隧道工程基础知识资料

0 隧道工程基础知识与构造隧道工程基础知识与构造 1 ü 隧及交通隧道简介 ü 隧道横断面 ü 隧道支护结构 ü 洞门与明洞 ü 附属建筑物 ü 人工爆破开挖（工程简介）与工程图 主要内容主要内容 2 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 ü 隧道通常指用作地下通道的工程建筑物。 ü 1970年国际经济合作与发展组织召开的隧道 会议综合了各种因素，对隧道所下的定义为： “以某种用途、在地面下用任何方法按规定形状 和尺寸修筑的断面积大于2m2的洞室。” 3 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 隧道分类比较明确的是按照隧道的用途来划 分，主要有以下四种： （一）交通隧道（一）交通隧道 （二）水工隧道（二）水工隧道 （三）市政隧道（三）市政隧道 （四）矿山隧道（四）矿山隧道 4 1 铁路隧道铁路隧道 从1829年开始兴建铁路隧道以来到1990年的 160年间，在世界各国已建成超过12000km的铁 路隧道，约占世界铁路总长的1%左右。修建铁路 隧道可大幅度缩短线路长度，降低线路标高，改 善通过不良地质地段的条件，降低铁路造价等。 交通隧道交通隧道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 5 交通隧道交通隧道 1 铁路隧道铁路隧道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 6 交通隧道交通隧道 1 铁路隧道铁路隧道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 7 2 公路隧道公路隧道 随着社会生产的发展，高速公路的出现，要 求线路顺直、平缓、路面宽敞，于是在穿越山区 时，也常采用隧道方案。此外，在城市附近，为 避免平面交叉，利于高速行车，也常采用隧道方 式通过。 交通隧道交通隧道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 8 交通隧道交通隧道 2 公路隧道公路隧道 终终 南南 山山 隧隧 道道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 9 交通隧道交通隧道 2 公路隧道公路隧道 雪雪 峰峰 山山 隧隧 道道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 10 交通隧道交通隧道 2 公路隧道公路隧道 雁雁 门门 关关 隧隧 道道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 11 3 水底隧道水底隧道 当交通线横跨河道时，采用水底隧道，既不 影响河道通航，也避免了风暴天气轮渡中断的情 况，而且在战时不致暴露交通设施的目标，防护 层厚，是国防上的较好选择。为横跨黄浦江，上 海已修建了全长2793m的水底隧道，广州地铁穿 越珠江，武汉地铁穿越长江都修建了水底隧道。 交通隧道交通隧道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 12 交通隧道交通隧道 3 水底隧道水底隧道 武武 汉汉 长长 江江 隧隧 道道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 13 4 地下铁道地下铁道 地下铁道是解决大城市交通拥挤、车辆堵塞 等问题，且能大量快速运送乘客的一种城市交通 设施。它可以使很大一部分地面客流转入地下， 可以高速行车，且可缩短车次间隔时间，节省了 乘车时间，便利了乘客的活动。在战时，还可以 起到人防的功能。 交通隧道交通隧道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 14 交通隧道交通隧道 4 地下铁道地下铁道 地地 铁铁 车车 站站 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 15 5 航运隧道航运隧道 当运河需要越过分水岭时，克服高程障碍成 为十分困难的问题，一般需要绕行很长的距离。 如果修建航运隧道，把分水岭两边的河道沟通起 来，既可以缩短航程，又可以省掉船闸的费用， 迅速而顺直地驶过，航运条件就大为改善了。 交通隧道交通隧道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 16 6 人行地道人行地道 城市闹市区行人众多，而且与车辆混行，偶 有不慎便会发生交通事故。为了提高交通运送能 力及减少交通事故，除架设街心高架桥外，也可 以修建人行地道和地下立交车道。 交通隧道交通隧道 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 17 交通隧道交通隧道 6 人行地道人行地道 青岛龙青岛龙 山地下山地下 商业街商业街 隧道的概念及交通隧道简介隧道的概念及交通隧道简介 18 隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空 间。 “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。 l隧道横断面隧道横断面 （一）隧道净空（一）隧道净空 19 1.机车车辆限界机车车辆限界 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.直线直线隧道净空隧道净空 “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(拱部拱部 采用三心圆，边墙边墙采用直墙式或曲墙式)及施工方便等因素。 l隧道横断面隧道横断面 （一）隧道净空（一）隧道净空 20 l隧道横断面隧道横断面 （一）隧道净空（一）隧道净空 21 l隧道横断面隧道横断面 （一）隧道净空（一）隧道净空 22 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 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。 23 l隧道支护隧道支护 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。 （一）锚杆（一）锚杆 24 l隧道支护隧道支护 （一）锚杆（一）锚杆 25 l隧道支护隧道支护 （一）锚杆（一）锚杆 26 l隧道支护隧道支护 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（二）钢架 27 l隧道支护隧道支护 （二）钢架（型钢）（二）钢架（型钢） 型钢钢架接头型钢钢架接头(尺寸单位尺寸单位:mm) 28 l隧道支护隧道支护 （二）钢架（格栅）（二）钢架（格栅） 29 l隧道支护隧道支护 （二）钢架（格栅）（二）钢架（格栅） 30 l隧道支护隧道支护 （三）钢筋网（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610mm；网格尺寸一般为20cmx20cm, 20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm或30cmx30cm。 31 l隧道支护隧道支护 （三）钢筋网（三）钢筋网 32 l隧道支护隧道支护 （四）喷混凝土（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。 33 l隧道支护隧道支护 （四）喷混凝土（四）喷混凝土 34 l隧道支护隧道支护 （五）多种措施组合支护（五）多种措施组合支护 35 l隧道支护隧道支护 （五）多种措施组合支护（五）多种措施组合支护 36 l隧道衬砌隧道衬砌 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（一）整体式混凝土衬砌 37 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 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（一）整体式混凝土衬砌 拱顶 拱腰 拱脚 墙脚 铺底 38 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 （一）整体式混凝土衬砌（一）整体式混凝土衬砌 39 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 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。 （一）整体式混凝土衬砌（一）整体式混凝土衬砌 拱顶 拱腰 拱脚 墙脚 仰拱 40 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 2）曲墙式衬砌 （一）整体式混凝土衬砌（一）整体式混凝土衬砌 2）曲墙式衬砌 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。 41 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 2）曲墙式衬砌 （一）整体式混凝土衬砌（一）整体式混凝土衬砌 42 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 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（二） 复合式衬砌 43 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 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 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。 （二） 复合式衬砌（二） 复合式衬砌 44 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 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（二） 复合式衬砌 45 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 （二） 复合式衬砌（二） 复合式衬砌 46 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 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（三）锚喷式衬砌 47 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 铁路隧道设计规定中规定，锚喷衬砌设计应符合 下列要求： 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。 （三）锚喷式衬砌（三）锚喷式衬砌 48 l隧道衬砌构造隧道衬砌构造 装配式衬