工程施工——隧道施工

工程施工——隧道施工

隧道工程 绪论 第一章 隧道勘测及隧道位置的选择 第二章 隧道平纵断面设计 第三章 隧道构造设计 第四章 隧道工程的地质环境 第五章 隧道结构体系设计原理与方法 第六章 隧道施工方法 第七章 隧道施工组织设计与施工管理 第八章 隧道养护 绪论 一、隧道的基本概念及工程概述 二、隧道的种类及其作用 三、隧道的发展历程 一、隧道的基本概念及工程概述 为达到各种不同的使用目的，在山体内或地面下修建的建筑物，统称之为 “地下工程” 。在地下工程的广泛范围中，用以保持地下空间作为运输孔道的，称之为 “隧道” 。 一般来说，隧道的修建总是首先在地下开挖出一个洞穴并延伸成为一个长形的孔道，称之为 “导坑” 。 由于地层被挖开后，容易变形、塌落或是有水涌入，所以除了在极为稳固地层中而且没有地下水的地方以外，大都要在坑道的周围修建支护结构，或称之为 “衬砌” 。 隧道端部外露面，一般都修筑为保护洞口和排放流水的挡土墙式结构，称为 “洞门” 。有时，如果洞口容易坍塌或有落石的危险时，还要在洞门与洞身间修筑明洞。洞身衬砌、洞门和明洞就组成了隧道的主体支护结构，作用是保持岩体的稳定和行车安全。 隧道的 附属建筑物 是为了运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的建筑物，包括有：大小避车洞 、边仰坡 、排水天沟 、防水设备及排水设备 、通风系统 等。隧道的主体支护结构和隧道的附属建筑物组成了隧道建筑物。 几种隧道洞门图： 株六复线凉风坳隧道 西安南京铁路磨沟岭隧道 神延铁路寺则河隧道 京珠高速公路洋碰隧道 徽杭高速公路三阳隧道 北碚隧道 厦门仙岳山市政隧道 乌鞘岭特长隧道洞门 乌鞘岭隧道洞门（ 1 ） 乌鞘岭隧道洞门（ 2 ） 二、隧道的种类及其作用 （一） 交通隧道 交通线上的隧道（交通隧道）是隧道中为数最多的一种。它的作用是提供交通运输和人行的通道，以满足交通线路畅通的要求，一般包括有以下几种：铁路隧道、公路隧道、水底隧道、地下铁道、航运隧道和人行地道。 （二）   水工隧道 水工隧道是水利工程和水力发电枢纽的一个重要组成部分。水工隧道包括以下几种：饮水隧道、排水隧道、导流隧道或泄洪隧道，排沙隧道。 （三）市政隧道 城市中，为安置各种不同市政设施的地下孔道。市政隧道有：给水隧道、污水隧道、管路隧道、线路隧道、人防隧道。 （四）矿山隧道 在矿山开采中，常设一些为采矿服务的隧道，从山体以外通向矿床，并将开采到的矿石运输出来。其中有：运输巷道、给水隧道、通风隧道。 三、隧道的发展历程 （一） 隧道工程的历史 隧道的产生和发展是和人类的文明历史发展相呼应的，大致可以分为如下 4 个时代： 1 ． 原始时代 —— 即人类的出现到纪元前 3000 年的新石器时代，是人类利用隧道来防御自然威胁的穴居时代。 2 ． 远古时代 —— 从纪元前 3000 年到 5 世纪，即所谓的文明黎明时代，是为生活和军事防御目的而利用隧道的时代。 3 ． 中世纪时代 —— 约从 5 世纪到 14 世纪的 1000 年左右。这个时期正是欧洲文明的低潮期，建设技术发展缓慢，隧道技术没有显著的进步，但由于对地下铜、铁等矿产资源的需要，开始了矿石开采。 4 ． 近代和现代 —— 即从 16 世纪以后的产业革命开始。这个时期由于炸药的发明和应用，加速了隧道技术的发展。如有益矿物的开采、灌溉、运河、公路和铁路隧道的修建，以及随着城市的发展修建地下铁道、上下水道等，使得隧道的技术得到极大的发展，其应用范围迅速扩大。 （二） 我国隧道工程的发展和成就 我国第一座铁路隧道修建在台湾，是基隆到台南的铁路线线上一座长仅 261m 的窄轨净空隧道。 1907 年在京包线上修建了八达岭隧道。这是由我国工程师詹天佑主持施工的。 建国之初，在短短的三年之内，在成渝线上修复了 13 座隧道，在宝天线上改建了 136 座隧道，并完成了天兰线上的 48 座隧道，使当时支离破碎，断断续续的铁路完全修整好，全国铁路畅通无阻。 以后，修建隧道的技术又有进步。宝成线上的 秦岭隧道 长达 2363m ；成昆线上的 沙木拉达隧道 长为 6379m ；；京广线上 大瑶山隧道 长为 14295m ；秦岭终南山公路隧道（双洞、单向、双车道）长为 18100m （是目前我国最长的公路隧道）；兰武二线上的 乌鞘岭隧道 长达 20050m 。一个比一个长，一个比一个质量好。 近期，除了以交通为目的的隧道以外，又扩大到其它多方面用途的地下工程。在工业方面建成了许多地下工厂、地下电站、地下武器库、地下停车场等。在人民生活方面，建造了形成网络的防空洞、地下影院、地下体育中心、地下街、地下会堂、地下战备医院等。因此，地下工程已经发展到国民经济的各个部门中去，成为人们活动的又一层世界。 衡广复线大瑶山隧道 （三） 国外隧道的发展情况 在国外，最早的地下工程是矿山的开采。铁路事业兴起以后，出现了山区铁路隧道、水底隧道及公路隧道。自从城市发展以来，城区交通繁忙，车辆拥挤，安全难保。又因新开挖工具 —— 盾构 的出现，地下铁道随之兴起。近期以来，隧道工程的科学技术得到了相应的发展。在原有的技术基础上，采用钢拱支撑、喷射混凝土衬砌，锚杆加固围岩，已是普遍使用。引进 新奥法 来指导并调整施工，也已大量推广。用 有限元 的方法来分析地下结构的受力状态，也已为人们所乐于使用。 最后应该指出，尽管近年来隧道工程已经取得了一定的成就和相应的发展，但是还存在着许多问题和缺点。从总体来看，隧道结构还比较粗大厚实，施工环境还很恶劣，工人劳动强度还很大，工程进度不快和工程造价较高。具体说，截止到目前，我们对围岩的性质还没有深入地摸清楚，对计算模型的选用和计算的理论还不完全符合实际，施工技术水平和管理方法还比较落后，人力和物力的消耗和浪费都较大，所有这些都有待隧道工作者去研究和解决。 总之，认识事物并改造事物使之为人类服务是我们责无旁贷的任务，只要我们不断地实践，不停地向前探索，一定会把隧道的建设事业推向前进的。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道勘测 - 隧道勘测的一般规定 制定勘测计划 勘测计划包括对既有资料的收集和调查、地质勘察、 环境 调查、施工条件调查、调查采取的方法等内容。 勘测资料应完备 隧道勘测工作一般包括搜集已有资料，地形、地质的调查测绘，工程地质及水文地质勘探及试验等工作。 勘测的两个阶段 设计阶段勘测和施工阶段勘测 评价隧道工程对环境可能造成的影响 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道勘测 - 调查测绘 - 隧道工程调查的内容 自然概况 工程地质特征 水文地质特征 不良地质地段 地震基本烈度等级 气象资料 施工条件 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道勘测 - 隧道工程测绘遵守的规定 按设计阶段要求搜集或测绘地形图，纵断面图、横断面图 测绘资料的图纸内容需反映隧道所在地的工程地质及水文地质情况 在隧道洞口和辅助坑道口的附近，按规定设置必要的平面控制点和水准点 测绘资料符合规定的精度要求 - 长隧道、特长隧道和地质条件复杂的隧道的调查 长隧道、特长隧道和地质条件复杂的隧道，应进行大面积的区域性工程地质调查、测绘、并加强地质勘探核试验工作，查明区域地质构造及工程地质、水文地质条件；当地下水对隧道影响较大时，应进行地下水的动态勘测 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道勘测 - 设计阶段地质调查 采用测绘、弹性波勘测、遥感、钻孔、试验坑道等方法进行 - 施工阶段地质调查 核定地质构造、岩性、地下水等 及时预测和解决施工中遇到的工程地质及水文地质问题 为验证修改设计提供依据 - 工程评价及处理措施 围岩自稳性 隧道涌水量、涌水压力、突然涌水等 岩土膨胀压力 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道勘测 滑坡、偏压 围岩状态和土压特性 高地应力区应力场 瓦斯、岩溶、及人为坑洞等 - 围岩级别的确定 判断围岩级别是决策隧道设计、施工中各种问题的基础。围岩级别的判定是按设计和施工两个阶段进行。施工阶段可根据已暴露的围岩条件判定围岩级别，是对设计阶段的预判断进行修正，是客观、可靠、可信的判断 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 - 按地形及地质条件进行选择 - 按地形条件进行选择 - 高程障碍 绕行方案 — 当附近地形开阔，山坡地带宽敞时，克服高程障碍的一个比较简易的办法是避开前方的山峰，迂回绕行而过 深堑方案 — 当地形比较开阔，有山谷台地可资展线时，就可以尽量地把线路展长，坡度用足以争取把线路标高抬起到可能的高度。然后把高程尚有不足之处，在山顶部位开凿深路堑通过 隧道方案 — 当地形紧迫，山坡陡峭，不具备上述条件时，开凿隧道，穿山而过，就成为唯一可行，而且是比较有利的方案。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 - 平面障碍 沿河傍山绕行方案 — 沿着山体自然弯曲傍山绕行，如果地形条件尚能允许，则可采用。在不得已时，只得大劈坡，或高层填土，上设御土墙，下设护坡护岸，有时还须跨谷建桥，有时为防滚石坠落，还需设置防护明洞 隧道直穿方案 — 如果在平面障碍的前方，开凿隧道，穿山而过，虽然初期工程略大一些，但线路顺直平缓，工程单一，可不设急弯，没有陡坡，路线行程缩短，运营条件改善，而且不受山坡坍方落石的威胁如下图所示。从长远的利益来看，隧道方案往往是比较合理的。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 隧道直穿方案示意图 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 按地质条件进行选择 - 单斜构造与隧道位置的选择 水平或缓倾角岩层 — 当隧道通过坚硬的厚层岩层时，较为稳定。若通过很薄的岩层，则施工时顶部易产生掉块现象，此时，以不透水的坚硬岩层作顶板为最好 陡倾角岩层 — 陡倾角岩层一般有偏压和不均匀压力存在，当有软弱夹层伴以有害节理切割时，易产生坍方和顺层滑动；在此情况下，如以明洞通过时应慎重对待 缓倾角岩层隧道位置的选择 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 （接上页）当隧道中线可能沿两种不同岩性的岩层走向通过时，地层滑动将使隧道结构受到很大的剪力，以致把结构物损坏。应避免将隧道置于两种不同的岩层软弱构造 ( 破碎 ) 带，而宜将隧道置于岩性较好的单一岩层中；如果隧道恰在层间软弱面的上方，地层滑动会使隧道的某一段发生横向推移，而与邻段断开。因此一定要尽可能避开软弱结构面，特别是不要把隧道中线设成与软弱结构面的走向一致或平行，至少要成一定的交角。 软弱结构面地带隧道位置的选择 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 直立岩层 — 隧道通过直立岩层时，其中线宜垂直于岩层的走向穿过，在隧道开挖过程中，易产生坍塌，甚至会导致大的坍力，致使地面形成“天窗” 直立岩层中隧道位置的选择 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 - 褶皱构造与隧道位置的选择 褶皱构造有向斜和背斜两种基本类型，当隧道通过褶皱构造时，应尽量避免将隧道置于向斜或背斜的轴部 (a) 、 (b) ，而应将隧道置于翼部 (c) ，则隧道所处的地质条件类似单斜构造 当对隧道通过向斜和背斜轴部作比较时，则背斜较向斜略好，若向斜轴部处于含水层中，地下水积聚凹底，洞身开挖所出现的涌水及坍塌将比背斜严重，也将增加施工的困难。 褶皱构造隧道位置的选择 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 断裂构造，接触带与隧道位置的选择 在选择隧道位置时，切忌沿着 ( 或靠近平行 ) 断层带或破碎带修建隧道，特别是对于区域性大断裂，尤应注意绕避。当隧道线路必须通过断层带时，应尽量使线路与断层走向正交，同时应避开严重破碎带，并应使通过断层的地段最短。 断裂构造地带隧道位置的选择 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 - 不良地质的影响 滑坡地区 在山区修建铁路隧道时，经常遇到滑坡，它给施工，运营可能造成极大危害，因此，当隧道线路必须通过滑坡地段时，应慎重对待。采用隧道避开滑坡时，应使隧道洞身埋藏在滑床 ( 可能的滑动面 ) 以下一定厚度的稳固地层中，以确保施工及运营过程中滑坡滑动时不致影响隧道安全。 滑坡地带的隧道位置选择 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 岩堆、崩坍、错落、堆积层以及危岩落石地区 选择隧道位置时，应查明工程地质及水文地质情况，原则上应避免从不稳定的岩堆、崩坍、错落、堆积层地区中通过，应将洞身置于稳定的地层，当隧道必须通过时，首先应分析并确认其具有稳定性，且一定要采取有效可靠的工程措施，方得以在下图所示位置通过。 不良地质中的隧道 落石地带的隧道 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 泥石流 当线路通过泥石流地区时，首先应充分预计和判明泥石流的成因、规模、发展趋势和冲、淤变化规律，论证以路基、桥梁通过或者以隧道等方式绕道的合理性，并判定工程安全度，以决定隧道方案的可行性。当隧道 ( 明洞 ) 洞口位置毗邻泥石流沟时，应注意适当延长以避免泥石流可能扩散范围的影响。 溶洞地区 当隧道通过岩溶地区时，应力求避免穿越岩溶严重发育的网状洞穴区、巨大空洞区及有利于岩溶发育的构造带，尽量避开洞身置于碳酸盐岩与非碳酸盐岩 ( 可溶岩与非可溶岩 ) 的接触带。当不可能时，应选择在较狭窄地段，以垂直或大角度穿过，使通过岩溶地段为最短。