第二章 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，
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。
隧道工程：隧道结构构造41页文档
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
隧道工程：隧道结构构造
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
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。
隧道工程隧道结构构造全解PPT课件
◆ 需要足够的拼装空间
◆ 制备构件尺寸上要求精度高
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三、锚喷支护
喷射混凝土加设锚杆和金属网构成的一种支护形式，简 称“喷锚支护”，是目前常用的一种围岩支护手段。
适应软弱和膨胀性地层隧道开挖及可用于整治坍方和隧 道衬砌的裂损。
1 作用原理
喷射混凝土充填裂隙、封闭围岩壁面，靠喷层与围岩的粘 结力及自身的抗剪能力组成一个新的承载结构体系 通过锚杆的悬吊效应、组合梁效应 、加固效应以发挥围 岩自承能力 形成一种柔性衬砌结构，与围岩合成一体，共同作用， 充分调动或发挥围岩的自稳能力
必须与周围岩体大面积地牢固接触，即保证支护一围 岩作为一个统一的支护体系而共同工作 。
要允许围岩及支护结构产生有限制的变形，以充分发 挥围岩的承载作用而减少支护结构的受力，但又必须保证 支护结构及时施作。
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六、衬砌结构一般规定
衬砌结构材料 隧道衬砌材料，应具有足够的强度和耐久性，在某
公
路
隧
道
C25素砼
隧线
级
道路 中中
围
线线
岩
复
合
衬
2%
路线设计标高
砌
隧底填充C10素砼
结
C25素砼
构
复合式衬砌结构图
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复 合 衬 砌 防 水 层
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衬砌结构受力状态：
➢ 外衬受力状态
◆ 保护围岩和加固围岩，促进围岩的应力调整，充分发挥围 岩的自承作用
➢内衬受力状态
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2 锚喷支护类型
◆ 锚杆支护 ◆喷射混凝土支护 ◆喷射混凝土锚杆联合支护 ◆喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护 ◆以上类型加设型钢支撑（或格栅）而成的联合支护
隧道结构限界
第2节 隧道衬砌断面设计
第2节 隧道衬砌断面设计
2.2 铁路隧道衬砌断面设计
第2节 隧道衬砌断面设计
衬砌断面几何关系有：
上式含b、f、φ1、a、r1、r2、φ2共7个参数 先给定b、f、φ1及a值后，再解出r1、r2及φ2。
2.1.2 设计步骤
★ 确定隧道类型相应建筑限界 ★ 根据围岩初步拟定截面厚度 ★ 断面优化、强度检算并评价内轮廓线
第2节 隧道衬砌断面设计
2.1.3 设计注意事项 ★ 隧道内轮廓必须符合隧道建筑净空限界。 ★ 内轮廓线应尽量减小洞室的体积 。 ★ 结构轴线应尽可能地符合压力线。 ★ 采用的施工方法能确保断面形状及尺寸有利于隧道的稳定。
隧道工程
第2章 隧道结构构造及设计
第1节 隧道净空与限界
本节主要内容：
➢ 隧道净空与限界的概念 ➢ 隧道建筑限界的确定 ➢ 曲线隧道净空加宽
第1节 隧道净空与限界
1.1 隧道净空与限界的基本概念
隧道净空：隧道衬砌内轮廓线所包围 的空间，根据“隧道建筑限界”确 定的。
隧道建筑限界：为了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范围。
第3节 隧道洞身支护结构
3.2.1 直墙式衬砌 适用于：
地质条件较好的Ⅰ、Ⅱ级 (Ⅴ、Ⅵ类)围岩。 围岩压力以竖向为主， 几乎没有或仅有很小的
水平侧向压力。
第3节 隧道洞身支护结构
