《隧道结构构造》
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）。
隧道结构构造资料
衬砌变形量测
通过设置沉降观测点，定期测量隧道 衬砌的沉降和位移，判断衬砌结构的 稳定性和安全性。
隧道收敛量测
监测隧道施工过程中的净空变化，判 断隧道施工对围岩稳定性的影响。
监控量测的方法
传感器监测法
利用各种传感器对隧道结构进行实时监测，获取数据。
人工观测法
通过人工定期对隧道结构进行观察和测量，记录数据。
衬砌混凝土施工
在隧道洞壁上浇筑混凝土，要求一次浇筑成 型，确保衬砌层的整体性和稳定性。
04
隧道防排水结构
防排水系统的组成
防水层
衬砌结构
防水层是隧道防排水系统的核心，主 要作用是防止地下水渗入隧道内部。
衬砌结构是隧道的主体结构，包括初 期支护和二次衬砌，起到承载和防水 的双重作用。
排水系统
排水系统负责将隧道周围的地下水排 出，防止水压积聚对隧道结构造成损 害。
排水系统施工
排水系统施工包括安装排水沟、集 水井和排水管等，应确保排水通畅， 防止水压积聚对隧道结构造成损害。
衬砌结构施工
衬砌结构施工时应严格控制混凝土 配合比和浇筑质量，加强混凝土养 护，提高衬砌结构的耐久性和防水 性能。
05
隧道通风结构
通风系统的组成
送风系统
用于向隧道内输送新鲜空气，通 常包括进风口、送风机和送风管
防排水材料的选择
防水材料
防水材料应具备优良的耐久性、 耐腐蚀性和抗裂性，常用的防水 材料包括防水卷材、防水涂料等 。
排水材料
排水材料应具备较好的耐压性能 和耐腐蚀性能，常用的排水材料 包括塑料管、波纹管等。
防排水施工方法
防水层施工
防水层施工前应清理基层，涂刷 基层处理剂，然后铺设防水材料，
隧道结构构造详解
6.锚杆和钢架
锚杆是一种插入到围岩岩体内旳杆形构件，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。
锚杆旳杆体直径宜为20～32mm,杆体材料宜采用 HRB335,HRB400钢；垫板材料宜采用HPB235钢。锚杆 用旳多种水泥砂浆强度不应低于M20。钢筋网材料可采 用HPB235钢，直径宜为6—12mm。 钢架是为了加强支护刚度而在早期支护或二次衬砌中 放置旳型钢支撑或格栅钢支撑。
(4)设置沉降缝、伸缩缝旳目旳是为了把不同承载能力构造、承受不 同围岩压力旳构造完全断开，产生旳沉降变形和受力变形各自独立。 隧道构造设变形缝，并在缝内设置一定厚度旳隔离层，采用沥青木 板或沥青麻丝是数年旳做法，也可采用具有一定耐久性旳柔性材料。 沉降缝、伸缩缝缝宽应不小于20mm，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。
支护旳方式 ②内部支护
③混合支护
（一）衬砌概念
广义旳衬砌 一次支护 （早期支护）
人工修筑旳支护构造
二次支护 （二次衬砌） （永久支护）
为了确保施工旳安全、 加固岩体和阻止围岩旳 变形、坍塌而设置旳临 时支护措施，常用支护 形式有木支撑、型钢支 撑、格栅支撑、锚喷支 护等
为了确保隧道使用旳净 空和构造旳安全而设置 旳永久性衬砌构造。
第四章 隧道构造构造
第四章 隧道构造构造
主体建筑物 为了保持隧道旳稳定和行车安全而修建旳人工永久建筑物
隧 道
洞身构造
结
洞门、明洞
构 附属建筑物 主体构造物以外确保隧道正常使用所需旳多种辅助设施
涉及：运营管理、维涵养护、给水排水、供蓄发电、 通风、照明、通讯、安全等而修建旳构造物。
第一节 洞身衬砌 第二节 明洞 第三节 隧道洞门
公路隧道结构构造
公路隧道结构构造公路隧道是用于贯通山脉、穿越丘陵、河流或城市的交通通道，能够极大地缩短路程和提高通行效率。
隧道的结构构造主要包括隧道的隧洞结构、支护结构和通风系统。
隧道的隧洞结构是指隧道的洞身形状、尺寸和洞壁的支护方式。
通常情况下，隧道的洞身形状为长方形或椭圆形。
在隧道的施工过程中，首先需要进行洞体的掘进，常用的掘进方法有全断面掘进和半断面掘进。
全断面掘进是指将整个洞体的断面一次性开挖到设计尺寸，工程量大但速度较快；半断面掘进则是先开挖一个半断面，然后根据需要进行挖掘，工程量小但进度相对较慢。
掘进完成后，需要对洞体进行石方支护，以防止洞体塌方。
常用的支护方式有钢筋混凝土衬砌、喷射混凝土、锚杆支护等。
另外，为了确保隧道的安全，还需要进行隧道的通风系统设计。
隧道通风的目的是消除尾气和排除进水，以改善车行状况。
根据通风方式的不同，隧道通风分为自然通风和强制通风两种形式。
自然通风主要依靠自然气流，通过隧道入口和出口的空气压力差和温度差来实现通风效果。
而强制通风则通过安装通风系统，如风机、换气口等设备，来主动引导气流，减少尾气和改善空气质量。
此外，隧道还需要考虑地质条件、水文条件和防火等安全问题。
地质条件主要包括地层的稳定性和岩石的硬度，这些因素会影响到隧道的施工难度和工程费用。
水文条件则是指地下水的深度和水位，需要进行排水措施，以免隧道被淹。
防火措施主要是针对隧道发生火灾时的应急处理措施，如安装灭火器和疏散通道等。
为了确保隧道的质量和安全，隧道施工需要进行严格的监控和检测。
常用的监控方法有地表沉降观测、洞体位移观测、地下水位观测等。
此外，还需要进行定期的检测和维修，以确保隧道的长期稳定性和使用安全。
综上所述，公路隧道的结构构造包括隧洞结构、支护结构和通风系统等。
在施工过程中需要考虑地质条件、水文条件和防火等安全问题，通过严格的监控和检测来确保隧道的质量和安全。
高铁隧道(隧道结构构造)
环境保护
隧道结构设计应考虑环境保护 ，尽量减少对周边环境和生态
的影响。
02
隧道衬砌结构
