隧道平縱斷面設(shè)計PPT課件

1、第一節(jié) 隧道平面設(shè)計直線隧道的優(yōu)點(diǎn) 線路順直，列車可以快速通過，走行的距離也較短，有利于列車多拉快跑，提高線路的運(yùn)營效率。 在隧道內(nèi)，線路就更應(yīng)設(shè)計成直線 。第1頁/共32頁第2頁/共32頁第3頁/共32頁 曲線隧道的缺點(diǎn)曲線隧道的缺點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn)1 1：曲線上的隧道，由于列車傾斜和平移，隧道建筑限界需要加寬，坑道的尺寸相應(yīng)加大，不但增大了開挖土石數(shù)量，而且增加了襯砌的圬工量；缺點(diǎn)缺點(diǎn)2 2：在不同曲率曲線上的隧道建筑限界加寬不同，隧道的斷面是變化的，因而施工時，支護(hù)和襯砌的尺寸均不一致，技術(shù)上較為復(fù)雜；缺點(diǎn)缺點(diǎn)3 3： 列車運(yùn)行在曲線隧洞內(nèi)，空氣阻力比直線隧道大，機(jī)車牽引力的損失大，降低了運(yùn)營

2、效率，甚至可能造成溜車事故；缺點(diǎn)缺點(diǎn)4 4： 列車在曲線上行駛，產(chǎn)生了離心力，再加上洞內(nèi)空氣潮濕，使得鋼軌磨損加速，從而使洞內(nèi)的養(yǎng)護(hù)工作量增大；第4頁/共32頁缺點(diǎn)5：曲線隧道洞身彎曲，洞壁對氣流的阻力加大，使通風(fēng)條件變壞，有害氣體不易排出； 缺點(diǎn)6：運(yùn)營中為了保證隧道建筑限界的要求和正常的行車條件，需要經(jīng)常檢查線路平面和水平，曲線隧道也較直線隧道增加了維護(hù)作業(yè)量和難度； 缺點(diǎn)7：由于曲線關(guān)系，洞內(nèi)進(jìn)行施工測量時，操作變得復(fù)雜，精度也有所降低。第5頁/共32頁 由此可見，從節(jié)省工程投資、減少施工難度、簡化洞內(nèi)施工維修作業(yè)并縮短作業(yè)時間、爭取較好的通風(fēng)條件、改善維修養(yǎng)護(hù)人員和乘務(wù)員的工作環(huán)境及看

3、視條件以及提高行車速度等方面來看，直線隧道都優(yōu)于曲線隧道，因此隧道內(nèi)的線路應(yīng)該設(shè)計為直線，這在一般情況下是容易做到的。但是，由于受到某些地形的限制或是地質(zhì)的原因，有時也不得不采用曲線。 例如，當(dāng)線路繞行于山嘴時，為了避免直穿隧道太長，或是為了便于開辟輔助性的施工橫洞，有時也會有意識地設(shè)置與地形等高線相接近的曲線隧道。第6頁/共32頁 對于越嶺線上的隧道，線路常常是沿著埡口的一側(cè)山谷轉(zhuǎn)入山體后，又沿順埡口的另一側(cè)山谷轉(zhuǎn)出?？梢允顾淼垒^長的中段放在直線上，但由于地形原因，隧道兩端為了轉(zhuǎn)向都要落在曲線上，這種情況是常見的。此時，如果埡口兩側(cè)溝谷地勢開闊，則可將曲線放在洞口以外。如果地勢條件必須把曲線

4、引進(jìn)隧道，那么，施工時先按主體的直線隧道開挖，兩端暫開直的照準(zhǔn)導(dǎo)坑，以補(bǔ)救曲線所形成的缺點(diǎn)，待全隧道的導(dǎo)坑開通后，再把兩端按原設(shè)計的曲線調(diào)整過來，如圖所示。 第7頁/共32頁隧道設(shè)置曲線示例第8頁/共32頁 隧道內(nèi)的線路宜設(shè)置為隧道內(nèi)的線路宜設(shè)置為直線直線，當(dāng)因，當(dāng)因地形、地質(zhì)等條件限制必須設(shè)計為曲地形、地質(zhì)等條件限制必須設(shè)計為曲線時，宜采用線時，宜采用較大的較大的曲線半徑，慎用曲線半徑，慎用最小曲線半徑，并宜將最小曲線半徑，并宜將曲線設(shè)在洞口曲線設(shè)在洞口附近附近。隧道內(nèi)不宜設(shè)置反向曲線。隧道內(nèi)不宜設(shè)置反向曲線。第9頁/共32頁- 隧道設(shè)置曲線時應(yīng)注意的問題 應(yīng)盡可能采用較短的曲線或半徑較大的

