2第二章 隧道平纵断面设计.ppt

第二章隧道平纵断面设计 铁路隧道平面设计 隧道曲线设计1 附加技术要求坡道形式铁路隧道纵断面设计坡度大小坡段长度坡段联结平面线形2 公路隧道的平面和纵断面线形纵断面线形引线 隧道内的线路是整条线路中的一个区段 隧道设计时 首先要满足线路明线所规定的各种技术指标 由于隧道的施工 运营养护及改建等工作条件均比明线差 所以 在设计隧道内的线路时 除了遵照线路明线所规定的技术指标以外 还要附加上为适应隧道内工作条件的一些技术要求 附加的技术要求可以从平面设计和纵断面设计两个方面来阐述 第一节隧道平面设计 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 在隧道内 线路就更应设计成直线 曲线隧道的缺点缺点1 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 缺点2 在不同曲率曲线上的隧道建筑限界加宽不同 隧道的断面是变化的 因而施工时 支护和衬砌的尺寸均不一致 技术上较为复杂 缺点3 列车运行在曲线隧洞内 空气阻力比直线隧道大 机车牵引力的损失大 降低了运营效率 甚至可能造成溜车事故 缺点4 列车在曲线上行驶 产生了离心力 再加上洞内空气潮湿 使得钢轨磨损加速 从而使洞内的养护工作量增大 缺点5 曲线隧道洞身弯曲 洞壁对气流的阻力加大 使通风条件变坏 有害气体不易排出 缺点6 运营中为了保证隧道建筑限界的要求和正常的行车条件 需要经常检查线路平面和水平 曲线隧道也较直线隧道增加了维护作业量和难度 缺点7 由于曲线关系 洞内进行施工测量时 操作变得复杂 精度也有所降低 由此可见 从节省工程投资 减少施工难度 简化洞内施工维修作业并缩短作业时间 争取较好的通风条件 改善维修养护人员和乘务员的工作环境及看视条件以及提高行车速度等方面来看 直线隧道都优于曲线隧道 因此隧道内的线路应该设计为直线 这在一般情况下是容易做到的 但是 由于受到某些地形的限制或是地质的原因 有时也不得不采用曲线 例如 当线路绕行于山嘴时 为了避免直穿隧道太长 或是为了便于开辟辅助性的施工横洞 有时也会有意识地设置与地形等高线相接近的曲线隧道 对于越岭线上的隧道 线路常常是沿着垭口的一侧山谷转入山体后 又沿顺垭口的另一侧山谷转出 可以使隧道较长的中段放在直线上 但由于地形原因 隧道两端为了转向都要落在曲线上 这种情况是常见的 此时 如果垭口两侧沟谷地势开阔 则可将曲线放在洞口以外 如果地势条件必须把曲线引进隧道 那么 施工时先按主体的直线隧道开挖 两端暂开直的照准导坑 以补救曲线所形成的缺点 待全隧道的导坑开通后 再把两端按原设计的曲线调整过来 如图所示 隧道设置曲线示例 隧道内的线路宜设置为直线 当因地形 地质等条件限制必须设计为曲线时 宜采用较大的曲线半径 慎用最小曲线半径 并宜将曲线设在洞口附近 隧道内不宜设置反向曲线 隧道设置曲线时应注意的问题应尽可能采用较短的曲线或半径较大的曲线 且将曲线设置在隧道洞口附近为宜 使曲线的影响小一些 在曲线两端应设缓和曲线时 最好不使洞口恰落在缓和曲线上 隧道内若设圆曲线 其长度不应短于一节车厢的长度 26m 在一座隧道内最好不设一个以上的曲线 尤其是不宜设置反向曲线 S 或复合曲线 如果列车同时跨在两个曲线上 行驶很不稳当 当必须设置两条曲线时 两曲线间应有足够长的夹直线 一般是要求在三倍车辆长度以上 第二节隧道纵断面设计 坡道形式坡度大小坡段长度坡段联结 坡道形式 隧道处于地层之内 