最新隧道工程第2章隧道结构构造及设计
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隧道结构构造
隧道结构构造山岭隧道结构由主体建筑物和附属建筑物两部分组成。
隧道的主体建筑物是为了保持隧道的稳定，保证车辆的安全运行而修建的，由洞身、衬砌和洞门组成。
在洞口容易坍塌或有落石的危险时，还需要加筑明洞隧道的附属建筑物是为了养护、维修工作的需要以及满足排水、供电、通信和通风等方面的要求而修建的。
隧道的附属建筑包括：临时停车带、防排水设施、大小避车洞（普铁）、综合洞室、电缆槽、长大隧道的通风设施等。
隧道附属建筑物，应根据具体情况设置。
3.1 洞门类型及构造3.1.1 隧道洞门作用隧道两端都要修建洞门。
洞门的作用是保持洞口仰坡和路堑边坡的稳定，汇集和排除地面水流，保护洞门附近岩土体的稳定，确保行车安全。
洞门的作用有以下几方面：（1）稳定边坡、仰坡。
洞口开挖施工后，附近边坡、仰坡裸露的岩体不断风化，容易滚落甚至滑塌，导致堵塞路面和洞口，砸坏线路轨道，威胁行车安全。
修建洞门就可以避免或减小这些危害。
（2）引排地表水。
雨季洞口地表水如不引排，可能会淹溺线路，引起边、仰坡滑塌，危及行车安全，修建洞门及截排水沟，可以使隧道洞口免遭降雨影响。
（3）装饰作用。
修建美观的洞门对隧道洞口可以起到装饰作用，城市、景区的隧道尤其需要结合所处环境美化洞门。
3.1.2 隧道洞门形式隧道洞门形式的选择应在保障安全的同时考虑洞门美化和环境美化。
不同地址的隧道洞门构造形式各有特点。
山岭隧道洞门形式主要有：环框式洞门、翼墙式洞门、柱式洞门及台阶式洞门等。
水底隧道的洞门通常与附属建筑物（如通风、供电、发电间、管理所、监控室等）结合在一起修建。
城市道路隧道因其交通量比较大，对洞门建筑的安全要求和艺术要求都比较高。
1.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（Ⅰ～Ⅱ级围岩），路堑开挖后仰坡极为稳定，又无较大的排水量要求时，可采用环框式洞门（图3-1），以起到加固洞口、防止落石的作用。
环框与洞口衬砌可用混凝土整体灌筑。
图3-1 环框式洞门2.端墙式洞门当地形开阔，岩土体基本稳定（Ⅱ～Ⅲ级围岩），边坡仰坡不高时，隧道轴线与坡面基本正交，常采用端墙式洞门（图3-2）。
隧道工程第二章-围岩分级
可采用定性划分和定量指标两种方法确定。
隧道工程
36
我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素 1 岩石坚硬程度 将岩浆岩、沉积岩和变质岩三大岩类按岩性、 物理力学参数、耐风化能力划分为硬质岩和软质 岩两大类。然后根据单轴饱和极限抗压强度再分 为5级，即极硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极 软岩。
隧道工程
16
岩体的基本工程性质
（三）力学性质
试件尺寸(cm):15×15×30
3 裂隙岩体的强度性质 试件强度(MPa):32.8~34.6
表中数值为试件的强度 与岩石试件强度的比值
结构面强度：c=0.11MPa;φ=38
隧道工程
17
围岩分级概述
围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分 布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产 生影响的那部分岩体（这里所指的岩体是土体与 岩体的总称）。 依据各种围岩的物理性质之间存在的内在联
隧道工程
26
围岩的分级方法
（二）以岩石强度或岩石的物性指标为代表 的分级方法 1 以岩石强度为基础的分级方法
该方法单纯以岩石的强度为分级依据。该方法认
为：坑道开挖后，它的稳定性主要取决于岩石的
强度。岩石愈坚硬，坑道愈稳定；反之岩石愈松
软，坑道的稳定性就愈差。该法不全面！
隧道工程
27
