挪威
用作永久支护的普通 喷射砼 — — 0.5 1.0 2.0 —
山岭隧道
43
喷混凝土的初期强度
100 20 10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.2 0.1 0 6 10 分 30 J3 J2 J1
EFNARC
抗压强度（N/mm2）
C B A
1
2
3
6 小时
9 12
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山岭隧道
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喷混凝土的初期强度
山岭隧道
变形或碎胀力； 原位不垮落，另一方面是限制围岩松动圈形 成过程中的有害变形。
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3、围岩松动圈稳定性判据 松动圈是地应力与围岩强度相互作用的结 果，它是一个综合指标。

松动圈越大，围岩收敛变形量越大、支护
越困难，反之则易。松动圈的大小反映了支护 的困难程度。 松动圈与有无支护关系不大 。
通过各混凝土层间径向和纵向上的抗滑移性，使得各混凝
土层形成共同承载体系。近似地，可以把单层衬砌结构看作 “组合梁”来分析其力学特性；复合式衬砌其结构类似于“叠 合梁”的力学行为。
山岭隧道
7
二、单层衬砌应用现状
山岭隧道
8
以色列海法市卡迈尔公路隧道
山岭隧道
9
以色列海法市卡迈尔公路隧道
山岭隧道
10
EFNARC
C40/50 C44/55 C48/60 40 50 44 55 48 80
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设计基准强度
挪威
抗压强度（N/mm2） 立方体试件的最小抗 压强度（N/mm2）
C30
C35
C40
C45
C50
C55
30 19.2
35 22.4
40 25.6
45
50
55
取样试件的最小抗压 强度（N/mm2）
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30
山岭隧道
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预设计阶段单层衬砌隧道稳定性分级
山岭隧道
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施工阶段单层衬砌隧道稳定性分级
山岭隧道
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五、单层衬砌结构形式
山岭隧道
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各级围岩单层衬砌支护机理及支护型式
稳定性分级 围岩稳定状态
I Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
极稳定 很稳定 稳定 较稳定 一般
VI Ⅶ Ⅷ Ⅸ
较不稳定 不稳定 很不稳定 极不稳定
（2）地质雷达探测法 地质雷达探测法是一种用于确定地下介质分布 的广谱电磁技术。地质雷达通过记录电磁反射波信 号的强弱及到达时间来判定电性异常体的几何形态 和岩性特征，介质中的反射波形成雷达剖面，通过
异常体反射波的走时、振幅和相位特征来识别目标
体，便可推断介质结构。
山岭隧道
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（2）地质雷达探测法 雷达测试围岩松动圈的基本原理是：围岩松动
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四、单层衬砌围岩
稳定性分级
山岭隧道
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根据对围岩稳定性的分析评价及单层衬砌的作 用机理分析，在单层衬砌设计过程中，分两阶段
进行设计：即施工前的预设计和施工过程中的修
正设计。 单层衬砌稳定性分级远期应该与国际接轨， 推荐采用为与Q系统相同的9级。根据我们的研究， 提出了两阶段单层衬砌隧道稳定性分级。
区定义为围岩松动圈；在国内外首先提出了“围岩
松动圈支护理论”。 其主要包括三部分：围岩松动圈支护理论、围 岩松动圈分类方法以及围岩松动圈喷锚支护技术。
山岭隧道
19
2、围岩松动圈支护理论的立论 围岩松动圈是隧道开挖后客观和普遍存 在的；


支护对象为松动破裂发展中的岩石碎胀
支护的作用一方面是维护破裂的岩石在
单位 道路协会 铁道建设· 运输 设施 类别 喷混凝土 高品质喷混凝 土 喷混凝土 道路公团 高强度喷混凝 土 高强度纤维喷 混凝土 3小时抗压强 度（N/mm2） － 1.5 － 2 2
日本
24小时抗压强度 （N/mm2） 5 8 5 10 10山岭隧道ຫໍສະໝຸດ 42喷混凝土的初期强度
龄 期 1小时（N/mm2） 4小时（N/mm2） 6小时（N/mm2） 12小时（N/mm2） 1天（N/mm2） 7天（N/mm2） 用作永久支护的纤维 增强喷射砼 >0.5 >1.0 1.5 3.0 5.0 10.0
支护机理 支护型式 围岩自承 无需支护 构造支护 喷射混凝土 悬吊作用 局部锚杆+喷射混凝土 悬吊作用+壳体支护 系统锚杆+喷射混凝土 悬吊作用+壳体支护 系统锚杆+合成纤维混凝土 锚杆组合拱支护+加强 系统锚杆+合成纤维喷混凝 型壳体支护 土+钢架 预支护+锚杆组合拱支 超前支护+系统锚杆+合成 护+加强型壳体支护 纤维喷混凝土+钢架 预支护+锚杆组合拱支 超前支护+系统锚杆+钢纤 护+加强型壳体支护 维喷混凝土+钢架 超前支护+系统锚杆+钢纤 预支护+锚杆组合拱支 维喷混凝土+钢架+模筑混 护+组合壳体支护 凝土 特殊设计
