隧道内线形设计.docx

摘要现阶段国内公路隧道设计的标准基本遵循(公路工程技术标准)(jtj001.97)和公路隧道设计规范)(jtj026-90)，由于其局限性，对隧道洞口的平纵线形以及隧道洞口与洞外的路线线形连接，规定中模糊性较大，从而全国许多设计单位在隧道勘察设计中采用的设计标准合适，但隧道建成后住往在隧道洞口容易出现行车安全事故。本文试图从这些内容阐述线形与行车安全的关系，以供同行讨论。关键词公路隧道平纵线形行车安全高速公路作为现代化的公路交通方式为我国的国民经济建设起到了巨大的促进作用。随着近几年高速公路通车里程的快速增长，尤其是高速公路不断向山区延伸，由于线形布设的局限性，公路隧道的平面线形采用曲线往往不可避免可喜的是，公路设计、管理部门现阶段对高速公路安全问题越来越重视，探讨高速公路运营管理、交通安全设施问题的论文也越来越多，但对高速公路隧道的平纵线形，由于设计规范的局限，设计中许多安全因素容易忽略，因而许多高速公路隧道因线形组合的不尽合理，在隧道内、更多的在洞口段出现行车安全事故本文作者试图通过隧道的平纵线形设计及洞口段平纵组合，分析隧道线形设计对行车安全应注意的几个问题。1隧道的平面线形对公路隧道的平面线形而官，一般公路隧遭以直线隧道较为合适眉直线隧道在隧道的排水、衬砌结构及隧道的路面处理上均较为简单，同时直线隧道对隧道的通风也相对有利但山区高速公路由于受地形、地质条件的限制，隧遭内设置平曲线往往不可避免。考虑到司乘人员在隧道内的墙效应，行车视距相对于隧道外受到了较大的限制以下为隧道内几种小半径平曲线的车辆视距情况：小半径的平曲线也会在隧道内产生较大的路面超高横坡，从而影响隧道结构断面的变异近期笔者有幸参加了我国多家省级公路设计院隧道设计图的咨询工作，发现较多的隧道内平曲线半径较小，大者甚至达到了要求设置5%7的路面超高，隧道内的路面扭曲严重隧道内行车槐角较差，行车安全难以得到保证。建议现行的(公路隧道设计规范)对隧道的路面横坡作出限制，保证隧道内的路面超高不大于4.05.0%。同时考虑到隧道施工的简便，快捷，隧道内平曲线半径更应保证隧道路面不加宽对于高等级公路而言，为保证隧道内满足行车视距要求，以及路面超高的变化，中短隧道内应禁止设置s型反向曲线，长大隧道必须设置s型反向曲线时，其反向曲线间必须按标准设置一段缓和曲线或直线段公路隧道内的乎曲线长度除缓和曲线外圆曲线部分的长度，不应小于3秒行程的要求，当隧道内的路线转角等于或小于7度时，应设置较长的平曲线，其长度应大于jtjoli-94(公路路线设计规范)第7.8.2条中规定的一般值，汽车在曲线上行驶，若曲线长度很短，则方向盘操作必须很快，离心加速度急剧变化，行车安全难于保证：在交角很小的情况下，即使半径很大，驾驶员也感到曲线很短，使方向盘操作失误，同时小偏角、大半径的曲线，容易使驾驶人员产生直线惜觉，出现行车事故公路隧道的纵坡，公路隧道设计规范(jtj02690)规定为不小于0.3%和不大于3.0；独立的明洞和长度小于50m的隧道其纵坡不受此限。隧道要求纵坡大于0.3是其排水功能要求的，但对山区高等级公路、三四级公路而言，不大于3.0%的隧道纵坡布线较为困难，同时意味着设计布线时必须增加隧遭的长度来满足纵坡要求。隧道纵坡主要是受通风条件及行车舒适性等因素控制。对于长大隧道而言，隧道的通风量一般与隧道纵坡的平方级数成正比，因此从洞内卫生条件分析，隧道的纵坡以小为宜建议规范，对长度大于2km的隧道以坡控制在2.02.5%以下；对于1000m以下的山区公路隧道，由于车辆单向行驶产生的活塞风和自然风就足以稀释隧道内的有害气体和烟雾，一般不需要机械通风，同时随着我国车辆性能的不断提高，车辆所产生的co量呈下降趋势，也给隧道内的通风条件带来较为有利的条件因此在高等级公路隧道中，纵坡条件可适当放宽隧道的纵坡可采用高等级公路的路线纵坡标准：对于二、三。