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1、第3章 隧道横断面与隧道洞门设计,3.1 隧道净空与限界 3.2 铁路隧道曲线段加宽 3.3 隧道横断面设计 3.4 横洞设计与避车洞设计 3.5 隧道洞门形式与结构选择,3.1 隧道净空与限界,3.1.1 隧道净空与限界的基本概念 3.1.2 铁路和公路隧道建筑限界,3.1.1 隧道净空与限界的基本概念,图3-1 公路隧道横断面,3.1.2 铁路和公路隧道建筑限界,1.铁路隧道建筑限界 2.公路隧道建筑限界,1.铁路隧道建筑限界,图3-2 铁路隧道建筑限界示意图,1.铁路隧道建筑限界,图3-3 蒸汽及内燃牵引的单线、双线铁路隧道限界图,1.铁路隧道建筑限界,图3-4 电力牵引的单线、双线铁路
2、隧道限界图,1.铁路隧道建筑限界,图3-5 时速200km/h新建铁路隧道建筑限界图(单位：cm) a)单线隧道建筑限界 b)双线隧道建筑限界,1.铁路隧道建筑限界,图3-6 武广客运专线设计时速350km/h双线铁路隧道建筑限界图(单位：cm),2.公路隧道建筑限界,2.连拱隧道的左侧可不设检修道或人行道，但应设50cm(120km/h与100km/h时)或25cm(80km/h与60km/h时)的余宽。 3.设计速度120km/h时，两侧检修道宽度均不宜小于1.00m；设计速度100km/h时，右侧检修道宽度不宜小于1.00m。,2.公路隧道建筑限界,图3-7 公路隧道建筑限界图(单位：c
3、m) H建筑限界高度 W行车道宽度 左侧向宽度 右侧向宽度 C余宽 J检修道宽度 R人行道宽度 h检修道或人行道的高度 建筑限界左顶角宽度 建筑限界右顶角宽度，当1m时， =，当1m时，=1m,3.2 铁路隧道曲线段加宽,1.加宽原因 2.加宽值计算 3.曲线隧道中线与线路中线偏移距离 4.曲线隧道加宽的平面设计 5.时速200km/h以上曲线隧道净空加宽,1.加宽原因,1)车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车体是刚性的，其矩形形状不会改变，这就使得车厢两端产生向曲线外侧的偏移d外，车厢中间部分则向曲线内侧偏移1，如图3-8所示。2)由于曲线上存在外轨超高，导致车辆向曲线内侧倾斜，使车
4、辆限界的各个控制点在水平方向上向内移动了一个距离2，如图3-9所示。,图3-8 曲线隧道净空加宽平面示意图,1.加宽原因,2.加宽值计算,(1)单线曲线隧道加宽值的计算 (2)双线曲线隧道加宽值的计算 双线曲线隧道的内侧加宽值W1及外侧加宽值W2与单线隧道加宽值的计算相同。,图3-10 单线曲线隧道加宽示意图,2.加宽值计算,4.曲线隧道加宽的平面设计,图3-12 曲线隧道和直线隧道衔接平面设计,3.3 隧道横断面设计,3.3.1 基本设计内容与方法 3.3.2 铁路隧道衬砌断面设计 3.3.3 公路隧道衬砌断面设计 3.3.4 隧道衬砌截面厚度 3.3.5 高速铁路隧道横断面设计,3.3.1
5、 基本设计内容与方法,1.横断面设计基本内容 2.横断面设计方法,1.横断面设计基本内容,隧道的净空限界确定以后，就可以据此进行隧道衬砌断面的初步拟定。由于隧道衬砌是一个超静定结构，不能直接用力学方法计算出的截面尺寸，而是先拟定一种截面尺寸，按照这个截面尺寸来验算在荷载作用下的内力。,2.横断面设计方法,1)确定隧道类型，选定相应建筑限界。 2)根据围岩类别初步拟定截面厚度。 3)编制计算机程序，对拟定的各种衬砌断面方案进行计算比较和优化，得出最优的断面几何参数。 4)应用结构分析程序，对得出的衬砌结构断面最优解进行力学验算， 并对有关结果作出评价。,3.3.2 铁路隧道衬砌断面设计,1.内轮
6、廓线 2.衬砌外轮廓线和轴线,1.内轮廓线,图3-13 隧道横断面图(单位：cm),1.内轮廓线,图3-14 隧道横断面局部放大图,3.3.3 公路隧道衬砌断面设计,1)铁路隧道建筑限界是固定统一的，而公路隧道的建筑限界随公路等级、地形、车道数等条件不同而变。 2)公路隧道的附属设施如通风、照明、消防、报警等也均比铁路隧道多且要求高，每座隧道均会因交通流量和长度不同而要求不同。,3.3.4 隧道衬砌截面厚度,衬砌各截面的厚度是结构轴线确定以后的重点设计内容，要求设计的截面厚度具有足够的强度。关于衬砌结构的设计计算方法在后面章节中将予以详述。,3.3.5 高速铁路隧道横断面设计,高速铁路隧道的设
