專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)課件隧道篇

第一章隧道基礎(chǔ)知識(shí)

隧道的定義

隧道是修筑在巖體、土體或水底，兩端有出入口的，供車輛、行人、水流及管線等通過(guò)的通道。

供交通立體化、穿山越嶺、地下通道、越江、過(guò)海、管道運(yùn)輸、電纜地下化、水利工程等使用。

鐵路隧道長(zhǎng)度就是其進(jìn)出口洞門墻外表面與線路內(nèi)軌頂面標(biāo)高線交點(diǎn)之間的距離。

公路隧道長(zhǎng)度就是其進(jìn)出口洞門墻外表面與路面的交線同路線中線交點(diǎn)間的距離。

隧道分類

⑴按照隧道所處的地質(zhì)條件分類：分為土質(zhì)隧道和石質(zhì)隧道。

⑵按照隧道的長(zhǎng)度分類：分為短隧道（鐵路隧道規(guī)定：公路隧道規(guī)定：W）、中長(zhǎng)隧道（鐵

路隧道規(guī)定：<W；公路隧道規(guī)定：<<）、長(zhǎng)隧道（鐵路隧道規(guī)定：〈W；公路隧道規(guī)定WW）和特長(zhǎng)

隧道（鐵路隧道規(guī)定：>;公路隧道規(guī)定：?=

⑶按照國(guó)際隧道協(xié)會(huì)（）定義的隧道的橫斷面積的大小劃分標(biāo)準(zhǔn)分類：分為極小斷面隧道（?m?）、

小斷面隧道（?nf）、中等斷面隧道（?rtf）、大斷面隧道（?rtf）和特大斷面隧道（大于mD。

⑷按照隧道所在的位置分類：分為山嶺隧道、水底隧道和城市隧道。

為縮短距離和避免大坡道而從山嶺或丘陵下穿越的稱山嶺隧道；為穿越河流或海峽而從河下或海

底通過(guò)的稱水下隧道；為適應(yīng)鐵路通過(guò)大城市的需要而在城市地下穿越的稱城市隧道，這三類隧道中

修建最多的是山嶺隧道。

⑸按照隧道埋置的深度分類：分為淺埋隧道和深埋隧道。

⑹按照隧道的用途分類：分為交通隧道、水工隧道、市政隧道和礦山隧道。

隧道特點(diǎn)

⑴是交通運(yùn)輸線路穿越天然障礙的有效方法

⑵穿越的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，工程定位、設(shè)計(jì)、施工方法要隨時(shí)相應(yīng)調(diào)整

⑶施工作業(yè)面窄，勞力設(shè)備受到限制，工業(yè)化、機(jī)械化施工要求高：

⑷造價(jià)昂貴。

隧道組成

隧道的主體建筑物由洞身和洞門兩部分組成。在隧道進(jìn)口或出口段，如果仰坡表層巖土風(fēng)化嚴(yán)重,

易塌落時(shí)，則延長(zhǎng)洞身或加筑明洞洞口，保證行車安全

隧道的附屬建筑物，包括：人行道（或避車洞）和防排水設(shè)施，長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧道還有通風(fēng)道、通風(fēng)

機(jī)房、供電、照明、信號(hào)、消防、通訊、救援及其它量測(cè)、監(jiān)控等附屬設(shè)施

隧道襯砌構(gòu)造

開(kāi)挖后的隧道，為了保持圍巖的穩(wěn)定性，一般需要進(jìn)行支護(hù)和襯砌；支護(hù)的主要方式有：錨桿、

鋼架、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土及其組合；襯砌的主要方式有：整體式混凝土襯砌、拼裝式襯砌、噴射混

凝土襯砌和復(fù)合式襯砌等。

錨桿

錨桿是將破碎或不穩(wěn)定巖體（塊）與牢固穩(wěn)定的巖體連結(jié)在一起以提高整體穩(wěn)定性的一種支護(hù)措

施。

圖錨桿支護(hù)示意圖

圖錨桿支護(hù)示意圖

圖錨桿支護(hù)示意圖

鋼架

當(dāng)圍巖軟弱、破碎嚴(yán)重且自穩(wěn)性差時(shí)，隧道開(kāi)挖后，需要及時(shí)提供足夠強(qiáng)的支護(hù)約束圍巖變形。

