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1、第7章 铁路隧道第一节 单、双线铁路隧道构造第二节 洞门与明洞 第三节 隧道附属建筑物7.1单、双线铁路隧道构造 铁路隧道结构由主体建筑物和附属建筑物两部分组成。隧道的主体建筑物是为了保持隧道的稳定，保证列车的安全运行而修建的，它是由洞身衬砌和洞门组成。在洞口容易坍塌或有落石危险时则需要加筑明洞。隧道的附属建筑物是为了养护、维修工作的需要以及供电、通信等方面的要求而修建的，它包括：防排水设施；大小避车洞；电缆槽；长大隧道的通风道和通风机房；根据电讯传输衰耗和通信设计要求而设置的无人增音站洞；在电气化铁路上，当隧道较长或在隧道群地段，为了讲接触线和承力索进行锚固而设置的下锚装置；用于存放维修接触
2、网用的绝缘梯车的专门洞室等等。一、洞身衬砌结构类型 （一）衬砌类型 隧道开挖后，为了保持围岩的稳定，一般需要进行支护（衬砌）。支护（衬砌）的方式有：外部支护、内部支护、混合支护。1、外部支护是指从外部支撑着坑道的围岩。例如整体式混凝土衬砌、砌石衬砌、拼装式衬砌、喷射混凝土支护等。2、内部支护是指对围岩进行加固以提高其稳定。例如锚杆支护、锚喷支护、压入浆液等。3、混合支护就是内部与外部支护混合一起的衬砌。（1）整体式混凝土衬砌 整体式混凝土衬砌是指就地灌筑混凝土衬砌，也称模筑混凝土衬砌。其工艺流程是：立模灌筑养生拆模。模筑衬砌的特点是：对地质条件的适应性较强，易于按需要成型，整体性好，抗渗性强，
3、并适用于多种施工条件，如可用木模板、钢模板或衬砌台车等。在我国铁路隧道工程中广泛采用。（2）装配式衬砌 装配式衬砌是将衬砌分成若干块构件，这些构建在工厂或现场预制，然后运到坑道内用机械将它们拼装成一环接着一环的衬砌。这种衬砌的特点是：拼装成环后立即受力，便于机械化施工，改善劳动条件，节省劳力。目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道中采用。（3）锚喷支护 锚喷支护是目前常用的一种围岩支护手段。采用锚喷支护可充分发挥围岩的自承能力，并有效地利用洞内净空，提高作业安全性和作业效率，并能适应软弱和膨胀型地层中的隧道开挖。（4）复合式衬砌 复合式衬砌是指先在开挖好的洞壁表面喷射一层早强的混凝土，凝固后形成
4、薄层柔性支护结构（称为初期支护），待初期支护与围岩变形基本稳定以后再施作内衬（即通常为就地灌筑混凝土衬砌称二次衬砌）的具有内外两层或多层的衬砌。目前最通用的是外衬砌为锚喷支护，内衬为整体式混凝土衬砌。复合式衬砌不同于单层厚壁的模筑混凝土衬砌，它把衬砌分成两层或两层以上，可以是同一种型式、方法和材料施作的，也可以使不同型式、方法、时间和材料施作的。按内外衬的组合情况可分为：锚喷支护与混凝土衬砌；锚喷支护与喷射混凝土衬砌；可缩性钢架喷射混凝土与混凝土衬砌；装配式衬砌与混凝土衬砌等等。（二）整体式混凝土衬砌结构类型 隧道衬砌按照不同的围岩类别，有直墙式衬砌和曲墙式衬砌两种形式。1、直墙式衬砌 这种类
5、型的衬砌适用于地质条件比较好，垂直围岩压力为主而水平围岩压力较小的情况。主要适用于、类围岩，有时也可用于类围岩。衬砌由上部拱圈、两侧竖直边墙和下部铺底三部分组合而成。在地质条件较好时，为了节省圬工，直墙式衬砌在构造上采取若干改进措施。2、曲墙式衬砌 曲墙式衬砌适用于地质较差，有较大水平围岩压力的类及以下的围岩。曲墙式衬砌是由顶部拱圈、侧面曲边墙和底部仰拱（或铺底）组成。二、衬砌材料 修建隧道衬砌的材料，应具有足够的强度和耐久性，还必须具有抗冻、抗渗和抗侵蚀性。此外，还应满足就地取材，降低造价，施工方便及易于机械化施工等要求。常用的铁路隧道衬砌材料有:1、混凝土与钢筋混凝土 隧道衬砌所用的混凝土
