隧道断面设计
隧道断面设计
秦岭终南山公路隧道
高速铁路隧道的特点： 需考虑列车在隧道内高速运行时的空气动力学效应； 一般采用扁平大断面隧道。
ITA隧道断面划分标准
划分 净空断面积（m2）
超小断面
<3
小断面
3-10
中等断面
10-50
大断面
50-100
超大断面
>100
日本隧道断面划分标准 划分 开挖断面积（m2）
大断面隧道设计－防排水设计
防排水措施 • 以施工缝、变形缝防水为重点，施工缝防水同时采用背贴
式止水带与中埋式止水带或遇水膨胀止水条的防水措施； 变形缝防水同时采用中埋式止水带及其他两种可靠的防水 措施； • 应重视初期支护的防水，并辅以注浆防水、防水层、膨胀 止水胶加强防水，满足结构设计和使用要求； • 隧道内均应设置双侧排水沟。单洞双线隧道，根据地下水 量，可增设中心水沟； • 富水地层隧道应采用深排水沟（水沟水位在铺底面20cm以 下）；
大断面隧道设计－衬砌结构设计
现代隧道衬砌结构设计的特点：
采用岩石力学模型，而不采用传统的荷载－结构模型； 围岩既是荷载的来源，又是承载结构； 围岩是主要的承载结构； 锚喷支护只是用来加固围岩，提高围岩的承载能力； 二次衬砌作为安全储备，视具体情况决定是否施设； 强调信息化施工。
reinforced ribs of shotcrete and bolting, Sfr, RRS+B 9) Cast concrete lining, CCA
锚 杆 长 度
大断面隧道设计－衬砌结构设计
离散单元法的应用
大断面隧道设计－衬砌结构设计
有限单元法模拟
离散单元法模拟
大断面隧道设计－衬砌结构设计
盾构隧道断面设计及优化分析
盾构隧道断面设计及优化分析隧道工程作为现代城市基础设施建设的重要组成部分，广泛应用于地铁、交通、水电、矿山以及城市发展等领域。
盾构隧道作为一种常见的隧道建设技术，具有施工速度快、风险低、环境影响小等优点。
而盾构隧道的断面设计及优化分析，是确保工程质量与安全的重要环节。
1. 盾构隧道断面设计的基本原则在进行盾构隧道断面设计时，需考虑以下几个基本原则：（1）合理利用地下空间：隧道断面设计应尽可能满足工程实际需求，合理利用地下空间资源，确保通行能力与安全性。
（2）满足施工要求：隧道断面设计应考虑盾构机的施工要求，如机器尺寸、转运通道、照明设备等，以确保施工的顺利进行。
（3）充分考虑地质条件：隧道断面设计需结合地质条件进行优化，如软土地区采用较大断面；岩石地层采用适宜的支护措施等。
（4）应急通道设置：隧道断面应考虑设置应急通道，以保证遇到突发情况时的疏散和救援能力。
（5）考虑未来扩建可能性：根据城市规划和未来交通发展需求，隧道断面设计时应考虑未来扩展和改造的可能性，避免单纯追求短期利益。
2. 盾构隧道断面设计的关键参数（1）净宽：根据交通工具的通行需求、人员疏散需求，结合交通流量预测等因素，确定隧道断面的净宽。
（2）净高：根据交通工具的高度、通风需求、供电线路等因素，确定隧道断面的净高。
（3）基础设计：根据地质条件、土壤承载力等因素，确定隧道断面的基础设计，包括基础底板厚度、侧壁支护措施等要素。
（4）辅助设施：根据施工要求和功能需求，确定隧道断面的辅助设施，如排水系统、照明设备、通风系统等。
（5）应急通道：根据安全要求和应急情况考虑，确定隧道断面的应急通道设置方案。
3. 盾构隧道断面设计的优化分析（1）多因素综合考虑：在进行盾构隧道断面设计时，要考虑多个因素的影响，如地质条件、交通需求、施工要求等，进行多因素综合考虑，提出合理的断面设计方案。
（2）模拟分析与计算：利用计算机辅助设计软件，进行盾构隧道断面的模拟分析与计算，考虑不同断面方案下的沉降、变形、稳定性等问题，选择最优方案。
隧道横断面设计
隧道横断面设计一、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，根据隧道建筑限界确定。
隧道建筑限界是为了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范围。
1.机车车辆限界机车车辆限界指机车车辆最外轮廓的限界尺寸。
该限界要求所有在线路上行驶的机车车辆停在平坡直线上时，车体所有部分都必须容纳在此限界范围内而不得超越。
“机车车辆限界”能满足各种型号的机车和车辆在横断面尺寸上的最大需要。
2.基本建筑限界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，用以保证机车车辆的安全运行以及建筑物和设备不受损害。
3.隧道建筑限界（1）常速铁路隧道建筑限界。
