高速铁路隧道-西南交通大学课件

southwestjIaotongunIversIty西南交通大学SouthwestJiaotongUniversity《山岭隧道》课程第四讲隧道平纵断面设计及结构构造许炜萍讲师south

隧道平面设计隧道纵断面设计隧道横断面设计隧道结构构造主要内容隧道平面设计主要内容一隧道平面设计一隧道平面设计隧道平面设计什么是隧道平面？隧道平面设计要实现哪些内容？隧道平面设计什么是隧道平面？隧道内的线路宜设计为直线;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；隧道内不设置反向曲线。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路隧道（350km/h）：最小曲线半径：一般9000m，困难7000m。隧道内的线路宜设计为直线;隧道平面设计（一）铁路隧道高速设计时：尽可能采用较短的曲线，或半径较大的曲线。尽可能将缓和曲线设在洞外一个适当距离以外，圆曲线的长度也不应短于一节车厢的长度。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或复合曲线；两曲线间应有足够长的夹直线，一般要求在3倍车辆长度以上。

隧道平面设计（一）铁路隧道设计时：隧道平面设计（一）铁路隧道新建双线或增建第二线时：当遇特长隧道及松软地层、不良地质地段、黄土地区的隧道时，跨度大小对隧道工程的影响较其他地区更为显著，往往修建两座单线隧道较修建一座双线隧道较易于保证工程质量和施工安全，且工程费所增亦不多，宜修建两座单线隧道。

隧道平面设计（一）铁路隧道常速铁路单、双线隧道的选定：新建双线或增建第二线时：隧道平面设计（一）铁路隧道常速铁新建双线或增建第二线时：其他有条件的长隧道，考虑到运营期间一旦发生事故，能有效防灾、救援且尽量控制损失，则选用两座单线隧道，相互间设置联络通道的方案应是最佳决策。

隧道平面设计（一）铁路隧道常速铁路单、双线隧道的选定：新建双线或增建第二线时：隧道平面设计（一）铁路隧道常速铁高速铁路均设计为双线：从地质条件看，在软弱破碎围岩地段，考虑施工难度和风险，宜选用跨度较小的双洞单线隧道方案，当地质条件好时，可选用单洞双线隧道方案。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧道的选定：高速铁路均设计为双线：隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路高速铁路均设计为双线：从施工方法看，当采用TBM或盾构施工时，考虑施工风险，采用直径较小的双洞单线隧道方案较为稳妥，施工风险相对较小。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧道的选定：高速铁路均设计为双线：隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路高速铁路均设计为双线：从运营通风看，双洞单线隧道方案可以充分利用列车活塞风改善隧道内的环境条件，而单洞双线隧道方案利用活塞风效果较差。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧道的选定：高速铁路均设计为双线：隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路高速铁路均设计为双线：就工程投资而言，双洞单线隧道方案通常较单洞双线隧道方案造价高20%~40%，特别在硬岩地段，单洞双线隧道方案具有明显的价格优势。故在确定隧道方案时，应结合线路的隧道分布和隧道两端引线等相关工程的具体情况，综合考虑。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧道的选定：高速铁路均设计为双线：隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路选定的原则：当隧道长度小于10km时，一般采用单洞双线方案，可利用施工时的辅助坑道作为防灾救援和人员疏散的紧急出口，如郑西客运专线函谷关隧道(长7851m)、秦东隧道(长7684m)等。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧道的选定：选定的原则：隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧选定的原则：当隧道长度为10~20km时，应结合隧道两端引线、车站布点等相关工程情况进行系统的经济技术比选，也可结合防灾救援及养护维修考虑，采用双线隧道加贯通平导的方案进行比较。如霞浦隧道(长13099m)采用双线隧道加贯通平导方案，贯通平导对养护维修非常方便。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧道的选定：选定的原则：隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧选定的原则：当隧道长度大于20km时，从防灾救援方面考虑，一般采用双洞单线隧道方案，如已竣工通车的兰武二线乌鞘岭隧道(长20050m)和石太客运专线太行山隧道(长27839m)等。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧道的选定：选定的原则：隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧

根据地质、地形、路线的走向、通风等因素确定隧道的平、曲线线形。设为曲线时，不宜采用设超高的平曲线，并不应采用设加宽的平曲线。

隧道平面设计（二）公路隧道根据地质、地形、路线的走向、通风等因素确定隧道隧道不设超高的圆曲线最小半径符合以下规定：

隧道平面设计（二）公路隧道隧道不设超高的圆曲线最小半径符合以下规定：隧道平面设计（隧道的行车视距与会车视距符合以下规定：

隧道平面设计（二）公路隧道隧道的行车视距与会车视距符合以下规定：隧道平面设计（二

高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离的独立双洞。分离式独立双洞的最小净距，按对两洞结构彼此不产生有害影响的原则，结合隧道平面线形、围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素确定。

