第3章結(jié)構(gòu)構(gòu)造

第四章隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造隧道工程隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造主體構(gòu)造物附屬構(gòu)造物洞身襯砌洞門構(gòu)造物洞身襯砌洞身襯砌的平、縱、橫斷面的形狀由道路隧道的幾何設(shè)計(jì)確定

襯砌斷面的軸線形狀和厚度由襯砌計(jì)算決定明洞通風(fēng)照明排水、消防、通訊等4.1洞身襯砌1、襯砌結(jié)構(gòu)的類型：◆砌石襯砌◆拼裝式襯砌◆整體式混凝土襯砌◆噴射混凝土支護(hù)◆錨桿◆注漿◆噴錨支護(hù)◆復(fù)合式襯砌預(yù)制塊鋼架包括鋼筋混凝土2、直墻式襯砌

適用于：地質(zhì)條件較好的Ⅰ、Ⅱ級圍巖；圍巖壓力以豎向?yàn)橹鳎瑤缀鯖]有或僅有很小的水平側(cè)向壓力。大腳拱襯砌

適用于：地質(zhì)條件極好，整體巖層堅(jiān)固；幾乎無水平側(cè)壓力，也無地下水侵入?？刹辉O(shè)邊墻，但應(yīng)把兩側(cè)巖壁表面噴漿敷面。在地質(zhì)條件尚好，側(cè)壓力不大，但又不宜采用大腳拱襯砌時(shí)。簡化邊墻適用于：地質(zhì)較差，巖體松散破碎，強(qiáng)度不高；有地下水；側(cè)向水平壓力也相當(dāng)大。3、曲墻式襯砌

適用于：內(nèi)軌頂面曲墻式襯砌拱圈曲邊墻仰拱4、噴混凝土襯砌、噴錨襯砌及復(fù)合式襯砌

①要求用光面爆破開挖，使洞室周邊平順光滑，成型準(zhǔn)確，減少超欠挖。適當(dāng)?shù)臅r(shí)間噴混凝土，即為噴混凝土襯砌；

②根據(jù)實(shí)際情況，需要安裝錨桿的則先裝設(shè)錨桿，再噴混凝土，即為噴錨襯砌；③如果以噴混凝土，錨桿或鋼拱支架的一種或幾種組合作為初次支護(hù)對圍巖進(jìn)行加固，維護(hù)圍巖穩(wěn)定防止有害松動(dòng)。待初次支護(hù)的變形基本穩(wěn)定后，進(jìn)行現(xiàn)澆混凝土二次襯砌，即為復(fù)合式襯砌。常用公路隧道Ⅳ級圍巖復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)

偏壓襯砌示意圖

5、偏壓襯砌

※適用情況：當(dāng)山體地面坡陡于1:2.5，線路外側(cè)山體覆蓋較薄，或由于地質(zhì)構(gòu)造造成的偏壓，襯砌為承受這種不對稱圍巖壓力而采用。

6、喇叭口隧道襯砌

在山區(qū)雙線隧道，可將一條雙幅公路隧道分建為二個(gè)單線隧道或二條單線并建為一條雙幅的情況，襯砌產(chǎn)生了一個(gè)過渡區(qū)段，這部分隧道襯砌的斷面及線間距均有變化，相應(yīng)成了一個(gè)喇叭型，稱為喇叭口隧道襯砌。

嗽叭口隧道襯砌示意圖4.2洞門1、定義

洞門是隧道兩端的外露部分，也是聯(lián)系洞內(nèi)襯砌與洞口外路塹的支護(hù)結(jié)構(gòu)

2、洞門的主要作用①減少洞口土石方開挖量；②保證洞口邊坡的安全和仰坡的穩(wěn)定；③匯集在洞口附近的仰、邊坡上的地表水，并引離隧道;④作為隧道的標(biāo)志性建筑物，應(yīng)與隧道的規(guī)模、使用特性以及周圍建筑物、地形條件等要相協(xié)調(diào)?！舳纯诃h(huán)框式洞門◆端墻式洞門◆翼墻式洞門◆柱式洞門◆臺階式洞門◆斜交洞門◆削竹式洞門3、洞門結(jié)構(gòu)類型適用于Ⅵ類或Ⅰ級圍巖，地形陡峻而又無排水要求3.1洞口環(huán)框式洞門作用：不承載，加固洞口減少雨后洞口滴水簡單裝飾適于地形開闊，巖質(zhì)基本穩(wěn)定的圍巖。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：能有效抵抗山體縱向推力。3.2端墻式洞門