在初期支護(hù)內(nèi)設(shè)置鋼拱架將增大支護(hù)結(jié)構(gòu)早期的剛度，阻止圍巖的過(guò)度變形并承受部分的松弛荷載。

鋼架分為型鋼和格柵鋼架兩種。

圖鋼架示意圖

圖鋼架示意圖

鋼筋網(wǎng)

鋼筋網(wǎng)噴射混凝土是在噴射混凝土之前，在巖面上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，然后再噴射混凝土。目前，我國(guó)

在各類隧道工程中應(yīng)用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)的比較多，主要用于軟弱破碎圍巖，而更多的是與錨桿

或者鋼拱架構(gòu)成聯(lián)合支護(hù)。

鋼筋網(wǎng)通常作環(huán)向和縱向布置。環(huán)向筋一般為受力筋，由設(shè)計(jì)確定，直徑左右；縱向筋一般為構(gòu)

造筋，直徑；網(wǎng)格尺寸一般為，或等。

圖鋼筋網(wǎng)示意圖

噴射混凝土

噴射混凝土既是一種新型的支護(hù)結(jié)構(gòu)，又是一種新的施工工藝。它是使用混凝土噴射機(jī)，按一定

的混合程序，將摻有速凝劑的細(xì)石混凝土，噴射到巖壁表面上，并迅速固結(jié)成一層支護(hù)結(jié)構(gòu)，從而對(duì)

圍巖起到支護(hù)作用。

噴射混凝土可以作為隧道工程的永久性或臨時(shí)性支護(hù)，也可以與各種形式的錨桿、鋼拱架、鋼筋

網(wǎng)等構(gòu)成組合式支護(hù)結(jié)構(gòu)。它的靈活性也很大，可以根據(jù)需要分次追加厚度。

圖噴射混凝土示意圖

多種措施組合支護(hù)

鋼架鋼筋網(wǎng)錨桿噴射混凝土組合，錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土組合，鋼筋網(wǎng)噴射混凝土組合等。

圖組合支護(hù)示意圖

隧道襯砌

整體式混凝土襯砌

隧道開(kāi)挖后，以較大厚度和剛度的整體模筑混凝土作為隧道的結(jié)構(gòu)。

整體式襯砌按照工程類比、不同圍巖級(jí)別采用不同的襯砌厚度。其形式有直墻式和曲墻式兩種，

而曲墻式又分為有仰拱和無(wú)仰拱兩種。

⑴直墻式襯砌

適用于地質(zhì)條件比較好，以垂直圍巖壓力為主而水平圍巖壓力較小的情況。主要適用于IIH級(jí)圍

巖，直墻式襯砌由上部拱圈、兩側(cè)豎直邊墻和下部鋪底三部分組合而成。

圖隧道直墻式襯砌圖

(2)曲墻式襯砌

曲墻式襯砌適用于地質(zhì)較差，有較大水平圍巖壓力的情況。主要適用于w級(jí)及以上的圍巖，或ni

級(jí)圍巖雙線隧道；多線隧道也采用曲墻有仰拱的襯砌。

曲墻式襯砌由頂部拱圈、側(cè)面曲邊墻和仰拱底板(或鋪底)組成。

圖隧道曲墻式襯砌圖

在W級(jí)圍巖無(wú)地下水，且基礎(chǔ)不產(chǎn)生沉降的情況下可不設(shè)仰拱，只做鋪底；一般均需設(shè)仰拱，以

抵御隧道底部的圍巖壓力和防止襯砌沉降，并使襯砌形成一個(gè)環(huán)狀的封閉整體結(jié)構(gòu)，以提高襯砌的承

載能力。

復(fù)合式襯砌

復(fù)合式襯砌是指把襯砌分成兩層或兩層以上，可以是同一種形式、方法和材料施作的，也可以是

不同形式、方法、時(shí)間和材料施作的。

目前大都采用內(nèi)外兩層襯砌。按內(nèi)外襯砌的組合情況可分為：初期支護(hù)與二次襯砌。根據(jù)圍巖條

件不同，分別采用不同的斷面形式和支護(hù)、襯砌參數(shù)。

的短

二次一刷

制哨窿點(diǎn)

