第3章 隧道橫斷面與隧道洞門設(shè)計

1、第3章隧道橫斷面與隧道洞門設(shè)計3.1隧道凈空與限界3.2鐵路隧道曲線段加寬3.3隧道橫斷面設(shè)計3.4橫洞設(shè)計與避車洞設(shè)計3.5隧道洞門形式與結(jié)構(gòu)選擇3.1隧道凈空與限界3.1.1隧道凈空與限界的基本概念3.1.2鐵路和公路隧道建筑限界3.1.1隧道凈空與限界的基本概念圖3-1公路隧道橫斷面3.1.2鐵路和公路隧道建筑限界1.鐵路隧道建筑限界2.公路隧道建筑限界1.鐵路隧道建筑限界圖3-2鐵路隧道建筑限界示意圖1.鐵路隧道建筑限界圖3-3蒸汽及內(nèi)燃牽引的單線、雙線鐵路隧道限界圖1.鐵路隧道建筑限界圖3-4電力牽引的單線、雙線鐵路隧道限界圖1.鐵路隧道建筑限界圖3-5時速200km/h新建鐵路隧道

2、建筑限界圖(單位：cm)a)單線隧道建筑限界b)雙線隧道建筑限界1.鐵路隧道建筑限界圖3-6武廣客運專線設(shè)計時速350km/h雙線鐵路隧道建筑限界圖(單位：cm)2.公路隧道建筑限界2.連拱隧道的左側(cè)可不設(shè)檢修道或人行道，但應(yīng)設(shè)50cm(120km/h與100km/h時)或25cm(80km/h與60km/h時)的余寬。3.設(shè)計速度120km/h時，兩側(cè)檢修道寬度均不宜小于1.00m；設(shè)計速度100km/h時，右側(cè)檢修道寬度不宜小于1.00m。2.公路隧道建筑限界圖3-7公路隧道建筑限界圖(單位：cm)H建筑限界高度W行車道寬度左側(cè)向?qū)挾扔覀?cè)向?qū)挾菴余寬J檢修道寬度R人行道寬度h檢修道或人行道

3、的高度建筑限界左頂角寬度建筑限界右頂角寬度，當(dāng)1m時，=，當(dāng)1m時，=1m3.2鐵路隧道曲線段加寬1.加寬原因2.加寬值計算3.曲線隧道中線與線路中線偏移距離4.曲線隧道加寬的平面設(shè)計5.時速200km/h以上曲線隧道凈空加寬1.加寬原因1)車輛通過曲線時，轉(zhuǎn)向架中心點沿線路運行，而車體是剛性的，其矩形形狀不會改變，這就使得車廂兩端產(chǎn)生向曲線外側(cè)的偏移d外，車廂中間部分則向曲線內(nèi)側(cè)偏移1，如圖3-8所示。2)由于曲線上存在外軌超高，導(dǎo)致車輛向曲線內(nèi)側(cè)傾斜，使車輛限界的各個控制點在水平方向上向內(nèi)移動了一個距離2，如圖3-9所示。圖3-8曲線隧道凈空加寬平面示意圖1.加寬原因2.加寬值計算(1)單

4、線曲線隧道加寬值的計算(2)雙線曲線隧道加寬值的計算雙線曲線隧道的內(nèi)側(cè)加寬值W1及外側(cè)加寬值W2與單線隧道加寬值的計算相同。圖3-10單線曲線隧道加寬示意圖2.加寬值計算4.曲線隧道加寬的平面設(shè)計圖3-12曲線隧道和直線隧道銜接平面設(shè)計3.3隧道橫斷面設(shè)計3.3.1基本設(shè)計內(nèi)容與方法3.3.2鐵路隧道襯砌斷面設(shè)計3.3.3公路隧道襯砌斷面設(shè)計3.3.4隧道襯砌截面厚度3.3.5高速鐵路隧道橫斷面設(shè)計3.3.1基本設(shè)計內(nèi)容與方法1.橫斷面設(shè)計基本內(nèi)容2.橫斷面設(shè)計方法1.橫斷面設(shè)計基本內(nèi)容隧道的凈空限界確定以后，就可以據(jù)此進行隧道襯砌斷面的初步擬定。由于隧道襯砌是一個超靜定結(jié)構(gòu)，不能直接用力學(xué)方

