第2章铁路隧道规划与位置选择

第2章铁路隧道规划与位置选择 (1)2.1 铁路隧道线路位置选择 (1)2.2铁路隧道规划——洞口位置的选择 (3)2.3 铁路隧道平面与纵断面设计 (4)2.3.1隧道平面设计 (5)2.3.2隧道纵断面设计 (5)2.4隧道横断面设计 (7)2.4.1.直线隧道净空 (7)2.4.2曲线隧道净空加宽 (9)2.4.3.曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接方法 (12)2.5铁路隧道构造设计 (12)2.5.1衬砌构造 (12)2.5.2洞门与明洞 (14)2.5.3明洞 (15)2.5.4附属建筑物 (16)第2章铁路隧道规划与位置选择2.1 铁路隧道线路位置选择铁路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，是整条线路的组成部分，同迂回绕线的方法相比，往往可以缩短线路长度、改善线路的平纵断面以及日后的运营条件，但它相对路基建筑物而言，造价比较高，施工难度大，施工进度也比较慢。

铁路隧道是铁路线上的一种建筑物，其位置选择与线路走向有着密切关系。

一般而言，中、短隧道的位置服从于线路走向的大体位置，可作小幅度的调整。

对于长大隧道，如遇到复杂地质情况，修建技术上有一定困难时，隧道成为线路修建的控制工程，其位置往往影响线路走向的位置，这时线路就得服从隧道所选择的最优位置。

所以，隧道位置的选择与线路的选线是相互关联的，应该综合考虑两者的利弊来决定。

隧道具体位置的选择与区域工程地质条件、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，以及现有的施工技术水平和今后运营条件等因素有关。

1．越岭线上隧道平面和立面位置的选择当铁路线路从一个水系过渡到另一个水系时，穿越高程很大的分水岭而修建的隧道称为越岭隧道。

选择越岭隧道的位置主要以选择垭口和确定隧道高程两大因素来决定。

⑴选择垭口分水岭的山脊线上高程较低处称为垭口。

平面位置选择主要是对隧道穿越分水岭的不同高程的多个垭口的选择，选择时主要考虑垭口地质条件、隧道长度、两侧展线的难易程度、线形和工程量的大小。

比选考虑的主要因素有:接近线路航空方向的低垭口、具有良好的展线条件的沟谷且不损失越岭高程者、两边沟谷标高相差不多且两边沟谷平面位置接近处、工程和水文地质条件良好、施工难易度和运营条件等。

⑵选定高程越岭隧道立面位置的选择主要是对隧道高程的选择。

高程不同带来不同长度的隧道方案，一般讲隧道位置高，山体较薄，隧道长度短，工程量小，但线路拔起高度大，两端引线长度增加，技术条件恶化;低位置隧道则与之相反。

所以在选定隧道高程时，务必全面衡量，从技术和经济两方面，尤其在今后长远运营条件上，做出综合的比较，决定取舍。

2．傍山隧道位置的选择铁路线沿河傍山修建的隧道称为傍山隧道。

傍山隧道受山坡和河谷的制约，一般埋藏较浅，岩层风化破碎，常有不良地质现象，洞顶覆盖薄，易受山体的偏侧压力，对施工和结构受力不利。

因此在选择傍山隧道位置时，应根据地形地质、河流冲刷情况以及洞外相关工程和运营条件等综合考虑。

并注意在埋藏较浅的地段处洞身覆盖的厚度，隧道位置"宁里勿外"，即隧道位置以稍向内靠为好。

一般要求隧道外侧最小覆盖厚度不应小于表2.1.1中的数值。

当岩层结构面倾向山体一侧时，岩层比较稳定，覆盖厚度可以酌减。

当岩层结构面倾向河流一侧时，覆盖厚度易于加大。

河岸存在冲刷现象的地段，要考虑冲刷对山体和洞身稳定的影响，隧道位置最好设在稳定的岩层中.表2.1.1 傍山浅埋隧道最小覆盖厚度参考表注：1.t为覆盖层或风化破碎层厚度；2.表列数值不适用于有显著不利结构面的情况；3.表列数值未考虑隧道外侧有其它工程或建筑物的情况。

3.地质条件对隧道位置的影响隧道是埋置在岩层内的结构物，它受岩体的包围。

周围岩层的地质条件，对隧道结构型式和施工方法都有着决定性的影响。

如何避开不良地质的区域，或如何拟定克服不良地质的措施，是选择隧道位置时必须审慎考虑的问题。

⑴单斜构造在单斜构造的地区，岩层各层面间，有紧密的，也有张开的，有胶结或无胶结的，有充填或无充填的不同情况。

不管是哪一种情况，层间接触面比之岩层实体总是较为薄弱的。

从力学观点来看，一种岩体的强度常常不是由岩石本身的强度来控制，而是由它的软弱结构面的强度来控制的。

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。

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，以致把结构物损坏。

如果隧道恰在层间软弱面处，岩层滑动会使隧道的某一段发生横向推移，而导致断开错位，如图2.1.1所示。

因此，在单斜构造的地质条件下，必须事先把岩层的构造和倾角大小调查清楚，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。