围岩的分级方法
节理较发育、节理发育、节理很发育4级。 按照岩体风化程度的不同将围岩分为：风化轻 微、较重、严重、极严重4级。
隧道工程
40
我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素
围岩完整程度
指标1：结构面发育程度 指标2：地质构造影响程度 由此两指标，将岩体完整程度分为5个级别，见下表：
《隧道结构构造》课件 (2)
预警系统
建立预警系统，及时发现隧道结构和环境问题，采取相应的措施。
典型工程案例分析
隧道设计与施工
介绍几个成功的隧道工程案例， 包括设计和施工的挑战、解决方 案和创新。
隧道开挖与掘进
探讨不同隧道开挖和掘进方法的 优缺点，以及最佳的施工实践。
隧道运营与维护
了解隧道运营和维护的重要性， 包括安全检查、定期维修和应急 措施。
研究隧道通风的原理和技术，包括自然通风和强制通风。
2 设计要点
探讨隧道通风系统的设计要点，如通风道路布置和风机选择。
3 安全考虑
介绍隧道通风对人员安全和烟雾排散的重要性。
隧道安全监测与预警系统
结构监测
利用传感器和监测设备监测隧道结构的变形和振动。
环境监测
监测隧道周围的地下水位、气体浓度和温度等环境参数。
《隧道结构构造》PPT课 件 (2)
隧道结构构造是一门重要的领域，本课件将带您深入了解隧道结构的概览， 构造要素，支护系统，以及其他相关内容。
隧道结构概览
探索隧道结构的各个方面，包括不同类型的隧道、设计原则和施工技术。了解隧道在不同环境中的应用和挑战。
隧道构造要素
1 地质勘察
详细讨论不同地质条件下的隧道设计和施工。
2 结构设计
了解隧道结构的设计原则和方法，包括纵、横断面设计、支撑结构和强度要求。
3 材料选择
探讨不同材料在隧道建设中的应ห้องสมุดไป่ตู้，包括混凝土、钢筋和其他类型的结构材料。
隧道支护系统介绍
刚性支护
柔性支护
防水措施
介绍隧道中常用的刚性支护结构， 如钢筋混凝土衬砌和钢拱架。
探讨隧道中采用的柔性支护系统， 如土压平衡梁和锚喷支护。
建立预警系统，及时发现隧道结构和环境问题，采取相应的措施。
典型工程案例分析
隧道设计与施工
介绍几个成功的隧道工程案例， 包括设计和施工的挑战、解决方 案和创新。
隧道开挖与掘进
探讨不同隧道开挖和掘进方法的 优缺点，以及最佳的施工实践。
隧道运营与维护
了解隧道运营和维护的重要性， 包括安全检查、定期维修和应急 措施。
研究隧道通风的原理和技术，包括自然通风和强制通风。
2 设计要点
探讨隧道通风系统的设计要点，如通风道路布置和风机选择。
3 安全考虑
介绍隧道通风对人员安全和烟雾排散的重要性。
隧道安全监测与预警系统
结构监测
利用传感器和监测设备监测隧道结构的变形和振动。
环境监测
监测隧道周围的地下水位、气体浓度和温度等环境参数。
《隧道结构构造》PPT课 件 (2)
隧道结构构造是一门重要的领域，本课件将带您深入了解隧道结构的概览， 构造要素，支护系统，以及其他相关内容。
隧道结构概览
探索隧道结构的各个方面，包括不同类型的隧道、设计原则和施工技术。了解隧道在不同环境中的应用和挑战。
隧道构造要素
1 地质勘察
详细讨论不同地质条件下的隧道设计和施工。
2 结构设计
了解隧道结构的设计原则和方法，包括纵、横断面设计、支撑结构和强度要求。
3 材料选择
探讨不同材料在隧道建设中的应ห้องสมุดไป่ตู้，包括混凝土、钢筋和其他类型的结构材料。
隧道支护系统介绍
刚性支护
柔性支护
防水措施
介绍隧道中常用的刚性支护结构， 如钢筋混凝土衬砌和钢拱架。
探讨隧道中采用的柔性支护系统， 如土压平衡梁和锚喷支护。
第2章4 隧道横断面设计
E 6940 0
E 6950 0
N 695 00
北秀山隧道
黑龙江工程学院
N 692 00 N 690 00
地面高程（m） 里程桩号 围岩级别 衬砌类型 地质概况
设计高程（m）
路面
坡度(%)坡长(m)
填挖高度（m）
黑龙江工程学院
Ⅳ 级围岩
