《隧道工程》高职隧道课程全套教学课件

隧道工程全套可编辑PPT课件

掌握铁路、公路隧道的构造特征，地层围岩的基本特性，隧道的结构与围岩的相互作用关系；熟练掌握隧道支护、结构设计与计算的原理和方法；了解隧道工程施工，能熟练进行不同工程条件下的施工设计。学习本课程的目的：第一章绪论第二章岩体的工程性质及围岩分级第三章隧道线路及断面设计第四章隧道结构构造第五章隧道支护结构计算方法的基本原理第六、七章隧道施工方法、工艺及技术第八章不良地质隧道施工第九章隧道掘进机（TBM）施工第十章施工辅助作业及施工组织本课程讲授的主要内容参考书《铁路隧道设计规范》TB10003-2005《铁路隧道施工规范》TB10204-2002《铁路隧道工程施工技术指南》TZ204-2008《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》2005《铁路工程设计技术手册--隧道》《隧道工程施工要点集》关宝树编，交通出版社，2003《隧道工程设计要点集》关宝树编，交通出版社，2004《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》TZ321-2007《铁路隧道监控量测技术规程》TB10121-2007《铁路隧道全断面岩石掘进机法技术指南》铁建设 [2007]106号《铁路大断面隧道三台阶七步开挖法施工作业指南》 (试行)经规标准[2007]119号

《铁路隧道施工机械配置的指导意见》铁建设[2008]777号《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》TZ214-2005《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》 铁建设[2005]160号新施工指南参考书

隧道的概念及种类我国隧道及地下工程的发展现状发展前景第一章绪论一、隧道的概念及种类第一章绪论1隧道的概念

狭义定义：用以保持地下空间作为交通孔道的工程建筑物。第一章绪论

广义定义：以某种用途，在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于2m2的洞室。第一章绪论

按不同的分类方式不同的分类方法：土质隧道

按所处的地质条件：石质隧道2隧道的分类第一章绪论浅埋隧道

按隧道的埋置深度：深埋隧道第一章绪论山岭隧道

按所处的地理位置：水底隧道城市隧道第一章绪论交通类隧道

按用途分类

水工隧道市政隧道铁路隧道公路隧道地下铁道航运通道人行通道引水隧洞尾水隧洞导流(泄洪)隧洞排沙隧洞给水隧道污水隧道管路隧道线路隧道人防隧道矿山隧道运输巷道给水巷道通风巷道共同沟水底隧道第一章绪论按公路、铁路隧道长度(1)特长隧道：L>3000m(2)长隧道：3000m≥L>1000m(3)中长隧道：1000m≥L>500m(4)短隧道：L≤500m按断面面积分(1)特大断面隧道：断面积在100m2

以上(2)大断面隧道：断面积在50~100m2

之间(3)中等断面隧道：断面积在10~50m2

之间(4)小断面隧道：断面积在3~10m2

之间(5)极小断面隧道：断面积在3m2

以下第一章绪论其它分类

按断面形状分，有圆形隧道、拱形隧隧道、卵(蛋)形隧道、矩形隧道等；按衬砌结构分，有直墙式衬砌隧道、曲墙式衬砌隧道等；按隧道内铁路线路数分，有单线隧道、双线隧道和多线隧道等第一章绪论二、我国隧道及地下工程的发展现状(一)规模1．交通类隧道(1)铁路隧道运营隧道7538座，长4314km，总数已列世界第一。襄渝线：隧道长度占线路长度的30%；成昆线：隧道长度占线路长度的31.6%；西康线：隧道长度占线路长度的50.42%。第一章绪论具有标志性的铁路隧道：

大瑶山隧道（14.295km）：京广线衡广段国内最长的双线电气化隧道秦岭隧道（18.4km）：西康线，20世纪国内最长的铁路隧道乌鞘岭隧道（20.05km）：兰新线增建二线，高地应力软岩隧道太行山隧道（27.8km）：石太客运专线关角隧道32.0km(在建)：青藏线西宁－格尔木复线风火山隧道，昆仑山隧道：青藏线多年冻土隧道吕梁山隧道20.8km(在建),东秦岭铁路隧道12.26km世界海拔第一高的铁路隧道

----风火山隧道

风火山隧道是世界海拔第一高的铁路隧道，位于青藏铁路青海境内青藏高原可可西里“无人区”边缘，全长1338米，轨面海拔4905米，是世界上海拔最高的隧道，也是青藏铁路重点控制工程。隧道所在区域地质复杂，主要为含土冰层、饱冰冻土、富冰冻土，还有裂隙冰、融冻泥岩等病害性地质。这里平均海拔4900米左右，年均气温零下7℃，寒季最低气温达零下41℃，空气中氧气含量只有内地的50％左右，被喻为“生命禁区”。隧道冻土层最厚达150米、覆盖层最薄处仅有８米，施工稍有不慎，就会导致大塌方，工程难度之大前所未遇。第一章绪论(2)公路隧道运营隧道1782座以上，总长704km以上。其中

10km以上的长大隧道：秦岭终南山特长公路隧道18.04km(双座)包家山隧道（11.2km）（双洞四车道，包茂线）

锦屏隧道14.7km(双座)

西山隧道13.68km（在建太原~古交高速）第一章绪论(3)地下铁道地铁通车里程500km，目前共有20多个城市正在建设或规划建设城市轨道交通。目前有北京、天津、上海、广州、深圳、南京、重庆等城市正在运营。而在建工程则很多：除上述城市外，还有青岛、杭州、武汉、沈阳、成都、哈尔滨等。第一章绪论

小浪底水利枢纽三条导流隧洞；清江隔河岩水利枢纽导流隧洞；李家峡水电站导流隧洞；公伯峡水电站导流隧洞；水布垭水利枢纽导流隧洞。已建成的由青海大通河引水至甘肃的调水工程总干线全长168.9km，其中隧道33座，总长75.11km；万家寨水利枢纽引黄河水穿过海河流域至太原的引水工程，隧洞总长超过200km；辽宁省东水西调工程输水隧洞长85km。2．水利水电隧道国内外已建成的10km以上的水工隧洞达90座，中国占11座。国内已建成长度5km以上的引水发电隧道20座。第一章绪论3．地下工程城市地下空间的开发与利用：地下商场，地下车库，地下仓库等地下建筑物以及各大中型平战结合工程相继建设。地下共同管沟：如石家庄同其他城市一样供电线路基本要穿行于地下隧道中。第一章绪论某人防工程平时作出租车侯客厅第一章绪论地下粮库第一章绪论(二)技术状况1．设计理论

隧道结构或地下结构与地面结构所处环境不同，它是处在岩土地层或通称为围岩中，既受到围岩的荷载作用，又受到围岩的约束有利作用。针对不同条件采用不同的设计理论。

目前的设计理论地层—结构收敛—约束经验类比荷载—结构第一章绪论2．施工方法明挖法暗挖法盖挖法盾构法掘进机法沉埋法顶进法第一章绪论3．长大隧道技术状况

钻爆法施工(大瑶山隧道、秦岭铁路隧道平导、秦岭公路隧道、乌鞘岭隧道、太行山隧道、关角隧道)

