公路隧道设计

刍议公路隧道设计
摘要：木文通过对以往公路隧道的研究和总结, 对公路隧道的线形设计、结构形式的选择及防排水等关键技术和难点问题进行了探讨, 着重从行车安全的角度提出了隧道线形设计中应注意的问题, 通过分析比较多种型式隧道的设计特点, 提出了各自的适用范围, 针对隧道渗漏水问题, 提出了“分区防水”新的设思路和方法,为复杂山区公路隧道设计提供参考。

关键词：公路；隧道；设计
随着我国高等级公路建设的发展, 高速公路逐步从平原微丘区向山岭重丘区延伸,为适应地形、地质条件, 不可避免的出现长大隧道或隧道群, 在隧道建设中, 存在需进一步研究或探讨的问题。

如复杂山区隧道线形设计、隧道结构形式的选择、隧道防排水设计等, 笔者在调研、分析及实践的基础上,就述有关问题进行探讨, 为复杂山区公路隧道设计提供参考。

1.公路隧道线形设计
1.1公路隧道线形设计原则上除了服从路线、路隧结合外, 还要重点考虑地形、工程地质及水文地质条件, 尽量避免穿越不良地质带。

对于河谷陡峻的傍山隧道, 可考虑半边桥、半边隧, 或隧道上下错离等分幅设计,长度较短的可采用连拱隧道或小间距隧道。

但隧道线形设计中, 平、纵、横设计参数的选择, 不仅仅满足规范要求, 更应从行车安全的角度, 考虑合理的取值。

隧道的平面线形设计
1.2对于公路隧道的平面线形, 一般以直线较为合适, 但山区
高速公路由于受地形、地质条件限制, 隧道内不可避免地设置平曲线,从国外修建的隧道来看, 隧道洞口平面线形大多设计为平曲线, 这种设计理念主要考虑光线过渡, 有效调节驾驶员的心理, 不至
于受出口“白洞’, 效应的影响加速出洞, 避免引起交通事故。

但隧道内平曲线的半径, 应从行车安全上考虑到驾驶员在隧道内
的墙效应及行车视距相对于隧道外受到较大限制这一客观事实。

若采用小半径的平曲线, 会在隧道内产生较大的路面超高横坡, 从
而影响隧道结构, 同时, 当隧道内路面超高横坡大于时, 隧道内
路面变化较大, 行车视角较差,影响行车安全。

因此, 从行车安全
的角度考虑, 隧道内设置平曲线时, 应采用较大半径的平曲线, 中、短隧道禁止设置型反向曲线, 长大隧道必须设置反向曲线时, 其反向曲线间按规范设置一段缓和曲线或直线段,同时, 圆曲线的
长度应满足行程要求。

隧道纵坡设计
1.3隧道纵坡坡长及坡率的选择, 考虑的主要因素是通风、排水及行车安全。

从卫生、安全角度讲, 纵坡以小为好, 纵坡大时, 行车速度低, 汽车排出有害气体和烟雾增多,过大、过长的下坡会产
生较多的交通事故。

从排水角度讲, 对长大隧道, 尤其是地下水发育的岩溶隧道, 当反坡施工时, 必须考虑施排水问题。

因此, 过大、过长的纵坡应慎重采用。

隧道洞口平、纵线形设计隧道洞口段
平、纵线形组合设计应尽量避免以下两种情况：
①进洞口洞外段设置较长、较大纵坡, 在洞口设置小半径曲线进洞
②在隧道出洞口洞内纵坡较大, 而洞口设置小半径曲线出洞。

尽管其设计满足规范要求,但驾驶员心理上容易造成紧张, 从而可能诱发重大安全事故。

以上分析表明, 在隧道特定的环境条件下, 公路隧道线形设计与行车安全是密切相关的, 设计上的一点疏忽, 可能留下较大安全事故隐患。

隧道线形的设计, 不仅要满足各项规范要求, 更应从行车安全的角度, 使设计更加合理。

隧道结构形式的选择隧道的结构形式不仅受地形、地质条件的约束, 同时受线位平、纵、横指标及线形组合设计的制约。

在地形、地质条件允许的情况下, 一般设计为上下行分离的两座独立的隧道。

见图1
图1分离式隧道
选择分离式隧道, 相邻隧道最小间距取值主要考虑两隧道以不受围岩压力互相影响及施工相互影响为原则, 并依据隧道埋深、围岩类别、断面尺寸、施工方法、爆破震动影响等因素确定。

