隧道基础知识一.ppt

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1、第二讲 隧道工程基础知识（一）主讲人张俊儒 讲师高速铁路隧道1 隧道的概念及交通隧道简介 隧道横断面 隧道支护结构 洞门与明洞 附属建筑物主要内容高速铁路隧道2隧道的概念及交通隧道简介 隧道通常指用作地下通道的工程建筑物。1970 年国际经济合作与发展组织召开的隧道会议综合了各种因素，对隧道所下的定义为：“以某种用途、在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于2m2的洞室。”高速铁路隧道3隧道的概念及交通隧道简介 隧道分类比较明确的是按照隧道的用途来划分，主要有以下四种：（一）交通隧道（二）水工隧道（三）市政隧道（四）矿山隧道介绍此类！高速铁路隧道41 铁路隧道 从1829 年开始兴建

2、铁路隧道以来到1990 年的160 年间，在世界各国已建成超过12000km 的铁路隧道，约占世界铁路总长的1%左右。修建铁路隧道可大幅度缩短线路长度，降低线路标高，改善通过不良地质地段的条件，降低铁路造价等。交通隧道隧道的概念及交通隧道简介高速铁路隧道5交通隧道1 铁路隧道乌鞘岭隧道隧道的概念及交通隧道简介高速铁路隧道6交通隧道1 铁路隧道大瑶山隧道隧道的概念及交通隧道简介高速铁路隧道7交通隧道1 铁路隧道军都山隧道隧道的概念及交通隧道简介高速铁路隧道82 公路隧道 随着社会生产的发展，高速公路的出现，要求线路顺直、平缓、路面宽敞，于是在穿越山区时，也常采用隧道方案。此外，在城市附近，为避免

3、平面交叉，利于高速行车，也常采用隧道方式通过。交通隧道隧道的概念及交通隧道简介高速铁路隧道9交通隧道2 公路隧道终南山隧道隧道的概念及交通隧道简介高速铁路隧道10交通隧道2 公路隧道雪峰山隧道隧道的概念及交通隧道简介高速铁路隧道1 1交通隧道2 公路隧道雁门关隧道隧道的概念及交通隧道简介高速铁路隧道123 水底隧道 当交通线横跨河道时，采用水底隧道，既不影响河道通航，也避免了风暴天气轮渡中断的情况，而且在战时不致暴露交通设施的目标，防护层厚，是国防上的较好选择。为横跨黄浦江，上海已修建了全长2793m 的水底隧道，广州地铁穿越珠江，武汉地铁穿越长江都修建了水底隧道。交通隧道隧道的概念及交通隧道

4、简介高速铁路隧道13交通隧道3 水底隧道武汉长江隧道隧道的概念及交通隧道简介高速铁路隧道144 地下铁道 地下铁道是解决大城市交通拥挤、车辆堵塞等问题，且能大量快速运送乘客的一种城市交通设施。它可以使很大一部分地面客流转入地下，可以高速行车，且可缩短车次间隔时间，节省了乘车时间，便利了乘客的活动。在战时，还可以起到人防的功能。交通隧道隧道的概念及交通隧道简介高速铁路隧道15交通隧道4 地下铁道地铁车站隧道的概念及交通隧道简介高速铁路隧道165 航运隧道 当运河需要越过分水岭时，克服高程障碍成为十分困难的问题，一般需要绕行很长的距离。如果修建航运隧道，把分水岭两边的河道沟通起来，既可以缩短航程，

5、又可以省掉船闸的费用，迅速而顺直地驶过，航运条件就大为改善了。交通隧道隧道的概念及交通隧道简介高速铁路隧道176 人行地道 城市闹市区行人众多，而且与车辆混行，偶有不慎便会发生交通事故。为了提高交通运送能力及减少交通事故，除架设街心高架桥外，也可以修建人行地道和地下立交车道。交通隧道隧道的概念及交通隧道简介高速铁路隧道18交通隧道6 人行地道青岛龙山地下商业街隧道的概念及交通隧道简介高速铁路隧道19 隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。铁路隧道净空是根据“隧道建筑限界”确定的，而“隧道建筑限界”是根据“基本建筑限界”制定的，“基本建筑限界”又是以“机车车辆限界”制定的。“限界”是一种规

6、定的轮廓线，这种轮廓线以内的空间是保证列车安全运行所必需的。“建筑限界”是建筑物不得侵入的一种限界。l 隧道横断面（一）隧道净空高速铁路隧道201.机车车辆限界 机车车辆最外轮廓的限界尺寸。2.基本建筑限界 线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线。3.隧道建筑限界 包围“基本建筑限界”外邻的轮廓线。要比“基本建筑限界”大，留出空间用于安装通讯信号、照明、电力(接触网)等设备。4.直线隧道净空“直线隧道净空”比“隧道建筑限界”稍大，除了满足限界要求外，考虑避让、救援通道，还考虑了衬砌结构的合理受力形状(拱部采用三心圆，边墙采用直墙式或曲墙式)及施工方便等因素。l 隧道横断面（一）隧道净空高速铁

