隧道內(nèi)線形設(shè)計(jì)

1、. .摘要現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)公路隧道設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)根本遵循(公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn))(JTJ001.97)和"公路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn))(JTJ026-90)，由于其局限性，對(duì)隧道洞口的平縱線形以及隧道洞口與洞外的路線線形連接，規(guī)定中模糊性較大，從而全國(guó)許多設(shè)計(jì)單位在隧道勘察設(shè)計(jì)中采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)適宜，但隧道建成后住往在隧道洞口容易出現(xiàn)行車平安事故。本文試圖從這些內(nèi)容闡述線形與行車平安的關(guān)系，以供同行討論。關(guān)鍵詞公路隧道平縱線形行車平安高速公路作為現(xiàn)代化的公路交通方式為我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)建立起到了巨大的促進(jìn)作用。隨著近幾年高速公路通車?yán)锍痰目焖僭鲩L(zhǎng)，尤其是高速公路不斷向山區(qū)延伸，由于線形布設(shè)的局限性，公路隧道的平面

2、線形采用曲線往往不可防止可喜的是，公路設(shè)計(jì)、管理部門現(xiàn)階段對(duì)高速公路平安問(wèn)題越來(lái)越重視，探討高速公路運(yùn)營(yíng)管理、交通平安設(shè)施問(wèn)題的論文也越來(lái)越多，但對(duì)高速公路隧道的平縱線形，由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的局限，設(shè)計(jì)中許多平安因素容易忽略，因而許多高速公路隧道因線形組合的不盡合理，在隧道內(nèi)、更多的在洞口段出現(xiàn)行車平安事故本文作者試圖通過(guò)隧道的平縱線形設(shè)計(jì)及洞口段平縱組合，分析隧道線形設(shè)計(jì)對(duì)行車平安應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。1隧道的平面線形對(duì)公路隧道的平面線形而官，一般公路隧遭以直線隧道較為適宜眉直線隧道在隧道的排水、襯砌構(gòu)造及隧道的路面處理上均較為簡(jiǎn)單，同時(shí)直線隧道對(duì)隧道的通風(fēng)也相對(duì)有利但山區(qū)高速公路由于受地形、地質(zhì)條件

3、的限制，隧遭內(nèi)設(shè)置平曲線往往不可防止?？紤]到司乘人員在隧道內(nèi)的墻效應(yīng)，行車視距相對(duì)于隧道外受到了較大的限制以下為隧道內(nèi)幾種小半徑平曲線的車輛視距情況：小半徑的平曲線也會(huì)在隧道內(nèi)產(chǎn)生較大的路面超高橫坡，從而影響隧道構(gòu)造斷面的變異近期筆者有幸參加了我國(guó)多家省級(jí)公路*隧道設(shè)計(jì)圖的咨詢工作，發(fā)現(xiàn)較多的隧道內(nèi)平曲線半徑較小，大者甚至到達(dá)了要求設(shè)置5%7的路面超高，隧道內(nèi)的路面扭曲嚴(yán)重隧道內(nèi)行車槐角較差，行車平安難以得到保證。建議現(xiàn)行的(公路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn))對(duì)隧道的路面橫坡作出限制，保證隧道內(nèi)的路面超高不大于4.05.0%。同時(shí)考慮到隧道施工的簡(jiǎn)便，快捷，隧道內(nèi)平曲線半徑更應(yīng)保證隧道路面不加寬對(duì)于高等級(jí)公路

4、而言，為保證隧道內(nèi)滿足行車視距要求，以及路面超高的變化，中短隧道內(nèi)應(yīng)制止設(shè)置S型反向曲線，長(zhǎng)大隧道必須設(shè)置S型反向曲線時(shí)，其反向曲線間必須按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置一段緩和曲線或直線段公路隧道內(nèi)的乎曲線長(zhǎng)度除緩和曲線外圓曲線局部的長(zhǎng)度，不應(yīng)小于3秒行程的要求，當(dāng)隧道內(nèi)的路線轉(zhuǎn)角等于或小于7度時(shí)，應(yīng)設(shè)置較長(zhǎng)的平曲線，其長(zhǎng)度應(yīng)大于JTJOlI-94(公路路線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn))第7.8.2條中規(guī)定的一般值，汽車在曲線上行駛，假設(shè)曲線長(zhǎng)度很短，那么方向盤操作必須很快，離心加速度急劇變化，行車平安難于保證：在交角很小的情況下，即使半徑很大，駕駛員也感到曲線很短，使方向盤操作失誤，同時(shí)小偏角、大半徑的曲線，容易使駕駛?cè)藛T產(chǎn)生直線

