《隧道平纵断面设计》ppt课件

1、隧道工程隧道工程l 铁路隧道平面设计：隧道曲线设计l1.附加技术要求l 坡道方式l 铁路隧道纵断面设计 坡度大小 l 坡段长度l 坡段结合l 平面线形l2.公路隧道的平面和纵断面线形 纵断面线形l 引线隧道工程隧道工程l隧道内的线路是整条线路中的一个区段。隧道隧道内的线路是整条线路中的一个区段。隧道设计时，首先要满足线路明线所规定的各种技设计时，首先要满足线路明线所规定的各种技术目的。由于隧道的施工、运营养护及改建等术目的。由于隧道的施工、运营养护及改建等任务条件均比明线差，所以，在设计隧道内的任务条件均比明线差，所以，在设计隧道内的线路时，除了遵照线路明线所规定的技术目的线路时，除了遵照线路

2、明线所规定的技术目的以外，还要附加上为顺应隧道内任务条件的一以外，还要附加上为顺应隧道内任务条件的一些技术要求。些技术要求。l 附加的技术要求可以从平面设计和纵断面设附加的技术要求可以从平面设计和纵断面设计两个方面来论述。计两个方面来论述。隧道工程隧道工程第一节第一节 隧道平面设计隧道平面设计直线隧道的优点直线隧道的优点 线路顺直，列车可以快速经过，走行的间隔线路顺直，列车可以快速经过，走行的间隔也较短，有利于列车多拉快跑，提高线路的运也较短，有利于列车多拉快跑，提高线路的运营效率。营效率。 在隧道内，线路就更应设计成直线在隧道内，线路就更应设计成直线 。隧道工程隧道工程隧道工程隧道工程隧道工

3、程隧道工程 曲线隧道的缺陷曲线隧道的缺陷 缺陷缺陷1：曲线上的隧道，由于列车倾斜和平移，隧道建筑限界需求：曲线上的隧道，由于列车倾斜和平移，隧道建筑限界需求加宽，坑道的尺寸相应加大，不但增大了开挖土石数量，而且添加宽，坑道的尺寸相应加大，不但增大了开挖土石数量，而且添加了衬砌的圬工量；加了衬砌的圬工量；缺陷缺陷2：在不同曲率曲线上的隧道建筑限界加宽不同，隧道的断面：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，因此施工时，支护和衬砌的尺寸均不一致，技术上较是变化的，因此施工时，支护和衬砌的尺寸均不一致，技术上较为复杂；为复杂；缺陷缺陷3： 列车运转在曲线隧洞内，空气阻力比直线隧道

4、大，机车牵列车运转在曲线隧洞内，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，甚至能够呵斥溜车事故；引力的损失大，降低了运营效率，甚至能够呵斥溜车事故；缺陷缺陷4： 列车在曲线上行驶，产生了离心力，再加上洞内空气潮湿，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，从而使洞内的养护任务量增大；使得钢轨磨损加速，从而使洞内的养护任务量增大；隧道工程隧道工程缺陷缺陷5 5：曲线隧道洞身弯曲，洞壁对气流的阻力加大，：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；使通风条件变坏，有害气体不易排出； 缺陷缺陷6 6：运营中为了保证隧道建筑限界

5、的要求和正常的：运营中为了保证隧道建筑限界的要求和正常的行车条件，需求经常检查线路平面和程度，曲线隧道也行车条件，需求经常检查线路平面和程度，曲线隧道也较直线隧道添加了维护作业量和难度；较直线隧道添加了维护作业量和难度； 缺陷缺陷7 7：由于曲线关系，洞内进展施工丈量时，操作变：由于曲线关系，洞内进展施工丈量时，操作变得复杂，精度也有所降低。得复杂，精度也有所降低。隧道工程隧道工程l由此可见，从节省工程投资、减少施工难度、简由此可见，从节省工程投资、减少施工难度、简化洞内施工维修作业并缩短作业时间、争取较好化洞内施工维修作业并缩短作业时间、争取较好的通风条件、改善维涵养护人员和乘务员的任务的通

