3隧道线路及断面设计

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1、1,隧道线路及断面设计,第一节 隧道位置的选择 第二节 隧道洞口位置的选择 第三节 隧道平、纵断面设计 第四节 隧道横断面设计 第五节 高速铁路隧道单洞双线和双洞单线方案选择,2,第一节 隧道位置的选择,隧道是山区线路穿越山岭时用来克服高程障碍的一种建筑物。 影响因素： 区域工程地质条件、水文地质条件、地形地貌条件， 工程难易程度，投资的数额，工期 的要求， 现有的施工技术水平，今后运营条件。 基本原则： 早进晚，宁里勿外，宁深勿浅，避软就硬。,3,1、越岭隧道的选址 选择垭口 、确定隧道高程 (1)越岭隧道平面位置的选择 当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上总会有高程较低处、称之为垭口。

2、 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。,4,5,(2)越岭隧道标高的选择 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。,6,2、河谷线上隧道（傍山隧道）位置的选择 铁路沿河傍山而行时称之为河谷线。这种线路左右受到山坡和河谷的制约，上下受到标高和限制坡度的控制，比选方案时，可能

3、移动的幅度不大。但是，虽然摆动的幅度很有限，可对工程的难易、大小都有关系。 为改善线形，提高车速，缩短里程，节省时间，常修建傍山隧道。 傍山隧道一般埋藏较浅，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。,7,选择傍山隧道时应注意： （1）傍山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 傍山隧道最小覆盖层厚度 d(m),8,（a）不利的结构面倾向 （b）有利的结构面倾向 结构面倾向对隧道位置的影响,当地层结构面倾向山一侧时，地层比较稳定，覆盖厚度可以酌减。当地层结构面倾向河流一侧时，覆盖厚度宜予加大 。,9,（2

4、）要考虑河岸冲刷对山体和洞身稳定的影响，如图所示。 （3）应考虑施工便道设置和既有公路的位置，应注意既有公路边坡的可能坍塌和施工便道对洞身稳定的影响。如图所示。,河岸受冲刷对洞身位置影响示意图,道路对洞身稳定的影响示意图,10,3、地形地质条件对隧道位置的影响 研究地质条件的重要性：不论是沿河（溪）线还是越岭线，地质条件对隧道位置的选择往往起决定性作用。好的地层，对施工和营运均有利，亦可节省投资。对岩性不好的地层、断层破碎带、含水层等不良地段应避免穿越，以免增大投资，造成施工与营运的困难，影响隧道安全，留下后患。若不能绕避而必须通过时，应采取可靠的工程处理措施，以确保隧道施工及营运安全。,11

5、,地形的影响 1）高程障碍 绕行方案 当附近地形开阔，山坡地带宽敞时，克服高程障碍的一个比较简易的办法是避开前方的山峰，迂回绕行而过； 深堑方案 当地形比较开阔，有山谷台地可支展线时，就可以尽量地把线路展长，坡度用足以争取把线路标高抬起到可能的高度。然后把高程尚有不足之处，在山顶部位开凿深路堑通过； 隧道方案 当地形紧迫，山坡陡峭，不具备上述条件时，开凿隧道，穿山而过，就成为唯一可行，而且是比较有利的方案。,12,2）平面障碍 沿河傍山绕行方案 沿着山体自然弯曲傍山绕行，如果地形条件尚能允许，则可采用。在不得已时，只得大劈坡，或高层填土，上设御土墙，下设护坡护岸，有时还须跨谷建桥，有时为防滚石

6、坠落，还需设置防护明洞 隧道直穿方案 如果在平面障碍的前方，开凿隧道，穿山而过，虽然初期工程略大一些，但线路顺直平缓，工程单一，可不设急弯，没有陡坡，路线行程缩短，运营条件改善，而且不受山坡坍方落石的威胁如下图所示。从长远的利益来看，隧道方案往往是比较合理的。,13,隧道直穿方案示意图,14,地质条件的影响 1）单斜构造 水平或缓倾角岩层 当隧道通过坚硬的厚层岩层时，较为稳定。若通过很薄的岩层，则施工时顶部易产生掉块现象，此时，以不透水的坚硬岩层作顶板为最好 陡倾角岩层 陡倾角岩层一般有偏压和不均匀压力存在，当有软弱夹层伴以有害节理切割时，易产生坍方和顺层滑动；在此情况下，如以明洞通过时应慎重