它是指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线，即在“基本建筑限界”的基础上，留出少许空间，用于安装通信信号、照明、电力等设备。
对于速度120 km/h的新建和改建的内燃机车牵引的单线和双线铁路隧道，采用“隧限-1A”和“隧限-1B”，如图2-17所示。
新建和改建的电力机车牵引的单线和双线铁路隧道，采用“隧限-2A”和“隧限-2B”，如图2-18所示。
图2-17 蒸汽及内燃牵引的单线、双线隧道限界（单位：mm）图2-18 电力牵引的单线、双线隧道限界（单位：mm）（2）高速铁路隧道建筑限界。
我国高速铁路隧道建筑限界分为200 km/h客货共线、200 km/h及以上客运专线、200 km/h客货共线双层集装箱运输三种，如图2-19～图2-21所示。
图2-19 200 km/h客货共线电力牵引铁路KH-200桥隧建筑限界（单位：mm）图2-20 200 km/h及以上客运专线铁路建筑接近限界（单位：mm）图2-21 200 km/h客货共线电力牵引铁路双层集装箱运输隧道建筑限界（单位：mm）4.直线隧道净空（1）常速铁路隧道净空。
“直线隧道净空”要比“隧道建筑限界”稍大一些，它除了满足限界要求外，还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（拱部采用三心圆，边墙采用直墙式或曲墙式）以及施工方便等因素。
隧道断面计算公式
隧道断面计算公式
（原创实用版）
目录
1.隧道断面计算的重要性
2.隧道断面计算公式的推导和解释
3.隧道断面计算的实际应用举例
4.结论：隧道断面计算公式对于隧道工程的设计和施工具有重要意义
正文
隧道断面计算公式在隧道工程设计与施工中具有重要作用。
隧道断面是指隧道内任意一点处的截面形状，其大小和形状直接影响着隧道的通行能力、工程造价和施工难度。
因此，精确计算隧道断面是隧道工程中的关键环节。
隧道断面计算公式的推导和解释：
隧道断面的面积计算公式为：面积 = 高×宽
其中，高指的是隧道断面在垂直方向上的尺寸，宽指的是隧道断面在水平方向上的尺寸。
根据这个公式，我们可以计算出隧道断面的面积。
例如，如果隧道断面的高为 4 米，宽为 3.5 米，那么隧道断面的面积为 14 平方米。
隧道断面计算的实际应用举例：
在实际的隧道工程中，隧道断面计算公式的应用非常广泛。
工程师需要根据隧道的设计要求、地质条件和施工技术等因素，灵活运用隧道断面计算公式，确定隧道的断面大小和形状。
例如，在设计一条双向通车的隧道时，工程师需要确保隧道的断面面积足够大，以满足双向通车的需求。
同时，工程师还需要考虑地质条件，如隧道穿越的山体、地下水位等因素，以确保隧道的稳定性和安全性。
结论：
隧道断面计算公式对于隧道工程的设计和施工具有重要意义。
通过精确计算隧道断面，工程师可以确保隧道的通行能力、工程造价和施工难度达到最佳平衡。
大断面隧道设计施工技术
施工通风与照明
通风设计
大断面隧道施工时，应注重通风设计，确保隧道内空气流通，降低有害气体和粉 尘浓度，保障施工安全和作业人员的健康。
照明设计
隧道内应设置足够的照明设施，保证隧道内光线充足，提高施工效率，同时为作 业人员提供良好的工作环境。
施工安全与环境保护
安全防护措施
施工过程中应采取必要的安全防护措 施，如设置安全网、安装安全警示标 志等，以降低施工安全风险。
隧道断面尺寸设计
根据交通流量和车辆 类型确定隧道断面尺 寸。
考虑通风和照明需求， 确定隧道内壁距离。
考虑结构安全和施工 可行性，确定隧道净 空高度和宽度。
隧道结构设计
01
选择合适的衬砌厚度和 材料。
02
确定隧道支护结构形式 和材料。
03
考虑地质条件和施工方 法，进行结构稳定性分 析。
04
大断面隧道施工关键技 术
施工测量技术
施工测量的内容
控制测量、施工放样、竣工测量等。
施工测量的技术要求
高精度、高效率、自动化。
施工测量的方法
全站仪、GPS、三维激光扫描等。
施工过程中的变形监测
01
02
03
变形监测的内容
隧道围岩变形、支护结构 变形、地面沉降等。
变形监测的频率
根据施工阶段和监测数据 变化情况确定。
变形监测的预警值
根据工程经验和规范设定， 一旦达到预警值，立即采 取措施。
04
大断面隧道施工中的技术问 题与对策
施工排水与防水
施工排水
在隧道施工过程中，应合理设计排水系统，确保隧道内积水 能够及时排出，防止积水对隧道施工和结构造成影响。
防水设计
隧道结构应采取有效的防水措施，如设置防水层、采用防水 混凝土等，以防止水渗漏对隧道结构和运营造成影响。
隧道线路及断面设计
• 黄土地区
黄土具有干燥时甚坚固，遇水容易剥落和遭受侵蚀的特征。选 择隧道时应避开沟壑及地下水活动和地面陷穴密集的地区。
