公路隧道设计要点分析

公路隧道设计要点分析

闫晓龙

河南省交通规划设计研究院股份有限公司河南郑州450000

摘要：随着公路隧道建设的持续发展，对隧道设计的要求逐渐提高，在基本规范的基础上，充分考虑地质条件、生态环境及安全运行的因素，从隧道设计的线形、结构、防排水及特殊地质条件的设计出发，对公路隧道设计的要点进行了分析和阐述。

1隧道的线形设计

公路隧道的线形设计是整个隧道设计的基础，决定着隧道的整体布局，需要在充分考虑路线与路隧相结合的基础上，结合施工地点的水文、地质及气候等条件，尽量减轻后期施工的困难，避免经过不利于施工的地质带。随着人们出行的不断增加，公路隧道在线形设计上，应该以人为本，更加满足于人们的出行，因此在线形设计的平、纵、横面参数的确定上，既要符合当前规范的需要，又要保证人们出行的安全与舒适[1,2]。

1.1平面线形设计

直线线形一直是公路隧道平面线形中最为合适的一种，一方面直线线形有利于隧道的通风，另一方面有利于工程的施工，减少施工难度。但在偏远地区，受地形、地址等条件的影响，有时在隧道设计上不得不选取平曲线，从过往的经验来看，在洞口选用平曲线，从一定程度上实现了隧道内光线的过渡，适应了驾驶人员在心理和生理上的需要，有利于隧道内的安全通行。但是在平曲面的半径确定中，也需要充分考虑隧道内安全通行、墙效应以及视距的影响，不易选择半径过小的平曲线。半径过小的平曲面易造成路面超高横坡，进而对隧道结构产生不利影响，一旦达到一定程度，还会影响行车视距，不利于姓陈安全。因此，在平曲线的设置上要确定较大的半径。同时在中短隧道设计时，还不得选取s型反向曲线[3]。

1.2隧道内纵坡设计

公路隧道纵坡的确定一般要考虑隧道内的通风、排水以及在隧道内的行车安全。整体来看，以纵坡小为宜，但也需要控制在一定的范围，最小不得小于0.5%的流水坡[4]。纵坡选取的过大，一方面由于上坡的速度较慢，汽车产生的有害物质增多且不易排出，另一方面由于上下坡的过长与过大，又易造成事故的发生。对长隧道而言，在反破施工过程中，易出现排水问题，特别在地下水比较发育的隧道较为明显。

1.3洞口段的线形设计

在隧道洞口段的设计上，由于目前洞口路段事故在隧道事故中所占的比重较大，达到三分之一，因此要从安全通行的角度出发，注意一下几点：

1）目前造成隧道进出口处事故易发的主要原因是视距的影响，因此，在进出口平曲面线形上易选用较大半径，同时遵循“早进洞、晚出洞”的原则，选取适宜的地势，从而确保平面视距以及进出口通视的适宜。

2）考虑到司机在进入隧道时，如果出现快速变化的光线、线形等，极易造成人的感官错觉，进而造成事故的发生，为此，在设计洞口内外平面连接线线形时，要尽可能的与隧道内的线形配合协调，同时确保在洞口内外平面线形设计上，要确保各自不得少于3s的行程时间。

3）在洞口附近的竖曲线半径的选择上，易采取较大半径，并且要保证洞口变坡点与洞口之间的距离，避免出现司机反应偏差、车速过快等情况，从而容易引发事故。

2隧道结构设计

2.1设计时应该注意的问题

1）结构载荷的计算。隧道结构载荷主要考虑三个方面，包括永久载荷、可变载荷、偶然隧道，永久载荷是隧道自身地质、结构等所具有的的，包括围岩压力、结构自重力以及后期施工混凝土收缩等，可变载荷主要包括车辆载荷、气候温度变化影响等，偶然载荷主要是恶劣环境的影响，包括地震、泥石流、落实等，在结构计算时，要结合隧道的功能需要、区域内的地质条件等，考虑多种载荷类型，以最不利的组合形式进行计算。

