一、襯砌

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襯砌形式

整體式模築混凝土襯砌 —就地灌築混凝土襯砌

裝配式襯砌—将襯砌分成若幹塊構件，這些構件在現場或工廠預制，然後運到坑道内用機械将它們拼裝成一環接着一環的襯砌。

噴錨支護—噴射混凝土 和加設錨杆、金屬網和鋼架 共同支護

複合式襯砌—外襯和内襯兩層，所以也叫它為“雙層襯砌”

噴錨支護

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襯砌的适用條件

整體式模築混凝土襯砌 — 對地質條件的适用性較強，易于按需要成型，整體性好，抗滲性強，并适用于多種施工條件，如可用木模闆、鋼模闆或襯砌模闆台車等

裝配式襯砌 — 拼裝成環後立即受力，便于機械化施工，改善勞動條件，節省勞力。目前多在使用盾構法施工的城市地下鐵道中采用。

噴錨支護 — 噴錨支護是目前常用的一種圍岩支護手段，适用于各種圍岩地質條件，但是若作為永久襯砌，一般考慮在Ⅰ、Ⅱ級等圍岩良好、完整、穩定的地段中采用。

複合式襯砌 — 是一種較為合理的結構形式，适用于多種圍岩地質條件， 有其廣闊的發展前途。

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襯砌的一般結構要求

混凝土與鋼筋混凝土

隧道工程所用的混凝土強度等級不應低于C15

洞門用混凝土整體灌築，其強度不應低于C20

強度等級對于襯砌段不應低于C20，對于洞門不應低于C15

片石混凝土

在岩層較好地段的邊牆襯砌，可采用片石混凝土（片石的摻量不應超過總體積的20%）。

當起拱線以上1m以外部位有超挖時，其超挖部分也可用片石混凝土進行回填。

選用的石料要堅硬，其強度等級不應低于MU40，有裂隙和易風化的石料不應采用。

石料和混凝土預制塊

石料或混凝土預制塊用強度等級不低于M10的水泥砂漿砌築襯砌。石料的強度等級不應低于MU60，并且有裂隙和易風化的石料不應采用。混凝土預制塊強度等級不應低于MU20。

噴射混凝土

噴射混凝土的強度等級采用C20，所用的水泥應優先采用矽酸鹽水泥或普通矽酸鹽水泥

噴射鋼纖維混凝土中的鋼纖維宜采用普通碳素鋼制成，等效直徑為0.3～0.5㎜的方形或圓形斷面，長度宜為20～25㎜

錨杆

錨杆的杆體宜用20 MnSi鋼筋，也可采用Q235鋼筋；縫管式錨杆宜采用16 MnSi鋼管，亦可采用Q235鋼管；錨杆直徑宜為18～22㎜，墊闆可采用Q235鋼闆。

裝配式材料

對于襯砌材料，可采用一些裝配式材料，如鋼筋混凝土大型預制塊、加筋肋鑄鐵預制塊等

鐵路隧道淨空及要求

直線隧道淨空

機車車輛限界 — 它是指機車車輛最外輪廓的限界尺寸

基本建築限界 — 它是指線路上各種建築物和設備均不得侵入的輪廓線

隧道建築限界 — 它是指包圍“基本建築限界”外部的輪廓線

直線隧道淨空— 要比“隧道建築限界”稍大一些，還考慮了在不同的圍岩壓力作用下，襯砌結構的合理受力形狀（拱部采用三心圓，邊牆采用直牆式或曲牆式）以及施工方便等因素。