II

圖隧道復(fù)合式襯砌圖

復(fù)合式襯砌是先在開(kāi)挖好的洞壁表面噴射一層早強(qiáng)的混凝土（有時(shí)也同時(shí)施作錨桿），凝固后形成

薄層柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)（稱初期支護(hù)）。它既能容許圍巖有一定的變形，又能限制圍巖產(chǎn)生有害變形，其厚

度多在之間。

一般待初期支護(hù)與圍巖變形基本穩(wěn)定后再施作內(nèi)襯。為了防止地下水流入或滲入隧道內(nèi)，可以在

外襯和內(nèi)襯之間設(shè)防水層，其材料可采用軟聚氯乙烯薄膜、聚異丁烯片、聚乙烯等防水卷材，或用噴

涂防水涂料等。

復(fù)合式襯砌可以滿足初期支護(hù)施作及時(shí)、剛度小、易變形的要求，且與圍巖密貼，從而能保護(hù)和

加固圍巖，充分發(fā)揮圍巖的自承作用。

二次襯砌后，襯砌內(nèi)表面光滑平整，可以防止外層風(fēng)化，裝飾內(nèi)壁，增強(qiáng)安全感，是一種合理的

結(jié)構(gòu)形式，也是目前公路、鐵路隧道主要的結(jié)構(gòu)形式。

錨噴式襯砌

錨噴式襯砌是指錨噴結(jié)構(gòu)既作為隧道臨時(shí)支護(hù)，又作為隧道永久結(jié)構(gòu)（單層襯砌）的形式。它具

有隧道開(kāi)挖后襯砌及時(shí)、施工方便和經(jīng)濟(jì)的顯著特點(diǎn)。

錨噴式襯砌在圍巖整體性較好的軍事工程、各類用途的使用期較短及重要性較低的隧道中廣泛使

用。在公路、鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中，都有根據(jù)隧道圍巖地質(zhì)條件、施工條件和使用要求可采用錨噴襯

砌的規(guī)定

鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)定中規(guī)定，錨噴襯砌設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求:

⑴錨噴襯砌內(nèi)輪廓線應(yīng)適當(dāng)加大，除考慮施工誤差和位移量外，應(yīng)再預(yù)留作為必要時(shí)補(bǔ)強(qiáng)用。

⑵遇到下列情況時(shí)不應(yīng)采用錨噴襯砌：地下水發(fā)育或大面積淋水地段：能造成襯砌腐蝕或特殊膨

脹性圍巖地段；最冷月平均氣溫低于。C地區(qū)的凍害地段；有其他要求的隧道。

裝配式襯砌

裝配式襯砌是將襯砌分成若干塊構(gòu)件，這些構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)或工廠預(yù)制，然后運(yùn)到坑道內(nèi)用機(jī)械將它

們拼裝成一環(huán)接著一環(huán)的襯砌。

這種襯砌的特點(diǎn)是：拼裝成環(huán)后立即受力，便于機(jī)械化施工，改善勞動(dòng)條件，節(jié)省勞力。

目前多在使用盾構(gòu)法施工的城市地下鐵道和水底隧道中采用。在鐵路、公路隧道中由于裝配式襯

砌要求有一定的機(jī)械化設(shè)備，施工工藝復(fù)雜，襯砌的整體性及抗?jié)B性差而未能推廣使用。

洞門

洞門作用

減小洞口土石方開(kāi)挖量；穩(wěn)定邊、仰坡；引離地表水流；裝飾洞口。

洞門型式

隧道洞門型式主要有：環(huán)框式洞門、端墻式洞門、翼墻式洞柱式洞門及臺(tái)階式洞門、斜交式洞門、

喇叭口式洞門。

⑴環(huán)框式洞門

當(dāng)隧道洞口巖層堅(jiān)硬、整體性好、節(jié)理不發(fā)育，且不易風(fēng)化，路塹開(kāi)挖后仰坡為穩(wěn)定，又無(wú)較大