• 高地温地区
地球核心有巨大的热量隧道如果埋置很深，地温太高，将会降 低施工效率。隧道通过高温、高热地段，会给施工带来困难。 选择隧道位置时，应尽可能不把隧道放在山体太深处。遇到部 分地区埋深太大或高地温时，则应作好通风降温措施。
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。
4
2、河谷线上隧道（傍山隧道）位置的选择
铁路沿河傍山而行时称之为河谷线。这种线路左 右受到山坡和河谷的制约，上下受到标高和限制坡度 的控制，比选方案时，可能移动的幅度不大。但是， 虽然摆动的幅度很有限，可对工程的难易、大小都有 关系。
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• 瓦斯地区
在煤系地层中，蕴藏着甲烷(CH4)和CO2等有害气体。隧道开挖 时，有害气体逸出，轻则致入窒息，重则引起爆炸，危害甚大。 选择隧道位置时，应尽量避开。不得已时，应做好通风稀释的 措施。
• 地下水地区
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，层问夹层软化或稀释，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．最好不从富水区经过。不得 已时，也要尽可能地把隧道置于地下水位以上的地方，或在不 透水层中穿过。
《隧道断面设计》课件
隧道排水系统设计
排水沟设计
设置排水沟，将隧道内的水引至 集水井，再通过水泵排出洞外。
排水方式
根据隧道长度、地形、地质等因 素选择合适的排水方式，如集中
排水、分散排水等。
防水层设计
在隧道衬砌内侧设置防水层，防 止渗水对隧道结构造成影响。
隧道支护结构设计
支护方式
根据围岩条件、施工方法等因素 选择合适的支护方式，如锚杆支 护、喷射混凝土支护等。
采取额外的加固措施。
椭圆形隧道
03
椭圆形隧道结合了圆形和矩形隧道的优点，具有较好的结构稳
定性和施工便利性。
隧道断面的尺寸
净空尺寸
根据设计速度和车辆限界确定，包括车道宽度、 侧向宽度和净高。
衬砌厚度
根据隧道围岩类别、荷载情况和防水要求等因素 确定。
排水设施
设计合理的排水系统，确保隧道内不积水，提高 行车安全性。
环保性原则
隧道断面设计应注重环境保护，尽可能减少对周边生态环 境的破坏和污染，采取有效的环保措施和技术手段，实现 绿色设计和可持续发展。
PART 02
隧道断面的几何设计
隧道断面的形状
圆形隧道
01
圆形隧道具有较高的结构稳定性，能够承受较大的侧压力，但
施工难度较大，成本较高。
矩形隧道
02
矩形隧道结构简单，施工方便，但结构稳定性相对较差，需要
隧道断面设计对运营费用的影响
隧道断面设计应充分考虑运营通风、照明、排水等需求，以降低运营费用。
隧道断面设计的施工性分析
施工难度与隧道断面的关系
隧道断面设计应考虑施工难度，尽量减小断面尺寸，提高施工效率。
施工方法与隧道断面的关系
隧道断面设计应结合施工方法，如盾构法、矿山法等，以提高施工安全性。
《隧道平纵断面设计》课件
04
隧道平纵断面设计的优化
隧道平纵断面设计的优化目标
提高行车安全
通过优化平纵断面设计，降低交通事故风险 ，提高行车安全性。
降低建设成本
通过合理的平纵断面设计，减少工程量，降 低建设成本和运营维护成本。
提高通行效率
01
02
03
隧道进出口位置
选择合理的进出口位置， 确保隧道与周围环境的协 调性。
隧道轴线走向
根据地质勘察资料和线路 走向，确定合理的隧道轴 线走向。
隧道洞门设计
洞门设计需考虑洞口景观 、地形地貌以及洞口位置 等因素。
隧道平面设计的方法和步骤
初步设计
根据地质勘察资料和线路 要求，初步确定隧道进出 口位置和轴线走向。
根据优化算法的反馈，不断调整平纵 断面的参数，以达到最优设计。
实例验证
通过实际工程案例，验证优化方法的 可行性和有效性。
隧道平纵断面设计的优化实例
某高速公路隧道
通过优化平纵断面设计，提高了行车 安全和通行效率，减少了交通事故和 交通拥堵。
某城市地铁隧道
在满足功能需求的前提下，优化平纵 断面设计，保护了环境和景观，降低 了建设成本。
用。
隧道平纵断面设计的原则和标准
隧道平纵断面设计应遵循安全 、经济、环保和可持续发展的 原则。
在设计过程中，需要综合考虑 地质条件、环境因素、交通需 求以及建设成本等因素。
此外，还需要遵循国家和行业 的相关标准，如公路工程技术 标准、铁路隧道设计规范等。
02
隧道平面的设计
隧道平面设计的基本要素
竖曲线半径是影响隧道纵断面设计的 重要参数，它决定了隧道内部的视觉 效果和行车舒适度。
