隧道断面设计
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。
城市地铁建设中的隧道断面设计要点
城市地铁建设中的隧道断面设计要点随着城市发展的不断壮大，地铁成为现代城市交通的重要组成部分。
地铁隧道作为地铁线路的重要组成部分，其断面设计对于地铁的安全、舒适性以及运行效率具有重要影响。
本文将从隧道断面设计的几个要点进行探讨。
一、通行能力地铁隧道的通行能力是隧道断面设计的首要考虑因素之一。
通行能力主要取决于隧道断面的宽度和高度。
对于城市地铁来说，通行能力的设计应该以满足高峰期的运输需求为目标。
因此，在设计隧道断面时，应充分考虑乘客的流量，确保隧道宽度和高度能够容纳足够的乘客流量，避免拥堵和安全隐患。
二、安全性隧道断面的设计要考虑地铁的安全性。
首先，隧道断面应具备足够的强度和稳定性，能够承受地铁列车的运行压力和地下水压力。
其次，隧道断面应考虑到应急疏散通道的设置，确保乘客在紧急情况下能够迅速撤离。
此外，隧道断面还应考虑到防火、防烟等安全设施的设置，以保障乘客的安全。
三、舒适性地铁隧道断面的舒适性对于乘客的体验至关重要。
隧道断面的设计应考虑到乘客的站立空间和座椅设置，以及通风、噪音和振动等因素对乘客的影响。
合理的隧道断面设计能够提供乘客舒适的乘坐环境，减少噪音和振动对乘客的干扰，提高乘坐体验。
四、可持续性地铁隧道断面的设计应具备可持续性。
随着城市地铁的不断扩张，隧道断面的设计应考虑到未来的发展需求。
隧道断面的设计应具备可扩展性，方便未来的线路延伸和改造。
此外，隧道断面的设计还应考虑到环保因素，减少对环境的影响，例如采用可再生能源供电、节能减排等措施。
五、美观性地铁隧道断面的美观性对于城市形象和乘客体验也具有重要意义。
隧道断面的设计应考虑到城市的整体风貌和地铁线路的特点，采用合适的材料和色彩，打造出美观、富有特色的隧道断面。
美观的隧道断面设计不仅能够提升城市形象，也能够给乘客带来愉悦的乘坐体验。
综上所述，城市地铁建设中的隧道断面设计要点包括通行能力、安全性、舒适性、可持续性和美观性。
这些要点相互关联，相互影响，需要在设计过程中综合考虑。
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。
22
23
• 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。
隧道线路及断面设计及识读—隧道纵断面设计(隧道施工课件)
2.两个关系：曲线半径与视距的关系 超高与隧道断面关系
明暗变化 3.半径不宜小于不设超高的最小曲线半径，并符合视距要求
4.根据停车视距换算不加宽的最小曲线半径。
5.洞口应采用大半径曲线的引线与隧道衔接。
进隧道由明到暗
6.设置曲线有利于司机的“亮适应”。
出隧道由暗到明
隧道平纵断面设计
主要内容
1隧道平面设计
曲线上隧道缺点
曲线隧道设计要点
公路隧道平面线形设计要点
2隧道纵断面设计
坡道形式 坡度大小 坡段长度 坡段间的衔接
设计要素
公路隧道纵断面线形
公路隧道引线的平、纵断面线形
隧道平纵断面设计 - -2隧道纵断面设计
一、纵断面设计要素
1.坡道形式 两种：人字坡和单面坡
隧道平纵断面设计 - -2隧道纵断面设计
二、公路隧道纵断面线形
坡度以不妨碍排水的缓坡为宜 变坡点设足够的竖曲线 一般纵坡：
2%以下 ，大于3%不可取，规范：一般取3%。 在施工时需要设置不小于0.3%的纵坡（排水）
隧道平纵断面设计 - -2隧道纵断面设计
三、公路隧道引线的平、纵断面线形
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
