2第二章 隧道平纵断面设计

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人字坡特点
隧道工程
人字型坡道多用于长隧道，尤其是越岭隧道。 地下水发育的长隧道宜采用人字坡。 因为越岭无需争取高程，而垭口两端都是沟 谷地带，同是向下的人字型披道，正好符合 地形条件。人字坡的优点是施工时，水自然 流向洞外，排水措施相应地简化；而且重车 下坡，空车上坡，运输效率高。它的缺点是 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．长时积累，浓度渐渐增大，使列车司乘 人员以及洞内维修人员的健康受到影响。

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引线
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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， 尤其在进口一侧，需要在足够的距离外能够识别隧道洞口 。
•通常，汽车驶近隧道但尚有一定距离时，驾驶员若能自然地集
中注意力观察到隧道洞口及其附近的情况，并保证有足够的安全 视距，对障碍物可以及时察觉，采取适当措施，从而保证行车安 全。将开始注视的点称为注视点，从注视点到安全视距点所需时 间称为注视时间。从注视点到洞口采用通视好的线形极为重要。
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 。 竣工后的排水，包括涌水、漏水、清洗隧道用 水、消防用水等，如果能满足施工排水的需要， 那么在用混凝土修建的排水沟中排水是没有问 题的，其最小坡度不宜小于0.2%；在高寒地区， 为了减少冬季排水沟产生冻害，适当加大纵坡 坡度，使水的流动能增大，对排水是有利的； 从两个洞口开挖隧道时，采用“人”字坡，施 工涌水容易排出，采用单坡，处于高位的洞口， 涌水不能自然向外排出，这是设计时应当考虑 的问题；陡坡隧道且涌水量大时，应考虑减缓 坡度。
隧道坡度不宜小于3‰，在最冷月平均气 温低于 -5℃的地区，地下水发育的地区宜适 当加大坡度。
位于长大坡道上长度大于400m的隧道， 其坡度不得大于最大坡度按规定折减后的数 值；位于长大坡道且曲线地段的隧道，应先 进行隧道内线路最大坡度折减，再进行曲线 坡度减缓。
坡段长度
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隧道内的线路坡段也不宜太短，因为坡段太短就意味 着变坡点多而密集，列车行驶就不平稳，司机操纵要 随时调整。当列车经过变坡点时，受力情况也跟着变 化，车辆间会发生相互的冲撞，产生附加力和附加加 速度。如果坡度太短，一列车在行驶中，同时跨越两 个变坡点，车体、车钩都在同时受到不利的影响，有 时会因此发生事故。另外，如果隧道内坡度变化甚多， 也将给施工和运营养护维修养护增加困难。

i限
坡度大小
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对于线路来说，考虑到运营效率，应具有良好 的行车条件，线路的坡度以平坡为最好。但是，天 然地形是起伏不定的，为了能适应天然地形的形状 以减少工程数量，需要随着地形的变化设置与之相 适应的线路坡度。但坡度不能太大，若坡度超过了 线路最大允许的限制坡度，机车的牵引能力达不到， 不是列车爬不上去，就是必须减轻列车的牵引重量。 所以设计坡度时，注意应不超过限制坡度 i

隧道工程
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对于越岭线上的隧道，线路常常是沿着垭口的 一侧山谷转入山体后，又沿顺垭口的另一侧山 谷转出。可以使隧道较长的中段放在直线上， 但由于地形原因，隧道两端为了转向都要落在 曲线上，这种情况是常见的。此时，如果垭口 两侧沟谷地势开阔，则可将曲线放在洞口以外。 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，如图所示。
隧道内线路的最大允许坡度
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i允 mi限 i曲
—
规范中规定了隧道内线路坡度折减系数m的经验数值,如下表。 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 隧道内线路最大坡度系数
坡度折减区段示意
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第一节 隧道平面设计
直线隧道的优点
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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 。
隧道工程
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隧道工程 缺点1：曲线上的隧道，由于列车倾斜和平移，隧道建筑
曲线隧道的缺点
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； 缺点2：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； 缺点3： 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； 缺点4： 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；
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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。

隧道内线路的坡型单一，但不宜把坡段定得太长，尤 隧道工程 其是单坡隧道，坡度已用到了最大限度，如果是一气 上大坡，列车就必须用尽机车的全部潜在能力，持续 奋进。这样，会使机车疲劳或超负荷。虽然坡度未超 限制，但坡段长了，也会越爬越慢，以至有停车的可 能或出现车轮打滑的情况，容易发生事故。在下坡时， 由于坡段太长，制动时间过久，机车闸瓦摩擦发热， 将使燃油失效，以致刹不住车，发生溜车事故。所以 在限坡地段，坡段不宜太长。如果隧道很长，坡度又 不想变动，为了不使机车爬长坡，可以设缓坡段，使 机车有一个喘息或缓和的时间。 此外，顺坡设排水沟时，如果坡段太长，水沟就难 于布置，不是流量太大，就是沟槽太深。有时为此需 要设置许多抽水、扬水设施，分级分段排水。这就给 今后的运营和维修增加了工作量。所以，隧道内线路 的坡段不宜太长。
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位于车站上的隧道，应采取必要的工程措施确保 排水畅通。 当隧道洞口位于滨河可能被洪水淹没地带、水库 回水影响范围或受山洪威胁地段，其路肩高程应高 出设计水位加波浪侵袭高度和壅水高度至少0.5m。
Ⅰ、Ⅱ级铁路设计水位的洪水频率标准为1/100； 当观测洪水(包括调查可靠的有重现可能的历史洪 水)高于上述设计洪水频率标准时，则应按观测洪 水设计；当观测洪水的频率超过1/300时，Ⅰ、Ⅱ 级铁路应按1/300洪水频率设计。
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缺点5：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； 缺点6：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； 缺点7：由于曲线关系，洞内进行施工测量时，操作变 得复杂，精度也有所降低。
第二章 隧道平纵断面设计 隧道工程


