隧道平縱斷面設計PPT課件

1、第一節(jié) 隧道平面設計直線隧道的優(yōu)點 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，提高線路的運營效率。 在隧道內，線路就更應設計成直線 。第1頁/共32頁第2頁/共32頁第3頁/共32頁 曲線隧道的缺點曲線隧道的缺點 缺點缺點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，坑道的尺寸相應加大，不但增大了開挖土石數量，而且增加了襯砌的圬工量；缺點缺點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，支護和襯砌的尺寸均不一致，技術上較為復雜；缺點缺點3 3： 列車運行在曲線隧洞內，空氣阻力比直線隧道大，機車牽引力的損失大，降低了運營

2、效率，甚至可能造成溜車事故；缺點缺點4 4： 列車在曲線上行駛，產生了離心力，再加上洞內空氣潮濕，使得鋼軌磨損加速，從而使洞內的養(yǎng)護工作量增大；第4頁/共32頁缺點5：曲線隧道洞身彎曲，洞壁對氣流的阻力加大，使通風條件變壞，有害氣體不易排出； 缺點6：運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作業(yè)量和難度； 缺點7：由于曲線關系，洞內進行施工測量時，操作變得復雜，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、簡化洞內施工維修作業(yè)并縮短作業(yè)時間、爭取較好的通風條件、改善維修養(yǎng)護人員和乘務員的工作環(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，因此隧道內的線路應該設計為直線，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的原因，有時也不得不采用曲線。 例如，當線路繞行于山嘴時，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山谷轉入山體后，又沿順埡口的另一側山谷轉出?？梢允顾淼垒^長的中段放在直線上，但由于地形原因，隧道兩端為了轉向都要落在曲線上，這種情況是常見的。此時，如果埡口兩側溝谷地勢開闊，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，兩端暫開直的照準導坑，以補救曲線所形成的缺點，待全隧道的導坑開通后，再把兩端按原設計的曲線調整過來，如圖所示。 第7頁/共32頁隧道設置曲線示例第8頁/共32頁 隧道內的線路宜設置為隧道內的線路宜設置為直線直線，當因，當因地形、地質等條件限制必須設計為曲地形、地質等條件限制必須設計為曲線時，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，并宜將曲線設在洞口曲線設在洞口附近附近。隧道內不宜設置反向曲線。隧道內不宜設置反向曲線。第9頁/共32頁- 隧道設置曲線時應注意的問題 應盡可能采用較短的曲線或半徑較大的

5、曲線，且將曲線設置在 隧道洞口附近為宜，使曲線的影響小一些。 在曲線兩端應設緩和曲線時，最好不使洞口恰落在緩和曲線上。 隧道內若設圓曲線，其長度不應短于一節(jié)車廂的長度（26m）。 在一座隧道內最好不設一個以上的曲線，尤其是不宜設置反向曲線(S)或復合曲線。如果列車同時跨在兩個曲線上，行駛很不穩(wěn)當。 當必須設置兩條曲線時，兩曲線間應有足夠長的夾直線，一般是要求在三倍車輛長度以上。第10頁/共32頁第二節(jié) 隧道縱斷面設計坡道形式坡度大小 坡段長度坡段聯(lián)結 第11頁/共32頁坡道形式 隧道處于地層之內，除了地質有變化時以外，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)，因為單坡可以爭取高程，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，由此而產生的氣壓差和熱位差也大，能促進洞內的自然通風。單坡道的優(yōu)點還有施工及測量上都比較方便。它的缺點是在施工階段，下坡進洞的一端，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量；此外，運碴時，空車下坡重車上坡，運輸效率低。單坡特點第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。 因為越嶺無需爭取高程，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)點是施工時，水自然流向洞外，排水措施相應地簡化；而且重車下坡，空車上坡，運輸效率高。它的缺點是列車通過時排出的有害氣體聚集在兩坡間的頂峰處，盡管用機械通風，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維修人員的健康受到影響。人字坡特點第14頁/共32頁 對于線路來說，考慮到運營效率，應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，為了能適應天然地形的形狀以減少工程數量，需要隨著地形的變化設置與之相適應的線路坡度。但坡度不能太大，若坡度超過了線路最大允許的限制坡度，機車的牽引能力達不到，不是列車爬不上去，就是

8、必須減輕列車的牽引重量。所以設計坡度時，注意應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量坡度。即 (2-1) 式中 設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降低； （2） 洞內空氣阻力增大。 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)定了隧道內線路坡度折減系數m的經驗數值,如下表。 隧道長度電力牽引內燃牽引40110000.950.90100140000.900.8040000.85