四级公路中短隧道而言，由于车辆在隧道内对向行驶，隧道的纵坡标准可适当放宽，宜控制在5.0%以下，以满足现阶段公路建设不断发展的需要但是纵坡的加大必然使隧道内空气质量变差，因而较大纵坡的长隧道应控制行人通行，以免隧道内因通风标准的提高，造成设备的大量增加。为保证隧道内行车在纵面上有较好的行车视距，隧道的竖曲线半径宜大于一般最小值，采用同向纵坡的凹型曲线是合适的，但是隧道内的变坡点不宜过多，且竖曲线之间应保证有一定长度的直坡段，以满足行车视距要求。隧遭洞口两端路基的平、纵面线形应与隧道内洞口的平纵面线形有一段距离保持一致，以满足设置竖曲线和保证各级公路停车或会车视距的要求”，公路隧道设计规范对于曲线线形作出了较为明确的规定，但许多设计人员对平曲线线形、纵面线形相一致的理解存在较大的分歧，因而在隧道洞口产生了许多的行车安全隐患。隧道洞口的平曲线要素点应与洞门的距离保持一定的长度，距离较小时，由于高等级公路车速较快，车辆进出隧道往往使司机在方向上反映不及时，出现交通安全事故，同时在适应光线的快速变化时，容易产生感官的错觉，诱发潜在的危险，因此隧道洞口段应采用直线段或采用同一半径的平曲线。公路选线公路选线 route selection of highway 在公路规划路线的起点、行经地点、终点之间，选定一条技术上可行，经济上合理，而又能符合使用要求的公路中心线的工作。 公路选线要综合考虑路线通过地区的地理位置、社会情况、自然条件和工程的难易，以及路线的性质、使用任务、等级和投资等因素。为此，要做大量的调查研究和分析比较工作。就工作程序来说，公路选线可分为路线基本方向的选择、路线带选择和定线三个阶段。 路线基本方向的选择 公路选线中，根据政治、经济因素所确定的路线必须通过的点(包括起讫点)称为据点；根据自然条件或工程经济所决定的路线应穿过或避开的点称为控制点。一系列的据点和控制点的组合，构成的路线方案就是路线的基本方向。因此，路线基本方向的选择，首先要明确路线在公路网中的位置和作用，以及在整个交通网系中所承担的运输任务。例如，对于大的政治、经济中心点间的干线公路，路线基本方向一般以实现直达运输为主，并适当照顾沿线重要经济点，尽量缩短路线长度，以节省运营时间；地方性公路则以满足地方经济发展和居民的需要为主，可以通过当地的居民点、铁路车站、码头等。路线经过地区应充分利用有利的自然条件，避开那些地形、地质、水文条件复杂的地段。 路线基本走向的选择，通常须要搜集当地的经济、社会和自然等方面的大量资料，在小比例尺(1:250001: 100000)地形图上，拟定几个可行方案进行比较选定。在地形复杂或地区范围大时，也可以通过航空视察，或用航摄照片进行选线。 路 线 带 选 择 在路线基本方向选定的基础上，按地形条件具体选择路线通过的地带，也称路线布局。路线带选择按地形大致可分为平原区选线、山岭区选线和丘陵区选线。 平原区选线 平原地区除盐渍土、河谷漫滩、草原、戈壁、沙漠等地区外，一般为耕地并有较密的居民点的地区。在河网湖沼平原地区，还具有湖泊、水塘、河叉多的特点。 平原区的地形对路线限制较少。两控制点间如无地质不良和地物障碍等，则两控制点的直接连线是最理想的路线。但是一般平原地区，农田密布，灌溉渠道网纵横交错，城镇、居民点和工业设施很多，选线时应根据公路使用要求，进行综合分析，以确定一系列的中间控制点。连接这些控制点，就是选定的路线带。 路线带选择应注意少占好地，处理好与农田水利设施的关系和城镇发展的关系。