隧道平面设计（二）公路隧道高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离的

分离式双洞有利于运营通风与防灾，有利于隧道施工。但双洞断面积比单洞断面积大，洞口展线长，则洞外地形狭窄地段将会产生大量人工边坡、桥隧相连的情况，会导致工程费和养护费增加，而且线形很差，对连续中、短隧道（亦称隧道群）的情况，这样做就非常困难。

隧道平面设计（二）公路隧道分离式双洞有利于运营通风与防灾，有利于隧道施工

隧道平面设计（二）公路隧道

因此，在受洞口地形限制，围岩条件较好时，也可以选用大断面的连拱式单洞隧道。目前，在公路隧道中出现了不少大断面的连拱隧道形式。隧道平面设计（二）公路隧道因此，在受洞口地形限制

在桥隧相连、隧道相连、地形条件限制等特殊地段，也可以采取小净距隧道或连拱隧道形式。当然，也可在洞身段采取较大间距，形成独立双洞，而在洞口段渐变过渡成小净距或连拱形式，使其更符合实际情况。

隧道平面设计（二）公路隧道在桥隧相连、隧道相连、地形条件限制等特殊地段，二隧道纵断面设计二隧道纵断面设计什么是隧道纵断面？隧道纵断面设计要实现哪些内容？隧道纵断面设计什么是隧道纵断面？隧道纵断面设计1坡道形式单面坡人字坡

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道1坡道形式隧道纵断面设计（一）铁路隧道1坡道形式

单面坡：位于紧坡地段，要争取高程的区段上的隧道、位于越岭隧道两端展线上的隧道、地下水不大的隧道，或是可以单口掘进的短隧道；人字坡：长大隧道、越岭隧道、地下水丰富而抽水设备不足的隧道。

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道1坡道形式隧道纵断面设计（一）铁路隧道2坡度大小——最大允许坡度

依据地形设计坡度时，坡度大小应不超过限制坡度，如平面上有曲线，还需为克服曲线阻力再减去一个曲线当量坡度。隧道内线路的最大允许坡度要在明线最大限制坡度上乘以一个折减系数，铁路隧道内允许最大坡度按下式计算：

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道m为隧道内线路的坡度折减系数，《铁路隧道设计规范》中规定了其取值。高速铁路隧道（350km/h）：最大坡度：一般12‰，局部地段20‰

。2坡度大小——最大允许坡度隧道纵断面设计（一）2坡度大小

m的取值：

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道2坡度大小隧道纵断面设计（一）铁路隧道2坡度大小——最小坡度因为隧道内的水全靠排水沟向外流出。《铁路隧道设计规范》规定，隧道内线路不得设置平坡，最小的允许坡度不宜小于3‰。

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道2坡度大小——最小坡度隧道纵断面设计（一）铁路隧道3坡段长度

坡段不宜过长，尤其是单坡隧道（行车和排水两个方面的考虑）；为了不使机车爬长坡，可以设缓坡段，使机车有一个喘息和缓和的时间。坡段也不宜太短，坡段长度最好不小于列车的长度，考虑到长远的发展，最好不小于远期到发线的长度。

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道3坡段长度隧道纵断面设计（一）铁路隧道4坡段连接

从安全的观点出发，两坡段间的代数差值不应大于重车方向的限坡值。

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道4坡段连接隧道纵断面设计（一）铁路隧道4坡段连接

《铁路隧道设计规范》规定：旅客列车速度小于160km/h，坡度差大于3‰，以圆曲线形竖曲线连接，半径10000m；

旅客列车速度等于160km/h，坡度差大于1‰，以圆曲线形竖曲线连接，半径15000m。

竖曲线不宜与平面圆曲线重叠设置。

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道4坡段连接隧道纵断面设计（一）铁路隧道

公路隧道的坡道形式也分为单面坡和人字坡，纵坡坡度以不妨碍排水的缓坡为宜。在变坡点应放入足够的竖曲线。公路隧道控制坡度的主要因素是通风问题，一般纵坡保持在2%以下比较好，超过2%时有害物质的排出量迅速增加；纵坡大于3%不可取。不存在通风问题的隧道，可以按普通公路设置纵坡。

隧道纵断面设计

（二）公路隧道公路隧道的坡道形式也分为单面坡和人字坡，纵坡坡

隧道内纵面线形应考虑行车安全性、营运通风规模、施工作业效率和排水要求，隧道纵坡不应小于0.3%，一般情况不应大于3%；受地形等条件限制时，高速公路、一级公路的中、短隧道可适当加大，但不宜大于4%；短于l00m的隧道纵坡可与该公路隧道外路线的指标相同。

隧道纵断面设计

（二）公路隧道隧道内纵面线形应考虑行车安全性、营运通风规模

从排水需要考虑，在隧道内不应采用平坡。在施工时，为了使隧道内水顺利流出，需要0.3%的坡度；预计涌水量相当大时，需采用0.5%的坡度。在高寒地区，为减少排水沟产生冻害，适当加大纵坡，使水流动能增加，对排水有利。