快速掘进(月进尺500m，已达世界水平)

出碴运输系统通风系统

TBM施工(秦岭隧道、大伙房隧道)TBM快速掘进与对不良地层的适应性出碴运输系统第一章绪论4．不良地质隧道施工技术

富水断层破碎地质流砂地质岩溶地质高地应力岩爆高地应力挤压大变形煤系地层湿陷性黄土第一章绪论1．交通类隧道经济发展，交通建设先行交通标准不断提高国力增强，技术进步需建设更多，可以建设更多、标准更高的隧道，前景美好。三、我国隧道工程的发展前景第一章绪论2．城市隧道解决城市交通拥挤问题的唯一途径是采用快捷、大运量公共交通系统—地铁城市发展要求包括地下空间的开发各类市政设施趋势——隧道管沟化继十九世纪的城市桥梁、二十世纪的摩天大楼，二十一世纪是地下空间的开发和利用。第一章绪论3．水利(国策)其它调水工程及水电工程南水北调东线中线西线第一章绪论水平压力e竖直压力q脱离区拱部边墙变形后外轮廓线仰拱抗力区底压力弹性抗力第一章绪论γHcArθr0yxλγHc第一章绪论Pau围岩特征曲线支护特征曲线第一章绪论①①②③①②③④①②①②第一章绪论第一章绪论PLAY第一章绪论放映刀盘泥土仓盾构千斤顶螺旋出土器管片注浆护盾第一章绪论放映返回第一章绪论顶进法施工返回第一章绪论第一章绪论第一章绪论厦门翔安海底隧道返回第一章绪论第一章绪论第一章绪论返回第一章绪论二滩电站的引水隧道第一章绪论二滩电站的尾水隧道第一章绪论地下电缆隧洞第一章绪论矿山隧道秦岭终南山公路隧道

隧道单洞全长18.02公里，总投资31.93亿元。隧道通车后，西安至柞水县城的行车时间将由原来的3小时缩短为40分钟。是世界第二、亚洲第一长公路隧道。

返回重点、难点内容1.隧道的定义。2.隧道的种类有哪些？3.常见的隧道设计与施工方法1.简述隧道的概念及其种类。2.简述隧道设计与施工的常用方法及其适用性。作业题思考题：地下工程发展前景？

隧道工程地质调查与勘测施工地质超前预报岩体的基本工程性质围岩分级第二章隧道工程地质环境及围岩分级第一节隧道工程地质调查与勘测第二章隧道工程地质环境及围岩分级一、工程地质调查测绘—需查明什么？1、铁路工程地质技术规范的总要求(1)查明隧道通过地段的地形、地貌、地层、岩性、构造。(2)查明隧道明否通过煤层、膨胀性地层及有害气体等。(3)查明不良地质、特殊地质对隧道的影响，特别是对洞口位置及边、仰坡的影响，提出工程措施意见。(4)查明隧道附近井、泉分布情况，分析隧道地区的水文地质条件，判明地下水类型、水质及补给来源，预测地下水的侵蚀性和洞身分段涌水量。第二章隧道工程地质环境及围岩分级1、铁路工程地质技术规范的总要求(5)对于深埋隧道，应作隧道地温升温预测，考虑岩爆可能。(6)综合分析，确定隧道围岩分级。(7)对洞口需接长明洞地段，应查明明洞基底情况。(8)查明辅助坑道的工程地质条件。第二章隧道工程地质环境及围岩分级2、地形地貌调查查明山体形态和坡度、垭口及分水岭分布，以及其自然形态与地质构造、河流切割的关系。3、地层、岩性调查查明地层时代、岩性及变化，特别注意岩层顺序和厚度、岩性特征和物理力学性质以及岩石风化程度。4、地质构造调查是地质调查的核心，重点包括褶皱、断层、节理、侵入体或岩脉等。第二章隧道工程地质环境及围岩分级5、水文地质调查主要包括井泉分布、泉水类型、主要含水层和隔水层岩性及分布、河流及水库的分布，岩溶区岩溶漏斗、暗河位置。6、滑坡、落石、岩堆、泥石流和岩溶地质调查主要查明这些不良地质是否存在及性质、位置、范围，对隧道的危害程度。7、地温测定深埋隧道，深度每增加100m，温度增加3度，会对施工人员造成危害。第二章隧道工程地质环境及围岩分级二、勘探、测试工作要求—如何查？1、铁路工程地质技术规范对勘探测试工作的总要求(1)钻孔布置(p15)(2)钻探深度(3)遇地下水时，应探明含水层位置及厚度，并作相应分析。(4)室内及现场试验，掌握岩土体的物理力学性质。(5)对有害矿体和气体，进行定性、定量分析。第二章隧道工程地质环境及围岩分级2、勘探阶段及工作要求阶段分为初测阶段和定测阶段。(1)初测要求：工程地质纵断面图、分段围岩分级。(2)定测要求：单独工点的图表资料。第二节施工地质超前预报第二章隧道工程地质环境及围岩分级一、地质超前预报的内容1.地区地质分析与宏观地质预报2.不良地质及灾害地质超前预报3.重大施工地质灾害临警预报第二章隧道工程地质环境及围岩分级二、地质超前预报的方法1.地质分析法2.超前平行导坑预报法3.超前水平钻孔法第二章隧道工程地质环境及围岩分级二、地质超前预报的方法4.物理探测法利用物体物性差异进行地质判断的间接方法。(1)TGP12隧道地质预报系统(2)TSP超前预报系统

第二章隧道工程地质环境及围岩分级第二章隧道工程地质环境及围岩分级(3)负视速度法第二章隧道工程地质环境及围岩分级(4)水平声波反射法(5)地质雷达法第二章隧道工程地质环境及围岩分级(6)红外探水法4.特殊灾害地质的预测方法三、地质超前预报方法的应用原则第三节岩体的基本工程性质第二章隧道工程地质环境及围岩分级一、岩体处于一定的天然应力作用之下岩体在天然状态下所具有的内在应力，称之为岩体的初始应力，也有人叫它为地应力。岩体的初始应力，主要是由于岩体的自重和地质构造作用和地质地温作用引起的。第二章隧道工程地质环境及围岩分级假定岩体是均一连续介质1.重力应力场zyyxσxσzσyλ为侧压力系数第二章隧道工程地质环境及围岩分级由于地质构造运动的作用，使得岩体内积存了一定的应力，称它为构造应力。2.构造应力场

