《公路隧道定位》PPT课件.ppt

,公路隧道定位,1、掌握隧道位置选择的原则2、熟悉隧道平面线形、纵断线形的规定3、掌握隧道净空断面定义以及设计的若干要求4、掌握隧道横断面设计,公路隧道定位,1、路线和隧道位置选择2、平面线形3、纵断线形4、隧道引线5、与平行隧道或其他结构物的间距6、净空断面和建筑限界7、断面设计,隧道位置选择,1、基本原则 应修建在稳定的地层中，尽量避免穿越工程地质和水文地质极为复杂以及严重不良地质地段；当必须通过时，应有切实可靠的工程措施。地质条件对隧道位置的选择往往起决定性作用。若必须通过，应减短其穿越的长度，采取可靠的工程处理措施，以确保隧道施工及运营的安全。,隧道位置选择,2、越岭隧道位置的选择（1）越岭隧道的概念 山岭地区，公路从一个水系进入另一个水系要翻越其间的分水岭。线路为穿越分水岭而修建的隧道称为越岭隧道。用于缩短线路，克服高程障碍。越岭隧道地段，一般山峦起伏，地形陡峻，工程地质和水文地质条件复杂，交通运输条件也比较困难，施工及弃渣场地狭窄，隧道施工往往控制全线或部分地段的工期。,隧道位置选择,2、越岭隧道位置的选择（2）选择越岭隧道的两大要素平面位置与立面位置,平面位置的选择选择垭口 垭口的概念：当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上高程较低处，即称为垭口。考虑重点：垭口的地形地质条件的好坏和隧道的长短。因为二者关系到施工的难易、工期的长短和营运的安全等问题。垭口两侧沟谷引线工程大小、展线难易情况、线路顺直与否，也是方案综合比选的一个重要方面。,隧道位置选择,2、越岭隧道位置的选择（2）选择越岭隧道的两大要素平面位置与立面位置,平面位置的选择选择垭口 选择垭口的方法 利用小比例尺地形图、航空照片、卫星照片等；根据线路的方向和克服越岭高程的不同要求进行大面积选线，寻求可供越岭的几个垭口位置；然后进行可能通过的垭口、沟谷的比选。,隧道位置选择,隧道位置选择,平面位置的选择选择垭口 示例：成昆线沙木拉打隧道的比选 成昆线从大渡河水系的牛日河进入安宁河水系的孙水河，需穿越小凉山分水岭，该岭与两侧高差约900余米，线路克服越岭的巨大高差，越来地段设计有沙木拉打、瓦吉木、小相岭、阳糯雪山四个垭口。,隧道位置选择,隧道位置选择,2、越岭隧道位置的选择（2）选择越岭隧道的两大要素平面位置与立面位置,立面位置的选择选择高程 垭口不同，越岭标高不同，就会出现不同长度的隧道方案。高位隧道，隧道本身长度短，施工工期短，但两端展线长，线路拔起高度大，通过能力小，运营条件差，建设投资少，营运费用大；低位隧道，则与前者相反，但施工难度大；宜采用低位置方案，但必须进行多因素综合比选。,隧道位置选择,隧道位置选择,3、傍山（河谷）隧道位置的选择（1）傍山隧道的概念 山区公路通常傍山沿河而行，在地势陡峻的峡谷地段，常需修建的隧道即为傍山隧道，也称之为河谷线隧道。（2）傍山隧道的特点 依山傍水修建时，施工中容易破坏山体平衡，造成各种病害；因是在山体表层范围内修建隧道，常常遇到崩塌、滑坡、错落、松散堆积及泥石流等不良地质现象，地质情况较为复杂；一般埋深较浅，属浅埋隧道和短隧道群，洞身覆盖薄，易产生不对称偏压情况；河道狭窄，水流湍急，冲刷力强，对山坡稳定和隧道安全威胁较大。,隧道位置选择,3、傍山（河谷线）隧道位置的选择（3）傍山隧道选择要点,保证最小覆盖层厚度傍山隧道在浅埋地段，要注意洞身覆盖厚度问题。为保持山体稳定和避免冲刷偏压，隧道位置宜往山体内侧靠，一般要求隧道外侧最小覆盖层厚度应不小于下表中数值。,隧道位置选择,3、傍山（河谷线）隧道位置的选择（3）傍山隧道选择要点,隧道位置选择,3、傍山（河谷线）隧道位置的选择（3）傍山隧道选择要点,尽量内靠河岸存在冲刷现象或河道窄、水流湍急，冲刷力强的地段，要考虑河岸受冲刷对山体和洞身稳定性的影响，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。