5、惜覺(jué)，出現(xiàn)行車事故公路隧道的縱坡，"公路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)"(JTJ02690)規(guī)定為不小于0.3%和不大于3.0；獨(dú)立的明洞和長(zhǎng)度小于50m的隧道其縱坡不受此限。隧道要求縱坡大于0.3是其排水功能要求的，但對(duì)山區(qū)高等級(jí)公路、三四級(jí)公路而言，不大于3.0%的隧道縱坡布線較為困難，同時(shí)意味著設(shè)計(jì)布線時(shí)必須增加隧遭的長(zhǎng)度來(lái)滿足縱坡要求。隧道縱坡主要是受通風(fēng)條件及行車舒適性等因素控制。對(duì)于長(zhǎng)大隧道而言，隧道的通風(fēng)量一般與隧道縱坡的平方級(jí)數(shù)成正比，因此從洞內(nèi)衛(wèi)生條件分析，隧道的縱坡以小為宜建議標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)長(zhǎng)度大于2km的隧道以坡控制在2.02.5%以下；對(duì)于1000m以下的山區(qū)公路隧道，由于

6、車輛單向行駛產(chǎn)生的活塞風(fēng)和自然風(fēng)就足以稀釋隧道內(nèi)的有害氣體和煙霧，一般不需要機(jī)械通風(fēng)，同時(shí)隨著我國(guó)車輛性能的不斷提高，車輛所產(chǎn)生的CO量呈下降趨勢(shì)，也給隧道內(nèi)的通風(fēng)條件帶來(lái)較為有利的條件因此在高等級(jí)公路隧道中，縱坡條件可適當(dāng)放寬隧道的縱坡可采用高等級(jí)公路的路線縱坡標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)于二、三。四級(jí)公路中短隧道而言，由于車輛在隧道內(nèi)對(duì)向行駛，隧道的縱坡標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)放寬，宜控制在5.0%以下，以滿足現(xiàn)階段公路建立不斷開展的需要但是縱坡的加大必然使隧道內(nèi)空氣質(zhì)量變差，因而較大縱坡的長(zhǎng)隧道應(yīng)控制行人通行，以免隧道內(nèi)因通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)的提高，造成設(shè)備的大量增加。為保證隧道內(nèi)行車在縱面上有較好的行車視距，隧道的豎曲線半徑宜大于

7、一般最小值，采用同向縱坡的凹型曲線是適宜的，但是隧道內(nèi)的變坡點(diǎn)不宜過(guò)多，且豎曲線之間應(yīng)保證有一定長(zhǎng)度的直坡段，以滿足行車視距要求。隧遭洞口兩端路基的平、縱面線形應(yīng)與隧道內(nèi)洞口的平縱面線形有一段距離保持一致，以滿足設(shè)置豎曲線和保證各級(jí)公路停車或會(huì)車視距的要求，"公路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)"對(duì)于曲線線形作出了較為明確的規(guī)定，但許多設(shè)計(jì)人員對(duì)平曲線線形、縱面線形相一致的理解存在較大的分歧，因而在隧道洞口產(chǎn)生了許多的行車平安隱患。隧道洞口的平曲線要素點(diǎn)應(yīng)與洞門的距離保持一定的長(zhǎng)度，距離較小時(shí)，由于高等級(jí)公路車速較快，車輛進(jìn)出隧道往往使司機(jī)在方向上反映不及時(shí)，出現(xiàn)交通平安事故，同時(shí)在適應(yīng)光線的

