1、2020-11-191第三章 隧道结构构造3 3隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 学习本章的要求：学习本章的要求：（1 1）掌握公路隧道的洞身结构、洞门结构、明洞结构）掌握公路隧道的洞身结构、洞门结构、明洞结构和防排水设施的构造原理和防排水设施的构造原理（2 2）了解公路隧道斜井与竖井、内装修与路面结构）了解公路隧道斜井与竖井、内装修与路面结构2020-11-192隧道结构构造 结构构造结构构造主体构造物主体构造物附属构造物附属构造物衬砌衬砌洞门洞门 （明洞）（明洞）通风通风照明照明排水、消防、通讯等排水、消防、通讯等（永久性人工建筑物）（永久性人工建筑物）（辅助设施）（辅
2、助设施）2020-11-193F 洞身衬砌洞身衬砌 F 洞门洞门 F 明洞明洞F 斜井与竖井斜井与竖井F 内装、顶棚与路面内装、顶棚与路面F 隧道的防水与排水隧道的防水与排水第第3 3章章 隧道结构构造隧道结构构造2020-11-194第一节 洞身衬砌1 1 、衬砌概念、衬砌概念2 2、衬砌材料衬砌材料3 3、洞身衬砌类型洞身衬砌类型2020-11-1951 1 、衬砌概念、衬砌概念开挖后的隧道，为了保持围岩的稳定性，隧道必须有足够强度的支护结构开挖后的隧道，为了保持围岩的稳定性，隧道必须有足够强度的支护结构称为衬砌。称为衬砌。支护的方式支护的方式 外部支护外部支护（混凝土衬砌、砌石衬（混凝土
3、衬砌、砌石衬砌、拼装式衬砌砌、拼装式衬砌 ）内部支护内部支护（锚杆支（锚杆支护、锚喷支护等）护、锚喷支护等）混合支护混合支护 2020-11-1962 2）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。）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。要求：要求：1 1）应具有足够的强度、耐久性、抗渗性、耐腐蚀性和抗冻性等。）应具有足够的强度、耐久性、抗渗性、耐腐蚀性和抗冻性等。2 2、衬砌材料、衬砌材料隧道是埋藏在地层深处的构筑物，其衬砌一般要承受较大的隧道是埋藏在地层深处的构筑物，其衬砌一般要承受较大的围岩压力围岩压力、地下水压力地下水压力
4、，有时还要受到，有时还要受到化学物化学物质质的侵蚀，处于高寒地区的隧道往往还要受到的侵蚀，处于高寒地区的隧道往往还要受到冻害冻害等。等。2020-11-1971 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2 2、衬砌材料、衬砌材料2020-11-1981 1混凝土混凝土优点优点 整体性好，既可以在现场浇筑，也可以在加工场预制，而且可以机械化施工。可以在水泥整体性好，既可以在现场浇筑，也可以在加工场预制，而且可以机械化施工。可以在水泥中掺入外加
5、剂，以提高混凝土的性能。中掺入外加剂，以提高混凝土的性能。缺点缺点 灌注后不能立即承受荷载，需要进行养护，达到预定强度才能拆模，占用的模板和拱架较多。灌注后不能立即承受荷载，需要进行养护，达到预定强度才能拆模，占用的模板和拱架较多。普通混凝土的耐侵蚀能力较差。普通混凝土的耐侵蚀能力较差。工艺流程：立模灌筑养护拆模2020-11-1992020-11-19102020-11-19113.3.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区、偏压、通过断层破碎带或淤泥、流砂等不良主要用在洞门、明洞衬砌等明挖地段，或者当隧道通过地震区、偏压、通过断层破碎带或淤泥、流砂等不
6、良地质地段。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，允许采用片石混凝土（片石的掺量不应超过总体积的铁路隧道，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20%20%）。此外，当起拱线以上）。此外，当起拱线以上1m1m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。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。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