7、对待,缓倾角岩层隧道位置的选择,15,当隧道中线可能沿两种不同岩性的岩层走向通过时，地层滑动将使隧道结构受到很大的剪力，以致把结构物损坏。应避免将隧道置于两种不同的岩层软弱构造(破碎)带，而宜将隧道置于岩性较好的单一岩层中；如果隧道恰在层间软弱面的上方，地层滑动会使隧道的某一段发生横向推移，而与邻段断开。因此一定要尽可能避开软弱结构面，特别是不要把隧道中线设成与软弱结构面的走向一致或平行，至少要成一定的交角。,软弱结构面地带隧道位置的选择,16,直立岩层 隧道通过直立岩层时，其中线宜垂直于岩层的走向穿过，在隧道开挖过程中，易产生坍塌，甚至会导致大的坍方，致使地面形成“天窗”,直立岩层中隧道位置

8、的选择,17,2）褶皱构造 褶皱构造有向斜和背斜两种基本类型，当隧道通过褶皱构造时，应尽量避免将隧道置于向斜或背斜的轴部，而应将隧道置于翼部，则隧道所处的地质条件类似单斜构造,当对隧道通过向斜和背斜轴部作比较时，则背斜较向斜略好，若向斜轴部处于含水层中，地下水积聚凹底，洞身开挖所出现的涌水及坍塌将比背斜严重，也将增加施工的困难。,褶皱构造隧道位置的选择,18,3）断裂构造，接触带 在选择隧道位置时，切忌沿着(或靠近平行)断层带或破碎带修建隧道，特别是对于区域性大断裂，尤应注意绕避。当隧道线路必须通过断层带时，应尽量使线路与断层走向正交，同时应避开严重破碎带，并应使通过断层的地段最短。,断裂构造

9、地带隧道位置的选择,19,4）不良地质 常见不良地质条件：滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、溶洞、含瓦斯和地下水发育等地质条件。,20,滑坡地区 山坡地区，由于地下水的活动，或是河流冲刷坡脚，以及人为切坡等原因，山坡土体在重力作用下，沿某一软弱面有整体下滑的趋势形成了滑坡。隧道通过这种地段时，将会受到突然的土体推力，有时会把结构物挤压破坏，或是剪切断开。如果对滑坡面的位置已经了解清楚，可以把隧道置于滑被面以下的稳定岩体中。如果确知滑坡是多年静止了 的滑坡或古滑坡，则在不得已时，也可以把隧道置于滑坡体之内，但要在上部减载和加强排水 。,滑坡地带的隧道位置选择,21,崩塌地区 山坡陡峻的地段，山体裂隙受风

10、化而崩解，脱离母岩，成块地从斜坡翻滚坠落。它的出现是突然的，冲击力很大，不易防范。选择隧道位置时，最好不要沿这类山坡通过。不得巳时，应当尽可能地把隧道置于山体之中，穿过稳定的岩层。岩体崩塌的情形不太严 重，而洞口又必须落在崩场地区时则可设置一段明洞来解决。,崩塌地区的隧道,22,岩堆地区 岩石经过风化作用，分解和剥离成为大小不一的块体，从山坡、上方滚下，或冲刷夹持而堆积在山坡较平缓处或坡脚处，形成无黏结力的堆积体。隧道通过这类地区时，开挖极易发生坍方，给施工带来极大因难。这时，宜把隧道位置放在岩堆以下的稳定岩体之中。,岩堆地区中的隧道,23,泥石流地区 山顶积聚的土壤和各种砾石、岩块受到洪水的

11、浸融成为流体，顺山沟或峡谷而下，来势凶猛，破坏力极大。有时可能摧毁铁路路基，甚至掩埋铁路，堵塞隧道。因此，在 选择隧道位置时，务必躲开泥石流泛滥区，如躲避不开，也应选在泥石流下切深度以下的基岩中。要查明泥石流洪积扇范围，不可把洞口放在洪积扇范围以内。,溶洞地区 碳酸盐类岩石(如灰岩、白云岩)、可溶类岩石在水力和水的化学作用下 溶蚀而形成各种岩溶现象，溶洞就是其中之一。溶洞可分为无水或有水，无填充或有填充溶洞。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，应选择在较狭窄地段，以垂直或大角度穿过，使通过岩溶地段为最短。,24,25,地下水地区 地下水多是由地