复合式衬砌
III 级围岩 玄武岩
1.2%
Ⅳ 级围岩
路面
北秀山隧道
北秀山隧道（上行） 入口
N 694 00
N 694 00 N 693 00
E 6920 0
430
E 6930 0
420
410
E 6940 0
400
E 6950 0
N 694 00
N 693 00
E 6940 0
N 695 00
N 694 00
E 6930 0 E 6940 0
E 6950 0
N 691 00
(1) 确定建筑限界； (2) 确定弧形； (3) 计算验证、调整。 以上过程是个反复循环的过程
(1)圆形断面
(1)圆形断面
假定公路建筑限界已确定，其控制点为 a,b,c,d四个点。
①分别作ab,ac,ad的垂直平分线，在断面对称 轴上得到三个交点O1,O2、O3，
②取其中最高(至路面)者作为圆心O2。 ③在oa连线的延长线上取aA>0.1m，以oA为
③实际开挖线
如何控制超挖，至今仍是一个难题。 按设计要求所有超挖部分，都须用片 石回填密实。由于施工上的困难，不 容易作到密实。但这是设计及施工中 都应着重强调的问题。
(2)衬砌断面的形状 ①曲墙式衬砌
（三心圆拱、单圆拱、五心圆拱）
隧道工程第二章 隧道工程地质环境及围岩分级
第二章 隧道工程地质环境及围岩分级
褶皱
断层
节理
所有方法的基础 直观，但成本高，施工影响大 适用基本认定不良地质区段，对 施工干扰大
围岩自重应力场的变化规律
应力是随深度成线性增加 水平应力总是小于垂直应力，最多也只能与其相等
更为常用
第四节 围岩分级
1.0～2.0
＜1.0(饱和状态 的土＜1.5)
㈡ 围岩分级的影响因素及分级的修正
1、地下水 在隧道围岩分级中水的影响是不容忽视的，在同级围 岩中，遇水后则适当降低围岩级别。降低的幅度主要视： ①围岩的岩性及结构面的状态；②地下水的性质、大小、 流通条件及对围岩浸润状况和危害程度而定。本围岩分级 中关于地下水影响的修正参照表2-4-4和表2-4-5。
级法最早考虑了埋深对围岩级别的影响。其缺点是分类指标
还缺乏定量描述，没有提供可靠的预测隧道围岩级别的方法， 在一定程度上要等到隧道开挖后才能确定。
三、与地质勘探手段相联系的分级方法
围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标，它既 可以反映岩石软硬，又可以表达岩体结构的破碎程度。因此，
在弹性波速度基础上，综合考虑与隧道开挖及土压有关的因素
完 整
结构面1～2组，以构造型节理或层面 为主，密闭型
结构面2～3组，以构造型节理、层面 为主，裂隙多呈密闭型，部分为微张 型，少有充填物 结构面一般为3组，以节理及风化裂 隙为主，在断层附近受构造影响较大， 裂隙以微张型和张开型为主，多有充 填物 结构面大于3组，多以风化型裂隙为 主，在断层附近受构造作用影响大， 裂隙以张开型为主，多有充填物 结构面杂乱无序，在断层附近受断层 作用影响大，宽张裂隙全为泥质或泥 夹岩屑充填，充填物厚度大
2、初始应力场 围岩的初始应力状态对岩体的构造一力学特征是有一定
褶皱
断层
节理
所有方法的基础 直观，但成本高，施工影响大 适用基本认定不良地质区段，对 施工干扰大
围岩自重应力场的变化规律
应力是随深度成线性增加 水平应力总是小于垂直应力，最多也只能与其相等
更为常用
第四节 围岩分级
1.0～2.0
＜1.0(饱和状态 的土＜1.5)
㈡ 围岩分级的影响因素及分级的修正
1、地下水 在隧道围岩分级中水的影响是不容忽视的，在同级围 岩中，遇水后则适当降低围岩级别。降低的幅度主要视： ①围岩的岩性及结构面的状态；②地下水的性质、大小、 流通条件及对围岩浸润状况和危害程度而定。本围岩分级 中关于地下水影响的修正参照表2-4-4和表2-4-5。
级法最早考虑了埋深对围岩级别的影响。其缺点是分类指标
还缺乏定量描述，没有提供可靠的预测隧道围岩级别的方法， 在一定程度上要等到隧道开挖后才能确定。
三、与地质勘探手段相联系的分级方法
