隧道工程 第五章 隧道结构构造

学习本章的要求： （1）掌握公路隧道的洞身结构、洞门结构、明洞结构和防排水设施的构造原理 （2）了解公路隧道斜井与竖井、内装修与路面结构

第5章 隧道结构构造 洞身衬砌 洞门 明洞 斜井与竖井 内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水

主体构造物 隧道结构构造 明洞 附属构造物 洞身衬砌 洞门构造物 通风 照明 排水、消防、通讯等 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 洞身衬砌 衬砌断面的轴线形状和 厚度由衬砌计算决定 主体构造物 洞门构造物 隧道结构构造 明洞 通风 附属构造物 照明 排水、消防、通讯等

5.1 洞身衬砌 （1）洞身衬砌的类型 （2）支护结构

5.1.1 衬砌结构的类型 衬砌结构形式，主要根据地质地形条件，考虑结构受力的合理性、施工方法等因素来确定。

5.1.1 衬砌结构的类型 (1) 直墙衬砌 (2) 曲墙式衬砌 (3) 喷锚衬砌 (4) 复合衬砌 (5) 偏压衬砌 (6) 喇叭口衬砌 5.1.1 衬砌结构的类型 (1) 直墙衬砌 (2) 曲墙式衬砌 (3) 喷锚衬砌 (4) 复合衬砌 (5) 偏压衬砌 (6) 喇叭口衬砌 (7) 圆形断面衬砌 (8) 矩形断面衬砌

（1）直墙式衬砌 适用条件：垂直围岩压力为大、水平围岩压力小的情况下；一般适用于Ⅱ、Ⅲ级围岩，有时也可用于Ⅳ 级围岩. 割圆拱：r1=r2、坦三心圆拱:r1>r2、尖三心圆拱 :r1<r2

（2）曲墙式衬砌 适用条件：通常用在Ⅳ 级以下的围岩水平压力较大 的情况下

（3）喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌

(4)偏压衬砌 当山体地面坡陡于l：2.5，线路外侧山体覆盖较薄，或于地质构造造成的偏压，衬砌为承受这种不对称围岩压力而采用

(5) 喇叭口隧道衬砌

(6) 圆形断面隧道 为了抵御膨胀性围岩压力，山岭隧道也可以采用圆形或近似圆形断面; 盾构法 沉管法施工的隧道。

(7)矩形断面衬砌 沉管法、明挖法施工时，广泛采用矩形断面衬砌

5.1.1 衬砌结构的类型 (1) 直墙衬砌 (2) 曲墙式衬砌 (3) 喷锚衬砌 (4) 复合衬砌 (5) 偏压衬砌 (6) 喇叭口衬砌 5.1.1 衬砌结构的类型 (1) 直墙衬砌 (2) 曲墙式衬砌 (3) 喷锚衬砌 (4) 复合衬砌 (5) 偏压衬砌 (6) 喇叭口衬砌 (7) 圆形断面衬砌 (8) 矩形断面衬砌

5.1.2 支护结构 初期支护结构 永久支护结构

▲初期支护(一次支护):木支撑、型钢支撑、格栅支撑、锚喷支护等。 ▲永久支护(二次支护、二次衬砌) :整体衬砌、复合式衬砌、拼装衬砌及锚喷衬砌等4种。

初期支护结构

初期支护结构

初期支护结构

永久支护结构

第5章 隧道结构构造 洞身衬砌  洞门 明洞 斜井与竖井 内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水

洞门

洞门

洞门

洞门

5.2 洞门 5.2.1 洞门的概念及其作用 5.2.2 洞门的形式 5.2.3 隧道洞门构造

5.2.1 洞门的概念及其作用 ※ 洞门的概念：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。 ※ 洞门的主要作用 ① 保证洞口边坡的安全和仰坡的稳定； ② 汇集在洞口附近的仰、边坡上的地表水，并引离隧道，减少洞口土石方开挖量； ③ 作为隧道的标志性建筑物，应与隧道的规模、使用特性以及周围建筑物、地形条件等要相协调 。

