1、隧道工程第六章隧道结构构造包括：运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、包括：运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。 主体建筑物主体建筑物附属建筑物附属建筑物隧隧道道结结构构为了保持隧道的稳定和行车安全而修建的人工永久建筑物为了保持隧道的稳定和行车安全而修建的人工永久建筑物第六章隧道结构构造主体构造物以外保证隧道正常使用所需的各种辅助设施主体构造物以外保证隧道正常使用所需的各种辅助设施洞身结构洞身结构洞门、明洞洞门、明洞l第一节第一节 洞身衬砌洞身衬砌l第三节第三节 隧道洞门隧道洞门l第二节第二节 明洞明洞l第四
2、节第四节 隧道附属建筑物隧道附属建筑物第一节 洞身衬砌二、整体式模筑混凝土衬砌（单层衬砌）一、隧道衬砌的概述三、装配式衬砌 四、锚喷式衬砌五、复合式衬砌 六、其它衬砌结构的类型 七、隧道衬砌的其它构造要求一、隧道衬砌的概述一、隧道衬砌的概述l（一）衬砌概念（一）衬砌概念l（三）衬砌类型（三）衬砌类型l（二）衬砌材料（二）衬砌材料第一节 洞身衬砌（一）衬砌概念（一）衬砌概念广义地说，可以把人工修筑的支护结构统称为衬砌。广义地说，可以把人工修筑的支护结构统称为衬砌。 支护的方式支护的方式 外部支护外部支护 内部支护内部支护 混合支护混合支护 （一）衬砌概念（一）衬砌概念为了保证施工的安全、为了保证
3、施工的安全、加固岩体和阻止围岩的加固岩体和阻止围岩的变形、坍塌而设置的临变形、坍塌而设置的临时支护措施，常用支护时支护措施，常用支护形式有木支撑、型钢支形式有木支撑、型钢支撑、格栅支撑、锚喷支撑、格栅支撑、锚喷支护等护等 为了保证隧道使用的净为了保证隧道使用的净空和结构的安全而设置空和结构的安全而设置的永久性衬砌结构。的永久性衬砌结构。 在实际中，衬砌主要指能作为永久支护的结构在实际中，衬砌主要指能作为永久支护的结构 人工修筑的支护结构人工修筑的支护结构广义的衬砌广义的衬砌一次支护一次支护二次支护二次支护（初期支护）（初期支护）（二次衬砌）（二次衬砌）（永久支护）（永久支护）（二）衬砌材料（二
4、）衬砌材料2）从经济角度考虑，还应满足就地取材，降低造）从经济角度考虑，还应满足就地取材，降低造价，施工方便及易于机械化施工等。价，施工方便及易于机械化施工等。1 1混凝土混凝土3. 3. 钢筋混凝土钢筋混凝土 4 4石料和混凝土预制块石料和混凝土预制块 2 2片石混凝土片石混凝土5 5喷射混凝土喷射混凝土7.7.装配式材料装配式材料6.6.锚杆和钢架锚杆和钢架要求要求1）应具有足够的强度、耐久性、抗渗性、耐腐蚀性）应具有足够的强度、耐久性、抗渗性、耐腐蚀性和抗冻性等。和抗冻性等。1 1混凝土混凝土优点优点 整体性好，既可以在现场浇筑，也可以在加工场整体性好，既可以在现场浇筑，也可以在加工场预
5、制，而且可以机械化施工。可以在水泥中掺入预制，而且可以机械化施工。可以在水泥中掺入外加剂，以提高混凝土的性能外加剂，以提高混凝土的性能。 缺点缺点 灌注后不能立即承受荷载，需要进行养生，达到灌注后不能立即承受荷载，需要进行养生，达到预定强度才能拆模，占用的模板和拱架较多。普预定强度才能拆模，占用的模板和拱架较多。普通混凝土的耐侵蚀能力较差。通混凝土的耐侵蚀能力较差。 公路隧道工程各部位建筑材料公路隧道工程各部位建筑材料铁路隧道衬砌建筑材料铁路隧道衬砌建筑材料 3.3.钢筋混凝土钢筋混凝土 主要用在洞门、明洞衬砌等明挖地段，或者当隧道通过地震主要用在洞门、明洞衬砌等明挖地段，或者当隧道通过地震区
6、、偏压、通过断层破碎带或淤泥、流砂等不良地质地段。区、偏压、通过断层破碎带或淤泥、流砂等不良地质地段。 2 2片石混凝土片石混凝土铁路隧道，为了节省水泥，在岩层较好地段的边墙衬砌，允铁路隧道，为了节省水泥，在岩层较好地段的边墙衬砌，允许采用片石混凝土（片石的掺量不应超过总体积的许采用片石混凝土（片石的掺量不应超过总体积的20%）。）。此外，当起拱线以上此外，当起拱线以上1m以外部位有超挖时，其超挖部分也可以外部位有超挖时，其超挖部分也可用片石混凝土进行回填。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选用的石料要坚硬，其强度等级不应低于MU40，有裂隙和，有裂隙和易风化的石料不应