6、风条件、改善维涵养护人员和乘务员的任务环境及看视条件以及提高行车速度等方面来看，环境及看视条件以及提高行车速度等方面来看，直线隧道都优于曲线隧道，因此隧道内的线路应直线隧道都优于曲线隧道，因此隧道内的线路应该设计为直线，这在普通情况下是容易做到的。该设计为直线，这在普通情况下是容易做到的。但是，由于遭到某些地形的限制或是地质的缘由，但是，由于遭到某些地形的限制或是地质的缘由，有时也不得不采用曲线。有时也不得不采用曲线。l 例如，当线路绕行于山嘴时，为了防止直穿隧道例如，当线路绕行于山嘴时，为了防止直穿隧道太长，或是为了便于开辟辅助性的施工横洞，有太长，或是为了便于开辟辅助性的施工横洞，有时也会

7、有认识地设置与地形等高线相接近的曲线时也会有认识地设置与地形等高线相接近的曲线隧道。隧道。隧道工程隧道工程l对于越岭线上的隧道，线路经常是沿着垭口的对于越岭线上的隧道，线路经常是沿着垭口的一侧山谷转入山体后，又沿顺垭口的另一侧山一侧山谷转入山体后，又沿顺垭口的另一侧山谷转出。可以使隧道较长的中段放在直线上，谷转出。可以使隧道较长的中段放在直线上，但由于地形缘由，隧道两端为了转向都要落在但由于地形缘由，隧道两端为了转向都要落在曲线上，这种情况是常见的。此时，假设垭口曲线上，这种情况是常见的。此时，假设垭口两侧沟谷地势开阔，那么可将曲线放在洞口以两侧沟谷地势开阔，那么可将曲线放在洞口以外。假设地势

8、条件必需把曲线引进隧道，那么，外。假设地势条件必需把曲线引进隧道，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，以补救曲线所构成的缺陷，待全的照准导坑，以补救曲线所构成的缺陷，待全隧道的导坑开通后，再把两端按原设计的曲线隧道的导坑开通后，再把两端按原设计的曲线调整过来，如下图。调整过来，如下图。 隧道工程隧道工程隧道设置曲线例如隧道设置曲线例如隧道工程隧道工程 隧道内的线路宜设置为直线，当因地形、地质等条件限制必需设计为曲线时，宜采用较大的曲线半径，慎用最小曲线半径，并宜将曲线设在洞口附近。隧道内不宜设置反向曲线。隧道工程隧道工程- 隧道设置

9、曲线时应留意的问题隧道设置曲线时应留意的问题 应尽能够采用较短的曲线或半径较大的曲线，且将曲线设置在应尽能够采用较短的曲线或半径较大的曲线，且将曲线设置在 隧隧道洞口附近为宜，使曲线的影响小一些。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，最好不使洞口恰落在缓和曲线上。在曲线两端应设缓和曲线时，最好不使洞口恰落在缓和曲线上。 隧道内假设设圆曲线，其长度不应短于一节车厢的长度隧道内假设设圆曲线，其长度不应短于一节车厢的长度26m。 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线(S)或复合曲线。假设列车同时

10、跨在两个曲线上，行驶很不稳当。或复合曲线。假设列车同时跨在两个曲线上，行驶很不稳当。 当必需设置两条曲线时，两曲线间应有足够长的夹直线，普通是当必需设置两条曲线时，两曲线间应有足够长的夹直线，普通是要求在三倍车辆长度以上。要求在三倍车辆长度以上。隧道工程隧道工程第二节第二节 隧道纵断面设计隧道纵断面设计l坡道方式l坡度大小 l坡段长度l坡段结合 隧道工程隧道工程坡道方式坡道方式 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。普通可采用简单的单坡型或人字坡型 。坡道方式坡道方式隧道工程隧道工程l 单坡多用于线路的紧坡地段或是展线的地域，单坡多用于线