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 侧蚀地带的隧道 溶洞地区隧道位置的选择 瓦斯地区 隧道开挖时，有害气体如甲烷 (CH4) 和二氧化碳 (CO2) 逸出；轻则致人窒息，重则引起爆炸，危害甚大。选择隧道位置时，最好能避开。不得已时，应做好通风稀释的措施。 黄土地区 黄土具有干燥时甚坚固，遇水容易剥落和遭受侵蚀的特征。选择隧道时应避开沟壑及地下水活动和地面陷穴密集的地区。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 - 不良水文地质的影响 地下水 —— 地下水多是由地表水的渗透或地下水源补给的它们的存在，使岩石软化、强度降低，层间夹层软化或稀释，促成了层间的滑动。选择隧道位置时，最好不从富水区中经过。不得已时，也要尽可能地把隧道置于地下水位以上的地方，或在不透水层中穿过。 地温 —— 地球核心有巨大的热量隧道如果埋置很深，地温太高，将会降低施工效率。隧道通过高温、高热地段，会给施工带来困难选择隧道位置时，应尽可能不把隧道放在山体太深处。遇到部分地区埋深太大或高地温时，则应作好通风降温措施。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 - 按线路类别进行选择 - 越岭线上隧道位置的选择 - 隧道平面位置的选择 当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上总会有高程较低处、称之为 垭口 。一般的情况，常常有若干个垭口可以通过。此时，就要分析比较，选定最为理想的垭口。 - 隧道立面位置的选择 分水岭的山体，一般是上部比较陡峭而下部比较平缓。隧道位置定得越高山体较薄，隧道越短，工程可以小一些，反之隧道位置定得越低，隧道将越长，工程规模要大一些。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道位置的选择 - 河谷线上隧道位置的选择 铁路沿河傍山而行时称之为 河谷线 。这种线路左右受到山坡和河谷的制约，上下受到标高和限制坡度的控制，比选方案时，可能移动的幅度不大。但是，虽然摆动的幅度很有限，可对工程的难易、大小都有关系。当地层结构面倾向山一侧时，地层比较稳定，覆盖厚度可以酌减。当地层结构面倾向河流一侧时，覆盖厚度宜予加大 。 （ a ）不利的结构面倾向 （ b ）有利的结构面倾向 结构面倾向对隧道位置的影响 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道方案比较 - 隧道方案与明堑的比较 - 经济和技术上的比较 一般说来，隧道造价比明堑要贵一些，施工技术也复杂一些，明堑方案常常是比较省钱、省事、又快速的 - 安全条件比较 在比较隧道方案与明堑方案时，忽略了安全条件，就会造成错误。例如，为了避免修建工程较难的隧道，有意识地将线路向靠河一侧移动，把本该用隧道穿过的地方，硬以明堑通过。由于明堑劈坡太深开挖后，边坡不稳，施工时坠石掉块，运营后塌坡坍方，给长期的运营带来安全上的威胁和防护上的困难。从长期运营条件来看，隧道方案优于明堑。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道方案比较 - 隧道方案与跨河建桥方案的比较 - 跨河建桥方案的优缺点 一般情况是桥梁长度短而每延米的造价高； 一般跨过河谷的桥梁，河心不宜设墩，所以中孔跨度较大，两端基础必须十分坚实； 在洪水或严寒时期，施工就比较困难，因而施工有季节性； 跨河桥的最大缺点是桥头两端必然是曲线，甚至曲线半径很小。这就使得线路的行车条件变坏； 如果线路原本要抬坡争取高程的，转为桥梁后，桥身及两端引线都要放在平坡上，于是就达不到争取高程的目的； 在国防意义上，跨河建桥往往是空袭的明显目标，一旦受到破坏，全线就要中断，而且不能做临时便线。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道方案比较 - 隧道方案的优缺点 隧道相对较长而每延米的造价要低一些； 隧道穿山而过，线路直、短、平； 施工不受季节影响； 隧道建成后维修养护的工作量较小； 战时可作列车掩蔽所； 如果线路前方遇到不良地质地段，修建隧道将增加困难。 如果隧道太长，工程太大，出碴太多，将会堵塞河道，施工场地不如桥梁开阔，不能容纳更多的人同时施工，那就不如建桥了。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道方案比较 - 双线单隧道和单线两隧道的比较 - 一座双线隧道的优点 一座双线隧道所需的地位宽度比两座单线隧道的地位宽度要小，选线时易于安排布置； 一座双线隧道的开挖面面积比两座单线隧道的开挖总面积为小。也就是工程量要小，而施工的相互干扰也少些； 双线隧道的净空较大，坑道宽敞，有条件使用大型机械施工； 双线隧道的通风条件好，维修养护都较方便。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道方案比较 - 一座双线隧道的缺点 双线隧道断面跨度大，所受围岩压力也就大。因此需要更为有力的支护结构； 隧道施工时，因为压力大，临时支护困难，发生坍方事故的威胁较大； 双线隧道的一次工程投资比两座单线隧道先后修建的初期投资大； 双线隧道断面积大，不能充分利用列车活塞风。 单线隧道的优点 断面小，压力小，坑道的稳定性好，施工容易，支护简单而且安全； 对于近期尚不准备修第二线的新建隧道来说，可以先修第一线的单线隧道，预留第二线，待需要时才修。如此则初期一次投资较少； 若第一线隧道施工时采用了平行导坑，则平导即可作为第二线隧道的前进导坑。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道方案比较 - 单线隧道的缺点 两座单线隧道必须横向相隔一定的安全距离，才能保证两隧道间的围岩土柱有足够的支承能力，以避免在修筑第二线隧道的施工中，对第一线隧道有影响； 两座单线隧道无论是同时施工还是先后施工，施工时总会有些相互干扰。尤其是在修第二线隧道时，多半是在已成第一线不间断行车的条件下进行的，这就增加了施工的困难。 两种方案各有其优缺点。比较时，就要从铁路运量的要求，结合地形、地质以及施工条件、工期要求、资金运用等因素，综合比较，择优选定。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道方案比较 当复线本身相距一个相当的横向距离时，当然要各自修建单线隧道。但要保证两座隧道之间有足够的安全距离。在实践的基础上，归纳出最小间距的数值，如下表所列，仅供参考 。 复线两隧道间的横向最小距离 围岩级别 最小安全距离 (m) Ⅰ (1.5 ～ 2.0)B Ⅱ—Ⅲ (2.0 ～ 2.5)B Ⅳ (2.5 ～ 3.0)B Ⅴ (3.0 ～ 5.0)B Ⅵ >5.0B 注：表中 B 为隧道开挖断面的宽度 (m) 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道方案比较 - 长隧道与短隧道群方案的比较 - 短隧道群方案的优点 一般说来，短隧道是比较容易施工的。有时可以只用简单的设备就可以进行施工，技术上困难也不多； 一群短隧道并不相连，这一座与那一座之间留有长短不等的明线部分。这样，它们各自有自己的出口和入口，可以开辟较多的工作面，容纳较多的人同时工作，施工进度较快； 建成后，由于隧道短，多半可以只靠自然通风，不必另配机械通风系统； 运营成本低，车上旅客长时间处于地下的不舒服感觉可以减轻。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道方案比较 - 短隧道群方案的缺点 河谷边坡的地质多是比较复杂的，尤其是地表覆盖层更是风化地带，岩体松散破碎，节理切割严重。短隧道在此通过，坑道多不稳定，围岩压力很大，开挖时易致坍方； 隧道外侧覆土太薄，形成偏侧压力，使隧道的支护结构处于不利的受力状态中。若是岩体的，层理是向外下倾的，更易发生剪切破坏，对隧道的稳定形成威胁； 多个隧道相距不远，有时前一座隧道的出口，隔不了多远就是另一座隧道的进口，施工时互相干扰，洞口场地也不好布置； 多条隧道要多建许多洞门建筑物，在工程造价上就不经济了。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道方案比较 - 长隧道方案的优点 它将位于岩体深处坚固稳定的地层中，围岩压力小，坑道稳定，无偏压受力的情况； 支护可以简单，施工比较安全； 工程单一，施工不受干扰； 洞门建筑物只有两个，比多座短隧道为少。 - 长隧道方案的缺点 隧道长，技术上要复杂一些，工程造价可能要贵一些。 多年实践指出，线路还是倾向于向里靠一些，宁愿隧道长一些，但只是一座为好 。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道方案比较 - 对相关工程的考虑 - 桥隧工程毗邻的统一安排 在同一条线路上，常常分布着若干座隧道、桥梁和路基支档结构等。它们之间看来似乎是个体，但从整条线路的选定出发，又是彼此相关的组成体。因此，需要有统一的安排。 - 隧道位置与前后线路防护措施的关系 沿着河谷行进的铁路，由于侧坡较陡，线路稍有偏外就会落入河道之中或跨到河岸之上，需要设置栈桥或高填路基，需建护坡建筑物。线路稍有偏内，则会插进山体，需要大劈大挖或延长隧道 。 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道洞口位置的选定 - 选择洞口位置的原则 洞口应尽可能地设在山体稳定、地质较好地下水不太丰富的地方 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 洞口应尽可能设在线路与地形等高线相垂直的地方，使隧道正面进入 山体，洞门结构物不致受到偏侧压力 当线路位于有可能被淹没的河滩上或水库回水影响范围以内时，隧道洞口标高应在洪水位以上，并加上波浪的高度，以防洪水倒灌到隧道中去 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道洞口位置的选定 为了保证洞口的稳定和安全，边坡及仰坡均不宜开挖过高，不使山体扰动太甚，也不使新开出的暴露面太大。一般情况下，设计各类围岩中隧道洞口上方的仰坡和路堑的边坡控制高度和坡度可参考下表 围岩级别 Ⅰ ～ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ ～ Ⅵ 坡率 贴壁 1:0.3 1:0.5 1:0.5 1:0.75 1:0.75 1:1 1:1.25 1:1.25 1:1.5 高度 (m) <15 <20 25 左右 <20 25 左右 <15 <18 20 左右 <15 <18 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道洞口位置的选定 若洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时，应慎重处理，当线路横沟进洞时，设置桥涵净空不宜太小，以免后患 若洞口前方岩壁陡立，基岩裸露。此时，最好不刷动原生坡面，不挖开山体。 洞口以外必须留有生产活动的场所 - 用作图法确定进洞里程和洞口边、仰坡开挖线 - 进洞里程的确定 — 在洞口地形平面图上找出控制等高线 — 在预先选定的洞口附近，以洞门墙宽度 B 为距离，作对称于线路中心线的平行线 I—Ⅰ 和 Ⅱ—Ⅱ 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道洞口位置的选定 — 以仰坡坡脚至极限挖高控制点的水平距离 d 为半径，用分规沿 I—I ( 或 Ⅱ—Ⅱ) 线移动，找出与控制等高线相切于 a 点 ( 即控制点 ) 的圆心 O 。 — 过 O 点作线路中心线的垂线 OO' 。 — 以洞口里程至仰坡坡脚的水平距离 b ( 由洞门图查得 ) 为间距，作 OO' 线的平行线 PP' ，则 PP' 线为洞口里程位置。 洞口里程的确定 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道洞口位置的选定 - 绘制隧道洞口边、仰坡开挖线 - 绘制仰坡开挖线 洞门位置确定后，可计算仰坡坡脚标高 H 仰 ，则由仰坡坡率 m ，求得仰坡顶点位置。 例如，控制等高线为 602m ，仰坡坡脚标高为 595m ，仰坡坡率 m ＝ 0.75 ，即可计算 602 至 595 各等高线坡率为 m 而距仰坡坡脚的水平投影距离 d 1 ， d 2 ， … 等各值。对 600m 等高线： d l =(600-595)×m=5×0.75 ＝ 3.75(m) 在洞门地形图上，作与洞门墙平行且相距为 d 1 的 l—1 线交 600m 等高线于①点；作 2—2 线与洞门墙相距为 d 2 交 598m 等高线于②点 … ，以此类推。连接 a 、①、② … 各点，即为仰坡开挖线。 边、仰坡开挖线 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道洞口位置的选定 - 绘制边坡开挖线 其原理同前，先确定边坡坡脚标高，根据边坡坡率 n ，可计算不同标高位置的边坡顶至边坡坡脚的水平投影距离 c 。 例如，边坡坡脚标高为 586m ， n =0.5 则 c 1 =(588—586) × n =2×0.5=1.0 （ m ） c 2 =(590—586) × n =4×0.5=2.0 （ m ） 作 I—I 线与路堑坡脚线平行且相距为 c 1 ，交 588m 等高线于 a 。作 Ⅱ—Ⅱ 线与路堑坡脚线平行且相距为 c 2 交 590m 等高线于 b 。同理可求得其它各点。连接 a ， b ， … 各点，即得边坡开挖线。 - 绘制仰坡与边坡交角处开挖线 洞门开挖方式有两种，即甲式开挖和乙式开挖，如下图所示，其刷坡的起坡点不同。采用甲式开挖时，起坡点为翼墙端点；乙式开挖时，起坡点为仰坡坡脚。