第一章隧道基礎知識

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、水流及管線等通過的通道。

供交通立體化、穿山越嶺、地下通道、越江、過海、管道運輸、電纜地下化、水利工程等使用。

鐵路隧道長度就是其進出口洞門墻外表面與線路內軌頂面標高線交點之間的距離。

公路隧道長度就是其進出口洞門墻外表面與路面的交線同路線中線交點間的距離。

隧道分類

⑴按照隧道所處的地質條件分類：分為土質隧道和石質隧道。

⑵按照隧道的長度分類：分為短隧道（鐵路隧道規定：公路隧道規定：W）、中長隧道（鐵

路隧道規定：<W；公路隧道規定：<<）、長隧道（鐵路隧道規定：〈W；公路隧道規定WW）和特長

隧道（鐵路隧道規定：>;公路隧道規定：?=

⑶按照國際隧道協會（）定義的隧道的橫斷面積的大小劃分標準分類：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

底通過的稱水下隧道；為適應鐵路通過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

⑴是交通運輸線路穿越天然障礙的有效方法

⑵穿越的地質條件復雜多變，工程定位、設計、施工方法要隨時相應調整

⑶施工作業面窄，勞力設備受到限制，工業化、機械化施工要求高：

⑷造價昂貴。

隧道組成

隧道的主體建筑物由洞身和洞門兩部分組成。在隧道進口或出口段，如果仰坡表層巖土風化嚴重,

易塌落時，則延長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）和防排水設施，長、特長隧道還有通風道、通風

機房、供電、照明、信號、消防、通訊、救援及其它量測、監控等附屬設施

隧道襯砌構造

開挖后的隧道，為了保持圍巖的穩定性，一般需要進行支護和襯砌；支護的主要方式有：錨桿、

鋼架、鋼筋網、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

凝土襯砌和復合式襯砌等。

錨桿

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

施。

圖錨桿支護示意圖

圖錨桿支護示意圖

圖錨桿支護示意圖

鋼架

當圍巖軟弱、破碎嚴重且自穩性差時，隧道開挖后，需要及時提供足夠強的支護約束圍巖變形。

在初期支護內設置鋼拱架將增大支護結構早期的剛度，阻止圍巖的過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

鋼筋網噴射混凝土是在噴射混凝土之前，在巖面上掛設鋼筋網，然后再噴射混凝土。目前，我國

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

或者鋼拱架構成聯合支護。

鋼筋網通常作環向和縱向布置。環向筋一般為受力筋，由設計確定，直徑左右；縱向筋一般為構

造筋，直徑；網格尺寸一般為，或等。

圖鋼筋網示意圖

噴射混凝土

噴射混凝土既是一種新型的支護結構，又是一種新的施工工藝。它是使用混凝土噴射機，按一定

的混合程序，將摻有速凝劑的細石混凝土，噴射到巖壁表面上，并迅速固結成一層支護結構，從而對

圍巖起到支護作用。

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

網等構成組合式支護結構。它的靈活性也很大，可以根據需要分次追加厚度。

圖噴射混凝土示意圖

多種措施組合支護

鋼架鋼筋網錨桿噴射混凝土組合，錨桿鋼筋網噴射混凝土組合，鋼筋網噴射混凝土組合等。

圖組合支護示意圖

隧道襯砌

整體式混凝土襯砌

隧道開挖后，以較大厚度和剛度的整體模筑混凝土作為隧道的結構。

整體式襯砌按照工程類比、不同圍巖級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仰拱兩種。

⑴直墻式襯砌

適用于地質條件比較好，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級圍

巖，直墻式襯砌由上部拱圈、兩側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較差，有較大水平圍巖壓力的情況。主要適用于w級及以上的圍巖，或ni

級圍巖雙線隧道；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級圍巖無地下水，且基礎不產生沉降的情況下可不設仰拱，只做鋪底；一般均需設仰拱，以