8、快速變化時(shí)，容易產(chǎn)生感官的錯(cuò)覺(jué)，誘發(fā)潛在的危險(xiǎn)，因此隧道洞口段應(yīng)采用直線段或采用同一半徑的平曲線。公路選線公路選線route selection of highway 在公路規(guī)劃路線的起點(diǎn)、行經(jīng)地點(diǎn)、終點(diǎn)之間，選定一條技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，而又能符合使用要求的公路中心線的工作。公路選線要綜合考慮路線通過(guò)地區(qū)的地理位置、社會(huì)情況、自然條件和工程的難易，以及路線的性質(zhì)、使用任務(wù)、等級(jí)和投資等因素。為此，要做大量的調(diào)查研究和分析比較工作。就工作程序來(lái)說(shuō)，公路選線可分為路線根本方向的選擇、路線帶選擇和定線三個(gè)階段。路線根本方向的選擇公路選線中，根據(jù)政治、經(jīng)濟(jì)因素所確定的路線必須通過(guò)的點(diǎn)(包括起訖點(diǎn))

9、稱為據(jù)點(diǎn)；根據(jù)自然條件或工程經(jīng)濟(jì)所決定的路線應(yīng)穿過(guò)或避開的點(diǎn)稱為控制點(diǎn)。一系列的據(jù)點(diǎn)和控制點(diǎn)的組合，構(gòu)成的路線方案就是路線的根本方向。因此，路線根本方向的選擇，首先要明確路線在公路網(wǎng)中的位置和作用，以及在整個(gè)交通網(wǎng)系中所承擔(dān)的運(yùn)輸任務(wù)。例如，對(duì)于大的政治、經(jīng)濟(jì)中心點(diǎn)間的干線公路，路線根本方向一般以實(shí)現(xiàn)直達(dá)運(yùn)輸為主，并適當(dāng)照顧沿線重要經(jīng)濟(jì)點(diǎn)，盡量縮短路線長(zhǎng)度，以節(jié)省運(yùn)營(yíng)時(shí)間；地方性公路那么以滿足地方經(jīng)濟(jì)開展和居民的需要為主，可以通過(guò)當(dāng)?shù)氐木用顸c(diǎn)、鐵路車站、碼頭等。路線經(jīng)過(guò)地區(qū)應(yīng)充分利用有利的自然條件，避開那些地形、地質(zhì)、水文條件復(fù)雜的地段。路線根本走向的選擇，通常須要搜集當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、社會(huì)和自然等

10、方面的大量資料，在小比例尺(1:250001: 100000)地形圖上，擬定幾個(gè)可行方案進(jìn)展比較選定。在地形復(fù)雜或地區(qū)范圍大時(shí)，也可以通過(guò)航空視察，或用航攝照片進(jìn)展選線。路線帶選擇在路線根本方向選定的根底上，按地形條件具體選擇路線通過(guò)的地帶，也稱路線布局。路線帶選擇按地形大致可分為平原區(qū)選線、山嶺區(qū)選線和丘陵區(qū)選線。平原區(qū)選線平原地區(qū)除鹽漬土、河谷漫灘、草原、戈壁、沙漠等地區(qū)外，一般為耕地并有較密的居民點(diǎn)的地區(qū)。在河網(wǎng)湖沼平原地區(qū)，還具有湖泊、水塘、河叉多的特點(diǎn)。平原區(qū)的地形對(duì)路線限制較少。兩控制點(diǎn)間如無(wú)地質(zhì)不良和地物障礙等，那么兩控制點(diǎn)的直接連線是最理想的路線。但是一般平原地區(qū)，農(nóng)田密布，灌