适用于： 地质条件极好， 整体岩层坚固； 几乎无水平侧压力， 也无地下水侵入。
可不设边墙，但应把 两侧岩壁表面喷浆敷面。
3.1.2 内部支护 ◆ 锚杆 ◆ 注浆
隧道的结构简介
隧道的结构构造道路隧道结构构造由主体构造物和附属构造物两大类组成。
主体构造物是为了保持贮存岩体的稳定和行车安全而修建的人工永久建筑物，通常指洞身衬砌和洞门构造物。
洞身衬砌的平纵、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。
在山体坡面有发生崩坍和落石可能时，往往需要接长洞身或修筑明洞。
洞门的构造型式由多方面的因素决定，如岩体的稳定性、通风方式、照明状况、地形地貌以及环境条件等。
附属构造物是主体构造物以外的其他建筑物，是为了运营管理、维修养所、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。
1、衬砌结构的类型山岭隧道的衬砌结构形式，主要是根据隧道所处的地质地形条件，考虑其结构受力的合理性、施工方法和施工技术水平等因素来确定的。
随着人们对隧道工程实践经验的积累，对围岩压力和衬砌结构所起作用的认识的发展，结构形式发生了很大变化，出现各种适应不同的地质条件的结构类型，大致有下列几类。
1)直墙式衬砌直墙式衬砌形式通常用于岩石地层垂直围岩压力为主要计算荷载、水平围岩压力很小的情况。
对于道路隧道，直墙式衬砌结构的拱部，可以采用割圆拱、坦三心圆拱或尖三心圆拱。
三心圆拱指拱轴线由三段圆弧组成，其轴线形状比较平坦时称为坦三心圆拱，形状较尖时称为尖三心圆拱，平时即为割圆拱。
2)曲墙式衬砌通常在III类以下围岩中，水平压力较大，为了抵抗较大的水平压力把边墙也做成曲线形状。
当地基条件较差时，为防止衬砌沉陷，抵御底鼓压力，使衬砌形成环状封闭结构，可以设置仰拱。
3)喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌这些衬砌与上述传统的衬砌方法有本质上的区别，这里仅介绍其结构形式。
为了使喷混凝土结构的受力状态趋于合理化，要求用光面爆破开挖，使洞室周边平顺光滑，成型准确，减少超欠挖。
然后在适当的时间喷混凝土，即为喷混凝土衬砌。
根据实际情况，需要安装锚杆的则先装设锚杆，再喷混凝土，即为喷锚衬砌。
如果以喷混凝土、锚杆或钢拱支架的一种或几种组合作为初次支护对围岩进行加固，维护围岩稳定防止有害松动。
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超前支护 注浆加固
喷射混凝土 锚杆 钢桁架
超前锚杆 超前管棚 超前小导管 超前深孔帷幕
钢桁架
喷射混凝土
锚杆
超前锚杆
超前管棚
超前小导管的处理范围一般也就6米左右，小导管 为壁厚5mm的钢管，直径一般为42mm。是通过小导管浆 将掌子面前方的较为破碎的围岩进行固结的一种方法， 使围岩形成一个整体后再进行下一步工序。
隧道两端洞口处的结构部分称为“洞门”
隧道洞门的作用 ： 1．减少洞口土石方开挖量 2．稳定边坡、仰坡 3．引离地表流水 4．装饰洞口
端墙式洞门
隧
道
翼墙式洞门
洞 门
台阶式洞门
的
类
削柱式洞门
型
遮光棚式洞门
（1）端墙式洞门
（1）端墙式洞门
端墙式洞门
(2)翼墙式洞门
(3)环框式洞门
隧道工程
（4）削竹式洞门
曲墙衬砌
圆形断面隧道
为了抵御膨胀性围岩压力，山岭隧道 也可以采用圆形或近似圆形断面;
盾构法 沉管法施工的隧道。
矩形断面衬砌 沉管法、明挖法施工时，广泛采用矩形断
面衬砌。
矩形隧道断面衬砌
偏压衬砌 当山体地面坡陡于l：2.5，线路外侧山
体覆盖较薄，或于地质构造造成的偏压，衬 砌为承受这种不对称围岩压力而采用
（5）台阶式洞门
隧道工程
（6）遮光棚式洞门
（7）柱式洞门
三、 洞门的构造要求
1．仰坡坡脚至洞门端墙顶帽背的 水平距离，一般不小于1.5m。
2．洞门端墙顶宜高出仰坡坡脚不 小于0.5m。
3．洞门端墙与仰坡之间水沟沟底 至衬砌拱顶外缘的高度，一般 不小于1m。
4．一般隧道门端墙、翼墙、挡土 墙设计为仰斜式墙身时，墙背 坡度不宜缓于1: 0.3。
喷混凝土衬砌：要求用光面爆破开挖，使洞室周边平顺光滑， 成型准确，减少超欠挖。适当的时间喷混凝土，即为喷混凝土 衬砌。 喷锚衬砌：根据实际情况，需要安装锚杆的则先装设锚杆，再 喷混凝土，即为喷锚衬砌。 复合式衬砌：如果以喷混凝土，锚杆或钢拱支架的一种或几种 组合作为初次支护对围岩进行加固，维护围岩稳定防止有害松 动。待初次支护的变形基本稳定后，进行现浇混凝土二次衬砌 ，即为复合式衬砌。
