杆杆体或杆端锚头的膨胀作用，或利用灌浆粘结，把锚
15、杆固定在岩体内 增加了岩体的紧密程度，补强了抗剪能力，起到了组合、悬吊及挤压加固的作用，提高了围岩的自稳能力 - 复合式衬砌 外衬（亦称初次衬砌） 使用能达到早强的喷射混凝土和锚杆，使柔性的外衬既能容许围岩有所变形，而又约束它不让它变形发展太大太快 内衬（亦称二次衬砌） 内衬可以用喷射混凝土层柔性结构，也可以用较厚的模筑混凝土 防水层 内外层衬砌之间的防水层可以用软聚氯乙烯薄膜、聚异丁烯片、聚乙烯片等防水卷材，或用喷涂乳化沥青等防水剂,隧道构造设计 -洞身支护结构的构造,复合式衬砌最适宜在级围岩中使用，但遇到下列情况时，应慎重对待。必要时应辅以相应的加固措施。 - 拱顶以上覆盖厚度小于隧道直径时； - 有明显偏压力时； - 在无自稳能力的未胶结砂砾石地层中时； - 在大膨胀性的地层中时； - 在大涌水的地层中时； - 在严重冻害的地区中时。,隧道构造设计 -明洞的构造,明洞是用明挖法修建的隧道，是在露天的路堑地面上，或是在敞口的基坑内，先修筑结构物，然后再回填覆盖土石。如图所示。,明洞位置示意图,路堑式拱形明洞,- 拱式明洞 - 路堑式拱形明洞,隧道构造设计 -明洞的构造,路堑式拱形明洞位于两侧都有高边坡的路堑中 路堑式拱形明洞适用于路堑边坡处于对称或接近对称，边坡岩层基本