11、路的紧坡地段或是展线的地域，由于单坡可以争取高程，拔起或降落一定的高度。由于单坡可以争取高程，拔起或降落一定的高度。l 此外，单坡隧道两洞口的高程差较大，由此此外，单坡隧道两洞口的高程差较大，由此而产生的气压差和热位差也大，能促进洞内的自而产生的气压差和热位差也大，能促进洞内的自然通风。单坡道的优点还有施工及丈量上都比较然通风。单坡道的优点还有施工及丈量上都比较方便。它的缺陷是在施工阶段，下坡进洞的一端，方便。它的缺陷是在施工阶段，下坡进洞的一端，出于上部的水自然地流向下部开挖任务面，使开出于上部的水自然地流向下部开挖任务面，使开挖任务遭到干扰，不但需求随时抽水外排，而且挖任务遭到干扰，不但需

12、求随时抽水外排，而且影响到电爆破的绝缘质量；此外，运碴时，空车影响到电爆破的绝缘质量；此外，运碴时，空车下坡重车上坡，运输效率低。下坡重车上坡，运输效率低。l单坡特点单坡特点隧道工程隧道工程l人字型坡道多用于长隧道，尤其是越岭隧道。人字型坡道多用于长隧道，尤其是越岭隧道。地下水发育的长隧道宜采用人字坡。地下水发育的长隧道宜采用人字坡。l由于越岭无需争取高程，而垭口两端都是沟由于越岭无需争取高程，而垭口两端都是沟谷地带，同是向下的人字型披道，正好符合谷地带，同是向下的人字型披道，正好符合地形条件。人字坡的优点是施工时，水自然地形条件。人字坡的优点是施工时，水自然流向洞外，排水措施相应地简化；而且

13、重车流向洞外，排水措施相应地简化；而且重车下坡，空车上坡，运输效率高。它的缺陷是下坡，空车上坡，运输效率高。它的缺陷是列车经过时排出的有害气体聚集在两坡间的列车经过时排出的有害气体聚集在两坡间的顶峰处，虽然用机械通风，有时也排除不干顶峰处，虽然用机械通风，有时也排除不干净长时积累，浓度渐渐增大，使列车司乘净长时积累，浓度渐渐增大，使列车司乘人员以及洞内维修人员的安康遭到影响。人员以及洞内维修人员的安康遭到影响。l人字坡特点人字坡特点隧道工程隧道工程 对于线路来说，思索到运营效率，应具有良好的行车条件，线路的坡度以平坡为最好。但是，天然地形是起伏不定的，为了能顺应天然地形的外形以减少工程数量，需

14、求随着地形的变化设置与之相顺应的线路坡度。但坡度不能太大，假设坡度超越了线路最大允许的限制坡度，机车的牵引才干达不到，不是列车爬不上去，就是必需减轻列车的牵引分量。所以设计坡度时，留意应不超越限制坡度坡度大小坡度大小限i限i隧道工程隧道工程 假设在平面上有曲线，还需为抑制曲线的阻力，再减去一个曲线的当量坡度。假设在平面上有曲线，还需为抑制曲线的阻力，再减去一个曲线的当量坡度。即即 (2-1) 式中式中 设计中允许采用的最大坡度；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；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。曲线阻力折算的坡度折减量。 坡度折减的缘由坡度折

15、减的缘由 1列车车轮与钢轨踏面间的粘着系数降低；列车车轮与钢轨踏面间的粘着系数降低； 2 洞内空气阻力增大。洞内空气阻力增大。 此为明线坡度要求此为明线坡度要求!iii限允曲明线坡度要求明线坡度要求!曲i允i限i隧道工程隧道工程 规范中规定了隧道内线路坡度折减系数m的阅历数值,如下表。 隧道长度电力牵引内燃牵引40110000.950.90100140000.900.8040000.850.75隧道内线路最大坡度系数隧道内线路最大坡度系数坡度折减区段表示坡度折减区段表示 imii限允曲隧道内线路的最大允许坡度隧道内线路的最大允许坡度 隧道工程隧道工程 隧道坡度不宜小于3，在最冷月平均气温低于

