高速公路隧道综合设计
《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。
公路隧道设计规范
公路隧道设计规范公路隧道设计规范（JTGD70-2004）1.总则公路隧道是连接两个地区的重要交通工具，因此必须经过谨慎的设计和施工。
本规范旨在规范公路隧道的设计、施工和监管，确保公路隧道的安全和可靠性。
2.主要术语与符号本规范中使用的主要术语和符号应在设计和施工过程中得到充分理解和应用。
其中包括隧道长度、洞口高度、洞门宽度、围岩等级等。
3.隧道调查及围岩分级在设计隧道之前，需要对隧道所在地区进行全面的调查，包括地质、水文、气象等方面。
同时，需要对围岩进行分级，以便进行合理的隧道设计。
4.总体设计隧道的总体设计包括隧道长度、洞口高度、洞门宽度、隧道路面、隧道照明等方面。
在设计过程中，需要充分考虑交通流量、车速、车型等因素。
5.建筑材料隧道的建筑材料应符合国家标准和行业规范。
在选择材料时，需要充分考虑其耐火性、耐久性、防水性等因素。
6.荷载隧道设计中需要考虑各种荷载，包括车辆荷载、地震荷载等。
在计算荷载时，需要充分考虑隧道的结构和材料的承受能力。
7.洞口及洞门洞口和洞门是隧道的重要组成部分，需要充分考虑其宽度、高度、开启方式等因素。
同时，需要考虑洞口和洞门的防水和防火措施。
8.衬砌结构设计隧道的衬砌结构设计应符合国家标准和行业规范。
在设计过程中，需要充分考虑隧道的围岩、荷载等因素。
9.结构计算隧道的结构计算需要充分考虑各种因素，包括荷载、围岩、材料等。
在计算过程中，需要遵循国家标准和行业规范。
10.防水与排水隧道的防水和排水是隧道设计中的重要环节。
在设计过程中，需要充分考虑隧道的地质条件、水文条件等因素，以确保隧道的安全和可靠性。
本规范是针对公路隧道设计和施工的强制性标准。
在公路隧道的设计、施工、验收和运营等各个阶段，必须遵守本规范的规定。
11小净距及连拱隧道本章节主要介绍小净距隧道和连拱隧道的设计要求。
其中，小净距隧道是指净距小于7米的隧道，连拱隧道是指由多个拱形隧道相连而成的隧道。
本章节详细阐述了小净距隧道和连拱隧道的净高、净宽、弯曲半径、拱顶高度等设计参数的要求，并提出了相应的施工和验收标准。
第一讲——高速公路隧道的规划与总体设计
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立体交叉式互通
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优点：
（1）高速行车； （2）通行能力大，运输效率高； （3）行车安全舒适； （4）降低能源消耗。
缺点： （1）占地多，对环境影响大； （2）投资大，造价大； （3）工期长。
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标志
出入口路标
出入口路标告知高速 公路的入口与下个出口以 及其距离。 中国大陆在上一个出 口之后会显示距下个出口 的距离，并在出口之前， 以及在出口的前2,000米 、1,000米、500米和出口 匝道的起点显示出口路标 。
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公路隧道施工方法
暗挖法：矿山法 主要用钻眼爆破方法开挖断面而 修筑隧道。因借鉴修筑矿山地下 工程而得名。用矿山法施工时， 将整个断面分部开挖至设计轮廓 ，并随之修筑衬砌。
全断面开挖 台阶法 断面分布开挖
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公路隧道施工方法
暗挖法：盾构法 它是将盾构机械在地中推进， 通过盾构外壳和管片支承四周围 岩防止发生往隧道内的坍塌，同 时在开挖面前方用切削装置进行 土体开挖，通过出土机械运出洞 外，靠千斤顶在后部加压顶进， 并拼装预制混凝土管片，形成隧 道结构的一种机械化施工方法。