11、溉渠道網(wǎng)縱橫交織，城鎮(zhèn)、居民點(diǎn)和工業(yè)設(shè)施很多，選線時(shí)應(yīng)根據(jù)公路使用要求，進(jìn)展綜合分析，以確定一系列的中間控制點(diǎn)。連接這些控制點(diǎn)，就是選定的路線帶。路線帶選擇應(yīng)注意少占好地，處理好與農(nóng)田水利設(shè)施的關(guān)系和城鎮(zhèn)開展的關(guān)系。此外，盡可能不穿越大湖塘、泥沼、洼地，并盡可能靠近建筑材料產(chǎn)地等。山嶺區(qū)選線山嶺地區(qū)往往是山高谷深，地形復(fù)雜。但山脈水系清楚，這就根本上決定了山區(qū)路線方向選擇的兩種可能的方案:一是順山沿水,二是橫越河谷和山嶺。順山沿水路線又可按行經(jīng)地帶的部位分為沿河線、越嶺線、山脊線、山腰線等線型。沿河線一般谷底不寬，兩岸階地較窄，谷坡時(shí)緩時(shí)陡，間有淺灘和峭壁。山區(qū)河流平時(shí)流量不大，但山洪爆發(fā)時(shí)，

12、洪流常夾帶泥砂、礫石、樹木急速下瀉，沖刷河岸,為害甚大。河谷地質(zhì)復(fù)雜,常有滑坍、巖堆、泥石流等病害發(fā)生。寒冷地區(qū)的背陽(yáng)峽谷日照少，常有積雪、雪崩和涎流冰等現(xiàn)象。這些自然條件是沿河線選線必須考慮的因素。但沿河線與山區(qū)其他線型相比，卻具有縱坡平緩，工程量小，施工、養(yǎng)護(hù)及運(yùn)營(yíng)條件較好等優(yōu)點(diǎn)，常常是山區(qū)選線優(yōu)先考慮的方案。沿河線的布設(shè)，由于河谷兩岸的地形，地質(zhì)條件往往差異很大，所以，必須慎重考慮河岸的選擇、跨河橋位的選擇和線位上下的選擇。路線是布設(shè)在河岸的一邊好，還是避開困難工程建跨河橋好，這兩者之間應(yīng)權(quán)衡利弊,作出抉擇。如圖1所示是路線沿河左岸上行至河彎處，有很長(zhǎng)一段石壁并間有大型巖堆多處，很難根治

13、，路線宜采用跨河方案。沿河線的線位選取低線，一般可以采用較高的標(biāo)準(zhǔn)，便于利用有利的自然條件，工程量也較少；其最大的缺點(diǎn)是易受洪水威脅，防護(hù)工程較多。高線一般都位于山坡上，路線必然隨山勢(shì)曲折而彎曲，線形較差，工程大；優(yōu)點(diǎn)是受洪水威脅少。因此，線位高度應(yīng)根據(jù)河谷特征、水文、地質(zhì)情況結(jié)合路線標(biāo)準(zhǔn)和工程經(jīng)濟(jì)來(lái)選擇。越嶺線橫山越嶺路線要抑制很大的高差。因此選越嶺線須從縱坡設(shè)計(jì)入手，路線的平面位置及長(zhǎng)短主要取決于縱坡的安排。越嶺線的布設(shè)主要應(yīng)解決的問(wèn)題是選擇埡口；選擇過(guò)嶺的方式；選定埡口兩側(cè)山坡的展線方案。選擇埡口要考慮越嶺方案的重要控制點(diǎn)，應(yīng)在符合路線根本走向的較大范圍內(nèi)加以選擇。選擇過(guò)嶺方式應(yīng)考慮因素

14、較多。就過(guò)嶺方式來(lái)說(shuō)，主要有三種形式：淺挖低填，適用于嶺寬脊厚的埡口。深挖埡口,適用于山脊瘦削,地質(zhì)情況良好的埡口。深挖程度視地形、地質(zhì)、氣象等條件以及兩側(cè)展線的要求決定。埡口越瘦，越宜深挖。但地質(zhì)條件差時(shí)，應(yīng)以不危及路基穩(wěn)定為度。隧道穿越，當(dāng)挖深較大，采用隧道比明塹經(jīng)濟(jì)，特別是埡口瘦薄，用不長(zhǎng)的隧道穿越能大大降低路線爬升高度，縮短展線長(zhǎng)度，提高線形標(biāo)準(zhǔn)，減少運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都比較優(yōu)越時(shí)，應(yīng)該采用公路隧道穿越方案。選定埡口兩側(cè)山坡展線方案是為了抑制越嶺的高差。所謂展線，就是利用有利地形，人為地展長(zhǎng)路線，使路線在允許的坡度范圍內(nèi)逐漸從山腳上升到山頂。越嶺展線的方式主要有三種：自然展線。以適

