淺析公路隧道設(shè)計中所存在的問題

劉柏林

摘 要：公路隧道建設(shè)發(fā)展迅猛，它在提高公路標(biāo)準(zhǔn)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及提高運(yùn)營效率中起著重要作用。本文以公路隧道建設(shè)為出發(fā)點(diǎn)，對隧道設(shè)計過程中所出現(xiàn)的常見問題進(jìn)行了分析，并闡述了解決問題的個人觀點(diǎn)，以供同行探討。

關(guān)鍵詞：公路隧道;設(shè)計;問題

0 前言

隧道是山區(qū)公路改善線形、縮短里程、降低標(biāo)高、提高行車速度、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和減輕因廢方造成新危害程度的有效手段。近年來，長大隧道、連拱隧道、小凈距隧道、分岔式隧道相繼建成，這些都標(biāo)志著我國公路隧道的設(shè)計和施工水平躍上了一個新的臺階。隨著公路隧道的快速發(fā)展，設(shè)計和施工中需要研究和探討的問題也逐步顯露出來，總結(jié)公路隧道的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，探討公路隧道設(shè)計過程中的有關(guān)技術(shù)問題，無疑對我國今后隧道建設(shè)有著非常重要的意義。本文作者從設(shè)計角度對隧道工程建設(shè)過程中所出現(xiàn)的幾個常見問題談些個人淺薄見解，以供同行探討。

1 問題

1.1 隧道進(jìn)出洞口轉(zhuǎn)向車道的設(shè)置

在地形條件允許的情況下，隧道進(jìn)出口均需設(shè)置供隧道維修、養(yǎng)護(hù)及應(yīng)急搶險救援時，車輛錯道及掉頭行駛時連接左右洞室的洞外轉(zhuǎn)向車道。為充分發(fā)揮其功能作用，故應(yīng)設(shè)置在離洞門位置40 m～50 m處，以供司機(jī)一個反應(yīng)的時間過程。目前常用的設(shè)置型式：

①X型。該種轉(zhuǎn)向車道設(shè)置型式適合于隧道進(jìn)出口地形非常開闊，左右幅線位中心距離較大且不受洞室外構(gòu)造物影響的情況。如下圖1。

②V型。該種轉(zhuǎn)向車道設(shè)置型式適合于隧道進(jìn)出口地形比較開闊，左右幅線位中心距離逐漸變小但不受洞室外構(gòu)造物影響的情況。如下圖2。

③/型。該種轉(zhuǎn)向車道設(shè)置型式適合于隧道進(jìn)出口地形比較開闊，左右幅線位中心距離逐漸變小且又受洞室外構(gòu)造物影響的情況。如下圖3。

1.2 連拱隧道左右洞分開設(shè)計

連拱隧道洞室開挖跨度大，同一橫斷面內(nèi)左右洞室的地質(zhì)情況可能不一致，因此，要求連拱隧道在外業(yè)勘察設(shè)計時應(yīng)做三條地質(zhì)剖面線。當(dāng)連拱隧道左右洞室地質(zhì)差別不大時，兩洞室可按照較差的一個洞室的地質(zhì)情況進(jìn)行左右對稱襯砌設(shè)計;當(dāng)連拱隧道左右洞室地質(zhì)相差較大時，左右洞襯砌應(yīng)分別按照各自的圍巖級別進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計，中隔墻也應(yīng)進(jìn)行特殊設(shè)計。

1.3 隧道建筑限界及凈空內(nèi)輪廓設(shè)計

隧道建筑限界是為保證隧道內(nèi)車輛行駛、人員通行、檢修和各種設(shè)備不受損害所要求的最小限定空間。隧道凈空斷面是指隧道襯砌內(nèi)輪廓與路面、側(cè)溝所圍成的斷面區(qū)域。在設(shè)計中，應(yīng)充分研究各種車道與公路設(shè)施之間所處的空間關(guān)系，任何部件均不得侵入隧道建筑限界之內(nèi)。同時其應(yīng)滿足超高路段建筑限界的要求，目前比較常見的做法是將建筑限界的部分單元，繞隧道設(shè)計控制線旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的超高橫坡角度，隧道洞室拱圈、邊墻、仰拱襯砌及暗埋水溝均保持不變，僅內(nèi)外側(cè)電纜溝、檢修道及路緣明邊溝等進(jìn)行相應(yīng)的上升或下降平移。

1.4 車行橫洞及緊急停車道的設(shè)置

在隧道內(nèi)用來停放故障車輛、巡檢車輛等臨時停車的區(qū)域，稱為隧道緊急停車帶，要求其設(shè)置間距不宜大于750 m。同時在隧道內(nèi)設(shè)置有供緊急情況時，連接左右洞室的車行、人行避難救援橫通道，依照規(guī)范，車行橫洞間距宜取750 m，人行橫洞間距宜取250 m。為考慮大型車輛在隧道內(nèi)行經(jīng)車行橫洞時的轉(zhuǎn)彎行駛安全，因此宜將車行橫洞與緊急停車道設(shè)置于同一斷面內(nèi)。如下圖4的斜交錯開設(shè)置未考慮緊急情況下救援車輛逆向出入車行橫洞。同時在車行橫洞與隧道主洞室連接處，有采用小半徑圓弧順接的理想設(shè)計思路，如下圖5的斜交圓弧設(shè)置，實(shí)際在施工操作過程中很難實(shí)現(xiàn)，首先是三臨空面處的圓弧控制爆破開挖難以成功，其次是簡易模板臺車難以焊做，使得模筑二次襯砌的質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計要求。