5、曲線，且將曲線設(shè)置在 隧道洞口附近為宜，使曲線的影響小一些。 在曲線兩端應(yīng)設(shè)緩和曲線時，最好不使洞口恰落在緩和曲線上。 隧道內(nèi)若設(shè)圓曲線，其長度不應(yīng)短于一節(jié)車廂的長度（26m）。 在一座隧道內(nèi)最好不設(shè)一個以上的曲線，尤其是不宜設(shè)置反向曲線(S)或復(fù)合曲線。如果列車同時跨在兩個曲線上，行駛很不穩(wěn)當(dāng)。 當(dāng)必須設(shè)置兩條曲線時，兩曲線間應(yīng)有足夠長的夾直線，一般是要求在三倍車輛長度以上。第10頁/共32頁第二節(jié) 隧道縱斷面設(shè)計坡道形式坡度大小 坡段長度坡段聯(lián)結(jié) 第11頁/共32頁坡道形式 隧道處于地層之內(nèi)，除了地質(zhì)有變化時以外，線路的坡型本來不受什么限制，用不著采用復(fù)雜多變的型式。一般可采用簡單的單坡型

6、或人字坡型 。坡道形式第12頁/共32頁 單坡多用于線路的緊坡地段或是展線的地區(qū)，因?yàn)閱纹驴梢誀幦「叱?，拔起或降落一定的高度?此外，單坡隧道兩洞口的高程差較大，由此而產(chǎn)生的氣壓差和熱位差也大，能促進(jìn)洞內(nèi)的自然通風(fēng)。單坡道的優(yōu)點(diǎn)還有施工及測量上都比較方便。它的缺點(diǎn)是在施工階段，下坡進(jìn)洞的一端，出于上部的水自然地流向下部開挖工作面，使開挖工作受到干擾，不但需要隨時抽水外排，而且影響到電爆破的絕緣質(zhì)量；此外，運(yùn)碴時，空車下坡重車上坡，運(yùn)輸效率低。單坡特點(diǎn)第13頁/共32頁 人字型坡道多用于長隧道，尤其是越嶺隧道。地下水發(fā)育的長隧道宜采用人字坡。 因?yàn)樵綆X無需爭取高程，而埡口兩端都是溝谷地帶，同是向

7、下的人字型披道，正好符合地形條件。人字坡的優(yōu)點(diǎn)是施工時，水自然流向洞外，排水措施相應(yīng)地簡化；而且重車下坡，空車上坡，運(yùn)輸效率高。它的缺點(diǎn)是列車通過時排出的有害氣體聚集在兩坡間的頂峰處，盡管用機(jī)械通風(fēng)，有時也排除不干凈長時積累，濃度漸漸增大，使列車司乘人員以及洞內(nèi)維修人員的健康受到影響。人字坡特點(diǎn)第14頁/共32頁 對于線路來說，考慮到運(yùn)營效率，應(yīng)具有良好的行車條件，線路的坡度以平坡為最好。但是，天然地形是起伏不定的，為了能適應(yīng)天然地形的形狀以減少工程數(shù)量，需要隨著地形的變化設(shè)置與之相適應(yīng)的線路坡度。但坡度不能太大，若坡度超過了線路最大允許的限制坡度，機(jī)車的牽引能力達(dá)不到，不是列車爬不上去，就是

8、必須減輕列車的牽引重量。所以設(shè)計坡度時，注意應(yīng)不超過限制坡度坡度大小限i限i第15頁/共32頁 如果在平面上有曲線，還需為克服曲線的阻力，再減去一個曲線的當(dāng)量坡度。即 (2-1) 式中 設(shè)計中允許采用的最大坡度； 按照線路等級規(guī)定的限制最大坡度； 曲線阻力折算的坡度折減量。 坡度折減的原因 （1）列車車輪與鋼軌踏面間的粘著系數(shù)降低； （2） 洞內(nèi)空氣阻力增大。 此為明線坡度要求!iii限允曲明線坡度要求!曲i允i限i第16頁/共32頁 規(guī)范中規(guī)定了隧道內(nèi)線路坡度折減系數(shù)m的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值,如下表。 隧道長度電力牽引內(nèi)燃牽引40110000.950.90100140000.900.8040000.85

