隧道的結(jié)構(gòu)簡介

1、隧道的結(jié)構(gòu)構(gòu)造定義及組成道路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造 由主體構(gòu)造物和附屬構(gòu)造物兩大類組成。主體構(gòu)造物是為了保持貯存巖體的穩(wěn)定和行車安全而修建的人工永久建 筑物，通常指洞身襯砌和洞門構(gòu)造物。洞身襯砌的平縱、橫斷面的形狀 由道路隧道的幾何設(shè)計確定，襯砌斷面的軸線形狀和厚度由襯砌計算決 定。在山體坡面有發(fā)生崩坍和落石可能時，往往需要接長洞身或修筑明 洞。洞門的構(gòu)造型式由多方面的因素決定， 如巖體的穩(wěn)定性、通風(fēng)方式、 照明狀況、地形地貌以及環(huán)境條件等。 附屬構(gòu)造物是主體構(gòu)造物以外的 其他建筑物，是為了運營管理、維修養(yǎng)所、給水排水、供蓄發(fā)電、通風(fēng)、 照明、通訊、安全等而修建的構(gòu)造物。洞身襯砌1、襯砌結(jié)構(gòu)的類型 山嶺

2、隧道的襯砌結(jié)構(gòu)形式，主要是根據(jù)隧 道所處的地質(zhì)地形條件，考慮其結(jié)構(gòu)受力的合理性、施工方法和施工技 術(shù)水平等因素來確定的。隨著人們對隧道工程實踐經(jīng)驗的積累，對圍巖 壓力和襯砌結(jié)構(gòu)所起作用的認(rèn)識的發(fā)展，結(jié)構(gòu)形式發(fā)生了很大變化，出現(xiàn)各種適應(yīng)不同的地質(zhì)條件的結(jié)構(gòu)類型，大致有下列幾類。1）直墻式襯砌直墻式襯砌形式通常用于巖石地層垂直圍巖壓 力為主要計算荷載、水平圍巖壓力很小的情況。對于道路隧道，直墻式襯砌結(jié)構(gòu)的拱部，可以采用割圓拱、坦三心圓拱或尖三心圓拱。三心圓拱指拱軸線由三段圓弧組成，其軸線形狀比較平坦時稱為坦三心圓拱，形狀較尖時稱為尖三心圓拱，平時即為割圓拱。2）曲墻式襯砌通常在 III 類以下圍巖

3、中，水平壓力較大，為了抵抗較大的水平壓力把邊墻也做成曲線形狀。當(dāng)?shù)鼗鶙l件較差時，為防止襯砌沉陷，抵御底鼓壓力，使襯砌形成環(huán)狀封閉結(jié)構(gòu)，可以設(shè)置仰拱。3）噴混凝土襯砌、噴錨襯砌及復(fù)合式襯砌這些襯砌與上述傳統(tǒng)的襯砌方法有本質(zhì)上的區(qū)別，這里僅介紹其結(jié)構(gòu)形式。為了使噴混凝土結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)趨于合理化，要求用光面爆破開挖，使洞室周邊平順光滑，成型準(zhǔn)確，減少超欠挖。然后在適當(dāng)?shù)臅r間噴混凝土，即為噴混凝土襯砌。根據(jù)實際情況，需要安裝錨桿的則先裝設(shè)錨桿，再噴混凝土，即為噴錨襯砌。如果以噴混凝土、錨桿或鋼拱支架的一種或幾種組合作為初次支護(hù)對圍巖進(jìn)行加固，維護(hù)圍巖穩(wěn)定防止有害松動。待初次支護(hù)的變形基本穩(wěn)定后，進(jìn)行現(xiàn)

4、澆混凝土二次襯砌，即為復(fù)合式襯砌。為使襯砌的防水性能可靠，保持無滲漏水，采用塑料板作復(fù)合式襯砌中間防水層是比較適宜的。4） 圓形斷面隧道為了抵御膨脹性圍巖壓力，山嶺隧道也可以采用圓形或近似圓形斷面，因為需要較大的襯厚度，所以多半在施工時進(jìn)行二次襯砌。對于水底隧道，由于水壓力較大，采用礦山法施工時，也多采用二次襯砌，或者采用鑄鐵制的方形節(jié)段。水底隧道廣泛使用盾構(gòu)法施工，其斷面為全圓形。通常用預(yù)制的方形節(jié)段在現(xiàn)場拼裝。此時，在頂棚以上的空間和路面板以下的空間可以用作通風(fēng)管道，車行道兩側(cè)的空間可以設(shè)置人行道或自行車道，有剩余空間時還可以設(shè)置電纜管道等。水底隧道的另一種施工方法是沉管法，有單管和雙管之

