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1、围岩的概念围岩分级的概念、目的岩体的基本工程性质国内外主要围岩分级系统,复习,隧道位置的选择 隧道洞口位置的选择 隧道平、纵断面设计 隧道横断面设计 高速铁路隧道单线双洞和双洞单线方案选择,第三章 隧道线路及断面设计,第三章 隧道线路及断面设计,隧道选址的基本原则：(1)必须与总体设计相协调适应；(2)隧道位置应选择在稳定的地层中；(3)越岭隧道应进行较大范围的方案选择，进行全面的技术、经济比较，选择在地质条件较好的地段穿越；,第一节 隧道位置的选择,第三章 隧道线路及断面设计,一、越岭线上隧道位置的选择,当交通路线需要从一个水系过渡到另一个水系时，必须跨越高程很大的分水岭，这段线路称之为越岭
2、线。,越岭隧道的位置:选择垭口 确定隧道高程,(4)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；(5)选择隧道位置时，应注意洞口位置和有关工程的处理，一般宜采取“早进洞，晚出洞”原则。,第三章 隧道线路及断面设计,1.选择垭口,当线路跨越分水岭时，分水岭的山脊线上总会有高程低处，称之为垭口。,第三章 隧道线路及断面设计,采用直线或大半径曲线为好；优选考虑在路线总方向上或其附近的低垭口，展线好，隧道较短；虽远离线路总方向，但垭口两侧有良好的展线条件；工程地质和水文地质条件良好的垭口。,第三章 隧道线路及断面设计,第三章 隧道线路及断面设计,2.选定高程,在越岭位置选定后，越岭标高
3、影响展线及越岭隧道方案：隧道标高越高，隧道越短，施工期短，两端展线长度增加，运营条件差；隧道标高低，隧道加长，施工期长，运营条件较好；选择越岭隧道标高时，综合考虑施工、运营等多因素比较确定最优隧道标高。,第三章 隧道线路及断面设计,越岭隧道选址尚应考虑以下原则：宁长勿短，早进晚出-避免洞口深挖；宁里勿外，宁深勿浅，避软就硬-避免不良地质；,第三章 隧道线路及断面设计,二、河谷线上隧道位置的选择,为改善线形，提高车速，缩短里程，节省时间，常修建河谷隧道(或傍山隧道)。河谷隧道一般埋藏较浅，容易造成各种病害；山坡亦常有滑坡，松散堆积，泥石流等不良地质现象，地质情况较为复杂。选择河谷线上隧道的位置时
4、应注意：(1)河谷隧道的洞身覆盖厚度问题。为保持山体稳定和避免偏压产生，隧道位置宜往山体内侧靠-宁里勿外,第三章 隧道线路及断面设计,(2)要考虑河岸冲刷对山体和洞身稳定的影响。,第三章 隧道线路及断面设计,(3)应考虑施工和既有便道设置的位置，应注意边坡的可能坍塌对洞身稳定的影响。,第三章 隧道线路及断面设计,第三章 隧道线路及断面设计,三、地质条件对隧道位置的影响,单斜构造的层面大体平行而有同一倾角，当层间的抗剪强度不足时，岩层在外力作用下将会发生层间相对错动。,如果隧道的位置恰在层间软弱面上，岩层滑动将使隧道结构受到很大的剪力，把结构物损坏。,第三章 隧道线路及断面设计,在单斜构造的地质
5、条件下，一定要尽可能避开大型软弱结构面。尽量不要把隧道中线设计成与软弱结构面的走向一致或平行，要正交或有成一定的交角。,第三章 隧道线路及断面设计,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，结构需加强。,第三章 隧道线路及断面设计,(1)滑坡地区 滑坡对隧道的危害很大，隧道通过滑坡地区时，必须查明滑坡类型范围、深度、滑动方向等。一般应避开滑坡体或错动体，或在可能滑动面以下一定深度通过。,第三章 隧道线路及断面设计,(2)崩塌地区 选择隧道位置时，最好不要沿这类山坡通过。不得已时，应当尽可能地把隧道置于山体之中，穿过稳定的岩层。,第三章 隧道线路及断面设
6、计,(3)岩堆地区 堆积层常处在暂时稳定状态。一旦扰动，稳定即会丧失而造成崩坍。在这种地质条件下隧道应避开不稳定、松散的堆积层，使洞身处于基岩中，并具有足够的安全厚度。,第三章 隧道线路及断面设计,第三章 隧道线路及断面设计,(4)泥石流 隧道通过泥石流地段时，应结合地质情况考虑泥石流沟的改道和最大下切深度，确保洞口和洞身的安全。隧道洞顶距基岩面或最大下切面要有一定的覆盖厚度，隧道洞口应避开泥石流沟及泥石流可能扩展的范围。有困难时，可修建一段明洞，使泥石流在明洞顶通过。,第三章 隧道线路及断面设计,第三章 隧道线路及断面设计,(5)溶洞地区 选择隧道位置时，应尽可能避开。如无法避开时，应探明溶
