隧道工程4-2-1 隧道平纵横断面设计
《隧道工程》精品课件第四章 隧道的总体设计
隧道工程
2. 越岭隧道标高选择
在选择越岭隧道标高时，考虑运营条件的改善和通过能力的提高，宜 采用低标高方案，但必须进行地形、地质、施工、运营、经济技术等多种 因素综合比较来确定最优隧道标高。
三、傍山隧道选址
1.傍山隧道在埋深较浅的地段，一定要注意洞身覆盖厚度问题。为保持山体 稳定和避免偏压产生，隧道位置宜往山体内侧靠。 2.河岸存在冲刷现象或河道窄，水流急，冲刷力强的地段，要考虑河岸冲刷 对山体和洞身稳定的影响，隧道位置宜往山体内侧靠一些，有可能时最好设 在稳定的岩层中，如图4.1-2 所示。
隧道工程
公路隧道横断面示意图(单位：m)
隧道工程
由于地质条件的关系，隧道宽度过大则不经济，施工上也增加难度， 因此高速公路、一级公路一般应设计为上下行分离的两座独立隧道。两相 邻隧道最小净距视围岩类别、断面尺寸、施土方法、爆破震动影响等因素 确定，一般情况可按下表的规定选用。
围岩级别
I
最小净距 1.0× B （m）
修道宽度不宜小于1.0m。
隧道工程
1. 建筑限界高度，高速公路、一级公路、二级公路取5.0m；三、四级公 路取4.5m。
2. 当设置检修道或人行道时，不设余宽；当不设置检修道或人行道时，应 设不小于25cm的余宽。
3. 隧道路面横坡，当隧道为单向交通时，应取单面坡；当隧道为双向交通 时，可取双面坡。坡度应根据隧道长度，平、纵线形等因素综合分析确定， 一般可采用1.5﹪～2.0﹪。
隧道工程
隧道工程
第二篇 公路隧道的勘察设计
隧道工程
第 四章 隧道总体设计
★知识目标：
了解隧道选址时主要应考虑哪些问题；熟悉隧道平面、纵断面设计时 应注意的问题；熟悉隧道建筑限界、衬砌内轮廓线、实际开挖线的定义。
4-2-道路横断面设计
提供埋设地下管线等其他设施的场所。 方便道路养护操作。
2.路肩宽度
右侧路肩宽度
设计速度（km/h） 左侧硬路肩宽度（m） 左侧土路肩宽度（m）
左侧路肩宽度
120 1.25 0.75
100 1.00 0.75
低填方路基两侧设置的纵向排水沟。
2．特殊组成
① 爬坡车道：在高速和一级公路上，当纵坡大于4％时， 设置的专供慢车爬坡使用的车道。其宽度一般为3.5m。
② 加减速车道：供车辆驶入或驶离高速车流的加速或减速 车道；
③ 错车道：在适当的可通视的距离内设置的供车辆交错避 让用的一段加宽车道。
④ 紧急停车带：在高速和一级公路上设置的供临时发生故 障或其它原因需紧急停车车辆使用的临时停车地带。
② 分离式断面：将上行与下行车道放在不同的平面 上加以分隔。该断面形式主要包括：行车道、路 肩以及紧急停车带、爬坡车道等。
a)整体式道路横断面图
b)分离式道路横断面图
二、城市道路横断面组成
1.城市道路横断面组成部分
车行道：机动车道，供各种车辆行驶的路面部分。 人行道：用路缘石或护栏及其其他类似设施加以分隔的 专门供人行走的部分。 绿化带：供绿化的条形地带。 分隔带（分车带）：分隔行车道用的带状设施。 其他组成部分：路缘石、街沟、路拱、照明等。
上坡砂坑型、平坡砂坑型、下坡砂坑型和砂堆型。
三 路肩
由右侧路缘带（高速及一级公路设置）、硬路肩和土路肩 三部分组成。
路肩 硬路肩
路
土
缘
路
带
肩
路肩的构成
1.路肩的作用
增加路幅的富裕宽度，供临时停车、错车或堆放养路材料 之用，还可补偿车道通行能力。
第四章 道路勘测设计 纵断面设计4-1、4-2、4-3
DUT
4．桥下视距：
L < s 时：
Lmin 2 s
26.92
L > s 时：
Lmin
s 2 26.92
式中：
——凹曲线的坡度角
综合分析可以得到：
第二个式子的结果要比第一个式子的值大，所以L>s时的结 果作为控制方程。
规范规定的竖曲线最小半径和长度：
DUT
二、凸曲线的极小半径
1．纵断面设计成果： • 变坡点桩号BPD • 变坡点设计高程H
• 竖曲线半径R
R
H
DUT
2．竖曲线要素的计算公式：
变坡角: ω = i2- i1 曲线长：L=Rω
切线长：T=L/2= Rω /2
外 距：
x y
T2 E 2R
x
纵
2 x 距： y 2R
竖曲线起点桩号: QD=BPD - T 竖曲线终点桩号: ZD=BPD + T
式中：F——汽车在竖曲线上受到的离心力
DUT
3．前大灯照射距离：
BC h s tan s2 R 2 h s tan