9、0.75隧道內(nèi)線路最大坡度系數(shù)坡度折減區(qū)段示意 imii限允曲隧道內(nèi)線路的最大允許坡度 第17頁/共32頁 隧道坡度不宜小于3，在最冷月平均氣溫低于 -5的地區(qū)，地下水發(fā)育的地區(qū)宜適當(dāng)加大坡度。 位于長大坡道上長度大于400m的隧道，其坡度不得大于最大坡度按規(guī)定折減后的數(shù)值；位于長大坡道且曲線地段的隧道，應(yīng)先進(jìn)行隧道內(nèi)線路最大坡度折減，再進(jìn)行曲線坡度減緩。 第18頁/共32頁坡段長度隧道內(nèi)的線路坡段也不宜太短，因?yàn)槠露翁叹鸵馕吨兤曼c(diǎn)多而密集，列車行駛就不平穩(wěn)，司機(jī)操縱要隨時調(diào)整。當(dāng)列車經(jīng)過變坡點(diǎn)時，受力情況也跟著變化，車輛間會發(fā)生相互的沖撞，產(chǎn)生附加力和附加加速度。如果坡度太短，一列車在行

10、駛中，同時跨越兩個變坡點(diǎn)，車體、車鉤都在同時受到不利的影響，有時會因此發(fā)生事故。另外，如果隧道內(nèi)坡度變化甚多，也將給施工和運(yùn)營養(yǎng)護(hù)維修養(yǎng)護(hù)增加困難。 第19頁/共32頁 從行車平穩(wěn)的要求和照顧施工和養(yǎng)護(hù)的方便出發(fā)，隧道內(nèi)坡段長度最好不小于列車的長度 考慮到長遠(yuǎn)的發(fā)展，坡段長度最好不小于遠(yuǎn)期到發(fā)線的長度 凸形縱斷面分坡平段，當(dāng)隧道位于兩端貨物列車以接近計算速度通過時，允許分坡平道長度縮短至200m。坡段長最小為200m。 第20頁/共32頁 隧道內(nèi)線路的坡型單一，但不宜把坡段定得太長，尤其是單坡隧道，坡度已用到了最大限度，如果是一氣上大坡，列車就必須用盡機(jī)車的全部潛在能力，持續(xù)奮進(jìn)。這樣，會使機(jī)

11、車疲勞或超負(fù)荷。雖然坡度未超限制，但坡段長了，也會越爬越慢，以至有停車的可能或出現(xiàn)車輪打滑的情況，容易發(fā)生事故。在下坡時，由于坡段太長，制動時間過久，機(jī)車閘瓦摩擦發(fā)熱，將使燃油失效，以致剎不住車，發(fā)生溜車事故。所以在限坡地段，坡段不宜太長。如果隧道很長，坡度又不想變動，為了不使機(jī)車爬長坡，可以設(shè)緩坡段，使機(jī)車有一個喘息或緩和的時間。 此外，順坡設(shè)排水溝時，如果坡段太長，水溝就難于布置，不是流量太大，就是溝槽太深。有時為此需要設(shè)置許多抽水、揚(yáng)水設(shè)施，分級分段排水。這就給今后的運(yùn)營和維修增加了工作量。所以，隧道內(nèi)線路的坡段不宜太長。第21頁/共32頁坡段聯(lián)接 為了行車平順，兩個相鄰坡段坡度的代數(shù)差

12、值不宜太大。因?yàn)?，坡差太大會引起車輛之間仰俯不一，車鉤受到扭力，容易發(fā)生斷鉤。 兩個相鄰坡段坡度的代數(shù)差值 不宜太大 兩坡段間的代數(shù)差值 不應(yīng)大于重車方向的 坡值 。i允ii第22頁/共32頁 旅客列車設(shè)計行車速度小于旅客列車設(shè)計行車速度小于 160km/h 160km/h 的鐵路，相臨的鐵路，相臨坡度差大于坡度差大于3 3時，應(yīng)以圓形豎曲線連接，豎曲線的時，應(yīng)以圓形豎曲線連接，豎曲線的半徑應(yīng)采用半徑應(yīng)采用10 000m10 000m。 旅客列車設(shè)計行車速度為旅客列車設(shè)計行車速度為160km/h 160km/h 的鐵路段，應(yīng)以的鐵路段，應(yīng)以圓曲線型豎曲線連接，豎曲線的半徑應(yīng)采用圓曲線型豎曲線連

13、接，豎曲線的半徑應(yīng)采用15 000m15 000m，豎曲線不應(yīng)與平面圓曲線重疊設(shè)置，困難條件下，豎豎曲線不應(yīng)與平面圓曲線重疊設(shè)置，困難條件下，豎曲線可與半徑不小于曲線可與半徑不小于2 500m2 500m的圓曲線重疊設(shè)置；特殊的圓曲線重疊設(shè)置；特殊困難條件下，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，豎曲線可與半徑不小困難條件下，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，豎曲線可與半徑不小于于1 600m1 600m的圓曲線重疊設(shè)置。的圓曲線重疊設(shè)置。第23頁/共32頁 位于車站上的隧道，應(yīng)采取必要的工程措施確位于車站上的隧道，應(yīng)采取必要的工程措施確保排水暢通。保排水暢通。 當(dāng)隧道洞口位于濱河可能被洪水淹沒地帶、水當(dāng)隧道洞口位于濱河可能被洪水淹

