隧道平纵断面设计课件三

第二章隧道平纵断面设计

铁路隧道平面设计：隧道曲线设计1.附加技术要求坡道形式铁路隧道纵断面设计坡度大小坡段长度坡段联结平面线形2.公路隧道的平面和纵断面线形纵断面线形引线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术指标。由于隧道的施工、运营养护及改建等工作条件均比明线差，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指标以外，还要附加上为适应隧道内工作条件的一些技术要求。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阐述。第一节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

缺点1：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；缺点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；缺点3：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；缺点4：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；缺点5：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；

缺点6：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；

缺点7：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。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、争取较好的通风条件、改善维修养护人员和乘务员的工作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该设计为直线，这在一般情况下是容易做到的。但是，由于受到某些地形的限制或是地质的原因，有时也不得不采用曲线。

例如，当线路绕行于山嘴时，为了避免直穿隧道太长，或是为了便于开辟辅助性的施工横洞，有时也会有意识地设置与地形等高线相接近的曲线隧道。对于越岭线上的隧道，线路常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谷转出。可以使隧道较长的中段放在直线上，但由于地形原因，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，如果垭口两侧沟谷地势开阔，则可将曲线放在洞口以外。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，如图所示。隧道设置曲线示例

隧道内的线路宜设置为直线，当因地形、地质等条件限制必须设计为曲线时，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。-隧道设置曲线时应注意的问题应尽可能采用较短的曲线或半径较大的曲线，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，最好不使洞口恰落在缓和曲线上。隧道内若设圆曲线，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线(S)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。第二节隧道纵断面设计坡道形式坡度大小坡段长度坡段联结坡道形式

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人字坡型。坡道形式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。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，能促进洞内的自然通风。单坡道的优点还有施工及测量上都比较方便。它的缺点是在施工阶段，下坡进洞的一端，出于上部的水自然地流向下部开挖工作面，使开挖工作受到干扰，不但需要随时抽水外排，而且影响到电爆破的绝缘质量；此外，运碴时，空车下坡重车上坡，运输效率低。单坡特点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。因为越岭无需争取高程，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；而且重车下坡，空车上坡，运输效率高。它的缺点是列车通过时排出的有害气体聚集在两坡间的顶峰处，尽管用机械通风，有时也排除不干净．长时积累，浓度渐渐增大，使列车司乘人员以及洞内维修人员的健康受到影响。人字坡特点对于线路来说，考虑到运营效率，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，为了能适应天然地形的形状以减少工程数量，需要随着地形的变化设置与之相适应的线路坡度。但坡度不能太大，若坡度超过了线路最大允许的限制坡度，机车的牵引能力达不到，不是列车爬不上去，就是必须减轻列车的牵引重量。所以设计坡度时，注意应不超过限制坡度坡度大小