式中：s——照射距离，取为停车视距 h——照射高度，h=0.75m
B
s tan
h S C
——照射角度，10
最小半径：
Rmin
s2 1.5 0.0349
（2）最小合成坡度：
最小合成坡度不宜小于0.5%。
当合成坡度小于0.5% 时，应采取综合排水措施，以保证路面排 水畅通。
3. 合成坡度指标的控制作用 ：
DUT
控制陡坡与急弯的重合；
路线平面图路线纵断面图路基横断面图
CHENLI
2
§4－1 公路路线工程图
公路主要是承受汽车荷载反复作用的带状工程结构物。 公路的基本组成部分：路基、路面、桥梁、涵洞、隧道、
防护工程、排水设备等。
公路工程图的组成：
（1）表达线路整体状况的路线工程图－路线平面图 路线纵断面图 路基横断面图
（2）表达各工程实体构造的桥梁、隧道、涵洞等工程
61.50
K0+800
Ht=3.80m)
At=36.8(m2)
61.99
K0+700
HAtt==108.1.27((mmC2H) )ENLI
13
AW=8.88(m2)
2.路基横断面图的绘制方法与步骤 ①要求在每一中心桩处，顺次画出每一个路基横断面图； ②路基横断面图应顺序沿着桩号从下到上，从左到右画出； ③横断面图的地面线一律画细实线，设计线一律画粗实线； ④每张图上的右上角应写明图纸序号和总张数，最后一张 纸图的右下角要画出图标。
第四章 道路路线工程图
§4-1 公路路线工程图
§4-2城市道路路线工程图
CHENLI
1
概述
道路根据它不同的组成和功能的特点，分为 公路和城市道路两种。位于城市以外的道路称为 公路，位于城市范围内的道路称为城市道路。
道路分为路线平面图、路线纵端面图、路基横 断面图。
本章将主要介绍公路和城市道路路线工程图
3.80
2.00
6.00 10.23 5.60 4.80
1 50055.30 1 60055.30
1 70056.40
挖高
1200
500
1.0%
地质情况 坡度距离
填高
中粗黏土
粉质中粗黏土
第四章 线路平纵断面设计
第四章 铁路线路平面及纵断面设计第一节 设计的基本要求如图4—1所示，路基横断面上距外轨半个轨距的铅垂线AB 与路肩水平线CD 的交点O 在纵向上的连线，称为线路中心线。
线路的空间是由它的平面和纵断面决定的。
线路平面是线路中心线在水平面上的投影，表示线路平面位置；线路纵断面是沿线路中心线所作的铅垂剖面展直后线路中心线的立面图，表示线路起伏情况，其高程为路肩高程。
各设计阶段编制的线路平面图和纵断面图是线路设计的基本文件。
各设计阶段的定线要求不同，平面图和纵断面图的详细程度也各有区别，绘制时应遵循铁路行业制定的线路标准图式。
图4—2为新建铁路简明的线路平面图和纵断面图，可应用于线路方案研究或(预)可行性研究阶段中的概略定线。
简明平面图中，等高线表示地形和地貌特征，村镇、道路等表示地物特征。
图中粗线表示线路平面、标出里程、曲线要素(转角α、曲线半径R )、车站、桥隧特征等资料。
简明断面图的上半部为线路纵断面示意图；下半部为线路基础数据，自下而上顺序标出：线路平面、里程、设计坡度、路肩设计高程、工程地质概况等栏目。
线路平面和纵断面设计必须满足以下三方面的基本要求： 1．必须保证行车安全和平顺主要指：不脱钩、不断钩、不脱轨、不途停、不运缓与旅客乘车舒适等，这些要求反映在《铁路线路设计规范》(简称《线规》)规定的技术标准中，设计要遵守《线规》规定。
2．应力争节约资金即既要力争减少工程数量、降低工程造价；又要考虑为施工、运营、维修提供有利条件，节约运营支出。
从降低工程造价考虑，线路最好顺地面爬行，但因起伏弯曲太大，给运营造成困难，导致运营支出增大；从节约运营支出考虑，线路最好又平又直，但势必增大工程数量，提高工程造价。
因此，设计时必须根据设计线的特点，分析设计路段的具体情况，综合考虑工程和运营的要求、通过方案比较，正确处理两者之间的矛盾。
3．既要满足各类建筑物的技术要求，还要保证它们协调配合、总体布置合理铁路上要修建车站、桥涵、隧道、路基、道口和支挡、防护等大量建筑物，线路平面和纵断面设计不但关系到这些建筑物的类型选择和工程数量，并且影响其安全稳定和运营条件。
隧道工程设计
03
隧道工程结构设计
隧道工程结构形式选择
隧道工程结构形式应根据工程地质、 水文条件、断面尺寸、埋深、施工方 法、运营要求等因素综合考虑，选择 安全、经济、合理的结构形式。
