隧道工程课件：隧道选线设计

隧道选线设计本章内容提要本章教学目标：熟悉隧道位置选择的原则；熟悉隧道洞口位置选择遵循的原则和依据，了解隧道洞口平面及纵断面设计方法；熟悉隧道平纵断面线形设计的特点与要求。隧道位置的选择1隧道平、纵断面线形设计隧道洞口位置的选择本章内容提要本章小结234隧道位置的选择1隧道位置的选择一讨论：如下图所示的上、中、下三条选线方案，哪种最优？为什么？选线过程中，是由隧道位置控制线路走向？还是线路决定隧道位置？隧道位置的选择一1.1隧道位置选择的概述隧道位置的选择与区域工程地质条件、水文地质条件、地形地貌条件、工程难易程度、投资的数额、工期要求，以及现有的施工技术水平与今后的运营条件等因素密切相关，也与线路互为相关。隧道位置的选择一隧道选址的基本原则：必须与总体设计相协调适应；隧道位置应选择在稳定的地层中；越岭隧道应进行较大范围的方案选择，选择在地质条件较好的地段穿越；沿河傍山隧道，其位置宜向山侧内移，避免一侧洞壁过薄产生偏压；隧道洞口位置，一般采用“早进洞，晚出洞”原则。隧道位置的选择一示例：穿越中国大凉山西部支脉小相岭的单线铁路隧道。成昆铁路全线最高点

车站之间，1966年完工有“空中铁道”和“成昆咽喉”之称的沙木拉达隧道ABCD隧道位置的选择一1.2越岭线上隧道平面位置的选择综合考虑施工、运营等多因素比较确定最优隧道标高隧道高程垭口选择线路走向（直线或大半径曲线为好）、线形（展线条件）、地质条件隧道位置的选择一1.3河谷线上隧道平面位置的选择

为避免隧道外侧岩体过薄、河流冲刷、不良地质和洞身覆盖厚度等问题对其稳定的影响，河谷线路宜向山侧内移。（1）宁里勿外隧道位置的选择一（2）裁弯取直隧道位置的选择一1.4地质构造的影响单斜构造：尽可能避开软弱结构面，隧道不能与软弱结构面平行，应正交或成一定角度。隧道穿越水平（缓倾）层状岩层隧道穿越陡倾角岩层隧道穿越直立岩层无论是越岭线路或沿河傍山线路，都力求选择在地质构造简单，岩性较好的稳固地层中通过隧道位置的选择一褶皱构造：置于翼部较为有利，但需考虑偏侧压力；隧道不能置于向斜内，特别是向斜的轴部，同时尽量避免把隧道置于背斜的轴部。

在褶曲构造的地区，在施工时，极易发生掉块或坍方，对工程产生不利影响。此外，地下水积聚凹底，也将增加施工的困难。隧道穿过褶曲构造时，选在背斜中要比在向斜中有利。如果恰在褶曲的两翼，将受到偏侧压力.隧道穿越褶皱地层隧道位置的选择一断层构造：切忌沿着断层带或破碎带修建隧道，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，并使通过断层的地段最短。隧道正交穿越断层构造

断裂构造及不同岩层的接触带，其裂隙发育,地下水量也较大，开挖隧道易坍塌，给施工带来困难。隧道位置的选择一1.4不良地质和特殊岩土的影响不良地质系指滑坡、错落、崩塌、岩堆、危岩、落石、岩溶、陷穴、泥石流、流砂、断层、涌水及第四纪堆积层等不良地段。如线路难以绕避或绕避而有损于线路的总体性时，在技术经济合理的条件下，亦可因地制宜地采取相应工程措施通过。①滑坡隧道通过时，将会受到土体推力，会把结构物挤压破坏，或是剪切断开。隧道应置于滑床的以下一定厚度的稳固地层中。隧道位置的选择一②岩堆、崩塌、错落、堆积层以及危岩落石原则上应避免从不稳定的岩堆、崩期、错落、堆积层地区中通过，隧道通过易形成塌方，应将洞身置身于稳定的地层。隧道位置的选择一③泥石流判明泥石流的成因、规模、发展趋势，以决定隧道方案的可行性。应将隧道置于牢固稳定的地基之上（切割深度以下），洞口置于冲击扇范围外。隧道位置的选择一④岩溶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。应尽可能避开岩溶地区。如无法避开时，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。隧道位置的选择一⑤其他不良地质条件-瓦斯-流砂-地下水-高地温⑥特殊地质条件-膨胀岩（土）-含盐地层-煤系地层-黄土地区-多年冻土-地震区-水库地区隧道洞口位置的选择2隧道洞口位置的选择二2.1隧道洞口位置的选择概述