由此可确定相宜起坡点的标高值 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道洞口位置的选定 洞门开挖方式 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道洞口位置的选定 以乙式开挖为例，绘制仰坡与边坡交角处开挖线 — 在 90° 交角范围，等分 6 等份，即由边坡至仰坡的累计度数为 15° 、 30° 、 45° 、 60° 、 75° 、 90° 。当仰坡坡率 m 与边坡坡率 n 不同时，应圆顺过渡，其各等份的坡率 K 可按下式计算：   式中 n — 边坡坡率； m — 仰坡坡率； α — 圆角部分等份角度的累积度数 ( 由边坡至仰坡 ) 。 乙式开挖边、仰坡交角处开挖线 隧道勘测及隧道位置的选择 - - - 隧道洞口位置的选定 — 确定等份线与开挖线的交点 以 OB 等份线为例，累积度数 α =30° ，仰坡坡率 m ＝ 0.75 ，边坡坡率 n ＝ 0.5 ，由上式计算得坡率 K =0.54 ，可计算不同标高位置的坡顶至起坡点的水平投影距离 r 。 例如，起坡点高程为 595m ，则 r 1 =(597-595)× K =2×0.54=1.08 （ m ） r 2 =(598-595)× K =3×0.54=1.62 （ m ） …… 以 O 点为圆心，以 r 1 、 r 2 、 …. 为半径，分别交等高线 594 、 595… 于 a 、 b 、 c … ，连接 a 、 b 、 c … 各点所形成的曲线与 OB 交于 i 点，即为该等份线与开挖线的交点。同理可得其它等份线与开挖线的交点 j 、 k 、 … ，连接 i 、 j 、 k … 各点，即得交角处开挖线。 隧道平纵断面设计 --- 隧道平面设计 直线隧道的优点 线路顺直，列车可以快速通过，走行的距离也较短，有利于列车多拉快跑，提高线路的运营效率。在隧道内，线路就更应设计成直线 - 曲线隧道的缺点 曲线上的隧道，由于列车倾斜和平移，隧道建筑限界需要加宽，坑道的尺寸相应加大，不但增大了开挖土石数量，而且增加了衬砌的圬工量； 在不同曲率曲线上的隧道建筑限界加宽不同，隧道的断面是变化的，因而施工时，支护和衬砌的尺寸均不一致，技术上较为复杂； 列车运行在曲线隧洞内，空气阻力比直线隧道大，机车牵引力的损失大，降低了运营效率，甚至可能造成溜车事故； 列车在曲线上行驶，产生了离心力，再加上洞内空气潮湿，使得钢轨磨损加速，从而使洞内的养护工作量增大； 曲线隧道洞身弯曲，洞壁对气流的阻力加大，使通风条件变坏，有害气体不易排出； 运营中为了保证隧道建筑限界的要求和正常的行车条件，需要经常检查线路平面和水平，曲线隧道也较直线隧道增加了维护作业量和难度； 由于曲线关系，洞内进行施工测量时，操作变得复杂，精度也有所降低。 隧道平纵断面设计 --- 隧道平面设计 隧道设置曲线示例 如果地势条件必须把曲线引进隧道，那么，施工时先按主体的直线隧道开挖，两端暂开直的照准导坑，以补救曲线所形成的缺点，待全隧道的导坑开通后，再把两端按原设计的曲线调整过来 隧道平纵断面设计 --- 隧道平面设计 - 隧道设置曲线时应注意的问题 应尽可能采用较短的曲线，或是半径较大的曲线，且将曲线设置在 隧道洞口附近为宜，使曲线的影响小一些。 在曲线两端应设缓和曲线时，最好不使洞口恰恰落在缓和曲线上。 隧道内若设置圆曲线，其长度不应短于一节车厢的长度。 在一座隧道内最好不设一个以上的曲线，尤其是不宜设置反向曲线或复合曲线。如果列车同时跨在两个曲线上，行驶很不稳当。 当必须设置两条曲线时，两曲线间应有足够长的夹直线，一般是要求在三倍车辆长度以上。 隧道平纵断面设计 --- 隧道纵断面设计 - 坡道型式 — 隧道处于地层之内，除了地质有变化时以外，线路的坡型本来不受什么限制，用不着采用复杂多变的型式。一般可采用简单的 单坡型 或不复杂的 人字坡型 。 — 单坡多用于线路的紧坡地段或是展线的地区，因为单坡可以争取高程，拔起或降落一定的高度。人字型坡道多用于长隧道，尤其是越岭隧道 。 坡道形式 隧道平纵断面设计 --- 隧道纵断面设计 - 坡度大小 — 设计坡度时，注意应不超过限制坡度 。 — 如果在平面上有曲线，还需为克服曲线的阻力，再减去一个曲线的当量坡度。即 (2-1) 式中 —— 设计中允许采用的最大坡度； —— 按照线路等级规定的限制最大坡度； —— 曲线阻力折算的坡度折减量。 — 坡度折减的原因 列车车轮与钢轨踏面间的粘着系数降低 洞内空气阻力增大 隧道平纵断面设计 --- 隧道纵断面设计 — 规范中规定了隧道内线路坡度折减系数 m 的经验数值。列于下表可参照使用 。 隧道长度 电力牵引 内燃牵引 401 ～ 1000 0.95 0.90 1001 ～ 4000 0.90 0.80 >4000 0.85 0.75 隧道内线路最大坡度系数 坡度折减区段示意 隧道平纵断面设计 --- 隧道纵断面设计 - 坡段长度 从行车平稳的要求和照顾施工和养护的方便出发，隧道内坡段长度最好不小于列车的长度 考虑到长远的发展，坡段长度最好不小于远期到发线的长度 凸形纵断面分坡平段， 当隧道位于两端货物列车以接近计算速度通过时， 允许 分 坡 平道 长 度 缩短至 200m 。 坡段长最小为 200m 。 - 坡段联接 两个相邻坡段坡度的代数差值不宜太大 两坡段间的代数差值 不应大于重车方向的限坡值 。 隧道平纵断面设计 --- 公路隧道的平面线形和纵断面线形 - 平面线形 若隧道的平面线形原则上采用直线，避免设置曲线。 在某些情况下必须设置曲线时，其曲线半径不宜小于不设超高的平面曲线半径，并应符合视距要求。 在隧道洞口不应采用小半径曲线的引线与隧道衔接。 - 纵断线形 一般将隧道纵坡保持在 2% 以下比较好 ，纵坡大于 3% 是不可取的 从隧道施工排水和竣工后的排水需要上考虑，隧道内不宜设置平坡 ，在施工时需要设置不小于 0.3% 的纵坡 隧道平纵断面设计 --- 公路隧道的平面线形和纵断面线形 引线 引线的平面及纵断线形，应当保证有足够的视距和行车安全，尤其在进口一侧，需要在足够的距离外能够识别隧道洞口 隧道需要机械通风时，引线的纵坡应使汽车能以均匀速度驶入隧道，洞口前的引线纵坡与隧道纵坡在必要的距离之内应保持一致 隧道内的路肩宽度与一般道路相比要缩小很多，需要进行平滑过渡，路肩应在适当的距离内收缩，使汽车进出隧道时顺利 隧道构造设计 --- 衬砌的形式 整体式模筑混凝土衬砌 — 就地灌筑混凝土衬砌 装配式衬砌 — 将衬砌分成若干块构件，这些构件在现场或工厂预制，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。 喷锚支护 — 喷射混凝土 和加设锚杆、金属网和钢架 共同支护 复合式衬砌 — 外衬和内衬两层，所以也叫它为“双层衬砌” 喷锚支护 隧道构造设计 --- 衬砌的适用条件 整体式模筑混凝土衬砌 — 对地质条件的适用性较强，易于按需要成型，整体性好，抗渗性强，并适用于多种施工条件，如可用木模板、钢模板或衬砌模板台车等 装配式衬砌 — 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。 喷锚支护 — 喷锚支护是目前常用的一种围岩支护手段，适用于各种围岩地质条件，但是若作为永久衬砌，一般考虑在 Ⅰ 、 Ⅱ 级等围岩良好、完整、稳定的地段中采用。 复合式衬砌 — 是一种较为合理的结构形式，适用于多种围岩地质条件， 有其广阔的发展前途。 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 - 隧道衬砌的建筑材料及要求 - 混凝土与钢筋混凝土 隧道工程所用的混凝土强度等级不应低于 C15 洞门用混凝土整体灌筑，其强度不应低于 C20 强度等级对于衬砌段不应低于 C20 ，对于洞门不应低于 C15 - 片石混凝土 在岩层较好地段的边墙衬砌，可采用片石混凝土（片石的掺量不应超过总体积的 20% ）。 当起拱线以上 1m 以外部位有超挖时，其超挖部分也可用片石混凝土进行回填。 选用的石料要坚硬，其强度等级不应低于 MU40 ，有裂隙和易风化的石料不应采用。 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 - 石料和混凝土预制块 石料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。石料的强度等级不应低于 MU60 ，并且有裂隙和易风化的石料不应采用。混凝土预制块强度等级不应低于 MU20 。 - 喷射混凝土 喷射混凝土的强度等级采用 C20 ，所用的水泥应优先采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥 喷射钢纤维混凝土中的钢纤维宜采用普通碳素钢制成，等效直径为 0.3 ～ 0.5㎜ 的方形或圆形断面，长度宜为 20 ～ 25㎜ - 锚杆 锚杆的杆体宜用 20 MnSi 钢筋，也可采用 Q235 钢筋；缝管式锚杆宜采用 16 MnSi 钢管，亦可采用 Q235 钢管；锚杆直径宜为 18 ～ 22㎜ ，垫板可采用 Q235 钢板。 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 - 装配式材料 对于衬砌材料，可采用一些装配式材料，如钢筋混凝土大型预制块、加筋肋铸铁预制块等 - 铁路隧道净空及要求 - 直线隧道净空 机车车辆限界 — 它是指机车车辆最外轮廓的限界尺寸 基本建筑限界 — 它是指线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线 隧道建筑限界 — 它是指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线 直线隧道净空 — 要比“隧道建筑限界”稍大一些，还考虑了在不同的围岩压力作用下，衬砌结构的合理受力形状（拱部采用三心圆，边墙采用直墙式或曲墙式）以及施工方便等因素。 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 基本建筑限界 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 最大级超限货物装载限界 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 隧限 -1A 和隧限 -1B 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 隧限 -2A 和隧限 -2B 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 单线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 双线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 - 曲线隧道净空加宽 加宽原因 车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却不能随线路弯曲仍保持其矩形形状。故其两端向曲线外侧偏移（ d 外 ），中间向曲线内侧偏移（ d 内 1 ）。 车辆通过曲线时的平面图 由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动了一个距离（ d 内 2 ）。 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 车辆通过曲线时的横断面图 加宽值的计算 - 单线曲线隧道加宽值的计算 车辆中间部分向曲线内侧的偏移 d 内 1 d 内 1= 式中 l — 车辆转向架中心距，取 18m ； R — 曲线半径（ m ） d 内 1 = 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 车辆两端向曲线外侧的偏移 d 外 d 外 = 式中 L— 标准车辆长度，我国为 26m 。 d 外 = 外轨超高使车体向曲线内侧倾移 d 内 2 d 内 2 = 式中 H—— 隧道限界控制点自轨面起的高度 E —— 曲线外轨超高值，其最大值不超过 15㎝ ，且 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 其中 v — 铁路远期行车速度， km/h 。 在我国铁路标准设计中， d 内 2 系将相应的隧道建筑限界绕内侧轨顶中心转动 arctg 角求得，可近似取 d 内 2 =2.7 E （㎝）。 对于单线曲线隧道净空的加宽值为： 内侧加宽 W 1 = d 内 1 + d 内 2 = + 2.7 E （㎝） 外侧加宽 W 2 = d 外 = （㎝） 总加宽 W= W 1 + W 2 = d 内 1 + d 内 2 + d 外 = + 2.7 E （㎝） - 双线曲线隧道加宽值的计算 双线曲线隧道的内侧加宽值 W 1 及外侧加宽值 W 2 与单线曲线隧道加宽值的计算相同。即 内侧加宽 W 1 = d 内 1 + d 内 2 = + 2.7 E （㎝） 外侧加宽 W 2 = d 外 = （㎝） 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 当外侧线路的外轨超高大于内侧线路的外轨超高时 式中 H—— 车辆外侧顶角距内轨顶面的高度，取 360㎝ ； E—— 外侧线路的外轨超高值（㎝）； R—— 曲线半径（ m ）。 