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②一级公路 为供汽车分向、分车道行驶，并部分控制出入、部分立体交叉的公路，主要 连接重要政治、经济中心，通往重点工矿区，是国家的干线公路。四车道一 级公路一般能适应按各种汽车折合成小客车的远景设计年平均昼夜交通量为 15000～30000辆；六车道一级公路一般能适应按各种汽车折合成小客车的远 景设计年平均昼夜交通量为25000～55000辆。 ③二级公路 连接政治、经济中心或大工矿区等地的干线公路，或运输繁忙的城郊公路。 一般能适应各种车辆行驶，二级公路一般能适应按各种车辆折合成中型载重 汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为3000～7500辆。 ④三级公路 沟通县及县以上城镇的一般干线公路。通常能适应各种车辆行驶，三级公路 一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通 量为1000～4000辆。 ⑤四级公路 沟通县、乡、村等的支线公路。通常能适应各种车辆行驶，四级公路一般能 适应按各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为： 双车道1500辆以下；单车道200辆以下。
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
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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
公路隧道交通工程设计规范
案例二
某隧道施工期间发生重大安全事故
工程问题
地质条件复杂、施工工法不当、现场安全管理不 到位等
教训汲取
强化地质勘察与风险评估、优化施工工法选择、加强现 场安全管理与培训等
PART 08
规范实施建议与展望
规范实施建议
01
加强宣传教育
通过各种渠道宣传公路隧道交通工程设计规范，提高设计单位和人员的
规范意识。
工程验收标准与程序
验收标准
验收程序
根据国家相关标准和设计要 求，制定具体的工程验收标 准，包括结构安全、外观质
量、使用功能等方面。
明确工程验收的程序和流程 ，包括验收申请、资料审查 、现场检查、整改复查和验
收结论等环节。
验收资料
验收结论与处理
整理和完善工程验收所需的 资料，包括施工记录、质量 检测报告、验收申请表和相
事故冲击力。
紧急疏散设施设计
紧急出口
根据隧道长度和交通量，合理设置紧急出口，确保人员在紧急情 况下能够迅速撤离。
疏散通道
在隧道内设置疏散通道，连接紧急出口和隧道外部安全区域。
应急照明与指示
在疏散通道和紧急出口处设置应急照明和指示标志，引导人员快 速撤离。
PART 05
隧道交通工程施工与验收
施工前准备工作
消防报警系统
安装火灾自动报警系统，实时监测隧道内火灾情况，及时报警并启动 应急处理程序。
隧道监控与通信系统设计
监控系统设计
安装视频监控系统、车辆检测系统等设施，实时监测隧道内交通 状况、车辆行驶情况等信息，确保隧道运营安全。
通信系统设计
建立覆盖隧道全线的无线通信网络，确保在紧急情况下人员能够及 时与外界取得联系。
高速公路隧道设计计算书
高速公路隧道设计计算书1. 引言此文档旨在提供高速公路隧道设计的计算书。
通过详细说明设计计算的相关参数和步骤，以确保隧道的安全和可靠性。
2. 隧道几何参数计算2.1 隧道断面尺寸计算根据设计要求和道路标准，计算隧道的断面尺寸。
考虑隧道的通行能力和施工限制，确保满足道路交通的需求。
2.2 隧道长度计算根据路线规划和土地使用情况，计算隧道的长度。
考虑隧道的地质条件和环境保护要求，确保隧道的稳定和安全性。