现场实测指出，岩体的构造应力往往与埋深密切相关，它随着深度的增加而增加。构造应力一般来讲，其水平应力大于垂直应力。构造应力一般采取现场应力量测的方法来得到。第二章隧道工程地质环境及围岩分级相同的天然岩体其物理力学性质随在岩体中所测点的空间位置不同而有差异，呈现出岩体的不均匀性。二、岩体的物理力学性质的不均匀性第二章隧道工程地质环境及围岩分级所谓结构面是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低的地质界面(或带)。三、岩体是由结构面分割的多裂隙体(1)原生结构面：指岩体形成过程中形成的结构面和构造面。(2)构造结构面：岩体形成后，由于地壳构造运动在岩体中产生的各种断裂面。(3)次生结构面：指在外营力作用下产生的风化裂隙面及卸荷裂隙面等。第二章隧道工程地质环境及围岩分级岩体中由于岩石的结构、构造具有方向性，使岩体强度、变形，甚至渗透等性质在不同方向上显示出差异，称为岩体的各向异性。四、岩体具有各向异性第二章隧道工程地质环境及围岩分级风化岩石按风化剧烈的程度分成若干级(或带)：风化极严重、风化严重、风化颇重、风化轻微和未经风化五级。风化系统分为全风化带、强风化带、半风化带、弱风化带和微风化带(新鲜)五带。五、岩体具有可变性用软化系数来表示岩石的软化性。一般规定软化系数小于0.75的岩石，叫软化岩石。第二章隧道工程地质环境及围岩分级六、单向应力状态下岩石的变形特征1.单轴压缩时应力－应变曲线OA段为裂隙压密阶段AB为直线段，表示线弹性的特征BC段为曲线段，表示弹塑性的特征CD为软化曲线段，表示岩石峰值后的特征第二章隧道工程地质环境及围岩分级2.弹性模量OB是曲线在原点O的切线，它的斜率表示初始切线模量；CD是A点的切线，它的斜率表示A点的切线模量Ee；割线OA的斜率表示割线模量或者平均割线模量Es

。σσ1ε1ACBODεA点所对应的应力σ1等于抗压强度σc的一半。第二章隧道工程地质环境及围岩分级七、三轴压缩下岩石的强度及变形特性

可分为两种试验方式：主应力σ1>σ2=σ3的情况，称为常规三轴试验或称为三轴试验；σ1>σ2>σ3的情况称为真三轴试验。

岩石的三轴压缩强度，通常是轴压与围压按同一比例连续施加，当到达预定的围压值后，维持围压不变，轴向继续按同一比例加载至破坏。破坏时的岩石三轴压缩强度为：第二章隧道工程地质环境及围岩分级七、三轴压缩下岩石的强度及变形特性用不同的σ3，可得到不同的σ1，而用多组σ1和σ3，则可绘制出莫尔圆和莫尔包络线。式中，σ1、σ2、σ3为岩石三轴压缩强度；Pm为试件在围压σm作用下的极限轴向压力；A为试件初始横截面积。第二章隧道工程地质环境及围岩分级第二章隧道工程地质环境及围岩分级七、三轴压缩下岩石的强度及变形特性804.99.819.639.278.458.5σ(MPa)2.45ε×10-3围压P(MPa)60402004080120160200240随着围压值的增高，峰值强度及其所对应的位移量均增大。残余强度及其所对应的位移量也提高，且使峰值强度后区曲线变得平缓。第二章隧道工程地质环境及围岩分级七、三轴压缩下岩石的强度及变形特性岩石在一定侧限压力下，呈现出后区下降曲线和残余强度，其破坏为脆性破坏。当超过某侧限压力时，岩石强度随变形增大而增大，呈现明显的塑性强化变形和塑性变形破坏。第二章隧道工程地质环境及围岩分级八、裂隙岩体的强度性质试验研究结果表明，裂隙岩体的强度随着裂隙组数的增加明显减小，但当裂隙组数增加到一定程度之后，强度不再继续降低，而接近岩石的残余强度。第二章隧道工程地质环境及围岩分级岩体的强度：式中——岩石试件强度；裂隙组数对岩体强度影响的试验结果——岩体构造削弱系数。第二章隧道工程地质环境及围岩分级岩石的质量指标：以岩芯未破坏岩块(大于10cm)的总长与所取岩芯总长L的比值第二章隧道工程地质环境及围岩分级岩体完整性指数：现场测定的岩体弹性波速度v的平方与同种岩石试件弹性波速度v0的平方的比值。岩体抗压强度与弹性波速度之间的关系第四节围岩分级第二章隧道工程地质环境及围岩分级一、概述围岩的概念围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体(这里所指的岩体是土体与岩体的总称)。

在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现出的性态是不同的，可归纳为充分稳定、基本稳定、暂时稳定和不稳定四种。第二章隧道工程地质环境及围岩分级围岩分级的概念各种围岩的物理性质之间存在一定的内在联系和规律，依照这些联系和规律，可将围岩划分为若干级，这就是围岩分级。目前，隧道围岩分级是设计、施工的基础（工程类比法就是建立在围岩分级的基础上的）。第二章隧道工程地质环境及围岩分级围岩分级的目的是：①作为选择施工方法的依据；②进行科学管理及正确评价经济效益；③确定结构上的荷载(松散荷载)；④给出衬砌结构的类型及其尺寸；⑤制定劳动定额、材料消耗标准的基础等等。第二章隧道工程地质环境及围岩分级比较理想的分级方法的标准是：①准确客观，有定量指标，尽量减少因人而异的随机性；②便于操作使用，适于一般勘测单位所具备的技术装备水平；③最好在挖开地层前得到结论。第二章隧道工程地质环境及围岩分级人们对围岩的认识是不断深入的从国外的情况看：土石方工程分类法(开挖难易程度)岩石的坚固性来分类:如坚固性系数fRQD从围岩稳定性出发分类来代替多年沿用的坚固性为基础的分类第二章隧道工程地质环境及围岩分级从分级指标方面：大多数从定性描述经验判断定量描述以隧道围岩的稳定性为基础进行分级是隧道围岩分级的总趋势。另外的发展趋势：以岩体为对象、结合地质勘探资料、与设计施工结合的定量化。第二章隧道工程地质环境及围岩分级二、影响围岩稳定性的主要因素(1)岩体结构特征岩体的结构特征可以简单地用岩体的破碎程度或完整性来表示，在某种程度上它反映了岩体受地质构造作用的严重程度。岩体的破碎程度或完整状态是指构成岩体的岩块大小及这些岩块的组合排列形态。1.地质因素