7、3030。2020-11-19122020-11-19132020-11-19144 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。蚀性能较好。整体性、防水性能较差，施工进度较慢，而且砌筑技术整体性、防水性能较差，施工进度较慢，而且砌筑技术要求高。要求高。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。2020-11-19155 5喷射混凝土喷射混凝土喷射混凝土是将混
8、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。其密实性强，能快速封闭围岩裂隙。密贴于岩石表面，早期强度高，能起到封闭凝结而成。其密实性强，能快速封闭围岩裂隙。密贴于岩石表面，早期强度高，能起到封闭岩面和支护作用，是一种较为理想的柔性支护。岩面和支护作用，是一种较为理想的柔性支护。2020-11-19162020-11-19172020-11-19182020-11-19196.6.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，
9、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。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。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。初期支护采用的钢架宜用初期支护采用的钢架宜用H H形、工字形、形、工字形、U U形型钢制成，也可用钢管或钢轨制成。形型钢制成，也可用钢管或钢轨制成。2020-11-19202020-11-19212020-11-19222020-11-19232020-11-19242020-11-19252020-11-1926盾构隧道、掘进机隧道盾构隧道、掘进机
10、隧道 拼缝防水要求高拼缝防水要求高 与围岩接触不够密贴，一般应注浆与围岩接触不够密贴，一般应注浆 结构整体性不如模筑结构整体性不如模筑 需要足够的拼装空间需要足够的拼装空间 制备构件尺寸上要求精度高制备构件尺寸上要求精度高无洞内养护时间，可立即承载；无洞内养护时间，可立即承载；洞外预制质量好；洞外预制质量好；用机械手拼装，速度快，改善劳动条件用机械手拼装，速度快，改善劳动条件 不需临时支撑可节省大量材料及劳力不需临时支撑可节省大量材料及劳力7.7.装配式材料装配式材料2020-11-19272020-11-19282020-11-19292020-11-19301 1整体式混凝土衬砌整体式混凝
11、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、拼装式衬砌、拼装式衬砌3 3、洞身衬砌类型、洞身衬砌类型5 5、连拱衬砌、连拱衬砌2020-11-19311 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稳妥可靠。中采用整体式衬砌较为稳妥可靠。采用混凝土或钢筋混凝土为材料就地灌注而成。采用混凝土或钢筋混凝土为材料就地灌注而成。其工艺流程为：立模其工艺流程为：立模灌筑灌筑养护养护拆模拆模特点
12、：特点：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、钢模板或衬砌模板台车等用木、钢模板或衬砌模板台车等适用：适用：2020-11-1932（一）直墙式衬砌（一）直墙式衬砌（二）曲墙式衬砌（二）曲墙式衬砌 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度来适应不同的地质条件通过调整断面形状和衬砌厚度来适应不同的地质条件，即适应不同的围岩级别，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。和围岩压力分布情况
13、，因而，单层衬砌的形状和厚度变化较多。2020-11-1933（一）直墙式衬砌（一）直墙式衬砌 适用于适用于地质条件比较好地质条件比较好，以垂直围岩，以垂直围岩压力为主而压力为主而水平围岩压力较小水平围岩压力较小的情况，的情况，主要适用于主要适用于、级围岩，有时级围岩，有时也可用于也可用于级围岩。级围岩。1 1、适用条件、适用条件2020-11-1934（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 2、结构组成、结构组成2020-11-1935曲墙式衬砌适用于曲墙式衬砌适用于地质条件比较地质条件比较差差，岩体松散破碎，强度不高，岩体松散破碎，强度不高，又有地下水，又有地下