其它情况时 总加宽 W= W 1 + W 2 + W 3 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 - 曲线隧道中线与线路中线偏移距离 单线曲线隧道如图 3-10 所示，隧道中线与线路中线偏移距离 d 为： d = （ W 1 － W 2 ） （㎝） 双线曲线隧道如图 3-11 所示，内侧线路中线至隧道中线的距离为 d 1 = 200 －（ W 1 － W 2 － W 3 ） （㎝） 双线曲线隧道外侧线路中线至隧道中线的距离为 d 2 = 200 + （ W 1 － W 2 + W 3 ） （㎝） 单线曲线隧道中线偏移 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 - 曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接方法 《 铁路隧道设计规范 》 规定：位于曲线地段的隧道，其缓和曲线部分可分两段加宽，即自圆曲线至缓和曲线中点，并向直线方向延长 13m ，采用圆曲线加宽断面（按 W 值加宽）；其余缓和曲线，并自直缓分界点向直线段延长 22m ，采用缓和曲线中点加宽断面，其加宽值取圆曲线之半（按 W/2 值加宽） 双线曲线隧道中线偏移 曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 - 公路隧道净空 公路隧道建筑限界一般规定如图所示。图中各符号的含义如下： W— 行车道宽度； S— 行车道两侧路缘带宽度； C— 余宽，当计算行车速度≥ 100km/h 时为 0.5m ，小于 100km/h 时为 0.25m ； 公路隧道建筑限界 H— 净高，一条公路应用一个净高，高速公路和一级、二级公路为 5.0m ；三、四级公路为 4.5m ； E— 建筑限界顶角宽度，当 L≤1m 时， E=L ；当 L ＞ 1m 时， E=1m ； L— 侧向宽度，高速公路、一级公路的侧向宽度为硬路肩宽度（ L 1 或 L 2 ），其它各级公路的侧向宽度为路肩宽度减去 0.25m ； 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 L 1 — 左侧硬路肩宽度； L 2 — 右侧硬路肩或应急停车带宽度； J— 检修道（一侧）宽度，一般为 0.75m ； 隧道净空除应在符合隧道建筑限界的规定外，还应考虑洞内排水、通风、照明、放火、监控、运营管理等附属设施所需要的空间，并考虑围岩压力影响、施工等必要的富裕量，使确定的断面形式及尺寸，达到安全、经济、合理 。 公路隧道横断面示意图 隧道构造设计 --- 衬砌的一般构造要求 - 隧道衬砌的其它构造要求 一般单线隧道洞口应设置不小于 5m 长的模筑混凝土衬砌，双线和多线隧道应适当加长； 围岩较差段的衬砌应向围岩较好地段延伸 5 ～ 10m ； 偏压衬砌段应延伸至一般衬砌段内 5m 以上； 不设仰拱的隧道应做底板，单线隧道其厚度不得小于 20㎝ ，双线隧道其厚度不得小于 25㎝ ； 对衬砌有不良影响的硬软地层分界处，应设置变形缝； 电力牵引的隧道，其长度大于 2000m 及位于隧道群地段和车站两端时，为了使接触网有良好的工作和维修条件，应根据需要设置接触网补偿下锚的衬砌段。 运营通风洞、联络通道等与主隧道连接处的衬砌设计应做加强处理。 隧道构造设计 --- 洞身支护结构的构造 - 整体式模筑混凝土衬砌 - 直墙式衬砌 适用于地质条件比较好，属于我国铁路隧道围岩分类中的 Ⅱ 、 Ⅲ 级围岩，有时也可用于 Ⅳ 级围岩 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 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 单线直墙式衬砌 隧道构造设计 --- 洞身支护结构的构造 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。例如在整体岩层坚固的情况下，几乎没有什么水平侧压力，也没有地下水侵入，则可采用大拱脚喷混凝土（或喷砂浆）边墙衬砌 在地质条件尚好，侧压力不大，但又不宜采用大拱脚喷混凝土（或喷砂浆）边墙衬砌时，为了节省边墙圬工，可以简化边墙 大拱脚喷混凝土边墙衬砌 隧道构造设计 --- 洞身支护结构的构造 - 曲墙式衬砌 适用于地质比较差，岩石松散破碎，强度不高，又有地下水，侧向水平压力也相当大的 Ⅳ 、 Ⅴ 和 Ⅵ 级围岩情况 由顶部拱圈，侧面曲边墙和底部仰拱（或铺底）所组成 除在 Ⅳ 级围岩无地下水，且基础不产生沉降的情况下可不设仰拱，只做平铺底外，一般均设仰拱 连拱式 边墙衬砌 隧道构造设计 --- 洞身支护结构的构造 图为单线非电气化铁路隧道衬砌 Ⅴ 级围岩直线断面曲墙式衬砌标准图，其内部轮廓线由五心圆曲线组成 。 单线非电气化铁路隧道衬砌 隧道构造设计 --- 洞身支护结构的构造 双线或三线隧道的洞身衬砌，可以采取单孔式，四线隧道可采取双孔式。单孔式衬砌应满足双线或三线隧道衬砌净空要求 双孔式 四线隧道衬砌 隧道构造设计 --- 洞身支护结构的构造 装配式衬砌 - 优点 一经装配成环，不需养生时间，即可承受围岩压力； 预制的构件可以在工厂成批生产、在洞内可以机械化拼装，从而改善了劳动条件； 拼装时，不需要临时支撑如拱架、模板等，从而节省大量的支撑材料和劳力； 拼装速度因机械化而提高，缩短了工期，还有可能降低造价。 - 应满足的条件 强度足够而且耐久； 能立即承受荷载； 隧道构造设计 --- 洞身支护结构的构造 装配简便，构件类型少，形式简单，尺寸统一，便于工业化制做和机械化拼装； 构件尺寸大小和重量适合拼装机械的能力； 有防水的设施 - 喷锚支护 - 喷射混凝土支护层 喷射混凝土的拌和材料是：标号不低于 325 号的普通硅酸盐水泥和粒经不应大于 16mm 的坚硬耐久的卵石或碎石，以及不含土质或杂物的河沙，再加上少量的速凝剂 喷层的厚度一般最薄不应小于 5cm, 最厚应不大于 25cm ， 在比较松散软弱的岩层中，可以加金属网或钢支撑，使之结合成一体，变为钢筋混凝土层 隧道构造设计 --- 洞身支护结构的构造 - 锚杆 锚杆是一种插入到围岩岩体内的杆形构件 利用锚杆杆体或杆端锚头的膨胀作用，或利用灌浆粘结，把锚杆固定在岩体内 增加了岩体的紧密程度，补强了抗剪能力，起到了组合、悬吊及挤压加固的作用，提高了围岩的自稳能力 - 复合式衬砌 外衬（亦称初次衬砌） — 使用能达到早强的喷射混凝土和锚杆，使柔性的外衬既能容许围岩有所变形，而又约束它不让它变形发展太大太快 内衬（亦称二次衬砌） — 内衬可以用喷射混凝土层柔性结构，也可以用较厚的模筑混凝土 防水层 — 内外层衬砌之间的防水层可以用软聚氯乙烯薄膜、聚异丁烯片、聚乙烯片等防水卷材，或用喷涂乳化沥青等防水剂 隧道构造设计 --- 洞身支护结构的构造 复合式衬砌最适宜在 Ⅱ ～ Ⅵ 级围岩中使用，但遇到下列情况时，应慎重对待。必要时应辅以相应的加固措施。 - 拱顶以上覆盖厚度小于隧道直径时；    - 有明显偏压力时；   - 在无自稳能力的未胶结砂砾石地层中时；      - 在大膨胀性的地层中时；     - 在大涌水的地层中时；        - 在严重冻害的地区中时。 隧道构造设计 --- 明洞的构造 明洞是用明挖法修建的隧道，是在露天的路堑地面上，或是在敞口的基坑内，先修筑结构物，然后再回填覆盖土石。如图所示。 明洞位置示意图 路堑式拱形明洞 - 拱式明洞 - 路堑式拱形明洞 隧道构造设计 --- 明洞的构造 路堑式拱形明洞位于两侧都有高边坡的路堑中 路堑式拱形明洞适用于路堑边坡处于对称或接近对称，边坡岩层基本稳定，仅防边坡有少量坍塌、落石，或用于隧道洞口岩层破碎，覆盖层较薄而难以用暗挖法修建隧道时 承受对称荷载，拱、墙均为等截面，边墙为直墙式。 偏压直墙式拱形明洞 适用于两侧边坡高差较大的不对称路堑。 承受不对称荷载，拱圈为等截面，边墙为直墙式，外侧边墙厚度大于内侧边墙的厚度。 隧道构造设计 --- 明洞的构造 - 偏压斜墙式拱形明洞 适用于地形倾斜，低侧处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力。 承受偏压荷载，拱圈为等截面，内侧边墙为等厚直墙式，外侧边墙不等厚斜墙式。 - 半路堑单压式拱形明洞 受单侧的压力，结构内轮廓与隧道一致，左右对称，结构截面左右不同，内侧边墙为等厚直墙，外墙需要相对地加大，而且必须把基础放在稳固的基岩上 拱圈也可能采用变截面，以抵抗单侧的压力。 隧道构造设计 --- 明洞的构造 当外侧地形低下，不能保持回填土的天然稳定坡度，或是按天然稳定坡度则边坡将延伸很远时，可以在结构的外墙顶上，接高一段挡墙，用以拦截土石的流走，称之为 耳墙式拱形明洞 当外侧边墙基底地质不好，不足以承受外墙传来的压力而必须把基础放到下方较深的基岩上时，外墙可以延伸直达基岩，成为内、外墙不同，内短外长的形式，称为 长腿式拱形明洞 如果明洞外侧覆盖土不厚，还可以掏成侧洞，使露天的光线可以射进来，外界的新鲜空气可以流进来，改善了明洞内的环境条件 隧道构造设计 --- 明洞的构造 耳墙式拱形明洞 长腿式拱形明洞 连拱形外墙明洞 隧道构造设计 --- 明洞的构造 - 棚洞 棚式明洞常见的结构形式有盖板式、刚架式和悬臂式三种。 - 盖板式棚洞 盖板式棚洞是由内墙、外墙及钢筋混凝土盖板组成的简支结构 外墙不受侧向压力，仅承受梁和盖板的竖向荷载时，它要求的地基承载力较小 当外侧基岩较浅，地基基础承载力较大时，可采用立柱式 盖板式棚洞 隧道构造设计 --- 明洞的构造 - 刚架式棚洞 当地形狭窄，山坡陡峻，基岩埋置较深而上部地基稳定性差时，可采用刚架式外墙，此时称明洞为刚架式明洞（有时也可采用长腿式明洞） 侧刚架、内侧重力式墩台结构、横顶梁、底横撑及钢筋混凝土盖板组成。并做防水层及回填土石处理。 隧道构造设计 --- 明洞的构造 - 悬臂式棚洞 适用于稳固而陡峻的山坡，外侧地形难以满足一般棚洞的地基要求，落石不太严重的情况 内墙为重力式，上端接筑悬臂式横梁，其上铺以盖板，在盖板的内端设平衡重来维持结构受外荷载作用下的稳定性 悬臂式棚洞 隧道构造设计 --- 洞门结构的构造 - 概述 洞门（隧道门的简称，通常也泛指隧道门及明洞门）是隧道洞口用圬工砌筑用以保护洞口、排放流水并加以建筑装饰的支挡结构物。 对于铁路隧道，隧道的长度就是其进出口洞门墙外表面与线路内轨顶面标高线交点之间的距离； 对于公路隧道，隧道的长度就是其进出口洞门墙外表面与路面的交线同路线中线交点间的距离。 - 洞门的作用 减少洞口土石方开挖量 稳定边仰坡 引离地面流水 装饰洞口 隧道构造设计 --- 洞门结构的构造 - 洞门结构的类型 - 隧道门 隧道门指修建在不设明洞的隧道洞口的支挡结构物，包括环框式洞门、端墙式洞门、翼墙式洞门、柱式洞门、台阶式洞门、斜洞门和耳墙式洞门等 - 明洞门 明洞门主要配合明洞结构类型设计，明洞有拱形明洞和棚洞之分，相应明洞门也分拱形明洞门和棚式明洞门两大类 棚式明洞门 隧道构造设计 --- 洞门结构的构造 - 环框式洞门 环框式洞门，即只镶饰隧道衬砌两端部分 适用于隧道洞口仰坡极为稳固，岩层坚硬，节理不发育，不易风化，地形陡峻而又无排水要求的地段 - 端墙式洞 适用于自然山坡陡峻，洞门地形开阔，岩层较为坚硬完整，山体压力很小，开挖坡度 1 ： 0.3 ～ 1 ： 0.5 的洞口地段 起御土墙的作用，而且能支持洞口正面上的仰坡，并将从仰坡溜下来的地面水，汇集到排水沟中去 隧道构造设计 --- 洞门结构的构造 - 端墙的构造要求 - 端墙的高度约在 11.0m 上下 - 端墙厚度应按挡土墙的方法计算，但不应小于：浆砌片石 —0.5m ；片石混凝土 —0.5m ；混凝土、块石 —0.3m ；钢筋混凝土 —0.2m 。 - 端墙宽度与路堑横断面相适应 - 柱式洞门 适用于洞口地形较陡，地质条件较差，岩层有较大侧压力，仰坡有下滑的可能性的地段 柱式洞门工程量较翼墙式洞门大，造价较高，施工也较为复杂 隧道构造设计 --- 洞门结构的构造 - 翼墙式洞门 当洞口地质较差，山体纵向推力较大时，可以在端墙式洞门以外，增加单侧或双侧的翼墙（挡墙），成为翼墙式洞门 翼墙式洞门的正面端墙一般采用等厚的直墙，微向后方倾斜，斜度为 1 ： 10 翼墙式洞门 隧道构造设计 --- 洞门结构的构造 - 耳墙式洞门 耳墙式洞门即带耳墙的翼墙式洞门 , 将翼墙式洞门端墙两侧各接出一个耳墙至边坡内，呈带耳墙的结构，形成耳墙式洞门 对于排泄仰、边坡地表汇水，阻挡洞顶风化剥落体，效果良好，并可大大减少对坡面的冲刷 洞口显得宽敞，结构式样比较美观，而且对于边、仰坡坡度不一致的洞口，设计时亦便于处理 隧道构造设计 --- 洞门结构的构造 - 台阶式洞门 当洞门处于傍山侧坡地区，地面横坡较陡，洞门一侧边坡较高时，为了减小仰坡高度及外露坡长，可以将端墙一侧顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形的特点，减少仰坡土石开挖量。这种洞门也有一定的美化作用 隧道构造设计 --- 洞门结构的构造 - 斜交式洞门 当线路方向与地形等高线斜交时，为了避免出现此种现象，通常应将隧道洞门做成近于平行地形等高线方向设置，使洞门左右可以仍保持近似对称，修建成斜交隧道门，简称斜洞门。这样将使衬砌洞口段和洞门相对于线路呈斜交形式 。在松软地层中，不宜采用斜洞门 隧道构造设计 --- 洞门结构的构造 - 拱形明洞门 - 拱形明洞门可分为路堑式和半路堑式两类。路堑式明洞门有端墙式（常用柱式）和翼墙式两种，与一般隧道门形式相类似 柱式拱形明洞门路堑式 翼墙式拱形明洞门路堑式 隧道构造设计 --- 洞门结构的构造 - 半路堑式明洞门多用于傍山线路，其山侧与原地层相接，为了适应傍山、横向地面坡陡的地形，一般也多以台阶形式加高端墙，并在山侧设置挡墙支挡边坡，降低开挖高度， 台阶式拱形明洞门（半路堑式） 台阶式拱形明洞门（偏压式） 隧道构造设计 --- 洞门结构的构造 - 遮光棚式洞门 对于公路隧道，当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。遮光构造物有开放式和封闭式之分，前者遮光板之间是透空的，后者则用透光材料将前者透空部分封闭。但由于透光材料上面容易沾染油污，养护困难，因此很少使用后者。遮光构造物形状上有喇叭式与棚式之分。 因为洞口的地形是各种各样的，地质条件也是千差万别的，所以，隧道门和明洞门的型式，只能在上述基本型式上，按照具体情况适当地予以布置。 隧道构造设计 --- 附属建筑物 - 通风建筑物 - 纵向式通风 — 风流沿着隧道轴线方向流动的称为纵向式通风 - 洞口风道式通风 把通风机设置在隧道洞口处，将通风道联通至洞内 当列车车尾一出洞口，立即开动通风机，把已被活塞风挤到出洞口一段内的污浊空气排出洞外的露天中去，同时低洞口外的新鲜空气随着风流带进隧道中来，这样就完成了一次通风作业。 