,隧道位置选择,3、傍山（河谷线）隧道位置的选择（3）傍山隧道选择要点,注意周围建筑物对隧道稳定的影响傍山隧道位置应考虑施工便道设置和既有公路的位置，应注意既有公路边坡可能坍塌和便道施工对洞身稳定性的影响。,尽可能“裁弯取直”线路沿山嘴绕行应与直穿山嘴的隧道方案进行比较。如山嘴地段地形陡峻、地质复杂，河岸冲刷严重，以路堑或短隧道通过难以长期保证运营安全时，应尽可能“裁弯取直”，以较长隧道方案通过。,隧道位置选择,3、傍山（河谷线）隧道位置的选择（3）傍山隧道选择要点,隧道位置选择,隧道位置选择,隧道位置选择,隧道位置选择,4、不良地质地段隧道位置的选择（1）常见的不良地质条件 滑坡、崩塌、松散堆积、泥石流、岩溶及含盐、含煤地层等地质现象（2）滑坡地区 山体可能沿某个软弱面滑动；层状倾斜岩层沿某个软弱面滑动；,隧道位置选择,4、不良地质地段隧道位置的选择（2）崩塌地区 悬崖陡壁地区，日久风化，易产生张开节理和裂隙，不要把隧道地表不厚的傍山位置。,隧道位置选择,4、不良地质地段隧道位置的选择（3）岩堆地区 岩石经风化作用，分解和剥离成为大小不一的块体，从山坡上方滚下，或冲刷夹持而堆积在山坡坡脚处，形成松散堆积体。隧道通过这类地区，开挖时极易发生塌方，给施工带来困难。这时宜把隧道位置放在岩堆以下的稳定岩体之中。,隧道位置选择,4、不良地质地段隧道位置的选择（4）泥石流 应避免把隧道放在冲积扇范围以内，以免堵塞隧道洞口，或建明洞，使泥石流在明洞顶通过。,隧道位置选择,4、不良地质地段隧道位置的选择（5）岩溶 尽量避免或有足够的安全距离。（6）瓦斯地区 最好避开，不得已时做好监测和通风。（7）其他 地下水丰富地区，高地温等,平面线形,1、公路工程技术标准2、原则：采用直线，避免曲线。若必须设置曲线，其半径不应小于不设超高的平曲线半径，并符合视距要求。应根据地质、地形、路线走向、通风等因素确定隧道的平曲线线形。3、曲线隧道的缺点：（1）通风：增加了通风阻抗（2）断面加宽、断面不统一，施工过渡上的困难（3）在测量、衬砌、内装、吊顶等工作的复杂,平面线形,4、曲线隧道的优点：单向行驶的长隧道，出口一侧“亮适应”的考虑 如果隧道洞口正朝东西方向时，可将洞口段设计成曲线，以避开阳光直射驾驶员视野，或者设置必要长度的遮阳棚。,纵断线形,1、隧道内纵断线形应考虑行车安全、运营通风规模、施工作业效率和排水要求，综合确定。2、坡度控制最小坡度：0.3%，以隧道建成后洞内水能自然排泄为原则，又考虑到隧道施工误差。最大坡度：一般要求，3%。施工中出渣或材料运输的作业效率；运营期间车辆行驶的安全性和舒适性；运营通风的要求。3、纵坡形式：一般宜采用单向坡；地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向坡。从行车舒适性和运营通风效率来看，采用单向坡较好，但是施工会出现逆坡排水问题。,与平行隧道或其他结构物的间距,1、高速公路与一级公路的隧道在条件允许的情况下，应设计为上下行分离的独立双洞；当地形条件限制时，只得选用小间距隧道；如果地形条件相当困难，隧道长度比较短时，为了保护植被免遭破坏，可选用连拱隧道。上下行两座隧道之间净距较大，在施工或运营期间彼此不产生有害影响时，称为分离式独立双洞隧道；当两座之间净距小到使两洞结构彼此产生了有害影响，最小净距隧道；两座隧道之间的净距小到用中隔墙连成一个整体，即为连拱隧道,与平行隧道或其他结构物的间距,与平行隧道或其他结构物的间距,2、分离式独立双洞最小间距的确定按对两洞结构彼此不产生有害影响的原则，结合隧道平面线形、围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素确定，一般情况可按下表取值。一座分离式双洞隧道，可按其围岩代表级别确定两洞最小净距。隧道各围岩级别段占总长度比例的最大值者为围岩代表级别。,B 隧道开挖断面的宽度。,引线,1、引线的平面、纵断面线形，应当保证进洞时的设计车速，有足够的视距，保证行驶安全。