内蒙古科技大学教案 第4章隧道结构构造 公路隧道结构构造，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。 附属构造物是主体构造物以外的其它建筑物，是为了运营管理、维修养护、给 水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。 4.1洞身衬砌 4.1.1衬砌结构的类型 隧道开挖以后，为了保持坑道的稳定， 一般都需要在坑道周围修建支护结构 即衬砌。 支护的方式有： ①外部支护，即从外部支撑着坑道的围岩（如模筑混凝土整体式衬砌、砖石衬 砌、装配式衬砌、喷射混凝土支护等)： ②内部支护，即对围岩进行加固以提高其稳定性（如错杆支护、压入浆液等）： ③混合支护，即内部与外部支护混合一起的衬砌（如喷错支护）。 从衬砌施工工艺方面将隧道衬砌的型式分为以下四类： 1.整体式模筑混凝土衬砌 它是指就地灌筑混凝土衬砌，也称模筑混凝土衬砌。其工艺流程为： 立模一灌筑养生拆模。模筑衬砌的特点是：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。 2.装配式衬砌 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中采用。 3.喷锚支护 喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土拌和料与 水汇合成为浆状，喷射到坑道的岩壁上凝结而成的。当岩壁不够稳定时， 可加设锚杆、金属网和钢架，这样构成的一种支护形式，简称“锚喷支 护 喷锚支护是一种符合岩体力学原理的支护方法。 喷锚支护的特点是：
内蒙古科技大学教案 42 第 4 章 隧道结构构造 公路隧道结构构造，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。 附属构造物是主体构造物以外的其它建筑物，是为了运营管理、维修养护、给 水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。 4.1 洞身衬砌 4.1.1 衬砌结构的类型 隧道开挖以后，为了保持坑道的稳定，一般都需要在坑道周围修建支护结构， 即衬砌。 支护的方式有： ①外部支护，即从外部支撑着坑道的围岩（如模筑混凝土整体式衬砌、砖石衬 砌、装配式衬砌、喷射混凝土支护等）； ②内部支护，即对围岩进行加固以提高其稳定性（如锚杆支护、压入浆液等）； ③混合支护，即内部与外部支护混合一起的衬砌（如喷锚支护）。 从衬砌施工工艺方面将隧道衬砌的型式分为以下四类： 1．整体式模筑混凝土衬砌 它是指就地灌筑混凝土衬砌，也称模筑混凝土衬砌。其工艺流程为： 立模—灌筑—养生—拆模。模筑衬砌的特点是：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。 2．装配式衬砌 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中采用。 3．喷锚支护 喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土拌和料与 水汇合成为浆状，喷射到坑道的岩壁上凝结而成的。当岩壁不够稳定时， 可加设锚杆、金属网和钢架，这样构成的一种支护形式，简称“锚喷支 护” 。 喷锚支护是一种符合岩体力学原理的支护方法。 喷锚支护的特点是：
内蒙古科技大学教案 ①与围岩密贴、支护及时、柔性好 ②封闭围岩壁面防止风化： ③充填裂隙加固围岩： ④它能充分调动围岩本身的自稳能力，与围岩组成共同承载体系。 喷锚支护包括锚杆支护，喷射混凝土支护，喷射混凝土锚杆联合支 护，喷射混凝土钢筋网联合支护，喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护， 喷射钢纤维混凝土支护，喷射钢纤维混凝土锚杆联合支护，以及上述几 种类型加设型钢支撑（或格栅支撑）而成的联合支护等等。 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。 不宜采用喷锚支护作为永久衬砌的情况有： ①膨胀性围岩： ②粘土质胶结的软岩 ③大面积涌水地段： ④堆积层、破碎带等不良地质地段 ⑤对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求衬砌内轮廓 很整齐、平整 ⑥辅助坑道或其它隧道与主隧道的连接处及附近地段： ⑦有很高的防水要求的隧道： ⑧围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆除者等： ⑨地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的腐蚀： ⑩最冷月平均气温低于-5℃地区的冻害地段。 