14、水，侧向水平压力也相侧向水平压力也相当大当大的情况。主要适用于的情况。主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。多线隧道也采用曲墙有仰拱的衬砌。线隧道也采用曲墙有仰拱的衬砌。（二）曲墙式衬砌（二）曲墙式衬砌 1 1、适用条件、适用条件2020-11-1936（二）曲墙式衬砌（二）曲墙式衬砌 2 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的封闭整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。体结构以提高衬砌的承载能力。顶部拱圈 侧面曲边墙 底部仰拱或铺底 2020-11-1937202
15、0-11-19382 2、拼装式衬砌、拼装式衬砌拼装式衬砌是将衬砌分解为若干块构件（也称拼装式衬砌是将衬砌分解为若干块构件（也称管片管片），这些），这些构件在现场或工厂预制，然后运到现场安装。构件在现场或工厂预制，然后运到现场安装。1 1）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）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。并控制开挖和拼装工艺有一定的经验时，可采用拼装衬砌。2 2）采用盾构施工，也宜采用拼装式衬砌，快速形成一次衬砌的强度。）采用盾构施工，也宜采
16、用拼装式衬砌，快速形成一次衬砌的强度。适适用用条条件件2020-11-1939拼装式衬砌的优缺点拼装式衬砌的优缺点（1 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 2）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；）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；（3 3）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；）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；（4 4）拼装速度因机械化而提高，缩短了工期，还有可能降低造价；）拼装速度因机
17、械化而提高，缩短了工期，还有可能降低造价；（6 6）拼装衬砌的整体性较差，受力状态不太好，尤其是接缝较多，防水性能较差，必须单独加设有效的防水）拼装衬砌的整体性较差，受力状态不太好，尤其是接缝较多，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。层，在富水地层中应用时需要有较多的支持措施。（7 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。2020-11-1940拼装式衬砌的构造要求拼装式衬砌的构造要求（1 1）强度足够而且耐久；）强度足够而且耐久；（2 2）能立即承受荷载；）能立即承受荷载；（3 3）管片形状简单，尺寸统一，便于
18、工厂预制；）管片形状简单，尺寸统一，便于工厂预制；（4 4）管片类型少、规格少、配件少，大小和重量合适，便于机械拼装；）管片类型少、规格少、配件少，大小和重量合适，便于机械拼装；（5 5）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）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砌，则可以减轻砌块自重，容易同时满足几条设计原则要求。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求。（6 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。2020-11-19412020-11-1
19、9423 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护，又作为隧道永久结构的形式。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。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混合成为浆状，喷射到坑道的岩壁上凝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混合成为浆状，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，构成结而成的。当岩壁不够稳定时，可加设锚杆、金属网和钢架，构成“锚喷式衬砌锚喷式衬砌”，也称为，也称为“喷锚衬砌喷锚衬砌”。2020-11-1943在在IV-VIIV-VI级围岩中不宜