基本建築限界

最大級超限貨物裝載限界

隧限-1A和隧限-1B

隧限-2A和隧限-2B

單線電力牽引鐵路隧道襯砌内輪廓

雙線電力牽引鐵路隧道襯砌内輪廓

曲線隧道淨空加寬

加寬原因

車輛通過曲線時，轉向架中心點沿線路運行，而車輛本身卻不能随線路彎曲仍保持其矩形形狀。故其兩端向曲線外側偏移（d外），中間向曲線内側偏移（d内1）。

車輛通過曲線時的平面圖

由于曲線外軌超高，車輛向曲線内側傾斜，使車輛限界上的控制點在水平方向上向内移動了一個距離（d内2）。

加寬值的計算

- 單線曲線隧道加寬值的計算

• 車輛中間部分向曲線内側的偏移d内1

式中l — 車輛轉向架中心距，取18m；

R — 曲線半徑（m）

車輛通過曲線時的橫斷面圖

車輛兩端向曲線外側的偏移d外

式中 L— 标準車輛長度，我國為26m。

外軌超高使車體向曲線内側傾移d内2

式中H—— 隧道限界控制點自軌面起的高度

E —— 曲線外軌超高值，其最大值不超過15㎝，且

在我國鐵路标準設計中，d内2系将相應的隧道建築限界繞内側軌頂中心轉動arctg

角求得，可近似取d内2=2.7E （㎝）。

對于單線曲線隧道淨空的加寬值為：

内側加寬：

外側加寬：

總加寬：

雙線曲線隧道加寬值的計算：

雙線曲線隧道的内側加寬值W1及外側加寬值W2與單線曲線隧道加寬值的計算相同。即

内側加寬：

外側加寬：

當外側線路的外軌超高大于内側線路的外軌超高時

式中 H—— 車輛外側頂角距内軌頂面的高度，取360㎝；

E—— 外側線路的外軌超高值（㎝）；

R—— 曲線半徑（m）。

其它情況時

總加寬

曲線隧道中線與線路中線偏移距離

單線曲線隧道如圖3-10所示，隧道中線與線路中線偏移距離d為：d =（W1－ W2） （㎝）

雙線曲線隧道如圖3-11所示，内側線路中線至隧道中線的距離為d1= 200－（W1－ W2－ W3） （㎝）

雙線曲線隧道外側線路中線至隧道中線的距離為

d2= 200 （W1－ W2 W3） （㎝）

單線曲線隧道中線偏移

曲線隧道與直線隧道襯砌的銜接方法

《鐵路隧道設計規範》規定：位于曲線地段的隧道，其緩和曲線部分可分兩段加寬，即自圓曲線至緩和曲線中點，并向直線方向延長13m，采用圓曲線加寬斷面（按W值加寬）；其餘緩和曲線，并自直緩分界點向直線段延長22m，采用緩和曲線中點加寬斷面，其加寬值取圓曲線之半（按W/2值加寬）