洞口部分在地质上通常是不稳定的。一般应设在山体稳定，地质条件好，排水有利的地方。隧道宜长不宜短，应“早进洞，晚出洞”，尽量避免大挖大刷，破坏山体稳定。“早进洞、晚出洞”，即适当延长洞口和隧道的长度,

尽量避免对山体的大挖大刷，提倡零开挖洞口.

让隧道洞口周围的植被得到妥善保护,

维护原有的生态地貌。隧道洞口位置的选择二（1）洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处一般情况垭口沟谷在地质构造上是最薄弱的环节。此外，地表流水都汇集在沟底，再加上洞口路堑开挖，破坏山体原有的平衡，更容易引起坍方。所以，洞口最好选在沟谷一侧（图中的B线），不要与水争路。

2.2隧道洞口位置的选择原则隧道洞口位置的选择二（2）

当隧道线路通过岩壁陡立、基岩裸露处尽量不刷动或少刷动原生地表，以保持山体的天然平衡。此时，洞口位置应根据具体情况，采取贴壁进洞或设置一段明洞（当山坡上有落石、掉块而难以清除时）。隧道洞口位置的选择二（3）

洞口线路宜与等高线正交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；当限于地形只能斜交进洞时，一般情况下都会采用斜交洞门、台阶式正交洞门或修建一段明洞。正交洞门斜交洞门隧道洞口位置的选择二（4）洞口应避开不良地质地段，如断层、滑坡、岩堆、岩溶、泥石流、冰川等，以及避开地表水汇集处。（5）减少洞口路堑段长度，延长隧道提前进洞。（7）为了确保洞口的稳定和安全，边坡及仰坡均不宜开挖过高。（6）当线路位于有可能被水淹没的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高度，以防洪水灌入隧道。隧道平、纵断面线形设计3隧道平、纵断面线形设计三平面线形纵断面线形隧道平面线形是指隧道中心线在水平面上的投影隧道纵断面线形是指隧道中心线展直后在垂直面上的投影隧道平、纵断面线形设计三3.1隧道平面线形设计平面线形由直线、圆曲线、缓和曲线3种线形构成,通常称为“平面线形三要素”。隧道平面设计的任务：决定隧道的平面位置，选定洞口位置避免小半径曲线和洞内反向曲线。隧道平、纵断面线形设计三（1）铁路隧道平面线形设计隧道内的线路最好采用直线，应尽可能采用较短的曲线，或是半径较大的曲线隧道平、纵断面线形设计三（2）公路隧道平面线形设计原则上采用直线，避免曲线（尤其是超长、特长隧道），若必须设置时，宜大于不设超高的平曲线半径；隧道平面线形应考虑行驶安全，应满足停车视距与会车视距的要求。式中R——平曲线半径；

L——停车视距或会车视距；T——侧向余宽；A——路缘带宽度；M——车道中心线到路缘带

边缘线的距离隧道平、纵断面线形设计三3.2隧道纵断面线形设计隧道内线路纵断面设计就是要选定隧道内线路的坡道形式、坡度大小、坡段长度和坡段间的衔接等。隧道平、纵断面线形设计三（1）铁路隧道纵断面线形设计①坡道形式(a)单面坡(b)人字坡单面坡多用于线路的紧坡地段或是展线的地区。优点：①可以争取高程，能拔起或降落一定的高度。②两洞口气压差和热位差能促进洞内的自然通风。缺点：①施工时，上端水流向开挖面，需抽水外排。②运碴时，上端空车下坡重车上坡，运输效率低。隧道平、纵断面线形设计三隧道平、纵断面线形设计三人字型坡道多用于长隧道，尤其是越岭隧道。优点：①施工时水自然流向洞外，排水措施相应地简化，②重车下坡，空车上坡，运输效率高。缺点：运营中有害气体聚集在坡间的顶峰处，不易排出。隧道平、纵断面线形设计三②坡度大小式中