根据《公路隧道设计规范》,两相邻隧道最小净距离见表1。

由于净距的存在, 使道路与隧道接线时存在一个三角形的过渡区。

同时, 隧道规范对隧道两端平面线形与路线线形相一致有最
小。

长度的要求, 这意味着在道路接近隧道时,由整幅路基左右幅分开, 逐渐过渡到与隧道线形一致, 并满足最小长度要求。

1.4因此, 分离式隧道存在以下缺陷区占用大量土地资源, 土地使用费及每年绿化维护费较高, 而这部分土地的利用率却不高, 甚至闲置。

两隧道间净颧离在复杂地形、地质条件下,路线布设极其困难, 很难满足隧道规范左右因此, 采用分离式隧道结构洞净距离要求。

隧道洞口前三角形过渡形式, 适合于以上的长大隧道。

针对分离式隧道存在的问题, 在一二十世纪九十年代, 提出了连拱隧道结构形式, 见
图3。

图1连拱隧道
连拱隧道中隔墙只有左右, 避免了洞口路基分幅, 与洞外道路连接方便, 对地形条件适应性较强, 但由于连拱隧道跨度大,其结构形式存在以下问题对地质条件要求苛刻, 类及以下围岩修建困难, 存在较高风险。

施工技术复杂, 工序烦琐, 难度大, 上期长。

工程造价高。

受施工条件的限制, 建成后很难保证结构不开裂、渗水。

近几年, 虽对连拱隧道结构形式进行改进,出现“夹心”连拱隧道, 解决中隔墙防水问题,但其存在的缺陷仍未得到实质性的改变。

因此, 连拱隧道结构形式对地质条件较好、地下水不发育、隧道长度小于的中短隧道比较适合。

1.5近几年, 通过工程实践, 在复杂山区,采用小间趴隧道将是
可行的方案, 适合于隧道长度小于的隧道群。

小间距隧道的特点是充分利用两隧道间岩体的承载作用, 较分离式隧道相邻两隧道间
距较小, 两隧道间净即一般为一为隧道开挖宽度。

1.6小间距隧道具有展线、接线难度小, 线形好,占地少的特点, 同时, 与连拱隧道相比, 其建设成木大幅度降低, 这是对现行的
公路设计规范的拓展。

小间趴隧道成败的关键, 取决于施中如何确保隧道间岩体具有足够的强度和稳定性。

小间距隧道间岩体的厚度远小于分离式隧道,施中该处二次应力场在此叠加, 出现应力集中, 特别是、类围岩条件下, 须重点对该处采取预加固措施。

通过理论分析及程实践, 在采取必要的预加固措施和合理的施方法前提下, 在复杂山区隧道群地段, 采用小间距隧道是可行的, 具有较大优势。

隧道防排水设计
1.7我国山岭隧道防排水技术, 通过几十年工程实践, 取得长
足的进步, 但山岭隧道的防水仍是隧道工程中的薄弱环节。

全国公路隧道建成后渗漏水较严重, 造成洞内设施及衬砌结构破坏, 返
修率高。

个别隧道建成仅年左右就要重新加固衬砌, 还重新设置防、排水设施。

1.8通过对隧道渗漏水情况的调研, 隧道渗漏水主要集中在施
工缝, 虽设计中采取了结构自防水、衬砌外贴防水板、施工缝设耸
止水条等多道防水措施, 并设置由排水盲沟组成的排水系统, 但由于施工环境及施工工艺等因素, 难以取得预期的防水效果。

另一方面, 当隧道建成运营后, 由于地下水沿防水板与二次衬砌间的空隙串流, 局部渗漏水的处理较为困难。

1.9近几年, 在矿山法地铁区间隧道领域,提出分区防水观念, 在工程实践中取得较好效果。

运用分区防水观念进行设计, 取得成功。

所谓分区防水, 是对隧道衬砌背后的防水板划分防水区域, 区域间地下水不能串流,即隧道防水板每隔米左右设一个防水分区, 其具体长度与二次衬砌一次浇注长度相匹配, 通过与防水板焊接的背贴式止水带实现分区防水。

排水盲管设在防水板与二次衬砌之间防水型或防水板与初期支护之间排水型, 通过环向排水管与隧道侧沟相连, 以排除少量渗漏水。

并根据需要, 可在施缝处及各防水分区内设置注浆管, 以便对渗漏水部位进行注浆防水。

见图4。

2结语
在公路隧道特定的环境条件下, 隧道线形设计不仅要满足各项规范要求, 更应重点从行车安全的角度, 使设计更加合理隧道结构形式应根据地形、地质条件, 结合线形布设合理选择, 一般情况下,刘于以卜的长大隧道, 宜采用分离式隧道结构形式, 或小间距隧道与分离式隧道组合形式。

连拱隧道结构形式主要适用于地质条件较好、地下水不发育、隧道长度小于的中短隧道。

小间距隧道成败的关键, 取决于施中如何确保隧道间岩体具有
足够的强度和稳定性。

通过采取必要的预加固措施和合理的施方法, 在复杂山区隧道群地段, 长度小于的隧道, 采用小间距隧道是可
行的, 具有较大优势。

“分区防水”的设计观念, 能防止地下水在衬砌背后串流, 运营期间对局部渗漏水的处理针对性强, 便于维护, 在工程实践中取得较好效果, 值得推广。

注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。