2.1.4 设计目的 ★ 满足限界要求 ★ 满足受力要求 ★ 圬工最省
第2节 隧道衬砌断面设计
第2节 隧道衬砌断面设计
2.2 铁路隧道衬砌断面设计
第2节 隧道衬砌断面设计
衬砌断面几何关系有：
上式含b、f、φ1、a、r1、r2、φ2共7个参数 先给定b、f、φ1及a值后，再解出r1、r2及φ2。
2.1.2 设计步骤
★ 确定隧道类型相应建筑限界 ★ 根据围岩初步拟定截面厚度 ★ 断面优化、强度检算并评价内轮廓线
第2节 隧道衬砌断面设计
2.1.3 设计注意事项 ★ 隧道内轮廓必须符合隧道建筑净空限界。 ★ 内轮廓线应尽量减小洞室的体积 。 ★ 结构轴线应尽可能地符合压力线。 ★ 采用的施工方法能确保断面形状及尺寸有利于隧道的稳定。
隧道工程
第2章 隧道结构构造及设计
第1节 隧道净空与限界
本节主要内容：
➢ 隧道净空与限界的概念 ➢ 隧道建筑限界的确定 ➢ 曲线隧道净空加宽
第1节 隧道净空与限界
1.1 隧道净空与限界的基本概念
隧道净空：隧道衬砌内轮廓线所包围 的空间，根据“隧道建筑限界”确 定的。
隧道建筑限界：为了保证隧道内各种交通的 正常运行与安全，而规定在一定宽度和高度 范围内不得有任何障碍物的空间范围。
第3节 隧道洞身支护结构
3.2.1 直墙式衬砌 适用于：
地质条件较好的Ⅰ、Ⅱ级 (Ⅴ、Ⅵ类)围岩。 围岩压力以竖向为主， 几乎没有或仅有很小的
水平侧向压力。
第3节 隧道洞身支护结构
适用于： 地质条件极好， 整体岩层坚固； 几乎无水平侧压力， 也无地下水侵入。
可不设边墙，但应把 两侧岩壁表面喷浆敷面。
3.1.2 内部支护 ◆ 锚杆 ◆ 注浆
3.1.3 混合支护 ◆ 喷锚支护 ◆ 复合式衬砌
第3节 隧道洞身支护结构
3.2 整体式混凝土衬砌 工艺流程：立模－灌筑－养生－拆模
优点： ◆ 对地质条件和施工条件的适应性较强 ◆ 易于按需要成型 ◆ 整体性好 ◆ 抗渗性强 缺点： ◆ 需要养生时间 ◆ 受力较慢
第1节 隧道净空与限界
1.2 铁路隧道建筑限界 机车车辆或超限货物车辆的接近限界
铁路建筑接近限界
隧道建筑限界
隧道净空
第1节 隧道净空与限界
第1节 隧道净空与限界
第1节 隧道净空与限界
1.3 公路隧道建筑限界
建筑限界组成部分：
行车道宽度(W) 路缘带(S) 侧向宽度(L) 人行道(R)或检修道(J)
第3节 隧道洞身支护结构
优点： ◆ 改善受力条件，相对单层同厚度模筑衬砌，承载
能 力提高20％～30％ ◆ 防止外层衬砌风化，使喷层内钢筋网和锚杆端部
免于锈蚀 ◆ 表面光洁平整，利于通风 ◆ 防水效果好
缺点： ◆ 造价较高，施工较复杂
第3节 隧道洞身支护结构
3.6 支护结构基本要求
支护结构的基本作用在于保证隧道断面的使用净空，
衬砌台车
第3节 隧道洞身支护结构
第3节 隧道洞身支护结构
第3节 隧道洞身支护结构
管片拼装图
第3节 隧道洞身支护结构
管片安装：
第3节 隧道洞身支护结构
装配式砌衬内景：
第3节 隧道洞身支护结构
喷射混凝土
第3节 隧道洞身支护结构
第3节 隧道洞身支护结构