20、级围岩中不宜单独单独采用喷锚支护作永久衬砌，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；充填裂隙加固围岩；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；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；施工方便和经济施工方便和经济 一般考虑在一般考虑在、级等围岩良好、完整、稳定的地段中可以采用。在公路、铁路隧道设计规范中，都有根级等围岩良好、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
21、件、施工条件和使用要求可采用锚喷衬砌的规定。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。2020-11-1944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2020-11-19452020-11-194620
22、20-11-19474 4、复合衬砌、复合衬砌 复合式衬砌不同于单层厚壁的模筑混凝土衬砌，它复合式衬砌不同于单层厚壁的模筑混凝土衬砌，它把衬砌分成把衬砌分成两层或两层以上两层或两层以上，可以是同一种型式、方法和，可以是同一种型式、方法和材料施作的，也可以是不同型式、方法、时间和材料施作材料施作的，也可以是不同型式、方法、时间和材料施作的。的。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 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。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。我国铁路隧道、高等
23、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。2020-11-1948复合衬砌按内、外衬的组合情况可分为：复合衬砌按内、外衬的组合情况可分为：喷锚支护与混凝土衬砌喷锚支护与混凝土衬砌；喷锚支护与喷射混凝土衬砌；喷锚支护与喷射混凝土衬砌；可缩性钢拱架（或格栅钢构拱架）喷射可缩性钢拱架（或格栅钢构拱架）喷射 混凝土与混凝土衬砌；混凝土与混凝土衬砌；装配式衬砌与混凝土衬砌。装配式衬砌与混凝土衬砌。2020-11-19492020-11-1950复合式衬砌的支护机理复合式衬砌的支护机理 外衬（初期支护）：允许大的约束变形，允许出现少量裂缝，吸收变形压力，稳定洞壁，与
24、围岩共同形外衬（初期支护）：允许大的约束变形，允许出现少量裂缝，吸收变形压力，稳定洞壁，与围岩共同形成支护体系。成支护体系。内衬（二次衬砌）：与外衬围岩共同内衬（二次衬砌）：与外衬围岩共同承受围岩残余变形产生的压力，共同承承受围岩残余变形产生的压力，共同承受外部条件恶化产生的压力（作为整个受外部条件恶化产生的压力（作为整个结构的安全储备）。结构的安全储备）。2020-11-1951复合衬砌的优缺点复合衬砌的优缺点 复合衬砌是将整个支护结构分解为复合衬砌是将整个支护结构分解为“初期支护初期支护”和和“二次衬砌二次衬砌两大部分，各部分分别起到不同的作用，两部分两大部分，各部分分别起到不同的作用，两
25、部分分别参与并与围岩共同工作，分别参与并与围岩共同工作，各有侧重各有侧重。复合衬砌结构形式既能充分调动并利用复合衬砌结构形式既能充分调动并利用围岩自我承载自我稳定的能力围岩自我承载自我稳定的能力，又可以充分发挥支护结构的承载能，又可以充分发挥支护结构的承载能力和支护材料的力学性能，结构稳定。力和支护材料的力学性能，结构稳定。复合衬砌的极限承载能力比同等厚度的单层衬砌的极限复合衬砌的极限承载能力比同等厚度的单层衬砌的极限承载能力可以提高承载能力可以提高20%-30%.20%-30%.而且，如果调整好内层而且，如果调整好内层衬砌的施作时间，还可以改善结构的受力条件。衬砌的施作时间，还可以改善结构的