隧道构造设计 --- 附属建筑物 - 喷咀式通风 在隧道洞口处的衬砌上方建造一个汇集新鲜空气的空气室，室内尽端在衬砌周边上做成环形喷咀通向洞内 - 竖井、斜井式通风 在隧道施工中，为增加开挖工作面而设置竖井或斜井作为辅助坑道时，利用这些辅助坑道作为通风道，把通风机置于竖井或斜井处，借助于通风机和竖井的换气作用，可以把污浊空气吸出，或把新鲜空气引入 喷咀式通风 竖井、斜井式通风 隧道构造设计 --- 附属建筑物 - 射流式通风 射流式通风是在隧道内安设射流式通风机，用以升压，进行通风的方式 全横向式通风 — 在通风机的作用下，风流的方向与隧道轴线方向成正交 横向式通风系统能将新鲜空气沿隧道全长范围内均匀吹入，而污浊气体无需沿隧道全长范围流过，就地直接被进风口吸出 占用了隧道的净空面积，结构上也较费事。适宜在公路隧道中使用。 隧道构造设计 --- 附属建筑物 - 半横向式通风 在隧道的顶部设置进风管，并在进风管的下部，沿隧道的长度方向每隔一定距离开一通风口，气流则沿通风口流向隧道内，然后隧道内的空气在新鲜气流的推动下，沿隧道的纵向排出洞外 半横向式通风效果比纵向好，但没有全横向式通风能力强 隧道构造设计 --- 附属建筑物 - 进行通风设计需要考虑的问题 空气中有害物质的容许浓度； 需风量的计算方法； 判断自然通风的能力； 机械通风方式的讨论； 通风设备的选择以及经济性等。 - 避 车 洞 - 大避车洞 大避车洞主要目的是为停放线路工作小车或堆放一些必要的材料和工具。 大避车洞的净空尺寸为：宽 4m ，凹入边墙深 2.5m ，中心高 2.8m 隧道构造设计 --- 附属建筑物 当隧道长度在 300 ～ 400m 时，可在隧道中间布置一个大避车洞 隧道长度在 300m 以下时，可不布置大避车洞；如果两端洞口接桥或路堑 当桥上无避车台或路堑两边侧沟外无平台时，应与隧道一并考虑布置避车洞 - 小避车洞 小避车洞主要目的是为人员待避。 小避车洞的净空尺寸为：宽 2m ，凹入边墙深 1m ，中心高 2.2m 无论在碎石道床或整体道床的隧道内，每侧边墙上应在大避车洞之间间隔 60m （双线隧道按 30 m ）布置一个小避车洞 隧道构造设计 --- 附属建筑物 大避车洞 小避车洞 隧道构造设计 --- 附属建筑物 《 铁路隧道设计规范 》 规定大小避车洞应在隧道全长范围内，在两侧边墙上交错设置。大小避车洞平面布置的方法如右图所示，其中（ a ）适用于碎石道床，（ b ）适用于整体道床。 隧道构造设计 --- 附属建筑物 - 避车洞的建筑要求 避车洞不宜设在衬砌的伸缩缝或沉降缝的断面上。也不宜设在衬砌断面变化的衔接处。 避车洞的底面应与道床、人行道或侧水沟的盖板面等高齐平，以使行人员、小车等躲避火车，杜绝不安全事故发生。 当避车洞位于曲线上时，因受曲线外轨超高的影响，碎石道床隧道内，在各种不同的超高值 E 时，线路内侧和外侧轨枕端头道床面（即避车洞底面）低于内轨顶面的高度分别为 h 1 及 h 2 ，如下图所示，其值为： 内侧： （㎝） 外侧： （㎝） 式中 E—— 曲线外轨超高值，单位为㎝ 隧道构造设计 --- 附属建筑物 曲线隧道（碎石道床）避车洞底面相对标高 避车洞的指示标志 隧道构造设计 --- 附属建筑物 - 防排水建筑物 - 隧道防排水设计标准 衬砌不滴水，安装设备的孔眼不渗水； 道床不积水； 电力牵引的隧道拱部基本不渗水； 在有冻害地段的隧道，除拱部和边墙不渗水外，衬砌背后也不积水。 隧道防排水应根据“ 防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理 ”的原则，采取切实可靠的设计、施工措施，达到防水可靠、排水畅通、经济合理的目的。 隧道构造设计 --- 附属建筑物 “ 防” 即要求隧道衬砌结构具有一定的防水能力，能防止地下水渗入 防止地表水的下渗 隧道附近水库、池沼、溪流、井泉的水，当有可能渗入隧道，影响农田灌溉及生活用水时，应采取措施处理 混凝土衬砌抗渗等级不得低于 P6 ，若必要可采用防水混凝土（不小于 P8 ）。 施工缝、变形缝应采用可靠的堵水措施。 围岩破碎、含水、易坍塌地段，宜采用注浆加固围岩和防水措施。 在初期支护与二次衬砌之间，宜设置防水板或设系统盲（管）沟。当隧道底部有涌水时，应采用封闭式防水板。 有侵蚀性地下水时，应针对侵蚀类型，采用抗侵蚀性混凝土以及压注抗侵蚀浆液，敷设防水、防蚀层等措施。 最冷月平均气温低于 -15℃ 地区和高海拔地区，对地下水的处理应以堵为主。 隧道构造设计 --- 附属建筑物 “ 排” 即隧道应有排水设施并充分利用，以减少渗水压力和渗水量 利用盲沟、泄水管、渡槽等将衬砌背后的地下水排入隧道内，再经由洞内水沟排走，以免造成隧道病害 隧道内纵向应设排水沟，横向应设排水坡。 遇围岩地下水出露处所，宜在衬砌背后设竖向盲沟或排水管（槽）、集水钻孔等予以引排，对于颗粒易流失的围岩，不宜采用集中疏导排水。 根据工程地质和水文地质条件，应在衬砌外设环向盲沟、纵向盲沟和隧底排水盲沟、组成完整的排水系统，保证道床不积水。 当地下水发育，含水层明显，又有长期补给来源，洞内水量较大时，可利用辅助坑道或设置泄水洞等作为截、排水设施。 隧道构造设计 --- 附属建筑物 “ 截” 是指截断地表水和地下水流入隧道的通路 在洞口仰坡外缘 5m 以外，设置天沟，并加以铺砌。当岩石外露，地面坡度较陡时可不设天沟。仰坡上可种植草皮、喷抹灰浆或加以铺砌。 对洞顶天然沟槽加以整治，使山洪宣泄畅通。 对洞顶地表的陷穴、深坑加以回填，对裂缝进行堵塞。处理隧道地表水时，要有全局观点，不应妨害当地农田水利规划，做到因地制宜，一改多利，各方满意。 在地表水上游设截水导流沟，地下水上游设泄水洞，洞外井点降水或洞内井点降水。 隧道构造设计 --- 附属建筑物 “ 堵” 即堵住地下水从衬砌背后渗入隧道内 - 喷射混凝土和模筑混凝土衬砌堵水 防水混凝土的抗渗等级不得小于 P8 ，抗压强度应满足设计要求，水泥用量不得少于 320㎏/m 3 ，当掺用活性粉细料时，不得少于 280㎏/m 3 。 防水模筑混凝土衬砌施工必须采用机械振捣。施工缝、沉降缝及伸缩缝则可以采用中埋式塑料或橡胶止水带，或采用背贴塑料止水带止水。 - 防水层 一类为粘贴式防水层，另一类为喷涂式防水层 - 压浆 向衬砌背后压注水泥砂浆，用以充填衬砌与围岩之间的空隙，以堵住地下水的通路，并使衬砌与围岩形成整体，改善衬砌受力条件 隧道构造设计 --- 附属建筑物 - 排水沟 除了长度在 100m 以下，且常年干燥无水的隧道以外，一般的隧道均应设置排水沟 排水沟的断面大小按排水量而定，一般底宽不应小于 40cm ，深度不小于 35cm 沟底纵向坡度宜与线路坡度一致为好，如此沟深可以保持不变。不得已时，沟底纵坡也不应小于 1‰ 排水沟有两种方式。一种是 侧式水沟 ，它设在线路的两侧或一侧，视流量大小而定。另一种是 中心式水沟 。隧道采用整体道床时，水沟设在线路中线的下方；或双线隧道时，水沟设在两线之间 隧道构造设计 --- 附属建筑物 侧式水沟 中心式水沟 隧道构造设计 --- 附属建筑物 在严寒地区般可修筑浅埋保温水沟，即将水沟沟身加深，用轻质混凝土做成上、下两层，各自设有钢筋混凝土盖板。上层用保温材料密实填充，厚度不小于 70cm ，可保流水不冻 当浅埋保温水沟不足以防止冻害时，可设置中心深埋渗水沟 侧式浅埋保温水沟 中心深埋渗水沟 隧道构造设计 --- 附属建筑物 - 盲沟 在衬砌背后，用片石、卵石或埋管修成一道环向或竖向可供流水的盲沟，以汇集衬砌周围的地下水 弹簧软管盲沟 化学纤维渗滤布盲沟 弹簧软管盲沟 化学纤维渗滤布盲沟 隧道构造设计 --- 附属建筑物 - 渡槽 在隧道衬砌的内表面，每隔一定的距离，开凿一道竖向的环行凹槽。 槽的大小依水量而定。槽内填以卵石，槽的外表面仍以混凝土封盖。环槽下端联到预留的水管，通到侧排水沟。 地下水从外方流到隧道衬砌的周边，便进入到渡槽，自顶上沿两侧流到槽底，然后经水管排到边沟去 - 防水层 注浆，即压注水泥浆及化学浆液，系指将一定组合成分配制而成的浆液压入衬砌背后围岩或衬砌与围岩间的空隙中，经凝结，硬化后起到防水和加固的作用。 衬砌采用防水混凝土灌注。防水混凝土是指以调整配合比或掺用外加剂的方法增加混凝土的密实性，以提高混凝土自身抗渗性能的一种混凝土。 隧道构造设计 --- 附属建筑物 衬砌各类缝隙防水 外贴式防水层 — 在衬砌的外侧粘贴沥青、油毡，或涂刷焦油聚氨酯等涂料，形成隔水层 内贴式防水层 — 在衬砌的内侧施做防水层 复合式衬砌中间防水层 — 在复合式衬砌的内外层衬砌之间设防水层 - 洞顶防排水 在洞口边仰坡上方设置天沟，以便引流地表水。如果隧道设有明洞，要做好明洞顶的防排水 洞门排水 洞门的端墙、翼墙和边仰坡上均应设有相应的排水设施，以便引流地表水。在洞口处还应设有洞内外水沟的衔接过渡设施。 隧道构造设计 --- 附属建筑物 - 电缆槽及高低压供电 - 电缆槽 沿着衬砌边墙下方，设置全长的电缆槽保护穿过隧道的各种电缆，防止潮湿、腐烂以及人为的创伤 电缆槽是用混凝土浇筑围成的，附设在侧水沟的同侧（内侧）或异侧而不侵入隧道净空限界的位置上 - 信号继电器箱和无人增音站洞 隧道内如需要设置信号继电器时，则应在电缆槽同侧设置信号继电器箱洞，其宽度为 2m ，深度为 2m ，中心高度为 2.2m 。 在隧道内设置无人增音站时，其位置可根据通信要求确定，亦可与大避车洞结合使用，但应将大避车洞加深 2.5m 隧道构造设计 --- 附属建筑物 - 伸缩缝、沉降缝与施工缝 伸缩缝和沉降缝统称为 变形缝 伸缩缝是为了防止结构因热胀冷缩，或湿胀干缩产生裂缝而设置的，它保证结构有伸缩的余地。伸缩缝是满足结构在轴线方向上的变形要求设置的。 沉降缝是为了防止结构因局部不均匀下沉引起变形断裂而设置的，它保证结构有上下左右变形的余地。沉降缝是满足结构在垂直与水平方向上的变形要求设置的。 伸缩缝的设置，应考虑衬砌材料收缩情况，生产工艺等引起洞内温度变化情况，衬砌所处部位（口部或内部），施工方法，衬砌类型等因素。 隧道衬砌一般不设伸缩缝。但严寒地区的整体式衬砌、喷锚衬砌或复合式衬砌应在洞口和易受冻害地段设置伸缩缝。 隧道构造设计 --- 附属建筑物 - 设置沉降缝的场合 对衬砌有不良影响的软硬地层分界处； 8 度及 8 度以上地震区的断层处； 同一洞室高低相差悬殊处； 按动荷载（原子冲击波作用）与静荷载设计的衬砌交界处； 衬砌形状或截面厚度显著改变的部位。 - 伸缩缝和沉降缝的设置要求 混凝土衬砌：缝宽 1cm ，中间夹以沥青油毛毡等材料，在衬砌施工的同时施做。 石砌衬砌：缝宽 3cm ，用沥青麻筋或其它材料填塞，在衬砌施工的同时施做。 隧道构造设计 --- 内部装饰 - 概述 在公路隧道及城市中的地下铁道或其它地下洞室中，为了增加美观、提高能见度、吸收噪声和改善隧道内的环境，内部装饰有时是必不可少的 内装的作用，包括美化洞室，使衬砌漏水不露出墙面，防尘蚀与烟蚀，隐藏各种管线，提高照明和通风效果，吸收噪音等 内装的材料应具有：耐火性，不怕水，不易污染、易清洗、耐刷；便于更换或修复；表面应该光滑、平整和明亮；吸收噪声 等性能。 - 粉刷 洞室内粉刷应根据使用要求，综合考虑防潮、防腐、吸声、保温以及照明、防火等问题。 供一般使用的干燥洞室，可不做粉刷；在承受动荷载的洞室顶棚，不应抹灰，以防振塌。对于公路隧道，为增加洞内光线，可用大白浆喷白处理。 隧道构造设计 --- 内部装饰 - 涂料 涂料的作用是对被涂刷物体的表面起到防潮、防腐作用，并使表面易于清洗，色彩丰富、光洁美观 常用的涂料有：白石灰浆、白水泥浆、乳胶漆 、苯乙烯涂料 、过氯乙烯涂料 使用上述这些涂料时，应加入一定量的防霉剂，以确保装饰工程的质量 - 塑料装饰 塑料壁纸和壁布，聚氯乙烯薄膜，软垫状聚氯乙烯薄膜或聚苯乙烯泡沫衬里等 隧道构造设计 --- 内部装饰 - 粘贴各种装饰材料 装饰材料主要有以下几种： 天然石及人造石：花岗石、大理石、水磨石和仿石等。 金属：钢材、铝合金、不锈钢和彩色钢板等。 玻璃及陶瓷：普通玻璃、有机玻璃、钢化玻璃、夹胶玻璃和夹丝玻璃等。 砖类：地砖、缸砖、釉面砖、无釉砖和玻璃砖等。砖类镶面材料表面光滑，容易洗净且效果良好。要求衬砌平整，以便镶砌整齐；隧道漏水部位可以考虑用排水管道疏导；镶面后面可以埋设小管线。 板材：水泥压力板、矿棉板、石膏板、纤维板、铝合金板、木夹板、塑料贴面板、木材和超细玻璃棉板等 隧道构造设计 --- 洞内噪声的降低措施 - 引言 强烈的噪声震耳欲聋，混响声音乱做一团，难以忍受，对人们的身体健康和工作产生不利的影响 根据洞室的使用要求，当洞室内的噪声级超过允许值时，就应该采取适当的措施加以处理。 噪声水平 /dB 状 况 40 极安静 45 安静， 10m 距离可以对话 50 电话无困难， 4m 距离可以对话 55 电话有时困难， 2m 可以对话， 4m 大声对话 60 电话少许困难， 2m 大声对话 66 电话很困难 隧道构造设计 --- 洞内噪声的降低措施 - 降低声源噪声 - 选择低噪声设备 尽量使低转速设备代替高转速设备；使液压设备代替风动设备；卧式机械代替立式机械；封闭式设备代替开敞式设备等。 采用风机时，也要优先考虑使用压头低、转速慢、效率高的通风机，并使风机大都时间在高效点附近工作。 - 注意在通风管道中所产生的噪声 严格控制风管内及风口的气流速度，以避免风管及风口噪声 尽量避免风管弯头、三通和各种死角引起的涡流所产生的噪声。 隧道构造设计 --- 洞内噪声的降低措施 - 隔声措施 - 防止空气传声措施 将产生噪声的设备用罩子把它封闭起来 地下建筑设计可以采用把噪声源控制在一个局部范围内 对于洞室内由于通风等原因不能对空间进行隔断时，还可以在噪声源周围设立屏障，以取得一定的效果。一般屏障的衰减量可以从右图中查得，图中 x=H 2 /λb s ， λ 为声波长。 