第4节 隧道洞门结构
本节主要内容：
➢ 洞门定义 ➢ 洞门作用 ➢ 洞口位置选定的原则和要求 ➢ 洞门结构类型
第2节 隧道衬砌断面设计
2.4 衬砌截面厚度
单线铁路隧道拱顶厚度一般为30～60㎝ 双线铁路隧道衬砌拱顶厚度为40～80㎝。 仰拱厚度一般稍小于拱顶的厚度。 衬砌可以等厚，也可将拱脚和边墙较拱顶加厚20%～50%。
第2节 隧道衬砌断面设计
小结：
思考题： 1、比较铁路隧道与公路隧道衬砌断面，
思考有哪些因素会影响到断面形状？ 2、运用数学优化知识谈谈如何使断
当设置人行道时，含余宽(C) 车道数
第1节 隧道净空与限界
第1节 隧道净空与限界
注： ➢ 汽车专用公路隧道只在左侧设检修道； ➢ 山岭重丘区的四级公路，只有当路基宽度为
4.5m 时，行车道宽度可采用4.5m； ➢ 四级公路一般可不设人行道。
第1节 隧道净空与限界
1.4 曲线隧道净空加宽 1.4.1 铁路隧道加宽原因
在对隧道衬砌有不良影响的软硬地层分界处应设 置沉降缝。
第3节 隧道洞身支护结构
小结：
思考题： 1、衬砌结构的仰拱如何改善其受力条
件？
2、对于拼装式衬砌，可以采取哪些
措施改善其防水性能？
第3节 隧道洞身支护结构
第3节 隧道洞身支护结构
衬砌台车
第3节 隧道洞身支护结构
第3节 隧道洞身支护结构
第3节 隧道洞身支护结构
3.4.1 作用原理
形成一种柔性衬砌结构，与围岩合成一体，共同作用，充 分调动或发挥围岩的自稳能力
喷射混凝土充填裂隙、封闭围岩壁面，靠喷层与围岩的粘结 力及自身的抗剪能力组成一个新的承载结构体系
通过锚杆的悬吊效应、组合梁效应 、加固效应以发挥围岩 自承能力
第3节 隧道洞身支护结构
3.4.2 锚喷支护类型 ◆ 锚杆支护 ◆喷射混凝土支护 ◆喷射混凝土锚杆联合支护 ◆喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护 ◆以上类型加设型钢支撑（或格栅）而成的联合支护 3.4.3 优点 ◆充分发挥围岩的自承能力，因而有效地利用洞内净
第2节 隧道衬砌断面设计
单心圆衬砌内轮廓线
第2节 隧道衬砌断面设计
第2节 隧道衬砌断面设计
第2节 隧道衬砌断面设计
2.3.2 坦三心圆断面设计
坦三心圆内轮廓线
第2节 隧道衬砌断面设计
第2节 隧道衬砌断面设计
与铁路隧道的异同点： 内轮廓非标准化 通风、照明等附属设施多 设计特点： 断面设计优化的必要性 规范推荐断面形式(有标准化的趋势)
空 ◆施工简便，提高作业安全性和作业效率， ◆使坑道断面缩小，从而减少了开挖量，也节省圬工
第3节 隧道洞身支护结构 3.5 复合式衬砌
在不同的时间分层先后施作，它可以是两层、三层 或更多的层 ，目前实践的都只外衬和内衬两层，因 此又称之“双层衬砌”
基本组成：外衬、防水层、内衬
第3节 隧道洞身支护结构
响结构轴线。
第2节 隧道衬砌断面设计
2.3 公路隧道衬砌断面设计
目前公路隧道以单心圆、坦三心圆两种断面应用最为普遍。 公路隧道与铁路隧道的主要区别：
