第3章-隧道横断面与隧道洞门设计.ppt

第3章隧道横断面与隧道洞门设计3.1隧道净空与限界3.2铁路隧道曲线段加宽3.3隧道横断面设计3.4横洞设计与避车洞设计3.5隧道洞门形式与结构选择2024/5/21 周二13.1隧道净空与限界3.1.1隧道净空与限界的基本概念3.1.2铁路和公路隧道建筑限界2024/5/21 周二23.1.1隧道净空与限界的基本概念图3-1公路隧道横断面2024/5/21 周二33.1.2铁路和公路隧道建筑限界1.铁路隧道建筑限界2.公路隧道建筑限界2024/5/21 周二41.铁路隧道建筑限界图3-2铁路隧道建筑限界示意图2024/5/21 周二51.铁路隧道建筑限界图3-3蒸汽及内燃牵引的单线、双线铁路隧道限界图2024/5/21 周二61.铁路隧道建筑限界图3-4电力牵引的单线、双线铁路隧道限界图2024/5/21 周二71.铁路隧道建筑限界图3-5时速200km/h新建铁路隧道建筑限界图(单位：cm)a)单线隧道建筑限界b)双线隧道建筑限界2024/5/21 周二81.铁路隧道建筑限界图3-6武广客运专线设计时速350km/h双线铁路隧道建筑限界图(单位：cm)2024/5/21 周二92.公路隧道建筑限界2.连拱隧道的左侧可不设检修道或人行道，但应设50cm(120km/h与100km/h时)或25cm(80km/h与60km/h时)的余宽。3.设计速度120km/h时，两侧检修道宽度均不宜小于1.00m；设计速度100km/h时，右侧检修道宽度不宜小于1.00m。2024/5/21 周二102.公路隧道建筑限界图3-7公路隧道建筑限界图(单位：cm)H建筑限界高度W行车道宽度左侧向宽度右侧向宽度C余宽J检修道宽度R人行道宽度h检修道或人行道的高度建筑限界左顶角宽度建筑限界右顶角宽度，当1m时，=，当1m时，=1m2024/5/21 周二113.2铁路隧道曲线段加宽1.加宽原因2.加宽值计算3.曲线隧道中线与线路中线偏移距离4.曲线隧道加宽的平面设计5.时速200km/h以上曲线隧道净空加宽2024/5/21 周二121.加宽原因1)车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车体是刚性的，其矩形形状不会改变，这就使得车厢两端产生向曲线外侧的偏移d外，车厢中间部分则向曲线内侧偏移1，如图3-8所示。2)由于曲线上存在外轨超高，导致车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界的各个控制点在水平方向上向内移动了一个距离2，如图3-9所示。2024/5/21 周二13图3-8曲线隧道净空加宽平面示意图1.加宽原因2024/5/21 周二142.加宽值计算(1)单线曲线隧道加宽值的计算(2)双线曲线隧道加宽值的计算双线曲线隧道的内侧加宽值W1及外侧加宽值W2与单线隧道加宽值的计算相同。2024/5/21 周二15图3-10单线曲线隧道加宽示意图2.加宽值计算2024/5/21 周二164.曲线隧道加宽的平面设计图3-12曲线隧道和直线隧道衔接平面设计2024/5/21 周二173.3隧道横断面设计3.3.1基本设计内容与方法3.3.2铁路隧道衬砌断面设计3.3.3公路隧道衬砌断面设计3.3.4隧道衬砌截面厚度3.3.5高速铁路隧道横断面设计2024/5/21 周二183.3.1基本设计内容与方法1.横断面设计基本内容2.横断面设计方法2024/5/21 周二191.横断面设计基本内容隧道的净空限界确定以后，就可以据此进行隧道衬砌断面的初步拟定。由于隧道衬砌是一个超静定结构，不能直接用力学方法计算出的截面尺寸，而是先拟定一种截面尺寸，按照这个截面尺寸来验算在荷载作用下的内力。2024/5/21 周二202.横断面设计方法1)确定隧道类型，选定相应建筑限界。2)根据围岩类别初步拟定截面厚度。3)编制计算机程序，对拟定的各种衬砌断面方案进行计算比较和优化，得出最优的断面几何参数。4)应用结构分析程序，对得出的衬砌结构断面最优解进行力学验算，并对有关结果作出评价。2024/5/21 周二213.3.2铁路隧道衬砌断面设计1.内轮廓线2.衬砌外轮廓线和轴线2024/5/21 周二221.内轮廓线图3-13隧道横断面图(单位：cm)2024/5/21 周二231.内轮廓线图3-14隧道横断面局部放大图2024/5/21 周二243.3.3公路隧道衬砌断面设计1)铁路隧道建筑限界是固定统一的，而公路隧道的建筑限界随公路等级、地形、车道数等条件不同而变。2)公路隧道的附属设施如通风、照明、消防、报警等也均比铁路隧道多且要求高，每座隧道均会因交通流量和长度不同而要求不同。2024/5/21 周二253.3.4隧道衬砌截面厚度衬砌各截面的厚度是结构轴线确定以后的重点设计内容，要求设计的截面厚度具有足够的强度。关于衬砌结构的设计计算方法在后面章节中将予以详述。2024/5/21 周二263.3.5高速铁路隧道横断面设计高速铁路隧道的设计特点主要体现在隧道横断面的设计上。其横断面面积除了通常要考虑的隧道建筑限界和列车运营要求外，还必须考虑满足列车隧道空气动力学的要求。