公路隧道结构及组成-公路工程施工技术

隧道结构由主体结构和附属结构组成。其中主体结构包括隧道洞门及洞身衬砌部分。为了满足隧道的使用功能，隧道除应有主体结构外，还应具有其他的一些设施，包括紧急停车带、人行横道、洞内排水系统、电力电缆系统、通风系统等。

1）主体结构

（1）洞门

隧道两端洞口处的结构部分称为洞门。它是在隧道洞口利用圬工材料等修筑用以保护洞口稳定、引离地表水并对周围环境起到装饰作用的支挡结构物。其主要作用是减少洞口土石方的开挖量，稳定边仰坡，引离地表水及装饰洞口。

洞门通常按照其结构构造分为端墙式洞门、翼墙式洞门、削竹式洞门、柱式洞门、环框式洞门及遮光棚式洞门等。

（2）洞身衬砌

隧道开挖后，为了避免隧道变形或岩石风化，都需要修建支护结构，即衬砌。根据隧道衬砌施工工艺不同，将隧道衬砌的形式分为喷锚支护、装配式衬砌及整体式衬砌。

①喷锚支护。喷锚支护常用的材料有喷射混凝土（有时加钢筋网或钢纤维）、锚杆和钢拱架。一般可根据地质条件和结构形式的变化组合使用。

a.喷射混凝土。喷射混凝土以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土拌合料与水合成为浆状，喷射到坑道岩壁上凝结而成。喷射混凝土分为干喷、潮喷、湿喷3种，以湿喷工艺较优。

b.锚杆或锚索。锚杆或锚索是用金属或其他抗拉强度较高材料制成的一种杆状构件，并使用某些机械装置或黏结介质，将其安设在隧道及地下工程的围岩体或其他工程结构体中，利用杆端锚头的膨胀作用，或利用灌浆黏结，增加岩体的强度和抗变形能力从而提高围岩的自稳能力。

②装配式衬砌。装配式衬砌是构件在现场或工厂预制，然后将构件运进坑道内再进行拼装成一环接着一环的衬砌。其特点是衬砌拼装后能够立即受力，便于机械化施工，改善劳动条件，节省劳力。目前多在盾构法施工的隧道内使用。

③整体式衬砌。整体式衬砌是指就地灌注混凝土施工衬砌，也称模筑混凝土衬砌。其施工工艺流程为：立模→浇筑→养护→拆模。模筑衬砌的特点：对地质条件的适应性强，易于按需要成形，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。整体式衬砌按照不同的围岩类别采用不同的衬砌厚度。

④复合式衬砌。目前，公路隧道均采用以“初期支护、防水层及二次衬砌（整体式衬砌）”组成的复合式结构（图8.2）。

图8.2　复合式衬砌结构示意图

a.初期支护。隧道是埋藏于地面以下的条形建筑物，被岩土体围绕。在隧道周围一定范围内，对洞身的稳定有影响的岩（土）体，即由于受开挖影响而发生应力状态改变的岩（土）体，称为围岩。

隧道在岩土体开挖后，自身很难保持稳定。为了达到洞室稳定及施工安全的目的，而在洞室开挖后对洞室围岩采取支撑、加强作用的构件和其他处理措施总称为支护。

现代隧道施工技术采取的支护手段通常有喷射混凝土、挂网喷射混凝土、钢拱架、锚杆喷射混凝土及其联合支护。

b.防水层。防水层为不透水表面光滑的高分子防水卷材，它不但起到将地层渗水拒于二次衬砌之外的防水作用，而且对初期喷射混凝土及二次衬砌模筑混凝土来说，还起到隔离与润滑作用，使初期支护喷射混凝土对二次衬砌混凝土的约束应力减少，从而避免模筑混凝土产生裂缝，提高了二次衬砌混凝土的防水抗渗能力。防水层通常由两部分组成，缓冲垫层与防水板。防水板采用厚度1.5 mm以上的EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）或ECB（乙烯、醋酸乙烯与沥青共聚物），缓冲垫层一般采用质量大于400 g/m2无纺布。

c.二次衬砌。二次衬砌一般采用整体式钢筋混凝土衬砌。

d.仰拱填充。隧道仰拱通常是弧形，而车辆行驶面是有一定斜率的平面，因此需要采用建筑材料将仰拱上方和路面结构间的空间进行填充，常用的仰拱填充材料为水泥混凝土。

e.路面结构。路面结构主要有两种，即水泥混凝土路面和沥青混合料路面。

2）附属结构

（1）紧急停车带

在较长的公路隧道内，需要设置紧急停车带作为避让车道，避免车辆抛锚长时间占据行车道，故障车必须尽快离开干道，否则会引起阻塞，甚至导致交通事故。为避免发生交通事故，引起混乱，影响通行能力而专供紧急停车使用的停车位置即为紧急停车带。