5.2.2 洞门的形式 （1）端墙式洞门 （2）翼墙式洞门 （3）环框式洞门 （4）台阶式洞门 （5）遮光棚式洞门

(1) 端墙式洞门

(2)翼墙式洞门

(3)环框式洞门－削竹式洞门

(4)台阶式洞门

(5) 遮光棚式洞门

端墙式洞门

柱式洞门

柱式洞门图式2

台阶洞门

台阶洞门

翼墙式洞门

翼墙式隧道门造型

遮光棚式洞门图2

翼墙式隧道门

柱式路堑明洞隧道门

翼墙式路堑明洞隧道门

半路堑偏压明洞隧道门

半路堑单压式明洞隧道门

单压式明洞隧道门

削竹式隧道门

削竹式隧道门图2 高速公路 削竹式隧道门

5.2.2 洞门的形式 （1）端墙式洞门 （2）翼墙式洞门 （3）环框式洞门 （4）台阶式洞门 （5）遮光棚式洞门

5.2.3 洞门的构造要求 1．仰坡坡脚至洞门端墙顶帽背的水平距离，一般不小于1.5m。 2．洞门端墙顶宜高出仰坡坡脚不小于0.5m。 4．一般隧道门端墙、翼墙、挡土墙设计为仰斜式墙身时，墙背坡度不宜缓于1: 0.3。

洞门的构造要求 5. 洞门端墙、翼墙和挡土墙截面厚度应满足规范要求。 6．洞门端墙、翼墙和挡土墙应根据情况设置伸缩缓和沉降缝。 5. 洞门端墙、翼墙和挡土墙截面厚度应满足规范要求。 6．洞门端墙、翼墙和挡土墙应根据情况设置伸缩缓和沉降缝。 7．洞门翼墙和挡土墙身应设置泄水孔。

洞门的构造要求

(二) 洞门的基础 1、洞门端墙、翼墙、挡土墙基础必须置于稳固地基上，基底松碴应清除干净，以防止滑动和不均匀沉陷。 2、在松软地基上设置基础，当地基承载力不足时，可结合具体条件采取换填。扩大基础、桩基、地基加固等措施。

3．基础埋置深度 (1) 洞门端墙、翼墙、挡土墙基础应埋入路基面以下一定深度。土质地基埋置深度不应小于1米。且应符合基底应力的要求。 (2) 洞门端墙嵌入路堑边坡的深度根据坡度不同取值30－50厘米。

(3)在洞门端墙厚度范围内的洞口衬砌基础埋置深度，应与端墙基础相同。 (4)为保证洞门稳固和施工方便，衬砌边墙外侧的洞门端墙基础宽度一般不小于0.5m． (5)当墙基础砌筑在稳定坚硬的基岩斜坡上时．基础可切割成台阶状。

4．当洞门挡(翼)墙受滑动控制时．可采用倾斜基底或凸形基底等防滑措施．基底倾斜度，土质地基一般不大于0. 2:1，稳定岩石地基不大于0 4．当洞门挡(翼)墙受滑动控制时．可采用倾斜基底或凸形基底等防滑措施．基底倾斜度，土质地基一般不大于0.2:1，稳定岩石地基不大于0.3：1。 5．检算倾斜基底稳定时，除检算沿基底的滑动稳定外，尚应检算沿地基上层的水平剪切应力。

(三) 洞门建筑材料 （1）钢筋混凝土 （2）料石砌体

(四) 洞门施工要求 1．洞门宜尽早修建，并尽可能避免在雨季施工．洞门修筑前应作好洞口及仰坡周围的排水、截水设施，以保护边、仰坡的稳定。 2．当洞口边、仰坡土石有剥落可能时，坡面应清理并予以防护． 3．洞门端墙厚度范围内的结构，应与洞口环节衬砌采用同一材料整体灌筑。