衬砌的类型和材料
衬砌类型
根据隧道的使用功能和围岩条件，衬砌类型可分为整体式衬砌、复合式衬砌和分离式衬 砌。整体式衬砌适用于围岩条件较好、对防水要求不高的隧道；复合式衬砌适用于围岩 条件较差、对防水要求较高的隧道；分离式衬砌适用于围岩条件特别差、有特殊要求的
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地下水压力
隧道开挖后，地下水对支护结构产生一定的 压力。
地震力
地震发生时，地层运动对支护结构产生作用 力。
温度应力
隧道内温度变化引起支护结构的热胀冷缩， 对结构产生作用力。
04
隧道排水系统
排水系统的组成和功能
排水系统的组成
主要由排水沟、集水坑、排水管道等组成。
排水系统的功能
主要负责将隧道内的积水排出，保持隧道干燥，防止水患对隧道结构和列车运行造成影响。
隧道。
衬砌材料
常用的衬砌材料有混凝土、钢筋混凝土和喷射混凝土等。混凝土衬砌具有抗压强度高、 耐久性好、成本低等优点，适用于一般隧道；钢筋混凝土衬砌具有更高的抗压和抗剪强 度，适用于有较大压力和剪力的隧道；喷射混凝土衬砌具有快速、简便、耐久性较好等
优点，适用于围岩条件较差、开挖后需要快速支护的隧道。
衬砌的厚度和构造
排水系统的设计原则
01
安全可靠
经济合理
02
03
便于维护
排水系统应具备足够的排水能力， 保证在任何情况下都能及时排除 积水。
在满足功能要求的前提下，应尽 量降低工程成本，选择合适的材 料和施工方法。
隧道的构造(表)
3.外边墙类型：墙式、柱式、刚架式
4.结构特点：
（1）顶盖通常为梁式结构
（2）内外边墙一般采用重力式结构，并置于稳固的地基上
（3）当岩层坚实完整，干燥无水或少水，可采用锚杆式内边墙，减少开挖和圬工
洞身
类型
曲墙式、直墙式、连拱式
构造
一次衬砌、二次衬砌、防排水构造、内装饰、顶棚、路面
隧道构造
主体构造物
洞身衬砌
洞门构造物：
1.应适当美化，注意环保要求
2.洞门可拦截、汇集地下水，并沿排水沟渠排离洞门，进入道路两侧排水沟，防止地表水沿洞门漫流
3.洞门上方女儿墙，应有一定高度
附属构造物
运营管理、维修养护、给排水、供蓄发电、通风、照明、通信、安全
洞门
作用
1.保护岩体稳定，使车辆不受崩塌、落石威胁，确保行车安全
2.洞门墙：
（1）根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝、泄水孔，防止洞门变形
（2）洞门墙的厚度＞0.5m，根据计算或结合其他工程类比确定
3.洞门墙基础：
（1）必须置于稳固地基上
（2）根据地形、地质条件，埋置足够的深度，保证洞门稳定性
明洞
设置条件
1.洞顶覆盖层较薄，难以用暗挖法建隧道
2.隧道洞口或路堑地段受塌方、落石、泥石流、雪害等危害
3.道路之间或道路与铁路之间形成立体交叉，但不宜修建立交桥
类型
拱式
路堑对称型、路堑偏压型、半路堑偏压型、半路堑单压型、
棚式
墙式、刚架式、柱式、悬臂式
特殊结构
1.支承锚杆明洞
2.抗滑明洞
3.柱式挑檐明洞
4.全刚架式明洞
5.空腹肋拱式明洞
ห้องสมุดไป่ตู้6.悬臂棚洞
隧道结构设计
一、衬砌1衬砌形式整体式模筑混凝土衬砌—就地灌筑混凝土衬砌装配式衬砌—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。
喷锚支护—喷射混凝土和加设锚杆、金属网和钢架共同支护复合式衬砌—外衬和内衬两层，所以也叫它为“双层衬砌”2衬砌的适用条件整体式模筑混凝土衬砌—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，如可用木模板、钢模板或衬砌模板台车等装配式衬砌—拼装成环后立即受力，便于机械化施工，改善劳动条件，节省劳力。
目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道中采用。
喷锚支护—喷锚支护是目前常用的一种围岩支护手段，适用于各种围岩地质条件，但是若作为永久衬砌，一般考虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩良好、完整、稳定的地段中采用。
复合式衬砌—是一种较为合理的结构形式，适用于多种围岩地质条件，有其广阔的发展前途。
3衬砌的一般结构要求混凝土与钢筋混凝土隧道工程所用的混凝土强度等级不应低于C15洞门用混凝土整体灌筑，其强度不应低于C20强度等级对于衬砌段不应低于C20，对于洞门不应低于C15片石混凝土在岩层较好地段的边墙衬砌，可采用片石混凝土（片石的掺量不应超过总体积的20%）。
当起拱线以上1m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。
选用的石料要坚硬，其强度等级不应低于MU40，有裂隙和易风化的石料不应采用。
石料和混凝土预制块石料或混凝土预制块用强度等级不低于M10的水泥砂浆砌筑衬砌。
石料的强度等级不应低于MU60，并且有裂隙和易风化的石料不应采用。
混凝土预制块强度等级不应低于MU20。
喷射混凝土喷射混凝土的强度等级采用C20，所用的水泥应优先采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥喷射钢纤维混凝土中的钢纤维宜采用普通碳素钢制成，等效直径为0.3～0.5㎜的方形或圆形断面，长度宜为20～25㎜锚杆锚杆的杆体宜用20 MnSi钢筋，也可采用Q235钢筋；缝管式锚杆宜采用16 MnSi钢管，亦可采用Q235钢管；锚杆直径宜为18～22㎜，垫板可采用Q235钢板。
隧道结构构造
格栅钢架/ 型钢
二次衬砌