隧道纵断面设计

（二）公路隧道从排水需要考虑，在隧道内不应采用平坡。隧道纵断面设计三隧道横断面设计三隧道横断面设计

隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。隧道净空根据“隧道建筑限界”确定，“隧道建筑限界”根据“基本建筑限界”制定，“基本建筑限界”根据“机车车辆限界”制定。

“限界”是一种规定的轮廓线，这种轮廓线以内的空间是保证列车安全运行所必需的。“建筑限界”是建筑物不得侵入的一种限界。铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。隧1、机车车辆限界指机车车辆最外轮廓的限界尺寸。2、基本建筑限界指线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线。铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空1、机车车辆限界铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空3、隧道建筑限界指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线。即要比“基本建筑限界”大一些，留出少许空间，用于安装通讯信号、照明、电力等设备。铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空3、隧道建筑限界铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空

新建和改建的电力牵引的单线、双线隧道限界图铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空1）常速铁路隧道3、隧道建筑限界

新建和改建的电力牵引的单线、双线隧道限界图铁路铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空2）高速铁路隧道3、隧道建筑限界

200km/h客货共线电力牵引铁路KH-200桥隧建筑限界200km/h及以上客运专线铁路建筑接近限界基本尺寸及轮廓200km/h客货共线电力牵引铁路双层集装箱运输隧道建筑限界铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空2）高速铁路隧道3、隧时速200km/h新建铁路隧道建筑限界。铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空2）高速铁路隧道3、隧道建筑限界

时速200km/h新建铁路隧道建筑限界。铁路隧道横断面设计“直线隧道净空”要比“隧道建筑限界”稍大一些，除了满足限界要求外，考虑避让、救援通道，还考虑了在不同的围岩压力作用下，衬砌结构的合理受力形状以及施工方便等因素。铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

“直线隧道净空”要比“隧道建筑限界”铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

1）常速铁路隧道时速120km单线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓图铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

1）常速铁路隧道时速120km双线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓图铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

2）高速铁路隧道

高速铁路隧道与常速铁路隧道最大的区别就是当列车以高速通过隧道时，产生的空气动力学效应对行车、旅客舒适度、列车相关性能和洞口环境的不利影响十分明显，因此隧道断面的确定必须考虑如何缓解和消减旅客列车进入隧道时诱发的空气动力学效应的影响。铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

2）高速铁路隧道

隧道断面设计时主要应考虑下列因素：①隧道建筑限界；②轨道数量和线间距；③缓解空气动力学效应所需的空间；④需预留的空间，如安全空间、避难和救援空间、养护维修及工程技术作业空间、其他使用要求所需的空间；⑤设备安装空间等。铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

2）高速铁路隧道时速350km双线铁路隧道建筑限界及内轮廓铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

2）高速铁路隧道200km/h客货共线铁路单线隧道内轮廓200km/h客货共线铁路双线隧道内轮廓

铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

2）高速铁路隧道200km/h客货共线铁路兼顾双箱运输的单线隧道内轮廓200km/h客货共线铁路兼顾双箱运输的双线隧道内轮廓铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

2）高速铁路隧道250km/h客运专线铁路单线隧道建筑限界及内轮廓

250km/h客运专线铁路双线隧道建筑限界及内轮廓铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

2）高速铁路隧道狮子洋隧道建筑限界及衬砌内轮廓350km/h客运专线铁路双线隧道建筑限界及内轮廓铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空1加宽原因铁路隧道横断面设计（二）曲线隧道净空加宽1加宽原因铁路隧道横断面设计（二）曲线隧道净空加宽1加宽原因铁路隧道横断面设计（二）曲线隧道净空加宽1加宽原因铁路隧道横断面设计（二）曲线隧道净空加宽1加宽原因铁路隧道横断面设计（二）曲线隧道净空加宽

曲线隧道净空的加宽值为：内侧加宽外侧加宽总加宽1加宽原因铁路隧道横断面设计（二）曲线隧道净空加宽单线曲线隧道加宽值的计算：铁路隧道横断面设计2加宽值的计算故车辆中间部分向曲线内侧的偏移：展开得：单线曲线隧道加宽值的计算：铁路隧道横断面设计2加宽值的计算单线曲线隧道加宽值的计算：铁路隧道横断面设计2加宽值的计算车辆两端向曲线外侧的偏移：d式中:l—车辆前后转向架间距，取18m;L—标准车辆长度，我国为26m。单线曲线隧道加宽值的计算：铁路隧道横断面设计2加宽值的计单线曲线隧道加宽值的计算：铁路隧道横断面设计2加宽值的计算外轨超高使车体向曲线内侧倾移：ΔFDO和ΔABC为相似三角形，故电气化铁路可近似取d内2=2.8E

非电气化铁路近似取d内2＝2.7EL—取150cm单线曲线隧道加宽值的计算：铁路隧道横断面设计2加宽值的计算

由于曲线隧道内外侧加宽值不同（内侧加宽大于外侧加宽），断面加宽后，隧道中线应向曲线内侧偏移一定距离d:铁路隧道横断面设计单线隧道线路中线偏移由于曲线隧道内外侧加宽值不同（内侧加宽大于外侧加宽），断铁路隧道横断面设计双线曲线隧道加宽值的计算