7、洞的规模、性质和与隧道的位置关系，采取相应的设计，施工措施。,(6)瓦斯地区 选择隧道位置时，最好能避开。,(7)地下水 选择隧道位置时，最好不从富水区中经过。,第二节 隧道洞口位置的选择,第三章 隧道线路及断面设计,隧道长度为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,洞口位置选择好坏，将直接影响隧道施工、造价、工期和运营安全。选择时要结合洞口的地形，地质条件、施工、运营条件以及洞口的相关工程（桥涵、通风设施等）综合考虑。,第三章 隧道线路及断面设计,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
8、大刷，破坏山体稳定。,(1)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。,第三章 隧道线路及断面设计,第三章 隧道线路及断面设计,(2)洞口应避开不良地质地段,(3)当隧道线路通过岩壁陡立，基岩裸露处时，最好不刷动或少刷动原生地表,第三章 隧道线路及断面设计,第三章 隧道线路及断面设计,(4)洞口地形平缓时，一般也应早进洞晚出洞。这时洞口位置选择余地较大，应结合洞外路堑、填方、弃渣场地、工期等具体确定。需要时可接长明洞，以确保施工和运营安全。,(5)洞口线路宜与等高线正交,第三章 隧道线路及断面设计,第三章 隧道线路及断面设计,(6)隧道洞口标高应高出洪水位加波浪高度，以防洪水灌入隧
9、道,(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，应根据开挖控制高度及坡度来决定洞口位置。,(8)当洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时，可设置拉槽开沟的桥梁或涵洞，排泄水流,第三章 隧道线路及断面设计,(9)长大隧道在洞门附近应考虑施工场地、弃渣场以及便道等的位置。,总之，隧道洞口位置的选择，应根据地形、地质条件，考虑边坡、仰坡的稳定，结合洞外有关工程及施工难易程度，本着“早进晚出”的指导思想，全面综合地分析确定。,第三节 隧道平、纵断面设计,第三章 隧道线路及断面设计,隧道平面是指隧道中心线在水平面上的投影。,一、隧道平面设计,平面设计的任务：决定隧道的平面位置，选定洞口位置。,第
10、三章 隧道线路及断面设计,隧道轴线,第三章 隧道线路及断面设计,1.铁路隧道,隧道内的线路最好采用直线。应尽可能采用短曲线，或是半径较大的曲线。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，应尽可能将缓和曲线设在洞外一个适当距离以外。圆曲线的长度也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。,第三章 隧道线路及断面设计,2.公路隧道,原则上采用直线，避免曲线，若必须设置时，宜采用不设超高的平曲线半径，并应满足停车视距的要求；隧道平面线形应考虑行驶安全
11、，在洞口不应使用小半径的引线与隧道衔接；隧道内尽量避免设反曲线。,第三章 隧道线路及断面设计,3.曲线隧道的不利因素,行车视距问题；加宽断面问题，造成变截面隧道，施工难度大；曲线隧道内装修复杂；增加通风阻抗，对自然通风不利。,第三章 隧道线路及断面设计,隧道纵断面是指沿隧道中心线展开的垂直面上的投影。,二、隧道纵断面设计,隧道内线路纵断面设计就是要选定隧道内线路的坡道型式、坡度大小、坡段长度和坡段间的衔接等。,第三章 隧道线路及断面设计,(1)坡道型式,1.铁路隧道,第三章 隧道线路及断面设计,单面坡多用于线路的紧坡地段或是展线的地区。优点：可以争取高程，能拔起或降落一定的高度。单面坡隧道两洞