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

（1）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。

此为明线坡度要求!!!明线坡度要求!!!—规范中规定了隧道内线路坡度折减系数m的经验数值,如下表。

隧道长度电力牵引内燃牵引401～10000.950.901001～40000.900.80>40000.850.75隧道内线路最大坡度系数坡度折减区段示意

隧道内线路的最大允许坡度

隧道坡度不宜小于3‰，在最冷月平均气温低于-5℃的地区，地下水发育的地区宜适当加大坡度。

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，应先进行隧道内线路最大坡度折减，再进行曲线坡度减缓。

坡段长度隧道内的矩线路坡段店也不宜太拘短，因为鹊坡段太短脏就意味着策变坡点多蚁而密集，计列车行驶垮就不平稳渗，司机操叔纵要随时地调整。当劲列车经过治变坡点时弊，受力情锯况也跟着钳变化，车银辆间会发劫生相互的久冲撞，产股生附加力趁和附加加踏速度。如萄果坡度太皆短，一列若车在行驶增中，同时家跨越两个塑变坡点，拴车体、车参钩都在同喇时受到不杠利的影响他，有时会晌因此发生趁事故。另速外，如果岛隧道内坡吹度变化甚振多，也将守给施工和毅运营养护浪维修养护肢增加困难架。从行车平答稳的要求准和照顾施军工和养护弯的方便出挖发，隧道娱内坡段长红度最好不牺小于列车概的长度考虑到长特远的发展茧，坡段长逃度最好不百小于远期烫到发线的语长度凸形纵借断面分株坡平段异，当隧同道位于景两端货长物列车亡以接近镰计算速即度通过盖时，允干许分坡竿平道长声度缩短烈至20件0m。咐坡段长咏最小为丝式200限m。隧道内线剧路的坡型讯单一，但让不宜把坡汇段定得太繁长，尤其险是单坡隧圆道，坡度警已用到了惯最大限度丽，如果是伶一气上大浓坡，列车救就必须用垒尽机车的非全部潜在高能力，持孤续奋进。底这样，会牵使机车疲逝劳或超负也荷。虽然鸭坡度未超穷限制，但氏坡段长了侧，也会越伸爬越慢，磁以至有停农车的可能物或出现车温轮打滑的呼情况，容士易发生事搬故。在下彻坡时，由锈于坡段太娇长，制动呜时间过久揭，机车闸昆瓦摩擦发懒热，将使青燃油失效批，以致刹旱不住车，脑发生溜车风事故。所巷以在限坡价地段，坡趣段不宜太矮长。如果男隧道很长唉，坡度又原不想变动点，为了不齐使机车爬堡长坡，可厉以设缓坡筋段，使机引车有一个猜喘息或缓够和的时间狼。此外，水顺坡设群排水沟进时，如乔果坡段季太长，欺水沟就孝难于布但置，不序是流量折太大，诱就是沟婚槽太深驼。有时扎为此需株要设置而许多抽豆水、扬蹲水设施菌，分级掌分段排号水。这准就给今粉后的运正营和维替修增加断了工作关量。所中以，隧冤道内线松路的坡达段不宜搏太长。坡段联接为了行统车平顺牺，两个踩相邻坡移段坡度怜的代数覆差值不家宜太大状。因为繁，坡差患太大会伯引起车饿辆之间怀仰俯不匙一，车浸钩受到砖扭力，稍容易发罚生断钩片。两个相邻炕坡段坡度哗的代数差条值娃不宜太姐大两坡段间点的代数差速值永不应大于枯重车方向扣的坡值概。旅客列茎车设计避行车速疼度小于途16梅0km挎/h陷的铁路跟，相临旱坡度差悬大于3遭‰时，钳应以圆上形竖曲车线连接今，竖曲愈线的半浇径应采海用10记00蛇0m。旅客列车芦设计行车潮速度为1疼60km胀/h的卸铁路段，救应以圆曲山线型竖曲质线连接，笨竖曲线的洗半径应采件用15祸000m迅，竖曲线宫不应与平俯面圆曲线虑重叠设置骗，困难条题件下，竖龟曲线可与阶半径不小米于25枪00m的么圆曲线重首叠设置；扰特殊困难舅条件下，霉经技术经横济比选，轮竖曲线可邀与半径不样小于1氧600m短的圆曲线新重叠设置训。位于车据站上的锣隧道，贝应采取醉必要的存工程措段施确保攻排水畅菠通。当隧道陡洞口位讨于滨河刺可能被吨洪水淹勤没地带刺、水库搬回水影嘉响范围毙或受山税洪威胁幅地段，均其路肩冻高程应堤高出设诸计水位劳加波浪漂侵袭高峰度和壅呆水高度盲至少0螺.5m早。Ⅰ、Ⅱ级瓣铁路设计蜜水位的洪泪水频率标村准为1/注100；插当观测洪拾水(包括汗调查可靠慈的有重现席可能的历击史洪水)壁高于上述亿设计洪水剂频率标准怨时，则应箱按观测洪彻水设计；山当观测洪腰水的频率梢超过1/权300时竹，Ⅰ、Ⅱ蓬级铁路应拘按1/3怎00洪水泪频率设计谈。公路隧道好的平面线遥形和纵断卫面线形平面线形隧道的平抹面线形原妹则上采用鹅直线，避壮免设置曲貌线。在某些情比况下必须崇设置曲线亮时，其曲递线半径不尼宜小于不慌设超高的射平面曲线观半径，并顺应符合视谁距要求。在隧道洞黑口不应采痰用小半径虹曲线的引国线与隧道置衔接。这里有轮两个问翻题应当苍引起注嫩意：一是小及半径曲登线，二菜是超高。如果堆设置小闪半径曲翻线，会再产生视己距问题愤，为确烛保视距符，势必酬要加宽朵隧道断身面。设咐置超高壶时，车蔬辆倾斜熔，也会锣导致隧策道断面核的加宽央。隧道永断面加祥宽，一脊方面要嗽增加工社程费用央，另一暴方面使伍施工变令得困难柿。加宽刻后的断徒面宽度肃不统一祝，以及茄不同断作面之间挂的相互品过渡都辣给隧道肾施工带头来困难长。由于忽隧道内阳一般是县禁止超婆车的，怎只能采孕用停车舒视距，团设计时峡根据停毅车视距爪可以换裕算出设枪置曲线芬时的不凶加宽最交小平曲桶线半径今。纵断面线寨形道路隧腥道的纵厕坡以不博妨碍排铲水的缓谱坡为宜伟。在变铁坡点处婚应设置逢足够的毒竖曲线布，保持帅线路的暗良好衔絮接。隧梢道纵坡象设置不效宜过大灭，否则猛无论是涂在汽车炒行使上厚还在隧冬道施工碌及养护忍上都不理利。道销路隧道新控制纵饼坡的主胞要因素浑是隧道串通风问尖题，汽附车排出饱的废气萝及有害阳物质随孩着纵坡宽的增大避而急剧零增多。一般将隧社道纵坡保虫持在2%废以下比较恋好，纵乓坡大于励3%是不献可取的。从隧道排施工排秩水和竣腾工后的踩排水需灶要上考痛虑，隧屑道内不输宜设置济平坡套，在施妥工时需度要设置痛不小于刷0.3及%的纵液坡。竣工后稻的排水草，包括厅涌水、精漏水、灵清洗隧饶道用水淹、消防哗用水等鹅，如果寒能满足质施工排誓水的需抹要，那忌么在用驶混凝土委修建的挑排水沟猎中排水由是没有搬问题的招，其最话小坡度仓不宜小健于0.摇2%；毕在高寒菜地区，场为了减剧少冬季演排水沟荒产生冻龟害，适症当加大逢纵坡坡购度，使蛙水的流扮动能增狱大，对僚排水是探有利的严；从两概个洞口资开挖隧料道时，烈采用“保人”字劝坡，施湿工涌水感容易排潜出，