雙線曲線隧道中線偏移

曲線隧道與直線隧道襯砌的銜接

公路隧道的淨空

公路隧道建築限界一般規定如圖所示。圖中各符号的含義如下：

W—行車道寬度；

S—行車道兩側路緣帶寬度；

C—餘寬，當計算行車速度≥100km/h時為0.5m，小于100km/h時為0.25m；

H—淨高，一條公路應用一個淨高，高速公路和一級、二級公路為5.0m；三、四級公路為4.5m；

E—建築限界頂角寬度，當L≤1m時，E=L；當L＞1m時，E=1m；

L—側向寬度，高速公路、一級公路的側向寬度為硬路肩寬度（L1或L2），其它各級公路的側向寬度為路肩寬度減去0.25m；

公路隧道建築限界

隧道襯砌的其它構造要求

一般單線隧道洞口應設置不小于5m長的模築混凝土襯砌，雙線和多線隧道應适當加長；

圍岩較差段的襯砌應向圍岩較好地段延伸5～10m；

偏壓襯砌段應延伸至一般襯砌段内5m以上；

不設仰拱的隧道應做底闆，單線隧道其厚度不得小于20㎝，雙線隧道其厚度不得小于25㎝；

對襯砌有不良影響的硬軟地層分界處，應設置變形縫；

電力牽引的隧道，其長度大于2000m及位于隧道群地段和車站兩端時，為了使接觸網有良好的工作和維修條件，應根據需要設置接觸網補償下錨的襯砌段。

運營通風洞、聯絡通道等與主隧道連接處的襯砌設計應做加強處理。

二、洞身支護結構的構造

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整體式模築混凝土襯砌

直牆式襯砌

适用于地質條件比較好，屬于我國鐵路隧道圍岩分類中的Ⅱ、Ⅲ級圍岩，有時也可用于Ⅳ級圍岩；

圍岩壓力以豎向為主，幾乎沒有或僅有很小的水平側向壓力 ；

襯砌由上部拱圈. 兩側豎直邊牆和下部鋪底三部分組合而成 ；

單線直牆式襯砌

在地質條件較好時，為了節省圬工，直牆式襯砌在構造上采取若幹改進措施。例如在整體岩層堅固的情況下，幾乎沒有什麼水平側壓力，也沒有地下水侵入，則可采用大拱腳噴混凝土（或噴砂漿）邊牆襯砌；

在地質條件尚好，側壓力不大，但又不宜采用大拱腳噴混凝土（或噴砂漿）邊牆襯砌時，為了節省邊牆圬工，可以簡化邊牆

大拱腳噴混凝土邊牆襯砌

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曲牆式襯砌

适用于地質比較差，岩石松散破碎，強度不高，又有地下水，側向水平壓力也相當大的Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ級圍岩情況 • 由頂部拱圈，側面曲邊牆和底部仰拱（或鋪底）所組成 • 除在Ⅳ級圍岩無地下水，且基礎不産生沉降的情況下可不設仰拱，隻做平鋪底外，一般均設仰拱 。