12、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。缺点：在施工阶段，对于下坡开挖，洞内的水自然地流向开挖工作面，使开挖工作受到干扰，需要随时抽水外排。运碴时，空车下坡重车上坡，运输效率低。,第三章 隧道线路及断面设计,人字型坡道多用于长隧道，尤其是越岭隧道。优点：施工时水自然流向洞外，排水措施相应地简化，重车下坡，空车上坡，运输效率高。缺点：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，长时间积累，浓度渐渐增大，使司机以及洞内维修人员的健康受到影响。,第三章 隧道线路及断面设计,(2)坡度大小i允i限i曲式中 i允设计中允许采用的最大坡度（
13、）i限按照线路等级规定的限制最大坡度(）i曲曲线阻力折算的坡度当量（）。,考虑坡度折减有以下原因：,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。,第三章 隧道线路及断面设计,隧道限坡折减方法：,i允m i限i曲,各种牵引种类的隧道内线路最大坡度系数m,隧道内线路不得设置平坡，最小的允许坡度应不小于3。,第三章 隧道线路及断面设计,(3)坡段长度隧道不宜把坡段定得太长；隧道内的线路坡段也不宜太短。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。,(4)坡段联接,两个相邻坡段坡度的代数差值不宜太大；,在设计坡度时，坡间的代数差要有一定的限制。从安全的
14、观点出发，两坡段问的代数差值i不应大于重车方向的限坡值i允。否则，就需要在两个坡段之间插入一段缓和坡段。,第三章 隧道线路及断面设计,(1)坡道型式 人字坡、单面坡,2.公路隧道,(2)控制隧道纵坡大小的主要因素通风问题排水问题,第三章 隧道线路及断面设计,(3)纵坡坡度大小及其影响隧道纵坡坡度范围：0.3%3%；纵坡坡度与通风的关系，要求1%以下，大于2%，排量迅速增加；与排水的关系，纵坡越大 水流越快；纵坡坡度与施工运营的关系，采用大竖曲线半径和竖曲线长度；综合通风和排水考虑，纵坡为不防碍排水的缓坡为宜。,重点、难点内容,1.隧道具体位置选择的影响因素有哪些？2.越岭隧道与河谷隧道有何区别
15、？它们在位置的选择上各采取什么原则？3.地质条件对隧道位置选择有哪些影响？4.隧道洞口位置的选择应遵循哪些原则？确定洞口位置考虑哪些因素？5.隧道长度的定义。,重点、难点内容,6.道路隧道平面设计时应考虑哪些问题？7.隧道的纵断面的坡度类型有哪几种？各有什么优缺点？8.位于长大坡道上长度大于400m的铁路隧道为什么要进行坡度折减？怎样折减？9.铁路隧道线路为什么不宜把坡段定得太长？,隧 道 工 程,内容回顾 我国铁路隧道的分级方法,第三章 隧道线路及断面设计,隧道位置的选择隧道洞口位置的选择,内容回顾,第四节 隧道横断面设计,第三章 隧道线路及断面设计,第四节 隧道横断面设计,隧道净空是指隧道
16、衬砌的内轮廓线所包围空间。,一、铁路隧道,第三章 隧道线路及断面设计,(一)直线隧道净空,第三章 隧道线路及断面设计,它是指机车车辆最外轮廓的限界尺寸。,1.机车车辆限界,根据GB 146.1-83的要求：最大宽度3.4m，最大高度4.8m,第三章 隧道线路及断面设计,2.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。,它是指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线。,3.隧道建筑限界,第三章 隧道线路及断面设计,第三章 隧道线路及断面设计,4.直线隧道净空,第三章 隧道线路及断面设计,1.加宽原因,(二)曲线隧道净空加宽,第三章 隧道线路及断面设计,由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾
17、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，如图所示。,第三章 隧道线路及断面设计,据此，曲线隧道净空的加宽值为内侧加宽 W1=d内1d内2外侧加宽 W2=d外总加宽 W=W1W2 d内1d内2d外,第三章 隧道线路及断面设计,(1)单线曲线隧道加宽值的计算,2.加宽值的计算,车辆中间部分向曲线内侧的偏移d内1,式中 l车辆转向架中心距，取18m；R曲线半径（m）。,(cm),车辆两端向曲线外侧的偏移d外,式中，L为标准车辆长度，我国为26m。,(cm),第三章 隧道线路及断面设计,外轨超高使车体向曲线内侧倾移d内2,(cm),式中 H隧道限界控制点自轨面起的高度（cm）E曲