15、當(dāng)?shù)钠露?，順著自然地形，繞山嘴、側(cè)溝來(lái)展長(zhǎng)路線，抑制高差。優(yōu)點(diǎn)是路線走向和根本方向一致，行程和升降統(tǒng)一，路線最短,線形簡(jiǎn)單,一般技術(shù)指標(biāo)也較高。如無(wú)地形或地質(zhì)障礙，布線應(yīng)盡可能選用這種方式?；仡^展線。利用有利地形設(shè)置回頭曲線，使路線在山坡上來(lái)回盤繞的展線形式圖2。其關(guān)鍵是選擇回頭曲線的位置，一般多利用直徑較大，橫坡較緩的峁形山包或?qū)捥股郊?，或利用地質(zhì)、水文地質(zhì)良好的平緩山坡和地形開闊的山溝或山坳?；仡^展線設(shè)在同一坡面上，對(duì)行車、施工、養(yǎng)護(hù)都不利，甚至破壞山坡的穩(wěn)定。應(yīng)盡量把路線拉開，分散回頭曲線，減少回頭次數(shù)。螺旋展線。地形特殊地段,路線回轉(zhuǎn)360°形成環(huán)狀的展線形式(圖3)?？墒股?/p>

16、、下線以隧道或跨線橋的形式穿過(guò)。螺旋展線在某些地形條件下可代替一對(duì)回頭線。它比回頭展線有較好的線形，但須建隧道或跨線橋，造價(jià)較高。因此，在選定螺旋展線方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)路線標(biāo)準(zhǔn)、地形條件和回頭展線方案進(jìn)展技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以決定取舍。山脊線大體上沿分水嶺布設(shè)的路線。方向順直,嶺寬脊厚，橫坡平緩，縱向起伏不大的分水嶺是布設(shè)山脊線的理想地形。高山地區(qū)的分水嶺常常是山峰、埡口相間排列，起伏較大。這種地形的山脊線受低埡口的控制，路線須沿分水嶺側(cè)坡在埡口之間穿行。平面線形隨山勢(shì)彎曲，縱斷面多有起伏。山脊線在一般情況下地質(zhì)和水文情況良好，路基工程量小，橋涵構(gòu)造物少。但高山地區(qū)山脊線的線位較高，遠(yuǎn)離居民點(diǎn)；海拔高時(shí)

17、空氣稀薄，有云霧、積雪、結(jié)冰等現(xiàn)象,對(duì)行車不利。山脊布線,根本上是沿分水嶺走行，路線走向明確，選線主要是選好控制埡口，以及控制埡口之間利于布線的山坡。一般是在初選控制埡口的根底上，再在側(cè)坡布線過(guò)程中比較優(yōu)劣，決定取舍。在其他條件一樣時(shí)，應(yīng)爭(zhēng)取走山嶺的陽(yáng)坡。山腰線泛指布置在高大山嶺腰部的路線。沿河高線和越嶺線的大局部路段都屬于這一類。丘陵區(qū)選線丘陵地區(qū)，山丘連綿，崗坳交織，此起彼伏，山形迂回曲折，嶺低脊寬，山坡較緩，丘谷相對(duì)高差不大。在這樣的地形特點(diǎn)下進(jìn)展公路選線，在根本方向允許的范圍內(nèi)，一般有較多的局部方案可供選擇。選線時(shí)應(yīng)根據(jù)地形、水文地質(zhì)條件，并考慮當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)開展的需要，經(jīng)過(guò)反復(fù)比較后，選取