7、路隧道21l 隧道横断面（一）隧道净空高速铁路隧道22l 隧道横断面（一）隧道净空高速铁路隧道23l 隧道横断面（二）曲线加宽（1）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(d外)，中间向曲线内侧偏移(d内1），如图2-4-8 所示。高速铁路隧道24l 隧道横断面（二）曲线加宽（2）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内2，如图2-4-9 所示。据此，曲线隧道净空的加宽值为高速铁路隧道25l 隧道衬砌构造 开挖后的隧道，为了保持围岩的稳定性，一般需要进行支护和衬砌。支护的主

8、要方式有：锚杆、钢架、钢筋网、喷射混凝土及其组合；衬砌的主要方式有：整体式混凝土衬砌、拼装式衬砌、喷射混凝土衬砌和复合式衬砌等。高速铁路隧道26l 隧道支护 锚杆是将破碎或不稳定岩体(块)与牢固稳定的岩体连结在一起以提高整体稳定性的一种支护措施。（一）锚杆高速铁路隧道27l 隧道支护（一）锚杆高速铁路隧道28l 隧道支护（一）锚杆高速铁路隧道29l 隧道支护 当围岩软弱、破碎严重且自稳性差时，隧道开挖后，需要及时提供足够强的支护约束围岩变形。在初期支护内设置钢拱架将增大支护结构早期的刚度，阻止围岩的过度变形并承受部分的松弛荷载。钢架分为型钢和格栅钢架两种。（二）钢架高速铁路隧道30l 隧道支护

9、（二）钢架（型钢）型钢钢架接头(尺寸单位:mm)高速铁路隧道31l 隧道支护（二）钢架（格栅）高速铁路隧道32l 隧道支护（二）钢架（格栅）高速铁路隧道33l 隧道支护（三）钢筋网 钢筋网喷射混凝土是在喷射混凝土之前，在岩面上挂设钢筋网，然后再喷射混凝土。目前，我国在各类隧道工程中应用钢筋网喷射混凝土支护的比较多，主要用于软弱破碎围岩，而更多的是与锚杆或者钢拱架构成联合支护。钢筋网通常作环向和纵向布置。环向筋一般为受力筋，由设计确定，直径12mm 左右；纵向筋一般为构造筋，直径610mm；网格尺寸一般为20cmx20cm,20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm或30cmx3

10、0cm。高速铁路隧道34l 隧道支护（三）钢筋网高速铁路隧道35l 隧道支护（四）喷混凝土 喷射混凝土既是一种新型的支护结构，又是一种新的施工工艺。它是使用混凝土喷射机，按一定的混合程序，将掺有速凝剂的细石混凝土，喷射到岩壁表面上，并迅速固结成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。喷射混凝土可以作为隧道工程的永久性或临时性支护，也可以与各种形式的锚杆、钢拱架、钢筋网等构成组合式支护结构。它的灵活性也很大，可以根据需要分次追加厚度。高速铁路隧道36l 隧道支护（四）喷混凝土高速铁路隧道37l 隧道支护（五）多种措施组合支护高速铁路隧道38l 隧道支护（五）多种措施组合支护高速铁路隧道39l 隧道

11、衬砌 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结构。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。（一）整体式混凝土衬砌高速铁路隧道40l 隧道衬砌构造1）直墙式衬砌 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 级围岩，直墙式衬砌由上部拱圈、两侧竖直边墙和下部铺底三部分组合而成。（一）整体式混凝土衬砌拱顶拱腰拱脚墙脚铺底高速铁路隧道41l 隧道衬砌构造（一）整体式混凝土衬砌高速铁路隧道42l 隧道衬砌构造2）曲墙式衬砌 曲墙式衬砌适用于地质较差，有较大水平围岩压力的情况。主要

12、适用于级及以上的围岩，或级围岩双线隧道；多线隧道也采用曲墙有仰拱的衬砌。曲墙式衬砌由顶部拱圈、侧面曲边墙和仰拱/底板(或铺底)组成。（一）整体式混凝土衬砌拱顶拱腰拱脚墙脚仰拱高速铁路隧道43l 隧道衬砌构造2）曲墙式衬砌（一）整体式混凝土衬砌2）曲墙式衬砌 在级围岩无地下水，且基础不产生沉降的情况下可不设仰拱，只做铺底；一般均需设仰拱，以抵御隧道底部的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。高速铁路隧道44l 隧道衬砌构造2）曲墙式衬砌（一）整体式混凝土衬砌高速铁路隧道45l 隧道衬砌构造 复合式衬砌是指把衬砌分成两层或两层以上，可以是同一种形式、方法