围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标，它既 可以反映岩石软硬，又可以表达岩体结构的破碎程度。因此，
在弹性波速度基础上，综合考虑与隧道开挖及土压有关的因素
完 整
结构面1～2组，以构造型节理或层面 为主，密闭型
结构面2～3组，以构造型节理、层面 为主，裂隙多呈密闭型，部分为微张 型，少有充填物 结构面一般为3组，以节理及风化裂 隙为主，在断层附近受构造影响较大， 裂隙以微张型和张开型为主，多有充 填物 结构面大于3组，多以风化型裂隙为 主，在断层附近受构造作用影响大， 裂隙以张开型为主，多有充填物 结构面杂乱无序，在断层附近受断层 作用影响大，宽张裂隙全为泥质或泥 夹岩屑充填，充填物厚度大
2、初始应力场 围岩的初始应力状态对岩体的构造一力学特征是有一定
隧道结构限界
2
0
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2 1 /
第1节 隧道净空与限界
7
/ 2
1.4.2
单线铁路隧道加宽计算
6
1.4.2.1 车辆中间部分向曲线内侧的偏移
On the evening of July 24, 2021
2
0
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2 1 /
第1节 隧道净空与限界
7
On the evening of July 24, 2021
2 0 2 1 / 7
/21.4.5
6
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第1节 隧道净空与限界
双线隧道中线偏移
On the evening of July 24, 2021
2 0 2 1 / 7
/21.4.6
6
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思考题：
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隧道衬砌断面设计
1、比较铁路隧道与公路隧道衬砌断面，
思考有哪些因素会影响到断面形状
2、运用数学优化知识谈谈如何使断
面满足各方面要求
On the evening of July 24, 2021
2
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2 1 /
第3节 隧道洞身支护结构
2.3.2 坦三心圆断面设计
6
坦三心圆内轮廓线
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2 1 /
第2节 隧道衬砌断面设计
7
/
2
6
《隧道结构构造》课件
隧道结构组成
01
02
03
洞身
隧道的主体部分，包括衬 砌和仰拱。
洞门
隧道的进出口部分，通常 采用端墙式洞门结构。
排水系统
用于排出隧道内的积水， 通常包括排水沟和集水坑 。
隧道结构设计原则
安全可靠
隧道结构设计应满足强 度、稳定性和耐久性的 要求，确保运营安全。
经济合理
结构设计应充分考虑施 工难度、工程造价等因
二次衬砌应在隧道施工完成后 进行，以确保隧道结构的稳定 性和安全性。
仰拱设计
仰拱是隧道底部结构的重要组成部分，主要作用是承受 围岩压力和外部荷载，同时控制底部的变形。
仰拱材料可选用混凝土或钢筋混凝土等，应具备足够的 强度和耐久性。
设计时应根据隧道跨度、围岩压力、外部荷载等因素进 行计算和分析，确定合适的仰拱厚度和材料。
支护结构
根据围岩等级和地质条件，选 择合适的初期支护和二次衬砌 结构。
施工监控
采用自动化监测系统，实时监 测隧道施工过程中的位移、应 力等数据。
防水排水
设计完善的防水排水系统，确 保隧道在使用过程中不渗漏。
某山区公路隧道防排水技术研究
防水材料
选用高分子防水材料，提高隧道的防水性能 。