4.复合式衬砌 复合式衬砌不同于单层厚壁的模筑混凝土衬砌，它把衬砌分成两层 或两层以上，可以是同一种型式、方法和材料施作的，也可以是不同型 式、方法、时间和材料施作的。 目前实践的都是外衬和内衬两层，所以也有人叫它为“双层衬砌”。 按内、外衬的组合情况可分为：①喷锚支护与混凝土衬砌：②喷锚支护 与喷射混凝土衬砌：③可缩性钢拱架（或格栅钢构拱架）喷射混凝土与 混凝土衬砌：④装配式衬砌与混凝土衬砌。目前最通用的是外衬喷锚支 护，内衬为整体式混凝土衬砌。 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
内蒙古科技大学教案 43 ①与围岩密贴、支护及时、柔性好； ②封闭围岩壁面防止风化； ③充填裂隙加固围岩； ④它能充分调动围岩本身的自稳能力，与围岩组成共同承载体系。 喷锚支护包括锚杆支护，喷射混凝土支护，喷射混凝土锚杆联合支 护，喷射混凝土钢筋网联合支护，喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护， 喷射钢纤维混凝土支护，喷射钢纤维混凝土锚杆联合支护，以及上述几 种类型加设型钢支撑（或格栅支撑）而成的联合支护等等。 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。 不宜采用喷锚支护作为永久衬砌的情况有： ①膨胀性围岩； ②粘土质胶结的软岩； ③大面积涌水地段； ④堆积层、破碎带等不良地质地段； ⑤对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求衬砌内轮廓 很整齐、平整； ⑥辅助坑道或其它隧道与主隧道的连接处及附近地段； ⑦有很高的防水要求的隧道； ⑧围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆除者等； ⑨地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的腐蚀； ⑩最冷月平均气温低于-5℃地区的冻害地段。 4．复合式衬砌 复合式衬砌不同于单层厚壁的模筑混凝土衬砌，它把衬砌分成两层 或两层以上，可以是同一种型式、方法和材料施作的，也可以是不同型 式、方法、时间和材料施作的。 目前实践的都是外衬和内衬两层，所以也有人叫它为“双层衬砌”。 按内、外衬的组合情况可分为：①喷锚支护与混凝土衬砌；②喷锚支护 与喷射混凝土衬砌；③可缩性钢拱架（或格栅钢构拱架）喷射混凝土与 混凝土衬砌；④装配式衬砌与混凝土衬砌。目前最通用的是外衬喷锚支 护，内衬为整体式混凝土衬砌。 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
内蒙古科技大学教案 4.1.2支护结构 在隧道及地下工程中，支护结构通常分为初期支护（一次支护）和永久支护( 次支护、二次衬砌)。一次支护是为了保证施工的安全、加固岩体和阻止围岩的变形。 二次支护是为了保证隧道使用的净空和结构的安全而设置的永久性衬砌结构。常用 的永久衬砌形式有整体衬砌、复合式衬砌、拼装衬砌及错喷衬砌等四种。 隧道衬砌是永久性的重要结构物，应有相当的可靠性和保证率， 一旦破坏，运 营中很难恢复。因此要求衬砌密实、抗渗、抗侵蚀、不产生病害，衬砌能够长期、 安全地使用。 本节主要介绍永久支护的作用原理和活用条件」 当地质条件较好，围岩稳定，地下水很少，有场地，施工单位又有制造、运输 和拼装衬砌的设备，并控制开挖和拼装工艺有一定的经验时，可采用拼装衬砌。当 采用盾构施工，又考虑二次衬砌时，也宜采用拼装式衬砌，快速形成一次衬砌的强 度。在山岭隧道建设中，很少采用拼装式衬砌 洞口一般较洞身围岩条件差，节理裂隙发育，风化重：再加隧道埋置浅薄，受 地形、地表水、地下水、风化冻裂影响明显：容易形成偏压，甚至受仰坡后围岩纵 向推力的影响，围岩容易失去稳定，使衬砌产生病害。故洞口一般采用加强的衬砌 形式，包括复合式衬砌，而不采用锚喷衬砌 1.整体式村砌 整体式衬砌是传统衬砌结构型式，在新奥法(NAT)闻世前，广泛地应用于隧 道工程中，目前在山岭隧道中还有不少工程事例。该方法不考虑围岩的承载作用， 主要通过衬砌的结构刚度抵御地层的变形，承受围岩的压力。 整体式村砌采用就地整体横筑混凝土，其方法是在道内树立模板、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。 