第二章隧道工程地质环境及围岩分级(2)结构面性质和空间的组合在块状或层状结构的岩体中，控制岩体破坏的主要因素是软弱结构面的性质及它们在空间的组合状态。二、影响围岩稳定性的主要因素第二章隧道工程地质环境及围岩分级从下述的5个方面来研究结构面对地下工程围岩稳定性影响的大小：①结构面的成因及其发展史；②结构面的平整、光滑程度；③结构面的物质组成及其充填物质情况；④结构面的规模与方向性；⑤结构面的密度与组数。第二章隧道工程地质环境及围岩分级(3)岩石的力学性质在整体结构的岩体中，控制围岩稳定性的主要因素是岩石的力学性质，尤其是岩石的强度。一般来说，岩石强度越高，洞室越稳定。(4)围岩的初始应力场围岩的初始应力场是地下工程围岩变形、破坏的根本作用力，它直接影响围岩的稳定性。二、影响围岩稳定性的主要因素第二章隧道工程地质环境及围岩分级(5)地下水状况地下水对围岩的影响主要表现在：①软化围岩；②软化结构面；③承压水作用。2.工程活动所造成的人为因素(1)地下洞室尺寸和形状在同一级(类)围岩中，洞室跨度愈大，围岩的稳定性就愈差；二、影响围岩稳定性的主要因素第二章隧道工程地质环境及围岩分级

地下洞室的形状主要影响开挖后围岩的应力状态。(2)施工中采用的开挖方法开挖方法对地下工程围岩稳定性的影响较为明显，在分级(类)中必须予以考虑。三、分级(类)的因素指标及其选择1.单一的岩性指标包括岩石的抗压和抗拉强度、岩石坚固性系数f、弹性模量等物理力学参数，以及如抗钻性、抗爆性等工程指标。第二章隧道工程地质环境及围岩分级2.单一的综合岩性指标它表明指标是单一的，但反映的因素却是综合的。①“岩石质量指标”(RQD—RockQualityDesignation)也是反映岩体破碎程度和岩石强度的综合指标。所谓岩石质量指标是指钻探时岩芯复原率，或称岩芯采取率。第二章隧道工程地质环境及围岩分级②洞室围岩自稳的时间ts

式中，L——坑道未支护地段的长度；

α——视围岩情况在0~1之间变化，好的岩体可取α

＝0，极差的α＝1.0；

C——视围岩条件而定的系数。第二章隧道工程地质环境及围岩分级3.复合指标(1)巴顿(N.Barton)等人所提出的“岩体质量Q”，Q与6个表明岩体质量的地质参数有关，表示为式中，RQD为岩石质量指标；Jn为节理组数目；Jr为节理粗糙度；Ja为节理蚀变值；Jw为节理含水折减系数；SRF为初始应力折减系数。三、分级(类)的因素指标及其选择第二章隧道工程地质环境及围岩分级(2)我国总参工程兵坑道工程围岩分类中所采用的岩体质量指标Rm和应力比S。式中，Rc——岩石单轴饱和极限抗压强度；

Kv——岩体完整性系数，岩体愈完整，取值愈大，变化范围为1.0~0.08，由实测确定；

Kw——地下水影响减折系数，变化范围为1.0~0.4，无水时取1.0，视具体情况由经验确定；三、分级(类)的因素指标及其选择第二章隧道工程地质环境及围岩分级

KJ——岩层面产状要素影响折减系数，变化范围为1.0~0.5。式中，σm——最大的垂直地应力。第二章隧道工程地质环境及围岩分级(3)《水工隧洞设计规范)(SL279-2002)围岩工程地质分类和国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086－2001)所采用的围岩/岩体强度应力比S，S综合考虑了岩石强度、岩体完整性和地应力的因素。三、分级(类)的因素指标及其选择第二章隧道工程地质环境及围岩分级式中，Rc——岩石饱和单轴抗压强度；

Kv——岩体完整性系数；

σm——围岩的最大主应力；

σ1——垂直洞轴线的较大主应力。(4)国标《工程岩体分级标准》(GB50218－94)也采用了两个复合指标——岩体基本质量指标BQ和修正的岩体基本质量指标[BQ]．第二章隧道工程地质环境及围岩分级根据以上对分级(类)指标的分析，可以得到如下的结论：①应选择对围岩稳定性(主要表现在变形破坏特性上)有重大影响的主要因素；②选择测试设备比较简单、人为性小、科学性较强的定量指标；③主要分级(类)指标要有一定的综合性，最好采用复合指标，以便全面、充分地反映围岩的工程性质，并应有足够的实测资料为基础。第二章隧道工程地质环境及围岩分级目前铁路隧道围岩分级采用两种方法，即以围岩稳定为基础的分级方法和按弹性波(纵波)速度的分级方法。四、国内主要地下工程围岩分级(类)标准(一)《铁路隧道设计规范》的围岩分级1.围岩分级的基本因素(1)岩石坚硬程度根据单轴饱和极限抗压强度Rc分为5级，即极硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极软岩。第二章隧道工程地质环境及围岩分级岩石坚硬程度的划分第二章隧道工程地质环境及围岩分级(2)岩体的完整程度主要是指围岩被各种结构面切割成单元体的特征及其被切割后的块度大小。它是评价围岩稳定程度最直接、最重要的指标。为了衡量围岩的完整程度要考虑的因素：按照软弱面的产状、贯通性以及充填物的情况，可将围岩分为：完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。按照围岩受地质构造影响的程度，可将围岩分为：构造变动轻微、较重、严重、很严重。第二章隧道工程地质环境及围岩分级按照节理(裂隙)发育程度的不同又分为：节理不发育、节理较发育、节理发育及节理很发育。按照岩体风化程度的不同将围岩分为：风化轻微、较重、严重、极严重四级。岩体完整程度划分第二章隧道工程地质环境及围岩分级2.围岩基本分级及其修正(1)基本分级《铁路隧道设计规范》将单、双线铁路隧道的围岩划分为六级。第二章隧道工程地质环境及围岩分级铁路隧道围岩分级第二章隧道工程地质环境及围岩分级地下水状态的分级根据地下水状态对围岩级别进行修正。地下水影响的修正(2)隧道级别的修正地下水影响的修正根据单位时间的渗水量可将地下水状态分为3级。第二章隧道工程地质环境及围岩分级围岩初始地应力状态修正初始地应力状态评估第二章隧道工程地质环境及围岩分级初始地应力影响的修正风化作用的影响隧道洞深埋深较浅，应根据围岩受地表的影响情况进行围岩级别修正。当围岩为风化层时应按风化层的围岩基本分级考虑。围岩仅受地表影响时，应较相应围岩降低1~2级。第二章隧道工程地质环境及围岩分级采取两步走的方法：先确定岩体基本质量；再结合具体工程的特点确定岩体级别。(二)国标《工程岩体分级标准》(GB50218-94)1.分级因素及其确定方法本分级标准认为岩体基本质量应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定。岩体完整程度可分为：完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。岩体完整程度划分的定量指标采用岩体完整性指数Kv

。第二章隧道工程地质环境及围岩分级Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系2.岩体基本质量分级岩体基本质量分级可根据上述的分级因素结合岩体基本质量指标BQ进行。岩体基本质量指标BQ应根据Rc的兆帕数值和Kv值计算而得。第二章隧道工程地质环境及围岩分级BQ=90+3Rc+250Kv

