《隧道工程》課件第3講 隧道線路及斷面設(shè)計.ppt

圍巖的概念 圍巖分級的概念、目的 影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素 國內(nèi)外主要圍巖分級系統(tǒng),復(fù)習(xí),隧道位置的選擇 隧道洞口位置的選擇 隧道平、縱斷面設(shè)計 隧道橫斷面設(shè)計 高速鐵路隧道單線雙洞和雙洞單線方案選擇,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,隧道選址的基本原則： (1)必須與總體設(shè)計相協(xié)調(diào)適應(yīng)； (2)隧道位置應(yīng)選擇在穩(wěn)定的地層中； (3)越嶺隧道應(yīng)進行較大范圍的方案選擇，進行全面的技術(shù)、經(jīng)濟比較，選擇在地質(zhì)條件較好的地段穿越；,第一節(jié) 隧道位置的選擇,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,一、越嶺線上隧道位置的選擇,當(dāng)交通路線需要從一個水系過渡到另一個水系時，必須跨越高程很大的分水嶺，這段線路稱之為越嶺線。,越嶺隧道的位置:選擇埡口 確定隧道高程,(4)沿河傍山隧道，其位置宜向山側(cè)內(nèi)移，避免一側(cè)洞壁過薄產(chǎn)生偏壓； (5)選擇隧道位置時，應(yīng)注意洞口位置和有關(guān)工程的處理，一般宜采取“早進洞，晚出洞”原則。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,1.選擇埡口,當(dāng)線路跨越分水嶺時，分水嶺的山脊線上總會有高程低處，稱之為埡口。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,采用直線或大半徑曲線為好； 優(yōu)選考慮在路線總方向上或其附近的低埡口，展線好，隧道較短； 雖遠離線路總方向，但埡口兩側(cè)有良好的展線條件； 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件良好的埡口。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,2.選定高程,在越嶺位置選定后，越嶺標(biāo)高影響展線及越嶺隧道方案： 隧道標(biāo)高越高，隧道越短，施工期短，兩端展線長度增加，運營條件差； 隧道標(biāo)高低，隧道加長，施工期長，運營條件較好； 選擇越嶺隧道標(biāo)高時，綜合考慮施工、運營等多因素比較確定最優(yōu)隧道標(biāo)高。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,越嶺隧道選址尚應(yīng)考慮以下原則： 寧長勿短，早進晚出-避免洞口深挖； 寧里勿外，寧深勿淺，避軟就硬-避免不良地質(zhì)；,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,二、河谷線上隧道位置的選擇,為改善線形，提高車速，縮短里程，節(jié)省時間，常修建河谷隧道(或傍山隧道)。 河谷隧道一般埋藏較淺，容易造成各種病害；山坡亦常有滑坡，松散堆積，泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，地質(zhì)情況較為復(fù)雜。 選擇河谷線上隧道的位置時應(yīng)注意： (1)河谷隧道的洞身覆蓋厚度問題。為保持山體穩(wěn)定和避免偏壓產(chǎn)生，隧道位置宜往山體內(nèi)側(cè)靠-寧里勿外,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(2)要考慮河岸沖刷對山體和洞身穩(wěn)定的影響。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(3)應(yīng)考慮施工和既有便道設(shè)置的位置，應(yīng)注意邊坡的可能坍塌對洞身穩(wěn)定的影響。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,三、地質(zhì)條件對隧道位置的影響,單斜構(gòu)造的層面大體平行而有同一傾角，當(dāng)層間的抗剪強度不足時，巖層在外力作用下將會發(fā)生層間相對錯動。,如果隧道的位置恰在層間軟弱面上，巖層滑動將使隧道結(jié)構(gòu)受到很大的剪力，把結(jié)構(gòu)物損壞。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,在單斜構(gòu)造的地質(zhì)條件下，一定要盡可能避開大型軟弱結(jié)構(gòu)面。盡量不要把隧道中線設(shè)計成與軟弱結(jié)構(gòu)面的走向一致或平行，要正交或有成一定的交角。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,隧道穿過褶曲構(gòu)造時，選在背斜中要比在向斜中有利。如果恰在褶曲的兩翼，將受到偏側(cè)壓力，結(jié)構(gòu)需加強。