2024/5/21 周二273.4横洞设计与避车洞设计3.4.1横洞设计3.4.2避车洞设计2024/5/21 周二283.4.1横洞设计横洞是将行车方向分离的双洞公路隧道横向连接的通道，横洞应设置在地质条件良好的地段内。公路隧道设计规范规定，行车方向分离的双洞公路隧道，当长度超过400m时宜设置行人横洞，长度超过800m时宜设置行车横洞。2024/5/21 周二293.4.2避车洞设计1.避车洞的布置2.避车洞的底部标高3.避车洞的净空尺寸及衬砌类型2024/5/21 周二301.避车洞的布置(1)大避车洞布置(2)小避车洞布置(3)整体布置原则隧道内大、小避车洞应交错设置于两侧边墙内，大避车洞之间设小避车洞；不得将避车洞设于衬砌断面变化处、不同衬砌类型衔接处或变形缝处；隧道行人较多，或曲线半径小，视距较短时，小避车洞还可适当加密。2024/5/21 周二31图3-15大小避车洞平面布置图(单位:m)1.避车洞的布置2024/5/21 周二322.避车洞的底部标高1)直线段且有人行道时避车洞底面与人行道顶面齐平。2)直线段无人行道时避车洞底面与道砟顶面(或侧沟盖板顶面)齐平，采用整体道床时，与道床面齐平。3)采用碎石道床的曲线段隧道上，在各种不同的超高值时，线路内侧和外侧的避车洞底面低于内轨顶面的高度分别为h1及h2，如图3-16所示，其值为：2024/5/21 周二33图3-16避车洞底部标高(单位:cm)图3-17避车洞周边粉刷(单位:m)2.避车洞的底部标高2024/5/21 周二343.避车洞的净空尺寸及衬砌类型图3-18大避车洞尺寸(单位：cm)2024/5/21 周二353.避车洞的净空尺寸及衬砌类型图3-19小避车洞尺寸(单位：cm)2024/5/21 周二363.5隧道洞门形式与结构选择3.5.1洞门的作用3.5.2洞门形式3.5.3新型洞门形式及景观设计2024/5/21 周二373.5.1洞门的作用1)减少洞口土石方开挖量。2)稳定边仰坡。3)引离地面流水。4)装饰洞口。2024/5/21 周二383.5.2洞门形式1.隧道门2.明洞门2024/5/21 周二391.隧道门(1)环框式洞门环框式洞门只镶饰隧道衬砌两端部分。(2)端墙式洞门端墙式洞门俗称一字式洞门，适用于自然山坡陡峻，洞门地形开阔，岩层较为坚硬完整，山体压力很小，开挖坡度10.310.5的洞口地段。(3)翼墙式洞门当洞口地质较差，山体纵向推力较大时，可以在端墙式洞门以外，增加单侧或双侧的翼墙(挡墙)，成为翼墙式洞门，俗称八字式洞门。(4)柱式洞门柱式洞门是从端墙式洞门发展起来的，它实际也是一种端墙形式的洞门。(5)台阶式洞门当洞门处于傍山侧坡地区，地面横坡较陡，洞门一侧边坡较高时，为了减小仰坡高度及外露坡长，可以将端墙一侧顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形的特点，减少仰坡土石开挖量，这种洞门也有一定的美化作用，如图3-24所示。(6)斜交式洞门当线路方向与地形等高线斜交时，如采用以上几种正洞门，可能出现低山侧洞门端墙上部露空，或者高山侧因自然坡面陡而开挖很高。(7)削竹式洞门这种洞门结构近些年在公路隧道中被普遍使用，由于洞门正面结构形式类似竹筒被斜向削断的样子而得其名，如图3-26所示。2024/5/21 周二40图3-20环框式洞门图3-21端墙式洞门1.隧道门2024/5/21 周二41图3-22翼墙式洞门1.隧道门2024/5/21 周二42图3-23柱式洞门图3-24台阶式洞门1.隧道门2024/5/21 周二43图3-25斜交式洞门(单位：cm)a)正面b)平面1.隧道门2024/5/21 周二44图3-26削竹式洞门1.隧道门2024/5/21 周二452.明洞门(1)拱形明洞门拱形明洞门可分为路堑式和半路堑式两类。(2)遮光棚式洞门对于公路隧道，当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。2024/5/21 周二46图3-27柱式拱形明洞门(路堑式)2.明洞门2024/5/21 周二47图3-29台阶式拱形明洞门(半路堑式)2.明洞门2024/5/21 周二483.5.3新型洞门形式及景观设计1)摄影测绘技术进入景观设计。2)建立一批经实践检验得到好评的国内外洞门形式实例数据库，作为洞门设计的参考源。3)设计已开发出一些洞门设计软件，能为设计师提供良好、高效的创新平台。2024/5/21 周二493.5.3新型洞门形式及景观设计图3-31新型切削式洞门2024/5/21 周二503.5.3新型洞门形式及景观设计图3-32几种新型洞门a)直切式洞门b)正切式洞门c)倒切式洞门d)弧形挡墙加切削式洞门2024/5/21 周二513.5.3新型洞门形式及景观设计图3-33高速铁路主导的斜切式洞门2024/5/21 周二52图3-34偏压隧道3.5.3新型洞门形式及景观设计2024/5/21 周二53图3-36洞口深路堑3.5.3新型洞门形式及景观设计2024/5/21 周二54图3-37经济美观的切削式洞口3.5.3新型洞门形式及景观设计2024/5/21 周二55图3-38洞口与其周边环境相协调的设计实例3.5.3新型洞门形式及景观设计2024/5/21 周二56