連拱式 邊牆襯砌

圖為單線非電氣化鐵路隧道襯砌Ⅴ級圍岩直線斷面曲牆式襯砌标準圖，其内部輪廓線由五心圓曲線組成。

單線非電氣化鐵路隧道襯砌

雙線或三線隧道的洞身襯砌，可以采取單孔式，四線隧道可采取雙孔式。單孔式襯砌應滿足雙線或三線隧道襯砌淨空要求。

雙孔式 四線隧道襯砌

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裝配式襯砌

優點

經裝配成環，不需養生時間，即可承受圍岩壓力；

預制的構件可以在工廠成批生産、在洞内可以機械化拼裝，從而改善了勞動條件；

拼裝時，不需要臨時支撐如拱架、模闆等，從而節省大量的支撐材料和勞力；

拼裝速度因機械化而提高，縮短了工期，還有可能降低造價。

應滿足的條件

強度足夠而且耐久；

能立即承受荷載；

裝配簡便，構件類型少，形式簡單，尺寸統一，便于工業化制做和機械化拼裝；

構件尺寸大小和重量适合拼裝機械的能力；

有防水的設施

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噴錨支護

噴射混凝土支護層

噴射混凝土的拌和材料是：标号不低于325号的普通矽酸鹽水泥和粒經不應大于16mm的堅硬耐久的卵石或碎石，以及不含土質或雜物的河沙，再加上少量的速凝劑

噴層的厚度一般最薄不應小于125px,最厚應不大于625px，

在比較松散軟弱的岩層中，可以加金屬網或鋼支撐，使之結合成一體，變為鋼筋混凝土層

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錨杆

錨杆是一種插入到圍岩岩體内的杆形構件 ；

利用錨杆杆體或杆端錨頭的膨脹作用，或利用灌漿粘結，把錨杆固定在岩體内；

增加了岩體的緊密程度，補強了抗剪能力，起到了組合、懸吊及擠壓加固的作用，提高了圍岩的自穩能力。

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複合式襯砌

外襯（亦稱初次襯砌）— 使用能達到早強的噴射混凝土和錨杆，使柔性的外襯既能容許圍岩有所變形，而又約束它不讓它變形發展太大太快

内襯（亦稱二次襯砌）— 内襯可以用噴射混凝土層柔性結構，也可以用較厚的模築混凝土

防水層 — 内外層襯砌之間的防水層可以用軟聚氯乙烯薄膜、聚異丁烯片、聚乙烯片等防水卷材，或用噴塗乳化瀝青等防水劑

複合式襯砌最适宜在Ⅱ～Ⅵ級圍岩中使用，但遇到下列情況時，應慎重對待。必要時應輔以相應的加固措施。

拱頂以上覆蓋厚度小于隧道直徑時

有明顯偏壓力時；

在無自穩能力的未膠結砂礫石地層中時；

在大膨脹性的地層中時；

在大湧水的地層中時；

在嚴重凍害的地區中時。

三、明洞的構造

明洞是用明挖法修建的隧道，是在露天的路塹地面上，或是在敞口的基坑内，先修築結構物，然後再回填覆蓋土石。如圖所示。

明洞位置示意圖 路塹式拱形明洞

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拱式明洞

路塹式拱形明洞

路塹式拱形明洞位于兩側都有高邊坡的路塹中；

路塹式拱形明洞适用于路塹邊坡處于對稱或接近對稱，邊坡岩層基本穩定，僅防邊坡有少量坍塌、落石，或用于隧道洞口岩層破碎，覆蓋層較薄而難以用暗挖法修建隧道時；

承受對稱荷載，拱、牆均為等截面，邊牆為直牆式。

偏壓直牆式拱形明洞

适用于兩側邊坡高差較大的不對稱路塹。

承受不對稱荷載，拱圈為等截面，邊牆為直牆式，外側邊牆厚度大于内側邊牆的厚度。

偏壓斜牆式拱形明洞

适用于地形傾斜，低側處路塹外側有較寬敞的地面供回填土石，以增加明洞抵抗側向壓力的能力。

承受偏壓荷載，拱圈為等截面，内側邊牆為等厚直牆式，外側邊牆不等厚斜牆式。

半路塹單壓式拱形明洞

受單側的壓力，結構内輪廓與隧道一緻，左右對稱，結構截面左右不同，内側邊牆為等厚直牆，外牆需要相對地加大，而且必須把基礎放在穩固的基岩上；

拱圈也可能采用變截面，以抵抗單側的壓力。

當外側地形低下，不能保持回填土的天然穩定坡度，或是按天然穩定坡度則邊坡将延伸很遠時，可以在結構的外牆頂上，接高一段擋牆，用以攔截土石的流走，稱之為耳牆式拱形明洞

當外側邊牆基底地質不好，不足以承受外牆傳來的壓力而必須把基礎放到下方較深的基岩上時，外牆可以延伸直達基岩，成為内、外牆不同，内短外長的形式，稱為長腿式拱形明洞

如果明洞外側覆蓋土不厚，還可以掏成側洞，使露天的光線可以射進來，外界的新鮮空氣可以流進來，改善了明洞内的環境條件 。

耳牆式拱形明洞