7、采用，以保证质量。易风化的石料不应采用，以保证质量。公路隧道衬砌一般不用，只在仰拱填充或超挖部分可以使公路隧道衬砌一般不用，只在仰拱填充或超挖部分可以使用片石混凝土砌筑。片石掺用量不得超过总体积的用片石混凝土砌筑。片石掺用量不得超过总体积的30。 4 4石料和混凝土预制块石料和混凝土预制块 可就地取材、降低造价、可保证衬砌厚度并能较早地承受可就地取材、降低造价、可保证衬砌厚度并能较早地承受荷载，可以节省水泥和模板，耐久性和耐侵蚀性能较好。荷载，可以节省水泥和模板，耐久性和耐侵蚀性能较好。整体性差，砌缝多容易漏水，防水性能较差，施工主要靠整体性差，砌缝多容易漏水，防水性能较差，施工主要靠手工操作
8、，难于机械化施工，费工、费时，施工进度较慢，手工操作，难于机械化施工，费工、费时，施工进度较慢，而且砌筑技术要求高。而且砌筑技术要求高。 块石强度等级不应低于块石强度等级不应低于MU60，砌块强度等级不应低于，砌块强度等级不应低于MU20，有裂缝和易风化的石材不应采用。，有裂缝和易风化的石材不应采用。 优点优点缺点缺点洞门挡墙、挡土墙、明线路缘石等仍可使用。洞门挡墙、挡土墙、明线路缘石等仍可使用。 5 5喷射混凝土喷射混凝土喷射混凝土是将混凝土干拌和料、速凝剂和水，用混凝土喷射混凝土是将混凝土干拌和料、速凝剂和水，用混凝土喷射机高速喷射到洁净的岩石表面上凝结而成。喷射机高速喷射到洁净的岩石表面
9、上凝结而成。 其密实性较高，能快速封闭围岩的裂隙。密贴于岩石表面，其密实性较高，能快速封闭围岩的裂隙。密贴于岩石表面，早期强度高，能很快起到封闭岩面和支护作用，另外在喷早期强度高，能很快起到封闭岩面和支护作用，另外在喷射混凝土中可加入纤维类材料提高其性能，是一种理想的射混凝土中可加入纤维类材料提高其性能，是一种理想的衬砌材料。衬砌材料。 在普通铁路隧道中，喷射混凝土材料可用作中内层衬砌，在普通铁路隧道中，喷射混凝土材料可用作中内层衬砌，但其强度等级不低于但其强度等级不低于C20，使用的水泥标号不低于，使用的水泥标号不低于32.5号，号，并优先选用普通硅酸盐水泥。细骨料采用坚硬耐久的中砂并优先选
10、用普通硅酸盐水泥。细骨料采用坚硬耐久的中砂或粗砂，细度模数宜大于或粗砂，细度模数宜大于15，砂的含水率宜控制在，砂的含水率宜控制在5%7%；粗骨料采用坚硬耐久的卵石或砾石，粒径不应大于粗骨料采用坚硬耐久的卵石或砾石，粒径不应大于15mm。 我国高速铁路隧道不使用喷射混凝土作为内层衬砌。我国高速铁路隧道不使用喷射混凝土作为内层衬砌。 6.6.锚杆和钢架锚杆和钢架锚杆是一种插入到围岩岩体内的杆形构件，可加固围岩。锚杆是一种插入到围岩岩体内的杆形构件，可加固围岩。 可分为机械型锚杆、粘结型锚杆以及预应力锚杆。可分为机械型锚杆、粘结型锚杆以及预应力锚杆。 锚杆的杆体直径宜为锚杆的杆体直径宜为2032m
11、m,杆体材料宜采用杆体材料宜采用HRB335,HRB400钢；垫板材料宜采用钢；垫板材料宜采用HPB235钢。锚杆钢。锚杆用的各种水泥砂浆强度不应低于用的各种水泥砂浆强度不应低于M20。钢筋网材料可采。钢筋网材料可采用用HPB235钢，直径宜为钢，直径宜为612mm。 钢架是为了加强支护刚度而在初期支护或二次衬砌中钢架是为了加强支护刚度而在初期支护或二次衬砌中放置的型钢支撑或格栅钢支撑。放置的型钢支撑或格栅钢支撑。 初期支护采用的钢架宜用初期支护采用的钢架宜用H形、工字形、形、工字形、U形型钢制成，形型钢制成，也可用钢管或钢轨制成。也可用钢管或钢轨制成。 7.7.装配式材料装配式材料盾构法施工
12、，其衬砌材料往往采用装配式材料，如钢筋盾构法施工，其衬砌材料往往采用装配式材料，如钢筋混凝土大型预制块，有加筋肋的铸铁预制块。混凝土大型预制块，有加筋肋的铸铁预制块。 在修筑棚式明洞（简称棚洞）时，又可用预制板或梁，装在修筑棚式明洞（简称棚洞）时，又可用预制板或梁，装配板式棚洞或梁式棚洞。配板式棚洞或梁式棚洞。 用新奥法施工时，为了防水、防落石和美观要求，还用新奥法施工时，为了防水、防落石和美观要求，还可以加设离壁式结构，常用的材料有波纹钢拱式大型可以加设离壁式结构，常用的材料有波纹钢拱式大型装配预制件，有时可以用玻璃钢代替钢材等。装配预制件，有时可以用玻璃钢代替钢材等。 为了提高洞内照明、防
13、水、通风、美观、视线诱导或减少为了提高洞内照明、防水、通风、美观、视线诱导或减少噪音等原因，可在衬砌内表面粘贴各种各样的装修材料。噪音等原因，可在衬砌内表面粘贴各种各样的装修材料。 （三）衬砌类型（三）衬砌类型1 1单层衬砌（整体式模筑混凝土衬砌）单层衬砌（整体式模筑混凝土衬砌）3 3、锚喷式衬砌、锚喷式衬砌4 4、复合衬砌、复合衬砌2 2、装配式衬砌、装配式衬砌1 1单层衬砌（整体式模筑混凝土衬砌）单层衬砌（整体式模筑混凝土衬砌）技术成熟，适应多种围岩条件。技术成熟，适应多种围岩条件。在隧道洞口段、浅埋段及围岩条件很差的软弱围岩在隧道洞口段、浅埋段及围岩条件很差的软弱围岩中采用整体式衬砌较为