2.3 隧道纵坡计算根据道路纵坡和地形要求，计算隧道的纵坡。
确保隧道内的车辆行驶平稳，避免出现陡坡和坡度过大的情况。
3. 隧道结构设计计算3.1 隧道支护方式选择根据地质勘察结果和工程要求，选择适当的隧道支护方式。
考虑地层的稳定性和隧道使用寿命，确保隧道的结构安全可靠。
3.2 隧道设计荷载计算根据设计车辆的荷载和道路使用要求，计算隧道的设计荷载。
考虑车辆的重量和速度，确保隧道的结构可以承受荷载。
3.3 隧道混凝土衬砌厚度计算根据隧道的尺寸和设计荷载，计算隧道混凝土衬砌的厚度。
考虑混凝土的强度和耐久性，确保隧道的结构稳定和耐久。
4. 隧道排水设计计算4.1 隧道排水量计算根据降雨量和地质条件，计算隧道的排水量。
考虑隧道内的地下水位和地面径流，确保隧道保持干燥和安全。
4.2 隧道排水系统设计根据隧道的结构和排水量要求，设计有效的隧道排水系统。
确保排水系统的畅通和排水能力满足设计要求。
5. 结论通过以上计算，我们可以得出隧道设计的相关参数和结构要求。
这些计算书将为隧道设计工作提供参考，并确保隧道的安全和可靠性。
---以上是高速公路隧道设计计算书的概要内容。
为保证设计的准确性，请根据具体工程要求进行详细计算和结构设计。
公路工程中关于隧道设计的规范要求
公路工程中关于隧道设计的规范要求隧道设计是公路工程中一个重要的组成部分，其设计需符合一系列规范要求。
本文将从隧道的基本要素、设计参数以及安全与环境保护等方面讨论公路工程中关于隧道设计的规范要求。
一、隧道的基本要素1. 隧道类型：根据不同的地质条件、交通需求和工程目的，隧道可以分为通道隧道、交叉隧道、环岛隧道等。
在设计隧道时，应根据地质勘察结果和交通流量等因素选择合适的隧道类型。
2. 隧道布置：隧道布置应考虑道路线形、地貌、交通流量和环境保护等因素。
对于山地区域，应尽量选择直线隧道，减少弯道数量和曲线半径，以提高交通安全性。
3. 隧道长度：隧道长度的确定应结合地质勘察结果、行车安全性和经济效益等综合因素。
在设计中，应合理控制隧道长度，减少工程施工难度和成本。
二、设计参数要求1. 隧道断面形式：隧道断面形式应根据设计标准和交通流量确定，一般可选择矩形、圆形、马蹄形等断面形式。
对于长隧道，还需要考虑通风、抗风压和抗冲击等因素。
2. 隧道几何要素：隧道设计中的几何要素包括净高、净宽、路面坡度和纵坡等。
在设计中，应根据交通流量和车辆类型确定合适的净高和净宽，并考虑照明和排水等设施。
3. 隧道洞口设计：洞口景观设计应与周围环境相协调，并满足视觉美观和交通安全的要求。
对于高速公路隧道，洞口应有明确的标志和照明设施，以提醒司机进入隧道。
三、安全与环境保护要求1. 隧道照明：隧道照明是保障司机行车安全的重要措施之一。
在设计中，应根据交通流量和隧道长度确定合适数量和位置的照明设施，并保证其亮度和稳定性。
2. 隧道通风：隧道通风是防止因机动车尾气和烟雾积聚引起的能见度下降和空气污染的重要手段。
隧道设计中应考虑通风系统的设置，确保隧道内空气质量达标。
3. 隧道防火：隧道防火是保障隧道安全的重要措施之一。
在设计中，应考虑隧道内燃烧物品的存放和排除，设置适当的灭火设备，并保证应急疏散通道畅通。
4. 隧道排水：隧道排水是确保隧道正常通行的重要条件之一。
高速公路双向四车道隧道设计
高速公路双向四车道隧道设计一、设计资料：1、工程概况：交通锦州高速公路2号隧道穿越Ⅳ类围岩（即s=4），埋深h=20m，隧道围岩自然容重γ=25kn/m3，计算摩擦角ф=50。
隧道轴线基本上垂直于山脊走向。
2.地形和地质条件：作区属温带季风气候区，其特点为夏季温暖，冬季较冷，年降水量500―1000毫米，主要集中在夏季，冬夏温差由南向北增大，降水量由南向北减少。
3、设计标准设计等级：双向四车道高速公路；抗震设防烈度：7.4级。
计算截面数据：桩号：k120+910.00；地面高程：906.2m；设计高程：886.2m；围岩类别：ⅳ类；复合衬砌类型：单芯段；工程地质条件及评价：该段隧道通过微风化粉砂岩地段，节理裂隙不发育，埋置较浅，围岩稳定性较好。