4．翼墙和洞口挡土墙应与端墙同时砌筑．当翼墙需分段修建时，其墙身应留施工缝，并应检算施工状态稳定性。 5. 洞门端墙,翼墙,挡土墙墙身砌出地面后,基坑必须及时回填夯实，顶面作成不小于4%的排水坡。

5.2.4 洞门的结构计算 1 隧道洞门计算原理及方法 洞门是支挡洞口正面仰坡和路堑边坡的结构物，洞门视为墙背承受土压力的挡土墙结构，根据挡土墙理论设计。 端墙式洞门可按计算挡土墙的方法分别核算如图所示A、B、C、D、E、F、G各不同墙高截面的稳定性和强度，以此决定端墙的厚度和尺寸。

隧道洞门计算原理及方法 翼墙式洞门与端墙式洞门一样，也可采用分条方法取条带计算。 在计算端墙时，应考虑翼墙对端墙的支撑作用。

2 洞门墙的主要检算规定 墙身截面压应力σ ≤容许应力 墙身截面偏心距e ≤0.3倍截面厚度 基底应力σ ≤地基容许承载力 基底偏心距e 2 洞门墙的主要检算规定 墙身截面压应力σ ≤容许应力 墙身截面偏心距e ≤0.3倍截面厚度 基底应力σ ≤地基容许承载力 基底偏心距e 岩石地基≤B/4 土质地基≤B/6 （B——基底厚度） 滑动稳定系数Kc ≥1.3 倾覆稳定系数Ko ≥1.5

一、倾覆稳定计算

二、滑动稳定性计算

基底偏心距计算

基底压应力计算

洞门设计计算参数

第5章 隧道结构构造 洞身衬砌  洞门  明洞 斜井与竖井 内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水

5.3 明 洞 什么是明洞？采用明挖法修筑的隧道结构 明洞特点： 地面建筑》》》地下建筑 5.3 明 洞 什么是明洞？采用明挖法修筑的隧道结构 明洞特点： 地面建筑》》》地下建筑 明洞要求：符合地形、地质、经济、安全、施工难易等条件

5.3 明 洞 5.3.1 拱形明洞 （常用） 5.3.2 棚式明洞 （常用） 5.3.3 明洞基础 5.3.4 明洞填土

5.3.1 拱形明洞 1、路堑对称型 2、路堑偏压型 3、半路堑偏压型 4、半路堑单压型

(1) 路堑对称型 适用于洞顶地势平缓, 路堑两侧地质条件基本相同

(2)路堑偏压型 适用于两侧山坡高差较大的路堑，高侧边坡有坍塌，落石或泥石流。

(3)半路堑偏压型 适用于半路堑靠山侧边坡较高，有坍塌、落石或泥石流等不良地质现象，而外侧地面较宽敞和稳定。

(4)半路堑单压型 适用于靠山侧边坡或原山坡有坍塌、落石等情况，外侧地形陡峻无法填土地段 。

5.3.2 棚式明洞 棚式明洞顶板为梁式结构。 棚式明洞的类型主要取决于外侧边墙的结构形式。通常有墙式、刚架式，柱式和悬臂式等棚式明洞 5.3.2 棚式明洞 当山坡坍方，山体侧压力不大，或因受地质、地形条件的限制，难以修建拱形明洞时，可采用棚式明洞。 棚式明洞顶板为梁式结构。 棚式明洞的类型主要取决于外侧边墙的结构形式。通常有墙式、刚架式，柱式和悬臂式等棚式明洞

(1)墙式棚洞

(2)刚架式栅洞 外墙结构为连续框架，对地基承载力要求较高

(3)柱式棚洞 外墙为独立柱和纵梁方式，结构简单，预制吊装方便，但整体性较差。

当山坡较陡，坡面有少量落石，且外侧地基不良或不宜设基础时，可采用悬臂式棚洞 (4)悬臂式棚洞 当山坡较陡，坡面有少量落石，且外侧地基不良或不宜设基础时，可采用悬臂式棚洞