拱墙（cm）
仰拱/底板 （cm）
Ⅱ5
－
－
－
—
25
－
Ⅲ 7 局部 2.0
1.2~1.5
—
25
－
Ⅳ 10 拱墙 2.0~2.5 1.0~1.2
－
30
40
Ⅴ 15~22 拱墙 2.5~3.0
0.8~1
格栅拱架 （全环设置）
35
40
Ⅵ
通过试验确定
第四章 隧道结构构造
双线铁路隧道复合式衬砌支护参数表
复习：
隧道限界 隧道曲线段加宽
第四章 隧道结构构造
• 隧道衬砌构造 • 洞门与明洞 • 附属建筑物 • 高速铁路隧道空气动力学问题及工 程措施
第四章 隧道结构构造
隧道 结构 构造
主体构 造物
附属构造 物
洞身衬砌
平、纵、横断面的形状由道路隧道 的几何设计确定
衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌 计算决定
＆锚喷式衬砌是锚喷结构既作为隧道支护，又作为隧 道永久结构的形式。
＆具有隧道开挖后衬砌及时，施工方便和经济的显著 特点。
第四章 隧道结构构造
第四章 隧道结构构造
＆锚喷支护作为隧道的永久性衬砌，一般考虑是在Ⅲ 级及以下围岩中采用；在Ⅳ级及以上围岩中，采用锚 喷支护经验不足，可靠性差。
＆在层状围岩中，采用喷锚支护效果较好；
第四章 隧道结构构造
设置 作用 仰拱
使结构及时封闭，提高整体承载力和 侧墙抵抗侧压力的能力
抵御结构下沉变形，调整围岩和衬砌 的应力状态
第四章 隧道结构构造
仰拱的重要性: ① 解决基础承载力不够，减少下沉：防止底鼓的 隆起变形，调整衬砌应力的作用；
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7.装配式材料
适用：盾构隧道、掘进机隧道 优点：①无洞内养护时间，可立即承载；
②洞外预制质量好； ③用机械手拼装，速度快，改善劳动条件 ④不需临时支撑可节省大量材料及劳力
缺点： ①拼缝防水要求高
②与围岩接触不够密贴，一般应注浆 ③结构整体性不如模筑 ④需要足够的拼装空间 ⑤制备构件尺寸上要求精度高
附属构造物
（辅助设施）
通风 照明 排水、消防、通讯等
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第3章 隧道结构构造
洞身衬砌✓
洞门 明洞 斜井与竖井 内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水
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第一节 洞身衬砌
1 、衬砌概念 2、 衬砌材料 3、 洞身衬砌类型
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1 、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 强度的支护结构称为衬砌。
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3、洞身衬砌类型
1．整体式混凝土衬砌 2、拼装式衬砌 3、锚喷式衬砌 4、复合衬砌 5、连拱衬砌
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1．单层衬砌（整体式模筑混凝土衬砌）
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—灌筑—养护—拆模 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，如可用木、 钢模板或衬砌模板台车等
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6.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。 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。 初期支护采用的钢架宜用H形、工字形、U形型钢制成， 也可用钢管或钢轨制成。
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洞门挡墙、挡土墙、明线路 缘石等仍可使用。
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5．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，能起到封闭岩面和支 护作用，是一种较为理想的柔性支护。
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工艺流程：立模－灌筑－养护－拆模
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2．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 20%）。此外，当起拱线以上1m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30％。
适用： 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 中采用整体式衬砌较为稳妥可靠。
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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，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。
