隧道工程- 电子教案 - 图文

2．围岩较差段的衬砌应向围岩较好地段延伸5～10m； 3．偏压衬砌段应延伸至一般衬砌段内5m以上；

4．不设仰拱的隧道应做底板，单线隧道其厚度不得小于20㎝，双线隧道其厚度不得小于25㎝；

5．对衬砌有不良影响的硬软地层分界处，应设置变形缝；

6．电力牵引的隧道，其长度大于2000m及位于隧道群地段和车站两端时，为了使接触网有良好的工作和维修条件，应根据需要设置接触网补偿下锚的衬砌段。

7．运营通风洞、联络通道等与主隧道连接处的衬砌设计应做加强处理。

五、隧道衬砌断面的初步拟定

隧道衬砌是超静定结构

断面设计步骤：初步拟定尺寸——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。

初步拟定结构形状和尺寸可采取经验类比的方法，考虑因素有：

1.内轮廓——选定净空形状

原则：紧贴限界，衬砌表面平顺圆滑。

2.结构轴线——抽象出进行计算的几何形状

隧道衬砌是一种受压结构，结构的轴线尽可能地符合荷载作用下的压力线。

当衬砌承受径向分布的静水压力时，结构轴线以圆形最合适。

当衬砌主要承受竖向荷载和不大的水平荷载时，结构轴线上部宜采用圆弧形或尖拱形，下部可以做成直线形（即直墙式）。

当衬砌承受竖向荷载的同时，又承受较大的水平荷载时，衬砌结构的轴线上部宜采用圆弧形或平拱形，下部可采用凸向外方的圆弧形（即曲墙式）。如果还有底鼓压力，或衬砌有沉陷的可能，则结构底部还应有凸向下方的仰拱为宜。

3.截面厚度——检算强度

要求设计的截面厚度具有足够的强度。 衬砌的最小厚度规定——满足施工要求。

第三节 隧道洞身支护结构的构造

一、整体式模筑混凝土衬砌

整体式模筑混凝土衬砌，是在坑道内树立摸板、拱架，然后浇灌混凝土而成。它是作为一个支护结构，从外部支撑着坑道围岩的，是一种传统衬砌结构形式。依照不同的地质条件，或是按照不同的围岩级别，又有：直墙式和曲墙式两种形式。

（一）直墙式衬砌

适用范围：地质条件比较好，属于我国铁路隧道围岩分类中的Ⅱ、Ⅲ级围岩，有时也可用于Ⅳ级围岩。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。

组成：上部拱圈、两侧竖直边墙和下部铺底。

顶部拱圈可采用圆弧形拱、坦三心圆拱或尖三心圆拱。洞内一侧设有排除洞内积水的排水沟。 特殊情况： ①半衬砌（省去边墙）：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。

②大拱脚：产生于先拱后墙法施工。 ③降低边墙建筑材料等级或采用花边墙：柱式边墙，连拱式边墙。

（二）曲墙式衬砌 适用范围：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Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ级围岩情况。

组成：顶部拱圈、侧面曲边墙和底部仰拱（或铺底）。

仰拱的作用是抵御底部围岩压力和防止衬砌沉降，并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。

二、装配式衬砌

装配式的隧道衬砌是将衬砌分成若干块构件，这些构件是在工厂或现场预先制备，然后运入坑道内，用机械将他们拼装成一环接着一环的衬砌。

这种衬砌具备以下优点：

（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。 装配式衬砌的构造应满足下列条件： （1）强度足够而且耐久； （2）能立即承受荷载；

（3）装配简便，构件类型少，形式简单，尺寸统一，便于工业化制做和机械化拼装；

（4）构件尺寸大小和重量适合拼装机械的能力； （5）有防水的设施。 三、锚喷支护

（一）喷射混凝土支护层

喷射混凝土的拌和材料：①普通硅酸盐水泥≥325号；②坚硬耐久的卵石或碎石：粒经不应大于15mm；③河沙：不含土质或杂物；④速凝剂。

喷射混凝土的喷射方式：干喷、湿喷和潮喷。 干喷：在输送到喷头处与高压水混合。

潮喷：预加水成潮湿状，再在喷头处与高压水混合。

湿喷：拌合好混凝土，喷头处与速凝剂汇合然后喷出。 喷层厚度一般5～25cm。 （二）锚杆

锚杆是一种插入到围岩岩体内的杆形构件，用于主动加固围岩。只有受拉时才起作用。

锚杆的锚固方式：①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）；②利用灌浆将锚杆杆体或杆端端部固定在岩体内（粘结型）。

锚杆的作用： ①组合梁（层状岩体）；②悬吊（不稳定岩体）；③挤压加固（系统锚杆，形成连续压缩带）。

锚杆的类型按照作用原理可划分为：

①全长粘结型：价廉、施作简单，适用于围岩变形量不大的各类地下工程的永久系统支护。

②端头锚固型锚杆：安装后能立即提供支护抗力，并能对围岩施加不大的预应力，适用于坚硬裂隙岩体中的局部支护和系统支护，当用作永久支护时，须采取灌浆或其它防腐措施。

③摩擦型锚杆：安装后可立即提供抗力，其最大特点是能对围岩施加三向预应力，韧性好，适于软弱破碎、塑性流变围岩及经受爆破震动的矿山巷道工程。

④预应力型锚杆或锚索：可对围岩施加较大的预应力，适于大跨度高边墙隧道的系统支护及加固大的不稳定块体的局部支护。

四、复合式衬砌

分不同层先后施做，一般为内衬和外衬。

常用组合：锚喷支护＋模筑砼衬砌，同时可在外衬与内衬之间敷设一层防水层，以便达到防水的目的。

在洞壁表面上先喷射一层混凝土，有时也同时施加锚杆，凝固以后形成一个薄层的柔性支护结构允许它有限度的产生变形，甚至少许的裂纹，把围岩因开挖坑道而引起的形变压力全部吸收或吸入了绝大部分，并把洞壁的位移逐渐地稳定下来，使外衬与围岩共同组成初步的支护体系处于暂时平衡状态。外衬的厚度多在5～20cm之间。在施工的同时，定期地量测支护变形的信息，用这些信息反馈到施工和结构的设计中去，据以确定内衬的最佳施作时间，以及内衬的适宜厚度。在外衬变形终止或基本稳定以后，再施作内衬。内衬除了起到整齐美观作用外，还承担如围岩的残留变形、竣工后围岩条件改变所产生的荷载。根据铁道科学研究院和隧道工程局共同进行的模型实验和有限元分析，验证结果表明：复合衬砌的极限承载能力比同等厚度的单层模筑混凝土衬砌可以提高20～30%，并且如能调整好内衬的施作时间，还可以改善结构的受力条件。

内外层衬砌之间的防水层可以用软聚氯乙烯薄膜、聚异丁烯片、聚乙烯片等防水卷材，或用喷涂乳化沥青等防水剂。在喷层表面有凹凸不平时，须事先以砂浆敷面，作成找平层，务使岩壁与防水层密贴。防水层接缝处，一般用热水焊接，或电敏电阻焊接,亦可用适当的溶剂作溶解焊接，以便保