14、沒地帶、水庫回水影響范圍或受山洪威脅地段，其路肩高程庫回水影響范圍或受山洪威脅地段，其路肩高程應(yīng)高出設(shè)計水位加波浪侵襲高度和壅水高度至少應(yīng)高出設(shè)計水位加波浪侵襲高度和壅水高度至少0.5m0.5m。 、級鐵路設(shè)計水位的洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)為級鐵路設(shè)計水位的洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)為1/1001/100；當(dāng)觀測洪水當(dāng)觀測洪水( (包括調(diào)查可靠的有重現(xiàn)可能的歷史包括調(diào)查可靠的有重現(xiàn)可能的歷史洪水洪水) )高于上述設(shè)計洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)時，則應(yīng)按觀高于上述設(shè)計洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)時，則應(yīng)按觀測洪水設(shè)計；當(dāng)觀測洪水的頻率超過測洪水設(shè)計；當(dāng)觀測洪水的頻率超過1/3001/300時，時，、級鐵路應(yīng)按級鐵路應(yīng)按1/3001/300洪水頻率設(shè)計

15、。洪水頻率設(shè)計。第24頁/共32頁公路隧道的平面線形和縱斷面線形平面線形 隧道的平面線形原則上采用直線，避免設(shè)置曲線。 在某些情況下必須設(shè)置曲線時，其曲線半徑不宜小于不設(shè)超高的平面曲線半徑，并應(yīng)符合視距要求。 在隧道洞口不應(yīng)采用小半徑曲線的引線與隧道銜接。第25頁/共32頁 這里有兩個問題應(yīng)當(dāng)引起注意：一是小半徑曲線，二是超高。如果設(shè)置小半徑曲線，會產(chǎn)生視距問題，為確保視距，勢必要加寬隧道斷面。設(shè)置超高時，車輛傾斜，也會導(dǎo)致隧道斷面的加寬。隧道斷面加寬，一方面要增加工程費(fèi)用，另一方面使施工變得困難。加寬后的斷面寬度不統(tǒng)一，以及不同斷面之間的相互過渡都給隧道施工帶來困難。由于隧道內(nèi)一般是禁止超車

16、的，只能采用停車視距，設(shè)計時根據(jù)停車視距可以換算出設(shè)置曲線時的不加寬最小平曲線半徑。第26頁/共32頁縱斷面線形 道路隧道的縱坡以不妨礙排水的緩坡為宜。在變坡點(diǎn)處應(yīng)設(shè)置足夠的豎曲線，保持線路的良好銜接。隧道縱坡設(shè)置不宜過大，否則無論是在汽車行使上還在隧道施工及養(yǎng)護(hù)上都不利。道路隧道控制縱坡的主要因素是隧道通風(fēng)問題，汽車排出的廢氣及有害物質(zhì)隨著縱坡的增大而急劇增多。 一般將隧道縱坡保持在2%以下比較好 ，縱坡大于 3%是不可取的。 第27頁/共32頁 從隧道施工排水和竣工后的排水需要上考慮，隧道內(nèi)不宜設(shè)置平坡 ，在施工時需要設(shè)置不小于0.3%的縱坡 。 竣工后的排水，包括涌水、漏水、清洗隧道用水

17、、消防用水等，如果能滿足施工排水的需要，那么在用混凝土修建的排水溝中排水是沒有問題的，其最小坡度不宜小于0.2%；在高寒地區(qū)，為了減少冬季排水溝產(chǎn)生凍害，適當(dāng)加大縱坡坡度，使水的流動能增大，對排水是有利的；從兩個洞口開挖隧道時，采用“人”字坡，施工涌水容易排出，采用單坡，處于高位的洞口，涌水不能自然向外排出，這是設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮的問題；陡坡隧道且涌水量大時，應(yīng)考慮減緩坡度。第28頁/共32頁 引線的平面及縱斷線形，應(yīng)當(dāng)保證有足夠的視距和行車安全，尤其在進(jìn)口一側(cè)，需要在足夠的距離外能夠識別隧道洞口 。通常，汽車駛近隧道但尚有一定距離時，駕駛員若能自然地集中注意力觀察到隧道洞口及其附近的情況，并保證有足夠的安全視距，對障礙物可以及時察覺，采取適當(dāng)措施，從