紧急停车带的间隔，主要根据故障车的可能推动距离确定。一般很难确定距离的大小，如小车较卡车滑行距离长，人力推动也较省力；下坡较上坡滑行距离长，推动也省力。在隧道内一般取500～800 m。汽车专用隧道取500 m，隧道长度大于600 m时应在中间设置一处。混合交通隧道取800 m，隧道长度大于900 m时应在中间设置一处。

紧急停车带的有效长度应满足停放车辆进入所需的长度，一般进入需20 m，最低值为15 m，宽度一般为3.0 m。

（2）行车横道和行人横洞

行车横道与隧道正洞应该形成一个小于90°夹角，单向交通的隧道采用45°～60°夹角。隧道长度在1000～1500 m时，宜在隧道中间设一处。(www.xing528.com)

行人横洞是在分离式单向交通的双洞隧道中，一个隧道内发生事故时，汽车无法立即疏散，事故内车辆的乘客可通过行人横洞疏散。行人横道净空为2.5 m（高）×2 m（宽），设置间距可取250 m，且不得大于500 m。

（3）防排水系统

隧道防排水系统主要是为了保证隧道在运营过程中避免水害带来的影响，以保证结构物和设备的正常使用和行车安全。隧道内的防排水是隧道施工和运营中的一个重要问题，现代隧道通常以“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则设置隧道防排水系统（图8.3），以达到防水可靠、排水通畅、底部无积水、经济合理的目的。

①防水措施。常用的防水措施有喷射混凝土、塑料防水板防水、模筑混凝土衬砌防水、防水涂料防水等。模筑混凝土衬砌防水是指内层衬砌采用就地浇筑混凝土本身具有防水功能。塑料防水板防水是指在内外层衬砌之间敷软聚氯乙薄膜、聚异丁烯片等防水卷材，塑料板防水一般厚度为1.2 mm。防水层接缝处一般用热气焊接，或用电敏电随焊接，也可采用适当的溶剂做溶解焊接，以达到防水的目的。防水涂料防水是指在隧道内表面涂刷防水涂料，如乳化沥青、环氧焦油等，使在隧道内表面形成不透水的薄膜。防水砂浆抹面是在普通砂浆中掺入防水剂，从而提高砂浆抹面的防水性能。目前，应用较多的是防水砂浆主要有氯化铁砂浆和氯化钙防水砂浆。

②排水。排水常利用“排水盲沟→泄水管→排水沟”的形式进行隧道排水。这种方法主要是将衬砌背后的水引入盲沟内汇集，然后通过与盲沟连接的泄水管将水从盲沟引入隧道内的排水沟，最后从排水沟排走。

图8.3　公路隧道防排水系统组成示意图

③截水。截水是将流向隧道的地表水或地下水截断，从而使水改路。对于地表水，应设置地表排水沟、截水沟将水引离隧道；对于地下水，主要采用设置导坑、泄水洞或井点降水等方法。

目前，采用的主要截水措施有以下几种：

a.在洞口仰坡边缘5 m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。

b.对洞顶天然沟槽加以整治，使山洪宣泄畅通。

c.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。

d.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。

④堵水。在隧道施工、运营过程中，有渗漏水时，常采用喷射混凝土、注浆和防水混凝土衬砌等方法进行堵水。

（4）施工缝、变形缝

施工缝，也称循环缝。隧道衬砌混凝土施工所产生的冷接缝，是防水薄弱环节之一，也是隧道中最易发生渗漏的位置。隧道衬砌施工缝处理不好，不仅会造成衬砌混凝土裂缝及洞内漏水，严重影响隧道的正常使用和行车安全，还会降低结构的强度和耐久性。为防止由于衬砌不均匀下沉而引起的裂损，在地质条件变化显著、衬砌受力不匀地段，应设置沉降缝；为防止由于温度变化剧烈或混凝土凝结收缩影响而引起的衬砌开裂，应设置伸缩缝，以上两种结构缝统称为变形缝。变形缝应采用柔性材料做防水处理。

施工缝及变形缝构造及施工图如图8.4所示。

（5）通风设施

公路隧道的通风方式大体可分为自然通风和机械通风两种。自然通风是利用洞内的天然风流和汽车运行所引起的活塞风（交通风）来达到通风目的。机械通风则是在自然通风不能满足要求时，设置一系列通风机械，通过送入或排出空气来达到通风目的。

按车道空间的空气流动方式，公路隧道通风方式可按照图8.5进行区分。

图8.4　施工缝和变形缝构造及施工图

图8.5　公路隧道常用通风方式

（6）隧道内部装饰

在公路隧道或城市地铁内，为了使隧道内更美观，提高能见度，吸收噪声和改变隧道内的环境，内部装饰有时非常必要。

内部装饰具有保持隧道内的亮度、减少衬砌对汽车尾气的吸收、防止衬砌的腐蚀、吸收噪声等作用。

常见的内部装饰类型有粉刷、涂料、塑料装饰或粘贴各种装饰材料等。