风机的封闭隔声 屏障与噪声衰减量关系曲线 隧道构造设计 --- 洞内噪声的降低措施 - 防止固体传声的隔声措施 地下建筑中常遇到风机等设备的噪音，一般可将设备基础的周围作必要的隔振措施，以防止噪声通过地基和地面向外传播 - 洞室内部减噪措施 在洞室表面采取一定的吸声处理措施，即在顶拱、顶棚或边墙上布置一定数量的吸声材料，或在洞顶聚焦点上设置空间吸声体，减少声波的反射能量与次数，降低噪声的混响声级，缩短混响时间，使总的声压级有所减小 各种吸声材料的设置应适宜，应用过多的吸声材料并不能起到更显著的减噪作用 - 洞室内吸声处理措施 优先采用对中、高频声吸收有效的材料，如纤维板、微孔砖、膨胀珍珠岩制品、矿棉、玻璃棉等多孔材料 将吸声材料布置在最容易接触声波和反射次数最多的表面 目前地下建筑中最常采用于墙、顶面上的吸声处理措施有两种：一种是在墙面铺贴或涂刷多孔吸声材料 ，另外也可采用薄板共振吸声或穿孔板空腔吸声处理 - 高速铁路隧道内的噪声治理 轨道下铺设橡胶隔振垫 隧道内的噪声治理 接触网的低噪声设计 隧道构造设计 --- 洞内噪声的降低措施 第四章 隧道工程的地质环境 第一节 概 述 地面结构体系一般都是由结构和地基所组成，地基在结构底部起约束作用，除了自重外，荷载都是来自外部， （图 4-1a ）。地下结构是由周边围岩和支护结构两者组成共同并相互作用的结构体系，即 地下结构＝支护结构＋周边围岩 ；地下结构所承受的荷载又主要来自结构体系的本身 — 地层，故称为 地层压力 或 围岩压力 。 在地下结构体系中，地层既是承载结构的基本组成部分，又是造成荷载的主要来源 ( 图 4-1b) ，这种合二为一的作用机理与地面结构是完全不同的。 (a) 地面结构 (b) 地下结构 图 4-1 结构物与地层关系 地层被挖成隧道后的稳定程度称为 隧道围岩的稳定性 ，这是一个反映地质环境的综合指标。所以说，研究隧道工程地质环境问题，归根到底就是研究隧道围岩的稳定性问题，它包括隧道围岩破坏或稳定的规律、影响围岩稳定的主要因素、标志围岩稳定性的指标和判断准则、分析围岩稳定性的方法以及为维护围岩稳定而必须采取的工程措施 ( 如施工程序和方法、支护结构的类型、数量和架设时间等 ) 。 第二节 围岩的工程性质 隧道围岩 是指地壳中受隧道开挖影响的那一部分岩体，或是指对隧道稳定性有影响的那一部分岩体。这部分岩体在隧道开挖和支护过程中，将产生应力重新分布，其性质也有所变化。 一、岩体的变形特性 1 、压密阶段 (OA) 2 、弹性阶段 (AB) 3 、塑性阶段 (BC) 4 、破裂和破坏阶段 (CD) 图 4-2 典型岩体全应力 — 应变曲线 二、循环荷载作用下岩体的变形特性 对于弹性材料，其加载和卸载曲线相同。 岩体属于非线性材料，如果卸载点超过了其屈服点，则卸载曲线和加载曲线不重合，形成 塑性回滞环 。如果经过多次反复加载与卸载，且每次施加的最大荷载与第一次加载的最大荷载一样，则每次加载、卸载曲线都各自形成一个塑性回滞环，如图 4-3 所示 。 图 4-3 岩体加、卸载曲线 三、岩体的强度 岩体的强度要比岩石的强度低得多，并具有明显的各向异性。 一般情况下，岩体的抗压强度只有岩石抗压强度的 70 ～ 80 ％，结构面发育的岩体，仅有 5 ～ 10 ％。 和抗压强度一样，岩体的抗剪强度主要也是取决于岩体内结构面的性态，包括岩体的力学性质、充填状况、产状、分布和规模等；同时还受剪切破坏方式所制约。 四、岩体的构造 — 力学特性 岩体是由下述几部分构成的： a) 不同尺寸和类型的岩块； b) 结构面； c) 岩块间的充填物。 从岩体构造 — 力学特性上看，大体上可分为 无裂隙岩体 和 裂隙岩体 两大类。地下工程在多数情况下是修筑在裂隙岩体中的。裂隙岩体的地质构造特征是结构面的存在。 岩石只是岩体构成的一部分，它的性质不能代表岩体的物性，这一点是必须明确的。由上述条件决定的岩体构造－力学特性是它的 非连续性、非均质性、各向异性和突变性。 五、岩体的破坏准则 理论和试验研究都表明，多数岩石在初始应力状态下处于弹性阶段，而在开挖成洞后，洞室周围岩体将产生松弛或进入塑性状态。 弹塑性模型的基本概念是认为岩石在屈服极限之前，只有可恢复的弹性变形，达到屈服极限以后，变形由可恢复的 弹性变形 和不可恢复的 永久变形 ( 塑性变形 ) 两部分组成，弹性变形按弹性理论计算，塑性变形按塑性理论计算。 材料随着外力的增加由弹性状态过渡到塑性状态。当应力的数值等于屈服极限 时，材料屈服，开始产生塑性变形，而 就是单向应力状态下的屈服条件，也称作“ 塑性条件 ”，它是判断是否达到塑性状态的准则。 目前，在实际设计中，采用最多的是 摩尔 — 库仑破坏准则 。图 4-4 表示受到主应力 ( > ) 作用时，材料屈服的应力圆。 由图可知 图 4-4 材料强度包络线及应力圆 格里非斯 认为，内部有裂隙的材料，在裂隙的尖端部位将引起应力集中，从而导致材料强度的降低。当拉应力集中值超过材料的抗拉强度时，裂隙就会扩展，从而导致岩石破坏。为了计算应力集中值，将这些裂隙假定为很小的扁平椭圆裂纹，按平面状态破坏理论处理，如图 4-5 所示 。 图 4-5 格里非斯准则 除了上述准则外，尚有许多其他的破坏准则，如 Mises 准则、 Drucker-Prager 准则等 。 六、岩体的流变特性 流变包括两方面：一种是指作用的应力不变，而应变随时间增长，即所谓 蠕变 ；另一种则是作用的应变不变，而应力随时间而衰减，即所谓 松弛 ，如图 4-6 所示。 图 4-6 岩体的流变 七、岩体结构分类及其破坏特征 工程地质学中把岩体划分为四大种结构类型： Ⅰ. 整体结构、块状结构 Ⅱ. 层状结构、板状结构 Ⅲ. 碎裂结构、镶嵌结构、层状碎裂结构 Ⅳ. 散体结构 整体结构岩体的变形主要是结构体的变形， 块状和层状结构岩体的变形主要是结构面的变形，碎裂和散体结构岩体的变形，开始是将裂隙或孔隙压密，随后是结构体变形，并伴随有结构面张开。破坏形式主要为 剪切破裂 和 塑性变形。 八、隧道围岩失稳破坏性态 隧道围岩变形、破坏和岩体结构的关系十分密切，根据工程实践观察，大致有以下五种情况： 1 、脆性破裂 2 、块状运动 3 、弯曲折断破坏 4 、松动解脱 5 、塑性变形和剪切破坏 第三节 围岩的初始应力场 一、围岩初始应力场的组成 ( 一 ) 自重应力场 在自重应力场中，地表以下任一深度 H 处的垂直应力等与其上覆岩体的重量 ( 如图 4-7 ， a 所示 ) 以压应力为正， 为岩体的容重 当上覆岩体为多层时，则为 ( 图 4-7 ， b) 式中 — 第 i 层岩体的容重 — 第 i 层岩体的厚度 图 4-7 地表水平时的自重应力场 围岩自重应力场的变化规律 应力是随深度成线性增加 水平应力总是小于垂直应力，最多也只能与其相等 ( 二 ) 构造应力场 地质力学认为：地壳各处发生的一切构造变形与破裂都是地应力作用的结果。因而地质力学就把构造体系和构造形式在形成过程中的应力状态称为 构造应力场 。 我国大陆初始应力场 ( 包括自重应力场和构造应力场 ) 的变化规律大致可以归纳为如下几点： ① 地质构造形态不仅改变了重力应力场，而且除以各种构造形态获得释放外，还以各种形式积蓄在岩体内，这种残余构造应力将对地下工程产生重大影响。 ② 垂直应力的量值随深度增加而增大，而且水平应力普遍大于垂直应力。 ③ 水平主应力具有明显的各向异性。 二、围岩初始应力场的影响因素 围岩的初始应力状态，一般受到两类因素的影响： 第一类因素有重力、温度、岩体的物理力学性质及构造、地形等经常性的因素。 第二类因素有地壳运动、地下水活动、人类的长期活动等暂时性的或局部性的因素； 此外，在众多的因素中还要特别研究下面几点： 1 、地形和地貌。 2 、岩体的力学性质。 3 、地温。 4 、人类活动。 第四节 隧道围岩分级及其应用 根据坑道开挖实践，坑道开挖后的稳定性可分为以下几类： 1) 充分稳定的 坑道在长时间内有足够的自稳能力，无需任何人为支护而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。 2) 基本稳定的 坑道会因爆破、岩块结合松弛等而产生局部掉块，但不会引起坑道的坍塌，坑道是稳定的。 3) 暂时稳定的 大多数坑道是属于这个类型的。坑道开挖后呈现出不同程度的坍塌现象，坍塌后的坑道呈拱形而处于暂时稳定状态。 4) 不稳定的 一、以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法 在这种分级方法中，具有代表性的是前苏联普落托奇雅柯诺夫 (M.Jipoctonbn Monos) 教授提出的 “岩石坚固系数”分级法 ( 或称 “ ” 值分级法，或普氏分级法 ) 。这种分级方法在我国的隧道工程中得到了广泛的应用。 我国工程部门在将值分级法应用到隧道工程的设计、施工时，已注意到必须考虑岩体的地质构造、风化程度、地下水状况等多种因素的影响，而将由单一岩石强度决定的值适当降低 ，即： 式中 值是由岩石强度决定的， 是考虑地质条件的折减系数，一般情况下， ＜ 1.0 。 二、以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 60 年代，我国在积累大量铁路隧道修建经验的基础上，提出了以岩体综合物性指标为基础的 “ 岩体综合分级法 ” ，并于 1975 年经修正后被我国 “ 铁路工程技术规范 ( 隧道 ) ” 所采用。该分级法将隧道围岩分为 6 级 。 这类方法的 优点 是正确地考虑了地质构造特征、风化状况、地下水情况等多种因素对隧道围岩稳定性的影响，并建议了各类围岩应采用的支护类型和施工方法。此外，这种分级法最早考虑了埋深对围岩级别的影响。其 缺点 是分类指标还缺乏定量描述，没有提供可靠的预测隧道围岩级别的方法，在一定程度上要等到隧道开挖后才能确定。 三、与地质勘探手段相联系的分级方法 围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标，它既可以反映岩石软硬，又可以表达岩体结构的破碎程度。因此，在弹性波速度基础上，综合考虑与隧道开挖及土压有关的因素 ( 岩性、风化程度、破碎状态、含水及涌水状态等 ) ，将围岩分为 7 级。 我国 1986 年施行的 “ 铁路隧道设计规范 ” 中将弹性波 ( 纵波 ) 速度引入隧道围岩分级中，将围岩分为 6 级 ( 表 4-4) 。 围岩类别 Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 弹性波速 (km/s) ＞ 4.5 3.5 ～ 4.5 2.5 ～ 4.0 1.5 ～ 3.0 1.0 ～ 2.0 ＜ 1.0 ( 饱和土＜ 1.5) 表 4-4 弹性波 ( 纵波 ) 速度分级 四、以多种因素进行组合的分级方法 这种分级法认为，评价一种岩体的好坏，既要考虑地质构造、岩性、岩石强度，还要考虑施工因素，如掘进方向与岩层之间的关系、开挖断面的大小等，因此就需要建立在多种因素的分析基础之上。 在这类分级法中，比较完善的是 1974 年挪威地质学家巴顿 (N.Barton) 等人所提出的 “ 岩体质量 —Q ” 分级法。 Q 与六个表明岩体质量的地质参数有关，表达如下： 根据不同的 Q 值，将岩体质量评为九等，详见表 4-5 。 岩体质量 特别好 极好 良好 好 中等 不良 坏 极坏 特别坏 Q 400 ～ 1000 100 ～ 400 40 ～ 100 10 ～ 40 4 ～ 10 1 ～ 4 0.1 ～ 1 0.01 ～ 0.1 0.001 ～ 0.01 表 4-5 岩体质量评估 五、以工程对象为代表的分级法 这类分级法如专门适用于喷锚支护的原国家建委颁布的围岩分级法 (1979 年 ) 、苏联在巴库修建地下铁道时所采用的围岩分级法 (1966 年 ) 等，优点是目的明确，而且和支护尺寸直接挂钩，因此，使用方便，对指导施工很起作用。 六、我国现行铁路隧道围岩分级 在 1975 年铁道部颁布了以围岩结构特征和完整状态为分类基础的新的铁路隧道围岩稳定性分级法，它总结了我国建国以来在修建铁路隧道中使用值分级法所积累的经验，并参考了国内外有关围岩分级成果。 ㈠ 围岩分级的基本因素及围岩基本分级 1 、围岩分级的基本因素 围岩基本分级应由 岩石坚硬程度 和 岩体完整程度 两个基本因素确定。岩石坚硬程度和岩体完整程度应采用定性划分和定量指标两种方法确定。 岩石类别 单轴饱和抗压极限强度 (MPa) 代 表 性 岩 石 硬质岩 极硬岩 ＞ 60 花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩； 硅岩、钙质胶结的砾岩及砂岩、石灰岩、白云岩等沉积岩； 片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩 硬 岩 30 ～ 60 软质岩 较软岩 15 ～ 30 凝灰岩等喷出岩； 砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、炭质页岩、泥灰岩、泥岩、煤等沉积岩； 云母片石或千枚岩等变质岩 软 岩 5 ～ 15 极软岩 ＜ 15 岩石坚硬程度划分为极硬岩、硬岩、较软岩、软岩和极软岩等 5 类 （表 4-6 ） 表 4-6 岩石坚硬程度的划分 岩体完整程度划分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎等 5 类 ( 表 4-7) 。 