端墻的作用：支護(hù)洞口仰坡，并將仰坡水流匯集排出。構(gòu)造要求：◆端墻高度應(yīng)使洞身襯砌上方尚有1m以上回填層；◆洞頂水溝深度應(yīng)不小于0.4m；◆應(yīng)設(shè)置擋碴防護(hù)墻，高度從仰坡坡腳算起應(yīng)不小于0.5m，水平方向不宜小于1.5m；◆端墻基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)置在穩(wěn)固的地基上，其深度視地質(zhì)條件、凍害程度而定，一般應(yīng)在0.6～1.0m左右；◆墻厚按擋土墻計(jì)算，寬度與路塹橫斷面相適應(yīng)。適用于山體縱向推力較大,洞口地質(zhì)較差的Ⅳ級及以上的圍巖，增加洞門的抗滑動(dòng)和抗傾覆能力。3.3翼墻式洞門特點(diǎn)：可以在端墻中部設(shè)置兩個(gè)斷面較大的柱墩，以增加端墻的穩(wěn)定性。3.4柱式洞門適用于地形較陡，地質(zhì)條件較差，仰坡可能下滑，而又受地形或地質(zhì)條件限制，不能設(shè)置翼墻時(shí)。適于傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門一側(cè)邊坡較高時(shí)作用：減小仰坡高度及外露坡長，減少開挖量。3.5臺階式洞門3.6斜交洞門斜交洞門適用：線路方向與地形等高線斜交時(shí)。

特點(diǎn)：將洞門做成與地形等高線一致，使洞門左右可以仍保持近似對稱，但襯砌洞口段和洞門相對于線路呈斜交形式。

注意事項(xiàng)：1斜洞門與線路中線的交角不應(yīng)小于45°2一般斜洞門與襯砌斜口段是整體砌筑的3由于斜洞門及襯砌斜口段的受力情況復(fù)雜，施工也不方便，所以，只有在十分必要時(shí)才采用它。3.7削竹式洞門

削竹式在公路隧道中被普遍使用，凸出式新型洞門，這類洞門是將洞內(nèi)襯砌延伸至洞外，一般凸出山體數(shù)米。

適用于洞口段有較長的明洞襯砌，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；地形相對比較對稱和不太陡峻。

特點(diǎn)：

1洞口邊仰坡開挖量少

2減少對植被的破壞和有利于保護(hù)環(huán)境

3適用各種圍巖類別4、隧道洞門構(gòu)造⑴洞門仰坡坡腳至洞門墻背后的水平距離不小于1.5m，水溝溝底與襯砌拱頂外緣的高度不應(yīng)小于1.0m，洞門墻頂應(yīng)高出仰坡腳0.5m以上。⑵洞門墻基基底埋入土質(zhì)地基的深度不應(yīng)小于1.0m，嵌入巖石地基的深度不應(yīng)小于0.5m，墻基底埋設(shè)的深度應(yīng)大于墻邊各種溝、槽基礎(chǔ)底埋設(shè)的深度；⑶松軟地基上的基礎(chǔ)，當(dāng)?shù)鼗鶑?qiáng)度不足時(shí)，可采用擴(kuò)大，加固基礎(chǔ)等措施。4.3明洞

當(dāng)隧道埋深較淺，上覆巖(土)體較薄，難采用暗挖法時(shí)，則應(yīng)采用明挖法來開挖隧道。用這種明挖法修筑的隧道結(jié)構(gòu)，通常稱明洞。

※

明洞具有地面、地下建筑物的雙重特點(diǎn)：①作為地面建筑物用以抵御邊坡、仰坡的坍方、落石、滑坡、泥石流等病害；②作為地下建筑物用于深路塹、淺埋地段不適宜暗挖隧道時(shí)而取代隧道的作用；③用于在與公路、灌溉渠立交處，以減少建筑物之間的干擾?！鞫吹慕Y(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)營安全及施工難易等條件進(jìn)行選擇，采用最多的是拱形明洞和棚式明洞