18、方向順直，工程量少的方案。為適應(yīng)丘陵區(qū)地形、地勢(shì)的特點(diǎn)，平面線形應(yīng)以舒順的曲線為主體，防止使用過(guò)長(zhǎng)的直線；縱斷面線形以平、緩坡型為主，允許輕微起伏。丘陵區(qū)路線一般可最大限度地做到平、縱、橫三面協(xié)調(diào)，平、縱線形舒順且配合得當(dāng)，橫斷面布置合理。定線在路線帶范圍內(nèi)確定公路線確實(shí)切位置。常用的方法有地形圖定線法和直線定線法。地形圖定線法也叫紙上定線法。這種方法是在路線帶的大比例尺(1:10001:2000)地形圖上，找出控制路線的所有特征點(diǎn)?？紤]平、縱、橫三面的協(xié)調(diào)，并通過(guò)試?yán)L試算和反復(fù)修改定出路線的位置。紙上定線是公路定線過(guò)程中的一個(gè)中間步驟，最終還要把紙上路線敷設(shè)到實(shí)地上去。這種方法適用于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

19、高，地形復(fù)雜地區(qū)的路線。紙上定線可以從圖上俯視較大范圍的地形情況，能比較容易地找出所有控制路線的特征點(diǎn)，深入細(xì)致地研究一切有利和不利條件，以做出不同的方案。定線者在室內(nèi)對(duì)所有方案進(jìn)展比選，能夠較好地解決路線平、縱、橫的協(xié)調(diào)配合。高速公路由于線形標(biāo)準(zhǔn)高，為保證汽車快速、平安、舒適的行駛，對(duì)平、縱協(xié)調(diào)的立體線形設(shè)計(jì)要求也高，在定線過(guò)程中涉及面廣，工作量大，多采用紙上定線。但紙上定線必須要較高精度的大比例尺地形圖，人工測(cè)圖不僅精度難以滿足要求，且會(huì)增長(zhǎng)測(cè)設(shè)周期。直接定線法定線人員直接到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析地形、地質(zhì)情況，掌握定線帶的細(xì)部情況,借助方便的儀具,憑定線者對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的綜合判斷，定出路線具體位置的方法。

20、直接定線面對(duì)實(shí)際地形、地質(zhì)和水文狀況，只要定線者有一定的選線經(jīng)歷，充分掌握資料，反復(fù)試驗(yàn)改進(jìn)，也能得到滿意的結(jié)果。但它有兩個(gè)根本弱點(diǎn)：一是現(xiàn)場(chǎng)的工作條件不允許定線者對(duì)每一處的自然狀況都深入研究，由于視野受到限制，定線時(shí)難免顧此失彼，甚至判斷錯(cuò)誤。二是直接定線的工作程序先在野外選定路線平面，后在室內(nèi)做縱、橫斷面設(shè)計(jì)，這種室內(nèi)外分開的工作方法，往往難以妥善解決平、縱線形的配合問(wèn)題。直接定線雖有缺乏之處，但在地形簡(jiǎn)易、路線方案不多或等級(jí)較低，修建任務(wù)緊迫的情況下，為發(fā)揮其快速的優(yōu)點(diǎn)，仍不失為一種重要的方法。選線新技術(shù)在公路選線的各個(gè)工作階段都需要掌握詳細(xì)的地形、地質(zhì)資料，并需要處理大量的數(shù)據(jù)。這些工作正日益廣泛地應(yīng)用航測(cè)及計(jì)算機(jī)來(lái)完成。航空目測(cè)選線利用飛機(jī)在高空向地面鳥瞰，全面識(shí)別地形和地質(zhì)情況，進(jìn)展目測(cè)或局部攝影，據(jù)以選擇路線根本方向。航空目測(cè)可對(duì)較大范圍內(nèi)的地貌和地質(zhì)概況有個(gè)完整的認(rèn)識(shí)。在復(fù)雜地段還可進(jìn)展攝影，在照片上研究各種方案。這種方法適用于大草原、沙漠、大森林和地勢(shì)險(xiǎn)峻的山嶺等人員難以到達(dá)的困難地區(qū)選線。航攝像片選線利用沿路線航攝的像片或國(guó)家已有的航攝像片及航