常见的隧道工程结构形式有圆形、马 蹄形、矩形等，应根据具体情况选择 适合的结构形式。
隧道工程结构设计要点
结构设计应满足安全性、耐久性、适用性、经济性的要求，同时应考虑施工过程的可行性及对环境的 影响。
设计审查与优化
对设计进行审查和优化，确保 设计的合理性和可行性。
隧道工程设计标准与规范
01
02
03
04
国家标准
《公路隧道设计规范》、《铁 路隧道设计规范》等。
行业标准
各省市制定的地方标准，如《 XX省公路隧道设计规范》等
。
企业标准
部分大型企业制定的企业标准 ，用于指导企业内部的设计工
作。
国际标准
国际隧道协会（ITA）制定的 相关标准和规范。
结构设计应遵循“承载能力极限状态”和“正常使用极限状态”两个设计准则，确保结构在承载能力 极限状态下不发生破坏，在正常使用极限状态下不产生过大的变形、裂缝等影响正常使用性能的病害 。
隧道工程结构计算与分析
结构计算与分析是隧道工程结构设计的重要环节，应采用合适的计算模型和分析 方法，对结构进行内力分析、稳定性分析、抗震分析等。
隧道工程设计软件介绍
AutoCAD
常用的二维绘图软件，用于绘制隧道施工图纸。
MicroStation
专业的土木工程设计软件，可进行三维建模和可视化设计。
理正工具箱
国内较为知名的隧道工程设计软件，包含隧道断面设计、纵横断面绘 制等功能。
SAP2000、Midas和ANSYS
学习资料4_理解隧道设计
现场监控设计法又称信息设计法，它是以现场量测为手 段、以量测信息为设计依据，来确定支护参数、支护时机、 施工方法和工艺流程的设计方法。(围岩动态判断的准确度 难以把握，工程量大，耗资多，对施工有一定扰动)
3、理论计算设计法
理论计算设计法是在测得岩体和支护力学参数的前 提下，根据围岩和支护的力学特性及共同工作的关系， 应用弹塑性理论和有限单元分析法，建立力学模型，通 过计算确定支护参数的设计方法。（结合围岩位移特性 曲线和支护特性曲线，寻找最佳共同作用点）。
2.1.3 设计注意事项
★ 隧道内轮廓必须符合隧道建筑净空限界。 ★ 内轮廓线应尽量减小洞室的体积 。 ★ 结构轴线应尽可能地符合压力线。 ★ 采用的施工方法能确保断面形状及尺寸有利于隧道的稳定。
2.1.4 设计目的
★ 满足限界要求 ★ 满足受力要求 ★ 圬工最省 “大小够用为度，形状受力合理，施工简单方便”。
一、支护的作用和结构设计的基本原则
1、支护的作用
基于对围岩“三位一体”特性的认识，隧道工作者进一 步认识到围岩与支护的基本关系： 围岩是工程加固的对象，支护是加固的手段； 围岩是隧道结构体系的基本承载部分，支护是隧道结构体系 的辅助承载部分； 围岩是不可替代的天然的结构主体，支护是可以选择的人工 的结构部分； “支护”——是用来“帮助”围岩获得稳定的人工结构。
图4-8 曲线隧道净空加宽平面示意图
+ (2) 由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜， 使车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动了 一个距离 d内2 。
图4-9 曲线隧道净空加宽断面示意图
+ 据此，曲线隧道净空的加宽值为 + 内侧加宽 W 1 = d 内1 + d 内2 + 外侧加宽 W 2 = d 外 + 总加宽 W= W 1 + W 2 = d 内1 + d 内2 + d 外 + 2．加宽值计算
铁路隧道施工技术规范
铁路隧道施工技术规范铁路隧道施工技术规范1. 概述铁路隧道施工技术规范适用于铁路隧道的设计、施工、验收和运营阶段，旨在确保隧道工程的安全、高效、环保、质量可控。
2. 设计阶段2.1 隧道设计应符合国家相关标准和规范要求，包括隧道轴线、纵断面、横断面、坡度、曲线、超高、排水等设计参数。
2.2 隧道设计应考虑地质条件、水文地质条件、地震影响等因素，并采用适当的支护结构、排水系统和防灾设施。
2.3 隧道设计应考虑施工阶段的安全性，包括地下水的排泄、测量监测、通风和通信设备的设置等。
3. 施工阶段3.1 施工前的准备工作包括地质勘察、设计图纸的制定、设备的采购和施工队伍的组建等。
3.2 施工过程中应确保安全生产，包括岩层探测、支护结构的施工和监测、开挖和临时支护等。
3.3 施工过程中应严格控制噪声、震动和灰尘的产生，保护环境和周边设施的安全。
3.4 施工质量要求包括隧道的几何尺寸、纵断面和横断面的平整度、支护结构的牢固性等。