所以，在滿足規(guī)范要求的前提下，并結(jié)合實(shí)際施工運(yùn)營管理情況，緊急停車帶及輔助救援橫通道宜采取下圖6所示的正交布置型式。

1.5 電纜溝槽及沉砂井的設(shè)計

隧道設(shè)計過程中，因?yàn)閷I(yè)的不一致，土建工程與機(jī)電工程的設(shè)計往往不同步，導(dǎo)致電纜溝槽在澆筑完成后難以滿足纜線埋設(shè)的空間所需。因此對于中、長、特長隧道，建議其內(nèi)側(cè)強(qiáng)電纜溝槽的尺寸設(shè)計不得小于70×60 cm2，外側(cè)弱電纜溝槽的尺寸設(shè)計不得小于50×50 cm2。

電纜溝蓋板的設(shè)計，通常在兩相鄰蓋板間留有一道契縫，為便于隧道運(yùn)營期間管線檢修時開啟蓋板操作所用。但火災(zāi)等緊急狀況時，大多數(shù)人的第一反應(yīng)是用水去撲滅火源，一旦消防水通過蓋板間的契縫流入強(qiáng)電纜溝內(nèi)，這樣在未切斷電源情況下的操作是非常危險的。所以應(yīng)將電纜溝蓋板優(yōu)化為標(biāo)準(zhǔn)矩形蓋板，并在其上部設(shè)置起裝吊環(huán)，便于安裝及檢修使用。近年來由于材料科技的創(chuàng)新，可采用高性能混凝土或高分子聚合物等新材料，利用工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)裝配式蓋板，解決管溝設(shè)施維護(hù)強(qiáng)度大、易破損、不美觀的問題。

1.6 襯砌結(jié)構(gòu)支護(hù)工程的優(yōu)化設(shè)計

隧道工程的設(shè)計屬線性的系統(tǒng)工程設(shè)計，每一工點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計將直接影響工程的總造價。

隧道洞室超挖部份及其混凝土回填工程數(shù)量的計量問題。洞室的開挖定額中已考慮了土石方的超挖因素，因此設(shè)計工程數(shù)量中不得再計超挖數(shù)量;其相應(yīng)的回填數(shù)量也同樣在初期支護(hù)的噴射混凝土定額中有體現(xiàn)，所以工程數(shù)量計算中也不得再計超挖回填量。

Ⅴ級圍巖地段仰拱襯砌的初期支護(hù)，設(shè)計習(xí)慣同拱圈襯砌的初期支護(hù)，采用噴射混凝土，建議改為普通素填鋼筋混凝土。如個別地質(zhì)圍巖極差的地段，可以采用小導(dǎo)管或錨桿壓注漿液處理。

不同級別圍巖之間的襯砌加強(qiáng)過渡問題，規(guī)范規(guī)定采用5 m～10 m的襯砌長度過渡。所以，建議在Ⅴ級圍巖向Ⅳ級圍巖過渡時，加強(qiáng)襯砌長度控制在10 m，而Ⅳ級圍巖向Ⅲ級圍巖過渡時，加強(qiáng)襯砌長度控制在8 m，Ⅲ級圍巖向Ⅱ級圍巖過渡時，加強(qiáng)襯砌長度控制在5 m。

1.7 隧道洞口進(jìn)洞方式及明洞設(shè)計

山區(qū)高速公路地質(zhì)、地形復(fù)雜，橋隧比例大，隧道洞口大多處于淺埋偏壓地形地段，對于洞口段若采用常規(guī)的明挖路塹、正交進(jìn)暗洞的方式，均將大幅度增加洞口邊坡開挖高度、洞口開挖量以及防護(hù)工程數(shù)量，對邊仰坡的安全以及洞口環(huán)境的保護(hù)極為不利。因此在隧道洞口的設(shè)計過程中，應(yīng)綜合考慮洞口地質(zhì)、地形情況，采用與洞口環(huán)境相協(xié)調(diào)的明洞襯砌結(jié)構(gòu)及進(jìn)洞方式，盡量少擾動山體，力求“零”開挖進(jìn)洞。

2 結(jié)論

本文旨在通過對隧道工程在設(shè)計過程中所出現(xiàn)的常見問題進(jìn)行分析，并提出了為解決系列問題的個人觀點(diǎn)，與隧道同行共同探討，為今后的隧道工程建設(shè)提供一定的技術(shù)參考。