当Rc＞90Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv代入式计算BQ值；当Kv＞0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入式计算BQ值。第二章隧道工程地质环境及围岩分级岩体基本质量分级第二章隧道工程地质环境及围岩分级3.工程岩体级别的确定修正的岩体基本质量指标[BQ]

[BQ]=BQ－100(K1十K2十K3)

式中，[BQ]——岩体基本质量指标修正值；

BQ——岩体基本质量指标；

K1——地下水影响修正系数；

K2——软弱结构面产状影响修正系数；

K3——初始应力状态影响修正系数。第二章隧道工程地质环境及围岩分级地下水影响修正系数K1第二章隧道工程地质环境及围岩分级主要软弱结构面产状影响系数K2

初始应力状态影响修正系数K3第二章隧道工程地质环境及围岩分级4.地下工程岩体自稳能力根据[BQ]值可重新确定工程岩体的质量级别。

地下工程岩体自稳能力第二章隧道工程地质环境及围岩分级2003年发布的《地铁设计规范》(GB50157-2003)规定：暗挖结构的围岩分级按现行《铁路隧道设计规范》确定。(三)《地铁设计规范》的围岩分级(四)《公路隧道设计规范》的围岩分级《公路隧道设计规范)(JTGD70－2004)围岩分级的思路、方法和采用的分级指标与国标《工程岩体分级标准》(GB50218－94)完全相同，即采用了两步分级法，只是分级的对象范围更广，包括了土体。第二章隧道工程地质环境及围岩分级公路隧道围岩分级第二章隧道工程地质环境及围岩分级根据单一岩性指标——单轴饱和抗压强度和复合指标——岩体质量指标Rm及应力比S，将围岩分为3种5大类。(五)总参工程兵《坑道工程》围岩分类总参工程兵坑道工程围岩分类第二章隧道工程地质环境及围岩分级规范规定：水工隧洞的围岩分类，岩洞按《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99)的规定执行，土洞按《土工试验规程》(SL237-1999)的规定执行。(六)《水工隧洞设计规范》的围岩分级《水利水电工程地质勘察规范》的围岩工程地质分类以控制围岩稳定的岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水和主要结构面产状5项因素之和的总评分为基本判据，围岩强度应力比S为限定判据。第二章隧道工程地质环境及围岩分级水工隧洞围岩工程地质分类围岩总评分T是5项因素的评分之和。岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水状态、主要结构面产状这5项因素的评分都有一定的评分标准。第二章隧道工程地质环境及围岩分级规范规定：围岩级别的划分，应根据岩石坚硬性、岩体完整性、结构面特征、地下水和地应力状况等因素综合确定。(七)《锚杆喷射混凝土支护技术规范》的围岩分级五、国外主要围岩分类系统简介(一)挪威Q系统Q系统主要以Q值来评价岩体质量的优劣。根据不同的Q值，将岩体质量评为9等。第二章隧道工程地质环境及围岩分级岩体质量评估(二)南非RMR系统RMR系统以RMR(RockMassRating)值来代表岩体的质量或称稳定性，主要针对下列6个评估因素及指标，对影响围岩稳定性的各主要因素进行评分，并以其合计总值作为岩体的RMR值。第二章隧道工程地质环境及围岩分级影响围岩稳定性的因素和指标及所占分值如下：(1)岩体强度，0~15；(2)岩石质量指标RQD，3~20；(3)节理间距，5~20：(4)节理状况，0~30；(5)地下水情况，0~15；(6)节理产状及组合关系，－12~0。第二章隧道工程地质环境及围岩分级RMR系统依RMR值之高低，将围岩分为5类，并提供不同隧道跨度围岩的无支护自稳时间，以及各类围岩的凝聚力(c)与内摩擦角(φ)。RMR系统围岩的评分值、自稳时间及强度参数

重点、难点内容1.岩体的基本力学性质有哪些？2.围岩、围岩分级的定义，围岩分级的目的。3.在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现出的性态。4.影响围岩稳定性的主要因素有哪些？5.简述我国铁路隧道设计规范的围岩分级方法。围岩的概念围岩分级的概念、目的岩体的基本工程性质国内外主要围岩分级系统复习

隧道位置的选择隧道洞口位置的选择隧道平、纵断面设计隧道横断面设计高速铁路隧道单线双洞和双洞单线方案选择第三章隧道线路及断面设计第三章隧道线路及断面设计隧道选址的基本原则：(1)必须与总体设计相协调适应；(2)隧道位置应选择在稳定的地层中；(3)越岭隧道应进行较大范围的方案选择，进行全面的技术、经济比较，选择在地质条件较好的地段穿越；第一节隧道位置的选择第三章隧道线路及断面设计一、越岭线上隧道位置的选择

当交通路线需要从一个水系过渡到另一个水系时，必须跨越高程很大的分水岭，这段线路称之为越岭线。越岭隧道的位置:选择垭口确定隧道高程(4)沿河傍山隧道，其位置宜向山侧内移，避免一侧洞壁过薄产生偏压；(5)选择隧道位置时，应注意洞口位置和有关工程的处理，一般宜采取“早进洞，晚出洞”原则。第三章隧道线路及断面设计1.选择垭口当线路跨越分水岭时，分水岭的山脊线上总会有高程低处，称之为垭口。第三章隧道线路及断面设计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。

第三章隧道线路及断面设计图成昆线乃托－泸沽段隧道方案成都牛日河乃托雄河普雄竹沱沙木拉达两河口昆明泸沽越西河冕宁安宁河泸沽登相营高跃河河孙水喜德冕山越西阳糯雷山小相岭l=6379l=14500l=19500l=25750普瓦吉木梁子第三章隧道线路及断面设计2.选定高程

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。

低位隧道高位隧道第三章隧道线路及断面设计越岭隧道选址尚应考虑以下原则：宁长勿短，早进晚出--避免洞口深挖；宁里勿外，宁深勿浅，避软就硬--避免不良地质；第三章隧道线路及断面设计二、河谷线上隧道位置的选择为改善线形，提高车速，缩短里程，节省时间，常修建河谷隧道(或傍山隧道)。河谷隧道一般埋藏较浅，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。选择河谷线上隧道的位置时应注意：(1)河谷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--宁里勿外第三章隧道线路及断面设计(2)要考虑河岸冲刷对山体和洞身稳定的影响。侧蚀tba第三章隧道线路及断面设计(3)应考虑施工和既有便道设置的位置，应注意边坡的可能坍塌对洞身稳定的影响。便道第三章隧道线路及断面设计乐昌坪石南岭煤矿罗家渡雷公尖园煤角泗公坑白鸡滩新秦九峰九峰岐门不考虑水库西岸双绕方案预留水库西岸双绕提高方案预留水库园螺角跨武水长隧道方案4.66km预留水库大瑶山14.3公里长隧道方案石山脊大沿水大长滩不考虑水库内跨武水双绕方案滑石坑土岭永济桥张滩乐昌韶关广州坪石莲花岗预留水库西岸双绕岐门跨武水越岭方案k1990k1995k2000k2005k2010k2020k2025k2020k2015k2005k2000k2000小沿坝址