此外，尽可能不穿越大湖塘、泥沼、洼地，并尽可能靠近建筑材料产地等。 山岭区选线 山岭地区往往是山高谷深，地形复杂。但山脉水系分明，这就基本上决定了山区路线方向选择的两种可能的方案:一是顺山沿水,二是横越河谷和山岭。顺山沿水路线又可按行经地带的部位分为沿河线、越岭线、山脊线、山腰线等线型。 沿河线 一般谷底不宽，两岸阶地较窄，谷坡时缓时陡，间有浅滩和峭壁。山区河流平时流量不大，但山洪暴发时，洪流常夹带泥砂、砾石、树木急速下泻，冲刷河岸,为害甚大。河谷地质复杂,常有滑坍、岩堆、泥石流等病害发生。寒冷地区的背阳峡谷日照少，常有积雪、雪崩和涎流冰等现象。这些自然条件是沿河线选线必须考虑的因素。但沿河线与山区其他线型相比，却具有纵坡平缓，工程量小，施工、养护及运营条件较好等优点，常常是山区选线优先考虑的方案。 沿河线的布设，由于河谷两岸的地形，地质条件往往差别很大，所以，必须慎重考虑河岸的选择、跨河桥位的选择和线位高低的选择。路线是布设在河岸的一边好，还是避开困难工程建跨河桥好，这两者之间应权衡利弊,作出抉择。如图1所示是路线沿河左岸上行至河弯处，有很长一段石壁并间有大型岩堆多处，很难根治，路线宜采用跨河方案。 沿河线的线位选取低线，一般可以采用较高的标准，便于利用有利的自然条件，工程量也较少；其最大的缺点是易受洪水威胁，防护工程较多。高线一般都位于山坡上，路线必然随山势曲折而弯曲，线形较差，工程大；优点是受洪水威胁少。因此，线位高度应根据河谷特征、水文、地质情况结合路线标准和工程经济来选择。 越岭线 横山越岭路线要克服很大的高差。因此选越岭线须从纵坡设计入手，路线的平面位置及长短主要取决于纵坡的安排。越岭线的布设主要应解决的问题是选择垭口；选择过岭的方式；选定垭口两侧山坡的展线方案。选择垭口要考虑越岭方案的重要控制点，应在符合路线基本走向的较大范围内加以选择。 选择过岭方式应考虑因素较多。就过岭方式来说，主要有三种形式：浅挖低填，适用于岭宽脊厚的垭口。深挖垭口,适用于山脊瘦削,地质情况良好的垭口。深挖程度视地形、地质、气象等条件以及两侧展线的要求决定。垭口越瘦，越宜深挖。但地质条件差时，应以不危及路基稳定为度。隧道穿越，当挖深较大，采用隧道比明堑经济，特别是垭口瘦薄，用不长的隧道穿越能大大降低路线爬升高度，缩短展线长度，提高线形标准，减少运营费用，技术经济指标都比较优越时，应该采用公路隧道穿越方案。 选定垭口两侧山坡展线方案是为了克服越岭的高差。所谓展线，就是利用有利地形，人为地展长路线，使路线在允许的坡度范围内逐渐从山脚上升到山顶。越岭展线的方式主要有三种： 自然展线。以适当的坡度，顺着自然地形，绕山嘴、侧沟来展长路线，克服高差。优点是路线走向和基本方向一致，行程和升降统一，路线最短,线形简单,一般技术指标也较高。如无地形或地质障碍，布线应尽可能选用这种方式。 回头展线。利用有利地形设置回头曲线，使路线在山坡上来回盘绕的展线形式（图2）。 其关键是选择回头曲线的位置，一般多利用直径较大，横坡较缓的峁形山包或宽坦山脊，或利用地质、水文地质良好的平缓山坡和地形开阔的山沟或山坳。回头展线设在同一坡面上，对行车、施工、养护都不利，甚至破坏山坡的稳定。应尽量把路线拉开，分散回头曲线，减少回头次数。 螺旋展线。地形特殊地段,路线回转360形成环状的展线形式(图3)。 可使上、下线以隧道或跨线桥的形式穿过。螺旋展线在某些地形条件下可代替一对回头线。它比回头展线有较好的线形，但须建隧道或跨线桥，造价较高。因此，在选定螺旋展线方案时，应根据路线标准、地形条件和回头展线方案进行技术经济比较，以决定取舍。 山脊线 大体上沿分水岭布设的路线。方向顺直,岭宽脊厚，横坡平缓，纵向起伏不大的分水岭是布设山脊线的理想地形。