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1、隧道工程Chapter2 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” 喷锚支护隧道工程盾构管片盾构管片安装装配式衬砌现浇式衬砌隧道工程隧道构造设计-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
2、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 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。隧道工程隧道构造设计-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(为什么高些?) 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
3、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。隧道工程隧道构造设计-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0.3 0.5的
4、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；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。隧道工程隧道构造设计-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。隧道工程隧道构造设计-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，
5、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工程隧道构造设计-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，边坡岩层基本稳定，仅防边坡有少量坍塌、落石，或用于隧道洞口岩层破碎，覆盖层较薄而难以用暗挖法修建隧道时 承受对称荷载，拱、墙均为等截面，边墙为直墙式。-偏压直墙式拱形明洞 适用于两侧边坡高差较大的不对称路堑。 承受不对称荷载，拱圈为等截面，边墙为直墙式，外侧边墙厚度大于内侧边墙的厚度。隧道工程隧道构造设计-明洞的构造- 偏压斜墙式拱形明洞 适用于地
6、形倾斜，低侧处路堑外侧有较宽敞的地面供回填土石，以增加明洞抵抗侧向压力的能力。 承受偏压荷载，拱圈为等截面，内侧边墙为等厚直墙式，外侧边墙不等厚斜墙式。- 半路堑单压式拱形明洞 受单侧的压力，结构内轮廓与隧道一致，左右对称，结构截面左右不同，内侧边墙为等厚直墙，外墙需要相对地加大，而且必须把基础放在稳固的基岩上 拱圈也可能采用变截面，以抵抗单侧的压力。隧道工程隧道构造设计-明洞的构造 当外侧地形低下，不能保持回填土的天然稳定坡度，或是按天然稳定坡度则边坡将延伸很远时，可以在结构的外墙顶上，接高一段挡墙，用以拦截土石的流走，称之为耳墙式拱形明洞 当外侧边墙基底地质不好，不足以承受外墙传来的压力而
7、必须把基础放到下方较深的基岩上时，外墙可以延伸直达基岩，成为内、外墙 不同，内短外长的形式，称为长腿式拱形明洞 如果明洞外侧覆盖土不厚，还可以掏成侧洞，使露天的光线可以射进来，外界的新鲜空气可以流进来，改善了明洞内的环境条件 隧道工程隧道构造设计-明洞的构造耳墙式拱形明洞 长腿式拱形明洞 连拱形外墙明洞隧道工程隧道构造设计-明洞的构造- 棚洞棚式明洞常见的结构形式 有盖板式、刚架式和悬臂 式三种。- 盖板式棚洞 盖板式棚洞是由内墙、外 墙及钢筋混凝土盖板组成 的简支结构 外墙不受侧向压力，仅承 受梁和盖板的竖向荷载时 ，它要求的地基承载力较 小 当外侧基岩较浅，地基基 础承载力较大时，可采用
8、立柱式盖板式棚洞隧道工程隧道构造设计-明洞的构造- 刚架式棚洞当地形狭窄，山坡陡峻，基岩埋置较深而上部地基稳定性差时，可采用刚架式外墙，此时称明洞为刚架式明洞（有时也可采用长腿式明洞）侧刚架、内侧重力式墩台结构、横顶梁、底横撑及钢筋混凝土盖板组成。并做防水层及回填土石处理。 隧道工程隧道构造设计-明洞的构造- 悬臂式棚洞 适用于稳固而陡峻的山坡，外侧地形难以满足一般棚洞的地基要求，落石不太严重的情况 内墙为重力式，上端接筑悬臂式横梁，其上铺以盖板，在盖板的内端设平衡重来维持结构受外荷载作用下的稳定性 悬臂式棚洞隧道工程隧道构造设计-洞门结构的构造- 概述 洞门（隧道门的简称，通常也泛指隧道门及
9、明洞门）是隧道洞口用圬工 砌筑用以保护洞口、排放流水并加以建筑装饰的支挡结构物。 对于铁路隧道，隧道的长度就是其进出口洞门墙外表面与线路内轨顶面 标高线交点之间的距离； 对于公路隧道，隧道的长度就是其进出口洞门墙外表面与路面的交线同 路线中线交点间的距离。 - 洞门的作用 减少洞口土石方开挖量 稳定边仰坡 引离地面流水 装饰洞口 隧道工程隧道构造设计-洞门结构的构造- 洞门结构的类型 - 隧道门隧道门指修建在不设明洞的隧道洞口的支挡结构物，包括端墙式洞门、翼墙式洞门、环框式洞门、遮光棚式洞门、柱式洞门、台阶式洞门、斜洞门和耳墙式洞门等 。- 明洞门明洞门主要配合明洞结构类型设计，明洞有拱形明洞
