隧道工程—第11章.ppt
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1、中南大学隧道与地下工程系中南大学隧道与地下工程系彭立敏彭立敏隧 道 工 程第 11 章 高速铁路隧道工程1第 11 章 高速铁路隧道工程2本节主要内容:高速铁路的发展概况高速铁路的隧道建设高速铁路隧道存在的问题3 高速铁路具有高速铁路具有新颖、快速、经济、舒适新颖、快速、经济、舒适的旅行环境,的旅行环境,优质的运输服务等特点,从而提高了铁路与其它运输方式优质的运输服务等特点,从而提高了铁路与其它运输方式竞争的能力,成为世界铁路旅客运输发展的共同趋势,也竞争的能力,成为世界铁路旅客运输发展的共同趋势,也是铁路技术现代化的标志。是铁路技术现代化的标志。11.1.1 高速铁路的发展概况4 19641
2、964年日本铁路新干线的年日本铁路新干线的运营(最高时速运营(最高时速200km/h200km/h),标),标志着铁路高速技术进入实用化志着铁路高速技术进入实用化阶段。阶段。 11.1.1 高速铁路的发展概况 19801980年以后,年以后,法国、德国、意大利、西班牙、英国、法国、德国、意大利、西班牙、英国、比利时、瑞士、俄罗斯比利时、瑞士、俄罗斯等国都先后开始兴建高速铁路,其等国都先后开始兴建高速铁路,其最高时速已经达到最高时速已经达到300300350km/h350km/h。 目前,日本、法国正在研究和开发时速目前,日本、法国正在研究和开发时速500km500km的超高的超高速铁路,日本中
3、央新干线就是一例。速铁路,日本中央新干线就是一例。 5 高速铁路的发展,必然伴随高速铁路的发展,必然伴随大量隧道工程大量隧道工程的出现,的出现,这主要是因为高速铁路的线路技术标准(平纵断面)要远这主要是因为高速铁路的线路技术标准(平纵断面)要远远高于普通铁路。远高于普通铁路。11.1.2 高速铁路的隧道建设11.1 概述6 国外已建的大部分高速铁国外已建的大部分高速铁路隧道所占的比例均较大,如路隧道所占的比例均较大,如日本日本山阳线山阳线从新大阪至博多全从新大阪至博多全长长553.7km553.7km,设计列车速度为,设计列车速度为260km/h260km/h,全线共有隧道,全线共有隧道281
4、km281km,隧线比为隧线比为50.7%50.7%。 全世界已建成的全世界已建成的高速铁路隧道总长度已经超过高速铁路隧道总长度已经超过1300km1300km,其中,其中日本日本784km784km、法国、法国50km50km、德国、德国201km201km、西班牙、西班牙15.8km15.8km、意大利、意大利71km71km、英国、英国26km26km、韩国、韩国116 km116 km、中国台湾中国台湾地区地区44km44km。另外,正在建设和规划中的高速铁路工程中,另外,正在建设和规划中的高速铁路工程中,隧道也占有较大的比例。隧道也占有较大的比例。11.1.2 高速铁路的隧道建设7
5、我国已建成和即我国已建成和即将建成的高速铁路包括将建成的高速铁路包括武广、京沪、郑西、石武广、京沪、郑西、石太 、 京 津 、 合 宁 、 合太 、 京 津 、 合 宁 、 合武、温福、福厦、甬温武、温福、福厦、甬温和和沪汉蓉沪汉蓉大通道等十余大通道等十余条线路,其中隧道占有条线路,其中隧道占有相当大的比例,相当大的比例,隧道总隧道总长度长度已已超过超过1000km1000km。11.1.2 高速铁路的隧道建设8 例如:例如: 于于20102010年底全线建成通车的年底全线建成通车的武汉至广州客运专武汉至广州客运专线线是是我我国铁路高速客运网主骨架之一,正线全长国铁路高速客运网主骨架之一,正线
6、全长968.4km968.4km,速度目标值速度目标值350km/h350km/h及以上,全线共设及以上,全线共设隧道隧道237237座,座,总长总长11.1.2 高速铁路的隧道建设178.9km178.9km,占,占线线路长度的路长度的18.5%18.5%,其中,其中浏阳河隧道浏阳河隧道10.115km10.115km为全线最长隧道为全线最长隧道,大瑶山大瑶山1 1号隧道号隧道10.081km10.081km为为全线最长山岭隧道。全线最长山岭隧道。9 例如:例如: 11.1.2 高速铁路的隧道建设 郑西客运专线:郑西客运专线: 全线新建隧道全线新建隧道3838座,总长座,总长61.011km