完整程度 结 构 面 特 征 结构类型 岩体完整性指数 完 整 结构面 1 ～ 2 组，以构造型节理或层面为主，密闭型 巨块状整体结构 ＞ 0.75 较完整 结构面 2 ～ 3 组，以构造型节理、层面为主，裂隙多呈密闭型，部分为微张型，少有充填物 块状结构 0.75≥ ＞ 0.55 较破碎 结构面一般为 3 组，以节理及风化裂隙为主，在断层附近受构造影响较大，裂隙以微张型和张开型为主，多有充填物 层状结构、 块石碎石结构 0.55≥ ＞ 0.35 破 碎 结构面大于 3 组，多以风化型裂隙为主，在断层附近受构造作用影响大，裂隙以张开型为主，多有充填物 碎石角砾状结构 0.35≥ ＞ 0.15 极破碎 结构面杂乱无序，在断层附近受断层作用影响大，宽张裂隙全为泥质或泥夹岩屑充填，充填物厚度大 散体状结构 ≤0.15 表 4-7 2 、围岩基本分级 围岩级别 岩 体 特 征 土 体 特 征 围岩弹性纵波速度 (km/s) Ⅰ 极硬岩，岩体完整 - ＞ 4.5 Ⅱ 极硬岩，岩体较完整； 硬岩，岩体完整 - 3.5 ～ 4.5 Ⅲ 极硬岩，岩体较破碎； 硬岩或软硬岩互层，岩体较完整； 较软岩，岩体完整 - 2.5 ～ 4.0 Ⅳ 极硬岩，岩体破碎； 硬岩，岩体较破碎或破碎； 较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整或较破碎； 软岩，岩体完整或较完整 具压密或成岩作用的粘性土、粉土及砂类土，一般钙质、铁质胶结的碎 ( 卵 ) 石土、大块石土，黄土 (Q 1 、 Q 2 ) 1.5 ～ 3.0 Ⅴ 软岩，岩体破碎至极破碎； 全部极软岩及全部极破碎岩 ( 包括受构造影响严重的破碎带 ) 一般第四系坚硬、硬塑粘性土，稍密及以上、稍湿、潮湿的碎 ( 卵 ) 石土、圆砾土、角砾土、粉土及黄土 (Q 3 、 Q 4 ) 1.0 ～ 2.0 Ⅵ 受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带 软塑状粘性土、饱和的粉土、砂类土等 ＜ 1.0( 饱和状态的土＜ 1.5) 根据岩石坚硬程度和岩体完整程度将围岩分为 6 级 ( 见下表 ) 。 ㈡ 围岩分级的影响因素及分级的修正 1 、地下水 在隧道围岩分级中水的影响是不容忽视的，在同级围岩中，遇水后则适当降低围岩级别。降低的幅度主要视：①围岩的岩性及结构面的状态；②地下水的性质、大小、流通条件及对围岩浸润状况和危害程度而定。本围岩分级中关于地下水影响的修正参照表 4-9 和表 4-10 。 级别 状态 渗水量 [L/(min·10m)] Ⅰ 干燥或湿润 ＜ 10 Ⅱ 偶有渗水 10 ～ 25 Ⅲ 经常渗水 25 ～ 125 表 4-9 地下水状态的分级 围岩级别 地下水状态级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ - Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅳ Ⅴ Ⅵ - Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ - 表 4-10 地下水影响的修正 2 、初始应力场 围岩的初始应力状态对岩体的构造一力学特征是有一定影响的。因此，围岩分级中考虑了初始应力状态的影响，将初始应力场采取修正系数的方法，对围岩级别予以降级 ( 表 4-11 和表 4-12) 。 初始地应力状态 主 要 现 象 评估基准 ( ) 极高应力 硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差 ＜ 4 软质岩：岩心常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞 高应力 硬质岩：开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性较差 4 ～ 7 软质岩：岩心时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时间长，成洞性差 围岩级别 初始地应力状态 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 极高应力 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 或 Ⅳ Ⅴ Ⅵ 高应力 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 或 Ⅴ Ⅵ 表 4-11 初始地应力状态评估 表 4-12 初始地应力影响的修正 第五章 隧道结构体系设计 原理与方法 第一节 概 述 隧道的结构体系是由 围岩 和 支护结构 共同组成的。其中围岩是主要的承载元素，支护结构是辅助性的，但通常也是必不可少的，在某些情况下，支护结构主要起承载作用。这就是按现代岩石力学原则设计支护结构的基本出发点。 隧道开挖前岩体处于初始应力状态，谓之 一次应力状态 ；开挖隧道后引起了围岩应力的重分布，同时围岩将产生向隧道内的位移，形成了新的应力场，称之为围岩的 二次应力状态， 这种状态受到开挖方式 ( 爆破、非爆破 ) 和方法 ( 全断面开挖、分部开挖等 ) 的强烈影响。如果隧道围岩不能保持长期稳定，就必须设置支护结构，从隧道内部对围岩施加约束，控制围岩变形，改善围岩的应力状态，促使其稳定，这就是 三次应力状态 。显然这种状态与支护结构类型、方法以及施设时间等有关。三次应力状态满足稳定要求后就会形成一个稳定的洞室结构，这样，这个力学过程才告结束。 要进行支护结构设计，就必须充分认识和了解以下五方面的问题： 围岩的初始应力状态，或称一次应力状态 , 这部分内容已在第四章中作了介绍； 开挖隧道后围岩的二次应力状态 和位移场 ； 判断围岩二次应力状态和位移场是否符合稳定性条件即围岩稳定性准则。一般可表示为： (5-1) 式中的 、 是根据围岩的物理力学特性所确定的某些特定指标。 、 设置支护结构后围岩的应力状态，亦称围岩的三次应力状态 和位移场 ，以及支护结构的内力 和位移 。 判断支护结构安全度的准则，一般可写成： (5-2) 式中的 、 是支护结构材料的物理力学参数。 第二节 围岩的二次应力场和位移场 一、隧道开挖后的弹性二次应力状态及位移状态 计算围岩的二次应力场和位移场，首先推算隧道开挖前围岩的初始应力状态 ，以及与之相适应的位移场 。隧道开挖后，因其周边上的径向应力 和剪应力 都为零，故可向具有初始应力的围岩，在隧道周边上反方向施加与初始应力相等的释放应力。用弹性力学方法计算带有孔洞的无限平面在释放应力作用下的应力 和位移 。而真实的围岩二次应力场及位移场为： 模拟隧道开挖所经历的力学过程可以用图 5-1 表示。 图 5-1 隧道开挖所经历的力学过程模拟 对于自重应力场中的深埋隧道，常常将它的围岩初始应力场简化为常量场，也就是假定围岩的初始应力到处都是一样。并取其等于隧道中心点的自重应力，即 式中 为隧道中心点的埋深，以 m 计， 是围岩的侧压力系数，无量纲。 根据弹性力学原理，这个问题的求解还可以简化为不考虑体积力的形式，而用在有孔无限平面 ( 无重的 ) 无穷远边界上作用有垂直均布荷载和水平荷载的形式来代替，如图 5-2 所示。 图 5-2 力学模型 由此而引起的计算误差在洞周上是不大的，并随着隧道埋深的增加而减少。当埋深超过 10 倍洞径时，其误差可以忽略不计。 二、隧道开挖后形成塑性区的二次应力状态及位移状态 塑性应力区域是由于多数围岩具有塑性这一性质而造成的。 塑性 就是指围岩在应力超过一定值后产生塑性变形的性质。此时，应力即使不增加，变形仍继续。当围岩内应力超过围岩的抗压强度后，围岩发生塑性变形并迫使塑性变形的围岩向隧道内滑移。塑性区的围岩因变得松弛，其物理力学性质也发生变化。 三、无支护坑道的稳定性及其破坏 坑道稳定性 是指隧道围岩在开挖过程中，在不设任何支护情况下所具有的稳定程度。 无支护坑道围岩的失稳破坏有 三种形式 ： 由于破碎岩体的自重作用，超过了它们脱离岩体的阻力而多在顶部、较少在侧壁处造成局部崩塌； 由围岩应力重分布所造成的应力集中区域内的岩体强度破坏而形成的崩塌。一般发生在脆性岩体中，且在多数情况下，岩体破坏从坑道侧壁开始，同时岩体的破坏和位移也可能发生在顶部和底部； 在塑性岩体中，稳定的丧失是由于塑性变形的结果，岩体产生了过度的位移，但无明显的破坏迹象。 第三节 隧道围岩与支护结构的共同作用 一、收敛和约束的概念 开挖隧道时，由于临空面的形成，围岩开始向洞内产生位移，这种位移我们称之为 收敛 。若岩体强度高，整体性好、断面形状有利，岩体的变形到一定程度，就将自行停止，围岩是稳定的。反之，岩体的变形将自由地发展下去，最终导致隧道围岩整体失稳而破坏。在这种情况下，应在开挖后适时地沿隧道周边设置支护结构，对岩体的移动产生阻力，形成 约束 。相应地支护结构也将承受围岩所给予的反力，并产生变形。如果支护结构有一定的强度和刚度，这种隧道围岩和支护结构的相互作用会一直延续到支护所提供的阻力与围岩应力之间达到平衡为止，从而形成一个力学上稳定的隧道结构体系。这时的隧道围岩应力状态称为 三次应力状态 。 二、坑道支护后的围岩应力状态及位移状态 隧道开挖后，围岩应力状态出现两种情况： 一种是开挖后的二次应力状态仍然是弹性的，隧道围岩除因爆破、地质状态、施工方法等原因可能引起稍许松弛掉块外，是稳定的，在这种情况下，坑道是稳定的，原则上无需支护，即使支护也是防护性的，支护方法一般可采用喷浆或者喷射混凝土； 另一种是开挖后隧道围岩产生一定范围的塑性区，此时应采用承载型的支护结构，以维护坑道的稳定。 坑道支护后，相当于在坑道周边施加了一个阻止隧道围岩变形的支护阻力 ( 抗力 ) ，从而也改变了围岩的二次应力状态。支护阻力的大小和方向对围岩的应力状态有着很大的影响 。 三、围岩特性曲线 ( 支护需求曲线 ) 支护阻力 与隧道洞壁位移 的关系曲线如图 5-12 所示。 图 5-12 围岩特性曲线 这条曲线形象的表达了支护结构与隧道围岩之间的相互作用：在极限位移范围内，围岩允许的位移大了，所需的支护阻力就小，而应力重分布所引起的后果大部分由围岩所承担；围岩允许的位移小了，所需的支护阻力就大，围岩的承载能力就得不到充分的发挥。 四、支护特性曲线 ( 支护补给曲线 ) 以圆形隧道为研究对象，并假定围岩给支护结构的反力也是径向匀布的。因此，这还是一个轴对称问题。相对于围岩的力学特性而言，混凝土或钢支护结构的力学特性可以认为是线弹性的，也就是说作用在支护结构上的径向均布压力 是和它的径向位移 成线性关系，即 式中的 定义为支护结构的刚度 。 图 5-13 支护特性曲线 对于几种支护结构型式，其支护特性曲线如图 5-13 所示。 五、围岩与支护结构准静力平衡状态的建立 ( 三次应力场 ) 如果支护结构有足够的强度和刚度，则围岩的支护需求曲线和支护结构的支护补给曲线会相交一点，而达到平衡，这个交点都应在 或 之前。随着时间的推移，地下水位逐渐恢复，围岩物性指标恶化，锚杆锈蚀等等，这个平衡状态还将调整。 图 5-14 说明： 1. 不同刚度的支护结构与围岩达成平衡时的 和 是不同的。 2. 同样刚度的支护结构，由于架设的时间不同，最后达成平衡的状态也是不同的。 图 5-14 围岩和支护结构的相互作用 第四节 支护结构的设计原则 支护结构的 基本作用 在于：与围岩一起组成一个有足够安全度的隧道结构体系，能承受可能出现的各种荷载；保持隧道断面的使用净空；防止围岩质量的进一步恶化；提供空气流通的光滑表面。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、力学特性和施工的可能性。 一、支护结构的基本要求 1. 必须能与围岩大面积地牢固接触，即保证支护结构与围岩作为一个整体进行工作。 根据不同的开挖和支护方法，两者的接触状态可作如下分类： 重视早期支护的作用，并使早期支护与永久支护相互配合，协调一致地工作。 要允许隧道围岩能产生有限制的变形，以充分发挥围岩的承载能力而减少对支护结构的不利作用，使两者更加协调的工作。 4. 必须保证支护结构及时施作。 5. 作为支护结构要能根据隧道围岩的动态 ( 位移、应力等 ) ，及时地进行调整和修改，以适应不断变化的围岩状态。 二、支护结构类型的选择和设计 根据其使用目的，支护结构可分为： 防护型支护 构造型支护 承载型支护 在设计支护结构时应注意： 支护结构最好设计成封闭式的，一般都应有仰拱。 对于抗拉性能较差的混凝土类支护结构，应尽量避免受弯矩作用。 第五节 围岩压力 围岩压力 是指引起地下开挖空间周围岩体和支护结构变形或破坏的作用力。 一、围岩压力分类 围岩压力按作用力发生的形态，一般可分为如下几种类型： 1. 松动压力 由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力的形式直接作用在支护结构上压力称为松动压力。 2. 形变压力 形变压力是由于围岩变形受到与之密贴的支护结构 ( 如锚喷支护等 ) 的抑制，而使围岩与支护结构共同变形的过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。 3. 膨胀压力 当岩体具有吸水膨胀崩解的特征时，由于围岩吸水而膨胀崩解所引起的压力称为膨胀压力。 4. 冲击压力 冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能之后，由于隧道的开挖，围岩约束被解除，能量突然释放所产生的压力。 二、围岩松动压力的形成和确定的方法 作用在支护结构上的围岩松动压力总是远远小于其上覆盖地层自重所造成的压力。这可以用围岩的 “ 成拱作用 ” 来解释。 拿一个在水平成层的围岩中开挖隧道的例子，来说明隧道开挖后围岩又变形到坍塌成拱的整个变化过程 ( 图 5-16) 。 (a) 变形阶段； (b) 松动阶段； (c) 塌落阶段； (d) 成拱阶段。 图 5-16 围岩松动压力的形成 将隧道所形成的相对稳定的拱称为 “ 天然 拱 ” 或 “ 塌落拱 ” 。它如同一个承载环一样承受着上覆地层的全部重量，并且将荷载向两侧传递下去。这就是围岩的 “ 成拱作用 ” 。而天然拱范围内破坏了的岩体的重量，就是作用在支护结构上的围岩松动压力的来源。 实践证明，天然拱范围的大小除了受上述的围岩地质条件、支护结构架设时间、刚度以及它与围岩的接触状态等因素影响外。还取决于以下诸因素： 隧道的形状和尺寸。 隧道的埋深。 施工因素 ( 一 ) 深埋隧道围岩松动压力的确定方法 当隧道的埋置深度超过一定限值后，围岩的松动压力仅是隧道周边某一破坏范围（天然拱）内岩体的重量，而与埋深无直接关系。 1 、统计法 — 我国 《 隧规 》 所推荐的方法 现在我国 《 隧规 》 中隧推荐的计算围岩竖向匀布松动压力的公式，就是根据 357 个铁路隧道的塌方资料统计分析而拟定的： 式中的 为围岩容重； s 为围岩级别； 为宽度影响系数，由 w=1+i （ B-5 ） 计算， B 为坑道宽度， i 为 B 每增减 1m 时的围岩压力增减率，当 B ＜ 5m 时，取 i =0.2 ，当 B ＞ 5m 时，取 i =0.1 。 