IV类及以上围岩，由于围岩稳定或基本稳定，拱部围岩荷载较小，且往往呈现 较小的局部荷载：衬砌工作条件较好，衬砌截面可以采用等截面形式。而IV类以下 围岩与上述清况往往相反，故以米用变截面形式为宜。 对V类及以上围岩，墙部是稳定的，侧压力较小，故一般地区也可采用直墙式 村彻，使利施工，并可减少墙部开挖量。 严寒地区修建隧道，由于地下水随季节温度发生变化，围岩易产生冻胀压力， 使侧墙内移或开裂：曲墙式衬砌其抗冻胀能力较强，墙部破坏的情况远小于采用直 墙式衬砌的隧道，故严寒地区隧道，不管围岩等级如何，只要有地下水存在，衬砌 型式仍应采用曲墙式衬砌.严寒地区隧道衬砌施工特别要强调根据情况设置伸缩缝， 防止或减少衬砌因温度降低而收缩，引起衬砌开裂和破坏，造成病害
内蒙古科技大学教案 44 4.1.2 支护结构 在隧道及地下工程中，支护结构通常分为初期支护（一次支护）和永久支护（二 次支护、二次衬砌）。一次支护是为了保证施工的安全、加固岩体和阻止围岩的变形。 二次支护是为了保证隧道使用的净空和结构的安全而设置的永久性衬砌结构。常用 的永久衬砌形式有整体衬砌、复合式衬砌、拼装衬砌及锚喷衬砌等四种。 隧道衬砌是永久性的重要结构物，应有相当的可靠性和保证率，一旦破坏，运 营中很难恢复。因此要求衬砌密实、抗渗、抗侵蚀、不产生病害，衬砌能够长期、 安全地使用。 本节主要介绍永久支护的作用原理和适用条件。 当地质条件较好，围岩稳定，地下水很少，有场地，施工单位又有制造、运输 和拼装衬砌的设备，并控制开挖和拼装工艺有一定的经验时，可采用拼装衬砌。当 采用盾构施工，又考虑二次衬砌时，也宜采用拼装式衬砌，快速形成一次衬砌的强 度。在山岭隧道建设中，很少采用拼装式衬砌。 洞口一般较洞身围岩条件差，节理裂隙发育，风化重；再加隧道埋置浅薄，受 地形、地表水、地下水、风化冻裂影响明显；容易形成偏压，甚至受仰坡后围岩纵 向推力的影响，围岩容易失去稳定，使衬砌产生病害。故洞口一般采用加强的衬砌 形式，包括复合式衬砌，而不采用锚喷衬砌。 1．整体式衬砌 整体式衬砌是传统衬砌结构型式，在新奥法（NATM）闻世前，广泛地应用于隧 道工程中，目前在山岭隧道中还有不少工程事例。该方法不考虑围岩的承载作用， 主要通过衬砌的结构刚度抵御地层的变形，承受围岩的压力。 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。 IV 类及以上围岩，由于围岩稳定或基本稳定，拱部围岩荷载较小，且往往呈现 较小的局部荷载；衬砌工作条件较好，衬砌截面可以采用等截面形式。而 IV 类以下 围岩与上述情况往往相反，故以采用变截面形式为宜。 对 IV 类及以上围岩，墙部是稳定的，侧压力较小，故一般地区也可采用直墙式 衬砌，便利施工，并可减少墙部开挖量。 严寒地区修建隧道，由于地下水随季节温度发生变化，围岩易产生冻胀压力， 使侧墙内移或开裂；曲墙式衬砌其抗冻胀能力较强，墙部破坏的情况远小于采用直 墙式衬砌的隧道，故严寒地区隧道，不管围岩等级如何，只要有地下水存在，衬砌 型式仍应采用曲墙式衬砌。严寒地区隧道衬砌施工特别要强调根据情况设置伸缩缝， 防止或减少衬砌因温度降低而收缩，引起衬砌开裂和破坏，造成病害
内蒙古科技大学教案 III类及以下围岩，地基松软，往往侧压力较大，故宜采用曲墙带仰拱的衬砌。 设置仰拱不仅是满足地基承载力的要求，更重要的是使结构及时封闭，提高结构的 整体承载力和侧墙抵抗侧压力的能力，抵御结构的下沉变形，达到调整围岩和衬砌 的应力状态的目的，使衬砌处于稳定状态。 为了避免围岩和衬砌的应力集中，造成围岩压力增加和衬砌的局部破坏，应注 意衬砌内外轮廓的圆顺，避免急剧弯曲和棱角。 2.复合式村砌 复合式村砌是由初期支护和二次支护组成的。初期支护是限制围岩在施工期间 的变形，达到围岩的暂时稳定：二次支护则是提供结构的安全储备或承受后期围岩 压力。因此，初期支护应按主要承载结构设计。二次支护在V类及以上围岩时按安 全储备设计：在IIⅡ类及以下围岩时按承载（后期围压）结构设计，并均应满足构造 要求。 复合衬砌的设计，目前以工程类比为主，理论验算为辅。结合施工，通过测量 监控取得数据，不断修改和完善设计。复合衬砌设计和施工密切相关，应通过量测 及时支护，并学握好围岩和支护的形变和应力状态，以便最大限度发挥由围岩和支 护组成的承载结构的自承能力。通过量测，掌握好断面的闭合时间：保证施工期安 全。确定怡当的支护标淮和合适的二次衬砌时间，达到作用在承载结构上的形变压 力最小，且又十分安全和稳定 IIⅡ类及以下围岩或可能出现偏压时，应设置仰拱。