要求不小于0.70；采用平板加载试验（EFNARC）
确定韧度指标时，用作单层永久衬砌，相应于挠
度为25mm的变形能需达到700J。
山岭隧道
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喷混凝土的粘结强度
粘结强度有两种：抗拉粘结强度与抗剪粘结 强度。抗拉粘结强度是衡量喷射混凝土在受到垂 直于结合界面上的拉应力时保持粘结的能力；而 抗剪粘结强度则是抵抗平行于结合面上作用力的 能力。
1~1.5 1.5~2 系统锚杆+喷射混凝土 1.5×1.2 2~2.5 系统锚杆+合成纤维混凝土 1.2×1.2 系统锚杆+合成纤维喷混凝土+ 2.5~3 钢架 1.2×1.2 超前支护+系统锚杆+合成纤维 3~3.5 喷混凝土+钢架 1.0×1.2 超前支护+系统锚杆+钢纤维喷 4~5 混凝土+钢架 1.0×1.0
15cmΦ22 格栅1.2m 15cmΦ22 格栅1.0m 20cmΦ25 格栅0.8m
10 10 10 10
Ⅸ
超前支护+系统锚杆+钢纤维喷 4~5 35~40 混凝土+钢架+模筑混凝土 1.0×1.0 特殊设计
Φ25超 前锚杆 Φ42超 前导管 Φ50双 20cmΦ25 层超前 30 格栅0.6m 导管
瑞士的VEREINA铁路隧道钻爆法施工 的单层衬砌和用TBM施工的单层衬砌
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11
瑞士阿尔卑斯山的 旅游铁路车站隧道
山岭隧道
12
斯德哥尔摩地铁车 站和地铁换乘大厅
山岭隧道
13
芬兰赫尔辛基地铁区间及车站
山岭隧道
14
挪威Gjolasvik地下体育馆
地下酒窖
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15
成昆铁路布祖湾隧道
山岭隧道
0
s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e r s I t y
《山岭隧道》课程
第五章
支护结构设计
郑余朝
山岭隧道
西南交通大学
Southwest Jiaotong University
1
主要内容
荷载结构模式计算方法 地层结构模式计算方法 复合式衬砌结构设计 单层衬砌结构设计 TBM管片衬砌结构设计
最新的定义：取消防水板的前提下，洞室开挖
后立即喷射一层具有防水性能的混凝土，并根据围 岩级别设置必要的支护构件，如锚杆、钢拱架等， 然后根据耐久性及平整度的要求，再施作（喷射或 模筑）一层或多层混凝土，构成层间具有很强粘接
力并可充分传递剪力的支护体系。
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5
单层衬砌
山岭隧道
6
单层衬砌的承载机理
中国
《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》 （TZ214-2005）中对初期强度有这样的规 定，3h强度达到1.5MPa，24h强度达到 5.0MPa。
山岭隧道
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纤维喷混凝土的弯曲韧性
《纤维混凝土结构技术规程》（CECS 38：2004） 对钢纤维喷射混凝土的韧性指标：作为围岩支护
和衬砌的钢纤维喷射混凝土，其弯曲韧度比一般
山岭隧道
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4、围岩松动圈分类
围岩类别 小松 动圈 中松 动圈 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 大松 动圈 Ⅴ Ⅵ 分类名称 稳定围岩 较稳定围岩 一般围岩 一般不稳定围 岩（软岩） 不稳定围岩 （较软围岩） 极不稳定围岩 （极软围岩） 松动圈Lp （cm） 0~40 40~100 100~150 150~200 200~300 >300 支护机理及方法 喷射混凝土支护 锚杆悬吊理论喷层局部支护 锚杆悬吊理论喷层局部支护 锚杆组合拱理论，喷层、金属 网局部支护 锚杆组合拱理论，喷层、金属 网局部支护 待定
山岭隧道
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单层衬砌支护形式
稳定性 分级 I Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ VI Ⅶ Ⅷ
支护型式
无需支护 喷射混凝土 局部锚杆+喷射混凝土
锚杆
喷射混凝土 厚度 组成 5 素喷 5~8 素喷 8~15 素喷 15~20 20~25 25~30 30~35 35~40
钢架
超前 模筑
预留补 强空间 10 10 10 10 10
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喷混凝土的粘结强度
粘结的划分 作为受力支护结构
EFNARC
与既有混凝土间的粘结 与岩体之间的粘结 1.0MPa 0.5MPa
非结构性的防护
0.5MPa
0.1MPa
挪威规定: 粘结强度在0.2~1.8 MPa之间;
《锚杆喷射混凝土支护技术规范》：
喷射混凝土与围岩的粘结强度I、II级围岩不应 低于0.8MPa，III级围岩不应低于0.5 MPa