5、分，其斷面可以是圓形，也可以是矩形。巖石隧道掘進(jìn)機(jī)是開挖巖石隧道的一種機(jī)械化切削機(jī)械，其開挖斷面通常為圓形，開挖后可以用噴混土襯砌、噴錨襯砌或拼裝預(yù)制構(gòu)件襯砌等多種形式。5）矩形斷面襯砌如上所述，用沉管法施工時，其斷面可以用矩形形式。用明挖法施工時，尤其在修筑多車道隧道時，其斷面廣泛采用矩形。這種情況，回填土厚度一般較小，加之在軟土中修筑隧道時，軟土不能抵御較大的水平推力，因而不應(yīng)修筑拱形隧道。另一方面，矩形斷面的利用率也較高。城市中的過街人行地道，通常都在軟土中通達(dá)，其斷面也是以矩形為基礎(chǔ)組成的。2、支護(hù)結(jié)構(gòu)在隧道及地下過程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)通常分為初期支護(hù) （ 一次支護(hù) ） 和永久支護(hù)（ 二次支

6、護(hù)、二次襯砌） 。 一次支護(hù)是為了保證施工的安全、加固巖體和阻止圍巖產(chǎn)變形、坍塌而設(shè)置的臨時支護(hù)措施，常用支護(hù)形式有木支撐、型鋼支撐、錨噴支護(hù)等，其中型鋼支撐、錨噴支護(hù)一般作為永久支護(hù)的一部分，與永久支護(hù)共同工作。二次支護(hù)是為了保證隧道使用的凈空和結(jié)構(gòu)的安全而設(shè)置的永久性襯砌結(jié)構(gòu)。常用的永久襯砌形式有整體襯砌、復(fù)合式襯砌及錨噴襯砌等3 種。公路隧道與鐵路、水工隧道相比，其使用目的有許多不同的地方。公路隧道使用目的和要求更具多樣化，范圍更廣泛。道路行駛車輛有小汽車、大型卡車、民用及軍用大型拖車、各種慢速機(jī)動車、非機(jī)動車等，在隧道內(nèi)同一孔混合行駛，也有在多孔內(nèi)多層內(nèi)分道通過，還有專用隧道等。因此，

7、設(shè)計隧道襯砌應(yīng)與道路等級、交通功能及性質(zhì)相適應(yīng)，即與使用目的相適應(yīng)，設(shè)計出相應(yīng)的襯砌斷面。1)整體式襯砌整體式襯砌是傳統(tǒng)襯砌結(jié)構(gòu)形式，在新奧法(NATM) 聞世前，廣泛地應(yīng)用于隧道工程中，目前在山嶺隧道中還有不少工程事例。該方法不考慮圍巖的承載作用，主要通過襯砌的結(jié)構(gòu)剛度抵御地層產(chǎn)變形，承受圍巖的壓力。整體式襯砌采用就地整體模筑混凝土襯砌，其方法是在隧道內(nèi)樹立模板、拱架，然后澆灌混凝土而成。它作為一種支護(hù)結(jié)構(gòu)，從外部支撐隧道圍巖，適用于不同的地質(zhì)條件，易于按需成形，且適合多種施工方法，因此， 在我國隧道工程中廣泛使用。2) 復(fù)合式襯砌復(fù)合式襯砌是目前隧道工程常采用的襯砌形式。 復(fù)合式襯砌是由初