仰拱不仅是解决基础承载 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，更重要的是起 闭围岩，制止围岩过大的松弛变形，将围岩塑性变形和形变压力控制在允许范围： 还增加底部和墙部的支护抵抗力，防止内挤而产生剪切破坏。 两层衬砌之间宜采用缓冲、隔离的防水夹层，其目的是，当第一层产生形变及 形变压力较大时，仍给予极少量形变的可能，可降低形变压力。而当一次衬砌支护 力不够时，可将少量形变压力均匀的传布到二次衬砌上，并依靠二次衬砌进一步制 止继续变形，且不使一次衬砌出现裂缝时，二次衬砌也出现裂缝。由于二层衬砌之 间有了隔离层（即防水夹层），则防水效果良好，且可减少二次衬砌混凝土的收缩裂 在确定开挖尺寸时，应预留必要的初期支护变形量，以保证初期支护稳定后， 二次衬砌的必要厚度。当围岩呈“塑性”时，变形量是比较大的。由于预先设定的 变形量与初期支护稳定后的实际变形量往往有差距，故应经常量测校正，使延续各 村砌段预留变形量更符合围岩及支护变形实际。 3.喷锚衬砌 镭喷支护作为隧道的永久衬砌，一般考虑是在Ⅳ类及以上围岩中采用：在II
内蒙古科技大学教案 45 III 类及以下围岩，地基松软，往往侧压力较大，故宜采用曲墙带仰拱的衬砌。 设置仰拱不仅是满足地基承载力的要求，更重要的是使结构及时封闭，提高结构的 整体承载力和侧墙抵抗侧压力的能力，抵御结构的下沉变形，达到调整围岩和衬砌 的应力状态的目的，使衬砌处于稳定状态。 为了避免围岩和衬砌的应力集中，造成围岩压力增加和衬砌的局部破坏，应注 意衬砌内外轮廓的圆顺，避免急剧弯曲和棱角。 2．复合式衬砌 复合式衬砌是由初期支护和二次支护组成的。初期支护是限制围岩在施工期间 的变形，达到围岩的暂时稳定；二次支护则是提供结构的安全储备或承受后期围岩 压力。因此，初期支护应按主要承载结构设计。二次支护在 IV 类及以上围岩时按安 全储备设计；在 III 类及以下围岩时按承载(后期围压)结构设计，并均应满足构造 要求。 复合衬砌的设计，目前以工程类比为主，理论验算为辅。结合施工，通过测量、 监控取得数据，不断修改和完善设计。复合衬砌设计和施工密切相关，应通过量测 及时支护，并掌握好围岩和支护的形变和应力状态，以便最大限度发挥由围岩和支 护组成的承载结构的自承能力。通过量测，掌握好断面的闭合时间；保证施工期安 全。确定恰当的支护标淮和合适的二次衬砌时间，达到作用在承载结构上的形变压 力最小，且又十分安全和稳定。 III 类及以下围岩或可能出现偏压时，应设置仰拱。仰拱不仅是解决基础承载 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，更重要的是起封 闭围岩，制止围岩过大的松弛变形，将围岩塑性变形和形变压力控制在允许范围； 还增加底部和墙部的支护抵抗力，防止内挤而产生剪切破坏。 两层衬砌之间宜采用缓冲、隔离的防水夹层，其目的是，当第一层产生形变及 形变压力较大时，仍给予极少量形变的可能，可降低形变压力。而当一次衬砌支护 力不够时，可将少量形变压力均匀的传布到二次衬砌上，并依靠二次衬砌进一步制 止继续变形，且不使一次衬砌出现裂缝时，二次衬砌也出现裂缝。由于二层衬砌之 间有了隔离层（即防水夹层），则防水效果良好，且可减少二次衬砌混凝土的收缩裂 缝。 在确定开挖尺寸时，应预留必要的初期支护变形量，以保证初期支护稳定后， 二次衬砌的必要厚度。当围岩呈“塑性”时，变形量是比较大的。由于预先设定的 变形量与初期支护稳定后的实际变形量往往有差距，故应经常量测校正，使延续各 衬砌段预留变形量更符合围岩及支护变形实际。 3．喷锚衬砌 锚喷支护作为隧道的永久衬砌，一般考虑是在 IV 类及以上围岩中采用；在 III
内蒙古科技大学教案 类及以下围岩中，采用锚喷支护经验不足，可靠性差：按目前的施工水平，可将锚 喷支护作为初期支护配合第二次模注混凝土衬砌，形成复合衬砌。当围岩良好、完 整、稳定地段，如V类及以上，只需采用喷射混凝土衬砌即可，此时喷射混凝土的 作用为：局部稳定围岩表层少数已松动的岩块：保护和加固围岩表面，防止风化： 与围岩形成表面较平整的整体支承结构，确保营运安全。 在层状围岩中，应加入了锚杆支护，通过联结作用和组合原理保护和稳定围岩， 并通过喷射混凝土表面封闭和支护的配合，使围岩和锚杆喷射混凝土形成一个稳定 的承载结构。描杆应与稳定围若联结，与役有松动的较完整的稳定的围岩体相联结： 锚杆应有足够锚固长度，伸入松动围岩以外或伸入承载环以内一定深度。 当围岩呈块（石）碎（石）状镶嵌结构，稳定性较差时，猫喷混疑土的主要作用原 理是整体加固作用。依靠锚杆和钢筋网喷混凝土的支护力和锚杆的联结及本身的抗 剪强度，提高围岩承载圈的抗压强度和抗剪强度，达到对围岩的整体加固作用，使 围岩和锚喷支护共同成为一个承裁结构。 