7、计特点主要体现在隧道横断面的设计上。其横断面面积除了通常要考虑的隧道建筑限界和列车运营要求外，还必须考虑满足列车隧道空气动力学的要求。,3.4 横洞设计与避车洞设计,3.4.1 横洞设计 3.4.2 避车洞设计,3.4.1 横洞设计,横洞是将行车方向分离的双洞公路隧道横向连接的通道，横洞应设置在地质条件良好的地段内。公路隧道设计规范规定，行车方向分离的双洞公路隧道，当长度超过400m时宜设置行人横洞，长度超过800m时宜设置行车横洞。,3.4.2 避车洞设计,1.避车洞的布置 2.避车洞的底部标高 3.避车洞的净空尺寸及衬砌类型,1.避车洞的布置,(1)大避车洞布置 (2)小避车洞布置 (3)
8、整体布置原则 隧道内大、小避车洞应交错设置于两侧边墙内，大避车洞之间设小避车洞；不得将避车洞设于衬砌断面变化处、不同衬砌类型衔接处或变形缝处；隧道行人较多，或曲线半径小，视距较短时，小避车洞还可适当加密。,图3-15 大小避车洞平面布置图(单位:m),1.避车洞的布置,2.避车洞的底部标高,1)直线段且有人行道时避车洞底面与人行道顶面齐平。 2)直线段无人行道时避车洞底面与道砟顶面(或侧沟盖板顶面)齐平，采用整体道床时，与道床面齐平。 3)采用碎石道床的曲线段隧道上，在各种不同的超高值时，线路内侧和外侧的避车洞底面低于内轨顶面的高度分别为h1及h2，如图3-16所示，其值为：,图3-16 避车
9、洞底部标高(单位:cm),图3-17 避车洞周边粉刷(单位:m),2.避车洞的底部标高,3.避车洞的净空尺寸及衬砌类型,图3-18 大避车洞尺寸(单位：cm),3.避车洞的净空尺寸及衬砌类型,图3-19 小避车洞尺寸(单位：cm),3.5 隧道洞门形式与结构选择,3.5.1 洞门的作用 3.5.2 洞门形式 3.5.3 新型洞门形式及景观设计,3.5.1 洞门的作用,1)减少洞口土石方开挖量。 2)稳定边仰坡。 3)引离地面流水。 4)装饰洞口。,3.5.2 洞门形式,1.隧道门 2.明洞门,1.隧道门,(1)环框式洞门 环框式洞门只镶饰隧道衬砌两端部分。 (2)端墙式洞门 端墙式洞门俗称一字
10、式洞门，适用于自然山坡陡峻，洞门地形开阔，岩层较为坚硬完整，山体压力很小，开挖坡度10.310.5的洞口地段。 (3)翼墙式洞门 当洞口地质较差，山体纵向推力较大时，可以在端墙式洞门以外，增加单侧或双侧的翼墙(挡墙)，成为翼墙式洞门，俗称八字式洞门。 (4)柱式洞门 柱式洞门是从端墙式洞门发展起来的，它实际也是一种端墙形式的洞门。 (5)台阶式洞门 当洞门处于傍山侧坡地区，地面横坡较陡，洞门一侧边坡较高时，为了减小仰坡高度及外露坡长，可以将端墙一侧顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形的特点，减少仰坡土石开挖量，这种洞门也有一定的美化作用，如图3-24所示。 (6)斜交式洞门 当线路方向与地形
11、等高线斜交时，如采用以上几种正洞门，可能出现低山侧洞门端墙上部露空，或者高山侧因自然坡面陡而开挖很高。 (7)削竹式洞门 这种洞门结构近些年在公路隧道中被普遍使用，由于洞门正面结构形式类似竹筒被斜向削断的样子而得其名，如图3-26所示。,图3-20 环框式洞门,图3-21 端墙式洞门,1.隧道门,图3-22 翼墙式洞门,1.隧道门,图3-23 柱式洞门,图3-24 台阶式洞门,1.隧道门,图3-25 斜交式洞门(单位：cm) a)正面 b)平面,1.隧道门,图3-26 削竹式洞门,1.隧道门,2.明洞门,(1)拱形明洞门 拱形明洞门可分为路堑式和半路堑式两类。 (2)遮光棚式洞门 对于公路隧道
12、，当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。,图3-27 柱式拱形明洞门(路堑式),2.明洞门,图3-29 台阶式拱形明洞门(半路堑式),2.明洞门,3.5.3 新型洞门形式及景观设计,1)摄影测绘技术进入景观设计。 2)建立一批经实践检验得到好评的国内外洞门形式实例数据库，作为洞门设计的参考源。 3)设计已开发出一些洞门设计软件，能为设计师提供良好、高效的创新平台。,3.5.3 新型洞门形式及景观设计,图3-31 新型切削式洞门,3.5.3 新型洞门形式及景观设计,图3-32 几种新型洞门 a)直切式洞门 b)正切式洞门 c)倒切式洞门 d)弧形挡墙加切削式洞门,3.5.3 新型洞门形式及景观设计,图3-33 高速铁路主导的斜切式洞门,图3-34 偏压隧道,3.5.3 新型洞门形式及景观设计,图3-36 洞口深路堑,3.5.3 新型洞门形式及景观设计,图3-37 经济美观的切削式洞口,3.5.3 新型洞门形式及景观设计,图3-38 洞口与其周边环境相协调的设计实例,3.5.3 新型洞门形式及景观设计,