5.3.3 明洞基础 明洞边墙基础必须置于稳固的地基上，施工应符合下列要求： 5.3.3 明洞基础 明洞边墙基础必须置于稳固的地基上，施工应符合下列要求： （1）偏压和单压明洞外边墙的基底，在垂直路线方向宜向内挖成0.1:1的斜坡，提高边墙抗滑力。 （2）当地基松软时应采取增加承载力的措施。

5.3.3 明洞基础 （3）基础开挖应核对地质条件，当挖至设计高程仍不符合设计要求时应上报有关方面处理。 5.3.3 明洞基础 （3）基础开挖应核对地质条件，当挖至设计高程仍不符合设计要求时应上报有关方面处理。 （4）基础混凝土灌注前必须排除坑内积水，并对基底进行固化处理。边墙基础应采用与边墙同级混凝土一次浇筑。

5.3.4 明洞填土 1 在拆除外模后应立即做好防水层及纵向盲沟，保证排水通畅。 5.3.4 明洞填土 明洞回填施工应符合下列要求： 1 在拆除外模后应立即做好防水层及纵向盲沟，保证排水通畅。 2 墙背回填应两侧对称进行，石质地层中墙背与岩壁空隙不大时，用与墙身同级混凝土回填。

5.3.4 明洞填土 3 墙后排水设施应与回填同时施工，并保证能使渗水顺畅排出。 5.3.4 明洞填土 3 墙后排水设施应与回填同时施工，并保证能使渗水顺畅排出。 4 拱圈混凝土达到设计强度且由人工夯实回填至拱顶以上1m以前，不得采用机械回填。

5.3.4 明洞填土 5 拱背回填应对称分层夯实，每层厚度不得大于0.3m，两侧回填的土面高差不得大于0.5m，回填至拱顶齐平后应分层满铺填筑。

抗滑明洞

支撑锚杆明洞

墙式棚洞 基础与填土

柱式棚洞 基础与填土

刚架式棚洞 基础与填土

第5章 隧道结构构造 洞身衬砌  洞门  明洞  斜井与竖井 内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水

5.4 竖井与斜井 为什么设置竖井或斜井？ 作用1：增加开挖工作面 作用2：通风需要

5.4 竖井与斜井 5.4.1 竖井 5.4.2 斜井

竖井 1 竖井位置的选择 竖井与主坑道的衔接方式 3 竖井断面内部空间布置

竖井示意图 竖井的构成 竖井断面形式

矩形竖井

圆形竖井

斜井 1 斜井位置的选择 斜井坡度选择 3 斜井断面内部空间布置

斜井设置

圆形断面衬砌

矩形断面衬砌

第5章 隧道结构构造 洞身衬砌  洞门  明洞  斜井与竖井  内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水

5.5 内装、顶棚及路面 1、内装 2、顶棚 3、路面 4、噪声消减

1、内装 为确保行车安全，在隧道中必须采取措施，使墙面亮度在长期的运营中保持较好水平，墙面须用适当的材料加以内装处理，其作用如下： ① 改善隧道内环境，起诱导作用； ② 提高墙面的反射率，增强照明效果； ③ 吸收噪音

常用的隧道内装材料 ① 块状混凝土材料； ② 饰面板、镶板等质地致密材料； ③ 瓷砖镶面材料； ④ 油漆材料。

隧道内装材料应具有如下性质： ① 耐火性，在高温条件下仍能维持原状，不燃烧、不分解有害成分等； ②耐蚀性，长期在油垢及有害气体下不变质； ③不怕水，大多数隧道都存在漏水问题，在水的浸泡下，在潮湿环境中不变质、不霉烂； ④ 材料来源广泛，价格相对便宜。