26、受力条件。复合衬砌初期支护施作及时、刚度小易变形，与围岩密贴，复合衬砌初期支护施作及时、刚度小易变形，与围岩密贴，二次衬砌作为安全贮备二次衬砌作为安全贮备，表面光滑平整，增强，表面光滑平整，增强安全感。安全感。2020-11-19522020-11-19532020-11-19542020-11-19552020-11-19562020-11-1957连拱隧道衬砌结构图连拱隧道衬砌结构图5 5、连拱衬砌、连拱衬砌2020-11-1958第二节隧道限界与净空1 1 、隧道净空与限界、隧道净空与限界2 2、曲线隧道净空加宽、曲线隧道净空加宽2020-11-1959隧道净空隧道净空是指隧道衬砌的内轮
27、廓线所包围的空间。是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。（一）铁路隧道建筑限界、净空（一）铁路隧道建筑限界、净空（二）公路隧道净空和建筑限界（二）公路隧道净空和建筑限界限界限界是指一种规定的轮廓线。是指一种规定的轮廓线。1 1 、隧道净空与限界、隧道净空与限界“隧道建筑限界隧道建筑限界”是为了保证隧道内各种交通的正常运行与安全而规定的在一定宽度和高度范围内不得是为了保证隧道内各种交通的正常运行与安全而规定的在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间范围。有任何障碍物的空间范围。2020-11-1960（一）铁路隧道建筑限界、净空1 1机车车辆限界机车车辆限界2 2基本建筑限界基本建筑限界3 3
28、隧道建筑限界隧道建筑限界4 4直线隧道净空直线隧道净空2020-11-19611 1铁路机车车辆限界铁路机车车辆限界它是指机车车辆最外轮廓的限界尺寸。它能满足各种型号的它是指机车车辆最外轮廓的限界尺寸。它能满足各种型号的机车和车辆在横断面尺寸上的最大需要。机车和车辆在横断面尺寸上的最大需要。要求全国的列车装要求全国的列车装载货物后都不允许超过车辆限界范围以外。载货物后都不允许超过车辆限界范围以外。A=机车车辆限界机车车辆最大轮廓尺寸机车车辆技术改造预留空间 A2020-11-19622 2铁路基本建筑限界（铁路建筑接近限界）铁路基本建筑限界（铁路建筑接近限界）它是指线路上各种建筑物和设备均不得
29、侵入的轮廓线，它的用途是保证它是指线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线，它的用途是保证机车车辆的安全运行及建筑物和设备不受损害。机车车辆的安全运行及建筑物和设备不受损害。B=基本建筑限界A线路铺设误差线路变形和位移列车运行振动、摇动、摆动允许的货物超限尺寸 A B2020-11-1963隧道支护结构依据隧道建筑限界隧道支护结构依据隧道建筑限界设计。设计。3 3隧道建筑限界隧道建筑限界它是指包围它是指包围“基本建筑限界基本建筑限界”外部的轮廓线。即要比外部的轮廓线。即要比“基本建筑限界基本建筑限界”大一些，留出部分空间，用大一些，留出部分空间，用于安装通讯信号、照明、通风、于安装通讯信号、照
30、明、通风、电力等设备。电力等设备。C=隧道建筑限界B设备最大尺寸设备安装误差衬砌施工误差衬砌变形和位移 A B C2020-11-1964对于新建和改建的对于新建和改建的蒸汽及内燃牵引蒸汽及内燃牵引的单线和双线铁路隧道，分别采用隧道建筑限界的单线和双线铁路隧道，分别采用隧道建筑限界“隧限隧限-1A-1A”和和“隧限隧限-1B-1B”。2020-11-1965对于新建和改建的对于新建和改建的电力牵引电力牵引的单线和双线铁路隧道，分别采用的单线和双线铁路隧道，分别采用“隧限隧限-2A-2A”和和“隧隧限限-2B-2B”。2020-11-19664 4直线隧道净空直线隧道净空“直线隧道净空直线隧道净
31、空”是指轨面（路面）以上衬砌内轮廓线所包围的空间。是指轨面（路面）以上衬砌内轮廓线所包围的空间。铁路隧道净空的大小应以不侵入铁路隧道建筑限界为准。铁路隧道净空的大小应以不侵入铁路隧道建筑限界为准。D=直线隧道净空=C十结构受力合理形状便于施工 A B C D2020-11-1967（二）公路隧道净空断面和建筑限界公路隧道净空包括公路建筑限界、通风及其他所需的断面积。断面形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济公路隧道净空包括公路建筑限界、通风及其他所需的断面积。断面形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值。值。1 1、公路隧道的建筑限界、公路隧道的建筑限界 2 2、公路隧道的净空、公路隧道的净空 3 3