14、稳妥可靠。中采用整体式衬砌较为稳妥可靠。采用混凝士或钢筋混凝士为材料就地灌注而成。采用混凝士或钢筋混凝士为材料就地灌注而成。按传统松弛荷载理论设计和施作。按传统松弛荷载理论设计和施作。其工艺流程为：立模其工艺流程为：立模灌筑灌筑养生养生拆模拆模特点：特点：对地质条件的适用性较强，易于按需要成型，整体性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、好，抗渗性强，并适用于多种施工条件，如可用木、钢模板或衬砌模板台车等钢模板或衬砌模板台车等适用：适用：2 2、装配式衬砌、装配式衬砌装配式衬砌是将衬砌分解为若装配式衬砌是将衬砌分解为若干块构件（也称管片），
15、这些干块构件（也称管片），这些构件在现场或工厂预制，然后构件在现场或工厂预制，然后运到现场安装。运到现场安装。 1）地质条件较好，围岩稳定，地下水很少，有场地，）地质条件较好，围岩稳定，地下水很少，有场地，施工单位又有制造、运输和拼装衬砌的设备，并控制施工单位又有制造、运输和拼装衬砌的设备，并控制开挖和拼装工艺有一定的经验时，可采用拼装衬砌。开挖和拼装工艺有一定的经验时，可采用拼装衬砌。 2）采用盾构施工，又考虑二次衬砌时，也宜采用）采用盾构施工，又考虑二次衬砌时，也宜采用拼装式衬砌，快速形成一次衬砌的强度。拼装式衬砌，快速形成一次衬砌的强度。适适用用条条件件按传统松弛荷载理论设计按传统松弛荷
16、载理论设计按现代围岩承载理论设计按现代围岩承载理论设计3 3、锚喷式衬砌、锚喷式衬砌 锚喷式衬砌是指锚喷结构既作为隧道临时支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的形式。护，又作为隧道永久结构的形式。 在在IV-VI级围岩中不宜单独采用级围岩中不宜单独采用喷锚支护作永久衬砌，一般考喷锚支护作永久衬砌，一般考虑在虑在、级等围岩良好、完级等围岩良好、完整、稳定的地段中可以采用。整、稳定的地段中可以采用。 隧道洞口段不宜采用。隧道洞口段不宜采用。 适用：适用：喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土拌和料与水汇合成为浆
17、状，喷射到坑道的岩壁上凝结而成拌和料与水汇合成为浆状，喷射到坑道的岩壁上凝结而成的。当岩壁不够稳定时，可加设锚杆、金属网和钢架，构的。当岩壁不够稳定时，可加设锚杆、金属网和钢架，构成成“锚喷式衬砌锚喷式衬砌”，也称为，也称为“喷锚衬砌喷锚衬砌”。膨胀性围岩；膨胀性围岩；粘土质胶结的软岩；粘土质胶结的软岩；大面积涌水地段；大面积涌水地段；堆积层、破碎带等不良地质地段；堆积层、破碎带等不良地质地段； 对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求衬砌内轮廓很整齐、平整；衬砌内轮廓很整齐、平整；辅助坑道或其它隧道与主隧道的连接处及附近地段；辅助坑道或其它
18、隧道与主隧道的连接处及附近地段；有很高的防水要求的隧道；有很高的防水要求的隧道；围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆除者等；除者等；地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的腐蚀；腐蚀；最冷月平均气温低于最冷月平均气温低于-5地区的冻害地段。地区的冻害地段。不宜采用喷锚支护作为永久衬砌的情况有不宜采用喷锚支护作为永久衬砌的情况有 4 4、复合衬砌、复合衬砌 复合式衬砌不同于单层厚复合式衬砌不同于单层厚壁的模筑混凝土衬砌，它把衬壁的模筑混凝土衬砌，它把衬砌分成两层或两层以上，可以砌分成两层或
19、两层以上，可以是同一种型式、方法和材料施是同一种型式、方法和材料施作的，也可以是不同型式、方作的，也可以是不同型式、方法、时间和材料施作的。法、时间和材料施作的。 外衬主要是以喷射混凝土和锚杆为基本组合形式的一外衬主要是以喷射混凝土和锚杆为基本组合形式的一系列现代隧道支护系列现代隧道支护 内层衬砌则有多种材料和构造形式，但以就地模筑混内层衬砌则有多种材料和构造形式，但以就地模筑混凝土为主。凝土为主。 按现代围岩承载理论设计和施作。按现代围岩承载理论设计和施作。 我国铁路隧道、高等级公路隧道已普遍采用复合式衬砌。我国铁路隧道、高等级公路隧道已普遍采用复合式衬砌。二、整体式模筑混凝土衬砌（单层衬砌