7、61.011km,占线路全,占线路全长的长的13.3%13.3%。最长的隧道秦东隧道,位于潼关县境最长的隧道秦东隧道,位于潼关县境内,长内,长76917691米。米。 石太客运专线:石太客运专线: 桥隧长度占线路总长的桥隧长度占线路总长的60.2%60.2%。 其中其中最长隧道最长隧道-太行山隧道,长太行山隧道,长27.87km27.87km。10 例如:例如: 此外,此外,我我国台湾于国台湾于20072007年年1 1月建成通车的月建成通车的台北到高雄台北到高雄的高速铁路,全长的高速铁路,全长333km333km,共有,共有5050座总延长座总延长39km39km的隧道的隧道,最长的隧道约最
8、长的隧道约6.4km6.4km,隧道比重为,隧道比重为11.7%11.7%。11.1.2 高速铁路的隧道建设1111.1.3 高速铁路隧道存在的问题11.1 概述 1. 1.高速铁路由于列车运行速度很高,高速铁路由于列车运行速度很高,许多低速运行时许多低速运行时可以忽略的问题在高速时却会变得十分重要。可以忽略的问题在高速时却会变得十分重要。 2. 2.高速列车在隧道内行驶时高速列车在隧道内行驶时会会诱发种种空气动力学效诱发种种空气动力学效应,如隧道中的应,如隧道中的气动压力波、列车风气动压力波、列车风( (绕流绕流) )、列车的空气、列车的空气动力阻力、微压波动力阻力、微压波等问题会对高速列车
9、在隧道中运行产生等问题会对高速列车在隧道中运行产生极其重要的影响。极其重要的影响。 3.3.涉及各种涉及各种安全安全问题问题。因此高速铁路隧道的因此高速铁路隧道的横断面形横断面形状、净空面积、出入口段的结构类型状、净空面积、出入口段的结构类型等就与普通铁路隧道等就与普通铁路隧道存在较大差异。存在较大差异。12第 11 章 高速铁路隧道工程13本节主要内容:主要空气动力学效应瞬变压力微气压波1411.2.1 主要空气动力学效应1511.2.1 主要空气动力学效应1611.2.2 瞬变压力1711.2.2 瞬变压力11.2.2 瞬变压力2011.2.2 瞬变压力影响瞬变压力变化的因素 列车方面列车
10、方面 列车的速度;列车的横断面积;列车的长度;列车的速度;列车的横断面积;列车的长度;列车头部的形状;列车外表的形状和粗糙度;列车头部的形状;列车外表的形状和粗糙度; 隧道方面隧道方面 隧道的横断面积;隧道长度;隧道壁的粗糙度,隧道的横断面积;隧道长度;隧道壁的粗糙度,隧道横断面的突变性;交会两列车进入隧道口的时隧道横断面的突变性;交会两列车进入隧道口的时间差等。间差等。2111.2.2 瞬变压力2211.2.2 瞬变压力11.2.3 微气压波2311.2.3 微气压波微微气压波的波形是一个中央具有峰值的、呈山形气压波的波形是一个中央具有峰值的、呈山形的压力脉冲的压力脉冲。24 rKvp3 1
11、1.2.3 微气压波2511.2.3 微气压波第 11 章 高速铁路隧道工程27本节主要内容:堵塞比隧道横断面设计我国高速铁路隧道横断面2811.3.1 堵塞比29一些国家高速铁路隧道的基本参数国 家法 国德 国意大利日 本西班牙列车最高速度(km/h)270250250300220240300列车横断面积()1011-39.712.612.610隧道横断面积()718253.87660.563.875堵堵 塞塞 比比0.130.150.130.180.130.210.220.200.210.13线间距(m)4.24.74.011-04.24.34.54.7 2.堵塞比的取值 我国高速铁路隧道
12、堵塞比暂定为我国高速铁路隧道堵塞比暂定为0.100.100.120.12。 其它一些国家的取值如下表其它一些国家的取值如下表 11.3.1 堵塞比30 隧道建筑限界;隧道建筑限界; 线路数量;线路数量; 线间距;线间距; 应预留的空间,如安全空间、避难和救援空间、线应预留的空间,如安全空间、避难和救援空间、线路上部建筑维修空间等;路上部建筑维修空间等; 考虑空气动力学影响所需的空间;考虑空气动力学影响所需的空间; 设备安装空间等。设备安装空间等。 11.3.2 隧道横断面设计31 轨面图114 隧道建筑限界基本尺寸和轮廓(单位:mm)轨面线路中线高速铁路机车车辆限界高速铁路机车车辆限界单线隧道