(3)明线曲线Βιβλιοθήκη 量坡度i允= i限- i曲
？克服曲线阻力
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
(4)隧道内坡度折减(>400m)
i允=m i限- i曲
（1）湿度大，轮轨粘着系数低 （2）隧道内空气阻力增大
隧道平纵断面设计 - -2隧道纵断面设计
《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。
第三章隧道线路及断面设计
隧道结构型式比较表
结构型式 双洞最小净距 占地宽度 接线难度 施工难度 工期要求 工程造价 质量控制难易 爆破振动 环境保护 适用条件 独立双洞隧道 (1.0~1.5)B (2.5~7.0)B 较大 较小 t M 较易 基本不控制 山区狭窄地带可 能出现高边坡 各种隧道 2B+3m 较小 较大 2~3t 1.3~1.5M 较难 ＜10cm/s 山区狭窄地带 可降低边坡 短隧道 连拱隧道 小净距隧道 3m~1.5B 2B+(3m~1.5B) 较小 中等 1~1.5t 1.1M 中等 ＜10~20cm/s 山区狭窄地带可降低边坡 短隧道或围岩条件较好的 中长隧道、 中长隧道、或者长大隧 道的局部地段
一、按地形条件选择隧道位置
• 1、隧道方案与其它方案的比较 • 要克服地形条件带来的高程障碍， 要克服地形条件带来的高程障碍，有 三种方案： 三种方案： • 绕行方案 • 路堑方案 • 隧道方案
三种方案做法
• 绕行方案 — 当附近地形开阔，山坡地带宽敞 当附近地形开阔， 时，克服高程障碍比较简易的办法是避开前方 山峰，迂回绕行而过。 山峰，迂回绕行而过。 • 深堑方案 — 当地形比较开阔，有山谷台地可 当地形比较开阔， 资展线时，就可以尽量地把线路展长， 资展线时，就可以尽量地把线路展长，坡度用 足以争取把线路标高抬起到可能的高度。 足以争取把线路标高抬起到可能的高度。然后 把高程尚有不足之处， 把高程尚有不足之处，在山顶部位开凿深路堑 通过。 通过。 • 隧道方案 — 当地形紧迫，山坡陡峭，不具备 当地形紧迫，山坡陡峭， 上述条件时，开凿隧道，穿山而过， 上述条件时，开凿隧道，穿山而过，就成为唯 一可行，而且是比较有利的方案。 一可行，而且是比较有利的方案。
表1 分离式独立双洞间的最小净距
隧道断面计算公式
隧道断面计算公式隧道断面计算是确定隧道横截面积和形状的过程。
隧道断面的形状和尺寸对隧道的稳定性和使用条件有重要影响。
在进行隧道设计时，需要依据工程要求和地质条件来确定合适的断面形状和尺寸。
以下是常见的隧道断面计算公式和相关参考内容。
1. 地质勘探和地质参数：在进行隧道断面计算之前，需要进行地质勘探，获取地质参数，包括地质岩性、地应力、地下水等。
这些地质参数对隧道断面计算具有重要影响。
地质参数的获取可依据国家规范或工程师的经验进行判断。
2. 地层压力计算公式：根据地层压力的计算公式可估算隧道断面所受的地层压力。
常用的地层压力计算公式包括：- Terzaghi地压公式：P = k_h * γ_h * h- 吉环地压公式：P = k_n * γ_v * h其中，P为地层压力，k_h和k_n为地压系数，γ_h和γ_v为地层重度，h为覆土深度。
地压系数可根据地质条件和经验取值。
3. 支护结构计算公式：隧道施工过程中需要进行支护，支护结构的设计也需要进行断面计算。
常用的支护结构计算公式包括：- 钢支撑计算公式：N = (σ_1 + σ_3)/2- 混凝土衬砌计算公式：h = N * m其中，N为地层压力，σ_1和σ_3为地应力，h为衬砌厚度，m为混凝土抗压强度。
这些公式可依据设计要求和工程经验进行合理取值。
4. 断面形状计算：隧道断面的形状决定了隧道的稳定性和使用条件。