双线曲线隧道的内侧加宽值及外侧加宽值与单线曲线隧道加宽值的计算相同。双线曲线隧道，除了两侧需要加宽以外，两线的中心线间距也要由规定的直线间距4m加大一个水平距离。铁路隧道横断面设计双线曲线隧道加宽值的计算双线曲线隧道的双线曲线隧道加宽值的计算内外侧线路中线间的加宽值按下面情况计算:

（1）当外侧线路外轨超高大于内侧线路外轨超高时(H－取360cm)

（2）内侧线路超高大于等于外侧线路超高时：双线曲线隧道加宽值的计算内外侧线路中线间的加宽值按下面情况计铁路隧道横断面设计双线隧道线路偏移双线隧道线路中线偏移量计算方法与单线隧道线路中线偏移量计算方法相同，同样为：铁路隧道横断面设计双线隧道线路偏移双线隧道线路中线偏移量计

双线隧道内侧线路中线至隧道中线的距离：铁路隧道横断面设计双线隧道线路偏移双线隧道内侧线路中线至隧道中线的距离：铁路隧道横断

双线隧道外侧线路中线至隧道中线的距离：铁路隧道横断面设计双线隧道线路偏移双线隧道外侧线路中线至隧道中线的距离：铁路隧道横断200km/h以上曲线隧道净空既满足空气动力学效应标准的要求，又满足建筑物接近限界及其他工程使用空间的需要，且留有富余量，按《铁路隧道设计规范》曲线隧道的加宽也是较小的，可不考虑内轮廓加宽。铁路隧道横断面设计4200km/h以上曲线隧道净空加宽（二）曲线隧道净空加宽200km/h以上曲线隧道净空既满足《铁路隧道设计规范》：位于曲线地段的隧道，加宽除圆曲线部分按计算值加宽外，缓和曲线部分可分两段加宽。自圆曲线至缓和曲线中点，并向直线方向延长13m，采用圆曲线加宽断面（W）；其余缓和曲线，并自直缓分界点向直线段延长22m，采用缓和曲线中点加宽断面，其加宽值取圆曲线之半（W/2）。铁路隧道横断面设计（三）曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接方法《铁路隧道设计规范》：位于曲线地段的隧道，加宽

曲线隧道与直线隧道衔接方法平面示意图：铁路隧道横断面设计（三）曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接方法曲线隧道与直线隧道衔接方法平面示意图：铁路

位于曲线车站上的隧道，断面加宽应根据站场线路具体要求计算确定。当隧道位于反向曲线上且其间夹直线长度小于44m时，重叠部分按两端不同的曲线半径分别计算内外侧加宽值，取其中较大者。不同宽度衬砌断面的衔接：衬砌断面变化点错成直角台阶、自加宽断面终点向不加宽断面延伸1m范围内逐渐过渡的顺坡法。铁路隧道横断面设计（三）曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接方法位于曲线车站上的隧道，断面加宽应根据站场线路具体要求计算

公路隧道净空包括公路建筑限界、通风及其他所需的断面积，断面形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值。公路隧道横断面设计公路隧道净空包括公路建筑限界、通风及其他所需

公路隧道的建筑限界包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度，以及车道、人行道的净高。公路隧道横断面设计公路隧道的建筑限界包括车道、路肩、路缘带、人行

公路隧道的净空除包括公路建筑限界以外，还包括通风管道、照明设备、防灾设备、监控设备、运行管理设备等附属设备所需要的空间以及富余量和施工允许误差等。公路隧道横断面设计公路隧道的净空除包括公路建筑限界以外，还包括通

各级公路行车道的宽度，均按“限界”的规定设置，隧道内的车道宽度原则上应与前后道路一致，一般应避免产生“瓶颈”，并在车道两侧设置足够富余量。

“墙效应”问题应消除或减小。公路隧道横断面设计各级公路行车道的宽度，均按“限界”的规定设置，隧道内的车车道设置：对向交通的最小单位为2车道；超过对向2车道的容量，设置两条各为单向交通的2车道，即合计4车道；隧道前后公路若为6车道时，如有可能，应修成两条单向3车道。公路隧道横断面设计车道设置：公路隧道横断面设计其他：超过2km的长隧道，在150~750m的间隔上设加宽带，尺寸宽2.5m，长25m；超过10km的特长隧道，设置可供大型车辆使用的U形回车场；交通量大的城市隧道，考虑到故障车的停车，路面宽度最小推荐为8~8.5m。公路隧道横断面设计其他：公路隧道横断面设计其他：城市道路隧道，考虑自行车和行人的通过；自行车道宽1.0m，人行道宽0.75m或1m；条件允许时，修建小断面的人行隧管，与车辆分开，在火灾时可以作为避难，救护伤员使用，平时亦可兼作管理人员用的通道；需通行自行车时，应另设自行车道。公路隧道横断面设计其他：公路隧道横断面设计隧道断面范例：公路隧道横断面设计隧道断面范例：公路隧道横断面设计净高：净高由汽车载货限制高度和富余量决定。隧道内的路面全部更换困难，将来可能进行罩面，其厚度按20cm预留。