5、法計算出的截面尺寸，而是先擬定一種截面尺寸，按照這個截面尺寸來驗算在荷載作用下的內(nèi)力。2.橫斷面設(shè)計方法1)確定隧道類型，選定相應(yīng)建筑限界。2)根據(jù)圍巖類別初步擬定截面厚度。3)編制計算機程序，對擬定的各種襯砌斷面方案進行計算比較和優(yōu)化，得出最優(yōu)的斷面幾何參數(shù)。4)應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析程序，對得出的襯砌結(jié)構(gòu)斷面最優(yōu)解進行力學(xué)驗算， 并對有關(guān)結(jié)果作出評價。3.3.2鐵路隧道襯砌斷面設(shè)計1.內(nèi)輪廓線2.襯砌外輪廓線和軸線1.內(nèi)輪廓線圖3-13隧道橫斷面圖(單位：cm)1.內(nèi)輪廓線圖3-14隧道橫斷面局部放大圖3.3.3公路隧道襯砌斷面設(shè)計1)鐵路隧道建筑限界是固定統(tǒng)一的，而公路隧道的建筑限界隨公路等級、地

6、形、車道數(shù)等條件不同而變。2)公路隧道的附屬設(shè)施如通風(fēng)、照明、消防、報警等也均比鐵路隧道多且要求高，每座隧道均會因交通流量和長度不同而要求不同。3.3.4隧道襯砌截面厚度襯砌各截面的厚度是結(jié)構(gòu)軸線確定以后的重點設(shè)計內(nèi)容，要求設(shè)計的截面厚度具有足夠的強度。關(guān)于襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算方法在后面章節(jié)中將予以詳述。3.3.5高速鐵路隧道橫斷面設(shè)計高速鐵路隧道的設(shè)計特點主要體現(xiàn)在隧道橫斷面的設(shè)計上。其橫斷面面積除了通常要考慮的隧道建筑限界和列車運營要求外，還必須考慮滿足列車隧道空氣動力學(xué)的要求。3.4橫洞設(shè)計與避車洞設(shè)計3.4.1橫洞設(shè)計3.4.2避車洞設(shè)計3.4.1橫洞設(shè)計橫洞是將行車方向分離的雙洞公路隧

7、道橫向連接的通道，橫洞應(yīng)設(shè)置在地質(zhì)條件良好的地段內(nèi)。公路隧道設(shè)計規(guī)范規(guī)定，行車方向分離的雙洞公路隧道，當(dāng)長度超過400m時宜設(shè)置行人橫洞，長度超過800m時宜設(shè)置行車橫洞。3.4.2避車洞設(shè)計1.避車洞的布置2.避車洞的底部標(biāo)高3.避車洞的凈空尺寸及襯砌類型1.避車洞的布置(1)大避車洞布置(2)小避車洞布置(3)整體布置原則隧道內(nèi)大、小避車洞應(yīng)交錯設(shè)置于兩側(cè)邊墻內(nèi)，大避車洞之間設(shè)小避車洞；不得將避車洞設(shè)于襯砌斷面變化處、不同襯砌類型銜接處或變形縫處；隧道行人較多，或曲線半徑小，視距較短時，小避車洞還可適當(dāng)加密。圖3-15大小避車洞平面布置圖(單位:m)1.避車洞的布置2.避車洞的底部標(biāo)高1)