常见的隧道断面形状有圆形、马蹄形、矩形等。
断面形状计算的主要目标是确定隧道拱顶高度、宽度和截面积。
常用的断面形状计算公式包括：- 圆形断面计算：A = π * r^2, P = 2 * π * r + h- 马蹄形断面计算：A = (b1 + b2) * h/2, P = b1 + b2 + 2 * h其中，A为断面面积，P为断面周长，r为拱顶半径，h为拱高。
b1和b2为马蹄形断面的底宽和顶宽。
参考内容：- 《公路隧道设计规范》（JTJ 042-96）- 《铁路隧道设计规范》（TB 10002.1-2005）- 《城市轨道交通隧道设计规范》（GB 50486-2010）- 相关学术论文和专业书籍。
隧道纵断面设计原则
隧道纵断面设计原则隧道是连接两个地区的重要交通工具，其设计和建设对于交通运输的发展和经济的繁荣具有重要意义。
隧道的纵断面设计是隧道设计中的一个重要环节，它直接关系到隧道的使用效果和安全性。
本文将从隧道纵断面设计的原则、设计要求、设计方法等方面进行探讨。
一、隧道纵断面设计原则1.安全性原则隧道的安全性是设计的首要原则，隧道纵断面的设计应以安全为前提。
隧道纵断面设计应考虑隧道的使用功能、通行能力、安全性、舒适性等多方面的因素，保证隧道在使用过程中的安全性。
2.经济性原则隧道纵断面设计应以经济性为基础，根据工程的实际情况，合理选择隧道的断面形式、断面大小等参数。
设计时应尽量减少不必要的工程量，降低建设成本，提高工程效益。
3.适用性原则隧道纵断面设计应以适用性为前提，根据隧道所处的地形条件、地质条件、交通需求等因素，选择最适合的断面形式和尺寸。
设计时应考虑隧道的通行能力、交通流量、车辆类型等因素，确保隧道的适用性。
4.环保性原则隧道纵断面设计应以环保性为前提，设计时应考虑隧道的周边环境、生态保护等因素，尽量减少对周边环境的影响，保护生态环境，实现可持续发展。
5.美观性原则隧道纵断面设计应以美观性为前提，设计时应注重隧道的外观形式、色彩搭配等因素，使隧道在视觉上具有良好的效果，提高城市形象和品位。
二、隧道纵断面设计要求1.通行能力要求隧道纵断面的设计应根据隧道的通行能力要求确定隧道的断面形式和尺寸。
通行能力是隧道设计的重要指标之一，它直接关系到隧道的使用效果和安全性。
隧道的通行能力要求应根据隧道所处的地形条件、交通需求、车辆类型等因素综合确定。
2.安全性要求隧道纵断面设计应以安全性为前提，确保隧道在使用过程中的安全性。
隧道的安全性要求应考虑隧道的通行能力、交通流量、车辆类型等因素，确保隧道的通行安全。
3.舒适性要求隧道纵断面设计应以舒适性为前提，确保隧道在使用过程中的舒适性。
隧道的舒适性要求应考虑隧道的通行速度、车辆类型、交通流量等因素，确保隧道的使用舒适。
第2章4隧道横断面设计
04
隧道横断面施工方法
开挖方法选择
全断面法
适用于地质条件较好、断面较小 的隧道。采用全断面一次开挖成 型，施工速度快，对围岩扰动小
。
台阶法
适用于地质条件较差、断面较大 的隧道。将断面分成上下两个或 多个台阶进行开挖，有利于控制
变形和保证安全。
分部开挖法
适用于大断面或地质条件复杂的 隧道。将断面分成若干个小断面 进行开挖，减小每次开挖的跨度
施工顺序安排
1 2 3
先墙后拱法
先开挖隧道两侧的边墙部分，再进行拱部开挖。 适用于地质条件较好、断面较小的隧道。
先拱后墙法
先开挖隧道的拱部，再进行边墙部分的开挖。适 用于地质条件较差、需要较早提供顶部支护的情 况。
交替开挖法
将隧道断面分成左右两部分交替进行开挖和支护 。适用于大断面或地质条件复杂的隧道，有利于 控制变形和保证安全。
筋连接。
二次衬砌设计
01
02
03
04
衬砌形式