K2024+840-2026+550K2029+390即有铁路北京果源堡第三章隧道线路及断面设计三、地质条件对隧道位置的影响单斜构造的层面大体平行而有同一倾角，当层间的抗剪强度不足时，岩层在外力作用下将会发生层间相对错动。AB如果隧道的位置恰在层间软弱面上，岩层滑动将使隧道结构受到很大的剪力，把结构物损坏。第三章隧道线路及断面设计在单斜构造的地质条件下，一定要尽可能避开大型软弱结构面。尽量不要把隧道中线设计成与软弱结构面的走向一致或平行，要正交或有成一定的交角。第三章隧道线路及断面设计隧道穿过褶曲构造时，选在背斜中要比在向斜中有利。如果恰在褶曲的两翼，将受到偏侧压力，结构需加强。向斜背斜第三章隧道线路及断面设计(1)滑坡地区滑坡对隧道的危害很大，隧道通过滑坡地区时，必须查明滑坡类型范围、深度、滑动方向等。一般应避开滑坡体或错动体，或在可能滑动面以下一定深度通过。AB第三章隧道线路及断面设计(2)崩塌地区

选择隧道位置时，最好不要沿这类山坡通过。不得已时，应当尽可能地把隧道置于山体之中，穿过稳定的岩层。第三章隧道线路及断面设计(3)岩堆地区堆积层常处在暂时稳定状态。一旦扰动，稳定即会丧失而造成崩坍。在这种地质条件下隧道应避开不稳定、松散的堆积层，使洞身处于基岩中，并具有足够的安全厚度。BA第三章隧道线路及断面设计BAC第三章隧道线路及断面设计(4)泥石流隧道通过泥石流地段时，应结合地质情况考虑泥石流沟的改道和最大下切深度，确保洞口和洞身的安全。隧道洞顶距基岩面或最大下切面要有一定的覆盖厚度，隧道洞口应避开泥石流沟及泥石流可能扩展的范围。有困难时，可修建一段明洞，使泥石流在明洞顶通过。第三章隧道线路及断面设计AB第三章隧道线路及断面设计(5)溶洞地区选择隧道位置时，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，采取相应的设计，施工措施。(6)瓦斯地区选择隧道位置时，最好能避开。(7)地下水选择隧道位置时，最好不从富水区中经过。第二节隧道洞口位置的选择第三章隧道线路及断面设计隧道长度为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

洞口位置选择好坏，将直接影响隧道施工、造价、工期和运营安全。选择时要结合洞口的地形，地质条件、施工、运营条件以及洞口的相关工程（桥涵、通风设施等）综合考虑。第三章隧道线路及断面设计

洞口部分在地质上通常是不稳定的。一般应设在山体稳定，地质条件好，排水有利的地方。隧道宜长不宜短，应“早进洞，晚出洞”，尽量避免大挖大刷，破坏山体稳定。(1)洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路。第三章隧道线路及断面设计B

A第三章隧道线路及断面设计(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贴壁进洞第三章隧道线路及断面设计接长明洞第三章隧道线路及断面设计(4)洞口地形平缓时，一般也应早进洞晚出洞。这时洞口位置选择余地较大，应结合洞外路堑、填方、弃渣场地、工期等具体确定。需要时可接长明洞，以确保施工和运营安全。(5)洞口线路宜与等高线正交第三章隧道线路及断面设计a)正交洞门b)斜交洞门第三章隧道线路及断面设计(6)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(7)为了确保洞口的稳定和安全，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。(8)当洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时，可设置拉槽开沟的桥梁或涵洞，排泄水流第三章隧道线路及断面设计(9)长大隧道在洞门附近应考虑施工场地、弃渣场以及便道等的位置。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，全面综合地分析确定。第三节隧道平、纵断面设计第三章隧道线路及断面设计隧道平面是指隧道中心线在水平面上的投影。一、隧道平面设计平面设计的任务：决定隧道的平面位置，选定洞口位置。第三章隧道线路及断面设计隧道轴线

第三章隧道线路及断面设计1.铁路隧道

隧道内的线路最好采用直线。应尽可能采用短曲线，或是半径较大的曲线。在曲线两端应设缓和曲线时，最好不使洞口恰恰落在缓和曲线上，应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。如果列车同时跨在两个曲线上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。第三章隧道线路及断面设计2.公路隧道原则上采用直线，避免曲线，若必须设置时，宜采用不设超高的平曲线半径，并应满足停车视距的要求；隧道平面线形应考虑行驶安全，在洞口不应使用小半径的引线与隧道衔接；隧道内尽量避免设反曲线。第三章隧道线路及断面设计3.曲线隧道的不利因素行车视距问题；加宽断面问题，造成变截面隧道，施工难度大；曲线隧道内装修复杂；增加通风阻抗，对自然通风不利。第三章隧道线路及断面设计隧道纵断面是指沿隧道中心线展开的垂直面上的投影。二、隧道纵断面设计隧道内线路纵断面设计就是要选定隧道内线路的坡道型式、坡度大小、坡段长度和坡段间的衔接等。第三章隧道线路及断面设计(1)坡道型式1.铁路隧道

(a)单面坡(b)人字坡第三章隧道线路及断面设计单面坡多用于线路的紧坡地段或是展线的地区。优点：①可以争取高程，能拔起或降落一定的高度。②单面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。缺点：①在施工阶段，对于下坡开挖，洞内的水自然地流向开挖工作面，使开挖工作受到干扰，需要随时抽水外排。②运碴时，空车下坡重车上坡，运输效率低。第三章隧道线路及断面设计人字型坡道多用于长隧道，尤其是越岭隧道。优点：①施工时水自然流向洞外，排水措施相应地简化，②重车下坡，空车上坡，运输效率高。缺点：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，长时间积累，浓度渐渐增大，使司机以及洞内维修人员的健康受到影响。第三章隧道线路及断面设计(2)坡度大小i允＝i限－i曲式中i允—设计中允许采用的最大坡度（‰）

i限—按照线路等级规定的限制最大坡度(‰）

i曲—曲线阻力折算的坡度当量（‰）。考虑坡度折减有以下原因：列车车轮与钢轨踏面间的粘着系数降低；洞内空气阻力增大。第三章隧道线路及断面设计隧道限坡折减方法：i允＝m

