04 隧道平纵断面设计

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s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e r s I t y
《山岭隧道》课程
第四章
隧道平纵断面设计及结构构造
郑余朝
山岭隧道
西南交通大学
Southwest Jiaotong University
1
隧道内线路设计时，首先应满足整体 线路规定的各种技术指标。而隧道内的环境 条件比较差，无论是车辆运行，还是维修养 护，都处于不利的条件下。 所以，在设计隧道内线路时，还要附上 为适应隧道特点的一些技术要求。
1 坡道形式
一般可采用单面坡或人字坡。
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隧道纵断面设计
（一）铁路隧道 1 坡道形式
两种不同的坡型适用于不同的隧道。对位于紧
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，可以采用单面坡型；对于长 大隧道、越岭隧道、地下水丰富而抽水设备不足的
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‰。
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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。
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隧道平面设计
（一）铁路隧道 当隧道越岭时，线路常常是沿着垭口的一侧
山谷转入山体后，又沿垭口另一侧山谷转出。这
样可以使隧道较长的中段放在直线上，但两端为 了转向都要落在曲线上。如果垭口两侧沟谷地势 开阔，则可将曲线放在洞口以外。
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隧道平面设计
（一）铁路隧道 设计时：
尽可能采用较短的曲线，或半径较大的曲线。
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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。 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。
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三 隧道横断面设计
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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：
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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：
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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
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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： 当隧道长度大于20 km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20 050 m)和石太客运专线太行山隧道(长27
839 m)等。
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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。
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铁路隧道横断面设计
（一）直线隧道净空 3、隧道建筑限界
1）常速铁路隧道
新建和改建的电
力牵引的单线、双 线隧道限界图
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铁路隧道横断面设计
（一）直线隧道净空 3、隧道建筑限界
2）高速铁路隧道
200 km/h 及以上客 运专线铁 路建筑接 近限界基 本尺寸及 轮廓
200 km/h客货共线电力牵引 铁路KH-200桥隧建筑限界
（一）铁路隧道
高速铁路单、双线隧道的选定：
选定的原则： 当隧道长度为10~20 km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13 099m)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。
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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、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。
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主要内容
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
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一 隧道平面设计
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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，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；隧道内不宜设置反向曲线。
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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。
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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，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，
隧道，宜采用人字坡型。
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隧道纵断面设计
（一）铁路隧道 2 坡度大小
高速铁路隧道（350km/h）： 最大坡度：一般12‰，局部地 段20‰ 。
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
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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。
（一）直线隧道净空 4、直线隧道净空
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。
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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： 当遇特长隧道及松软地层、不良地质地段、黄土
是建筑物不得侵入的一种限界。
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铁路隧道横断面设计
（一）直线隧道净空 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。
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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。
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 。
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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。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。
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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
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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
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铁路隧道横断面设计
隧道方案利用活塞风效果较差。
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隧道平面设计
（一）铁路隧道
高速铁路单、双线隧道的选定：
高速铁路一般设计为双线： 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。
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：
i允 mi限 i曲
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。
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隧道纵断面设计
（一）铁路隧道 2 坡度大小
m的取值：
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隧道纵断面设计
（一）铁路隧道 2 坡度大小
除了最大坡度的限制以外，还要限制最小坡
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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”
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。
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二 隧道纵断面设计
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隧道纵断面设计
隧道纵断面是中心线展直后在垂直面上的 投影。纵断面设计主要包括隧道内线路的坡道 形式、坡度大小和折减、坡段长度和坡段间的
衔接等内容。
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隧道纵断面设计
（一）铁路隧道
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
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隧道纵断面设计
（一）铁路隧道 4 坡段连接
为了行车平顺，两个相邻坡段坡度的代数差值
不宜太大，否则会引起车辆之间仰俯不一，车钩受 到扭力，容易发生断钩。两个相邻坡段坡度的代数 差应有一定限制。 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。
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。
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隧道平面设计
（一）铁路隧道
高速铁路单、双线隧道的选定：
高速铁路一般设计为双线： 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。
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隧道平面设计
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隧道平面设计
（一）铁路隧道
高速பைடு நூலகம்路单、双线隧道的选定：
选定的原则： 当隧道长度小于10 km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7 851 m)、秦东隧道(长7 684 m)等。
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隧道平面设计
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
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铁路隧道横断面设计
（一）直线隧道净空 3、隧道建筑限界
2）高速铁路隧道
时速200km/h新建铁路隧道建筑限界。
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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”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。
（一）铁路隧道
高速铁路单、双线隧道的选定：
高速铁路一般设计为双线： 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。
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隧道平面设计
（一）铁路隧道
高速铁路单、双线隧道的选定：
高速铁路一般设计为双线： 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
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。
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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： 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
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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。
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