i允——设计中允许采用的最大坡度（‰）；i限——按照线路等级规定的限制最大坡度（‰）；i曲——（平面）曲线阻力折算的坡度当量（‰）。线路坡度折减：隧道平、纵断面线形设计三洞内坡度折减：其中，m为隧道内线路的坡度折减系数，经验数值如下表所示。隧道长度L（m）电力牵引内燃牵引400<L≤10000.950.901000<L≤40000.900.80＞40000.850.75注：最大坡度折减系数不分单、双机牵引，也不分单、双线隧道。洞内坡度折减原因：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。隧道内线路不得设置平坡（排水需要），最小的允许坡度应不小于3‰隧道平、纵断面线形设计三洞口坡度折减：上坡进洞前半个远期列车长度范围内，也要按洞内一样予以折减。出洞时列车已经到达明线，不需要折减。隧道平、纵断面线形设计三③坡段长度限坡地段：坡段不宜太长，防止出现上坡车轮打滑和下坡刹车溜车。坡段也不宜太短：会造成变坡点多而密集，列车行驶不平稳、车体和车钩出现附加应力隧道平、纵断面线形设计三④坡段连接客货共线铁路和重载铁路：两坡段间的代数差值△i不应大于重车方向的限坡值i允。高速铁路线路：当相邻坡段的坡度差大于或等于1‰时，应采用圆曲线形竖曲线连接。隧道平、纵断面线形设计三（2）公路隧道纵断面线形设计①坡道型式单面坡人字坡：变坡点平缓过渡②控制隧道纵坡大

小的主要因素通风防灾要求：不大于2.5%（3%、4%、5%）排水要求：不小于0.3%（0.5%）隧道平、纵断面线形设计三3.3隧道最小净距设计

两相邻铁路隧道的最小净距，应综合考虑围岩级别、隧道断面尺寸及施工方法等因素确定。一般情况下，可采用下表的中值；困难情况下，通过采取控制爆破、加强支护等措施可以采用下表的下限值。围岩级别III～IIIIVVVI净距（0.5～1.0）B（1.0～1.5）B（1.5～2.0）B（2.0～4.0）B>4.0B注：B为隧开挖跨度（m）。（1）铁路隧道隧道平、纵断面线形设计三（2）公路隧道

高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分向行驶的双洞隧道。高等级公路隧道一般有四种布置方式：标准间距的分离式隧道、小净距隧道、连拱隧道和分岔式隧道。分离式隧道小净距隧道连拱隧道分岔式隧道隧道平、纵断面线形设计三①分离式隧道

标准间距的分离式隧道两洞室净距较大，在设计施工过程中基本可以不考虑两洞室之间的相互影响。在同等地质条件下标准间距的分离式隧道造价最低，施工速度较快且较安全，一般用于长大隧道，要求进出口地形条件较开阔。隧道平、纵断面线形设计三②小净距隧道

小净距隧道是指两洞室净距较小，在设计和施工过程中需采取特殊措施的一种分离式隧道。在地形条件较狭窄的情况下，不能按常规的分离式隧道间距布设，或因隧道的分离式设置而导致隧道两端的桥、路分岔拉宽，增大桥梁施工难度时，可以考虑设置小净距隧道。③连拱隧道

连拱隧道是指两洞室无中间岩柱，两洞结构共用中壁墙的一种整体式隧道。连拱隧道两端接线可采用整体式路基，具有节约土地、接线顺畅、减少工程量等优点。隧道平、纵断面线形设计三隧道平、纵断面线形设计三④分岔式隧道

在地形条件特别复杂的地段，隧道洞口段无法采用分离式双洞而洞身段又必须采用分离双线时，可采用分岔式隧道。分岔式隧道是在两洞室外设置大拱衬砌段以适应两洞室净距的不断变化。本章小结5本章小结五1隧道位置的选择隧道选址的基本原则：与总体设计协调适应在地质条件好的地方越岭稳定地层沿河傍山向山侧内移选择隧道位置时，应注意洞口位置和有关工程的处理，一般采用“早进洞，晚出洞”原则。本章小结五2隧道洞口位置的选择-隧道洞口位置选择的原则：垭口沟谷等高线正交岩壁陡立、基岩裸露傍山隧道

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