長腿式拱形明洞 連拱形外牆明洞

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棚洞

棚式明洞常見的結構形式有蓋闆式、剛架式和懸臂式三種。

蓋闆式棚洞

蓋闆式棚洞是由内牆、外牆及鋼筋混凝土蓋闆組成的簡支結構；

外牆不受側向壓力，僅承受梁和蓋闆的豎向荷載時，它要求的地基承載力較小 ；

當外側基岩較淺，地基基礎承載力較大時，可采用立柱式。

蓋闆式棚洞

剛架式棚洞

當地形狹窄，山坡陡峻，基岩埋置較深而上部地基穩定性差時，可采用剛架式外牆，此時稱明洞為剛架式明洞（有時也可采用長腿式明洞）；

側剛架、内側重力式墩台結構、橫頂梁、底橫撐及鋼筋混凝土蓋闆組成。并做防水層及回填土石處理。

懸臂式棚洞

适用于穩固而陡峻的山坡，外側地形難以滿足一般棚洞的地基要求，落石不太嚴重的情況 ；

内牆為重力式，上端接築懸臂式橫梁，其上鋪以蓋闆，在蓋闆的内端設平衡重來維持結構受外荷載作用下的穩定性 。

懸臂式棚洞

四、洞門結構的構造

洞門（隧道門的簡稱，通常也泛指隧道門及明洞門）是隧道洞口用圬工砌築用以保護洞口、排放流水并加以建築裝飾的支擋結構物。

對于鐵路隧道，隧道的長度就是其進出口洞門牆外表面與線路内軌頂面标高線交點之間的距離；

對于公路隧道，隧道的長度就是其進出口洞門牆外表面與路面的交線同路線中線交點間的距離。

洞門的作用

減少洞口土石方開挖量

穩定邊仰坡

引離地面流水

裝飾洞口

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洞門結構的類型

隧道門

隧道門指修建在不設明洞的隧道洞口的支擋結構物，包括環框式洞門、端牆式洞門、翼牆式洞門、柱式洞門、台階式洞門、斜洞門和耳牆式洞門等

明洞門

明洞門主要配合明洞結構類型設計，明洞有拱形明洞和棚洞之分，相應明洞門也分拱形明洞門和棚式明洞門兩大類

棚式明洞門

環框式洞門

環框式洞門，即隻鑲飾隧道襯砌兩端部分

适用于隧道洞口仰坡極為穩固，岩層堅硬，節理不發育，不易風化，地形陡峻而又無排水要求的地段

環框式洞門

端牆式洞

适用于自然山坡陡峻，洞門地形開闊，岩層較為堅硬完整，山體壓力很小，開挖坡度1：0.3～1：0.5的洞口地段

起禦土牆的作用，而且能支持洞口正面上的仰坡，并将從仰坡溜下來的地面水，彙集到排水溝中去

端牆式洞

端牆的構造要求

端牆的高度約在11.0m上下

端牆厚度應按擋土牆的方法計算，但不應小于：漿砌片石—0.5m；片石混凝土—0.5m；混凝土、塊石—0.3m；鋼筋混凝土—0.2m。

端牆寬度與路塹橫斷面相适應

柱式洞門

适用于洞口地形較陡，地質條件較差，岩層有較大側壓力，仰坡有下滑的可能性的地段

柱式洞門工程量較翼牆式洞門大，造價較高，施工也較為複雜

柱式洞門

翼牆式洞門

當洞口地質較差，山體縱向推力較大時，可以在端牆式洞門以外，增加單側或雙側的翼牆（擋牆），成為翼牆式洞門

翼牆式洞門的正面端牆一般采用等厚的直牆，微向後方傾斜，斜度為1：10

翼牆式洞門

耳牆式洞門

耳牆式洞門即帶耳牆的翼牆式洞門,将翼牆式洞門端牆兩側各接出一個耳牆至邊坡内，呈帶耳牆的結構，形成耳牆式洞門

對于排洩仰、邊坡地表彙水，阻擋洞頂風化剝落體，效果良好，并可大大減少對坡面的沖刷

洞口顯得寬敞，結構式樣比較美觀，而且對于邊、仰坡坡度不一緻的洞口，設計時亦便于處理

耳牆式洞門

台階式洞門

當洞門處于傍山側坡地區，地面橫坡較陡，洞門一側邊坡較高時，為了減小仰坡高度及外露坡長，可以将端牆一側頂部改為逐步升級的台階形式，以适應地形的特點，減少仰坡土石開挖量。這種洞門也有一定的美化作用

台階式洞門

斜交式洞門

當線路方向與地形等高線斜交時，為了避免出現此種現象，通常應将隧道洞門做成近于平行地形等高線方向設置，使洞門左右可以仍保持近似對稱，修建成斜交隧道門，簡稱斜洞門。這樣将使襯砌洞口段和洞門相對于線路呈斜交形式 。在松軟地層中，不宜采用斜洞門 。

拱形明洞門

拱形明洞門可分為路塹式和半路塹式兩類。路塹式明洞門有端牆式（常用柱式）和翼牆式兩種，與一般隧道門形式相類似

柱式拱形明洞門路塹式 翼牆式拱形明洞門路塹式

半路塹式明洞門

多用于傍山線路，其山側與原地層相接，為了适應傍山、橫向地面坡陡的地形，一般也多以台階形式加高端牆，并在山側設置擋牆支擋邊坡，降低開挖高度

台階式拱形明洞門（半路塹式） 台階式拱形明洞門（偏壓式）

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