20、）二、整体式模筑混凝土衬砌（单层衬砌） 整体式模筑混凝土衬砌是传统衬砌结构形式，采用传统整体式模筑混凝土衬砌是传统衬砌结构形式，采用传统矿山法施工的隧道，广泛使用整体式衬砌，不考虑围岩的承矿山法施工的隧道，广泛使用整体式衬砌，不考虑围岩的承载作用，主要通过衬砌的结构刚度抵御地层的变形，承受围载作用，主要通过衬砌的结构刚度抵御地层的变形，承受围岩的压力，岩的压力，应用传统松弛荷载理论设计应用传统松弛荷载理论设计。 整体式模筑混凝土衬砌，是在坑道整体式模筑混凝土衬砌，是在坑道内树立摸板、拱架，然后浇灌混凝土而内树立摸板、拱架，然后浇灌混凝土而成，成，具有较大的厚度和刚度。适用于不具有较大的厚度和刚
21、度。适用于不同的地质条件，易于按需成形，整体性同的地质条件，易于按需成形，整体性强，抗渗性好，且适合多种施工方法，强，抗渗性好，且适合多种施工方法，因此，在我国隧道工程中广泛使用，因此，在我国隧道工程中广泛使用，技技术成熟，适用多种围岩条件，特别是在术成熟，适用多种围岩条件，特别是在隧道洞口段、浅埋段及围岩很差的软弱隧道洞口段、浅埋段及围岩很差的软弱围岩中采用整体式衬砌较为稳妥可靠。围岩中采用整体式衬砌较为稳妥可靠。其工艺流程为：立模其工艺流程为：立模灌筑灌筑养生养生拆模拆模二、整体式模筑混凝土衬砌（单层衬砌）二、整体式模筑混凝土衬砌（单层衬砌）（一）直墙式衬砌（一）直墙式衬砌（二）曲墙式衬砌
22、（二）曲墙式衬砌 （三）公路隧道整体式衬砌设计基本要求（三）公路隧道整体式衬砌设计基本要求2、结构组成、结构组成1、适用条件、适用条件整体式模筑混凝土衬砌主要是整体式模筑混凝土衬砌主要是通过调整断面形状和衬砌厚通过调整断面形状和衬砌厚度来适应不同的地质条件度来适应不同的地质条件，即适应不同的围岩级别和围岩，即适应不同的围岩级别和围岩压力分布情况，因而，单层衬砌的形状和厚度变化较多。压力分布情况，因而，单层衬砌的形状和厚度变化较多。 （一）直墙式衬砌（一）直墙式衬砌 适用于地质条件比适用于地质条件比较好，以垂直围岩较好，以垂直围岩压力为主而水平围压力为主而水平围岩压力较小的情况，岩压力较小的情况
23、，主要适用于主要适用于、级围岩，有时也级围岩，有时也可用于可用于级围岩。级围岩。 1、适用条件、适用条件（一）直墙式衬砌（一）直墙式衬砌 上部拱圈 竖直边墙 下部铺底 2、结构组成、结构组成3、几种特殊情况、几种特殊情况（1）半衬砌（省去边墙）半衬砌（省去边墙）（2）大拱脚）大拱脚（3）降低边墙建筑材料等级或采用花边墙）降低边墙建筑材料等级或采用花边墙（1）半衬砌（省去边墙）半衬砌（省去边墙）（一）直墙式衬砌（一）直墙式衬砌 多多用于地质条件极好、岩层坚硬完整也没有地下水侵入的情况用于地质条件极好、岩层坚硬完整也没有地下水侵入的情况 对于一些侧压力很大的较软的岩层或土层，为了避免直对于一些侧压
24、力很大的较软的岩层或土层，为了避免直墙承受较大的压应力，也可采用落地拱形式。墙承受较大的压应力，也可采用落地拱形式。 注意在拱脚做平台以支撑拱圈，两侧岩壁喷浆敷面阻止风注意在拱脚做平台以支撑拱圈，两侧岩壁喷浆敷面阻止风化和少量地下水的渗透。化和少量地下水的渗透。 （2）大拱脚）大拱脚产生于先拱后墙法施工，为了节省圬工，采用大拱脚薄边墙衬砌产生于先拱后墙法施工，为了节省圬工，采用大拱脚薄边墙衬砌 最大的问题是大拱脚支座施工困最大的问题是大拱脚支座施工困难，在非均质岩层中很难用钻爆难，在非均质岩层中很难用钻爆法做出整齐稳定的支座。法做出整齐稳定的支座。 （3）降低边墙建筑材料等级或采用花边墙）降低
25、边墙建筑材料等级或采用花边墙在地质条件尚好，侧压力不大，如围岩完整性比较好的在地质条件尚好，侧压力不大，如围岩完整性比较好的类围岩中，但又不宜采用半衬砌时，为了节省边墙圬类围岩中，但又不宜采用半衬砌时，为了节省边墙圬工，可以简化边墙：工，可以简化边墙：降低边墙建筑材料的等级，如将混凝土边墙改为石砌边墙；降低边墙建筑材料的等级，如将混凝土边墙改为石砌边墙；采用柱式边墙或连拱式边墙，统称为花边墙。采用柱式边墙或连拱式边墙，统称为花边墙。曲墙式衬砌适用曲墙式衬砌适用于地质条件比较于地质条件比较差，岩体松散破差，岩体松散破碎，强度不高，碎，强度不高，又有地下水，侧又有地下水，侧向水平压力也相向水平压力