⑤ 能吸收噪音； ⑥ 颜色淡，易清洁； ⑦ 具有阻燃性。

2、顶棚 ※ 色彩的选择：顶棚用漫反射材料可以避免产生眩光，其颜色的明亮程度直接影响到路面亮度 ※ 美化隧道，并且起视觉诱导作用

2、顶棚 ※ 顶棚可做成平顶或者拱顶：①在自然通风或诱导通风时，可以用拱顶；②在半横向或横向通风时可以用平顶。 ※ 顶棚以上可以作为通风道和供管理人员使用的通道，因此设计荷载可按(据国外资料)10MPa考虑

3、路面 ⑴ 路面材料主要有两种：砼和改性沥青； ⑵ 路面材料应具备如下性能： ① 路面材料应具有抵御水冲刷和含有化学物质的水的浸蚀能力 ; ② 应具有较高的抗侧滑的能力； ③ 抗裂性、耐久性； ④ 容易修补。

3、路面 ⑶ 路面与车道分隔线等交通标志之间应保证有明显的亮度对比和鲜明的颜色对比 ⑷路基应具有足够的承载力，尤其要求在有丰富地下水的条件下也能满足要求，要求有良好的排水设施

4、噪声消减 ※ 隧道内噪声水平应保持在60分贝以下 ※ 隧道内采取的措施： ① 内装材料的制作； ② 墙面材料的制作； ※ 隧道内噪声水平应保持在60分贝以下 ※ 隧道内采取的措施： ① 内装材料的制作； ② 墙面材料的制作； ③ 路面材料的制作；

4、噪声消减 ※ 利用原理： 声波的反射原理

第5章 隧道结构构造 洞身衬砌  洞门  明洞  斜井与竖井  内装、顶棚与路面  隧道的防水与排水

5.6 隧道防排水 ※ 洞外防排水措施 ※ 洞内防排水措施

隧道防排水原则 隧道防排水应视水文地质条件因地制宜地采取“以排为主，防、排、截、堵相结合”的综合治理原则，达到排水通畅、防水可靠、经济合理、不留后患的目的。

隧道防排水要求 对地表水、地下水应采取妥善的处理，使洞内外形成一个完整的畅通的防排水系统。 一般公路隧道应做到： 1、拱部不摘水、边墙不滴水。 2、路面不冒水、不积水、设备箱洞处不渗水。 3、冻害地区隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结。 汽车专用公路隧道则应达到： 拱部、墙部及设备箱洞处均不渗水

(1)、洞外防排水措施 A、地表处理 B、洞顶天沟截水 C、明洞顶防排水 D、洞门排水 E、洞内外水沟衔接

(2)、洞内防排水措施 排水措施 a、洞内排水沟 b、衬砌背后盲沟 c、泄水洞或洞外井点降水 d、中心排水沟或路侧排水沟

(2)、洞内防排水措施 防水措施 a、防水板 b、喷膜防水层 c、混凝土自防水

(2)、洞内防排水措施 堵水措施 a、喷射混凝土堵水 b、塑料板堵水 c、注浆堵水 d、模注混凝土衬砌堵水

无钉铺设塑料防水板

铺设防水板时锚杆头部的处理

衬砌背后盲沟作法

隧道注浆

工作面预注浆

施工缝防水的构造形式见图4.1.21。

高聚物改性沥青防水卷材的主要物理性能

塑料防水板物理力学性能

铺设防水板前应先铺缓冲层, 应用暗钉圈固定在基层上

中埋式止水带与外贴防水层复合使用

中埋式金属止水带

结构变形时，穿墙管可采用主管直接埋入混凝土内的固定式防水阀，并应预留凹槽，槽内用嵌缝材料嵌填密实

排水沟槽方法排水

防水层的铺设

防水层的铺设

防水层的铺设

负压检查

铺设好的防水板

第5章 隧道结构构造 洞身衬砌  洞门  明洞  斜井与竖井  内装、顶棚与路面  隧道的防水与排水 

本章的学习是否达到要求？ （1）掌握公路隧道的洞身结构、洞门结构、明洞结构和防排水设施的构造原理 （2）了解公路隧道斜井与竖井、内装修与路面结构