（一）直墙式衬砌 （二）曲墙式衬砌
3.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、流砂等不良地质地 段。
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4．石料和混凝土预制块
优点
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。
缺点 整体性、防水性能较差，施 工进度较慢，而且砌筑技术 要求高。
1）地质条件较好，围岩稳定，地下水很少，有场地， 适 施工单位又有制造、运输和拼装衬砌的设备，并控制 用 开挖和拼装工艺有一定的经验时，可采用拼装衬砌。 条 件 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。
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拼装式衬砌的优缺点
（1）一经装配成环，不需养生时间，即可承受围岩压力； （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； （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； （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； （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层，在 富水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。
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（二）曲墙式衬砌
2、结构组成
侧面曲边墙
仰拱的作用？
①抵御底部围岩压力 ②防止衬砌沉降 ③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。
底部仰拱或铺底
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顶部拱圈
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2、拼装式衬砌
拼装式衬砌是将衬砌分解为若干 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。
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（一）直墙式衬砌
1、适用条件
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Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ级围岩，有时也 可用于Ⅳ级围岩。
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（一）直墙式衬砌 2、结构组成
上部拱圈
竖直边墙
下部铺底
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（二）曲墙式衬砌
1、适用条件
曲墙式衬砌适用 于地质条件比较 差，岩体松散破 碎，强度不高， 又有地下水，侧 向水平压力也相 当大的情况。主 要适用于Ⅳ级及 以上的围岩或Ⅲ 级围岩双线。多 线隧道也采用曲 墙有仰拱的衬砌。
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2、衬砌材料
1．混凝土
5．喷射混凝土
2．片石混凝土
6. 锚杆和钢架
3. 钢筋混凝土
7. 装配式材料
4．石料和混凝土预制块
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1．混凝土
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。可以在水泥中掺入 外加剂，以提高混凝土的性能。
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。普 通混凝土的耐侵蚀能力较差。
支护的方式
①外部支护
（混凝土衬砌、砌石衬 砌、拼装式衬砌 ）
②内部支护（锚杆支
护、锚喷支护等）
③混合支护
ppt课件ຫໍສະໝຸດ 2、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 大的围岩压力、地下水压力，有时还要受到化学物质的 侵蚀，处于高寒地区的隧道往往还要受到冻害等。
要求：1）应具有足够的强度、耐久性、抗渗性、耐腐蚀性 和抗冻性等。 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。
隧 道
3 『第三章 ▎隧道结构构造
工
程
学习本章的要求： （1）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 （2）了解公路隧道斜井与竖井、内装 修与路面结构
SUI DAO GONG CHENG
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隧道结构构造
衬砌
主体构造物 （永久性人工建筑物） 洞门 （明洞）
结构构造