排水系统
设计合理的排水系统，将隧道内的水引至集 水井，再通过水泵排出洞外。
初期支护应尽早施做，以控制 围岩变形，减少对隧道结构的
影响。
二次衬砌设计
二次衬砌是隧道永久结构的重 要组成部分，主要作用是承受
围岩压力和外部荷载。
设计时应根据隧道跨度、围岩 压力、外部荷载等因素进行计 算和分析，确定合适的衬砌厚
度和材料。
衬砌材料可选用混凝土、钢筋 混凝土或复合材料等，应具备 足够的强度和耐久性。
隧道工程之隧道结构构造
洞门的作用
· 减少洞口土石方开挖量 · 稳定边、仰坡 · 引离地表水流 · 装饰洞口
三 隧道洞门与明洞 3.2 隧道洞门的主要形式
洞口环框 端墙式洞门 翼墙式洞门 柱式洞门 台阶式洞门 削竹（斜切）式洞门 喇叭口式洞门
三 隧道洞门与明洞
① 洞口环框 当洞口石质坚硬
稳定，且地形陡峻无 排水要求时，可仅修 建洞口环框。
考虑使用后外力的变化和支护材料的劣化，需要提高作为结构物的耐久性； 衬砌施工后，因土压、水压、上覆荷载等外力发生时，需要加以支持； 在隧道变形没有收敛时修筑衬砌的场合，要给予隧道稳定必要的约束力。
二 隧道支护结构构造 2.3 单层衬砌
（1）整体式混凝土衬砌
当隧道开挖后，以较大厚度和刚度的整体模筑混凝土作为隧道的衬砌。 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。
隧道采用的衬砌结构体系，根据围岩条件和使用 条件，主要分为： （一）复合式衬砌（有隔离层的）：基本上由初期支 护和二次衬砌构成，是我们目前采用的主要衬砌结构 体系，隔离层通常是采用防水板； （二）单层衬砌（没有隔离层的）：基本上由喷射混 凝土、钢纤维喷射混凝土或模筑混凝土构成； （三）装配式衬砌：预制件拼装而成的； （四）无支护坑道（即裸洞）。
离W3
列车在曲线段运行情况
一 隧道限界与净空
内外侧线路中线间距的加宽值W3
①当外侧线路的外轨超高值大于内侧线路的外轨超高值时
式中 H——车辆外侧顶角距内轨顶面的高度，取360 cm； E——外侧线路的外轨超高值（cm）； R——曲线半径（m）。
②其他情况时
一 隧道限界与净空
双线隧道线路中线偏移量
+
· 减少洞口土石方开挖量 · 稳定边、仰坡 · 引离地表水流 · 装饰洞口
三 隧道洞门与明洞 3.2 隧道洞门的主要形式
洞口环框 端墙式洞门 翼墙式洞门 柱式洞门 台阶式洞门 削竹（斜切）式洞门 喇叭口式洞门
三 隧道洞门与明洞
① 洞口环框 当洞口石质坚硬
稳定，且地形陡峻无 排水要求时，可仅修 建洞口环框。
考虑使用后外力的变化和支护材料的劣化，需要提高作为结构物的耐久性； 衬砌施工后，因土压、水压、上覆荷载等外力发生时，需要加以支持； 在隧道变形没有收敛时修筑衬砌的场合，要给予隧道稳定必要的约束力。
二 隧道支护结构构造 2.3 单层衬砌
（1）整体式混凝土衬砌
当隧道开挖后，以较大厚度和刚度的整体模筑混凝土作为隧道的衬砌。 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。
隧道采用的衬砌结构体系，根据围岩条件和使用 条件，主要分为： （一）复合式衬砌（有隔离层的）：基本上由初期支 护和二次衬砌构成，是我们目前采用的主要衬砌结构 体系，隔离层通常是采用防水板； （二）单层衬砌（没有隔离层的）：基本上由喷射混 凝土、钢纤维喷射混凝土或模筑混凝土构成； （三）装配式衬砌：预制件拼装而成的； （四）无支护坑道（即裸洞）。
离W3
列车在曲线段运行情况
一 隧道限界与净空
内外侧线路中线间距的加宽值W3
①当外侧线路的外轨超高值大于内侧线路的外轨超高值时
式中 H——车辆外侧顶角距内轨顶面的高度，取360 cm； E——外侧线路的外轨超高值（cm）； R——曲线半径（m）。
②其他情况时
一 隧道限界与净空
双线隧道线路中线偏移量
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