3.5 施工过程中应与相关部门和施工单位进行及时的沟通和协调，确保工程进度和质量的控制。
4. 验收阶段4.1 隧道竣工验收应按照国家相关标准和规范进行，包括隧道的几何尺寸、纵横断面的平整度和支护结构的牢固性等。
4.2 验收过程中应进行必要的功能测试，包括通风、排水和通信设备的使用性能等。
4.3 隧道质量验收合格后方可投入使用，但仍需要进行定期检查和维护，确保其安全性和可靠性。
5. 运营阶段5.1 隧道的使用人员应经过相关培训，了解隧道的安全、应急和维护等知识。
5.2 隧道的通风、排水和通信设备应保持良好的运行状态，定期进行检查和维护。
5.3 隧道内应设置必要的安全设施，如灭火器、应急电话等，确保安全事故的及时处理。
5.4 隧道的使用应遵守相关交通规则，包括限速、禁止逆行和超载等规定。
综上所述，铁路隧道施工技术规范对于确保隧道工程的安全、高效、环保、质量可控起着重要的作用。
相关部门和施工单位应严格按照规范要求进行设计、施工、验收和运营，确保隧道工程能够满足正常的使用需求。
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2.隧道坡道形式
一般可采用单面坡或人字坡。
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2.隧道坡道形式
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；
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2.隧道坡道形式
两种不同的坡型适用于不同的隧道。
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3.隧道坡度大小
高速铁路中，由于行车速度快，对 于坡道的最大坡率做出了要求，正线 的最大坡度，一般条件下不应大于 20‰，困难条件下，经技术经济比较， 不应大于30‰。动车组走行线的最大 坡度不应大于35‰。
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谢 谢！
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3.隧道坡度大小
m的取值
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3.隧道坡度大小
洞口外一段距离内，也要考虑相应的折 减。 当列车的机车一旦进入隧道，空气阻力 就增加，黏着系数也开始减少。所以在上 坡进洞前半个远期货物列车长度范围内， 也要按洞内一样予以折减。
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3.隧道坡度大小
除了最大坡度的限制以外，还要限制最 小坡度。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‰。
《铁路隧道》
第4章 隧道平纵横断面设计
• 第一节 隧道平面设计 • 第二节 隧道纵断面设计
• 第三节 隧道横断面设计
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学习重点
• 隧道坡道形式及坡度大页
1.隧道纵断面概述
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。
对于长大隧道、越岭隧道、地下水丰富 而抽水设备不足的隧道，宜采用人字坡型。
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3.隧道坡度大小
铁路隧道内允许最大坡度按下式计算：
i允 m i 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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3.隧道坡度大小
铁路隧道坡度折减的原因 (1)列车车轮与钢轨踏面间的黏着系数降 低——机车的牵引能力有时是由车轮与轨 面之间的黏着力来控制的。 (2)洞内空气阻力增大——列车在隧道内 行驶，其作用犹如一个活塞，洞内空气将 像活塞那样给前进的列车以空气阻力，使 列车的牵引力减弱。