进口引线、出口引线2、进口引线（1）功能：视觉和心理反应功能；保证进洞车速（通风）（2）要求：使汽车能以设计车速匀速地驶入隧道，避免在进洞后加速产生过多的排污量。要求进洞前的引线纵坡与隧道纵坡在必要的距离之内应保持一致。3、出口引线（1）功能：完成视觉的适应问题；3-5s（正确照明设计）（2）要求：按设计车速计算，在3-5s走过的距离，其线形应与洞内保持一致。不能有急转弯，不能有大下坡。,引线,4、设计上的规定及要求（1）隧道洞外引线应与隧道线形相协调，并符合以下规定：隧道洞口内外各3s设计速度行程长度范围内的平面线形应一致。隧道洞口内外各3s设计速度行程长度范围的纵面线形应一致，有条件时宜取5s设计速度行程当隧道建筑限界宽度大于所在公路的建筑限界宽度时，两端引线应有不短于50m的，同隧道等宽的路基加宽段；当隧道限界宽度小于所在公路,引线,建筑限界宽度时，两端连接线的路基宽度仍按公路标准设计，其建筑限界宽度应有4s设计速度行程的过渡段与隧道洞口衔接，以保持隧道洞口内外横断面顺适过渡。长、特长的双洞隧道，宜在洞口外合适位置设置联络通道，以利车辆调头。（2）间隔100m以内的短隧道群，宜整体考虑其平、纵线形技术指标，可将其视为长隧道，其平、纵线形技术指标按长隧道考虑。,引线,（3）引线的平面与纵断线形：足够的视距和行驶安全。进口一侧需要设置能够识别洞口的足够距离；设置曲线变更点时，不妨碍观察隧道，足够的注视时间为最低限度。（4）机械通风：洞口前的引线纵坡与隧道纵坡在必要的距离之内应保持一致。（5）路肩宽度的改变：平滑过渡、楔形（1/251/50)收缩过渡段的设置,净空断面和建筑限界,1、隧道净空（1）定义：隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。（2）包括公路建筑限界、通风管道、照明设备、防灾设备、监控设备、运行管理设备等附属设备所需的足够空间，以及富裕量和施工允许误差等。,净空断面和建筑限界,净空断面和建筑限界,2、公路建筑限界：建筑物不得侵入的一种限界。包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度；以及车道、人行道的净高。隧道建筑限界由车道宽度、侧向宽度、余宽、检修道或人行道组成。,净空断面和建筑限界,净空断面和建筑限界,2.1 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4.5m2.2 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，一般可取1.52.0。当路面采用单面坡时，建筑限界底线与路面重合；当采用双面坡时，建筑限界底边线应水平置于路面最高处。2.3 单车道四级公路的隧道应按双车道四级公路标准修建。,净空断面和建筑限界,2.4 车道（1）车道数的设置1）原则上规定采用对向交通的最小单位为2车道2）如交通量超过2车道，则应设置两条各为单向交通的两车道，即合计4车道的隧道3）从交通安全考虑，不应设置对向交通的3车道4）大于4车道，原则上修成2条以上的2车道5）6车道，应修成两条单向3车道,净空断面和建筑限界,2.4 车道（2）车道宽度1）每个车道的宽度一般设置为3.03.75m2）双车道车道宽度见表3）三车道隧道除增加车道数外，其他宽度同表，增加车道的宽度不得小于3.5m。,净空断面和建筑限界,2.4 车道（3）车道净高通常由汽车载货限制高度和富裕量确定；另外由于隧道内的路面全部更换很困难，一般应估计到将来可能进行罩面，其厚度通常按20cm预留。（4）隧道行车限界为了保证道路隧道中行车安全，在一定宽度、高度的空间范围内任何物体不得侵入的限界。隧道中的照明灯具、通风设备、交通信号灯、运行管理专用设施都应安装在限界以外。,净空断面和建筑限界,2.5 侧向宽度和余宽（1）隧道内车辆横向偏移（墙效应）隧道外公路提供了足够的侧向净距，车辆可基本沿车道中心线行驶。