8、期支護(hù)和二次支護(hù)組成的。初期支護(hù)是限制圍巖在施工期間的變形，達(dá)到圍巖的暫時穩(wěn)定；二次支護(hù)則是提供結(jié)構(gòu)的安全儲備或承受后期圍巖壓力。復(fù)合襯砌的設(shè)計，目前以工程類比為主，理論驗算為輔。結(jié)合施工，通過測量、監(jiān)控取得數(shù)據(jù)，不斷修改和完善設(shè)計。復(fù)合襯砌設(shè)計和施工密切相關(guān)，應(yīng)通過量測及時支護(hù)，并掌握好圍巖和支護(hù)的形變和應(yīng)力狀態(tài)，以便最大限度發(fā)揮由圍巖和支護(hù)組成的承載結(jié)構(gòu)的自承能力。3) 錨噴襯砌錨噴支護(hù)作為隧道的永久性襯砌。按目前的施工水平，可將錨噴支護(hù)作為初期支護(hù)配合第二次模注混凝土襯砌即可，此時噴射混凝土的作用為：局部穩(wěn)定圍巖表層少數(shù)已松動的巖塊；保護(hù)和 加固圍巖表面，防止風(fēng)化；與圍巖形成表面較平整的

9、整體支承結(jié)構(gòu)，確 保營運安全。在層狀圍巖中，其結(jié)構(gòu)面或產(chǎn)狀可能引起不穩(wěn)定， 開挖后表面張 裂、巖層巖沿面滑移或受撓折斷，可能引起坍塌。塊狀圍巖受軟弱結(jié)構(gòu) 面交叉切割，可能形成不穩(wěn)定的危石。應(yīng)加入了錨桿支護(hù)，通過聯(lián)結(jié)作 用、組合原理保護(hù)和穩(wěn)定圍巖，并通過噴射混凝土表面封閉和支護(hù)的配 合，使圍巖和錨桿噴射混凝土形成一個穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)。在某些不良地質(zhì)、在面積涌水地段和特殊地段，不宜采用錨噴襯 砌作為永久襯砌。大面積涌水地段，噴射混凝土很難成型，且即使成型, 其強(qiáng)度及與圍巖的粘結(jié)力無法保證，難于發(fā)揮錨噴支護(hù)所應(yīng)用的作用。 不宜采用錨噴支護(hù)作為永久襯砌的情況還包括：對襯砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地

10、段，要求襯砌內(nèi)輪廓很整齊、平整；輔助坑道或其 他隧道與主隧道的連接處及附近地段； 有很高的防水要求的隧道；還有; 圍巖及覆蓋太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆除者等；地下水有 侵蝕性，可能造成噴射混凝土和錨桿材料的腐蝕； 寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)有凍 害的地方等。豎井、斜井一般隧道開挖是從兩洞口或從其中一個方向洞口進(jìn)行。但在長大隧道因工期限制、經(jīng)濟(jì)、施工、地形、環(huán)境等條件，有必要分成幾個工程 區(qū)段進(jìn)行施工，多數(shù)情況下要設(shè)工作坑道。工作坑道按坡度區(qū)分為橫洞、斜井、豎井和平行導(dǎo)坑。選擇哪種形式，決定于地形、地質(zhì)、工期、運輸能力，設(shè)置地點的當(dāng)?shù)貤l件。1、豎井 豎井的位置選擇必須考慮地形、地質(zhì)，與主坑道的銜接

11、，完工后的處理等條件來決定。特別是設(shè)在山谷部分的豎井多數(shù)延長短，要研究防止井口附近地表水和泥沙的流入措施。當(dāng)存在平面位置稍偏離一點，即有可能產(chǎn)生大的地質(zhì)變化的情況時，必須重視地質(zhì)調(diào)查。豎井與主坑道的銜接方式有設(shè)置在主坑道的正上方和從不主坑道設(shè)置兩種。若設(shè)在主坑道正上方時，坑底設(shè)備必須設(shè)在主坑道內(nèi)，而且與主坑道聯(lián)結(jié)處理上會產(chǎn)生困難。一般在豎井深度小時，可設(shè)于主坑道上方，在山嶺隧道則不設(shè)于主坑道上方比較合理。豎井?dāng)嗝娴膬?nèi)部空間，考慮搬運設(shè)備，作業(yè)通路，其他各種設(shè)備等的大小和形狀來決定。斷面形式普通為圓形，但深度小時，也有矩形的情況。最小斷尺寸為升降車，吊桶等搬運設(shè)備，通過豎井機(jī)械的最大尺寸，電梯，