冬季积雪等可能减少净高，对不能满足净高要求的路段，应设标志牌，标明该处净高，并指明迂回道路。公路隧道横断面设计净高：公路隧道横断面设计通风方式对净空断面影响：自然通风的隧道，断面应适当大些；采用射流通风机进行纵向通风时，考虑射流通风机本身的直径、悬吊梁的高度和富余量，总计约1.5米的高度；长大隧道的通风管道断面积、通风竖井和斜井的长度和数量等应综合通盘考虑。公路隧道横断面设计通风方式对净空断面影响：公路隧道横断面设计

隧道的净空界限拟定以后，就可以据此进行隧道衬砌的初步拟定。初步拟定结构形状和尺寸可采取经验类比的方法，需要考虑两个方面的因素：第一是选定净空形状，也就是选定结构的内轮廓；第二是选定截面的厚度。

隧道衬砌断面的初步拟定隧道的净空界限拟定以后，就可以据此进行隧道衬砌

衬砌的内轮廓必须符合前述的隧道建筑净空界限。结构的任何部位都不应侵入界限以内，同时又应尽量减少坑道的断面积，使土石开挖量和圬工砌筑量最少。因此，内轮廓线总是贴着界限的，并平顺圆滑，使结构受力合理。

隧道衬砌断面的初步拟定（一）内轮廓衬砌的内轮廓必须符合前述的隧道建筑净空界限。结

以混凝土为材料的隧道衬砌是一种受压结构，结构的轴线尽可能接近荷载作用下的压力线，使衬砌大部分区域主要承受压力，而部分区域断面承受很小的拉力，从而充分的利用混凝土材料的性能。

隧道衬砌断面的初步拟定（二）结构轴线以混凝土为材料的隧道衬砌是一种受压结构，结构的

设计时，要求截面厚度具有足够的强度。从施工角度出发，截面的厚度不应太薄，否则将使施工操作困难和质量不易保证。《铁路隧道设计规范》中，规定了衬砌各部分最小厚度的数值，可供参考。

隧道衬砌断面的初步拟定（三）截面厚度设计时，要求截面厚度具有足够的强度。从施工角《铁路隧道设计规范》中规定的衬砌各部分最小厚度数值。

隧道衬砌断面的初步拟定（三）截面厚度《铁路隧道设计规范》中规定的衬砌各部分最小厚

southwestjIaotongunIversIty西南交通大学SouthwestJiaotongUniversity《山岭隧道》课程第四讲隧道平纵断面设计及结构构造许炜萍讲师south

隧道平面设计隧道纵断面设计隧道横断面设计隧道结构构造主要内容隧道平面设计主要内容一隧道平面设计一隧道平面设计隧道平面设计什么是隧道平面？隧道平面设计要实现哪些内容？隧道平面设计什么是隧道平面？隧道内的线路宜设计为直线;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；隧道内不设置反向曲线。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路隧道（350km/h）：最小曲线半径：一般9000m，困难7000m。隧道内的线路宜设计为直线;隧道平面设计（一）铁路隧道高速设计时：尽可能采用较短的曲线，或半径较大的曲线。尽可能将缓和曲线设在洞外一个适当距离以外，圆曲线的长度也不应短于一节车厢的长度。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或复合曲线；两曲线间应有足够长的夹直线，一般要求在3倍车辆长度以上。

隧道平面设计（一）铁路隧道设计时：隧道平面设计（一）铁路隧道新建双线或增建第二线时：当遇特长隧道及松软地层、不良地质地段、黄土地区的隧道时，跨度大小对隧道工程的影响较其他地区更为显著，往往修建两座单线隧道较修建一座双线隧道较易于保证工程质量和施工安全，且工程费所增亦不多，宜修建两座单线隧道。

隧道平面设计（一）铁路隧道常速铁路单、双线隧道的选定：新建双线或增建第二线时：隧道平面设计（一）铁路隧道常速铁新建双线或增建第二线时：其他有条件的长隧道，考虑到运营期间一旦发生事故，能有效防灾、救援且尽量控制损失，则选用两座单线隧道，相互间设置联络通道的方案应是最佳决策。

