《隧道工程》课件第3讲隧道线路及断面设计

围岩的概念围岩分级的概念、目的影响围岩稳定性的主要因素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图成昆线乃托－泸沽段隧道方案成都牛日河乃托雄河普雄竹沱沙木拉达两河口昆明泸沽越西河冕宁安宁河泸沽登相营高跃河河孙水喜德冕山越西阳糯雷山小相岭l=6379l=14500l=19500l=25750普瓦吉木梁子 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。低位隧道高位隧道 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。侧蚀tba 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。便道 第三章隧道线路及断面设计乐昌坪石南岭煤矿罗家渡雷公尖园煤角泗公坑白鸡滩新秦九峰九峰岐门不考虑水库西岸双绕方案预留水库西岸双绕提高方案预留水库园螺角跨武水长隧道方案4.66km预留水库大瑶山14.3公里长隧道方案石山脊大沿水大长滩不考虑水库内跨武水双绕方案滑石坑土岭永济桥张滩乐昌韶关广州坪石莲花岗预留水库西岸双绕岐门跨武水越岭方案k1990k1995k2000k2005k2010k2020k2025k2020k2015k2005k2000k2000小沿坝址K2024+840-2026+550K2029+390即有铁路北京果源堡 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。AB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。向斜背斜 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。AB 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。BA 第三章隧道线路及断面设计BAC 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AB 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BA 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贴壁进洞 第三章隧道线路及断面设计接长明洞 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a)正交洞门b)斜交洞门 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，宜大于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，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(a)单面坡(b)人字坡 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：①可以争取高程，能拔起或降落一定的高度。②单面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。缺点：①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。②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：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：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（‰）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＝mi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？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？