2）隧道支护结构的选择。需要结合实际需要，在充分对比现有各种支护衬砌结构的特点，考虑可能发生的各种状况，在多次论证的基础上加以论证。

3）其他安全方面的考虑

在对隧道结构安全性设计上，还需要将其使用周期、整体费用、功能需要以及当前的经济、技术水平相结合。只有在保证设计不出偏差、施工质量得以确保的情况下，才能满足现在的需要。此外在结构设计上还满足抗震的需要，在结构设计上要充分保证隧道结构的完整性，确保人员及设备的安全。

2.2隧道的结构形式

在各项条件允许的前提下，最好在设计上选用上下行互相分离的独立的隧道。在两隧道间距的设置上，要充分考虑围岩压力以及后期施工的影响，两隧道间距不应过小，并依据隧道断面、地质情况、施工方法等因素，严格按照《公路隧道设计规范》加以确定，其中B为隧道断面开挖宽度。

3防排水设计

1）隧道的设计。在隧道的防排水设计上要采用综合的防渗方案，要从综合“截防排堵”各项措施。在设计之前，就到对施工现场进行充分的勘察和了解，掌握相关的地质水文资料，从而找到最为有效的防排水措施。同时在后期的施工阶段，也要及时的关注隧道内的水量、大小等的变化，防止边墙、拱部发生渗水情况，避免路面产生积水和冒水。

2）洞内的设计。需要在沿着岩面的方向上设置透水管，并与墙底部设置的排水管进行连接，同时每隔一段距离还要加设横向引水管，从而将洞内的积水顺利的引出，不至于给道路行驶造成影响。此外在施工缝处还可以设置必要的注浆管，从而采取注浆防水措施。

3）洞外的设计。在洞外防水的设计上，需要在进口端安设5%的反坡排水，同时在洞口外侧地面上加设横向盲沟，从而拦截外侧雨水，避免形成积水。

4特殊地质条件下的公路隧道设计要点

4.1有害气体溢出地层设计要点

有害气体主要是指瓦斯，其作为一种爆炸性气体，遇明火极易发生爆炸，因此在设计时要特别注意：1）要尽可能的探明区域内的瓦斯状况，对于级别达到三级的，要尽量加以避免；2）要充分考虑后期施工的通风与检测，保证对瓦斯防爆方面的检查以及控制措施；3）对线路、电气设备等选择必须要配置相应级别的防爆装置。

4.2岩溶区地质设计要点

岩溶区地质条件较为恶劣，不利于公路隧道后期的施工，因此要注意以下几点：1）要对现场进行全面的勘察，在设计过程中，要尽可能在路线上避免经过岩溶地区；2）在无法避开的情况下，需要对现场实际情况进行勘察，对岩溶分布、地质构造及充填特征之间的关系，对区域地表水、地下水、侵蚀基准面等进行充分的考虑。

4.3流砂地质设计要点

流砂是围岩达到饱水条件下所形成的自然现象，一旦在隧道开掘过程中出现流砂情况，则会给施工带来巨大的困难，如果流砂涌入坑道，极易造成围岩的坍塌，甚至改变最初的设计路线。因此在设计时需要注意：1）始终坚持“先保护后挖掘”的设计理念，在设计阶段就采取必要的措施避免流砂涌入坑道；2）必要的情况下，采取双层插板加以支撑，并在板间加设漏水层，避免渗水过大引起泥沙，进而发生塌方；3）在隧道结构设计上，需要采用昂拱封闭式衬砌，同时，地下水的处理也不能通过隧道排走，从而避免泥沙造成塌方事故。在设计上还需要留有充足的预留沉落量。

5结语

公路隧道建设越来越普及，所穿越的地质条件越来越复杂，给隧道设计工作提出了新的挑战和要求。这就需要在设计阶段根据公路隧道的具体情况，充分把握设计要点，进行科学的论证与分析，从而保证公路隧道设计的安全，提高隧道质量。

参考文献

[1]杨华仕,许有俊.公路隧道线形设计[J].公路,2007(4):184-192.

[2]李伟平.公路隧道设计与施工的现状及问题探讨[J].公路,2011(8):293-297.

[3]李艳春,王洋.浅析公路隧道结构设计体会[J].山西建筑,2010,36(26):295-296.

[4]渡边邦夫.结构设计的新理念、新方法[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.