9、0.75隧道內線路最大坡度系數坡度折減區(qū)段示意 imii限允曲隧道內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)定折減后的數值；位于長大坡道且曲線地段的隧道，應先進行隧道內線路最大坡度折減，再進行曲線坡度減緩。 第18頁/共32頁坡段長度隧道內的線路坡段也不宜太短，因為坡段太短就意味著變坡點多而密集，列車行駛就不平穩(wěn)，司機操縱要隨時調整。當列車經過變坡點時，受力情況也跟著變化，車輛間會發(fā)生相互的沖撞，產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，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，如果隧道內坡度變化甚多，也將給施工和運營養(yǎng)護維修養(yǎng)護增加困難。 第19頁/共32頁 從行車平穩(wěn)的要求和照顧施工和養(yǎng)護的方便出發(fā)，隧道內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 凸形縱斷面分坡平段，當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，列車就必須用盡機車的全部潛在能力，持續(xù)奮進。這樣，會使機

11、車疲勞或超負荷。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，為了不使機車爬長坡，可以設緩坡段，使機車有一個喘息或緩和的時間。 此外，順坡設排水溝時，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。有時為此需要設置許多抽水、揚水設施，分級分段排水。這就給今后的運營和維修增加了工作量。所以，隧道內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差

12、值不宜太大。因為，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差值 不宜太大 兩坡段間的代數差值 不應大于重車方向的 坡值 。i允ii第22頁/共32頁 旅客列車設計行車速度小于旅客列車設計行車速度小于 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，應以圓形豎曲線連接，豎曲線的時，應以圓形豎曲線連接，豎曲線的半徑應采用半徑應采用10 000m10 000m。 旅客列車設計行車速度為旅客列車設計行車速度為160km/h 160km/h 的鐵路段，應以的鐵路段，應以圓曲線型豎曲線連接，豎曲線的半徑應采用圓曲線型豎曲線連

13、接，豎曲線的半徑應采用15 000m15 000m，豎曲線不應與平面圓曲線重疊設置，困難條件下，豎豎曲線不應與平面圓曲線重疊設置，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的圓曲線重疊設置；特殊的圓曲線重疊設置；特殊困難條件下，經技術經濟比選，豎曲線可與半徑不小困難條件下，經技術經濟比選，豎曲線可與半徑不小于于1 600m1 600m的圓曲線重疊設置。的圓曲線重疊設置。第23頁/共32頁 位于車站上的隧道，應采取必要的工程措施確位于車站上的隧道，應采取必要的工程措施確保排水暢通。保排水暢通。 當隧道洞口位于濱河可能被洪水淹沒地帶、水當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，其路肩高程應高出設計水位加波浪侵襲高度和壅水高度至少應高出設計水位加波浪侵襲高度和壅水高度至少0.5m0.5m。 、級鐵路設計水位的洪水頻率標準為級鐵路設計水位的洪水頻率標準為1/1001/100；當觀測洪水當觀測洪水( (包括調查可靠的有重現可能的歷史包括調查可靠的有重現可能的歷史洪水洪水) )高于上述設計洪水頻率標準時，則應按觀高于上述設計洪水頻率標準時，則應按觀測洪水設計；當觀測洪水的頻率超過測洪水設計；當觀測洪水的頻率超過1/3001/300時，時，、級鐵路應按級鐵路應按1/3001/300洪水頻率設計

15、。洪水頻率設計。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，避免設置曲線。 在某些情況下必須設置曲線時，其曲線半徑不宜小于不設超高的平面曲線半徑，并應符合視距要求。 在隧道洞口不應采用小半徑曲線的引線與隧道銜接。第25頁/共32頁 這里有兩個問題應當引起注意：一是小半徑曲線，二是超高。如果設置小半徑曲線，會產生視距問題，為確保視距，勢必要加寬隧道斷面。設置超高時，車輛傾斜，也會導致隧道斷面的加寬。隧道斷面加寬，一方面要增加工程費用，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。由于隧道內一般是禁止超車

16、的，只能采用停車視距，設計時根據停車視距可以換算出設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。在變坡點處應設置足夠的豎曲線，保持線路的良好銜接。隧道縱坡設置不宜過大，否則無論是在汽車行使上還在隧道施工及養(yǎng)護上都不利。道路隧道控制縱坡的主要因素是隧道通風問題，汽車排出的廢氣及有害物質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，隧道內不宜設置平坡 ，在施工時需要設置不小于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生凍害，適當加大縱坡坡度，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，這是設計時應當考慮的問題；陡坡隧道且涌水量大時，應考慮減緩坡度。第28頁/共32頁 引線的平面及縱斷線形，應當保證有足夠的視距和行車安全，尤其在進口一側，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，采取適當措施，從