8、直線段且有人行道時避車洞底面與人行道頂面齊平。2)直線段無人行道時避車洞底面與道砟頂面(或側(cè)溝蓋板頂面)齊平，采用整體道床時，與道床面齊平。3)采用碎石道床的曲線段隧道上，在各種不同的超高值時，線路內(nèi)側(cè)和外側(cè)的避車洞底面低于內(nèi)軌頂面的高度分別為h1及h2，如圖3-16所示，其值為：圖3-16避車洞底部標(biāo)高(單位:cm)圖3-17避車洞周邊粉刷(單位:m)2.避車洞的底部標(biāo)高3.避車洞的凈空尺寸及襯砌類型圖3-18大避車洞尺寸(單位：cm)3.避車洞的凈空尺寸及襯砌類型圖3-19小避車洞尺寸(單位：cm)3.5隧道洞門形式與結(jié)構(gòu)選擇3.5.1洞門的作用3.5.2洞門形式3.5.3新型洞門形式及景

9、觀設(shè)計3.5.1洞門的作用1)減少洞口土石方開挖量。2)穩(wěn)定邊仰坡。3)引離地面流水。4)裝飾洞口。3.5.2洞門形式1.隧道門2.明洞門1.隧道門(1)環(huán)框式洞門環(huán)框式洞門只鑲飾隧道襯砌兩端部分。(2)端墻式洞門端墻式洞門俗稱一字式洞門，適用于自然山坡陡峻，洞門地形開闊，巖層較為堅硬完整，山體壓力很小，開挖坡度10.310.5的洞口地段。(3)翼墻式洞門當(dāng)洞口地質(zhì)較差，山體縱向推力較大時，可以在端墻式洞門以外，增加單側(cè)或雙側(cè)的翼墻(擋墻)，成為翼墻式洞門，俗稱八字式洞門。(4)柱式洞門柱式洞門是從端墻式洞門發(fā)展起來的，它實際也是一種端墻形式的洞門。(5)臺階式洞門當(dāng)洞門處于傍山側(cè)坡地區(qū)，地面

10、橫坡較陡，洞門一側(cè)邊坡較高時，為了減小仰坡高度及外露坡長，可以將端墻一側(cè)頂部改為逐步升級的臺階形式，以適應(yīng)地形的特點，減少仰坡土石開挖量，這種洞門也有一定的美化作用，如圖3-24所示。(6)斜交式洞門當(dāng)線路方向與地形等高線斜交時，如采用以上幾種正洞門，可能出現(xiàn)低山側(cè)洞門端墻上部露空，或者高山側(cè)因自然坡面陡而開挖很高。(7)削竹式洞門這種洞門結(jié)構(gòu)近些年在公路隧道中被普遍使用，由于洞門正面結(jié)構(gòu)形式類似竹筒被斜向削斷的樣子而得其名，如圖3-26所示。圖3-20環(huán)框式洞門圖3-21端墻式洞門1.隧道門圖3-22翼墻式洞門1.隧道門圖3-23柱式洞門圖3-24臺階式洞門1.隧道門圖3-25斜交式洞門(單

11、位：cm)a)正面b)平面1.隧道門圖3-26削竹式洞門1.隧道門2.明洞門(1)拱形明洞門拱形明洞門可分為路塹式和半路塹式兩類。(2)遮光棚式洞門對于公路隧道，當(dāng)洞外需要設(shè)置遮光棚時，其入口通常外伸很遠(yuǎn)。圖3-27柱式拱形明洞門(路塹式)2.明洞門圖3-29臺階式拱形明洞門(半路塹式)2.明洞門3.5.3新型洞門形式及景觀設(shè)計1)攝影測繪技術(shù)進入景觀設(shè)計。2)建立一批經(jīng)實踐檢驗得到好評的國內(nèi)外洞門形式實例數(shù)據(jù)庫，作為洞門設(shè)計的參考源。3)設(shè)計已開發(fā)出一些洞門設(shè)計軟件，能為設(shè)計師提供良好、高效的創(chuàng)新平臺。3.5.3新型洞門形式及景觀設(shè)計圖3-31新型切削式洞門3.5.3新型洞門形式及景觀設(shè)計圖3-32幾種新型洞門a)直切式洞門b)正切