锚喷砌的内轮廓线，官采用曲墙式的断面形式，是为了使开榜时外轮廓线圆 顺， 尽可能减少围岩中的应力集中，减小围岩内缘的拉应力，尽可能消除围岩对支 护的集中荷载，使支护只承受较均匀的形变压力，使喷层支护都处在受压状态而不 产生弯矩。锚喷衬砌外轮廓线除考虑锚喷变形量外宜再预留20m。其理由是：锚喷 支护作为永久衬砌目前在设计和施工都经验不足，需要完善的地方还很多，尤其是 公路部门，这样的施工实例还不多：锚喷支护作为柔性支护结构，厚度较薄，变形 量较大，预留变形量能保证以后有可能进行补强和达到应有的补强厚度而留有余地： 另外，还估计到如锚喷衬砌改变为复合衬砌时，能保证复合衬砌的二次衬砌最小厚 度20cm。 采用锚喷衬砌后，内表面是不太平整顺直，美观性差，影响司机在行车中视觉 感观。在高等级道路或城镇及附近的隧道，应根据需要考忠内装，以消除上述缺点 外，也使于照明、通风的安装，提高同内照明、防水、通风、视线诱导、减少操音 笔的效果。 在某些不良地质、大面积涌水地段和特殊地段不宜采用锚喷树砌作为永久村砌。 大面积涌水地段，喷射混凝土很难成型且即使成型，其强度及与围岩的粘结力无法 保证：锚杆与围岩的钻结，锚杆的锚固力也极难保证，难于发挥锚喷支护所应有的 作用。膨胀性围岩和不良地质围岩，如粘土质胶结的砂岩、粉砂岩、泥砂岩、泥岩 等软岩，开挖后极易风化、潮解，遇水泥化、软化、膨胀，造成大的围岩压力，稳 定性极差，甚至流坍。堆积层、破碎带等不良地质，往往有水，施工时缺乏足够的 自稳能力和一定的稳定时间。这样，锚杆无法同膨胀性围岩和有水堆积层、破碎带 形成可靠的粘结，喷射混凝士与围岩面也很难形成良好的粘贴。因此，锚喷支护就
内蒙古科技大学教案 46 类及以下围岩中，采用锚喷支护经验不足，可靠性差；按目前的施工水平，可将锚 喷支护作为初期支护配合第二次模注混凝土衬砌，形成复合衬砌。当围岩良好、完 整、稳定地段，如 V 类及以上，只需采用喷射混凝土衬砌即可，此时喷射混凝土的 作用为：局部稳定围岩表层少数已松动的岩块；保护和加固围岩表面，防止风化； 与围岩形成表面较平整的整体支承结构，确保营运安全。 在层状围岩中，应加入了锚杆支护，通过联结作用和组合原理保护和稳定围岩， 并通过喷射混凝土表面封闭和支护的配合，使围岩和锚杆喷射混凝土形成一个稳定 的承载结构。锚杆应与稳定围岩联结，与没有松动的较完整的稳定的围岩体相联结； 锚杆应有足够锚固长度，伸入松动围岩以外或伸入承载环以内一定深度。 当围岩呈块(石)碎(石)状镶嵌结构，稳定性较差时，锚喷混凝土的主要作用原 理是整体加固作用。依靠锚杆和钢筋网喷混凝土的支护力和锚杆的联结及本身的抗 剪强度，提高围岩承载圈的抗压强度和抗剪强度，达到对围岩的整体加固作用，使 围岩和锚喷支护共同成为一个承裁结构。 锚喷衬砌的内轮廓线，宜采用曲墙式的断面形式，是为了使开挖时外轮廓线圆 顺，尽可能减少围岩中的应力集中，减小围岩内缘的拉应力，尽可能消除围岩对支 护的集中荷载，使支护只承受较均匀的形变压力，使喷层支护都处在受压状态而不 产生弯矩。锚喷衬砌外轮廓线除考虑锚喷变形量外宜再预留 20cm。其理由是：锚喷 支护作为永久衬砌目前在设计和施工都经验不足，需要完善的地方还很多，尤其是 公路部门，这样的施工实例还不多；锚喷支护作为柔性支护结构，厚度较薄，变形 量较大，预留变形量能保证以后有可能进行补强和达到应有的补强厚度而留有余地； 另外，还估计到如锚喷衬砌改变为复合衬砌时，能保证复合衬砌的二次衬砌最小厚 度 20cm。 采用锚喷衬砌后，内表面是不太平整顺直，美观性差，影响司机在行车中视觉 感观。在高等级道路或城镇及附近的隧道，应根据需要考虑内装，以消除上述缺点 外，也便于照明、通风的安装，提高洞内照明、防水、通风、视线诱导、减少噪音 等的效果。 在某些不良地质、大面积涌水地段和特殊地段不宜采用锚喷衬砌作为永久衬砌。 大面积涌水地段，喷射混凝土很难成型且即使成型，其强度及与围岩的粘结力无法 保证；锚杆与围岩的粘结，锚杆的锚固力也极难保证，难于发挥锚喷支护所应有的 作用。膨胀性围岩和不良地质围岩，如粘土质胶结的砂岩、粉砂岩、泥砂岩、泥岩 等软岩，开挖后极易风化、潮解，遇水泥化、软化、膨胀，造成大的围岩压力，稳 定性极差，甚至流坍。堆积层、破碎带等不良地质，往往有水，施工时缺乏足够的 自稳能力和一定的稳定时间。这样，锚杆无法同膨胀性围岩和有水堆积层、破碎带 形成可靠的粘结，喷射混凝土与围岩面也很难形成良好的粘贴。因此，锚喷支护就