16、-5的地域，地下水发育的地域宜适当加大坡度。 位于长大坡道上长度大于400m的隧道，其坡度不得大于最大坡度按规定折减后的数值；位于长大坡道且曲线地段的隧道，应先进展隧道内线路最大坡度折减，再进展曲线坡度减缓。 隧道工程隧道工程坡段长度坡段长度隧道内的线路坡段也不宜太短，由于坡段太短就意味着变坡点多而密集，列车行驶就不平稳，司机支配要随时调整。当列车经过变坡点时，受力情况也跟着变化，车辆间会发生相互的冲撞，产生附加力和附加加速度。假设坡度太短，一列车在行驶中，同时跨越两个变坡点，车体、车钩都在同时遭到不利的影响，有时会因此发惹事故。另外，假设隧道内坡度变化甚多，也将给施工和运营养护维涵养护添加困

17、难。 隧道工程隧道工程l从行车平稳的要求和照顾施工和养护的方便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出发，隧道内坡段长度最好不小于列车的长度度l 思索到长久的开展，坡段长度最好不小于思索到长久的开展，坡段长度最好不小于远期到发线的长度远期到发线的长度 l 凸形纵断面分坡平段，当隧道位于两端货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经过时，允许分坡平物列车以接近计算速度经过时，允许分坡平道长度缩短至道长度缩短至200m。坡段长最小为。坡段长最小为200m。 隧道工程隧道工程l隧道内线路的坡型单一，但不宜把坡段定得太长，尤隧道内线路的坡型单一，

18、但不宜把坡段定得太长，尤其是单坡隧道，坡度已用到了最大限制，假设是一气其是单坡隧道，坡度已用到了最大限制，假设是一气上大坡，列车就必需用尽机车的全部潜在才干，继续上大坡，列车就必需用尽机车的全部潜在才干，继续奋进。这样，会使机车疲劳或超负荷。虽然坡度未超奋进。这样，会使机车疲劳或超负荷。虽然坡度未超限制，但坡段长了，也会越爬越慢，以致有停车的能限制，但坡段长了，也会越爬越慢，以致有停车的能够或出现车轮打滑的情况，容易发惹事故。在下坡时，够或出现车轮打滑的情况，容易发惹事故。在下坡时，由于坡段太长，制动时间过久，机车闸瓦摩擦发热，由于坡段太长，制动时间过久，机车闸瓦摩擦发热，将使燃油失效，以致刹

19、不住车，发生溜车事故。所以将使燃油失效，以致刹不住车，发生溜车事故。所以在限坡地段，坡段不宜太长。假设隧道很长，坡度又在限坡地段，坡段不宜太长。假设隧道很长，坡度又不想变动，为了不使机车爬长坡，可以设缓坡段，使不想变动，为了不使机车爬长坡，可以设缓坡段，使机车有一个喘息或缓和的时间。机车有一个喘息或缓和的时间。l 此外，顺坡设排水沟时，假设坡段太长，水沟就难此外，顺坡设排水沟时，假设坡段太长，水沟就难于布置，不是流量太大，就是沟槽太深。有时为此需于布置，不是流量太大，就是沟槽太深。有时为此需求设置许多抽水、扬水设备，分级分段排水。这就给求设置许多抽水、扬水设备，分级分段排水。这就给今后的运营和

20、维修添加了任务量。所以，隧道内线路今后的运营和维修添加了任务量。所以，隧道内线路的坡段不宜太长。的坡段不宜太长。隧道工程隧道工程坡段联接坡段联接 为了行车平顺，两个相邻坡段坡度的代数差值为了行车平顺，两个相邻坡段坡度的代数差值不宜太大。由于，坡差太大会引起车辆之间仰俯不不宜太大。由于，坡差太大会引起车辆之间仰俯不一，车钩遭到扭力，容易发生断钩。一，车钩遭到扭力，容易发生断钩。 两个相邻坡段坡度的代数差值两个相邻坡段坡度的代数差值 不宜太大不宜太大 两坡段间的代数差值两坡段间的代数差值 不应大于重车方向的不应大于重车方向的 坡值坡值 。i允ii隧道工程隧道工程l旅客列车设计行车速度小于旅客列车设