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(1)滑坡地區(qū) 滑坡對隧道的危害很大，隧道通過滑坡地區(qū)時，必須查明滑坡類型范圍、深度、滑動方向等。一般應(yīng)避開滑坡體或錯動體，或在可能滑動面以下一定深度通過。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(2)崩塌地區(qū) 選擇隧道位置時，最好不要沿這類山坡通過。不得已時，應(yīng)當(dāng)盡可能地把隧道置于山體之中，穿過穩(wěn)定的巖層。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(3)巖堆地區(qū) 堆積層常處在暫時穩(wěn)定狀態(tài)。一旦擾動，穩(wěn)定即會喪失而造成崩坍。在這種地質(zhì)條件下隧道應(yīng)避開不穩(wěn)定、松散的堆積層，使洞身處于基巖中，并具有足夠的安全厚度。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(4)泥石流 隧道通過泥石流地段時，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況考慮泥石流溝的改道和最大下切深度，確保洞口和洞身的安全。隧道洞頂距基巖面或最大下切面要有一定的覆蓋厚度，隧道洞口應(yīng)避開泥石流溝及泥石流可能擴展的范圍。有困難時，可修建一段明洞，使泥石流在明洞頂通過。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(5)溶洞地區(qū) 選擇隧道位置時，應(yīng)盡可能避開。如無法避開時，應(yīng)探明溶洞的規(guī)模、性質(zhì)和與隧道的位置關(guān)系，采取相應(yīng)的設(shè)計，施工措施。,(6)瓦斯地區(qū) 選擇隧道位置時，最好能避開。,(7)地下水 選擇隧道位置時，最好不從富水區(qū)中經(jīng)過。,第二節(jié) 隧道洞口位置的選擇,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,隧道長度為其進出口洞門墻外表面與線路內(nèi)軌頂面標(biāo)高線交點之間的距離,洞口位置選擇好壞，將直接影響隧道施工、造價、工期和運營安全。選擇時要結(jié)合洞口的地形，地質(zhì)條件、施工、運營條件以及洞口的相關(guān)工程（橋涵、通風(fēng)設(shè)施等）綜合考慮。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,洞口部分在地質(zhì)上通常是不穩(wěn)定的。一般應(yīng)設(shè)在山體穩(wěn)定，地質(zhì)條件好，排水有利的地方。隧道宜長不宜短，應(yīng)“早進洞，晚出洞”，盡量避免大挖大刷，破壞山體穩(wěn)定。,(1)洞口不宜設(shè)在埡口溝谷的中心或溝底低洼處，不要與水爭路。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(2)洞口應(yīng)避開不良地質(zhì)地段,(3)當(dāng)隧道線路通過巖壁陡立，基巖裸露處時，最好不刷動或少刷動原生地表,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(4)洞口地形平緩時，一般也應(yīng)早進洞晚出洞。這時洞口位置選擇余地較大，應(yīng)結(jié)合洞外路塹、填方、棄渣場地、工期等具體確定。需要時可接長明洞，以確保施工和運營安全。,(5)洞口線路宜與等高線正交,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(6)隧道洞口標(biāo)高應(yīng)高出洪水位加波浪高度，以防洪水灌入隧道,(7)為了確保洞口的穩(wěn)定和安全，邊坡及仰坡均不宜開挖過高，應(yīng)根據(jù)開挖控制高度及坡度來決定洞口位置。,(8)當(dāng)洞口附近遇有水溝或水渠橫跨線路時，可設(shè)置拉槽開溝的橋梁或涵洞，排泄水流,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(9)長大隧道在洞門附近應(yīng)考慮施工場地、棄渣場以及便道等的位置。,總之，隧道洞口位置的選擇，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件，考慮邊坡、仰坡的穩(wěn)定，結(jié)合洞外有關(guān)工程及施工難易程度，本著“早進晚出”的指導(dǎo)思想，全面綜合地分析確定。,第三節(jié) 隧道平、縱斷面設(shè)計,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,隧道平面是指隧道中心線在水平面上的投影。,一、隧道平面設(shè)計,平面設(shè)計的任務(wù)：決定隧道的平面位置，選定洞口位置。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,隧道軸線,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,1.