内蒙古科技大学教案 难于阻止围岩的迅速变形和通过锚喷支护形成可靠、稳定的承载圈。 不宜采用锚喷支护作为永久衬砌的情况还包括：对衬砌有特殊要求的隧道或地 段，如洞口地段，要求衬砌内轮廊很整齐、平整：辅助坑道或其它隧道与主隧道的 连接处及附近地段：有很高的防水要求的隧道：还有围岩及覆盖太薄，且其上已有 建筑物，不能沉落或拆除者等；地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料 的腐蚀：寒冷和严寒地区有冻害的地方等。 4.2洞门 4.2.1概述 洞门是隧道两端的外露部分，也是联系洞内衬砌与洞口外路堑的支护结构，其 作用是保证洞口边坡的安全和仰坡的稳定，引离地表流水，减少洞口土石方开挖量。 洞门也是标志隧道的建筑物：因此，应与隧道规模、使用特性以及周围建筑物、地 形条件等要相协调。 洞门附近的岩（土）体通常都比较破碎松软，易于失稳，形成崩塌。为了保护岩（） 体的稳定和使车辆不受崩塌、落石等威胁，确保行车安全，应该根据实际情况，选 择合理的洞门型式。洞门是各类隧道的咽喉，在保障安全的同时，还应适当进行洞 门的美化和环境的美化 山岭隧道常用的洞门型式主要有端墙式、翼墙式和环框式：水底隧道的洞门通 常与附属建筑物，如通风站，供、蓄、发电间，管理所等结合在一起修建，城市隧 道既可能是山岭隧道，也可能是水底隧道，不过一般情况下交通量都比较大，对建 箱艺术上的要求也较高 4.2.2洞门型式 1,端墙式洞门 端墙式洞门适用于岩质稳定的IV类以上围岩和地形开阔的地区，是最常使用的 洞门型式，见图4.2.1。 47
内蒙古科技大学教案 47 难于阻止围岩的迅速变形和通过锚喷支护形成可靠、稳定的承载圈。 不宜采用锚喷支护作为永久衬砌的情况还包括：对衬砌有特殊要求的隧道或地 段，如洞口地段，要求衬砌内轮廓很整齐、平整；辅助坑道或其它隧道与主隧道的 连接处及附近地段；有很高的防水要求的隧道；还有围岩及覆盖太薄，且其上已有 建筑物，不能沉落或拆除者等；地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料 的腐蚀；寒冷和严寒地区有冻害的地方等。 4.2 洞门 4.2.1 概述 洞门是隧道两端的外露部分，也是联系洞内衬砌与洞口外路堑的支护结构，其 作用是保证洞口边坡的安全和仰坡的稳定，引离地表流水，减少洞口土石方开挖量。 洞门也是标志隧道的建筑物；因此，应与隧道规模、使用特性以及周围建筑物、地 形条件等要相协调。 洞门附近的岩(土)体通常都比较破碎松软，易于失稳，形成崩塌。为了保护岩(土) 体的稳定和使车辆不受崩塌、落石等威胁，确保行车安全，应该根据实际情况，选 择合理的洞门型式。洞门是各类隧道的咽喉，在保障安全的同时，还应适当进行洞 门的美化和环境的美化。 山岭隧道常用的洞门型式主要有端墙式、翼墙式和环框式；水底隧道的洞门通 常与附属建筑物，如通风站，供、蓄、发电间，管理所等结合在一起修建，城市隧 道既可能是山岭隧道，也可能是水底隧道，不过一般情况下交通量都比较大，对建 筑艺术上的要求也较高。 4.2.2 洞门型式 1．端墙式洞门 端墙式洞门适用于岩质稳定的 IV 类以上围岩和地形开阔的地区，是最常使用的 洞门型式，见图 4.2.1
内蒙古科技大学教案 TTMTTTTTTT 0.01 图42.1端墙式洞门 2.翼墙式洞门 翼墙式洞门适用于地质较差的IⅡ类以下围岩，以及需要开挖路堑的地方。翼 墙式洞门由端墙及翼墙组成。翼墙是为了增加端墙的稳定性而设置的，同时对路堑 边坡也起支撑作用。其顶面通常与仰坡坡面一致，顶面上一般均设置水沟，将端墙 背面排水沟汇集的地表水排至路堑边沟内，见图4.2.2。 L 图4.2.2翼墙式洞门 3.环框式洞门
内蒙古科技大学教案 48 图 4.2.1 端墙式洞门 2.翼墙式洞门 翼墙式洞门适用于地质较差的 III 类以下围岩，以及需要开挖路堑的地方。翼 墙式洞门由端墙及翼墙组成。翼墙是为了增加端墙的稳定性而设置的，同时对路堑 边坡也起支撑作用。其顶面通常与仰坡坡面一致，顶面上一般均设置水沟，将端墙 背面排水沟汇集的地表水排至路堑边沟内，见图 4.2.2。 图 4.2.2 翼墙式洞门 3.环框式洞门