抵御隧道底部的圍巖壓力和防止襯砌沉降，并使襯砌形成一個環狀的封閉整體結構，以提高襯砌的承

載能力。

復合式襯砌

復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、時間和材料施作的。

目前大都采用內外兩層襯砌。按內外襯砌的組合情況可分為：初期支護與二次襯砌。根據圍巖條

件不同，分別采用不同的斷面形式和支護、襯砌參數。

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圖隧道復合式襯砌圖

復合式襯砌是先在開挖好的洞壁表面噴射一層早強的混凝土（有時也同時施作錨桿），凝固后形成

薄層柔性支護結構（稱初期支護）。它既能容許圍巖有一定的變形，又能限制圍巖產生有害變形，其厚

度多在之間。

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

外襯和內襯之間設防水層，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。

復合式襯砌可以滿足初期支護施作及時、剛度小、易變形的要求，且與圍巖密貼，從而能保護和

加固圍巖，充分發揮圍巖的自承作用。

二次襯砌后，襯砌內表面光滑平整，可以防止外層風化，裝飾內壁，增強安全感，是一種合理的

結構形式，也是目前公路、鐵路隧道主要的結構形式。

錨噴式襯砌

錨噴式襯砌是指錨噴結構既作為隧道臨時支護，又作為隧道永久結構（單層襯砌）的形式。它具

有隧道開挖后襯砌及時、施工方便和經濟的顯著特點。

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、鐵路隧道設計規范中，都有根據隧道圍巖地質條件、施工條件和使用要求可采用錨噴襯

砌的規定

鐵路隧道設計規定中規定，錨噴襯砌設計應符合下列要求:

⑴錨噴襯砌內輪廓線應適當加大，除考慮施工誤差和位移量外，應再預留作為必要時補強用。

⑵遇到下列情況時不應采用錨噴襯砌：地下水發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件，這些構件在現場或工廠預制，然后運到坑道內用機械將它

們拼裝成一環接著一環的襯砌。

這種襯砌的特點是：拼裝成環后立即受力，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

砌要求有一定的機械化設備，施工工藝復雜，襯砌的整體性及抗滲性差而未能推廣使用。

洞門

洞門作用

減小洞口土石方開挖量；穩定邊、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：環框式洞門、端墻式洞門、翼墻式洞柱式洞門及臺階式洞門、斜交式洞門、

喇叭口式洞門。

⑴環框式洞門

當隧道洞口巖層堅硬、整體性好、節理不發育，且不易風化，路塹開挖后仰坡為穩定，又無較大

的排水量要求時，可采用環框式洞門。

圖

⑵端墻式（一字式）洞門

當地形開闊，石質基本穩定，邊坡仰坡不高時，常采用端墻式洞門。其作用在于支護洞口仰坡,

保持其穩定，并將仰坡水流匯集，向兩側排出。

圖

⑶翼墻式（八字式）洞門

當洞口地質較差（IV級及以上圍巖），山體縱向推力較大時，在端墻式洞門的單側或雙側設置翼

墻。

圖

⑷柱式洞門

地形較陡（IV級圍巖），仰拱有下滑的可能性，又受地形或地質條件限制，不能設置翼墻時，可

在端墻中部設置個（或個）斷面較大的柱墩，以增加端墻的穩定性。

圖

（5）臺階式洞門

當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，洞門一側邊仰坡較高時，為了

提高靠山側仰坡起拔點，減少仰拱高度，將端墻頂部改為逐級升高的臺階形式，以減少洞門的垮工數

量。

圖

（6）斜交式洞門

當隧道洞口地面等高線斜交時，為了縮短隧道長度、減少挖方數量，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力學效應，對單線隧道，一般設喇叭口緩沖段，同時

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，在露天修筑襯砌，然

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

地表相連處，也設有洞門、排水設施等。

明洞一般修筑在隧道的進出口處，當遇到地質差且洞頂覆蓋層較薄，用暗挖法難以進洞時，或洞

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

建筑物，在鐵路線上使用的較多。

明洞的結構類型常因地形、地質和危害程度的不同，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，它的內輪廓與隧道相一致，但結構厚度要比隧道大。

常見拱式明洞有：

圖路塹式對稱型拱式明洞

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，外側沒有足夠的場地設置外墻及基礎或確保其穩定，這

時采用另一種建筑物一棚式明洞。

棚式明洞常見的結構形式：蓋板式、鋼架式、懸臂式

圖蓋板式棚式明洞圖

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