6、强度等级，对于直墙式衬砌不低于C13，曲墙式衬砌及类围岩直墙式衬砌不低于C18。钢筋混凝土材料主要用在明洞衬砌及地震区、偏压、通过断层破碎带或淤泥、流砂等不良地质地段的隧道衬砌中，其强度等级不低于C18。在特殊情况下可采用就钢筋或焊接钢筋骨架进行加强。2、片石混凝土 为了节省水泥，在岩层较好地段的边墙衬砌，可采用片石混凝土。此外，当起拱线以上1m以外部位有超挖时，其超挖部分也可以用片石混凝土进行回墙。选用的石料要坚硬，其抗压强度不应低于30MPa，严禁使用风化片石，以保证质量。3、料石或混凝土块 料石或混凝土预制块用强度等级不低于M10的水泥砂浆砌筑衬砌。其优点是能就地取材，大量节约水泥和模板
7、，可保证衬砌厚度并能较早地承受荷载。缺点是整体性和防水性差，施工进度慢，要求衬砌技术高。4、喷射混凝土 喷射混凝土材料用在锚喷支护中，混凝土强度等级不低于C28，使用的水泥标号不低于325号，并优先选用普通硅酸盐水泥。细骨料采用坚硬耐久的中砂或粗砂，细度模量宜大于2.5，砂的含水率已控制在5%7%。粗骨料采用坚硬耐久的卵石或砂石，粒径不应大于15mm。三、隧道衬砌断面设计的一般原则 1、设计衬砌断面，主要是确定衬砌内轮廓线、轴线和厚度。2、衬砌内轮廓线，其内轨顶面以上应满足限界要求，不得侵入限界，以确保行车安全。3、衬砌断面的轴线应尽量与压力曲线相重合，使衬砌断面承受压应力，以充分发挥衬砌材料
8、的抗压能力。小结：1、铁路隧道的结构。2、衬砌的结构类型。3、复合式衬砌的定义。4、整体式衬砌的分类。作业：1、解释复合式衬砌，并说明目前最通用的是哪一种？2、整体式混凝土衬砌按围岩类别可分为哪几种？3、简述直墙式衬砌的适用范围。7.2 洞门与明洞洞门与明洞一、洞门一、洞门 洞口是隧道进出的咽喉，又是隧洞口是隧道进出的咽喉，又是隧道施工中的主要通道。洞口位置选择道施工中的主要通道。洞口位置选择是否合理是否合理，将对隧道的施工工期、造，将对隧道的施工工期、造价、运营安全等有很大的影响。所以价、运营安全等有很大的影响。所以在隧道线路设计中，洞口位置的选择在隧道线路设计中，洞口位置的选择是一项重要的
9、工作。是一项重要的工作。隧道的隧道的进出口进出口是隧道建筑物唯一暴是隧道建筑物唯一暴露部分，也是整个隧道的薄弱环节，由露部分，也是整个隧道的薄弱环节，由于洞口所处的地质条件差，覆盖层厚度于洞口所处的地质条件差，覆盖层厚度也较薄，若地形倾斜又易造成浅埋偏压，也较薄，若地形倾斜又易造成浅埋偏压，加之受地表水的冲刷等原因，容易造成加之受地表水的冲刷等原因，容易造成山体失稳，产生滑动和坍塌。如洞口位山体失稳，产生滑动和坍塌。如洞口位置选择不当，可能招致洞口塌方而无法置选择不当，可能招致洞口塌方而无法进洞，或病害整治工程量过大，甚至遗进洞，或病害整治工程量过大，甚至遗留后患，这在以往的隧道工程中曾有过留
10、后患，这在以往的隧道工程中曾有过不少教训。不少教训。根据我国多年实践经验，总结出“早进晚出”的原则。即在决定隧道洞口位置时，为了确保施工、运营的安全，宁可早一点进洞，晚一点出洞，这样做，虽然隧道修长了一些，却较安全可靠。当然，并不意味着进洞越早越好，出洞越晚越好，而是应当从安全等多方面比较确定。（一）洞口（一）洞口位置选择位置选择的一般原则的一般原则 1、洞口不宜设在垭口沟谷的、洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路。中心或沟底低洼处，不要与水争路。2、洞口应避开不良地质地段。、洞口应避开不良地质地段。3、不破坏或少破坏地表坡面。、不破坏或少破坏地表坡面。4、处于漫坡地形的隧道，