13、和材料施作的，也可以是不同形式、方法、时间和材料施作的。目前大都采用内外两层衬砌。按内外衬砌的组合情况可分为：初期支护与二次衬砌。根据围岩条件不同，分别采用不同的断面形式和支护、衬砌参数。（二）复合式衬砌高速铁路隧道46l 隧道衬砌构造 复合式衬砌是先在开挖好的洞壁表面喷射一层早强的混凝土(有时也同时施作锚杆)，凝固后形成薄层柔性支护结构(称初期支护)。它既能容许围岩有一定的变形，又能限制围岩产生有害变形，其厚度多在520cm 之间。一般待初期支护与围岩变形基本稳定后再施作内衬。为了防止地下水流入或渗入隧道内，可以在外衬和内衬之间设防水层，其材料可采用软聚氯乙烯薄膜、聚异丁烯片、聚乙烯等防水卷

14、材，或用喷涂防水涂料等。（二）复合式衬砌高速铁路隧道47l 隧道衬砌构造 复合式衬砌可以满足初期支护施作及时、刚度小、易变形的要求，且与围岩密贴，从而能保护和加固围岩，充分发挥围岩的自承作用。二次衬砌后，衬砌内表面光滑平整，可以防止外层风化，装饰内壁，增强安全感，是一种合理的结构形式，也是目前公路、铁路隧道主要的结构形式。（二）复合式衬砌高速铁路隧道48l 隧道衬砌构造（二）复合式衬砌高速铁路隧道49l 隧道衬砌构造 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（单层衬砌）的形式。它具有隧道开挖后衬砌及时、施工方便和经济的显著特点。锚喷式衬砌在围岩整体性较好的军事工程、各类用途

15、的使用期较短及重要性较低的隧道中广泛使用。在公路、铁路隧道设计规范中，都有根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。（三）锚喷式衬砌高速铁路隧道50l 隧道衬砌构造 铁路隧道设计规定中规定，锚喷衬砌设计应符合下列要求：锚喷衬砌内轮廓线应适当加大，除考虑施工误差和位移量外，应再预留10 cm 作为必要时补强用。遇到下列情况时不应采用锚喷衬砌：地下水发育或大面积淋水地段；能造成衬砌腐蚀或特殊膨胀性围岩地段；最冷月平均气温低于-5 地区的冻害地段；有其他要求的隧道。（三）锚喷式衬砌高速铁路隧道51l 隧道衬砌构造 装配式衬砌是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

16、到坑道内用机械将它们拼装成一环接着一环的衬砌。这种衬砌的特点是：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和水底隧道中采用。在铁路、公路隧道中由于装配式衬砌要求有一定的机械化设备，施工工艺复杂，衬砌的整体性及抗渗性差而未能推广使用。（四）装配式衬砌高速铁路隧道52l 洞门与明洞（一）洞门1）洞门的作用 减小洞口土石方开挖量 稳定边、仰坡 引离地表水流 装饰洞口 高速铁路隧道53l 洞门与明洞（一）洞门1）洞门的形式 洞口环框 洞口石质坚硬稳定，地形陡峻无排水要求；高速铁路隧道54l 洞门与明洞（一）洞门1）洞门的形式 端墙式（一字式）洞门

17、适用于地形开阔，石质较稳定的地区；高速铁路隧道55l 洞门与明洞（一）洞门1）洞门的形式 翼墙式（八字式）洞门 洞口地质较差（级及以上围岩），山体纵向推力较大时，在端墙式洞门的单侧或双侧设置翼墙。高速铁路隧道56l 洞门与明洞（一）洞门1）洞门的形式 柱式洞门 地形较陡（级围岩），仰拱有下滑的可能性，又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时，可在端墙中部设置2 个（或4 个）断面较大的柱墩，以增加端墙的稳定性。高速铁路隧道57l 洞门与明洞（一）洞门1）洞门的形式 台阶式洞门 当洞门位于傍山侧坡地区，洞门一侧边仰坡较高时，为了提高靠山侧仰坡起拔点，减少仰拱高度，将端墙顶部改为逐级升高的台阶形式。

18、高速铁路隧道58l 洞门与明洞（一）洞门1）洞门的形式 斜交式洞门 当隧道洞口地面等高线斜交时，为了缩短隧道度度、减少挖方数量，可采用平行于等高线与线路呈斜交的洞口。高速铁路隧道59l 洞门与明洞（一）洞门1）洞门的形式 喇叭口式洞门 高速铁路隧道，为了减缓高速列车的空气动力学效应，对单线隧道，一般设喇叭口缓冲段，同时兼作隧道洞门。高速铁路隧道60l 洞门与明洞（二）明洞 明洞是隧道的一种变化形式，它用明挖法修筑。所谓明挖是指把岩体挖开，在露天修筑衬砌，然后回填土石。这样修筑的构筑物，外形几乎与隧道无异，有拱圈、边墙和底板，净空与隧道相同，和地表相连处，也设有洞门、排水设施等。高速铁路隧道61