隧道平面设计（一）铁路隧道常速铁路单、双线隧道的选定：新建双线或增建第二线时：隧道平面设计（一）铁路隧道常速铁高速铁路均设计为双线：从地质条件看，在软弱破碎围岩地段，考虑施工难度和风险，宜选用跨度较小的双洞单线隧道方案，当地质条件好时，可选用单洞双线隧道方案。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧道的选定：高速铁路均设计为双线：隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路高速铁路均设计为双线：从施工方法看，当采用TBM或盾构施工时，考虑施工风险，采用直径较小的双洞单线隧道方案较为稳妥，施工风险相对较小。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧道的选定：高速铁路均设计为双线：隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路高速铁路均设计为双线：从运营通风看，双洞单线隧道方案可以充分利用列车活塞风改善隧道内的环境条件，而单洞双线隧道方案利用活塞风效果较差。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧道的选定：高速铁路均设计为双线：隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路高速铁路均设计为双线：就工程投资而言，双洞单线隧道方案通常较单洞双线隧道方案造价高20%~40%，特别在硬岩地段，单洞双线隧道方案具有明显的价格优势。故在确定隧道方案时，应结合线路的隧道分布和隧道两端引线等相关工程的具体情况，综合考虑。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧道的选定：高速铁路均设计为双线：隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路选定的原则：当隧道长度小于10km时，一般采用单洞双线方案，可利用施工时的辅助坑道作为防灾救援和人员疏散的紧急出口，如郑西客运专线函谷关隧道(长7851m)、秦东隧道(长7684m)等。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧道的选定：选定的原则：隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧选定的原则：当隧道长度为10~20km时，应结合隧道两端引线、车站布点等相关工程情况进行系统的经济技术比选，也可结合防灾救援及养护维修考虑，采用双线隧道加贯通平导的方案进行比较。如霞浦隧道(长13099m)采用双线隧道加贯通平导方案，贯通平导对养护维修非常方便。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧道的选定：选定的原则：隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧选定的原则：当隧道长度大于20km时，从防灾救援方面考虑，一般采用双洞单线隧道方案，如已竣工通车的兰武二线乌鞘岭隧道(长20050m)和石太客运专线太行山隧道(长27839m)等。

隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧道的选定：选定的原则：隧道平面设计（一）铁路隧道高速铁路单、双线隧

根据地质、地形、路线的走向、通风等因素确定隧道的平、曲线线形。设为曲线时，不宜采用设超高的平曲线，并不应采用设加宽的平曲线。

隧道平面设计（二）公路隧道根据地质、地形、路线的走向、通风等因素确定隧道隧道不设超高的圆曲线最小半径符合以下规定：

隧道平面设计（二）公路隧道隧道不设超高的圆曲线最小半径符合以下规定：隧道平面设计（隧道的行车视距与会车视距符合以下规定：

隧道平面设计（二）公路隧道隧道的行车视距与会车视距符合以下规定：隧道平面设计（二

高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离的独立双洞。分离式独立双洞的最小净距，按对两洞结构彼此不产生有害影响的原则，结合隧道平面线形、围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素确定。

隧道平面设计（二）公路隧道高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离的

分离式双洞有利于运营通风与防灾，有利于隧道施工。但双洞断面积比单洞断面积大，洞口展线长，则洞外地形狭窄地段将会产生大量人工边坡、桥隧相连的情况，会导致工程费和养护费增加，而且线形很差，对连续中、短隧道（亦称隧道群）的情况，这样做就非常困难。

隧道平面设计（二）公路隧道分离式双洞有利于运营通风与防灾，有利于隧道施工

隧道平面设计（二）公路隧道

因此，在受洞口地形限制，围岩条件较好时，也可以选用大断面的连拱式单洞隧道。目前，在公路隧道中出现了不少大断面的连拱隧道形式。隧道平面设计（二）公路隧道因此，在受洞口地形限制

在桥隧相连、隧道相连、地形条件限制等特殊地段，也可以采取小净距隧道或连拱隧道形式。当然，也可在洞身段采取较大间距，形成独立双洞，而在洞口段渐变过渡成小净距或连拱形式，使其更符合实际情况。

隧道平面设计（二）公路隧道在桥隧相连、隧道相连、地形条件限制等特殊地段，二隧道纵断面设计二隧道纵断面设计什么是隧道纵断面？隧道纵断面设计要实现哪些内容？隧道纵断面设计什么是隧道纵断面？隧道纵断面设计1坡道形式单面坡人字坡

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道1坡道形式隧道纵断面设计（一）铁路隧道1坡道形式

单面坡：位于紧坡地段，要争取高程的区段上的隧道、位于越岭隧道两端展线上的隧道、地下水不大的隧道，或是可以单口掘进的短隧道；人字坡：长大隧道、越岭隧道、地下水丰富而抽水设备不足的隧道。

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道1坡道形式隧道纵断面设计（一）铁路隧道2坡度大小——最大允许坡度

依据地形设计坡度时，坡度大小应不超过限制坡度，如平面上有曲线，还需为克服曲线阻力再减去一个曲线当量坡度。隧道内线路的最大允许坡度要在明线最大限制坡度上乘以一个折减系数，铁路隧道内允许最大坡度按下式计算：

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道m为隧道内线路的坡度折减系数，《铁路隧道设计规范》中规定了其取值。高速铁路隧道（350km/h）：最大坡度：一般12‰，局部地段20‰

。2坡度大小——最大允许坡度隧道纵断面设计（一）2坡度大小

m的取值：

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道2坡度大小隧道纵断面设计（一）铁路隧道2坡度大小——最小坡度因为隧道内的水全靠排水沟向外流出。《铁路隧道设计规范》规定，隧道内线路不得设置平坡，最小的允许坡度不宜小于3‰。