11、一、处于漫坡地形的隧道，一般要采用延长隧道的办法以解决路般要采用延长隧道的办法以解决路堑弃土及排水的困难。堑弃土及排水的困难。5、洞口线路宜与等高线正交。、洞口线路宜与等高线正交。6、当线路位于有可能被淹没的、当线路位于有可能被淹没的河滩或水库回水影响范围以内时，河滩或水库回水影响范围以内时，隧道洞口标高应高出洪水位加波浪隧道洞口标高应高出洪水位加波浪高度，以防洪水灌入隧道。高度，以防洪水灌入隧道。7、边坡和仰坡不宜开挖过高。、边坡和仰坡不宜开挖过高。8、当洞口附近有水沟或水渠横、当洞口附近有水沟或水渠横跨线路时，可设置桥梁或涵洞，排跨线路时，可设置桥梁或涵洞，排泄水流。泄水流。9、当洞口地势
12、开阔有利于施工、当洞口地势开阔有利于施工现场布置时，可利用弃碴有计划有目现场布置时，可利用弃碴有计划有目的的改造洞口场地，以便布置运输便的的改造洞口场地，以便布置运输便道。道。（二）洞门的（二）洞门的作用作用 1、减少洞口土石方开挖量；、减少洞口土石方开挖量；2、稳定边、仰坡；、稳定边、仰坡；3、引离地表水流；、引离地表水流；4、装饰洞口。、装饰洞口。（三）洞门的（三）洞门的形式形式 洞门类型根据地形、地址，并洞门类型根据地形、地址，并结合衬砌类型及工作特点，可分为结合衬砌类型及工作特点，可分为:一般隧道门一般隧道门 明洞门明洞门 棚洞门棚洞门 特殊洞门特殊洞门二、明洞二、明洞 用明挖法修建的
13、隧道称为用明挖法修建的隧道称为明洞明洞。明洞一般修筑在隧道的进出口处，明洞一般修筑在隧道的进出口处，当遇到地质条件差且洞顶覆盖层较薄，当遇到地质条件差且洞顶覆盖层较薄，用暗挖法难以进洞时；或洞口路堑边用暗挖法难以进洞时；或洞口路堑边坡上有落石而危急行车安全时；或铁坡上有落石而危急行车安全时；或铁路、公路、河渠必须在铁路上方通过，路、公路、河渠必须在铁路上方通过，且不宜做立交桥或涵渠时，均需要且不宜做立交桥或涵渠时，均需要修修建明洞建明洞。2、明洞分类、明洞分类 拱式明洞拱式明洞 棚式明洞棚式明洞（一）（一）拱式明洞拱式明洞 由由拱圈、边墙及仰拱（铺底）拱圈、边墙及仰拱（铺底）组组成，它的内轮廓
14、与隧道相一致，但结成，它的内轮廓与隧道相一致，但结构截面的厚度要比隧道大一些，并且构截面的厚度要比隧道大一些，并且结构坚固，可抵抗较大的推力。结构坚固，可抵抗较大的推力。1、路堑式拱形明洞、路堑式拱形明洞 适用于适用于：路堑边坡处于对称或接近对称；路堑边坡处于对称或接近对称；边坡岩层基本稳定；仅防有少量坍边坡岩层基本稳定；仅防有少量坍塌，难以用暗挖法修建的隧道时。塌，难以用暗挖法修建的隧道时。特点：承受对称荷载，拱、墙特点：承受对称荷载，拱、墙均为等截面，边墙为直墙式。均为等截面，边墙为直墙式。要求：洞顶做防水层，上面夯要求：洞顶做防水层，上面夯填土后，覆盖粘土层，并做纵向排水。填土后，覆盖粘
15、土层，并做纵向排水。2、偏压直墙式拱形明洞偏压直墙式拱形明洞 适用于适用于：两侧边坡高差较大的：两侧边坡高差较大的不对称路堑不对称路堑 特点：承受不对称荷载，拱圈特点：承受不对称荷载，拱圈为等截面，边墙为直墙式，外侧边墙为等截面，边墙为直墙式，外侧边墙厚度大于内侧边墙厚度厚度大于内侧边墙厚度 3、偏压斜墙式拱形明洞偏压斜墙式拱形明洞 适用于适用于：地形倾斜，低侧处，：地形倾斜，低侧处，路堑外侧有较宽敞的地面供回填土路堑外侧有较宽敞的地面供回填土石，以增加明洞抵抗侧向压力的能石，以增加明洞抵抗侧向压力的能力。力。特点：承受偏压荷载，拱圈特点：承受偏压荷载，拱圈等厚，内侧边墙为等厚直墙式，外等厚，