12、非常時期使用的出入井設(shè)備，給排水管路，壓縮空氣管路等的大小、配置，豎井和聯(lián)絡(luò)坑道的銜接部分的構(gòu)造等來研究決定。2、斜井 確定斜井位置時，考慮以下因素：洞口設(shè)置在地形簡單、地質(zhì)良好、涌水量不大，能保證洞外裝罐、卷揚(yáng)機(jī)安裝等洞外設(shè)備布置的用地需要；與主坑道連接要合適，長度盡可能短，能提供適合運輸方式的坡度。在規(guī)劃坡度和斷面時，重要的是要注意不給主坑道的作 業(yè)造成障礙和制約。斜井坡度如過陡，接近豎井，在運輸上不方便，過緩則存在加長延長的問題，因此，坡度是否適當(dāng)，主要應(yīng)決定于主坑道開挖出渣的運輸方式，若采用輸送帶方式時，決定于限制渣石滑滾的條件，一般標(biāo)準(zhǔn)在1/4（約14 度）以下。3、使用于通風(fēng)的豎井

13、公路隧道通風(fēng)設(shè)備的規(guī)模的決定，是以汽車排放的有害物質(zhì)即對生理上有害的一氧化碳和走行上產(chǎn)生視覺障礙的煙霧為對象的。因此，隨著隧道長度和交通量的增加，所需通風(fēng)設(shè)備的送風(fēng)量也增加。所需通風(fēng)管道設(shè)在中間豎井（包含斜井和橫洞）中，并由它進(jìn)行被污染空氣和新鮮空氣交換處理。通風(fēng)豎井的位置在橫向通風(fēng)時，最恰當(dāng)?shù)牡攸c是在通風(fēng)量的分區(qū)點上。縱向通風(fēng)方式時，是在污染空氣（ CO 或煙霧）容許濃度界限的位置。另外，山嶺隧道的豎井位置是受地形、地質(zhì)條件、周圍的環(huán)境條件、氣象條件等各種制約，也有必要將豎井選定在能限制通風(fēng)動力損失最低的位置上。通風(fēng)豎井的斷面，一般采用圓形，其大小由隧道所需的通風(fēng)量來決定。管道內(nèi)的風(fēng)速一般為

14、20m/s左右。但斷面除按通風(fēng)決定的面積外，同時要考慮通風(fēng)豎井內(nèi)的電纜布設(shè)。在延長較短的豎井設(shè)地面通風(fēng)站時， 應(yīng)設(shè)置檢查通道（升降電梯）等的空間，規(guī)劃時必須綜合考慮決定。防水與排水水， 不僅是影響隧道正常施工的因素之一，也是影響隧道正常運營的重要因素之一。在施工期間，地下水的作用不僅降低圍巖的穩(wěn)定性（尤其是對軟弱破碎圍巖影響更為嚴(yán)重），增加開挖難度，且增加了支護(hù)的難度和費用，甚至需采用超前支護(hù)或頂注漿堵水和加固圍巖。止匕外，若 對地下水處理不當(dāng)，則可能造成 更大的危害。在運營期間，地下水常從混凝土襯砌的施工縫、變形縫（伸縮縫 和沉降縫）、裂縫甚至混凝土孔隙等通道滲漏進(jìn)隧道中。造成洞內(nèi)通信、供電、照明等設(shè)備處于潮濕環(huán)境而發(fā)生銹蝕。 使路面積水或結(jié)冰造成打 滑，危及行車安全。為避免和減少水的危害，我國隧道工作者已總結(jié)出戳、堵、排相結(jié)合”的綜合治水原則，并以模筑混凝土襯砌作為防水（堵 水）的基本措施。截就是在隧道以外將地表水和地下水疏導(dǎo)截流，使之不能進(jìn) 入隧道工程范圍內(nèi)。堵就是以襯砌混凝土為基本防水層，以其他防水材料為輔助 防水層，阻隔地下水，使之不能進(jìn)入隧道內(nèi)的防水措施，必要時還可以 采用注漿堵水措施。堵水措施可以較好地保護(hù)地下水環(huán)境。排 就是人為設(shè)置排水系統(tǒng)，將地下