内蒙古科技大学教案 当洞口岩层坚硬、整体性好、节理不发育，路堑开挖后仰坡极为稳定，并且没 有较大的排水要求时采用。环框与洞口衬砌用混凝土整体灌筑。见图4.2.3。 TTTTTTTT 图4.2.3环框式洞门 当洞口为松软的堆积层时，通常应避免大刷仰、边坡，一般宜采用接长明洞， 恢复原地形地貌的办法。此时，仍可采用洞口环框，但环框坡面较平缓，一般与自 然地形坡度相一致。环框两翼与與墙一样能起到保护路堑边坡的作用。环框四周恢 复自然植被原状，或重新栽植根系发达的树木等，以使仰、边坡稳定。在引道两侧 如果具备条件可以栽植高大乔木，形成林荫大道，这样的总体绿化，对洞外减光十 分有益，是一个值得推荐的好方法。不过环框上方及两侧仍应设置排水沟渠，以排 除地表水，防止漫流。领斜的环框还有利于向洞内散射自然光，增加入口段的亮度。 4.遮光棚式洞门 当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。遮光构造物有开放式和封闭 式之分，前者遮光板之间是透空的，后者则用透光材料将前者透空部分封闭。但由 于透光材料上面容易沾染尘垢油污，养护困难，所以很少使用后者。形状上又有喇 叭式与棚式之分。 除上述基本形式外，还有一些变化形式，如柱式洞门：在端墙上增加对称的两 个立柱，不但雄伟壮观，而且对端墙局部加强，增加洞门的稳定性。此种形式一般 适用于城镇、乡村、风景区附近的隧道。台阶式洞门，为适应山坡地形，在沿线傍 山隧道半路堑情况下常采用这种形式。将端墙做成台阶式。 5.柱式洞门 柱式洞门是从端墙式洞门发展起来的，它实际也是一种端墙形式的洞门。 49
内蒙古科技大学教案 49 当洞口岩层坚硬、整体性好、节理不发育，路堑开挖后仰坡极为稳定，并且没 有较大的排水要求时采用。环框与洞口衬砌用混凝土整体灌筑。见图 4.2.3。 图 4.2.3 环框式洞门 当洞口为松软的堆积层时，通常应避免大刷仰、边坡，一般宜采用接长明洞， 恢复原地形地貌的办法。此时，仍可采用洞口环框，但环框坡面较平缓，一般与自 然地形坡度相一致。环框两翼与翼墙一样能起到保护路堑边坡的作用。环框四周恢 复自然植被原状，或重新栽植根系发达的树木等，以使仰、边坡稳定。在引道两侧 如果具备条件可以栽植高大乔木，形成林荫大道，这样的总体绿化，对洞外减光十 分有益，是一个值得推荐的好方法。不过环框上方及两侧仍应设置排水沟渠，以排 除地表水，防止漫流。倾斜的环框还有利于向洞内散射自然光，增加入口段的亮度。 4．遮光棚式洞门 当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。遮光构造物有开放式和封闭 式之分，前者遮光板之间是透空的，后者则用透光材料将前者透空部分封闭。但由 于透光材料上面容易沾染尘垢油污，养护困难，所以很少使用后者。形状上又有喇 叭式与棚式之分。 除上述基本形式外，还有一些变化形式，如柱式洞门：在端墙上增加对称的两 个立柱，不但雄伟壮观，而且对端墙局部加强，增加洞门的稳定性。此种形式一般 适用于城镇、乡村、风景区附近的隧道。台阶式洞门，为适应山坡地形，在沿线傍 山隧道半路堑情况下常采用这种形式。将端墙做成台阶式。 5.柱式洞门 柱式洞门是从端墙式洞门发展起来的，它实际也是一种端墙形式的洞门
内蒙古科技大学教案 适用：洞口地形较陡，地质条件较差，岩层有较大侧压力，仰坡有下滑的可能 性的地段，或洞口处地形狭窄，受地形或地质条件限制，设置翼墙无良好基础或不 能设置翼墙的地段，这时可以在端墙中部设置两个断面较大的柱墩，以增加端墙的 稳定 由于柱式洞门墙面有凸出线条，较为雄伟美观，所以在城市、风景区或有建筑 艺术装饰要求的地区，适宜采用柱式洞门，特别是对于较长大的隧道，采用柱式洞 门比较壮观。 6.台阶式洞门 适用：当洞门处于傍山侧坡地区，地面横坡较陡，洞门一侧边坡较高时，为了 减小仰坡高度及外露坡长，可以将端墙一侧顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应 地形的特点，减少仰坡土石开挖量。 此种洞门一般配合偏压隧道衬砌使用，故亦称偏压隧道门
内蒙古科技大学教案 50 图 4.2.4 柱式洞门 适用：洞口地形较陡，地质条件较差，岩层有较大侧压力，仰坡有下滑的可能 性的地段，或洞口处地形狭窄，受地形或地质条件限制，设置翼墙无良好基础或不 能设置翼墙的地段，这时可以在端墙中部设置两个断面较大的柱墩，以增加端墙的 稳定性。 由于柱式洞门墙面有凸出线条，较为雄伟美观，所以在城市、风景区或有建筑 艺术装饰要求的地区，适宜采用柱式洞门，特别是对于较长大的隧道，采用柱式洞 门比较壮观。 6. 台阶式洞门 适用：当洞门处于傍山侧坡地区，地面横坡较陡，洞门一侧边坡较高时，为了 减小仰坡高度及外露坡长，可以将端墙一侧顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应 地形的特点，减少仰坡土石开挖量。 此种洞门一般配合偏压隧道衬砌使用，故亦称偏压隧道门