21、计行车速度小于 160km/h 160km/h 的铁路，相临坡的铁路，相临坡度差大于度差大于33时，应以圆形竖曲线衔接，竖曲线的半径时，应以圆形竖曲线衔接，竖曲线的半径应采用应采用10 000m10 000m。l旅客列车设计行车速度为旅客列车设计行车速度为160km/h 160km/h 的铁路段，应以圆曲的铁路段，应以圆曲线型竖曲线衔接，竖曲线的半径应采用线型竖曲线衔接，竖曲线的半径应采用15 000m15 000m，竖曲，竖曲线不应与平面圆曲线重叠设置，困难条件下，竖曲线可线不应与平面圆曲线重叠设置，困难条件下，竖曲线可与半径不小于与半径不小于2 500m2 500m的圆曲线重叠设置；特殊困

22、难条件的圆曲线重叠设置；特殊困难条件下，经技术经济比选，竖曲线可与半径不小于下，经技术经济比选，竖曲线可与半径不小于1 600m1 600m的的圆曲线重叠设置。圆曲线重叠设置。隧道工程隧道工程l 位于车站上的隧道，应采取必要的工程措施确保排水畅通。l 当隧道洞口位于滨河能够被洪水淹没地带、水库回水影响范围或受山洪要挟地段，其路肩高程应高出设计水位加波浪侵袭高度和壅水高度至少0.5m。l、级铁路设计水位的洪水频率规范为1/100；当观测洪水(包括调查可靠的有重现能够的历史洪水)高于上述设计洪水频率规范时，那么应按观测洪水设计；当观测洪水的频率超越1/300时，、级铁路应按1/300洪水频率设计。

23、隧道工程隧道工程公路隧道的平面线形和纵断面线形公路隧道的平面线形和纵断面线形平面线形平面线形 隧道的平面线形原那么上采用直线，防隧道的平面线形原那么上采用直线，防止设置曲线。止设置曲线。 在某些情况下必需设置曲线时，其曲线在某些情况下必需设置曲线时，其曲线半径不宜小于不设超高的平面曲线半径，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。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在隧道洞口不应采用小半径曲线的引线与隧道衔接。隧道衔接。隧道工程隧道工程l这里有两个问题该当引起留意：一是小半径曲线，二是超高。假设设置小半径曲线，会产生视距问题，为确保视距，势必要加宽隧道断面。设

24、置超高时，车辆倾斜，也会导致隧道断面的加宽。隧道断面加宽，一方面要添加工程费用，另一方面使施工变得困难。加宽后的断面宽度不一致，以及不同断面之间的相互过渡都给隧道施工带来困难。由于隧道内普通是制止超车的，只能采用停车视距，设计时根据停车视距可以换算出设置曲线时的不加宽最小平曲线半径。隧道工程隧道工程l纵断面线形纵断面线形 道路隧道的纵坡以不妨碍排水的缓坡为宜。在道路隧道的纵坡以不妨碍排水的缓坡为宜。在变坡点处应设置足够的竖曲线，坚持线路的良好衔变坡点处应设置足够的竖曲线，坚持线路的良好衔接。隧道纵坡设置不宜过大，否那么无论是在汽车接。隧道纵坡设置不宜过大，否那么无论是在汽车行使上还在隧道施工及

25、养护上都不利。道路隧道控行使上还在隧道施工及养护上都不利。道路隧道控制纵坡的主要要素是隧道通风问题，汽车排出的废制纵坡的主要要素是隧道通风问题，汽车排出的废气及有害物质随着纵坡的增大而急剧增多。气及有害物质随着纵坡的增大而急剧增多。 普通将隧道纵坡坚持在普通将隧道纵坡坚持在2%2%以下比较好以下比较好 ，纵坡大于纵坡大于 3%3%是不可取的。是不可取的。 隧道工程隧道工程l从隧道施工排水和开工后的排水需求上思索，从隧道施工排水和开工后的排水需求上思索，隧道内不宜设置平坡隧道内不宜设置平坡 ，在施工时需求设置不小，在施工时需求设置不小于于0.3%的纵坡的纵坡 。l开工后的排水，包括涌水、漏水、清洗隧道用开工后的排水，包括涌水、漏水、清洗隧道用水、消防用水等，假设能满足施工排水的需求，水、消防用水