16、内侧边墙为等厚直墙式，外侧边墙为不等厚斜墙式侧边墙为不等厚斜墙式 4、半路堑单压式拱形明洞半路堑单压式拱形明洞 适用于适用于：傍山线路上半路堑：傍山线路上半路堑地段地段 特点特点：荷载不对称，承受偏：荷载不对称，承受偏侧压力，拱圈为等截面，内侧边墙侧压力，拱圈为等截面，内侧边墙为等厚直墙，外侧设有耳墙的不等为等厚直墙，外侧设有耳墙的不等厚斜墙。厚斜墙。（二）棚式明洞（简称棚洞）（二）棚式明洞（简称棚洞）1、盖板式明洞盖板式明洞 由内墙、外墙、钢筋混凝土由内墙、外墙、钢筋混凝土盖板组成的简支结构。盖板组成的简支结构。2、刚架式明洞刚架式明洞 由外侧刚架、内侧重力式墩由外侧刚架、内侧重力式墩台结构
17、、横顶梁及钢筋混凝土盖台结构、横顶梁及钢筋混凝土盖板组成。板组成。3、悬臂式棚洞悬臂式棚洞 小结：1、洞门的类型。2、“早进晚出”的原则。作业：1、简述“早进晚出”的原则。7.3 隧道附属建筑物隧道附属建筑物 主要包括：主要包括：避车洞、防排水避车洞、防排水设施和电力及通讯设备设施和电力及通讯设备等。等。一、避车洞一、避车洞 定义：在隧道两侧边墙上交定义：在隧道两侧边墙上交错均匀修建的用于人员躲避，放错均匀修建的用于人员躲避，放置线路维修车辆，料具等的洞室置线路维修车辆，料具等的洞室叫叫避车洞避车洞。1、大避车洞、大避车洞 设置条件：隧道长度在设置条件：隧道长度在300m400m时，在隧道内侧
18、设置一时，在隧道内侧设置一个大避车洞；个大避车洞；300m可不设可不设;若隧道洞口接桥或路堑，当若隧道洞口接桥或路堑，当桥无避车台，路堑侧沟无平台时，桥无避车台，路堑侧沟无平台时，应与隧道一并考虑，设置大避车洞。应与隧道一并考虑，设置大避车洞。设置要求：碎石道床的隧道内，设置要求：碎石道床的隧道内，每侧相隔每侧相隔300m布置一个大避车洞；布置一个大避车洞；整体道床隧道内，每隔整体道床隧道内，每隔420m设设置一个大避车洞置一个大避车洞.2、小避车洞、小避车洞 无论碎石，还是整体道床每侧无论碎石，还是整体道床每侧边墙上应在大避车洞之间间隔边墙上应在大避车洞之间间隔60m（双线隧道按（双线隧道按
19、30m）布置一个）布置一个小避车洞小避车洞 3、避车洞底部标高、避车洞底部标高 当避车洞位于直线上且隧当避车洞位于直线上且隧道内有人行道时，避车洞底面应道内有人行道时，避车洞底面应与人行道顶面齐平；与人行道顶面齐平；无人行道时，避车洞底面无人行道时，避车洞底面应与人行道顶面齐平；应与人行道顶面齐平；隧道内采用整体道床时，隧道内采用整体道床时，应与道床面齐平；应与道床面齐平；当避车洞位于曲线上时，当避车洞位于曲线上时，因为有外轨超高的影响，因为有外轨超高的影响，所以：所以：二、防、排水设施二、防、排水设施 “以排为主、截、堵、排水以排为主、截、堵、排水相结合相结合”的综合治水方法。的综合治水方法。（一）截（一）截是截断地表水和是截断地表水和地下水流入隧道的通路。地下水流入隧道的通路。（二）堵（二）堵是指衬砌防水，是指衬砌防水，即堵注地下水从衬砌背后渗入隧即堵注地下水从衬砌背后渗入隧道内（防水层、压浆）道内（防水层、压浆）（三）排（三）排是将地下水排入是将地下水排入隧道内，再经由洞内水沟排走隧道内，再经由洞内水沟排走（排水沟、盲沟）（排水沟、盲沟）三、电力及通讯设施三、电力及通讯设施四、通风建筑物四、通风建筑物小结：1、隧道附属建筑物的组成。隧道附属建筑物的组成。2、避车洞的定义。、避车洞的定义。