根据隧道断面形状、地质条件 及施工方法等选择合适的衬砌 形式，如直墙式、曲墙式等。
衬砌厚度
根据围岩压力、结构跨度及施 工方法等因素综合确定。
钢筋配置
根据衬砌厚度及受力要求配置 钢筋，一般采用双层双向布置
。
混凝土等级
衬砌混凝土等级不应低于C30 ，抗渗等级根据防水要求确定
特殊情况处理
小净距隧道
针对小净距隧道的特殊地质条件 和施工要求，采取相应的设计和 施工措施，如加强支护、控制爆
破等。
连拱隧道
连拱隧道需考虑中隔墙的受力性能 和稳定性，采取相应的加固措施。
偏压隧道
针对偏压隧道的特殊地质条件，采 取相应的平衡措施，如设置平衡压 重、加强支护等。
隧道断面计算公式
隧道断面计算公式隧道的断面计算是指根据设计要求和地质条件，确定隧道断面的大小和形状，以满足通行要求和施工要求的过程。
隧道断面计算的相关参考内容主要包括以下几个方面：1. 隧道断面形状选择原则：隧道断面形状的选择需要考虑以下因素：地质条件、交通需求、承载力要求、施工条件等。
常见的隧道断面形状有圆形、马蹄形、矩形等。
圆形断面一般用于地质条件较好、作用力分布均匀的隧道；马蹄形断面适用于地质条件较差、需要增加支护措施的隧道；矩形断面适用于需搭设设备或管线的隧道。
在实际设计中，根据具体情况还可以选择其他形状的断面。
2. 隧道断面计算公式：(1) 圆形断面计算公式：隧道断面的面积和周长可以根据圆形的面积和周长公式计算。
圆形断面的面积公式为：A = πr^2，其中A表示面积，r表示半径。
圆形断面的周长公式为：C = 2πr，其中C表示周长。
(2) 矩形断面计算公式：隧道断面的面积和周长可以根据矩形的面积和周长公式计算。
矩形断面的面积公式为：A = L·H，其中A表示面积，L和H分别表示矩形的长度和高度。
矩形断面的周长公式为：C =2(L + H)，其中C表示周长。
(3) 马蹄形断面计算公式：马蹄形断面的面积和周长计算相对复杂，需要根据具体的断面曲线方程进行计算。
一般情况下，可以将马蹄形断面简化为多个矩形和圆弧组合而成，然后分别计算各个部分的面积和周长，最后求和得到总的面积和周长。
3. 断面计算的相关参数和限制：隧道断面计算需要考虑一些相关参数和限制。
其中，常见的参数包括隧道的设计速度、设计荷载、地质条件、水文条件等；常见的限制包括最小净高、最小净宽、最小覆土厚度、最大纵横比等。
这些参数和限制一般由标准和规范进行规定，设计时需要满足相应的要求。
4. 实际工程案例：隧道断面计算的相关参考内容还可以通过实际工程案例进行学习和参考。
实际工程案例可以通过相关文献、专业书籍和报告等获取。
通过分析和比较实际工程案例，可以了解不同地质条件和交通需求下的隧道断面设计方法和效果。
隧道工程课件第二章隧道平纵断面设计
排水设计
结构耐久性
隧道排水设计应合理组织排水系统，防止 积水、渗漏等问题的发生，保障隧道结构 安全和运营顺畅。
隧道结构设计应考虑长期运营的需求，采 取相应的耐久性措施，确保隧道在使用年 限内的安全性和稳定性。
02
隧道平面设计
平面设计原则
安全性原则
隧道平面设计应首先考虑安全性，确 保隧道结构稳定、行车安全和人员安 全。
案例二
某山区高速公路隧道设计，重点考虑 了隧道线形与地质条件的适应性、横 断面布置形式以及排水设计等方面， 以确保行车安全、顺畅和环保。
03
隧道纵断面设计
纵断面设计原则
安全性原则
纵断面设计应确保隧道结构安全，避免出现 安全隐患。
经济性原则
在满足安全性的前提下，应尽量降低建设成 本和运营成本。
环保性原则
经济性原则
在满足安全性和功能需求的前提下， 应尽量降低工程造价和运营成本，提 高经济效益。
环保性原则
隧道平面设计应尽量减少对周边环境 的破坏和污染，合理利用资源，保护 生态环境。
协调性原则