10、和棚洞之分，相应明洞门也分拱形明洞门和棚式明洞门两大类 棚式明洞门隧道工程隧道构造设计-洞门结构的构造- 环框式洞门 环框式洞门，即只镶饰隧道衬砌 两端部分 适用于隧道洞口仰坡极为稳固， 岩层坚硬，节理不发育，不易风化 ，地形陡峻而又无排水要求的地段- 端墙式洞 适用于自然山坡陡峻，洞门地形 开阔，岩层较为坚硬完整，山体压 力很小，开挖坡度1：0.31：0.5的 洞口地段 起挡土墙的作用，而且能支持洞 口正面上的仰坡，并将从仰坡溜下 来的地面水，汇集到排水沟中去 隧道工程隧道构造设计-洞门结构的构造- 端墙的构造要求- 端墙的高度约在11.0m上下 - 端墙厚度应按挡土墙的方法计算，但不应小于
11、：浆砌片石0.5m；片 石混凝土0.5m；混凝土、块石0.3m；钢筋混凝土0.2m。- 端墙宽度与路堑横断面相适应 - 柱式洞门 适用于洞口地形较陡，地质条件较差，岩层有较大侧压力，仰坡有下滑的可能性的地段 柱式洞门工程量较翼墙式洞门大，造价较高，施工也较为复杂 隧道工程隧道构造设计-洞门结构的构造- 翼墙式洞门 当洞口地质较差，山体纵向推力较大时，可以在端墙式洞门以外， 增加单侧或双侧的翼墙（挡墙），成为翼墙式洞门 翼墙式洞门的正面端墙一般采用等厚的直墙，微向后方倾斜，斜度 为1：10 翼墙式洞门 隧道工程隧道构造设计-洞门结构的构造- 耳墙式洞门 耳墙式洞门即带耳墙的翼墙式洞门,将翼墙式洞
12、门端墙两侧各接出一个耳 墙至边坡内，呈带耳墙的结构，形成耳墙式洞门 对于排泄仰、边坡地表汇水，阻挡洞顶风化剥落体，效果良好，并可大 大减少对坡面的冲刷 洞口显得宽敞，结构式样比较美观，而且对于边、仰坡坡度不一致的洞 口，设计时亦便于处理 隧道工程隧道构造设计-洞门结构的构造- 台阶式洞门当洞门处于傍山侧坡地区，地面横坡较陡，洞门一侧边坡较高时，为了减小仰坡高度及外露坡长，可以将端墙一侧顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形的特点，减少仰坡土石开挖量。这种洞门也有一定的美化作用 隧道工程隧道构造设计-洞门结构的构造- 斜交式洞门当线路方向与地形等高线斜交时，为了避免出现此种现象，通常应将隧 道洞
13、门做成近于平行地形等高线方向设置，使洞门左右可以仍保持近似 对称，修建成斜交隧道门，简称斜洞门。这样将使衬砌洞口段和洞门相 对于线路呈斜交形式 。在松软地层中，不宜采用斜洞门 隧道工程隧道构造设计-洞门结构的构造- 拱形明洞门- 拱形明洞门可分为路堑式和半路堑式两类。路堑式明洞门有端墙式（ 常用柱式）和翼墙式两种，与一般隧道门形式相类似 柱式拱形明洞门路堑式翼墙式拱形明洞门路堑式隧道工程隧道构造设计-洞门结构的构造- 半路堑式明洞门多用于傍山线路，其山侧与原地层相接，为了适应 傍山、横向地面坡陡的地形，一般也多以台阶形式加高端墙，并在山 侧设置挡墙支挡边坡，降低开挖高度， 台阶式拱形明洞门（半
14、路堑式 ）台阶式拱形明洞门（偏压式）隧道工程隧道构造设计-洞门结构的构造- 遮光棚式洞门对于公路隧道，当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。遮光构造物有开放式和封闭式之分，前者遮光板之间是透空的，后者则用透光材料将前者透空部分封闭。但由于透光材料上面容易沾染油污，养护困难，因此很少使用后者。遮光构造物形状上有喇叭式与棚式之分。因为洞口的地形是各种各样的，地质条件也是千差万别的，所以，隧道门和明洞门的型式，只能在上述基本型式上，按照具体情况适当地予以布置。隧道工程隧道构造设计-附属建筑物- 防排水建筑物- 隧道防排水设计标准衬砌不滴水，安装设备的孔眼不渗水；道床不积水；电力牵引的隧道拱部基
15、本不渗水；在有冻害地段的隧道，除拱部和边墙不渗水外，衬砌背后也不积水。 隧道防排水应根据“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，采取切实可靠的设计、施工措施，达到防水可靠、排水畅通、经济合理的目的。 隧道工程隧道构造设计-附属建筑物“防” 即要求隧道衬砌结构具有一定的防水能力，能防止地下水渗入 防止地表水的下渗 隧道附近水库、池沼、溪流、井泉的水，当有可能渗入隧道，影响农田 灌溉及生活用水时，应采取措施处理 混凝土衬砌抗渗等级不得低于P6，若必要可采用防水混凝土（不小于P8 ）。 施工缝、变形缝应采用可靠的堵水措施。 围岩破碎、含水、易坍塌地段，宜采用注浆加固围岩和防水措施。 在初期支护与二次衬砌之间，宜设置防水板或设系统盲（管）沟。当隧 道底部有涌水时，应采用封闭式防水板。 有侵蚀性地下水时，应针对侵蚀类型，采用抗侵蚀性混凝土以及压注抗 侵蚀浆液，敷设防水、防蚀层等措施。 最冷月平均气温低于-15地区和高海拔地区，对地下水的处理应以堵为 主。隧道工
