专业知识培训课件——隧道篇

1、第一章 隧道基础知识 1 隧道的定义 隧道是修筑在岩体、土体或水底，两端有出入口的，供车辆、行人、水流及管线等通过的通道。 供交通立体化、穿山越岭、地下通道、越江、过海、管道运输、电缆地下化、水利工程等使用。 铁路隧道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。 公路隧道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。 2 隧道分类 按照隧道所处的地质条件分类：分为土质隧道和石质隧道。 按照隧道的长度分类：分为短隧道（铁路隧道规定：L500m；公路隧道规定：L500m）、中 长隧道（铁路隧道规定：50010000m；公路隧道 规定：L3000m）。 按照国际隧道协会（ITA）定义的隧道的横断面积的大小划分标准分类：分为极小断面隧道 （23）、小断面隧道（310）、中等断面隧道（1050）、大断面隧道（50100）和特 大断面隧道（大于100）。 按照隧道所在的位置分类：分为山岭隧道、水底隧道和城市隧道。 为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海 底通过的称水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越

2、的称城市隧道，这三类隧道中 修建最多的是山岭隧道。 按照隧道埋置的深度分类：分为浅埋隧道和深埋隧道。 按照隧道的用途分类：分为交通隧道、水工隧道、市政隧道和矿山隧道。 3 隧道特点是交通运输线路穿越天然障碍的有效方法 穿越的地质条件复杂多变，工程定位、设计、施工方法要随时相应调整 施工作业面窄，劳力设备受到限制，工业化、机械化施工要求高： 造价昂贵。 4 隧道组成 隧道的主体建筑物由洞身和洞门两部分组成。在隧道进口或出口段，如果仰坡表层岩土风化严重， 易塌落时，则延长洞身或加筑明洞洞口，保证行车安全 隧道的附属建筑物，包括：人行道（或避车洞）和防排水设施，长、特长隧道还有通风道、通风 机房、供电、照明、信号、消防、通讯、救援及其它量测、监控等附属设施 5 隧道衬砌构造开挖后的隧道，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。 5.1 锚杆 锚杆是将破碎或不稳定岩体(块)与牢固稳定的岩体连结在一起以提高整体稳定性的一种支护措施。 图1-1 锚杆示意

3、图 图1-2 锚杆支护示意图图1-3 锚杆支护示意图 图1-4 锚杆支护示意图 5.2 钢架 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。图1-5 钢架示意图 图1-6 钢架示意图 5.3 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610mm；网格尺寸一般为20cmx20cm, 20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm或 30cmx30cm等。图1-7 钢筋网示意图 5.4 喷射混凝土 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

4、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。 图1-8 喷射混凝土示意图 5.5 多种措施组合支护 钢架+钢筋网+锚杆+喷射混凝土组合，锚杆+钢筋网+喷射混凝土组合，钢筋网+喷射混凝土组合等。图1-9 组合支护示意图 6 隧道衬砌 6.1 整体式混凝土衬砌 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。 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。图1-10 隧道直墙式衬砌图 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。主要适用于级及以上的围岩，或 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。 图1-11 隧道曲墙

5、式衬砌图 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。 6.2 复合式衬砌 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。图1-12 隧道复合式衬砌图 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520cm 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。 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

6、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。 6.3 锚喷式衬砌 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 铁路隧道设计规定中规定，锚喷衬砌设计应符合下列要求： 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10 cm作为必要时补 强用。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。 6.4 装配式衬砌 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

7、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。 7 洞门 7.1 洞门作用 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。 7.2 洞门型式 隧道洞门型式主要有：环框式洞门、端墙式洞门、翼墙式洞柱式洞门及台阶式洞门、斜交式洞门、 喇叭口式洞门。 环框式洞门 当隧道洞口岩层坚硬、整体性好、节理不发育，且不易风化，路堑开挖后仰坡为稳定，又无较大 的排水量要求时，可采用环框式洞门。图1-13 端墙式（一字式）洞门当地形开阔，石质基本稳定，边坡仰坡不高时，常采用端墙式洞门。其作用在于支护洞口仰坡， 保持其稳定，并将仰坡水流汇集，向两侧排出。 图1-14 翼墙式（八字式）洞门 当洞口地质较差（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。 图1-15 柱式洞门 地形较陡（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。图1-16 台阶式洞门

8、当洞口位于地形等高线与线路斜交，地形横披较缓的傍山地段时，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，以减少洞门的圬工数 量。 图1-17 斜交式洞门 当隧道洞口地面等高线斜交时，为了缩短隧道长度、减少挖方数量，可采用平行于等高线与线路 呈斜交的洞口。图1-18 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。 图1-19 8 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。 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。 图1-20 8.1 拱式明

9、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。 常见拱式明洞有： 1 路堑式对称型 图 1-21 路堑式对称型拱式明洞2 路堑式偏压型 图 1-22 路堑式偏压型拱形明洞 半路堑式偏压型 图1-23 半路堑式偏压型拱形明洞 半路堑式单压型图1-24 半路堑式单压型拱形明洞 8.2 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、钢架式、悬臂式 图1-25 盖板式棚式明洞图图1-26 悬臂式棚式明洞图 9 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。 9.1 防排水设施 隧道的永久性防排水是通过防排水工程措施实现的。 经过理论和实践经验的总结，提出了“截、防、堵、排结合，因地制宜，综合治理”的原则。 截：截断地表水和地下水流入隧道的通道，洞口地表设天沟等截水沟以及地表陷穴等整治； 防：防止地下水从衬砌背后渗入隧道内，充分利用混凝土自防水能力，以及在衬砌与支护之间设 置的防水层； 堵：向支护背后压注水泥砂浆，用以充填支护与围岩间的空隙，以堵住地下水的通道，并使支护 与围岩形成整体，改善支护受力条件； 排：将地下水排入隧道内，再经由洞内排水沟（排水沟及盲沟）排走。图1-27 隧道防排水图（一）图1-28 隧道防排水图（二） 9.2 隧道附属建筑物 避车洞 当列车通过隧道时，为了保证洞内行人、维修人员及维修设备(小车、料具)的安全，在隧道两侧 边墙上交错均匀修建的人员躲避及放置车辆、料具的洞室叫避车洞。 避车洞根据其断面尺寸的大小分为大避车洞及小避车洞两种。 图1-29 避车洞 大避车洞 在碎石道床的隧道内，每侧相隔300 m布置一个大避车洞，在整体道床的隧道内，因人员行车待 避较方便，且线路维修工作量较小，可相隔420 m布置。 小避车洞无论在碎石道床或整体道床的隧道内，每侧边墙上应在大避车洞之间间隔6

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