隧道平面设计应与周边环境相协调， 保持景观的连续性和整体性。
平面设计要素
隧道宽度
根据设计时速和交通量，合理确定隧道宽度，确 保行车安全和顺畅。
联合设计要素
01
隧道长度与坡度
根据地质勘察资料、施工难度和 线路走向等因素确定隧道长度和
坡度。
03
隧道线形设计
根据平曲线和竖曲线半径、超高 、加宽等参数进行线形设计，确
保行车安全和舒适性。
02
隧道宽度与净高
根据行车需求、交通量和设计速 度等因素确定隧道宽度和净高。
04
排水设计
隧道工程第3章 隧道线路及断面设计-2
1210 1110
1875
轨面
2250
4000
2250
8500
新建或改建行驶电力机车的单（双）线隧道限界
‹#›
‹#›
4.直线隧道净空
考虑避让等安全空间、救援通道及技术作业空间 不同围岩压力下，衬砌结构的合理受力形状 施工方便
120km/h单线铁路隧道衬砌轮廓
‹#›
120km/h双线铁路隧道衬砌轮廓
2 R
l2 8R
l — 车辆转向架中心距，取18m R— 曲线半径，单位m
车辆长度（L=26m） 车辆前后转向架间距（l=18m）
D a/2
车辆中心线 线路中心线
d内 d外
a
曲线半径（R）
则：
d内1
182 8R
100
4050 R
(cm)
‹#›
(2) 外轨超高使车体向曲线内侧倾斜偏移
d内2＝
0.75
8.00
/ 0.25
0.75
7.50
0.25
0.75
9.00
0.25
0.75
7.00
0.25
7.00
0.25
0.75
7.00
0.25
7.00
0.25
7.00/4.50
0.25
9.75
9.25
10.25
9.25
9.25
8.75
9.50
10.5
7.50
8.50
7.50
8.50
7.50
8.50
7.50
H E 150
(cm)
d内2
内2
H — 隧道限界控制点自轨面起的高度，cm
隧道建设中的隧道断面设计有哪些要求
隧道建设中的隧道断面设计有哪些要求在隧道建设中，隧道断面设计是至关重要的一环。
它不仅关系到隧道的安全性、功能性，还对工程的造价和施工难度有着显著的影响。
那么，隧道断面设计究竟有哪些要求呢？首先，隧道断面的形状选择是设计的基础。
常见的隧道断面形状有圆形、椭圆形、马蹄形、矩形等。
不同的形状在受力特性、施工难度和空间利用等方面各有优劣。
例如，圆形断面在承受周围岩土压力时，受力较为均匀，结构稳定性好，但施工难度相对较大；马蹄形断面则在适应不同地质条件和满足功能需求方面具有一定的灵活性。
在确定隧道断面形状时，需要充分考虑地质条件。
如果地质条件复杂，存在较大的围岩压力或地下水问题，那么选择受力性能好的断面形状就显得尤为重要。
比如在软弱围岩中，圆形或椭圆形断面可能更能保证隧道的稳定性，减少围岩变形和坍塌的风险。
隧道的使用功能也是决定断面设计的关键因素之一。
如果是公路隧道，需要考虑车辆的通行宽度、高度以及车与车之间的安全间距。
一般来说，高速公路隧道的净宽和净高都有明确的标准，以确保车辆能够安全、顺畅地行驶。
此外，还需要设置紧急停车带、人行横道和车行横道等附属设施，这些都会影响隧道断面的尺寸和形状。
对于铁路隧道，除了要满足列车的通行要求外，还需要考虑轨道的布置、接触网的安装以及信号设备的设置等。
不同类型的铁路，如高速铁路、普通铁路，其隧道断面的设计标准也会有所差异。
通风要求在隧道断面设计中不容忽视。
良好的通风系统能够有效地排除隧道内的有害气体、烟雾和粉尘，保证洞内空气质量和能见度，为行车安全和人员健康提供保障。
通风方式的选择，如自然通风、机械通风或混合通风，会直接影响隧道断面的大小和形状。
例如，采用机械通风时，需要预留通风设备的安装空间，这可能会导致隧道断面的增大。
照明需求也是设计时要考虑的重要方面。