26、也相当大的情况。主当大的情况。主要适用于要适用于级及级及以上的围岩或以上的围岩或级围岩双线。多级围岩双线。多线隧道也采用曲线隧道也采用曲墙有仰拱的衬砌。墙有仰拱的衬砌。（二）曲墙式衬砌（二）曲墙式衬砌 1、适用条件、适用条件（二）曲墙式衬砌（二）曲墙式衬砌 2、结构组成、结构组成仰拱的作用？仰拱的作用？抵御底部围岩压力抵御底部围岩压力防止衬砌沉降防止衬砌沉降使衬砌形成一个环状使衬砌形成一个环状的封闭整体结构以提高的封闭整体结构以提高衬砌的承载能力。衬砌的承载能力。顶部拱圈 侧面曲边墙 底部仰拱或铺底 公路隧道一般跨度较大，内轮廓接近限界的高宽比较铁公路隧道一般跨度较大，内轮廓接近限界的高宽比较
27、铁路双线隧道为小，拱部一般较铁路隧道平坦，墙高稍低。路双线隧道为小，拱部一般较铁路隧道平坦，墙高稍低。为减少拱肩及墙部的拉应力，提高围岩及结构的稳定性，为减少拱肩及墙部的拉应力，提高围岩及结构的稳定性，衬砌结构形式宜采用曲墙式衬砌。衬砌结构形式宜采用曲墙式衬砌。（三）公路隧道整体式衬砌设计基本要求（三）公路隧道整体式衬砌设计基本要求(1)整体式衬砌截面可设计为等截面或变截面。整体式衬砌截面可设计整体式衬砌截面可设计为等截面或变截面。整体式衬砌截面可设计为直墙式或曲墙式，对设仰拱的地段，为减少围岩和衬砌的应力集中为直墙式或曲墙式，对设仰拱的地段，为减少围岩和衬砌的应力集中避免急剧弯曲和棱角，仰拱
28、与边墙宜采用小半径曲线连接、仰拱厚度避免急剧弯曲和棱角，仰拱与边墙宜采用小半径曲线连接、仰拱厚度宜与边墙厚度相同。宜与边墙厚度相同。(2) 明洞衬砌与洞内衬砌交界处或不设明洞的洞口段衬砌，在距洞口明洞衬砌与洞内衬砌交界处或不设明洞的洞口段衬砌，在距洞口5-12m的位置应设沉降缝；在洞内，软岩地层明显分界处宜设沉降缝；在的位置应设沉降缝；在洞内，软岩地层明显分界处宜设沉降缝；在连续连续V,Vl级围岩中每级围岩中每30-80m应设沉降缝一道。应设沉降缝一道。 公路隧道一般跨度较大，内轮廓接近限界的高宽比较铁路公路隧道一般跨度较大，内轮廓接近限界的高宽比较铁路双线隧道为小，拱部一般较铁路隧道平坦，墙
29、高稍低。为双线隧道为小，拱部一般较铁路隧道平坦，墙高稍低。为减少拱肩及墙部的拉应力，提高围岩及结构的稳定性，衬减少拱肩及墙部的拉应力，提高围岩及结构的稳定性，衬砌结构形式宜采用曲墙式衬砌。砌结构形式宜采用曲墙式衬砌。(4)设置沉降缝、伸缩缝的目的是为了把不同承载能力结构、承受不设置沉降缝、伸缩缝的目的是为了把不同承载能力结构、承受不同围岩压力的结构完全断开，产生的沉降变形和受力变形各自独立。同围岩压力的结构完全断开，产生的沉降变形和受力变形各自独立。隧道结构设变形缝，并在缝内设置一定厚度的隔离层，采用沥青木隧道结构设变形缝，并在缝内设置一定厚度的隔离层，采用沥青木板或沥青麻丝是多年的做法，也可
30、采用具有一定耐久性的柔性材料。板或沥青麻丝是多年的做法，也可采用具有一定耐久性的柔性材料。沉降缝、伸缩缝缝宽应大于沉降缝、伸缩缝缝宽应大于20mm，缝内可夹浸沥青木板或沥青麻，缝内可夹浸沥青木板或沥青麻丝。伸缩缝、沉降缝应垂直于隧道轴线设置。丝。伸缩缝、沉降缝应垂直于隧道轴线设置。 (5)沉降缝、伸缩缝可兼作施工缝。在设有沉降缝、伸缩缝的位置，施沉降缝、伸缩缝可兼作施工缝。在设有沉降缝、伸缩缝的位置，施工缝宜调整到同一位置。同时，沉降缝、伸缩缝与临近施工缝的距离工缝宜调整到同一位置。同时，沉降缝、伸缩缝与临近施工缝的距离一般不小于一般不小于5m，是为保证一次浇注衬砌的长度。，是为保证一次浇注衬
31、砌的长度。 (6)不设仰拱的地段，衬砌边墙基底应置于稳固的地基之上，但不要因为不设仰拱的地段，衬砌边墙基底应置于稳固的地基之上，但不要因为边沟开挖而破坏了地基的整体性，导致边墙失稳。洞口端墙式洞门的基边沟开挖而破坏了地基的整体性，导致边墙失稳。洞口端墙式洞门的基础深度较大，洞门墙基坑开挖可能对隧道衬砌边墙基底造成损伤，要求础深度较大，洞门墙基坑开挖可能对隧道衬砌边墙基底造成损伤，要求在洞门墙厚度范围内，边墙基础应加深到与洞门墙基础底相同的高程。在洞门墙厚度范围内，边墙基础应加深到与洞门墙基础底相同的高程。 (3) 严寒与酷热的温差变化大的地区，特别时在最冷月份平均气严寒与酷热的温差变化大的地区
32、，特别时在最冷月份平均气温低于温低于-15的寒冷地区，距洞口的寒冷地区，距洞口100-200m范围的衬砌段应根范围的衬砌段应根据情况增设伸缩缝。据情况增设伸缩缝。 (8)隧道横洞指汽车横向通道、通风道等与主洞连接处形成交叉隧道横洞指汽车横向通道、通风道等与主洞连接处形成交叉口。在交叉口段，由于暴露空间大，结构受力复杂，为保证结口。在交叉口段，由于暴露空间大，结构受力复杂，为保证结构强度，防止开裂，要求交叉口衬砌段采用钢筋混凝土结构。构强度，防止开裂，要求交叉口衬砌段采用钢筋混凝土结构。 (9)根据一些已发生地震地区的调查资料看，地下结构具有很好的抗震根据一些已发生地震地区的调查资料看，地下结构