在隧道内部，由于提供的侧向净距较小，驾驶员更喜欢离隧道墙（或人行道等）有一定距离，在自由流条件下，车辆会向隧道中心靠拢，发生横向偏移（隧道内车辆中心线与车道中心线的距离）当设置检修道或人行道时，不设余宽；当不设置检修道和人行道时，应设不小于25cm的余宽,净空断面和建筑限界,净空断面和建筑限界,2.5 侧向宽度和余宽（2）具体规定 当设置检修道或人行道时，不设余宽；当不设置检修道和人行道时，应设不小于25cm的余宽 左侧和右侧侧向宽度的最小宽度见公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度表,净空断面和建筑限界,2.6 检修道、人行道（1）检修道、人行道的主要功能养护人员、隧道使用者可以在与交通相互不干扰的情况下处理紧急事情；步道的路缘石可以阻止车辆爬上步道，是步行者的安全限界；同时是保护隧道设备的安全限界；路缘石可以作为驾驶员的行驶方向线；其下部空间还常被用来安装管道、缆线等,净空断面和建筑限界,2.6 检修道、人行道的设置（2）规定1）高速公路和一级公路隧道内应设置检修道。2）其他等级公路隧道，应根据隧道所在地区的行人密度、隧道长度、交通量及交通安全等因素确定人行道的设置。检修道或人行道宜双侧设置。检修道与人行道的宽度见表。检修道或人行道的高度可按2080cm取值。,净空断面和建筑限界,2.6 检修道、人行道的设置（2）规定3）连拱隧道的左侧可不设检修道或人行道，但应设50cm或25cm的余宽。4）设计速度120km/h时，两侧检修道宽度不宜小于1.0m；设计速度100km/h时，右侧检修道宽度不宜小于1.0m。,净空断面和建筑限界,2.7 紧急停车带（1）紧急停车带的功能停放故障车辆、紧急情况下疏散交通及救援车辆和救援小组用以进行紧急救援活动。（2）紧急停车带的长度、宽度和设置间距宽度，包含右侧向宽度应取3.5m；长度应取40m，其中有效长度不得小于30m；设置间距：不宜大于750m,净空断面和建筑限界,净空断面和建筑限界,2.7 紧急停车带（3）设置紧急停车带的隧道 长、特长隧道应在行车方向的右侧设置紧急停车带。双向行车隧道，其紧急停车带应双侧交错设置。不设检修道、人行道的隧道，可不设紧急停车带，但应按500m间距交错设置行人避车洞。,净空断面和建筑限界,2.8 横向通道（1）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。（2）上、下行分离式独立双洞的公路隧道之间应设置横向通道。（3）横向通道的断面建筑限界,净空断面和建筑限界,2.8 横向通道（1）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。（2）上、下行分离式独立双洞的公路隧道之间应设置横向通道。（3）横向通道的断面建筑限界,净空断面和建筑限界,净空断面和建筑限界,2.7 横向通道（4）人行横通道的设置间距可取250m，并不大于500m。（5）车行横道的设置间距可取750m，并不得大于1000m，长10001500m的隧道宜设1处，中、短隧道可不设。,净空断面和建筑限界,2.8 悬挂射流通风机时拱部尺寸的确定悬吊架的高度（3040cm）+通风机尺寸+富余量（指距限界顶部1525cm）,净空断面和建筑限界,2.9 拱部设置通风管道有通风管道的隧道要根据所需通风量和通风区段合理划分，计算确定通风道的大小，从而确定拱顶高度。2.10 吊设吸音板 根据不同的材料留出不同位置。2.11 其他设置敷设电缆的电缆支架、电缆沟、给水管、排水沟等。装修部分,断面设计,1、断面名称(1)衬砌内轮廓线：衬砌的完成线，内轮廓线之间的空间即为隧道的净空断面。该线应满足所围成的断面积最小，适合围岩压力和水压力的特点。(2)衬砌外轮廓线：为保持净空断面的形状，衬砌必须有足够的厚度（或称最小衬砌厚度）的外缘线。