充足的照明能够提高隧道内的视觉舒适度和安全性，减少驾驶员的视觉疲劳。
照明灯具的布置和安装方式会影响隧道顶部和侧壁的空间预留，从而对断面设计产生影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
3.0 m
areas
2.4 1.5
1 0.001
0.004 0.01
0.04 0.1
0.4 1
4 10
40 100
400 1000
Q值
Rock mass quality Q = RQD x Jr x Jw Jn Ja SRF
支护设计
REINFORCEMENT CATEGORIES: 1) Unsupported 2) Spot bolting, sb 3) Systematic bolting, B 4) Systematic bolting,
大断面隧道设计－衬砌结构设计
衬砌结构类型有： 单层衬砌； 复合式衬砌； 拼装式衬砌等。
拼装式衬砌（管片衬砌）一般用于盾构掘进机法施工； 对于钻爆法施工的隧道,多采用单层衬砌和复合式衬砌。
大断面隧道设计－衬砌结构设计
单层衬砌和复合式衬砌的本质区别： 单层衬砌各支护层间不设置隔离层（防水板），而是采 用自防水措施。
复合式衬砌设计与施工中应注意的问题： 衬砌断面形状应力求圆顺，减少围岩和衬砌在荷载作 用下产生应力集中； 采用分部开挖时,应加强各连接点的强度和刚度，防 止接头受力变形破坏； 大断面隧道衬砌设计参数应根据施工方法适当调整； 合理设置二次衬砌纵向施工缝位置，施工缝处宜设置 加强钢筋； 加强施工中的监控量测通过监控量测结果合理调整支 护参数。
大断面隧道设计－衬砌结构耐久性设计
影响高速铁路隧道衬砌结构耐久性的因素：
环境因素：环境类别分为碳化环境、氯盐环境、化学 侵蚀环境、冻融破坏环境和磨蚀环境；
列车运行因素：高速列车运行引起的压力波动以及列 车振动作用也是影响结构耐久性的主要因素。
- 有初始裂纹的衬砌结构,在气动压力波正压、负压的反复作用 下，衬砌结构将产生疲劳，裂纹不断扩展，直到断裂破坏;
大断面隧道设计－衬砌结构设计
单层衬砌结构设计
单层衬砌结构设计方法目前有： 基于挪威法的Q系统支护设汁法 极限状态设计法 基于能量守恒的能量原理设计法。
挪威Q值法是一种较成熟的单层衬砌结构设计方法。由巴顿 于1974年提出，并于1993年，2002年两次更新完善。特 别适用于钻爆法施工的，大跨度岩石隧道。在国外得到 广泛应用。
大断面隧道设计－衬砌结构设计
• 排水型复合式衬砌
二次衬砌不承受水压力； 初期支护承担施工阶段全部荷载； 二次衬砌承担附加荷载以及作为安全储备。
• 防水型复合式衬砌
二次衬砌承受水压力，一般远大于围岩压力； 初期支护承担施工阶段全部荷载； 二次衬砌承担全部后期围岩压力。
大断面隧道设计－衬砌结构设计
新意法（ADECO-RS法）： ‐ 是一种系统的全断面机械化开挖的隧道设计、施工技术。 ‐ 该工法适用于软弱地层大断面隧道开挖、强调掌子面的作用及掌子面
稳定的重要性； ‐ 被意大利公路及铁路领域纳入规范并且被广泛采用； ‐ 欧洲国家的大型项目施工也较多地采用此工法。
大断面隧道设计－底部结构设计
• 多采用无咋轨道结构； – 降低隧道内轨道结构高度； – 从而减少开挖面积，降低工程造价； – 施工方便； – 缺点是噪音大，有条件时，采取消音措施。
1.3 m
m
2.3 m 2.1 m
2.5 m
Ext. good
Exc. good
20
11
7
1.0 m
20
5
9
CCA
10
8
7
6
5
4
32
1
RRS
Sfr
Sfr
Sfr
B(+S) B
sb
4.0 m
3
25 cm
5 2
15 cm
1.0
9 m
cm
1.3
m