33、具有很好的抗震能力。在地震动峰值加速度系数小于能力。在地震动峰值加速度系数小于02的地区，一般地震对地下结构的地区，一般地震对地下结构影响不大；地震动峰值加速度系数大于影响不大；地震动峰值加速度系数大于0.2的地区，资料不多，不能保的地区，资料不多，不能保证地震发生时隧道衬砌不开裂、破坏。所以，在洞口段及软弱围岩段的证地震发生时隧道衬砌不开裂、破坏。所以，在洞口段及软弱围岩段的衬砌宜采用钢筋混凝土结构。衬砌宜采用钢筋混凝土结构。 (10)当采用钢筋混凝土衬砌结构时，混凝土强度等级不应小于当采用钢筋混凝土衬砌结构时，混凝土强度等级不应小于C25，受力主筋的净保护层厚度不小于受力主筋的净保护层厚度
34、不小于40mm。 (7)因地形、地质构造造成围岩松动、滑移而引起有明显偏压的地段，因地形、地质构造造成围岩松动、滑移而引起有明显偏压的地段，有时由于施工工序而引起的短暂偏压地段，为了承受不对称围岩压力，有时由于施工工序而引起的短暂偏压地段，为了承受不对称围岩压力，设计中应采用抗偏压衬砌。根据国内工程实例调查，偏压状态一般出现设计中应采用抗偏压衬砌。根据国内工程实例调查，偏压状态一般出现在洞口，容易出现开裂，所以抗偏压衬砌宜采用钢筋混凝土结构。在洞口，容易出现开裂，所以抗偏压衬砌宜采用钢筋混凝土结构。 三、装配式衬砌三、装配式衬砌 装配式衬砌是将衬砌分解为若干块构件（也称管片），装配式衬砌是将衬
35、砌分解为若干块构件（也称管片），这些构件在现场或工厂预制，然后运到现场安装。这些构件在现场或工厂预制，然后运到现场安装。 按传统松弛荷载理论设计按传统松弛荷载理论设计按现代围岩承载理论设计按现代围岩承载理论设计4. 4. 装配式衬砌的构造要求装配式衬砌的构造要求3 3、装配式衬砌的优缺点、装配式衬砌的优缺点1 1、装配式衬砌的构造的目的、装配式衬砌的构造的目的三、装配式衬砌三、装配式衬砌 2 2、装配式衬砌的适用条件、装配式衬砌的适用条件1）地质条件较好，围岩稳定，地下水很少，有场地，）地质条件较好，围岩稳定，地下水很少，有场地，施工单位又有制造、运输和拼装衬砌的设备，并控制施工单位又有制造、
36、运输和拼装衬砌的设备，并控制开挖和拼装工艺有一定的经验时，可采用拼装衬砌。开挖和拼装工艺有一定的经验时，可采用拼装衬砌。 2）采用盾构施工，又考虑二次衬砌时，也宜采用）采用盾构施工，又考虑二次衬砌时，也宜采用拼装式衬砌，快速形成一次衬砌的强度。拼装式衬砌，快速形成一次衬砌的强度。2 2、装配式衬砌的适用条件、装配式衬砌的适用条件3 3、装配式衬砌的优缺点、装配式衬砌的优缺点（1）一经装配成环，不需养生时间，即可承受围岩压力；）一经装配成环，不需养生时间，即可承受围岩压力；（2）预制的构件可以在工厂成批生产、在洞内可以机械化）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
37、；拼装，从而改善了劳动条件；（3）拼装时，不需要临时支撑如拱架、模板等，从而节省）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；大量的支撑材料和劳力；（4）拼装速度因机械化而提高，缩短了工期，还有可能降）拼装速度因机械化而提高，缩短了工期，还有可能降低造价；低造价；（5）拼装衬砌既可以按传统隧道工程理论作为单层衬砌设）拼装衬砌既可以按传统隧道工程理论作为单层衬砌设计和使用，也可以按现代隧道工程理论作为内层衬砌设计和使计和使用，也可以按现代隧道工程理论作为内层衬砌设计和使用；用；（6）拼装衬砌的整体性较差，受力状态不太好，尤其是接）拼装衬砌的整体性较差，受力状态不太好，尤其
38、是接缝缝多，防水性能较差，必须单独加设有效的防水层，在富水缝缝多，防水性能较差，必须单独加设有效的防水层，在富水地层中应用时需要有较多的支持措施。地层中应用时需要有较多的支持措施。（7）要求一定的机械化设备，施工工艺复杂。）要求一定的机械化设备，施工工艺复杂。4. 4. 装配式衬砌的构造要求装配式衬砌的构造要求（1）强度足够而且耐久；）强度足够而且耐久；（2）能立即承受荷载；）能立即承受荷载；（3）管片形状简单，尺寸统一，便于工厂预制；）管片形状简单，尺寸统一，便于工厂预制；（4）管片类型少、规格少、配件少，大小和重量合适，）管片类型少、规格少、配件少，大小和重量合适，便于机械拼装；便于机械拼