5、设计计算内容（1）确定隧道开挖方法和隧道断面布置；（2）围岩压力计算；（3）隧道支护设计图；（4）隧道衬砌设计图。
6.设计依据（（1）中华人民共和国行业标准《公路隧道设计规范》jtgd70-2021,人民交通出版社，2021年9月；（2）《中华人民共和国公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2022），人民交通出版社，2022；（3）夏永旭编著《隧道结构力学计算》，人民交通出版社，2021年；（4）本课程教材《隧道工程》，中南大学出版社；5.设计计算内容（1）确定隧道开挖方式及隧道断面布置图；（2）围岩压力计算；（3）隧道支护设计图；（4）隧道衬砌设计图。
6、设计依据（1）《公路隧道设计规范》（jtgd70-2021）；（2）《公路隧道施工技术规范》（jtj042-94）；（3）《隧道工程》王毅才主编人民交通出版社；（4）《地下结构静力计算》天津大学建筑工程系地下建筑工程教研室编中国建筑工业出版社。
（P29）该高速公路位于豫北山区，设计速度为VK？100km/h，则建筑限界高度为h＝5.0m。
且当vk?100km/h时，检修道j的宽度不宜小于0.75m，取j左=j右=1.20m，检修道高度h＝0.5m。
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薛家沟高速公路隧道综合设计
1.隧道选题的目的和意义
毕业设计是实现本科培养目标要求的重要阶段，是基础理论学习深化与升华的重要环节，是学生毕业及学位资格认证的重要依据。
其目的是：掌握公路隧道施工技术、施工组织设计以及隧道结构构件验算的方法；巩固、深化、拓宽所学过的基础课程、专业基础课和专业课知识，提高综合运用这些知识独立进行分析和解决实际问题的能力，提升自己的专业技术素质。
2.本设计的主要内容
设计主要内容为公路隧道综合设计，具体包括资料整理分析与开题报告的撰写、路线方案比选、平纵横断面设计、洞门及明洞设计、衬砌结构设计、防排水设计、通风照明设计，编制设计文件和绘制图纸等。
3.设计采用的方法
3.1设计总说明
薛家沟公路隧道位于陕西省延安市延川县，薛家沟公路隧道全长1231m，为长隧道。
隧道为上、下行分离式隧道，行车道宽度均按设计行车速度80km/h 考虑，内设紧急停车带1处，人行横通道2处和车行横通道1处。
隧道围岩黄土、板岩、石灰岩为主，围岩级别主要为Ⅳ和Ⅴ级。
隧道衬砌结构设计采用“新奥法”复合式衬砌，土质围岩较差区段采用超前小导管注浆、岩质围岩段采用超前锚杆预支护、进出口采用超前大管棚等方法处理。
灯具布置出中间段采用中央侧偏布置外，其余采用双排布置，高压钠灯光电照明。
3.2隧道主要技术标准
本隧道采用分离式双向四车道隧道。
公路等级：高速公路；
设计交通量：近期21000辆/日（2025年），远期34000辆/日（2035年）；
隧道设计车速：80km/h；
隧道建筑限界
隧道净宽：10.25m ( 3.75×2+0.75+0.5+0.75+0.75)；
隧道净高： 5.0m。
隧道内卫生标准
CO允许浓度：144.225ppm；
阻滞情况下CO 允许浓度： 150ppm ；
烟雾允许浓度K ： 0.0070-1m 。
3.3隧道断面设计
正常段隧道路面横坡采用 1.5%的单坡。
本隧道根据《公路隧道设计规范》对设
计车速为v=80km/h 情况下的横断面规定，断面为三心圆，cm r 543
1=，cm r 7932=，cm r 1003=，cm r 15004=。
紧急停车带的总宽度13.0m ，包含右侧向宽度应取3.5m ，其余均和正常隧道建筑限界相同，停车带的路面横坡取0%。
紧急停车带位于Ⅳ级围岩中，取cm r 5431=，cm r 7932=，cm r 1503=，cm r 18004=，cm r 7375=作紧急停车带横断面。