鐵路隧道,隧道內(nèi)的線路最好采用直線。 應(yīng)盡可能采用短曲線，或是半徑較大的曲線。 在曲線兩端應(yīng)設(shè)緩和曲線時，最好不使洞口恰恰落在緩和曲線上，應(yīng)盡可能將緩和曲線設(shè)在洞外一個適當(dāng)距離以外。 圓曲線的長度也不應(yīng)短于一節(jié)車廂的長度。 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)置反向曲線或復(fù)合曲線。如果列車同時跨在兩個曲線上兩曲線間應(yīng)有足夠長的夾直線，一般是要求在三倍車輛長度以上。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,2.公路隧道,原則上采用直線，避免曲線 ，若必須設(shè)置時，宜大于不設(shè)超高的平曲線半徑，并應(yīng)滿足停車視距的要求； 隧道平面線形應(yīng)考慮行駛安全，在洞口不應(yīng)使用小半徑的引線與隧道銜接； 隧道內(nèi)盡量避免設(shè)反曲線。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,3.曲線隧道的不利因素,行車視距問題； 加寬斷面問題，造成變截面隧道，施工難度大； 曲線隧道內(nèi)裝修復(fù)雜； 增加通風(fēng)阻抗，對自然通風(fēng)不利。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,隧道縱斷面是指沿隧道中心線展開的垂直面上的投影。,二、隧道縱斷面設(shè)計,隧道內(nèi)線路縱斷面設(shè)計就是要選定隧道內(nèi)線路的坡道型式、坡度大小、坡段長度和坡段間的銜接等。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(1)坡道型式,1.鐵路隧道,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,單面坡多用于線路的緊坡地段或是展線的地區(qū)。 優(yōu)點： 可以爭取高程，能拔起或降落一定的高度。 單面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，能促進洞內(nèi)的自然通風(fēng)。 缺點： 在施工階段，對于下坡開挖，洞內(nèi)的水自然地流向開挖工作面，使開挖工作受到干擾，需要隨時抽水外排。 運碴時，空車下坡重車上坡，運輸效率低。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,人字型坡道多用于長隧道，尤其是越嶺隧道。 優(yōu)點： 施工時水自然流向洞外，排水措施相應(yīng)地簡化，重車下坡，空車上坡，運輸效率高。 缺點： 列車通過時排出的有害氣體聚集在兩坡間的頂峰處，盡管用機械通風(fēng)，有時也排除不干凈，長時間積累，濃度漸漸增大，使司機以及洞內(nèi)維修人員的健康受到影響。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(2)坡度大小 i允i限i曲 式中 i允設(shè)計中允許采用的最大坡度（） i限按照線路等級規(guī)定的限制最大坡度(） i曲曲線阻力折算的坡度當(dāng)量（）。,考慮坡度折減有以下原因：,列車車輪與鋼軌踏面間的粘著系數(shù)降低；,洞內(nèi)空氣阻力增大。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,隧道限坡折減方法：,i允m i限i曲,各種牽引種類的隧道內(nèi)線路最大坡度系數(shù)m,隧道內(nèi)線路不得設(shè)置平坡，最小的允許坡度應(yīng)不小于3。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(3)坡段長度 隧道不宜把坡段定得太長； 隧道內(nèi)的線路坡段也不宜太短。 坡段長度最好不小于列車的長度。考慮到長遠的發(fā)展，坡段長度最好不小于遠期到發(fā)線的長度。,(4)坡段聯(lián)接,兩個相鄰坡段坡度的代數(shù)差值不宜太大；,在設(shè)計坡度時，坡間的代數(shù)差要有一定的限制。從安全的觀點出發(fā)，兩坡段問的代數(shù)差值i不應(yīng)大于重車方向的限坡值i允。否則，就需要在兩個坡段之間插入一段緩和坡段。,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(1)坡道型式 人字坡、單面坡,2.公路隧道,(2)控制隧道縱坡大小的主要因素 通風(fēng)問題 排水問題,第三章 隧道線路及斷面設(shè)計,(3)縱坡坡度大小及其影響 隧道縱坡坡度范圍：0.3%3%； 縱坡坡度與通風(fēng)的關(guān)系，要求1%以下，大于2%，排量迅速增加； 與排水的關(guān)系，縱坡越大 水流越快； 縱坡坡度與施工運營的關(guān)系，采用大豎曲線半徑和豎曲線長度； 綜合通風(fēng)和排水考慮，縱坡為不防礙排水的緩坡為宜。,重點、難點內(nèi)容,1.隧道具體位置選擇的影