12、表水的渗透或地下水源补给的。例如岩层裂隙中的裂隙水，或溶洞中储藏的岩溶水，它们有时是流动的，有时是静止的，有时还有压力水头。它们的存在，使岩石软化、强度降低，层问夹层软化或稀释，促成了层间的滑动。裂隙中的水在开挖时涌入坑道，使施工发生困难，给以后养护也带来无休止的灾害。选择隧道位置时最好不从富水区经过。不得已时，也要尽可能地把隧道置于地下水位以上的地方，或在不透水层中穿过。,瓦斯地区 在煤系地层中，蕴藏着甲烷(CH4)和CO2等有害气体。隧道开挖时，有害气体逸出，轻则致入窒息，重则引起爆炸，危害甚大。选择隧道位置时，应尽量避开。不得已时，应做好通风稀释的措施。,26,黄土地区 黄土具有干燥时甚

13、坚固，遇水容易剥落和遭受侵蚀的特征。选择隧道时应避开沟壑及地下水活动和地面陷穴密集的地区。,高地温地区 地球核心有巨大的热量隧道如果埋置很深，地温太高，将会降低施工效率。隧道通过高温、高热地段，会给施工带来困难。选择隧道位置时，应尽可能不把隧道放在山体太深处。遇到部分地区埋深太大或高地温时，则应作好通风降温措施。,27,第二节 隧道洞口位置的选择,隧道位置选定以后，隧道长度由它的两端洞口位置确定。 隧道长度：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。,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

14、，全面综合地分析确定。,28,1、选择洞口位置的原则： (1)洞口不宜设在坯口沟谷的中心或沟底低洼处，在一般情况下，垭口沟谷在地质构造上是最薄弱的环节，常会遇到断层带、古坍方、冲积土等不良地质。此外，地表流水都汇集在沟底，再加上洞口路堑开挖，破坏了山体原有的平衡，更容易引起坍方，甚至不能进洞。所以，洞口最好选在沟谷一侧。,沟谷附近洞口平面位置示意图,29,(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，以保持山体的天然平衡。,缓坡洞口纵断面示意图,30,(4)减少洞口路堑段长度，延长隧道，提前进洞。对处于漫坡地形的隧道，其洞口位置变动范围较

15、大，一般应采取延长隧道的办法，以解决路堑弃土及排水的困难。 (5)洞口线路宜与等高线正交。使隧道正面进入山体，洞口结构物不致受到偏侧压力。对于傍山隧道因限于地形，有时无法与等高线正交，只能斜交进洞时，其交角不应 太小(不小45)，并根据具体情况，采取斜交洞门、台阶式正交洞门或修建一段明洞。 (6)当线路位于有可能被水淹没的河滩或水库回水彤内范围以内时，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。,31,正交洞门平面示意图,斜交洞门平面示意图,32,(7)为了保证洞口的稳定和安全，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。,33,(8)当洞口附近遇有水沟或水渠横

16、跨线路时，可设置拉槽开沟的桥梁或涵洞，以排泄水流。 (9)当洞口地势开阔，有利于施工场地布置时，可利用弃碴有计划、有目的地改造洞口场地，以便布置运输便道、材料堆放场、生产设施用地及生产、生活用房等。另外，在桥隧相连时，应注意防止因弃碴乱堆造成桥孔堵塞或推坏桥梁墩台建筑物。 (10) 洞口以外必须留有生产活动的场所。,34,第三节 隧道平、纵断面设计,1、隧道平面设计 (1)、隧道平面是指隧道中心线在水平面上的投影。隧道是线路的组成部分，线形至少满足规定； (2)、平面设计的任务：决定隧道的平面位置，选定洞口位置及洞内各种地下管线埋设位置；,35,1）铁路隧道 隧道内的线路最好采用直线，但是，如受到某些地形的限制，或是地质原因时，往往不得不采用曲线。,直线隧道的优点 线路顺直，列车可以快速通过，走行的距离也较短，有利于列车多拉快跑，提高线路的运营效率。,36,曲线隧道的缺点 曲线上的隧道，由于列车倾斜和平移，隧道建筑限界需要加宽，坑道的尺寸相应加大，不但增大了开挖土石数量，而且增加了衬砌的圬工量； 在不同曲率曲