32、、其它、其它2020-11-19681 1、公路隧道的建筑限界、公路隧道的建筑限界 公路隧道的建筑限界是指为保证隧道内各种交通的正常运行与安全，而规定在一定宽度和高度范围内不得有公路隧道的建筑限界是指为保证隧道内各种交通的正常运行与安全，而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间限界。任何障碍物的空间限界。2020-11-19692020-11-1970公路隧道的净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，除包括公路建筑限界以外，还包括通风管道、照明设公路隧道的净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，除包括公路建筑限界以外，还包括通风管道、照明设备、防灾设备、监控设备、运行管理设备等附属设
33、备所需要的空间以及富余量和施工允许误差等，见图备、防灾设备、监控设备、运行管理设备等附属设备所需要的空间以及富余量和施工允许误差等，见图2-132-13。2 2、公路隧道的净空、公路隧道的净空 2020-11-1971（一）铁路曲线隧道净空加宽（一）铁路曲线隧道净空加宽（二）公路隧道曲线加宽（二）公路隧道曲线加宽2 2、曲线隧道净空加宽、曲线隧道净空加宽2020-11-1972（一）铁路曲线隧道净空加宽（一）铁路曲线隧道净空加宽1 1加宽原因加宽原因2 2加宽值的计算加宽值的计算3 3、曲线隧道中线与线路中线偏移距离、曲线隧道中线与线路中线偏移距离4 4 、加宽平面布置、加宽平面布置 E=曲线
34、隧道净空D曲线隧道净空加宽 2020-11-1973 车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却不能随线路弯曲仍保持其矩形形状。故其车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却不能随线路弯曲仍保持其矩形形状。故其两端向曲线外侧偏移两端向曲线外侧偏移 （d d外外），中间向曲线内侧偏移（），中间向曲线内侧偏移（d d内内1 1）。如图。）。如图。由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动了一个距离由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动了一个距离（d d内内2 2）。1 1加宽原因加宽原因2020-11-
35、1974 据此，曲线隧道净空的加宽值为：据此，曲线隧道净空的加宽值为：内侧加宽内侧加宽 W1=dW1=d内内1 1+d+d内内2 2 外侧加宽外侧加宽 W2=dW2=d外外 总加宽总加宽 W=W1+W2=dW=W1+W2=d内内1 1+d+d内内2 2+d+d外外2020-11-1975（1 1）单线曲线隧道加宽值的计算）单线曲线隧道加宽值的计算 车辆中间部分向曲线内侧的偏移车辆中间部分向曲线内侧的偏移 d d内内1 1=l=l2 2/8R=4050/R/8R=4050/R 式中式中l l车辆转向架中心距，可取车辆转向架中心距，可取18m18m；R R曲线半径（曲线半径（m m）；）；车辆两端
36、向曲线外侧的偏移车辆两端向曲线外侧的偏移 d d外外=(L=(L2 2-l-l2 2)/8R=4400/R)/8R=4400/R 式中式中 L L标准车辆长度，我国为标准车辆长度，我国为26m26m；外轨超高使车体向曲线内侧倾移外轨超高使车体向曲线内侧倾移 d d内内2 2=HE/150=2.7E=HE/150=2.7E 式中式中H H隧道限界控制点自轨面起的高度；隧道限界控制点自轨面起的高度；E E曲线外轨超高值，其最大值不超过曲线外轨超高值，其最大值不超过1515，且，且E E=0.76v=0.76v2 2/R/R（cmcm）v v铁路远期行车速度（铁路远期行车速度（km/hkm/h）。）
37、。总加宽总加宽 W=dW=d内内1 1+d+d内内2 2+d+d外外=8450/R+2.7E=8450/R+2.7E（）（）2 2加宽值的计算加宽值的计算2020-11-1976（2 2）双线曲线隧道加宽值的计算）双线曲线隧道加宽值的计算l内侧加宽内侧加宽 W1=dW1=d内内1 1+d+d内内2 2=4050/R+2.7E=4050/R+2.7E（）（）l外侧加宽外侧加宽 W2=dW2=d外外=4400/R=4400/R（）（）2020-11-1977l内外侧线路中线间的加宽值内外侧线路中线间的加宽值W3W3按以下两种情况计算：按以下两种情况计算：当外侧线路的外轨超高大于内侧线路的外轨超高时