的排水量要求時(shí)，可采用環(huán)框式洞門。

圖

⑵端墻式（一字式）洞門

當(dāng)?shù)匦伍_(kāi)闊，石質(zhì)基本穩(wěn)定，邊坡仰坡不高時(shí)，常采用端墻式洞門。其作用在于支護(hù)洞口仰坡,

保持其穩(wěn)定，并將仰坡水流匯集，向兩側(cè)排出。

圖

⑶翼墻式（八字式）洞門

當(dāng)洞口地質(zhì)較差（IV級(jí)及以上圍巖），山體縱向推力較大時(shí)，在端墻式洞門的單側(cè)或雙側(cè)設(shè)置翼

墻。

圖

⑷柱式洞門

地形較陡（IV級(jí)圍巖），仰拱有下滑的可能性，又受地形或地質(zhì)條件限制，不能設(shè)置翼墻時(shí)，可

在端墻中部設(shè)置個(gè)（或個(gè)）斷面較大的柱墩，以增加端墻的穩(wěn)定性。

圖

（5）臺(tái)階式洞門

當(dāng)洞口位于地形等高線與線路斜交，地形橫披較緩的傍山地段時(shí)，洞門一側(cè)邊仰坡較高時(shí)，為了

提高靠山側(cè)仰坡起拔點(diǎn)，減少仰拱高度，將端墻頂部改為逐級(jí)升高的臺(tái)階形式，以減少洞門的垮工數(shù)

量。

圖

（6）斜交式洞門

當(dāng)隧道洞口地面等高線斜交時(shí)，為了縮短隧道長(zhǎng)度、減少挖方數(shù)量，可采用平行于等高線與線路

呈斜交的洞口。

圖

⑺喇叭口式洞門

高速鐵路隧道，為了減緩高速列車的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，對(duì)單線隧道，一般設(shè)喇叭口緩沖段，同時(shí)

兼作隧道洞門。

圖

明洞

明洞是隧道的一種變化形式，它用明挖法修筑。所謂明挖是指把巖體挖開(kāi)，在露天修筑襯砌，然

后回填土石。這樣修筑的構(gòu)筑物，外形幾乎與隧道無(wú)異，有拱圈、邊墻和底板，凈空與隧道相同，和

地表相連處，也設(shè)有洞門、排水設(shè)施等。

明洞一般修筑在隧道的進(jìn)出口處，當(dāng)遇到地質(zhì)差且洞頂覆蓋層較薄，用暗挖法難以進(jìn)洞時(shí)，或洞

口路塹邊坡上有落石而危及行車安全時(shí)，均需要修建明洞。它是隧道洞口或線路上起防護(hù)作用的重要

建筑物，在鐵路線上使用的較多。

明洞的結(jié)構(gòu)類型常因地形、地質(zhì)和危害程度的不同，有多種形式，采用最多的為拱式明洞和棚式

明洞兩種。

圖

拱式明洞

拱式明洞由拱圈、邊墻和仰拱（或鋪底）組成，它的內(nèi)輪廓與隧道相一致，但結(jié)構(gòu)厚度要比隧道大。

常見(jiàn)拱式明洞有：

圖路塹式對(duì)稱型拱式明洞

⑵路塹式偏壓型

圖半路塹式偏壓型拱形明洞

⑷半路塹式單壓型

圖半路塹式單壓型拱形明洞

棚式明洞

有些傍山隧道，地形的自然橫坡比較陡，外側(cè)沒(méi)有足夠的場(chǎng)地設(shè)置外墻及基礎(chǔ)或確保其穩(wěn)定，這

時(shí)采用另一種建筑物一棚式明洞。

棚式明洞常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式：蓋板式、鋼架式、懸臂式

圖蓋板式棚式明洞圖

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