i限－i曲各种牵引种类的隧道内线路最大坡度系数m

隧道内线路不得设置平坡，最小的允许坡度应不小于3‰。第三章隧道线路及断面设计(3)坡段长度隧道不宜把坡段定得太长；隧道内的线路坡段也不宜太短。坡段长度最好不小于列车的长度。考虑到长远的发展，坡段长度最好不小于远期到发线的长度。(4)坡段联接两个相邻坡段坡度的代数差值不宜太大；在设计坡度时，坡间的代数差要有一定的限制。从安全的观点出发，两坡段问的代数差值△i不应大于重车方向的限坡值i允。否则，就需要在两个坡段之间插入一段缓和坡段。第三章隧道线路及断面设计(1)坡道型式人字坡、单面坡2.公路隧道(2)控制隧道纵坡大小的主要因素通风问题排水问题第三章隧道线路及断面设计(3)纵坡坡度大小及其影响隧道纵坡坡度范围：0.3%~3%；纵坡坡度与通风的关系，要求1%以下，大于2%，排量迅速增加；与排水的关系，纵坡越大水流越快；纵坡坡度与施工运营的关系，采用大竖曲线半径和竖曲线长度；综合通风和排水考虑，纵坡为不防碍排水的缓坡为宜。重点、难点内容1.隧道具体位置选择的影响因素有哪些？2.越岭隧道与河谷隧道有何区别？它们在位置的选择上各采取什么原则？3.地质条件对隧道位置选择有哪些影响？4.隧道洞口位置的选择应遵循哪些原则？确定洞口位置考虑哪些因素？5.隧道长度的定义。重点、难点内容6.道路隧道平面设计时应考虑哪些问题？7.隧道的纵断面的坡度类型有哪几种？各有什么优缺点？8.位于长大坡道上长度大于400m的铁路隧道为什么要进行坡度折减？怎样折减？9.铁路隧道线路为什么不宜把坡段定得太长？隧道位置的选择隧道洞口位置的选择隧道平、纵断面设计复习

隧道位置的选择隧道洞口位置的选择隧道平、纵端面设计隧道横断面设计高速铁路隧道单线双洞和双洞单线方案选择第三章隧道线路及断面设计第四节隧道横断面设计第三章隧道线路及断面设计一、铁路隧道(一)直线隧道净空隧道净空的概念:指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。隧道净空←隧道建筑限界←基本建筑限界←机车车辆限界第三章隧道线路及断面设计1.机车车辆限界机车车辆最外轮廓的限界尺寸。蒸汽机车内燃机车第三章隧道线路及断面设计电力动车组电力机车第三章隧道线路及断面设计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。3.隧道建筑限界是指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线。第三章隧道线路及断面设计11001400200018752250225040008500400024402440600012101000150030003560300015001000244024403560(单线)(双线)轨面隧道建筑限界基本建筑限界第三章隧道线路及断面设计11002000225022504000850040002440244065501000300042503000150023004250(单线)(双线)轨面隧道建筑限界基本建筑限界4000240055012501210170014001875230010001500第三章隧道线路及断面设计4.直线隧道净空“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，考虑避让等安全空间、救援通道及技术作业空间，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。第三章隧道线路及断面设计第三章隧道线路及断面设计曲墙衬砌内轮廓直墙衬砌内轮廓89008880400022502250190190内轨顶面118752450244024001702000234565432770040005501250750R=23004500R=230030001500500--1210--线路中线第三章隧道线路及断面设计(二)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，而车辆本身却不能随线路弯曲仍保持其矩形形状。故其两端向曲线外侧偏移(d外)，中间向曲线内侧偏移(d内1)。第三章隧道线路及断面设计O车辆轴线车辆长度L车辆前后转向架间距l线路中线曲线半径d内1d外d外第三章隧道线路及断面设计(2)由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动了一个距离d内2。ABFd内2GHEFOC第三章隧道线路及断面设计

据此，曲线隧道净空的加宽值为内侧加宽W1=d内1＋d内2外侧加宽W2=d外总加宽

W=W1＋W2

＝d内1＋d内2＋d外第三章隧道线路及断面设计2.加宽值的计算(1)单线曲线隧道加宽值的计算①车辆中间部分向曲线内侧的偏移d内1

式中l——车辆转向架中心距，取18m；

R——曲线半径（m）。(cm)第三章隧道线路及断面设计②车辆两端向曲线外侧的偏移d外

式中L——标准车辆长度，我国为26m。(cm)第三章隧道线路及断面设计③外轨超高使车体向曲线内侧倾移d内2

式中H——隧道限界控制点自轨面起的高度(cm)

E——曲线外轨超高值，其最大值不超过15cm(cm)其中，v为铁路远期行车速度（km/h）。第三章隧道线路及断面设计

在我国铁路隧道标准设计中，系将相应的隧道建筑限界绕内侧轨顶中心转动arctg(E/150)角求得，可近似取d内2

＝2.7E(cm)。(cm)隧道内侧加宽值为隧道外侧加宽值为

(cm)第三章隧道线路及断面设计(cm)隧道总加宽值为

(cm)或第三章隧道线路及断面设计曲线隧道中心线加宽后隧道内轮廓线W内dW外直线隧道中心线直线隧道内轮廓线第三章隧道线路及断面设计(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。内外侧线路中线间的加宽值W3按以下情况计算。第三章隧道线路及断面设计外侧线路中线内侧线路中线直墙衬砌内轮廓内轨顶面隧道中线曲墙衬砌内轮廓890＋Wd1d2245+W1400+W3245+W2当外侧线路外轨超高大于内侧线路外轨超高时：第三章隧道线路及断面设计(cm)(cm)式中H——车辆外侧顶角距内轨顶面的高度，取360cm；

E——外侧线路的外轨超高值(cm)；

R——同前。或(cm)第三章隧道线路及断面设计(cm)式中H——车辆外侧顶角距内轨顶面的高度，取360cm；

E——外侧线路的外轨超高值(cm)；

R——同前。其它情况时第三章隧道线路及断面设计3.曲线隧道中线与线路中线偏移距离(cm)曲线隧道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个d值。单线隧道双线隧道内侧线路中线至隧道中线的距离外侧线路中线至隧道中线的距离(cm)(cm)第三章隧道线路及断面设计4.时速200km/h以上曲线隧道净空加宽时速200km的新建铁路单、双线隧道内净空面积和断面形式是经过优化比选的，既充分满足了空气动力学效应标准的要求，又完全满足建筑物接近限界及其它工程使用空间的需要，且留有富余量。第三章隧道线路及断面设计(三)曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接方法位于曲线地段的隧道，断面加宽除圆曲线部分按上述计算值予以加宽外，缓和曲线部分可分两段加宽，即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（按W值加宽）；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（即按W/2加宽）。第三章隧道线路及断面设计缓和曲线中点加宽断面直线断面圆曲线加宽断面d13m缓和曲线中点缓和曲线终点d/222m线路中线隧道中线缓和曲线起点第三章隧道线路及断面设计位于曲线地段的隧道，分别延长22m和13m的理由:当列车由直线进入曲线，车辆前面的转向架进到缓和曲线起点后，由于缓和曲线外轨设有超高，故车辆开始向内侧倾斜，车辆的后端点亦已偏离线路中心，所以从车辆的前转向架到车辆后端点的范围内应按圆曲线加宽值的一半(W/2)加宽，此段长度为两转向架间距离18m加转向架中心到车辆后端点距离4m共22m。第三章隧道线路及断面设计当车辆的一半进入缓和曲线中点时，其车辆后端偏离中线值应根据前面的转向架所在曲线的半径及超高值决定。此时，前面转向架已接近圆曲线，故车辆后段（按切线支距法原理推算，近似取车长之半26/2＝13m）应按圆曲线加宽值（W）加宽。第三章隧道线路及断面设计二、公路隧道公路隧道净空：是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，包括公路建筑界限、通风及其他所需断面积。断面形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值。第三章隧道线路及断面设计SWLJLSCCEE40002500H250专用公路建筑限界