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- 纵断线形
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
隧道平纵断面设计
---公路隧道的平面线形和纵断面线形
引线
隧道工程
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
- 坡段联接
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 i不应大于重车方向的限坡值i允.
隧道平纵断面设计
---公路隧道的平面线形和纵断面线形 隧道工程
- 平面线形
若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.
隧道工程
应尽可能采用较短的曲线,或是半径较大的曲线,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,最好不使洞口恰恰落在缓和曲线上. 隧道内若设置圆曲线,其长度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,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
— 坡度折减的原因 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
隧道平纵断面设计 ---隧道纵断面设计
隧道工程
— 规范中规定了隧道内线路坡度折减系数m的经验数值.列于下表可参 照使用.
隧道内线路最大坡度系数 隧道长度 401～1000 1001～4000 >4000 电力牵引 0.95 0.90 0.85 内燃牵引 0.90 0.80 0.75 坡度折减区段示意
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;
隧道平纵断面设计 ---隧道平面设计
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;
隧道工程
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;
其在进口一侧,需要在足够的距离外能够识别隧道洞口 隧道需要机械通风时,引线的纵坡应使汽车能以均匀速度驶入隧
道,洞口前的引线纵坡与隧道纵坡在必要的距离之内应保持一致 隧道内的路肩宽度与一般道路相比要缩小很多,需要进行平滑过
渡,路肩应在适当的距离进行施工测量时, 操作变得复杂,精度也有所降低.
隧道设置曲线示例
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
隧道平纵断面设计 ---隧道平面设计
- 隧道设置曲线时应注意的问题
隧道平纵断面设计 ---隧道平面设计
- 直线隧道的优点
隧道工程
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
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; 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; 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;
隧道平纵断面设计 ---隧道纵断面设计
- 坡段长度
隧道工程
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.
求在三倍车辆长度以上.
隧道平纵断面设计 ---隧道纵断面设计
- 坡道型式
隧道工程
— 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 不复杂的人字坡型 . — 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.人字型坡道多用于长隧道,尤其是越岭 隧道 .
坡道形式
隧道平纵断面设计 ---隧道纵断面设计
- 坡度大小
— 设计坡度时,注意应不超过限制坡度 i限 .
隧道工程
— 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
i允 = i限 i曲
式中
(2-1)
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折减量.