1、拱形明洞

隧道接長明洞或在路塹邊坡不穩(wěn)定地段修建的獨(dú)立明洞等，多采用拱形明洞的形式

。拱形明洞整體性好，能承受較大的垂直壓力和側(cè)壓力。

路塹對稱型明洞

※路塹對稱型

適用于洞頂?shù)孛嫫骄?，路塹兩側(cè)地質(zhì)條件基本相同，原山坡有少量坍塌、落石以及隧道洞口巖層破碎，洞頂覆蓋較薄，難以暗挖法修建隧道的地段。

※路塹偏壓型

適用于兩側(cè)山坡高差較大的路塹，高側(cè)邊坡有坍塌，落石或泥石流；低側(cè)邊坡明洞墻頂以下部分為挖方，且能滿足外側(cè)邊墻嵌入基巖要求的地段

※半路塹偏壓型

適用于半路塹靠山側(cè)邊坡較高，有坍塌、落石或泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，而外側(cè)地面較為寬敞和穩(wěn)定，上部填土坡面線能與地面相交以平衡山側(cè)壓力的地段

半路塹偏壓型明洞

路塹偏壓型明洞此種明洞承受偏壓荷載，拱圈和內(nèi)側(cè)邊墻為等厚，外側(cè)邊墻為不等厚的斜墻式。

※半路塹單壓型

適用于靠山側(cè)邊坡或原山坡有坍塌、落石等情況，外側(cè)地形陡峻無法填土地段

※拱形明洞的邊墻，一般采用直墻。當(dāng)半路塹型單壓明洞外墻尺寸較厚(達(dá)3~5m)為節(jié)省圬工量，可在漿砌片石的外墻上每隔3~4m開設(shè)一個(gè)孔洞

半路塹單壓型明洞※采用偏壓拱型明洞時(shí)，要特別注意處理好外墻基礎(chǔ)，以防止因外墻下沉而引起拱圈開裂。故外墻必須設(shè)置于穩(wěn)固地基上，如有困難，則可用樁基(或加深基礎(chǔ))及加固地基等方法進(jìn)行處理半路塹單壓型明洞

回填土是為了緩沖落石對襯砌的沖擊而設(shè)的，它的厚度應(yīng)視落石下墜的實(shí)際情況而定。一般不應(yīng)小于1.5m不小于1:1.5的流水坡如果明洞外側(cè)覆蓋土不厚，還可以掏成側(cè)洞，使露天的光線可以射進(jìn)來，外界的新鮮空氣也可以流進(jìn)來返回

柱式拱形明洞門路塹式翼墻式拱形明洞門路塹式臺階式拱形明洞門（半路塹式）臺階式拱形明洞門（偏壓式）2、棚式明洞

當(dāng)山坡坍方，落石數(shù)量較少，山體側(cè)壓力不大，或因受地質(zhì)、地形條件的限制，難以修建拱形明洞時(shí)，可采用棚式明洞棚式明洞的類型主要取決于外側(cè)邊墻的結(jié)構(gòu)形式。通常有墻式、剛架式，柱式和懸臂式(不修建外墻時(shí))等※墻式棚洞(墻式棚式明洞)

適用于邊坡存在坍塌、落石的地段，橫向斷面類似橋跨結(jié)構(gòu)，內(nèi)墻除起擋墻作用外，還承受頂板下傳垂直荷載；外墻只承受頂板下傳垂直荷載

※剛架式柵洞

適用于邊坡小量落石，或在連接兩座隧道間需建明洞時(shí)，為改善隧道通風(fēng)條件下而被采用

，外墻結(jié)構(gòu)為連續(xù)框架；因此對地基承載力要求較高。棚式明洞門※柱式棚洞

適用于少量落石，地基承載力高，或基巖埋藏淺的地段。外墻采用獨(dú)立柱和縱梁方式，結(jié)構(gòu)簡單，預(yù)制吊裝方便，但整體穩(wěn)定性較差

※懸臂式棚洞

當(dāng)山坡較陡，坡面有少量落石，且外側(cè)地基不良或不宜設(shè)基礎(chǔ)時(shí)，可采用懸臂式棚洞

柱式棚洞

懸臂式棚洞

3、明洞基礎(chǔ)