为了保证衬砌的厚度，侵犯该线的山体必须全部除掉，木质临时支撑或木模板等也不应侵入，该线又称为最小开挖线。,断面设计,(3)实际开挖线：为保证衬砌外轮廓，开挖时往往稍大，尤其用钻爆法施工时，实际开挖线不可避免地成为不规则形状。又称为超挖线，超挖部分地大小叫做超挖量，一般不应该超过10cm。所有超挖部分必须用片石回填密实。(4)拱（顶部）：在山岭隧道中，隧道顶部一般都设计成拱形，故有时又称之为顶拱。起拱点（直墙、曲墙），起拱线(5)边墙：土木结构物的垂直部分，是用来作为支撑拱部结构和阻挡侧向围岩压力的部分，它可以是直墙，也可以是曲墙,断面设计,(6)仰拱：当地基软弱只靠加宽墙基仍无法满足地基承载力时，一般均以设置素混凝土仰拱的方法解决问题，必要时采用钢筋混凝土仰拱，仰拱半径通常不超过顶拱半径的2倍。顶拱、边墙、仰拱（如果有）共同形成了隧道的主体结构，为了衬砌断面形状受力合理和便于使用，目前设计公路隧道时经常采用“割圆形”，也有采用“三心圆形”或“多心圆形”。(7)内装：功能（美观、吸收噪声、提高反射率、耐火性能）等。,断面设计,2、衬砌内轮廓断面的作图（1）确定公路隧道内轮廓线时，以公路隧道建筑限界为基准，并附加上通风等所需的断面积。（2）如果侧压力较大或者低级承载力不够或者需要考虑水压力时，还要设置仰拱，通常的做法是使其形成闭合断面，并把闭合断面作为基本形状。（3）具体做法：假定公路隧道建筑限界已经确定，其控制点为a、b、c、d，由ab、ac、ad的垂直平分线，在断面对称轴上得到三个交点，O1、O2,、O3，取其中最高（至路面）者作为圆心O。由于施工精度上要求a、b、c、d各点至少需要10cm以上的富裕量，所以在Oa连线的延长线上取aA0.1m，以OA为半径画圆即可得到内轮廓线的基本部分。,断面设计,断面设计,断面设计,断面设计,3、标准内轮廓横断面（1）设置的原因内轮廓种类繁多（单心圆、三心圆、尖拱、坦拱等），曲率不一。影响洞内设施的布置，又不利于施工时衬砌模板的制作。（2）隧道内轮廓统一标准拱部为单心半圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙用小半径圆弧连接。,断面设计,断面设计要点,3、道路隧道衬砌内轮廓线的求法（1）圆形断面的作图在膨胀性山体和受到较大水压时，通常把圆形断面作为基本形状。以公路建筑限界为基准，并加上通风所需的断面。若有侧压力则需设置仰拱，此时应考虑水压力。圆形断面常用于盾构法和水下隧道、膨胀性围岩以及接近圆形的山岭隧道,断面设计要点,(2)直墙式衬砌断面围岩较好，一般不产生较大的侧压力，所以不需要设置仰拱，可以采用直墙，此时隧道的净空断面最小。(3)曲墙式衬砌断面（顶板以上设置通风道时）开挖断面100m2的长大隧道，断层、不良地质等影响更大。可考虑设置通风竖井及平行导坑进行通风，使隧道本身断面缩减至最小,几个术语的解释,1、净空断面隧道衬砌内侧的断面面积、形状2、洞门在隧道的洞口部位，为挡土、坡面保护等而设置的隧道结构物3、衬砌为控制和防止围岩的变形或坍落，确保围岩的稳定，或为处理涌水和漏水，或为隧道的内空整齐,几个术语的解释,或美观等目的，将隧道的周边围岩被覆起来的结构体。4、仰拱为改善隧道上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构5、连拱隧道两洞拱部衬砌结构通过中柱相连接的隧道结构。,补充习题及作业,1、公路隧道总体设计的基本原则是什么？2、公路隧道及洞口位置选择的基本原则是什么？3、公路隧道平曲线设置存在什么要求？4、公路隧道纵曲线设置的基本要求5、高速公路与一级公路隧道一般采用何种形式？分离式独立双洞的最小净距应满足什么要求？6、公路隧道洞外连接线与隧道线形应满足的要求,补充习题及作业,1、公路隧道按隧道长度是如何划分的?2、隧道施工中工程地质调查的基本方法与任务是什么？3、公路隧道位置选择的基本原则是什么？4、公路建筑限界、隧道行车限界、衬砌内轮廓线、衬砌外轮廓线、实际开挖线,