39、装；（5）管片的接头数目和接头总长要求尽量减少，以有）管片的接头数目和接头总长要求尽量减少，以有利于防水、抗渗和防侵蚀等；若采用轻质混凝土装配式衬利于防水、抗渗和防侵蚀等；若采用轻质混凝土装配式衬砌，则可以减轻砌块自重，容易同时满足几条设计原则要砌，则可以减轻砌块自重，容易同时满足几条设计原则要求。求。（6）必须加设有效的防水层及排水设施。）必须加设有效的防水层及排水设施。四、锚喷式衬砌四、锚喷式衬砌 锚喷式衬砌是指锚喷结构既作为隧道临时支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的形式。护，又作为隧道永久结构的形式。 喷射混凝土是以压缩空气喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺
40、有速凝剂的混凝为动力，将掺有速凝剂的混凝土拌和料与水汇合成为浆状，土拌和料与水汇合成为浆状，喷射到坑道的岩壁上凝结而成喷射到坑道的岩壁上凝结而成的。当岩壁不够稳定时，可加的。当岩壁不够稳定时，可加设锚杆、金属网和钢架，构成设锚杆、金属网和钢架，构成“锚喷式衬砌锚喷式衬砌”，也称为，也称为“喷喷锚衬砌锚衬砌”。在在IV-VI级围岩中不宜单独采用喷锚支护作永久衬砌，级围岩中不宜单独采用喷锚支护作永久衬砌，隧道洞口段不宜采用。隧道洞口段不宜采用。 适用适用：特点特点 与围岩密贴、支护及时、柔性好；与围岩密贴、支护及时、柔性好；封闭围岩壁面防止风化；封闭围岩壁面防止风化；充填裂隙加固围岩；充填裂隙加固
41、围岩；它能充分调动围岩本身的自稳能力，与围岩组成它能充分调动围岩本身的自稳能力，与围岩组成共同承载体系；共同承载体系；施工方便和经济施工方便和经济 在围岩整体性较好的军事工程、各类用途的使用期较短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。一般考虑在及重要性较低的隧道中广泛使用。一般考虑在、级级等围岩良好、完整、稳定的地段中可以采用。在公路、等围岩良好、完整、稳定的地段中可以采用。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。工条件和使用要求可采用锚喷衬砌的规定。
42、膨胀性围岩；膨胀性围岩；粘土质胶结的软岩；粘土质胶结的软岩；大面积涌水地段；大面积涌水地段；堆积层、破碎带等不良地质地段；堆积层、破碎带等不良地质地段； 对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求衬砌内轮廓很整齐、平整；衬砌内轮廓很整齐、平整；辅助坑道或其它隧道与主隧道的连接处及附近地段；辅助坑道或其它隧道与主隧道的连接处及附近地段；有很高的防水要求的隧道；有很高的防水要求的隧道；围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆除者等；除者等；地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的地下水有侵蚀
43、性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的腐蚀；腐蚀；最冷月平均气温低于最冷月平均气温低于-5地区的冻害地段。地区的冻害地段。不宜采用喷锚支护作为永久衬砌的情况有不宜采用喷锚支护作为永久衬砌的情况有 四、锚喷式衬砌四、锚喷式衬砌1 1、锚喷式衬砌构造、锚喷式衬砌构造3 3、公路隧道规定、公路隧道规定2 2、铁路隧道设计规范中规定、铁路隧道设计规范中规定(1) 锚杆锚杆(2)喷射混凝土喷射混凝土(3)组成形式组成形式 1 1、锚喷式衬砌构造、锚喷式衬砌构造(1) 锚杆锚杆通过锚杆杆体或杆端锚头的膨胀将锚杆嵌固在围岩中（机械通过锚杆杆体或杆端锚头的膨胀将锚杆嵌固在围岩中（机械型）；型）；利用灌浆将锚杆杆体
44、或杆端端部固定在岩体内（粘结型）。利用灌浆将锚杆杆体或杆端端部固定在岩体内（粘结型）。 锚杆是一种锚固在岩体内部的杆状体，是喷锚支护的主要组成锚杆是一种锚固在岩体内部的杆状体，是喷锚支护的主要组成部分。它通过锚入岩体内部的钢筋，与岩体融为一体，达到提部分。它通过锚入岩体内部的钢筋，与岩体融为一体，达到提高围岩的力学性能，改善围岩的受力状态，实现加固围岩、维高围岩的力学性能，改善围岩的受力状态，实现加固围岩、维护围岩稳定的目的。护围岩稳定的目的。锚杆支护不仅对硬质围岩，而且对软质围岩也能起到良好的支锚杆支护不仅对硬质围岩，而且对软质围岩也能起到良好的支护效果。护效果。要求要求 第一要紧跟开挖面及