第三章隧道线路及断面设计WCCEELL40002500250一般公路建筑限界第三章隧道线路及断面设计W——行车道宽度S——行车道两侧路缘带宽度C——余宽，当计算行车速变＞100km／h时为0.50m，计算行车速度＜100km／h时为0.25mH——净高，汽车专用公路、一般二级公路为5m，三、四级公路为4.5mE——建筑限界顶角宽度，当L≤1m时，E=L；当L＞1m时，E=1mL——侧向宽度，高速公路、一级公路短隧道，其侧向宽度宜取硬路肩宽度R——人行道宽度J——检修道宽度。第三章隧道线路及断面设计隧道建筑限界：是为保证隧道内各种交通的正常运行与安全而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间限界。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。隧道行车限界：保证隧道中行车安全，在一定高度和宽度范围内任何物体不得侵入的限界。第三章隧道线路及断面设计人行道内装1015建筑限界起拱线火灾报警器事故电话车行道消火栓人行道设备安装范围设备安装范围10100顶板照明器工作行道公路隧道横断面示意图第三章隧道线路及断面设计墙效应：隧道边墙给驾驶员造成危险的心理影响，行车偏左减少行车道。线路中线内轮廓线外轮廓线隧道中线路面高程0.020.02净高：高速公路、一级公路、二级公路取5.0m，三、四级公路取4.5m。第三章隧道线路及断面设计错车道：单车道隧道，为保证错车和安全运输，长隧道时，应设错车道(最好能供汽车调头)，短隧道在进口能观察到出口引道时，洞内可不设错车道，但应在洞口外两端设错车道。加宽带：超过2km的长隧道，设紧急停车带，宽2.5m，长25~40m，间隔750m；大于10km隧道设U型回车道。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。第三章隧道线路及断面设计人行道：一般公路隧道，特别是1km以下的隧道，都考虑自行车和行人的通过。一个自行车道的宽度为1.0m，自行车道数应根据交通量确定。人行道的宽度为0.75m或1m，大于1m时按0.5的倍数增加。人行道、自行车道或自行车人行道与车行道在同一隧道中时，为保证安全，应使其比车行道高出25cm。为了彻底解决安全问题，或者对汽车速度严加管制，或者把人行道等与车行道用护栏隔开或者把设在路肩上的人行道等置于lm以上的台阶上并加设护栏。第三章隧道线路及断面设计两相邻隧道最小间距问题：一般公路隧道，由于地质条件的关系，隧道宽度过大则不经济，施工上也增加难度，所以高速公路、一级公路一般应设计为上，下行分离的两座独立隧道。两相邻隧道最小净距视围岩类别，断面尺寸、施工方法、爆破震动影响等因素确定。第三章隧道线路及断面设计从理论上，两相邻隧道应分别置于围岩压力相互影响及施工影响范围之外。因此还需根据经验通过工程类比分析确定。“一般为30m”。两相邻隧道最小间距第三章隧道线路及断面设计隧道断面轮廓线线路中线内轮廓线外轮廓线隧道中线路面高程0.020.02第三章隧道线路及断面设计隧道中线线路中线隧道中线线路中线O2O1O2直墙式圆弧拱形内空断面三心圆拱形内空断面第三章隧道线路及断面设计隧道中线线路中线紧急停车带中线O1O2O2紧急停车带内空断面(无仰拱)第三章隧道线路及断面设计隧道中线线路中线紧急停车带中线O1O2O2O3O3紧急停车带内空断面(有仰拱)第三章隧道线路及断面设计主要解决内轮廓线、轴线和厚度三个问题。三、隧道衬砌断面的初步拟定1.内轮廓衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑限界，力求开挖和衬砌的数量最小。衬砌内表面力求平顺，考虑衬砌施工的简便。第三章隧道线路及断面设计应当尽量与断面压力线重合，使各截面主要承受压应力。2.结构轴线(1)当衬砌受径向分布的水压时，轴线以圆形最好；(2)主要承受竖向压力或同时承受不大的水平侧压力时，可采用三心圆拱和直墙式衬砌；(3)当承受竖向压力和较大侧压力时，宜采用五心圆曲墙式衬砌；(4)当有沉陷可能受底压力时，宜加设仰拱的曲墙式衬砌。第三章隧道线路及断面设计随所处地质条件和水文地质条件不同而有较大变化，并且与隧道的跨径，荷载大小，衬砌材料以及施工条件等有关。3.截面厚度根据以往经验，拱圈可以采取等截面，也可采取在拱脚部分加厚20~50％的变截面。仰拱厚度一般略小于拱顶厚度。第三章隧道线路及断面设计第三章隧道线路及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第三章隧道线路及断面设计在单洞双线和双洞单线方案比较中，采用一座双线隧道的横断面积要比两座单线隧道横断面积总和小，经济性较好。在满足空气动力学要求的前提下，双线断面要比单线断面更有利一些。两座单线隧道断面积总和要比一座双线隧道断面积大。法国比较结果：列车速度300km/h时，单洞100m2，双洞2×70m2；列车速度250km/h时，单洞72m2，双洞2×50m2。第三章隧道线路及断面设计在特长隧道方案设计时，选择两座单线隧道方案还是一座双线隧道方案，应从地质条件、建设工期、施工难度和方法、运营通风、防灾救援和人员疏散、工程投资等多方面综合考虑，对高速铁路隧道还要考虑列车在隧道内运行的空气动力学效应。

高速铁路隧道而言，采用单洞双线隧道方案，阻塞比较小，在满足洞内会车最不利的前提下，可有效地提高乘车舒适度；而采用双洞单线隧道方案十分有利于防灾救援，当一座隧道出现重大事故时，另一座可正常运营，且可利用其进行救援和旅客的疏散。第三章隧道线路及断面设计从地质条件看，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。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。第三章隧道线路及断面设计从运营通风看，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。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。第三章隧道线路及断面设计第三章隧道线路及断面设计遵循的原则：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。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。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。第三章隧道线路及断面设计第三章隧道线路及断