38、当外侧线路的外轨超高大于内侧线路的外轨超高时W3=8450/R+HE/300 W3=8450/R+HE/300（）。（）。HH车辆外侧顶角距内轨面顶面的高度，取车辆外侧顶角距内轨面顶面的高度，取360cm360cm；EE外侧线路的外轨超高值（）。外侧线路的外轨超高值（）。RR曲线半径（曲线半径（m m）；）；W3=8450/R+360E/300 W3=8450/R+360E/300（）（）=8450/R+1.2E =8450/R+1.2E （cmcm）其它情况时其它情况时W3=8450/RW3=8450/R （）（）总加宽总加宽W=W1+W2+W3W=W1+W2+W3 2020-11-1978
39、3 3、曲线隧道中线与线路中线偏移距离、曲线隧道中线与线路中线偏移距离曲线隧道内外侧加宽值不同，断面加宽后，隧曲线隧道内外侧加宽值不同，断面加宽后，隧道中线向曲线内侧偏移一个道中线向曲线内侧偏移一个d d值。值。单线单线曲线隧道中线与线路中线偏移距离曲线隧道中线与线路中线偏移距离d=d=（W W内内 W W外外）/2/2（）；（）；2020-11-1979双线双线曲线隧道内侧线路中线至隧道中线的距离曲线隧道内侧线路中线至隧道中线的距离d1=200d1=200（W1W1 W2W2 W3W3）/2/2（）（）双线曲线隧道外侧线路中线至隧道中线的距离双线曲线隧道外侧线路中线至隧道中线的距离d2=20
40、0+d2=200+（W1W1 W2+W3W2+W3）/2/2（）（）2020-11-19804 4、铁路曲线隧道加宽的平面布置、铁路曲线隧道加宽的平面布置2020-11-1981（二）公路隧道曲线加宽当隧道位于平面曲线半径当隧道位于平面曲线半径250m250m的地段时，应在曲线内侧加宽。的地段时，应在曲线内侧加宽。双车道路面的加宽值如表双车道路面的加宽值如表2-22-2所示；所示；单车道路面加宽按表列数值的二分之一采用。单车道路面加宽按表列数值的二分之一采用。2020-11-1982第三节隧道衬砌断面设计1 1 、横断面设计的基本内容和方法横断面设计的基本内容和方法2 2、铁路隧道衬砌断面基本
41、尺寸、铁路隧道衬砌断面基本尺寸3 3 、公路隧道衬砌断面设计、公路隧道衬砌断面设计2020-11-19831.1.内轮廓线（横断面净空）内轮廓线（横断面净空）2.2.结构轴线（横断面形状）结构轴线（横断面形状）3.3.截面厚度（截面强度能力）截面厚度（截面强度能力）检算强度检算强度 根据隧道类型选定建筑限界根据围岩类别等初步拟定尺寸（优化尺寸）计算内力检算强度（安全量）调整尺寸重复上述计算，直到合适为止。“大小够用为度、形状受力合理，施工简单方便”原则：原则：主要步骤：主要步骤：衬砌断面设计：衬砌断面设计：主要解决内轮廓线内轮廓线，轴线轴线和厚度厚度三个问题1 1 、横断面设计的基本内容和方法
42、横断面设计的基本内容和方法2020-11-1984原则：原则：1.1.内轮廓线（横断面净空）内轮廓线（横断面净空）衬砌内轮廓线衬砌内轮廓线紧贴限界，衬砌表面平顺圆滑。衬砌外轮廓线（最小开挖线）衬砌外轮廓线（最小开挖线）实际开挖线实际开挖线指为保持净空断面的形状，衬砌必须具有的足够指为保持净空断面的形状，衬砌必须具有的足够厚度（或称最小衬砌厚度）的外缘线。厚度（或称最小衬砌厚度）的外缘线。是开挖后形成的实际轮廓线的平均线是开挖后形成的实际轮廓线的平均线是衬砌的完成线，在内轮廓线之内的空间，即为隧道的是衬砌的完成线，在内轮廓线之内的空间，即为隧道的净空断面。该线应满足所围成的断面积最小，适合围岩净
43、空断面。该线应满足所围成的断面积最小，适合围岩压力的特点，以既经济又适用为目的。压力的特点，以既经济又适用为目的。2020-11-19852.2.结构轴线（横断面形状）结构轴线（横断面形状）隧道衬砌是一种受压结构，结构的轴线应尽可能地符合荷载作用下的压力线。隧道衬砌是一种受压结构，结构的轴线应尽可能地符合荷载作用下的压力线。若是两线重合，结构的各个截面都只承受若是两线重合，结构的各个截面都只承受的压力而无拉力，当然最有利于拱形结构的压力而无拉力，当然最有利于拱形结构的稳定和混凝土材料高抗压性能的发挥。的稳定和混凝土材料高抗压性能的发挥。但事实上很难做到。应使结构的轴线尽可但事实上很难做到。应使