3.4隧道二次衬砌结构计算
二次衬砌的计算采用“荷载结构法”，属于结构力学方法，设计中的衬砌为拱形曲墙式，故用假定抗力法来计算。
由于仰拱是在曲墙和拱圈受力之后修建的，因此计算中通常不考虑仰拱的影响。
其计算模型为拱脚弹性固定而两侧受围岩约束的无铰拱。
具体计算时，首先从拱顶切开，以一对悬臂曲梁为基本结构，切开处赘余力为X1，X2，在主动和在和弹性抗力的共同作用下，根据位移连续条件，可解得衬砌内力。
计算采用Ⅴ级围岩深埋段隧道衬砌结构。
3.5隧道衬砌设计
Ⅳ级围岩段：初期支护采用径向系统锚杆、超前锚杆，钢拱支撑配合钢筋网喷射混凝土形成整体。
系统锚杆采用中空注浆锚杆，直径为25mm ；超前锚杆采用直径为22mm 的钢筋。
喷射C25混凝土厚度为15cm ，钢架型号为I16。
Ⅴ级围岩深埋段：初期支护采用径向系统锚杆、超前小导管周壁预注浆，钢拱支撑配合钢筋网喷射混凝土形成整体。
系统锚杆采用中空注浆锚杆，直径为25mm ；超前小导管采用直径为42mm 的无缝钢管，喷射C25混凝土厚度为20cm ，钢架型号为I18。
Ⅴ级围岩浅埋段：同Ⅴ级围岩深埋段，锚杆、小导管设置间距有所不同。
喷射C25混凝土厚度为25cm ，钢架型号为I20a 。
3.6隧道防排水设计
隧道二次衬砌与初期支护之间（除仰拱外）均铺满复合防水层（含350g/㎡），隧道二次衬砌混凝土采用抗渗等级不小于S6的防水混凝土，全隧道衬砌两侧边墙脚内均沿纵向设置Φ120PVC 双壁波纹管，50m 设一检查孔。
中心沟每250m 设
置一处检查井。
隧道拱墙设直径50mm塑料半管作为环向盲管，环向盲管每隔5m 设置，并每隔10m纵向在水沟外侧留泄水孔，并采用三通连接纵向盲管与中心排水沟。
3.7通风照明设计
由规范可知，隧道的照明由基本照明和加强照明两部分组成，基本照明按中间段照明考虑。
灯具布置以远期数据为准，实际布置灯距只可比上述灯具小才能满足照明要求，根据上面计算可计算得：
入口段1需布置400W的高压钠灯12组（间距3.2m，布置35m）洞口7m内不设置照明；
入口段2需布置250W的高压钠灯11组（间距3.8m，布置42m）。
过渡段照明时：
过渡段Ⅰ需布置150W的高压钠灯10组（间距7.2 m，布置72m）；
过渡段Ⅱ需布置100W的高压钠灯7组（间距12.7m，布置89m）；
中间段按中央侧偏布置，需布置100W的高压钠灯93组（间距10m，布置926m）。
出口段1照明需布置100W的高压钠灯6组（间距6.5m，布置30m）。
出口段2照明需布置150W的高压钠灯4组（间距6.8m，布置30m）
除中间段外，余均为对称布置。
隧道需风量计算包括跟工况车速下稀释CO需风量、稀释烟雾需风量、稀释异味需风量、考虑火灾排烟的需风量四部分计算，再计算各工况下隧道内的风压，比较选择最大的的风机数作为设计风机数，火灾情况下交通风压设计为0。
经计算知：近期风机布置按照火灾条件下的通风要求设计；远期按照阻滞情况下稀释CO布置风机。
该隧道采用射流风机纵向通风，远期和近期需要布置风机都为4组8台900型风机，隧道内的近期风速会达到7.25m/s，符合规范要求。
3.8洞门设计
隧道进口设计为削竹式洞门，主要以为进口处围岩的强度比较好，围岩比较完整，洞口地形坡度比较缓；隧道出口地形较陡，围岩较破碎，因此采用端墙式洞门。
3.9隧道施工及开挖方法
本隧道主要以Ⅳ、Ⅴ级围岩为主，地质条件较差，隧道设计施工以新奥法理论为基础.
新奥法是以柔性支护手段来保持围岩强度，控制围岩变形，以发挥围岩的自承能力，并通过施工监控量测来指导设计和施工。
Ⅳ级围岩主要采用上下台阶法开挖，Ⅴ级围岩主要采用上下台阶预留核心土开挖法开挖。
4.总结
本次隧道的毕业课程设计，让我对大学四年所学的专业知识进行了一次系统的整理、检验，是对大学期间所学的专业知识的一次系统总结。
使我不仅掌握了知识要点，而且能够在实际设计中的运用所学知识，去解决工程实际问题。