图2.1.1 隧道位置选择⑵褶曲构造在褶曲构造的地区，岩层一部分向上弯曲翘起成为背斜，另一部分向下弯曲挠成为向斜。

背斜的岩层受弯而在下面出现节理、裂隙，切割岩体成为上大下小的楔块，楔块受到两侧邻块的挟制，使得楔块的重量由邻块分担，因而只产生小于原重的压力。

与此相反，向斜地层受弯而在下面开裂，切割岩体成为上小下大的楔块，这种楔块在重力作用下，极易脱离母岩而坠落，于是产生较大的压力，也就是给结构物以较大的荷载，而且在施工时，极易发生掉块或坍方，对工程产生不利影响。

所以，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，如图2.2.2所示。

图2.1.2褶曲构造隧道位置选择在断层构造的地区，断层带中的岩体呈破碎状态，称为断层碎裂体；当严重揉挤可成为泥状。

断层带的强度很低，而且往往是地下水的通道。

施工时，遇到这种地质条件，十分困难。

选择隧道位置时，应尽可能避开。

不得已时，隧道走向与断层走向隔开足够的安全距离，或隧道走向正交与斜交跨过。

施工时，还应作好各种支护及防水措施。

⑶其它不良地质条件从地质条件进行隧道位置选择时，最重要的影响因素是不良地质。

不良地质是指滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、溶洞和含瓦斯地区等。

它们各有其特点，也各有其影响。

1)滑坡地区——山坡地区，由于地下水的活动，或河流冲刷坡脚，或人为切坡，造成山坡土体在重力作用下，沿某一软弱面整体下滑。

隧道通过滑坡地区时，将会受到突然的土体推力，造成隧道挤压或剪切破坏，甚至可能使隧道整体随土体下移。

所以，选择隧道位置时，应尽量避开滑坡体或在可能滑动面以下一定深度通过，其深度一般参考傍山障道最小覆盖厚度来确定。

在不得已必须将隧道置于滑坡体内时，应考虑上部减载和加强排水措施。

2)崩塌地区——山坡陡峻的地段，山体裂隙受风化而崩解，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。

不得已时，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塌地区，则可设置一段明洞来解决。

3)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，形成无粘结力的堆积体。

隧道通过这类地区，开挖时极易发生坍方，给施工带来极大困难。

这时，宜把隧道位置放在岩堆以下的稳定岩体之中。

4)泥石流——山顶积聚的土壤和各种砾石、岩块受到洪水的浸融成为流体，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。

5)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，溶洞形式是其中之一。

溶洞中无水或积水，无填充或填充。

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——在煤系地层中，蕴藏着如甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2) 的有害气体。

隧道开挖时，有害气体逸出。

轻者致人窒息，重则引起爆炸，危害甚大。

途择隧道位置时，尽量避开。

7)地下水——地下水多是由地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，层间夹层软化或稀释，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，最好不从富水区中经过。

2.2铁路隧道规划——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(即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问的距离)。

洞口位置选择是否合理，将对隧道的施工工期、造价、运营安全等产生重大的影响。

所以在隧道线路设计中，洞口位置的选择应结合洞口的地形、工程地质和水文地质条件、施工技术、运营条件以及附近相关工程综合考虑，详细比较、决定。

其中最重要的是考虑洞门边坡的稳定和仰坡的安全。

一般应尽量避免大挖方和大刷坡，破坏地层稳定状态。

根据我国多年实践经验，总结出“早进晚出”的原则，洞口位置尽量设在山体稳定、地质较好、地下水不太丰富的地方，避免不良地质。

避不开时，要采取措施保证施工和运营安全。

理想的洞口位置应选择地质条件良好，地势开阔，施工方便，技术、经济合理之处。

在选择隧道洞口位置时应注意以下几个原则：B A图2.2.1 沟底附近洞口平面位置示意图1.洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处(如图2.2.1中的A 线)，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(如图2.2.1中的B 线)。

2.洞口应避开不良地质地段，如断层、滑坡、岩堆、岩溶、流砂、泥石流、盐岩、多年冻土、雪崩、冰川等，以及避开地表水汇集处。

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。

此时，洞口位置应根据具体情况，采取贴壁进洞(图2.2.2)或设置一段明洞(当山坡上有落石、掉块而难以清除时)(图2.2.3)；或修建特殊结构洞门，如悬臂式洞门、钢筋混凝土锚杆洞门、洞门桥台联合结构、悬臂式托盘基础洞门或长腿式洞门等。

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(如图2.2.4)，洞口结构物不致受到偏侧压力。