内蒙古科技大学教案 图4.2.4台阶式洞门 在靠山侧通常需设置挡墙，以降低边坡开挖高度，并压缩端墙宽度。低山坡 侧如地质较差， 地面较高，也可采用矮挡墙。选用台阶式洞门时，通常需要根据洞 口地形地质条件，与采用明洞或斜洞门做技术经济比较。 7除此以外还有削竹式洞门、遮光棚洞门等。 4.2.3隧道洞门构造 洞口仰坡地脚至洞门墙背应有不小于1.5m的水平距离，以防仰坡土石掉落到路 面上，危及安全。洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底与衬砌拱顶外缘的高度不应小于 L.0m,以免落石破坏拱圈。洞门墙顶应高出仰坡脚0.5m以上，以防水流溢出墙顶， 也可防止掉落土石弹出。水沟底下填土应夯实，否则会使水沟变形，产生漏水，影 响衬砌强度。 洞门墙应根据情况设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔，以防止洞门变形。洞门墙的 厚度可按计算或结合其他工程类比确定，但墙身厚度最小不得小于0.5m 洞门墙基础必须置于稳固地基上，这是因为通常洞口位置的地形地质条件比较 复杂，有的全为松散堆积覆盖层，有的半软半硬，有的地面倾斜陡峻，为了保证建 筑物稳固，应视地形及地质条件，洞门墙基础埋置足够的深度。基底埋入土质地基 的深度不应小于1m,嵌入岩石地基的深度不应小于0.5血。 地基强度偏小时，可根据情况采用扩大基础、换土、桩基、压浆加固地基等措 施。地基为冻胀土层时，冻结时土壤隆起、膨胀力大，而解冻时由于水融作用，士 壤变软后沉陷，建筑物相应下沉，产生衬砌变形。根据公路工程一般设置基础的经 验，要求基底设在冻结线以下不小于0.25m(所指的冻结线为当地最大的冻结深度) 如果冻结线较深，施工有困难，可采取非冻结性的砂石材料换填，也可设置桩基等 办法。不冻胀土层中的地基，例如岩石、卵石、砾石、砂等，埋置深度可不受冻结 深度的限制。 4.3明洞 当隧道埋深较浅，上覆岩（土）体较薄，难采用暗挖法时，则应采用明挖法米开 挖隧道。用这种明挖法修筑的隧道结构，通常称明洞。 明洞具有地面、地下建筑物的双重特点，既作为地面建筑物用以抵御边坡、仰 坡的坍方、落石、滑坡、泥石流等病害。 明洞净空必须满足隧道建筑限界要求，洞门一般作成直立端墙式洞门。 明洞的结构形式应根据地形、地质、经济、运营安全及施工难易等条件进行选 择，采用最多的是拱形明洞和棚式明洞：
内蒙古科技大学教案 51 图 4.2.4 台阶式洞门 在靠山侧通常需设置挡墙，以降低边坡开挖高度，并压缩端墙宽度。低山坡一 侧如地质较差，地面较高，也可采用矮挡墙。选用台阶式洞门时，通常需要根据洞 口地形地质条件，与采用明洞或斜洞门做技术经济比较。 7.除此以外还有削竹式洞门、遮光棚洞门等。 4.2.3 隧道洞门构造 洞口仰坡地脚至洞门墙背应有不小于 1.5m 的水平距离，以防仰坡土石掉落到路 面上，危及安全。洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底与衬砌拱顶外缘的高度不应小于 1.0m，以免落石破坏拱圈。洞门墙顶应高出仰坡脚 0.5m 以上，以防水流溢出墙顶， 也可防止掉落土石弹出。水沟底下填土应夯实，否则会使水沟变形，产生漏水，影 响衬砌强度。 洞门墙应根据情况设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔，以防止洞门变形。洞门墙的 厚度可按计算或结合其他工程类比确定，但墙身厚度最小不得小于 O.5m。 洞门墙基础必须置于稳固地基上，这是因为通常洞口位置的地形地质条件比较 复杂，有的全为松散堆积覆盖层，有的半软半硬，有的地面倾斜陡峻，为了保证建 筑物稳固，应视地形及地质条件，洞门墙基础埋置足够的深度。基底埋入土质地基 的深度不应小于 1m，嵌入岩石地基的深度不应小于 0.5m。 地基强度偏小时，可根据情况采用扩大基础、换土、桩基、压浆加固地基等措 施。地基为冻胀土层时，冻结时土壤隆起、膨胀力大，而解冻时由于水融作用，土 壤变软后沉陷，建筑物相应下沉，产生衬砌变形。根据公路工程一般设置基础的经 验，要求基底设在冻结线以下不小于 0.25m(所指的冻结线为当地最大的冻结深度)。 如果冻结线较深，施工有困难，可采取非冻结性的砂石材料换填，也可设置桩基等 办法。不冻胀土层中的地基，例如岩石、卵石、砾石、砂等，埋置深度可不受冻结 深度的限制。 4.3 明 洞 当隧道埋深较浅，上覆岩(土)体较薄，难采用暗挖法时，则应采用明挖法来开 挖隧道。用这种明挖法修筑的隧道结构，通常称明洞。 明洞具有地面、地下建筑物的双重特点，既作为地面建筑物用以抵御边坡、仰 坡的坍方、落石、滑坡、泥石流等病害。 明洞净空必须满足隧道建筑限界要求，洞门一般作成直立端墙式洞门。 明洞的结构形式应根据地形、地质、经济、运营安全及施工难易等条件进行选 择，采用最多的是拱形明洞和棚式明洞；