公式的适用条件为： H/B ＜ 1.7 ， H 为坑道的高度； 深埋隧道； 不产生显著偏压力及膨胀力的一般围岩； 采用矿山法施工。 围岩水平匀布的松动压力，按表 5-3 中的经验公式计算，其适用条件同上。 围岩级别 Ⅰ ～ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 水平均布压力 0 ＜ 0.15q (0.15 ～ 0.3)q (0.3 ～ 0.5)q (0.5 ～ 1.0)q 表 5-3 围岩水平均布压力 作用在支护结构上的荷载是很不均匀的，这是因为在 Ⅰ 级及 Ⅱ 级围岩中，局部塌方是主要的，而在其它类别的围岩中，岩体破坏范围的形状和大小，受岩体结构、施工方法等因素的控制，也是极不规则的。根据统计资料，围岩竖向松动压力的分布图形大致可以概括为以下六种，如图 5-17 所示。 图 5-17 围岩竖向松动压力的分布图形 2 、普氏理论 普洛托李雅克诺夫认为：所有的岩体都不同程度地被节理、裂隙所切割，因此可以视为散粒体。 基于这些认识，普氏提出了 岩体的坚固性系数 ( 又叫似摩擦系数 ) 的概念。 式中 、 — 为 岩体的似摩擦角和内摩擦角 ； 、 — 为 岩体的抗剪强度和剪切破坏时的正应力； — 为 岩体的粘结力。 岩体的坚固性系数值，是一个说明岩体各种性质 ( 如强度、抗钻性、抗爆性、构造、地下水等 ) 的笼统的指标 。 在确定岩体的值时，除了考虑其强度指标外，还需根据岩体的构造特征等因素，并结合以往的工程实践经验加以修正。 为了确定围岩的松动压力，普氏还提出了基于天然拱概念的计算理论，作用在支护结构上的围岩压力就是天然拱以内的松动岩体的重量。而天然拱的尺寸，即它的高度和跨度则与反映岩体特征的值和所开挖的隧道宽度有关， 其具体表达式为 式中 为天然拱高度； b 为天然拱半跨度。 在坚硬岩体中，坑道侧壁较稳定，天然拱的跨度就是隧道的宽度，即 ( 为隧道的净宽度的一半 ) ，如图 5-18a 所示， 在松散和破碎岩体中，坑道的侧壁也受扰动而滑移，天然拱的跨度也相应加大为 ( 图 5-18b) ： 式中 为隧道净跨度的一半； 为隧道净高度；其余符号含义同前。 一般来说，普氏理论比较适用于松散、破碎的围岩中。 图 5-18 隧道围岩塌落拱 3 、泰沙基理论 泰沙基 (K.Terzaghi) 也将岩体视为散粒体。他认为坑道开挖后，其上方的岩体将因坑道变形而下沉，并产生如图 5-19 所示的错动面 OAB 。 图 5-19 泰沙基理论 一般情况下，深埋隧道与浅埋隧道界限的确定应以隧道顶部覆盖层能否形成 “ 天然拱 ” 为原则，但要准确定出其界限值是困难的，因为它与许多因素有关，因此一般只能根据经验判断。通常，当地面与隧道顶部之间的岩层厚度超过塌方平均高度的 2 ～ 2.5 倍以上时，一般可作为深埋隧道处理。对于特殊情况应作具体分析。 ( 二 ) 浅埋隧道围岩松动压力的确定方法 隧道工程实践表明，当隧道埋深不大时，开挖的影响将波及到地表，无法形成 “ 天然拱 ” 。因此，上述估其深埋隧道围岩松动压力的公式对浅埋隧道是不适用的， 如图 5-20 ，从松散介质极限平衡的角度，对施工过程中岩体运动的情况进行分析：若不及时支护，或施工时支护下沉，会引起洞顶上覆盖岩体 EFHG 的下沉与移动，而且它的移动受到两侧其它岩体的挟持，反过来又带动了两侧三棱体 ACE 和 BDF 的下滑，形成两个破裂面 ( 为了简化，假定它们都是与水平面成角的斜直面，如图 5-20a 中的 AC 和 BD) 。研究洞项上覆盖岩体 EFHG 的平衡条件，即可求出作用在支护结构上的围岩松动压力。 图 5-20 浅埋隧道围岩松动压力的确定 第六节 隧道结构体系的计算模型 一、计算模型的建立原则 一个理想的隧道工程的数学力学模型应能反映下列的因素： 必须能描述有裂隙和破坏带的，以及开挖面形状变化所形成的三维几何形状。 对围岩的地质状况和初始应力场不仅要能说明当时的，而且还要包括将来可能出现的状态。 应包括对围岩应力重分布有影响的岩石和支护材料非线性特性，而且还要能准确地测定出反映这些特性的参数。 如果要知道所设计的支护结构和开挖方法能否获得成功，即想评估其安全度，则必须将围岩、锚杆和混凝土等材料的局部破坏和整体失稳的判断条件纳入模型中。当然，条件必须满足现行设计规范的有关规定。 要经得起实际的检验，这种检验不能只是偶然巧合，而是需要保证系统的一致性。 二、常用的计算模型 从各国的地下结构设计实践看，目前在设计隧道的结构体系时，主要采用两类计算模型：第一类模型是以支护结构作为承载主体，围岩作为荷载主要来源，同时考虑其对支护结构的变形起约束作用；第二类模型则相反，是以围岩为承载主体，支护结构则约束和限制围岩向隧道内变形。 第一类模型又称为传统的 结构力学模型 。它将支护结构和围岩分开来考虑，支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承，故又可称为 荷载 — 结构模型 ( 图 5-23a) 。 这一类计算模型主要适用于围岩因过分变形而发生松弛和崩塌，支护结构主动承担围岩 “ 松动 ” 压力的情况。 属于这一类模型的计算方法有：弹性连续框架 ( 含拱形 ) 法，假定抗力法和弹性地基梁 ( 含曲梁和圆环 ) 法等。 图 5-23 隧道计算模型 第二类模型又称为现代的岩体力学模型。它是将支护结构与围岩视为一体，作为共同承载的隧道结构体系，故又称为 围岩 — 结构模型 或 复合整体模型 ( 图 5-23b) 。 在围岩 — 结构模型中可以考虑各种几何形状、围岩和支护材料的非线性特性、开挖面空间效应所形成的三维状态以及地质中不连续面等等。 利用这个模型进行隧道结构体系设计的关键问题，是如何确定围岩的初始应力场以及表示材料非线性特性的各种参数及其变化情况。一旦这些问题解决了，原则上任何场合都可用有限单元法求出围岩与支护结构的应力、位移状态。 第七节 隧道结构体系设计计算方法 一、结构力学方法 ( 一 ) 荷载 — 结构模型的建立 ① 主动荷载模型 ( 图 5-24a) 不考虑围岩与支护结构的相互作用，因此，支护结构在主动荷载作用下可以自由变形，其计算原理和地面结构一样。 ②主动荷载加围岩弹性约束模型 （图 5-24b ）。 认为围岩不仅对支护结构施加主动荷载，而且由于围岩与支护结构的相互作用，围岩还对支护结构施加被动的弹性抗力。 图 5-24 荷载 — 结构模型 ( 二 ) 作用 ( 荷载 ) 组成 采用荷载 — 结构模型分析支护结构内力时，其中最重要的是围岩的松动压力，支护结构自重可按预先拟定的结构尺寸和材料容重计算确定。 ( 三 ) 隧道衬砌结构受力变形特点 隧道衬砌在围岩压力作用下要产生变形 ( 如图 5-25 所示 ) 。 在隧道拱顶，其变形背向围岩，不受围岩的约束而自由地变形，这个区域称为 “ 脱离区 ” ；而在隧道的两侧及底部，结构产生朝向围岩的变形，受到围岩的约束作用，因而围岩对隧道衬砌结构产生了约束反力 ( 弹性抗力 ) ，这个区域称为 “ 抗力区 ” 。 图 5-25 隧道衬砌结构受力变形特点 ( 四 ) 支护结构的几种计算方法 1 、主动荷载模式 (1) 弹性固定的无铰拱 适用于这类计算模式的常有半衬砌。半衬砌拱圈的拱矢和跨度比值一般是不大的，当竖向荷载作用时，大部分情况下，拱圈都是向坑道内变形，不产生弹性抗力。 其结构模型可以简化成图 5-26 所示的弹性固定无铰拱，拱脚产生变位，对结构内力有影响。 图 5-26 弹性固定无铰拱计算图式 (2) 圆形衬砌 修建在软土地层中的圆形衬砌，也常常按主动荷载模式进行结构计算。承受的荷载主要有土压力、水压力、结构自重和与之相平衡的地基反力。结构计算图式示于图 5-27 。 图 5-27 圆形衬砌计算图式 2 、主动荷载加被动荷载模式 假定抗力图形 该法的计算特点是假定抗力的分布范围的分布规律，如上、下零点和最大值的位置。该法计算拱形衬砌 ( 马蹄形衬砌 ) 的内力的计算简图如图 5-28 所示。图中假定拱部正中为脱离区，以下为抗力区。 图 5-28 假定抗力图形法计算简图 (2) 局部变形地基梁法 局部变形地基梁法由 纳乌莫夫 首创，一般用于计算直墙拱形初砌的内力，计算简图如图 5-29 所示。 该法计算拱形直墙衬砌内力的特点，是将拱圈和边墙分为两个单元分别进行计算，而在各自的计算中考虑相互影响。 图 5-29 局部变形地基梁法计算简图 (3) 弹性支承法 利用弹性支承法计算隧道衬砌结构内力的基本思想是：采用符合 “ 局部变形原理 ” 的弹簧来模拟隧道围岩，而将衬砌与围岩所组成的隧道结构体系离散化成有限个衬砌单元和弹簧单元所组成的组合体。采用结构力学方法求解该体系即可求得衬砌内力。 ( 五 ) 隧道衬砌截面强度检算 1 、按破损阶段法或容许应力法 算出衬砌内力后，还须进行隧道衬砌截面强度检算。根据 《 隧规 》 规定，隧道衬砌和明洞按按破损阶段检算构件截面强度时，根据结构所受的不同荷载组合，在计算中应选用不同的安全系数，安全系数可根据表 5-7 及表 5-8 选用 。 圬工种类 混凝土 砌 体 荷载组合 主要荷载 主要荷载 + 附加荷载 主要荷载 主要荷载 + 附加荷载 破坏原因 混凝土或砌体达到抗压强度极限 2.4 2.0 2.7 2.3 混凝土达到抗拉强度极限 3.6 3.0 - - 表 5-7 混凝土和砌体结构的强度安全系数 2 、按概率极限状态法 根据极限状态法计算出地下结构上作用的荷载组合，计算出的结构内力要以可靠指标度量结构构件的可靠度。采用以分项系数的设计表达式进行设计。该方法规定整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态，极限状态可以分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。 承载能力极限状态 是指结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的较大变形的极限状态； 正常使用极限状态 是指结构或构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态。 二、岩体力学方法 在隧道结构体系中，一方面围岩本身由于支护结构提供了一定的支护抗力，而引起它的应力调整，从而达到新的稳定；另一方面由于支护结构阻止围岩变形，也必然要受到围岩给予的反作用力而发生变形。这种反作用力和围岩的松动压力极不相同，它是支护结构和围岩共同变形过程中对支护施加的压力，故可称为 “ 形变压力 ” 。 目前对于这种模型求解方法有 解析法、数值法、特征曲线法 三种。 1 、解析法 该方法根据所给定的边界条件，对问题的平衡方程、几何方程和物理方程直接求解。 2 、数值方法 对于几何形状和围岩初始应力状态都比较复杂的隧道，一般需要采取数值方法，尤其是需要考虑围岩的各种非线性特性时。该方法主要是指有限单元法，它是把围岩和支护结构都划分为单元，然后根据能量原理建立起整个系统的虚功方程，也称 刚度方程 ，从而求出系统上各节点的位移以及单元的应力。 (1) 计算范围的选取 无论是深埋或浅埋隧道都属于半无限空间问题，简化为平面应变问题时，则为半无限平面问题。实践证明，隧道开挖仅仅对一定的有限范围内才有明显的影响，在距开挖部位稍远一些的地方，其应力变化是微不足道的。 平面有限元分析时的计算范围可取为 6 ～ 10 倍的隧道宽度。此外，根据对称性的特点，分析区域可以取一半 ( 一个对称轴 ) 或 1/4( 两个对称轴 ) 。 (2) 单元类型的选择 围岩和混凝土为匀质、各向同性的粘弹塑性材料，一般采用 四边形等参单元 和 退化的三角形单元 模拟；对喷射混凝土层和锚杆可采用 杆单元 模拟，并用特殊粘结单元模拟锚杆与围岩之间相互联结，锚杆与围岩之间的联系状态是刚塑性的；对防水层可采用有厚度的 夹层单元 模拟。 (3) 分部开挖的力学模拟 隧道开挖在力学上可以认为是一个应力释放和回弹变形问题。当隧道开挖后，围岩中的部分初始地应力得到释放，产生了向隧道内的回弹变形，并使围岩中的应力状态发生重分布：隧道周边成为自由表面，应力为零。为了模拟开挖效应，求得开挖隧道后围岩中的应力状态，可以将开挖释放掉的应力作为等效荷载加在开挖后坑道的周边上。 3 、特征曲线法 特征曲线法也称为“ 收敛 — 约束 ”法，是用围岩的支护需求曲线和支护结构的补给曲线以求得达到稳定状态时支护结构的内力。 特征曲线法的基本原理是：隧道开挖后，如无支护，围岩必然产生向隧道内的变形 ( 收敛 ) 。施加支护以后，支护结构约束了围岩的变形 ( 约束 ) ，此时围岩与支护结构一起共同承受围岩挤向隧道的变形压力。 (4) 支护结构强度校核 三、以围岩分级为基础的经验设计方法 在大多数情况下，隧道支护体系还是依赖 “ 经验设计 ” 的，并在实施过程中，依据量测信息加以修改和验证。 我们大致上可以发现在进行支护结构经验设计时，需要注意的几点的原则是： 首先对隧道围岩要有一个正确的分级 在各类岩体中，支护结构参数大体是按下述原则选用的： 在施工中应尽量少损害围岩，使其尽量保持原有岩体的强度，因此，应采用控制爆破技术。 预计有大变形和松弛的情况下，开挖面要全面防护 ( 包括正面 ) ，使之有充分的约束效应，在分台阶开挖时，上半断面进深不宜过长，以免影响整个断面的闭合时间。 二次衬砌通常是模筑的，在修二次衬砌之前要设防水层，形成具有防水性能的组合衬砌。 允许甚至希望岩石出现一定的变形，以减少为完成支护作用所需的防护措施， 制定详细周密的量测计划。通过量测，确定所建立的支护阻力是否和围岩类型相适应以及还需要什么样的加强措施等。 支护结构的施工顺序与正确地掌握岩体的时间效应很有关系。 四、监控设计方法 由于地下结构的受力特点极其复杂，自 50 年代以来，国际上就开始通过对铁路隧道的量测来监视围岩和支护结构的状态，并应用现场监测结果修改设计、指导施工。 监控设计通常包括两个阶段：施工前预设计阶段和修正设计阶段。 监控设计的 主要环节 包括：现场监测、数据处理、信息反馈三个方面。现场监测包括：制定监测方案、确定测试内容、选择测试手段、实施监测计划。数据处理包括：原始数据的整理、明确数据处理的目的、选择处理方法、提出处理结果。信息反馈包括：反馈方法 ( 理论反馈与经验反馈 ) 和反馈的作用 ( 修改设计与指导施工 ) 。