45、时安装系统锚杆；第一要紧跟开挖面及时安装系统锚杆；第二要确保锚杆全长注浆饱满，与岩体连成整体；第二要确保锚杆全长注浆饱满，与岩体连成整体；第三要求锚杆达到使用耐久，避免松弛、锈蚀、腐蚀损坏。第三要求锚杆达到使用耐久，避免松弛、锈蚀、腐蚀损坏。锚杆的布置锚杆的布置局部布置局部布置系系统统布置布置它主要用在裂隙围岩。重点加固不稳定块体，隧道拱它主要用在裂隙围岩。重点加固不稳定块体，隧道拱顶受拉破坏区为重点加固区域。顶受拉破坏区为重点加固区域。在破碎和软弱在破碎和软弱围岩中，一般围岩中，一般采用系统布置采用系统布置的锚杆，对围的锚杆，对围岩起到整个加岩起到整个加固作用。固作用。利用锚杆的悬吊作用、组
46、合拱作用、减跨作用、挤压加固作利用锚杆的悬吊作用、组合拱作用、减跨作用、挤压加固作用，将围岩中的节理、裂隙串成一体，提高围岩的整体性，用，将围岩中的节理、裂隙串成一体，提高围岩的整体性，改善围岩的力学性能，从而发挥围岩的自承能力。改善围岩的力学性能，从而发挥围岩的自承能力。(2)喷射混凝土喷射混凝土喷射混凝土是在隧道开挖后立即施工，利用泵或高压风作喷射混凝土是在隧道开挖后立即施工，利用泵或高压风作动力，把混凝土混合料通过喷射机、输料管及喷头直接喷动力，把混凝土混合料通过喷射机、输料管及喷头直接喷射到隧道围岩壁上，以覆盖围岩壁面，维护隧道围岩稳定射到隧道围岩壁上，以覆盖围岩壁面，维护隧道围岩稳定
47、的结构物的结构物 。具有不需模板、施作速度快、早期强度高、密实度好、与具有不需模板、施作速度快、早期强度高、密实度好、与围岩紧密粘结、不留空隙的突出优点。围岩紧密粘结、不留空隙的突出优点。普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥325号；号；坚硬耐久的卵石或碎石：坚硬耐久的卵石或碎石：粒经不应大于粒经不应大于15mm；河沙：不含土质或杂物；河沙：不含土质或杂物；速凝剂。速凝剂。 其拌和材料包括：其拌和材料包括：(2)喷射混凝土喷射混凝土喷层厚度一般喷层厚度一般530cm ，施工时要求分几次喷射达到设计厚度。施工时要求分几次喷射达到设计厚度。 封闭岩面、防止风化松动、填充坑凹及裂隙、维封闭岩面、防止风化松动
48、、填充坑凹及裂隙、维护和提高围岩的整体性、帮助围岩发挥自身的结护和提高围岩的整体性、帮助围岩发挥自身的结构作用、调整围岩应力分布、防止应力集中、控构作用、调整围岩应力分布、防止应力集中、控制围岩变形、防止掉块、防止坍塌。制围岩变形、防止掉块、防止坍塌。 作用作用(3)组成形式组成形式 锚杆支护锚杆支护喷射混凝土支护喷射混凝土支护喷射混凝土喷射混凝土+锚杆联合支护锚杆联合支护喷射混凝土喷射混凝土+钢筋网联合支护钢筋网联合支护喷射混凝土喷射混凝土+锚杆锚杆+钢筋网联合支护钢筋网联合支护喷射钢纤维混凝土支护喷射钢纤维混凝土支护喷射钢纤维混凝土喷射钢纤维混凝土+锚杆联合支护锚杆联合支护上述几种类型加设
49、型钢支撑（或格栅支撑）的联合支护等等上述几种类型加设型钢支撑（或格栅支撑）的联合支护等等2 2、铁路隧道设计规范中规定（、铁路隧道设计规范中规定（p60p60）（1）锚喷衬砌内轮廓线应比整体式衬砌适当加大，除）锚喷衬砌内轮廓线应比整体式衬砌适当加大，除考虑施工误差和位移量外，应再预留考虑施工误差和位移量外，应再预留10cm作为必要时作为必要时补强用。补强用。 （2）遇到下列情况时不应采用锚喷衬砌：地下水发育）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堤段；能造成衬砌腐蚀或特殊膨胀性围或大面积淋水堤段；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岩地段；最冷月平均气温低于-
50、5度地区的冻害地段；度地区的冻害地段；有其他要求的隧道。有其他要求的隧道。 3 3、公路隧道规定：、公路隧道规定：锚喷衬砌的内轮廓线，宜采用曲墙式的断面形式锚喷衬砌的内轮廓线，宜采用曲墙式的断面形式 锚喷衬砌外轮廓线除考虑锚喷变形量外宜再预留锚喷衬砌外轮廓线除考虑锚喷变形量外宜再预留20cm。 锚喷支护作为隧道的永久衬砌，一般考虑是在锚喷支护作为隧道的永久衬砌，一般考虑是在级及以上级及以上围岩中采用。在围岩中采用。在级及以下围岩中，采用锚喷支护经验不级及以下围岩中，采用锚喷支护经验不足，可靠性差。按目前的施工水平，可将锚喷支护作为初足，可靠性差。按目前的施工水平，可将锚喷支护作为初期支护配合第