※明洞墻基應(yīng)有一定的嵌入深度，并應(yīng)設(shè)在凍結(jié)線以下25cm，保證一定的護(hù)基寬度；※當(dāng)兩側(cè)邊墻地基軟硬不均時(shí)，應(yīng)采取措施加以處理，以免引起過大的沉降和不均勻沉陷，使明洞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或破壞。

①基巖不深時(shí)可加深基礎(chǔ)，設(shè)置于基巖上；

②采用鋼筋混凝土或混凝土仰拱；

③采用鋼筋混凝土底板，修筑整體式基礎(chǔ)；

④亦可采用樁基或加固地層等措施。

4、明洞填土※

厚度：鐵路新規(guī)范確定為l.50m。公路隧道跨度一般比鐵路單線隧道跨度大，養(yǎng)護(hù)力量弱，故規(guī)定不小于2.0m；※明洞拱背和墻背的回填要求：⑴拱腳用貧砼或漿砌片石回填；⑵邊墻背后超挖部分，宜用片石砼或水泥砂漿砌片石密實(shí)回填⑶背回填料的內(nèi)摩擦角應(yīng)不低于圍巖的計(jì)算摩擦角或設(shè)計(jì)回填料的計(jì)算摩擦角，因?yàn)椋孩賹?dǎo)致實(shí)際墻背的側(cè)壓力較計(jì)算的要大，影響結(jié)構(gòu)安全；②較好的圍巖與襯砌之間有低摩擦角的回填“軟弱夾層”，會增加土壓力和減小彈性抗力，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益方面都是不適宜的

4.4工作（輔助）坑道

一般隧道開挖是從兩洞口或從其中一個(gè)方向洞口進(jìn)行。但在長大隧道因工期限制、經(jīng)濟(jì)、施工、地形、環(huán)境等條件影響,有必要分成幾個(gè)工程區(qū)段進(jìn)行施工,多數(shù)情況下要設(shè)工作坑道。工作坑道按坡度區(qū)分為橫洞、斜井、豎井和平行導(dǎo)坑。選擇哪種形式,決定于地形、地質(zhì)、工期、運(yùn)輸能力,以及設(shè)置地點(diǎn)的限制。

橫洞為首選工作坑道。它比斜井、豎井在作業(yè)與安全方面都優(yōu)越。除了因地形等條件和長度需很大外,應(yīng)盡量采用橫洞作為工作坑道。

豎井與斜井比較,當(dāng)高差相同時(shí),長度約為斜井的1/4左右,在遇不良地質(zhì)和涌水等幾率低時(shí)是有利的。但豎井運(yùn)輸難、大型機(jī)械進(jìn)入難、通風(fēng)排水難。除了在覆蓋層不厚的地點(diǎn),設(shè)置30m左右的輔助豎井有特別理由的情況外,多數(shù)情況下采用斜井。豎井、斜井除作為施工作業(yè)坑道外,常用于公路隧道的通風(fēng)井。因此，輔助坑道在隧道運(yùn)營中也有用處。1、豎井

豎井?dāng)嗝嬉?guī)劃示例示意圖（尺寸單位：mm）※位置選擇：

必須考慮地形、地質(zhì)，與主坑道的銜接，完工后的處理等條件來決定。特別是設(shè)在山谷部分的豎井多數(shù)延長短，要研究防止井口附近地表水和泥沙的流入措施。2、斜井※位置選擇：斜井實(shí)際使用的斷面示意圖

①洞口設(shè)置在地形簡單，地質(zhì)良好，涌水量不大，能保證洞外碴罐、卷揚(yáng)機(jī)安裝等洞外設(shè)備布置的用地需要；②與主坑道連接要合適，長度盡可能短，能提供適合運(yùn)輸方式的坡度(<14°);

③在規(guī)劃坡度和斷面時(shí)，重要的是要注意不給主坑道的作業(yè)造成障礙和制約。4.5內(nèi)裝、頂棚及路面

1、內(nèi)裝

為了確保行車安全，在道路隧道中必須采取措施，使墻面亮度在長期的運(yùn)營中保持在必要的水平以上，墻面須用適當(dāng)?shù)牟牧霞右詢?nèi)裝處理，其作用如下：①改善隧道內(nèi)環(huán)境，起誘導(dǎo)作用；②提高墻面的反射率，增強(qiáng)照明效果；③吸收噪音（通風(fēng)機(jī)＆汽車行駛發(fā)出的噪音等）。(1)、常用的內(nèi)裝材料