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道2坡度大小——最小坡度隧道纵断面设计（一）铁路隧道3坡段长度

坡段不宜过长，尤其是单坡隧道（行车和排水两个方面的考虑）；为了不使机车爬长坡，可以设缓坡段，使机车有一个喘息和缓和的时间。坡段也不宜太短，坡段长度最好不小于列车的长度，考虑到长远的发展，最好不小于远期到发线的长度。

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道3坡段长度隧道纵断面设计（一）铁路隧道4坡段连接

从安全的观点出发，两坡段间的代数差值不应大于重车方向的限坡值。

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道4坡段连接隧道纵断面设计（一）铁路隧道4坡段连接

《铁路隧道设计规范》规定：旅客列车速度小于160km/h，坡度差大于3‰，以圆曲线形竖曲线连接，半径10000m；

旅客列车速度等于160km/h，坡度差大于1‰，以圆曲线形竖曲线连接，半径15000m。

竖曲线不宜与平面圆曲线重叠设置。

隧道纵断面设计

（一）铁路隧道4坡段连接隧道纵断面设计（一）铁路隧道

公路隧道的坡道形式也分为单面坡和人字坡，纵坡坡度以不妨碍排水的缓坡为宜。在变坡点应放入足够的竖曲线。公路隧道控制坡度的主要因素是通风问题，一般纵坡保持在2%以下比较好，超过2%时有害物质的排出量迅速增加；纵坡大于3%不可取。不存在通风问题的隧道，可以按普通公路设置纵坡。

隧道纵断面设计

（二）公路隧道公路隧道的坡道形式也分为单面坡和人字坡，纵坡坡

隧道内纵面线形应考虑行车安全性、营运通风规模、施工作业效率和排水要求，隧道纵坡不应小于0.3%，一般情况不应大于3%；受地形等条件限制时，高速公路、一级公路的中、短隧道可适当加大，但不宜大于4%；短于l00m的隧道纵坡可与该公路隧道外路线的指标相同。

隧道纵断面设计

（二）公路隧道隧道内纵面线形应考虑行车安全性、营运通风规模

从排水需要考虑，在隧道内不应采用平坡。在施工时，为了使隧道内水顺利流出，需要0.3%的坡度；预计涌水量相当大时，需采用0.5%的坡度。在高寒地区，为减少排水沟产生冻害，适当加大纵坡，使水流动能增加，对排水有利。

隧道纵断面设计

（二）公路隧道从排水需要考虑，在隧道内不应采用平坡。隧道纵断面设计三隧道横断面设计三隧道横断面设计

隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。隧道净空根据“隧道建筑限界”确定，“隧道建筑限界”根据“基本建筑限界”制定，“基本建筑限界”根据“机车车辆限界”制定。

“限界”是一种规定的轮廓线，这种轮廓线以内的空间是保证列车安全运行所必需的。“建筑限界”是建筑物不得侵入的一种限界。铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。隧1、机车车辆限界指机车车辆最外轮廓的限界尺寸。2、基本建筑限界指线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线。铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空1、机车车辆限界铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空3、隧道建筑限界指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线。即要比“基本建筑限界”大一些，留出少许空间，用于安装通讯信号、照明、电力等设备。铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空3、隧道建筑限界铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空

新建和改建的电力牵引的单线、双线隧道限界图铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空1）常速铁路隧道3、隧道建筑限界

新建和改建的电力牵引的单线、双线隧道限界图铁路铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空2）高速铁路隧道3、隧道建筑限界

200km/h客货共线电力牵引铁路KH-200桥隧建筑限界200km/h及以上客运专线铁路建筑接近限界基本尺寸及轮廓200km/h客货共线电力牵引铁路双层集装箱运输隧道建筑限界铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空2）高速铁路隧道3、隧时速200km/h新建铁路隧道建筑限界。铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空2）高速铁路隧道3、隧道建筑限界

时速200km/h新建铁路隧道建筑限界。铁路隧道横断面设计“直线隧道净空”要比“隧道建筑限界”稍大一些，除了满足限界要求外，考虑避让、救援通道，还考虑了在不同的围岩压力作用下，衬砌结构的合理受力形状以及施工方便等因素。铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

“直线隧道净空”要比“隧道建筑限界”铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

1）常速铁路隧道时速120km单线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓图铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

1）常速铁路隧道时速120km双线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓图铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

2）高速铁路隧道

高速铁路隧道与常速铁路隧道最大的区别就是当列车以高速通过隧道时，产生的空气动力学效应对行车、旅客舒适度、列车相关性能和洞口环境的不利影响十分明显，因此隧道断面的确定必须考虑如何缓解和消减旅客列车进入隧道时诱发的空气动力学效应的影响。铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

2）高速铁路隧道

隧道断面设计时主要应考虑下列因素：①隧道建筑限界；②轨道数量和线间距；③缓解空气动力学效应所需的空间；④需预留的空间，如安全空间、避难和救援空间、养护维修及工程技术作业空间、其他使用要求所需的空间；⑤设备安装空间等。铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