1. ① 铁路隧道建筑限界是固定统一的，而公路隧 道的建筑限界则不定。
2. ② 公路隧道的附属设施比铁路隧道多且要求高， 且每一座隧道均会因交通流量和长度不同而要求 不同。
第4节 隧道洞门结构
4.1 洞门定义 在隧道洞口用圬工砌筑并加以一定建筑装饰的
支挡结构物。
4.2 洞门作用 ◆ 减少洞口土石方开挖量 ◆ 稳定边坡 ◆ 引离地表流水 ◆ 装饰洞口
第4节 隧道洞门结构
4.3 洞门结构类型 ◆ 洞口环框式洞门 ◆ 端墙式洞门 ◆ 翼墙式洞门 ◆ 柱式洞门 ◆ 台阶式洞门 ◆ 斜交洞门 ◆ 削竹式洞门
防止岩体质量恶化；承受可能的各种荷载，使隧道支护体系
有足够的安全度。因此，任何一种类型的支护结构都应具有
与上述作用相适应的构造、力学特性和施工可能性。按现代
支护理论，理想支护结构应满足如下基本要求：
必须与周围岩体大面积地牢固接触，即保证支护一围岩作 为一个统一的支护体系而共同工作 。
要允许围岩及支护结构产生有限制的变形，以充分发挥围 岩的承载作用而减少支护结构的受力，但又必须保证支护结 构及时施作。
第1节 隧道净空与限界
1.4.2 单线铁路隧道加宽计算 1.4.2.1 车辆中间部分向曲线内侧的偏移
第1节 隧道净空与限界
1.4.2.2 外轨超高使车体向曲线内侧倾斜偏移
第1节 隧道净空与限界
1.4.2.3 车辆两端向曲线外侧的偏移
第1节 隧道净空与限界
1.4.3 单线隧道(结构)中线与线路中线偏移距离
冻害程度而定，一般应在0.6～1.0m左右； ◆ 墙厚按挡土墙计算 ，宽度与路堑横断面相适应。
第4节 隧道洞门结构
第4节 隧道洞门结构
➢ 端墙的作用：
支护洞口仰坡，并将仰坡水流汇集排出。 ➢ 构造要求：
◆ 端墙高度应使洞身衬砌上方尚有1m以上回填层； ◆ 洞顶水沟深度应不小于0.4m； ◆ 应设置挡碴防护墙，高度从仰坡坡脚算起应不小于0.5m，
水平方向不宜小于1.5m； ◆ 端墙基础应设置在稳固的地基上，其深度视地质条件、
第3节 隧道洞身支护结构
3.7 衬砌结构一般规定 3.7.1 衬砌结构材料
隧道衬砌材料，应具有足够的强度和耐久性，在某 些环境中，还必须具有抗冻、抗渗和抗侵害性。 3.7.2 衬砌结构伸缩缝、沉降缝
隧道衬砌一般不设伸缩缝，但严寒地区的整体式 衬砌、锚喷衬砌或复合式衬砌应在洞口和易受冻害 地段设置伸缩缝。
第4节 隧道洞门结构
4.3.1 洞口环框式洞门 适用于Ⅵ类或Ⅰ级围岩，地形陡峻而又无排水要求 作用：不承载，加固洞口
减少雨后洞口滴水 简单装饰
第4节 隧道洞门结构
4.3.2 端墙式洞门 适于地形开阔，岩质基本稳定的Ⅰ ～ Ⅲ级围岩。 结构特点：能有效抵抗山体纵向推力。
第4节 隧道洞门结构
第4节 隧道洞门结构
第1节 隧道净空与限界
1..4.5 双线隧道中线偏移
第1节 隧道净空与限界
1.4.6 曲线铁路隧道加宽平面设计
第1节 隧道净空与限界
1.4.7 公路隧道平曲线加宽取值
注： 四级公路和山岭重丘的三级公路采用第1类加宽值； 其余各级公路采用第3类加宽值。对不经常通行集装箱运输 半挂车的公路，可采用第2类加宽值。