高山地区的分水岭常常是山峰、垭口相间排列，起伏较大。这种地形的山脊线受低垭口的控制，路线须沿分水岭侧坡在垭口之间穿行。平面线形随山势弯曲，纵断面多有起伏。山脊线在一般情况下地质和水文情况良好，路基工程量小，桥涵构造物少。但高山地区山脊线的线位较高，远离居民点；海拔高时空气稀薄，有云雾、积雪、结冰等现象,对行车不利。山脊布线,基本上是沿分水岭走行，路线走向明确，选线主要是选好控制垭口，以及控制垭口之间利于布线的山坡。一般是在初选控制垭口的基础上，再在侧坡布线过程中比较优劣，决定取舍。在其他条件相同时，应争取走山岭的阳坡。 山腰线 泛指布置在高大山岭腰部的路线。沿河高线和越岭线的大部分路段都属于这一类。 丘陵区选线 丘陵地区，山丘连绵，岗坳交错，此起彼伏，山形迂回曲折，岭低脊宽，山坡较缓，丘谷相对高差不大。在这样的地形特点下进行公路选线，在基本方向允许的范围内，一般有较多的局部方案可供选择。选线时应根据地形、水文地质条件，并考虑当地经济发展的需要，经过反复比较后，选取方向顺直，工程量少的方案。 为适应丘陵区地形、地势的特点，平面线形应以舒顺的曲线为主体，避免使用过长的直线；纵断面线形以平、缓坡型为主，允许轻微起伏。丘陵区路线一般可最大限度地做到平、纵、横三面协调，平、纵线形舒顺且配合得当，横断面布置合理。 定 线 在路线带范围内确定公路线的确切位置。常用的方法有地形图定线法和直线定线法。 地形图定线法 也叫纸上定线法。这种方法是在路线带的大比例尺(1:10001:2000)地形图上，找出控制路线的所有特征点。考虑平、纵、横三面的协调，并通过试绘试算和反复修改定出路线的位置。纸上定线是公路定线过程中的一个中间步骤，最终还要把纸上路线敷设到实地上去。这种方法适用于技术标准高，地形复杂地区的路线。 纸上定线可以从图上俯视较大范围的地形情况，能比较容易地找出所有控制路线的特征点，深入细致地研究一切有利和不利条件，以做出不同的方案。定线者在室内对所有方案进行比选，能够较好地解决路线平、纵、横的协调配合。高速公路由于线形标准高，为保证汽车快速、安全、舒适的行驶，对平、纵协调的立体线形设计要求也高，在定线过程中涉及面广，工作量大，多采用纸上定线。但纸上定线必须要较高精度的大比例尺地形图，人工测图不仅精度难以满足要求，且会增长测设周期。 直接定线法 定线人员直接到现场调查分析地形、地质情况，掌握定线带的细部情况,借助方便的仪具,凭定线者对现场的综合判断，定出路线具体位置的方法。 直接定线面对实际地形、地质和水文状况，只要定线者有一定的选线经验，充分掌握资料，反复试验改进，也能得到满意的结果。但它有两个根本弱点：一是现场的工作条件不允许定线者对每一处的自然状况都深入研究，由于视野受到限制，定线时难免顾此失彼，甚至判断错误。二是直接定线的工作程序先在野外选定路线平面，后在室内做纵、横断面设计，这种室内外分开的工作方法，往往难以妥善解决平、纵线形的配合问题。直接定线虽有不足之处，但在地形简易、路线方案不多或等级较低，修建任务紧迫的情况下，为发挥其快速的优点，仍不失为一种重要的方法。 选 线 新 技 术 在公路选线的各个工作阶段都需要掌握详细的地形、地质资料，并需要处理大量的数据。这些工作正日益广泛地应用航测及计算机来完成。 航空目测选线 利用飞机在高空向地面鸟瞰，全面识别地形和地质情况，进行目测或局部摄影，据以选择路线基本方向。航空目测可对较大范围内的地貌和地质概况有个完整的认识。在复杂地段还可进行摄影，在照片上研究各种方案。这种方法适用于大草原、沙漠、大森林和地势险峻的山岭等人员难以到达的困难地区选线。 航摄像片选线 利用沿路线航摄的像片或国家已有的航摄像片及航测资料