公路隧道设计方法

公路隧道是专供汽车运输行驶的通道。 随着社会经济和生产的发展，高速公路大量出现，对道路的修建技术提出了较高的标准，要求线路顺直、坡度平缓、路面宽敞等。因此在道路穿越山区时，过去盘山绕行的方案多改为隧道方案。

隧道的修建在改善公路技术状态、缩短运行距离、提高运输能力、减少事故等方面起到重要的作用。

 

公路隧道的主体建筑物一般由 洞身、衬砌和洞门 组成，在洞口容易坍塌的地段，还加建明洞。隧道的附属构筑物有防水和排水设施、通风和照明设施、交通信号设施以及应急设施等。公路隧道设计通常先进行方案设计，然后进行隧道的平面和纵断面、净空、衬砌等具体设计。

 

1.方案设计

方案设计是指： 在对隧道所处地区的地形、地质、气象、水文、社会和自然环境以及有关法规调查的基础上，对隧道的总体布局进行全面的考虑；对隧道修建的工程量进行大致的估算；对隧道施工安全性进行认真的分析；对隧道的用途和远期规划进行充分的估量；对环境的影响进行综合的评价，从而确定隧道修筑工程投资经济、技术合理、收益大的方案。

2.平面和纵断面设计

隧道平面尽可能采用直线。 在必须采用曲线时，应尽可能采用大半径曲线。同时要考虑到洞门位置，以及引线、辅助导坑、通风竖井等辅助设施的位置等。隧道并设或交叉，或接近其他建筑物时，相互间应有足够的距离。洞门是隧道两端的出入口，洞门位置的确定将影响到隧道的长度、线形和施工的难易。

公路隧道纵断面的纵坡，一般在考虑使用要求、施工及排水等条件下尽可能取较平缓的坡度。纵坡坡度的确定，将影响车辆行驶时排出有害气体的数量，施工出碴和运送材料的效率，以及涌水排出的流速等。

 

3.净空设计

净空是隧道衬砌内轮廓线所包围的空间。 主要指标是隧道的宽度和高度。设计公路隧道宽度时，一般是在路线的设计车速和交通量的基础上，根据隧道长度、地质条件、围岩压力、施工难易程度、通风方式、排水等条件确定。公路隧道通常按汽车、自行车和行人同时通过来规划。城市内或市郊附近行人很多的隧道，可将行人与行车分设，山岭地区修建的长大隧道，也可不设人行道。公路隧道净空高度一般由汽车载货的限制高度加上一定的富余量来确定的。隧道断面为适应围岩压力的要求，可采用马蹄形、直墙拱形、圆形、矩形和带仰拱的断面等。

为了给车辆以设计速度安全行驶的最必要的空间，在公路工程技术标准中对公路隧道规定了“建筑限界”。建筑限界的形状和尺寸主要是根据车辆轮廓规定的。通风道及其他附属管线，可利用天棚以上或路面版以下的空间敷设。

4.隧道衬砌

隧道衬砌是指为防止土、石风化和坍塌，阻止地下水流入隧道而沿隧道周边建造的结构物。 通常用石料、混凝土和钢筋混凝土就地砌筑，或用混凝土、钢筋混凝土、铸铁或钢材做成预制构件拼装而成。

5.通风方式

机动车辆通过隧道时排出的废气，含有多种对人体有害的物质，柴油车排出的黑烟和车辆卷起的尘埃还会降低隧道内的能见度。因此，通风的目的就是要保证隧道内空气符合卫生标准和有足够的透光率。

隧道通风主要是采用从隧道外部引进新鲜空气的方法。 由汽车活塞效应所产生的交通风风量同自然风产生的风量总和，大于隧道内相应交通量所需通风量时，采用自然通风方式即可，否则需要采用机械通风方式。

隧道长度和交通量是选择通风方式的主要依据，此外还要考虑隧道种类、地形、地质、气象等影响因素。 机械通风方式按风的流动方向可分为纵向式通风和横向式通风。前者风的流动方向与隧道轴线方向一致，后者风的流动方向与隧道轴线方向正交。路线坡度、海拔标高、车速以及隧道横断面面积，车流的构成等，对通风量均有影响。实现机械通风的主要设备是通风机，可分为轴流式通风机和离心式通风机。

6.照明设施

隧道照明指隧道内的基本照明和洞口附近的缓和照明。基本照明是在隧道中部，为保证以设计车速行驶的车辆和行人安全通过隧道所需要的最低照明标准。驾驶人员由亮视场突然进入暗视场时，视觉机能有一个适应过程。为保证视觉机能的连续性，在洞外连接洞口的引道及驾驶员视野范围内，白天需要采取遮光措施，在洞内连接洞口的一段长度里需要进行缓和照明。同时， 引道与洞内缓和段之间的亮度变化率，应有一个界限，以保证视觉连续和暗适应的过度 。缓和照明段的长度决定于停车视距或驾驶人员的暗适应时间与设计车速的乘积。

 

7.内部装修

隧道内部装修指隧道内的路面铺设，墙面和天棚的装修，以及隧道内吸声设施的安装等。路面应用明亮的、横向抗滑性能好的，便于养护的材料筑成。墙面用反射率好的材料装修能保持良好的照明效果，交通量大的重要隧道常采用便于清洗的墙面材料。隧道内车辆产生的噪声在衬砌和路面上反射引起共鸣，残余音响时间为洞外的数千倍，需要安装吸声设备。

随着BIM技术应用的深入，在隧道工程设计中，利用BIM可视化三维设计，不仅有助于设计方案的比选，还能对重大风险源等施工难点，进行可视化分析，提前预知风险点。