13、建筑限界隧道中线线路中线双线隧道建筑限界 。 我国高速铁路隧道建筑限界基本尺寸及轮廓图:我国高速铁路隧道建筑限界基本尺寸及轮廓图:11.3.2 隧道横断面32 3311.3.2 隧道横断面设计 3411.3.2 隧道横断面设计11.3.3 我国高速铁路隧道横断面我国高速铁路隧道横断面3511.3.3 我国高速铁路横断面我国高速铁路横断面363711.3.3 我国高速铁路横断面我国高速铁路横断面第 11 章 高速铁路隧道工程38本节主要内容:扩大隧道横断面(减小阻塞比)改变隧道入口形式设置通风竖井设置平行导坑其它措施39增增大隧道断面、减小阻塞比是降低瞬变压力的有效大隧道断面、减小阻塞比是降低瞬
14、变压力的有效途径。途径。但工程造价会相应提高但工程造价会相应提高。 隧隧道横断面的大小与高速铁路设计的运行速度目标道横断面的大小与高速铁路设计的运行速度目标值有关。对值有关。对长度超过长度超过1km1km的隧道的隧道所需要的断面所需要的断面,国,国际铁路际铁路联盟试验研联盟试验研究给究给出了可供应用的出了可供应用的计算公式计算公式5 . 1122112)(VVaaAA11.4.1 扩大隧道横断面(减小阻塞比)4011.4.2 改变隧道入口形式4111.4.2 改变隧道入口形式424311.4.2 改变隧道入口形式11.4.2 改变隧道入口形式44 11.4.3 设置通风竖井4511.4.4 设
15、置平行导坑4611.4.5 其它措施47第 11 章 高速铁路隧道工程48 随着我国高速铁路网的逐步实现,长大高速铁随着我国高速铁路网的逐步实现,长大高速铁路隧道的防灾救援技术要求已经被提到了一个很高路隧道的防灾救援技术要求已经被提到了一个很高的水平,国内外已经发生过的多次铁路隧道重大火的水平,国内外已经发生过的多次铁路隧道重大火灾事故,举世瞩目的灾事故,举世瞩目的英法海峡铁路隧道在英法海峡铁路隧道在19961996年和年和20082008年分别发生两次大火年分别发生两次大火,给隧道界留下了深刻的,给隧道界留下了深刻的印象和教训。印象和教训。这促使国际隧协已连续这促使国际隧协已连续6 6年协同
16、各国进年协同各国进行研究行研究,为高速铁路隧道的防灾救援提供了许多宝,为高速铁路隧道的防灾救援提供了许多宝贵的经验。贵的经验。49本节主要内容:隧道防灾救援设计基本原则隧道防灾的系统设计50 1.1.隧道防灾救援应贯彻隧道防灾救援应贯彻“以防为主,防消结合,以防为主,防消结合,方便自救,安全琉散方便自救,安全琉散”的原则,健全防灾救援系统,的原则,健全防灾救援系统,预防灾害发生,减轻发生灾害所产生的影响。预防灾害发生,减轻发生灾害所产生的影响。 2.2.针对隧道内灾害的特点,防灾针对隧道内灾害的特点,防灾应以防止旅客列应以防止旅客列车发生火灾为主车发生火灾为主,采取可靠的防火措施和消防手段,采
17、取可靠的防火措施和消防手段,做到安全可靠,技术先进,经济合理,使用维修方便做到安全可靠,技术先进,经济合理,使用维修方便。11.5.1 隧道防灾救援设计基本原则51 3.应采取技术措施阻止发生火灾事故的列车进入隧道 如果旅客列车在隧道内发生火灾,不得在隧道内停如果旅客列车在隧道内发生火灾,不得在隧道内停车,应在车,应在5min5min之内驶出隧道。如果列车失去动力,或不能之内驶出隧道。如果列车失去动力,或不能在在5min5min之内驶出隧道,需要在隧道内提供紧急疏散的技术之内驶出隧道,需要在隧道内提供紧急疏散的技术措施。措施。 当隧道长度超过当隧道长度超过17km17km时,应考虑隧道内设置渡
18、线,时,应考虑隧道内设置渡线,对于更长的高速铁路隧道,应每隔对于更长的高速铁路隧道,应每隔8 810km10km设一处渡线,设一处渡线,以便在隧道内设置紧急救援站,满足突然停车后人员安全以便在隧道内设置紧急救援站,满足突然停车后人员安全疏散的要求。疏散的要求。11.5.1 隧道防灾救援设计基本原则52 4.4.隧道内应设置贯通的救援通道隧道内应设置贯通的救援通道 双线隧道内应设置贯通的救援通道。双线隧道内应设置贯通的救援通道。 单线隧道之间段应间隔一定距离(如单线隧道之间段应间隔一定距离(如250250500m500m)设置横通道,以利于在隧道内设置设置横通道,以利于在隧道内设置“定点定点”消
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