18、线外轨超高值，其最大值不超过15cm,(cm),其中，v为铁路远期行车速度（km/h）。,在我国铁路隧道标准设计中，近似取d内2 2.7E(cm)。,第三章 隧道线路及断面设计,隧道内侧加宽值为,(cm),隧道外侧加宽值为,(cm),隧道总加宽值为,(cm),(cm),或,第三章 隧道线路及断面设计,曲线隧道中线与线路中线偏移距离,曲线隧道内侧加宽大于外侧加宽，断面加宽后，隧道中线应向曲线内侧偏移一个d值。,单线隧道,(cm),(2)双线曲线隧道加宽值的计算,第三章 隧道线路及断面设计,第三章 隧道线路及断面设计,当外侧线路外轨超高大于内侧线路外轨超高时：,式中 H车辆外侧顶角距内轨顶面的高度
19、，取360cm；,(cm),(cm),或,(cm),其它情况时,(cm),第三章 隧道线路及断面设计,双线隧道：a.内侧线路中线至隧道中线的距离,b.外侧线路中线至隧道中线的距离,(cm),(cm),第三章 隧道线路及断面设计,曲线隧道中线与线路中线偏移距离,(三)曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接方法,第三章 隧道线路及断面设计,分别延长22m和13m的理由是：从车辆的前转向架到车辆后端点的范围内应按圆曲线加宽值的一半(W/2)加宽，此段长度为两转向架间距离18m加转向架中心到车辆后端点距离4m共22m。,第三章 隧道线路及断面设计,当车辆的一半进入缓和曲线中点时，其车辆后端偏离中线值应根据前面的
20、转向架所在曲线的半径及超高值决定。此时，前面转向架已接近圆曲线，故车辆后段（按切线支距法原理推算，近似取车长之半26/213m）应按圆曲线加宽值（W）加宽。,第三章 隧道线路及断面设计,某双线电化铁路隧道位于曲线上，内外侧线路圆曲线半径、最高行车速度相等，R=1600m，设计最高行车速度Vmax=180km/h，缓和曲线长Lc=123.2m的曲线上，曲线全长L=540.44m，试计算各段隧道加宽值及内外侧线路距隧道中线的距离。,第三章 隧道线路及断面设计,解：因内外侧线路的曲线半径R和最高行车速度相等，故外轨超高相等。,第三章 隧道线路及断面设计,则E取15cm,第三章 隧道线路及断面设计,第
21、三章 隧道线路及断面设计,主要解决内轮廓线、轴线和厚度三个问题。,三、隧道衬砌断面的初步拟定,1.内轮廓,衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑限界，力求开挖和衬砌的数量最小。衬砌内表面力求平顺，使结构受力合理，考虑衬砌施工的简便。,第三章 隧道线路及断面设计,应当尽量与断面压力线重合，使各截面主要承受压应力。,2.结构轴线,(1)当衬砌受径向分布的水压时，轴线以圆形最好；,第三章 隧道线路及断面设计,2.结构轴线,(2)主要承受竖向压力或同时承受不大的水平侧压力时，可采用三心圆拱和直墙式衬砌；,直墙式衬砌,头泉2#隧道,第三章 隧道线路及断面设计,2.结构轴线,三心圆拱衬砌,棋盘山隧道,第三章 隧
22、道线路及断面设计,2.结构轴线,(3)当承受竖向压力和较大侧压力时，宜采用五心圆曲墙式衬砌；(4)当有沉陷可能受底压力时，宜加设仰拱的曲墙式衬砌。,曲墙式衬砌,新武当山隧道,第三章 隧道线路及断面设计,随所处地质条件和水文地质条件不同而有较大变化，并且与隧道的跨径，荷载大小，衬砌材料以及施工条件等有关。,3.截面厚度,根据以往经验，拱圈可以采取等截面，也可采取在拱脚部分加厚2050的变截面。仰拱厚度一般略小于拱顶厚度。,第三章 隧道线路及断面设计,重点、难点内容,1.曲线隧道加宽原因、加宽计算。,2.隧道衬砌断面设计的原则,第三章 隧道线路及断面设计,习题某单线电化铁路隧道位于圆曲线半径R=1000m，缓和曲线长lc=100m的曲线上，曲线全长L=309.44m，隧道进口里程为DK276+844，ZH点里程为DK276+958，设计最高行车速度为Vmax=120km/h，试计算隧道加宽值W，中线偏移值d，并绘图说明隧道断面的变化位置、线路中线与隧道中线的关系。,