Bolt
1.6 m
spacing
in
u2.n0smhotcreted
一次寿命
早期维修时
耐用期间=寿命
二次寿命
使用期间
大断面隧道设计－衬砌结构耐久性设计
二次衬砌的耐久性研究
大断面隧道设计－衬砌结构耐久性设计
复合式衬砌结构耐久性设计原则及方法：
• 当环境对衬砌结构侵蚀作用很小或无侵蚀作用时，
– 可考虑初期支护和二次衬砌共同承担荷载;
• 当环境对衬砌结构的侵蚀作用明显时,
长90米, 宽62米, 高25米 RQD=67%，Q=9
1994冬季奥运会地下冰上曲棍球 场 (挪威, 锚喷支护)
大断面隧道设计－衬砌结构设计
斯德哥尔摩地铁车站（瑞典） 只有喷混凝土
大断面隧道设计－衬砌结构设计
竣工后的地下洞室(新加坡, 锚喷支 护), 长100米, 宽27米, 高11米
大断面隧道设计－新意法
运营通风
难以利用活塞风
可以充分利用活塞风
防灾救援
当隧道内发生火灾时，消防灭 当一座隧道内发生火灾时，可通
火与救灾难度大，线路将中 过另一座隧道帮助灭火，并利
断运营
用横通道紧急疏散人员，仅中
断一条线路运营
空气动力学影响 相对小
相对大
环境影响
相对小
相对大
工程投资
较低
大20～40％
隧道净空设计
单洞双线和双洞单线方案选择原则：
图14.
大断面隧道设计－衬砌结构设计
单层衬砌和复合式衬砌的一般适用性： 单层衬砌更适用于围岩 自稳能力较好，地下水 不丰富的岩石隧道； 复合式衬砌更适合地下 水丰富的土质或软弱围 岩隧道。
大断面隧道设计－衬砌结构设计
复合式衬砌结构设计
• 排水型复合式衬砌 • 防水型复合式衬砌
新建和改建隧道防排水，应 采用“防、排、截、堵结合， 因地制宜，综合治理”的原 则
隧道洞口景观设计
和谐成为亮丽的风景
隧道净空设计
采用250km/h铁路隧道衬砌内轮廓设计
单线隧道：净空断面积60m2
双线隧道：净空断面积92m2
隧道净空设计
单洞双线和双洞单线方案选择
比较项目
单洞双线隧道方案
双洞单线隧道方案
施工难度及风险 断面大，在软弱围岩中发生坍 断面较小，发生坍塌，变形的机 塌的机会较多，容易发生变 会相对较少，风险较小 形，风险较大
- 同时,衬砌结构底部在列车振动荷载的作用下，也容易出现疲 劳性破坏。
大断面隧道设计－衬砌结构耐久性设计
结构物劣化曲线
性能的水准
设计水准
施工质量好
环境荷载条件比设计条件好 材料、施工、维修管理好
早期维修的 管理水准
最终的水准 （极限状态）
环境、荷载、条件比、 设计时差、材料、施工、 维修管理差
施工质量差
其中：RQD: 岩石质量；节理组数Jn；节理粗糙度 Jr； 节理填充物Ja；地下水Jw；地应力SRF。
2、支护结构选择 按支护结构设计图， 基于Q值，隧道跨度设计： 锚杆长度，间距； 喷混凝土（钢纤维混凝土）厚度； 混凝土衬砌。
大断面隧道设计－衬砌结构设计
Bolt length in m for ESR = 1
(and unreinforced shotcrete, 4 - 10 cm), B(+S)
5) Fibre reinforced shotcrete and bolting, 5 - 9 cm, Sfr + B 6) Fibre reinforced shotcrete and bolting, 9- 12 cm, Sfr + B 7) Fibre reinforced shotcrete and bolting, 12 - 15 cm, Sfr + B 8) Fibre reinforced shotcrete, > 15 cm,
当隧道长度小于10km时，一般采用单洞双线隧道方案,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。