44、结构的轴线尽可能接近压力线。能接近压力线。2020-11-1986、当衬砌受径向分布、当衬砌受径向分布的水压时，轴线以的水压时，轴线以圆形圆形最好；最好；、主要承受竖向压力或同时、主要承受竖向压力或同时承受不大的水平侧压力时，可承受不大的水平侧压力时，可采用采用三心圆拱三心圆拱和和直墙式衬砌直墙式衬砌；2020-11-1987、当承受竖向压力和较大侧压力时，宜采用五心圆曲墙式五心圆曲墙式衬砌衬砌；、当有沉陷可能和受底压力时，宜采用加设仰拱仰拱的曲墙式衬曲墙式衬砌砌。2020-11-1988随所处地质条件和水文地质条件不同而有较大变化，并且与隧道的跨径，荷载大小，衬砌材料以及施工条件等有关。根据
45、以往经验，拱圈可以采取等截面，也可采取在拱脚部分加厚2050的变截面。仰拱厚度一般略小于拱顶厚度。截面最小厚度（截面最小厚度（cm cm）3.3.截面厚度（截面强度能力）截面厚度（截面强度能力）检算强度检算强度 2020-11-19891 1、衬砌内轮廓线、衬砌内轮廓线 我国铁路隧道的建筑限界我国铁路隧道的建筑限界是统一固定的，衬砌结构是统一固定的，衬砌结构均有通用的设计标准图，均有通用的设计标准图，不需做专门的设计，但当不需做专门的设计，但当有较大偏压、冻胀力、倾有较大偏压、冻胀力、倾斜的滑动推力或施工中出斜的滑动推力或施工中出现大量坍方以及七度以上现大量坍方以及七度以上地震区等情况时，则应
46、根地震区等情况时，则应根据荷载特点进行个别设计。据荷载特点进行个别设计。2 2、铁路隧道衬砌断面基本尺寸、铁路隧道衬砌断面基本尺寸2020-11-19902 2、衬砌外轮廊线和轴线、衬砌外轮廊线和轴线 等截面等截面 变截面变截面 2020-11-1991公路隧道与铁路隧道的主要区别公路隧道与铁路隧道的主要区别 铁路隧道建筑限界是固定统一的，而公路隧道的建筑限界则取决于公路等级、地形、车道数等条件；铁路隧道建筑限界是固定统一的，而公路隧道的建筑限界则取决于公路等级、地形、车道数等条件；公路隧道的附属设施如通风、照明、消防、报警等也均比铁路隧道多且要求高，且每一座隧道均会因公路隧道的附属设施如通风
47、、照明、消防、报警等也均比铁路隧道多且要求高，且每一座隧道均会因交通流量和长度不同而要求不同。交通流量和长度不同而要求不同。*公路隧道的衬砌断面不能像铁路隧道那样编出标准设计图，需根据其具体的要求对每一座隧道进行单独设公路隧道的衬砌断面不能像铁路隧道那样编出标准设计图，需根据其具体的要求对每一座隧道进行单独设计。计。*目前，公路隧道大多采用单心圆或三心圆的拱形断面目前，公路隧道大多采用单心圆或三心圆的拱形断面，进一步分析，又可将其分为：单心圆、坦三心圆、，进一步分析，又可将其分为：单心圆、坦三心圆、尖三心圆三种拱形断面形状。其中以单心圆、坦三心圆两种断面应用最为普遍。尖三心圆三种拱形断面形状。
48、其中以单心圆、坦三心圆两种断面应用最为普遍。3 3 、公路隧道衬砌断面设计、公路隧道衬砌断面设计2020-11-19922020-11-1993主要设计步骤主要设计步骤（1 1）确定隧道类型，选定相应建筑限界；）确定隧道类型，选定相应建筑限界；（2 2）根据围岩类别初步拟定截面形状和厚度；）根据围岩类别初步拟定截面形状和厚度；（3 3）编制计算机程序，对拟定的各种衬砌断面方案分别进行优化计算比较，得出它们最优解时所对应编制计算机程序，对拟定的各种衬砌断面方案分别进行优化计算比较，得出它们最优解时所对应的断面几何参数；的断面几何参数；（4 4）应用结构分析程序，对得出的衬砌结构断面最优解进行力学
49、检算（内层衬砌按承受后期围岩压力）应用结构分析程序，对得出的衬砌结构断面最优解进行力学检算（内层衬砌按承受后期围岩压力来设计；单层衬砌按承受全部围岩压力来设计），并对有关结果作出评价。来设计；单层衬砌按承受全部围岩压力来设计），并对有关结果作出评价。2020-11-1994第四节隧道洞门结构1 1 、洞门的作用、洞门的作用2 2、洞门的类型洞门的类型2020-11-1995洞门（隧道门的简称，通常也泛指隧道门及明洞门），是隧道两端的外露部分，是隧道洞口用圬工砌筑用以保护洞口、洞门（隧道门的简称，通常也泛指隧道门及明洞门），是隧道两端的外露部分，是隧道洞口用圬工砌筑用以保护洞口、排放流水并加以建
50、筑装饰的支挡结构物。它联系衬砌和路堑，是整个隧道结构的主要组成部分，也是隧道进出口的标志。排放流水并加以建筑装饰的支挡结构物。它联系衬砌和路堑，是整个隧道结构的主要组成部分，也是隧道进出口的标志。洞门的作用洞门的作用 1 1）减少洞口土石方开挖量，起到挡土墙的作用。）减少洞口土石方开挖量，起到挡土墙的作用。2 2）稳定边仰坡，减小引线路堑的边坡高度，缩小正面仰坡的坡面长度，从而使边仰坡得以稳定。）稳定边仰坡，减小引线路堑的边坡高度，缩小正面仰坡的坡面长度，从而使边仰坡得以稳定。3 3）引离地面流水，把流水引入侧沟排走，保证了洞口的正常干燥状态。）引离地面流水，把流水引入侧沟排走，保证了洞口的正