铁路隧道平面设计：隧道曲线设计 1.附加技术要求




坡道形式 铁路隧道纵断面设计 坡度大小 坡段长度 坡段联结 平面线形 纵断面线形 引线
2.公路隧道的平面和纵断面线形
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隧道内的线路是整条线路中的一个区段。隧道 设计时，首先要满足线路明线所规定的各种技 术指标。由于隧道的施工、运营养护及改建等 工作条件均比明线差，所以，在设计隧道内的 线路时，除了遵照线路明线所规定的技术指标 以外，还要附加上为适应隧道内工作条件的一 些技术要求。 附加的技术要求可以从平面设计和纵断面设 计两个方面来阐述。
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，最好不使洞口恰落在缓和曲线上。 隧道内若设圆曲线，其长度不应短于一节车厢的长度（26m）。
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(S)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
由此可见，从节省工程投资、减少施工难度、简 化洞内施工维修作业并缩短作业时间、争取较好 的通风条件、改善维修养护人员和乘务员的工作 环境及看视条件以及提高行车速度等方面来看， 直线隧道都优于曲线隧道，因此隧道内的线路应 该设计为直线，这在一般情况下是容易做到的。 但是，由于受到某些地形的限制或是地质的原因， 有时也不得不采用曲线。 例如，当线路绕行于山嘴时，为了避免直穿隧道 太长，或是为了便于开辟辅助性的施工横洞，有 时也会有意识地设置与地形等高线相接近的曲线 隧道。
隧道工程 的铁路，相临坡

旅客列车设计行车速度为160km/h 的铁路段，应以圆曲 线型竖曲线连接，竖曲线的半径应采用15 000m，竖曲 线不应与平面圆曲线重叠设置，困难条件下，竖曲线可 与半径不小于2 500m的圆曲线重叠设置；特殊困难条件 下，经技术经济比选，竖曲线可与半径不小于1 600m的 圆曲线重叠设置。


公路隧道的平面线形和纵断面线形
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平面线形
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。
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这里有两个问题应当引起注意：一是小半径 曲线，二是超高。如果设置小半径曲线，会 产生视距问题，为确保视距，势必要加宽隧 道断面。设置超高时，车辆倾斜，也会导致 隧道断面的加宽。隧道断面加宽，一方面要 增加工程费用，另一方面使施工变得困难。 加宽后的断面宽度不统一，以及不同断面之 间的相互过渡都给隧道施工带来困难。由于 隧道内一般是禁止超车的，只能采用停车视 距，设计时根据停车视距可以换算出设置曲 线时的不加宽最小平曲线半径。
纵断面线形
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道路隧道的纵坡以不妨碍排水的缓坡为宜。在 变坡点处应设置足够的竖曲线，保持线路的良好衔 接。隧道纵坡设置不宜过大，否则无论是在汽车行 使上还在隧道施工及养护上都不利。道路隧道控制 纵坡的主要因素是隧道通风问题，汽车排出的废气 及有害物质随着纵坡的增大而急剧增多。 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。

坡段联接
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为了行车平顺，两个相邻坡段坡度的代数差值 不宜太大。因为，坡差太大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值 i 不宜太大 两坡段间的代数差值 坡值 i允 。
i不应大于重车方向的

旅客列车设计行车速度小于 160km/h 度差大于3‰时，应以圆形竖曲线连接，竖曲线的半径 应采用10 000m。
是要求在三倍车辆长度以上。
第二节 隧道纵断面设计
坡道形式 坡度大小 坡段长度 坡段联结
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坡道形式
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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人字坡型 。
坡道形式

单坡特点
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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。 此外，单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。单坡道的优点还有施工及测量上都比较 方便。它的缺点是在施工阶段，下坡进洞的一端， 出于上部的水自然地流向下部开挖工作面，使开 挖工作受到干扰，不但需要随时抽水外排，而且 影响到电爆破的绝缘质量；此外，运碴时，空车 下坡重车上坡，运输效率低。
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隧道设置曲线示例
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隧道内的线路宜设置为直线，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。
- 隧道设置曲线时应注意的问题
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• • • • •
应尽可能采用较短的曲线或半径较大的曲线，且将曲线设置在
限


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 隧道工程 线的当量坡度。即 (2-1)
i允 i限 i曲
明线坡度要求!!!

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折减量。
坡度折减的原因 （1）列车车轮与钢轨踏面间的粘着系数降低； （2） 洞内空气阻力增大。 此为明线坡度要求!!!