19、l 洞门与明洞（二）明洞高速铁路隧道62l 洞门与明洞（二）明洞 明洞一般修筑在隧道的进出口处，当遇到地质差且洞顶覆盖层较薄，用暗挖法难以进洞时，或洞口路堑边坡上有落石而危及行车安全时，均需要修建明洞。它是隧道洞口或线路上起防护作用的重要建筑物，在铁路线上使用的较多。明洞的结构类型常因地形、地质和危害程度的不同，有多种形式，采用最多的为拱式明洞和棚式明洞两种。高速铁路隧道63l 洞门与明洞（二）明洞地质差且洞顶覆盖层较薄，用暗挖法难以进洞时高速铁路隧道64l 洞门与明洞（二）明洞（1）拱式明洞 拱式明洞由拱圈、边墙和仰拱(或铺底)组成，它的内轮廓与隧道相一致，但结构厚度要比隧道大。路堑式对称型

20、 路堑式偏压型高速铁路隧道65l 洞门与明洞（二）明洞（1）拱式明洞 半路堑式偏压型 半路堑式单压型高速铁路隧道66l 洞门与明洞（二）明洞（2）棚式明洞 有些傍山隧道，地形的自然横坡比较陡，外侧没有足够的场地设置外墙及基础或确保其稳定，这时采用另一种建筑物棚式明洞。棚式明洞常见的结构形式：盖板式 刚架式 悬臂式高速铁路隧道67l 洞门与明洞（二）明洞（2）棚式明洞钢架式明洞盖板式明洞高速铁路隧道68l 附属建筑物 为了使隧道正常使用，保证列车安全运营，除主体建筑物外，还必须修筑一些附属建筑物。其中包括：防排水设施，电力及通信信号的安放设施等。高速铁路隧道69l 附属建筑物 隧道的永久性防排水

21、是通过防排水工程措施实现的。经过理论和实践经验的总结，提出了“截、防、堵、排结合，因地制宜，综合治理”的原则。（一）防排水设施高速铁路隧道70l 附属建筑物 截：截断地表水和地下水流入隧道的通道，洞口地表设天沟等截水沟以及地表陷穴等整治；防：防止地下水从衬砌背后渗入隧道内，充分利用混凝土自防水能力，以及在衬砌与支护之间设置的防水层；（一）防排水设施高速铁路隧道71l 附属建筑物 堵：向支护背后压注水泥砂浆，用以充填支护与围岩间的空隙，以堵住地下水的通道，并使支护与围岩形成整体，改善支护受力条件；排：将地下水排入隧道内，再经由洞内排水沟（排水沟及盲沟）排走。（一）防排水设施高速铁路隧道72l 附

22、属建筑物（一）防排水设施高速铁路隧道73l 附属建筑物1）避车洞 当列车通过隧道时，为了保证洞内行人、维修人员及维修设备(小车、料具)的安全，在隧道两侧边墙上交错均匀修建的人员躲避及放置车辆、料具的洞室叫避车洞。避车洞根据其断面尺寸的大小分为大避车洞及小避车洞两种。（二）铁路隧道附属建筑物高速铁路隧道74l 附属建筑物（二）铁路隧道附属建筑物高速铁路隧道75l 附属建筑物（二）铁路隧道附属建筑物高速铁路隧道76l 附属建筑物(1)大避车洞 在碎石道床的隧道内，每侧相隔300 m 布置一个大避车洞，在整体道床的隧道内，因人员行车待避较方便，且线路维修工作量较小，可相隔420 m 布置。(2)小避

23、车洞 无论在碎石道床或整体道床的隧道内，每侧边墙上应在大避车洞之间间隔60m(双线隧道按30m)布置一个小避车洞。（二）铁路隧道附属建筑物高速铁路隧道77l 附属建筑物（二）铁路隧道附属建筑物2）电力及通信设施电缆槽：电缆槽用混凝土浇筑，可与水沟同侧并与水沟并行，或设置在水沟的异侧。槽内铺以细砂做垫层，低压电缆可直接放在垫层面上，高压电缆则吊在槽边预埋的托架上。槽顶设有盖板防护。高速铁路隧道78l 附属建筑物（二）铁路隧道附属建筑物2）电力及通信设施信号继电器箱和无人增音站洞：隧道内如需设置信号继电器箱时，则应在电缆槽同侧设置信号继电器箱洞；根据电讯传输衰耗和通讯设计要求，在隧道内设置无人增音站时。其位置可根据通讯要求确定。可与大避车洞结合使用，如不能结合时，则另行修建。