除了地质有变化时以外 线路的坡型本来不受什么限制 用不着采用复杂多变的型式 一般可采用简单的单坡型或人字坡型 坡道形式 单坡多用于线路的紧坡地段或是展线的地区 因为单坡可以争取高程 拔起或降落一定的高度 此外 单坡隧道两洞口的高程差较大 由此而产生的气压差和热位差也大 能促进洞内的自然通风 单坡道的优点还有施工及测量上都比较方便 它的缺点是在施工阶段 下坡进洞的一端 出于上部的水自然地流向下部开挖工作面 使开挖工作受到干扰 不但需要随时抽水外排 而且影响到电爆破的绝缘质量 此外 运碴时 空车下坡重车上坡 运输效率低 单坡特点 人字型坡道多用于长隧道 尤其是越岭隧道 地下水发育的长隧道宜采用人字坡 因为越岭无需争取高程 而垭口两端都是沟谷地带 同是向下的人字型披道 正好符合地形条件 人字坡的优点是施工时 水自然流向洞外 排水措施相应地简化 而且重车下坡 空车上坡 运输效率高 它的缺点是列车通过时排出的有害气体聚集在两坡间的顶峰处 尽管用机械通风 有时也排除不干净 长时积累 浓度渐渐增大 使列车司乘人员以及洞内维修人员的健康受到影响 人字坡特点 对于线路来说 考虑到运营效率 应具有良好的行车条件 线路的坡度以平坡为最好 但是 天然地形是起伏不定的 为了能适应天然地形的形状以减少工程数量 需要随着地形的变化设置与之相适应的线路坡度 但坡度不能太大 若坡度超过了线路最大允许的限制坡度 机车的牵引能力达不到 不是列车爬不上去 就是必须减轻列车的牵引重量 所以设计坡度时 注意应不超过限制坡度 坡度大小 如果在平面上有曲线 还需为克服曲线的阻力 再减去一个曲线的当量坡度 即 2 1 式中 设计中允许采用的最大坡度 按照线路等级规定的限制最大坡度 曲线阻力折算的坡度折减量 坡度折减的原因 1 列车车轮与钢轨踏面间的粘着系数降低 2 洞内空气阻力增大 此为明线坡度要求 明线坡度要求 规范中规定了隧道内线路坡度折减系数m的经验数值 如下表 隧道内线路最大坡度系数 坡度折减区段示意 隧道内线路的最大允许坡度 隧道坡度不宜小于3 在最冷月平均气温低于 5 的地区 地下水发育的地区宜适当加大坡度 位于长大坡道上长度大于400m的隧道 其坡度不得大于最大坡度按规定折减后的数值 位于长大坡道且曲线地段的隧道 应先进行隧道内线路最大坡度折减 再进行曲线坡度减缓 坡段长度 隧道内的线路坡段也不宜太短 因为坡段太短就意味着变坡点多而密集 列车行驶就不平稳 司机操纵要随时调整 当列车经过变坡点时 受力情况也跟着变化 车辆间会发生相互的冲撞 产生附加力和附加加速度 如果坡度太短 一列车在行驶中 同时跨越两个变坡点 车体 车钩都在同时受到不利的影响 有时会因此发生事故 另外 如果隧道内坡度变化甚多 也将给施工和运营养护维修养护增加困难 从行车平稳的要求和照顾施工和养护的方便出发 隧道内坡段长度最好不小于列车的长度考虑到长远的发展 坡段长度最好不小于远期到发线的长度凸形纵断面分坡平段 当隧道位于两端货物列车以接近计算速度通过时 允许分坡平道长度缩短至200m 坡段长最小为200m 隧道内线路的坡型单一 但不宜把坡段定得太长 尤其是单坡隧道 坡度已用到了最大限度 如果是一气上大坡 列车就必须用尽机车的全部潜在能力 持续奋进 这样 会使机车疲劳或超负荷 虽然坡度未超限制 但坡段长了 也会越爬越慢 以至有停车的可能或出现车轮打滑的情况 容易发生事故 在下坡时 由于坡段太长 制动时间过久 机车闸瓦摩擦发热 将使燃油失效 以致刹不住车 发生溜车事故 所以在限坡地段 坡段不宜太长 