2）高速铁路隧道时速350km双线铁路隧道建筑限界及内轮廓铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

2）高速铁路隧道200km/h客货共线铁路单线隧道内轮廓200km/h客货共线铁路双线隧道内轮廓

铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

2）高速铁路隧道200km/h客货共线铁路兼顾双箱运输的单线隧道内轮廓200km/h客货共线铁路兼顾双箱运输的双线隧道内轮廓铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

2）高速铁路隧道250km/h客运专线铁路单线隧道建筑限界及内轮廓

250km/h客运专线铁路双线隧道建筑限界及内轮廓铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空

2）高速铁路隧道狮子洋隧道建筑限界及衬砌内轮廓350km/h客运专线铁路双线隧道建筑限界及内轮廓铁路隧道横断面设计（一）直线隧道净空4、直线隧道净空1加宽原因铁路隧道横断面设计（二）曲线隧道净空加宽1加宽原因铁路隧道横断面设计（二）曲线隧道净空加宽1加宽原因铁路隧道横断面设计（二）曲线隧道净空加宽1加宽原因铁路隧道横断面设计（二）曲线隧道净空加宽1加宽原因铁路隧道横断面设计（二）曲线隧道净空加宽

曲线隧道净空的加宽值为：内侧加宽外侧加宽总加宽1加宽原因铁路隧道横断面设计（二）曲线隧道净空加宽单线曲线隧道加宽值的计算：铁路隧道横断面设计2加宽值的计算故车辆中间部分向曲线内侧的偏移：展开得：单线曲线隧道加宽值的计算：铁路隧道横断面设计2加宽值的计算单线曲线隧道加宽值的计算：铁路隧道横断面设计2加宽值的计算车辆两端向曲线外侧的偏移：d式中:l—车辆前后转向架间距，取18m;L—标准车辆长度，我国为26m。单线曲线隧道加宽值的计算：铁路隧道横断面设计2加宽值的计单线曲线隧道加宽值的计算：铁路隧道横断面设计2加宽值的计算外轨超高使车体向曲线内侧倾移：ΔFDO和ΔABC为相似三角形，故电气化铁路可近似取d内2=2.8E

非电气化铁路近似取d内2＝2.7EL—取150cm单线曲线隧道加宽值的计算：铁路隧道横断面设计2加宽值的计算

由于曲线隧道内外侧加宽值不同（内侧加宽大于外侧加宽），断面加宽后，隧道中线应向曲线内侧偏移一定距离d:铁路隧道横断面设计单线隧道线路中线偏移由于曲线隧道内外侧加宽值不同（内侧加宽大于外侧加宽），断铁路隧道横断面设计双线曲线隧道加宽值的计算

双线曲线隧道的内侧加宽值及外侧加宽值与单线曲线隧道加宽值的计算相同。双线曲线隧道，除了两侧需要加宽以外，两线的中心线间距也要由规定的直线间距4m加大一个水平距离。铁路隧道横断面设计双线曲线隧道加宽值的计算双线曲线隧道的双线曲线隧道加宽值的计算内外侧线路中线间的加宽值按下面情况计算:

（1）当外侧线路外轨超高大于内侧线路外轨超高时(H－取360cm)

（2）内侧线路超高大于等于外侧线路超高时：双线曲线隧道加宽值的计算内外侧线路中线间的加宽值按下面情况计铁路隧道横断面设计双线隧道线路偏移双线隧道线路中线偏移量计算方法与单线隧道线路中线偏移量计算方法相同，同样为：铁路隧道横断面设计双线隧道线路偏移双线隧道线路中线偏移量计

双线隧道内侧线路中线至隧道中线的距离：铁路隧道横断面设计双线隧道线路偏移双线隧道内侧线路中线至隧道中线的距离：铁路隧道横断

双线隧道外侧线路中线至隧道中线的距离：铁路隧道横断面设计双线隧道线路偏移双线隧道外侧线路中线至隧道中线的距离：铁路隧道横断200km/h以上曲线隧道净空既满足空气动力学效应标准的要求，又满足建筑物接近限界及其他工程使用空间的需要，且留有富余量，按《铁路隧道设计规范》曲线隧道的加宽也是较小的，可不考虑内轮廓加宽。铁路隧道横断面设计4200km/h以上曲线隧道净空加宽（二）曲线隧道净空加宽200km/h以上曲线隧道净空既满足《铁路隧道设计规范》：位于曲线地段的隧道，加宽除圆曲线部分按计算值加宽外，缓和曲线部分可分两段加宽。自圆曲线至缓和曲线中点，并向直线方向延长13m，采用圆曲线加宽断面（W）；其余缓和曲线，并自直缓分界点向直线段延长22m，采用缓和曲线中点加宽断面，其加宽值取圆曲线之半（W/2）。铁路隧道横断面设计（三）曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接方法《铁路隧道设计规范》：位于曲线地段的隧道，加宽

曲线隧道与直线隧道衔接方法平面示意图：铁路隧道横断面设计（三）曲线隧道与直线