这种衬砌具备下列优点：
⑴一经装配成环，不需养生时间，即可承受围岩压 力；
⑵大量构件可以在工厂成批生产，在洞内进行机械 化拼装，从而改善了劳动条件，节省了劳动力；
⑶拼装时，不需要临时支护如拱架、模板等，从而 节省了大量的支撑材料及劳动力；
⑷拼装速度因采用了机械化而提高，缩短了工期， 还可能降低造价。
但也存在一些缺点，在坑道内需要足够的拼装空间 ，制备构件的尺寸要求有一定的精度，接缝多，防水较 困难等，由于以上原因，在我国铁路上未能推广使用。
(3) 喷锚衬砌
指的是借高压喷射水泥混凝土和打入岩层中的金属锚 杆的联合作用(根据地质情况也可分别单独采用)加固岩层 ，分为临时性支护结构和永久性支护结构。
①坦三心圆拱(r1> r2) ②或尖三心圆拱 (r2< r1) ③割圆拱（r1＝r2＝r）
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
3
为了节省圬工，也可以采用大拱脚薄边墙衬砌。
大拱脚薄边墙衬砌
为适用于地质条件比较差，岩体较松散破碎， 侧向水平诶眼压力也相当大的情况。一般适用于Ⅳ 级以下围岩中。
（2）装配式衬砌
这种衬砌是将若干在工厂或现场预制的构件运入坑 道内，用机械拼装而成，一经装配，即可承受围岩压力 。
整体式混凝土衬砌虽然在我国被广泛地采用，但是 ，它在灌注以后不能立即承受荷载，必须经过一个养护 的过程，因而施工进度受到一定的限制。随着社会不断 地向工业化和机械化发展，隧道施工也提出向工业化和 机械化改进，于是随着隧道施工机械化的发展，出现了 装配式隧道衬砌。
超前管棚
管棚是在进洞口的地质条件非常差（如：沙土、破碎严重的岩石、 黄土等）的情况下使用，一般长度就20-30米左右，管棚为壁厚3.5mm的钢 管，直径一般为108mm。当然洞内地质条件非常差的时候也可以用管棚 （如：洞内遇到冒顶现象造成的沿洞轴线长度较大，放 量较大）。
超前深孔帷幕:指对隧道前方一定范围的土体进行全 面加固，在开挖区域周边形成隔水帷幕，以防止地 下水渗流给隧道施工带来较大风险。
喷混凝土是利用喷浆设备向地下洞室开挖面喷一定厚 度的混凝土层，借以支护围岩。由于混凝土喷层密贴围岩 ，并具柔软性等特点，所以能承受较大荷载，并能控制围 岩变形，充填胶结岩体表层裂隙，保护和发挥岩体的潜力 。喷混凝土可以作为洞室围岩的初期支护，也可以作为永 久性支护。
喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌
第一节 洞身衬砌与洞门构造
隧道工程中常将这种人工修筑的隧道支护结构称为“衬砌”。
直墙式衬砌
洞 身
曲墙式衬砌
衬
砌
圆形断面衬砌
的
类
型
矩形断面衬砌
偏压衬砌 喇叭口隧道衬砌
适用：直墙式衬砌型式通常用于岩石地层垂直围岩压 力为主要计算荷载、水平围岩压力很小的情况。一殷 适用于I，II级围岩，有时也可用于IV级围岩 拱部形状：
整体式衬砌与复合式衬砌的区别
复合式衬砌是初期支护、二次衬砌加中间的 防水板组成，是新奥法的主要支护形式。
整体式衬砌是单独的混凝土衬砌，以前矿山 法多用此支护形式，现在多用于明洞等衬砌。
可以理解成复合式衬砌形式上比整体式的多 初期支护和防水板。但是初期支护是新奥法的主 要体现，
支护结构
锚喷支护
支护
偏压衬砌示意图
喇叭口隧道衬砌示意图
2 衬砌结构的类型
衬砌按施工工艺（支护结构类型）分
(1) 整体式衬砌 (2) 装配式衬砌 (3) 喷锚衬砌 (4) 复合式衬砌
（1）整体式衬砌
整体式衬砌采用就地整体模筑混凝土。 其方法是在隧道内树立模板、拱架，然后浇
灌混凝土而成。它作为一种支护结构，从外部支 撑隧道围岩，适用于不同的地质条件，易于按需 成型，且适合多种施工方法，因此在我国隧道工 程中广泛使用。
第二章 隧道结构构造
★知识目标： 认识隧道的洞身衬砌结构的类型和洞门的构造；明洞的类
型和适用范围，认识隧道建筑物的构造特征（包括隧道平 面、纵断面、横断面，初期支护、二次衬砌，）；掌握隧 道运营的防排水措施和通风、照明系统。 ★能力目标：
能准确判断隧道洞门构造的类型、洞身衬砌，掌握防排 水措施，通风、照明系统的设置。