如果隧道很长 坡度又不想变动 为了不使机车爬长坡 可以设缓坡段 使机车有一个喘息或缓和的时间 此外 顺坡设排水沟时 如果坡段太长 水沟就难于布置 不是流量太大 就是沟槽太深 有时为此需要设置许多抽水 扬水设施 分级分段排水 这就给今后的运营和维修增加了工作量 所以 隧道内线路的坡段不宜太长 坡段联接 为了行车平顺 两个相邻坡段坡度的代数差值不宜太大 因为 坡差太大会引起车辆之间仰俯不一 车钩受到扭力 容易发生断钩 两个相邻坡段坡度的代数差值不宜太大两坡段间的代数差值不应大于重车方向的坡值 旅客列车设计行车速度小于160km h的铁路 相临坡度差大于3 时 应以圆形竖曲线连接 竖曲线的半径应采用10000m 旅客列车设计行车速度为160km h的铁路段 应以圆曲线型竖曲线连接 竖曲线的半径应采用15000m 竖曲线不应与平面圆曲线重叠设置 困难条件下 竖曲线可与半径不小于2500m的圆曲线重叠设置 特殊困难条件下 经技术经济比选 竖曲线可与半径不小于1600m的圆曲线重叠设置 位于车站上的隧道 应采取必要的工程措施确保排水畅通 当隧道洞口位于滨河可能被洪水淹没地带 水库回水影响范围或受山洪威胁地段 其路肩高程应高出设计水位加波浪侵袭高度和壅水高度至少0 5m 级铁路设计水位的洪水频率标准为1 100 当观测洪水 包括调查可靠的有重现可能的历史洪水 高于上述设计洪水频率标准时 则应按观测洪水设计 当观测洪水的频率超过1 300时 级铁路应按1 300洪水频率设计 公路隧道的平面线形和纵断面线形 平面线形隧道的平面线形原则上采用直线 避免设置曲线 在某些情况下必须设置曲线时 其曲线半径不宜小于不设超高的平面曲线半径 并应符合视距要求 在隧道洞口不应采用小半径曲线的引线与隧道衔接 这里有两个问题应当引起注意 一是小半径曲线 二是超高 如果设置小半径曲线 会产生视距问题 为确保视距 势必要加宽隧道断面 设置超高时 车辆倾斜 也会导致隧道断面的加宽 隧道断面加宽 一方面要增加工程费用 另一方面使施工变得困难 加宽后的断面宽度不统一 以及不同断面之间的相互过渡都给隧道施工带来困难 由于隧道内一般是禁止超车的 只能采用停车视距 设计时根据停车视距可以换算出设置曲线时的不加宽最小平曲线半径 纵断面线形 道路隧道的纵坡以不妨碍排水的缓坡为宜 在变坡点处应设置足够的竖曲线 保持线路的良好衔接 隧道纵坡设置不宜过大 否则无论是在汽车行使上还在隧道施工及养护上都不利 道路隧道控制纵坡的主要因素是隧道通风问题 汽车排出的废气及有害物质随着纵坡的增大而急剧增多 一般将隧道纵坡保持在2 以下比较好 纵坡大于3 是不可取的 从隧道施工排水和竣工后的排水需要上考虑 隧道内不宜设置平坡 在施工时需要设置不小于0 3 的纵坡 竣工后的排水 包括涌水 漏水 清洗隧道用水 消防用水等 如果能满足施工排水的需要 那么在用混凝土修建的排水沟中排水是没有问题的 其最小坡度不宜小于0 2 在高寒地区 为了减少冬季排水沟产生冻害 适当加大纵坡坡度 使水的流动能增大 对排水是有利的 从两个洞口开挖隧道时 采用 人 字坡 施工涌水容易排出 采用单坡 处于高位的洞口 涌水不能自然向外排出 这是设计时应当考虑的问题 陡坡隧道且涌水量大时 应考虑减缓坡度 引线的平面及纵断线形 应当保证有足够的视距和行车安全 尤其在进口一侧 需要在足够的距离外能够识别隧道洞口 通常 汽车驶近隧道但尚有一定距离时 驾驶员若能自然地集中注意力观察到隧道洞口及其附近的情况 并保证有足够的安全视距 对障碍物可以及时