①塊狀混凝土材料；③瓷磚鑲面材料；②飾面板、鑲板等質(zhì)地致密材料；④油漆材料。

(2)、內(nèi)裝材料應(yīng)具有如下性質(zhì)

①耐火性和具有阻燃性。在高溫條件下仍能維持原狀，不燃燒、不分解有害成分等；②耐蝕性。長期在油垢及有害氣體作用下不變質(zhì)，在洗滌劑等化學(xué)物質(zhì)作用下不被侵蝕；③不怕水。大多數(shù)隧道都存在漏水問題，在水的浸泡下，在潮濕環(huán)境中不變質(zhì)、不霉?fàn)€；

④材料來源廣泛，價(jià)格相對便宜。隧道是大型構(gòu)造物，用材量很大，價(jià)格高昂的材料不適于作隧道內(nèi)裝；⑤能吸收噪音；⑥顏色淡，易清潔。2、頂棚※

色彩的選擇：頂棚用漫反射材料可以避免產(chǎn)生眩光，其顏色以淺色為主；※結(jié)合燈飾美化隧道，并且起視覺誘導(dǎo)作用；※頂棚可做成平頂或者拱頂：①在自然通風(fēng)或誘導(dǎo)通風(fēng)時(shí)，可以用拱頂；②在半橫向或橫向通風(fēng)時(shí)可以用平頂?！斉镆陨峡梢宰鳛橥L(fēng)道和供管理人員使用的通道，因此設(shè)計(jì)荷載可按(據(jù)國外資料)10MPa考慮。3、路面⑴對隧道內(nèi)路面重要的是在其具有足夠強(qiáng)度和耐久性。常用砼和改性瀝青；⑵盡量考慮：

①抵御水沖刷和含有化學(xué)物質(zhì)的水的浸蝕能力;②應(yīng)具有較高的抗側(cè)滑的能力；③抗裂性、耐久性；④容易修補(bǔ)。(3)路基應(yīng)具有足夠的承載力，尤其要求在有豐富地下水的條件下要求有良好的排水條件。4、噪聲的消減

※隧道內(nèi)的混響時(shí)間(噪聲源發(fā)音衰減60dB所需時(shí)間)為洞外的數(shù)千倍。因此，必須考慮噪聲消減?！?/p>

采取的措施：

①內(nèi)裝材料的制作；②墻面材料的制作；③路面材料的制作；※

利用原理：

主要利用聲波的反射原理4.6隧道的防水與排水水,不僅是影響隧道正常施工的因素之一,也是影響隧道正常運(yùn)營的重要因素之一。應(yīng)首先在施工時(shí)采取超前支護(hù)或預(yù)注漿堵水。隧道綜合治水原則：

隧道洞內(nèi)洞外原則防(隔)、排、截、堵1、截水

就是在隧道以外將地表水和地下水疏導(dǎo)截流，使不進(jìn)入隧道工程范圍內(nèi)。措施：上游泄水洞、井點(diǎn)降水、開溝疏導(dǎo)等。

截水措施2、堵水措施

以襯砌混凝土為基本防水層，以其它防水材料為輔助防水層，阻隔地下水，使之不能進(jìn)人隧道內(nèi)的防水措施，必要時(shí)還可以采用注漿堵水措施。堵水措施可以較好地保護(hù)地下水環(huán)境?！?/p>

基本措施：

①噴射混凝土堵水，采用防水材料；②塑料板堵水：在初支后、二次支護(hù)前鋪設(shè)；③模筑混凝土襯砌堵水：模筑混凝土本身就具有一定的抗?jié)B阻水性能，對于施工縫，沉降縫，伸縮縫，采用止水帶；④注漿堵水：超前注漿、壁后注漿。

※

注漿方式：①前進(jìn)式；②后退式；③一次全孔注漿方式※注漿液：①水泥漿；②水泥-水玻璃；③丙烯酰胺類漿液3、排水措