公路隧道洞口选线及线形设计

2012-11-29袁英爽

铁道勘察 2012年1期

袁英爽

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 概述

近年来，随着高速公路网不断向山区延伸，山区隧道也越来越多。由于隧道洞口位置选择的不合理导致施工期间的坍塌、开裂，在近年来高速公路隧道修建工程中成为了施工处理最主要的问题之一，而且运营过程中由于隧道洞口线形的一致性不满足规范要求而导致洞口事故频发的案例也屡见不鲜。因此，选择合理的隧道位置及设计合理的隧道洞身及洞口线形，不但利于施工和运营安全，同时有利于自然环境的协调和保护。

2 公路隧道洞口选线的原则［5，7］

隧道洞口位置的确定应遵循“早进洞、晚出洞”的原则，注意边坡及仰坡的稳定。应与周围自然环境相协调，隧道洞口应避开居民点，当不能避开时，应考虑施工爆破对人身及房屋等设施的影响和采取环境保护措施。隧道洞口位置的选择应与隧道前后构造物协调。在桥隧紧接的情况下，应综合考虑洞口与桥跨布局、结构处理的整体性，避免桥隧工程施工相互干扰。

隧道洞口的选择主要受地形和地质条件控制:

①隧道洞口的中线宜与地形等高线接近垂直。条件困难时，宜以大角度斜交进洞，避免与等高线平行进洞。

②隧道洞口应选择在山坡稳定、地质条件较好处，不应设置在偏压很大及严重不良地质地段。沟谷和山凹往往是地表水和地下水的汇集之处，地质构造也多较为软弱破碎，洞口位置应避开沟谷和山凹的中心，尽量在凸出的山坡附近进洞。当沟底高程较高或上跨其他构造物时，应对地表径流作妥善处置，并加强洞口段的防水和排水措施。

③层面不稳定的岩层，开挖后容易引起顺层滑动或坍塌的地段，宜提早进洞。当隧道避开堆积层进洞有困难时，不宜采用清方的办法缩短洞口。应维护山体的稳定和洞口施工的安全，采取接长明洞或采用洞口大管棚及洞口地表注浆加固等工程措施。图1为隧道洞口基本与等高线垂直的情况。

3 洞口选线实例

很多情况下，受地形及其他因素的影响，隧道洞口难以避免在沟谷出洞时，应采用接长明洞的方式，避免洞口开挖较大，诱发滑坡，同时做好排水防护。图2为沿沟心出洞的洞口处理照片。

3.1 隧道沿沟谷出洞的处理措施

山西某高速公路，终点设置隧道，隧道出口紧接已经实施的枢纽互通，路线位置调整空间很小，隧道沿沟谷出洞。结合现场实际情况，经过方案比选，隧道出口采用明洞接长及洞口开挖及防护措施，同时做好洞口排水，最终确定如图3、图4所示位置。

图1 基本与等高线垂直进洞的隧道

图2 沿沟心出洞的洞口处理

图3 沟心出洞平面线形

图4 沟心出洞纵断面线形

3.2 分离式隧道洞口位置的设置

受地形条件控制时，洞口位置可以灵活选择，分离式隧道左右幅洞口位置可以根据地形、地质条件，拉大或缩小洞口间距，采用不平行布线方式。图5所示隧道为山西某高速公路为争取有利洞口位置而采取了拉大洞口间距的处理方式。

图5 拉大洞口间距的隧道洞口平面线形

4 隧道洞口平面线形设计原则

4.1 规范对于洞口线形的要求［7］

(1)隧道洞口内外各3 s设计速度行程长度范围的平面线形应保持一致。

平面线形一致是指洞口内外处于同一个直线或圆曲线内。

缓和曲线内曲率不断变化，不应视为线形一致。

当处于下列两种情况下时，洞内外接线可采用缓和曲线或缓和曲线与圆曲线组合线形，但应在洞口内外线形诱导和光过渡等方面采取措施，保证行车安全:

①路线平纵线形指标较高(平曲线半径大于规范规定的一般平曲线半径最小值的2倍，纵断面最大纵坡小于2%)，行车视距大于停车视距规定值2倍以上，且调整后工程规模增加较大时。

②隧道群之间每个洞口线形均采用理想线形有困难，在平面指标较高、处于上坡进洞，且行车视距满足要求时。

(2)隧道入洞前一定距离内，应设置必要的安全设施和视线诱导标志，保证隧道洞外连接线形均衡过渡。

隧道进出洞口纵坡较大时，不应在洞口设置小半径平曲线。

双洞隧道平面分线应在保证出洞方向线形较顺畅的前提下，灵活选择进洞方向的平面分离点，进洞方向的平面指标不必过高，分离式断面长度不宜过长。

4.2 对规范的理解及某高速公路隧道出洞洞口设置实例

图6为山西某高速公路出洞洞口的平面线形设计，设计速度为80 km/h，将缓和曲线放入洞内，洞口位于平曲线范围，圆曲线在洞口内外均大于3 s设计速度距离(67m)，洞口线形一致。

图6 满足规范的洞口设置

由于洞口光线的强烈变化及公路宽度和行车环境的改变，洞口是事故多发地段。要求洞口线形一致其根本是为了保证行车安全。洞口范围线形一致在实际的工程设计中最根本的是要避免线形的突变。突变主要指:①隧道洞口前后平面指标高，纵坡为大纵坡，而洞口为小半径平曲线和竖曲线;或者洞外指标低，而洞内指标高。②隧道洞口如采用缓和曲线时，超高渐变率过急。

因此，控制洞口线形设计就是要从设计上避免这种不安全的因素，在路线选线和进行平面设计时要尽量做到线形一致，受条件控制，无法避免采用缓和曲线段时，要避免突变。

5 隧道洞口纵断面线形设计原则

隧道洞口内外各3 s设计速度行程范围的纵断面线形应尽量保持一致，有条件时宜取5 s设计速度行程［5］。

隧道洞口的纵坡，宜设置一定长度的直坡段，以使驾乘人员有较好的行车视距。当条件困难不能满足上述要求时，应采用较大的竖曲线半径，当隧道设计速度大于等于60 km/h时，隧道洞口竖曲线半径应满足视觉所需的最小竖曲线半径［7］。图7为隧道洞口设置满足视距要求的竖曲线。

图7 隧道洞口设置满足视距要求的竖曲线

6 隧道洞内线形

6.1 规范规定的隧道平面线形设计原则［7］

隧道平面线形应综合考虑地形地质条件、洞口接线、隧道通风、车辆运行安全和施工条件等因素，并与隧道自身建设条件及连接区间的公路整体线形协调一致而选定。

特长隧道宜采用直线形。高速公路、一级公路的长、中隧道及各等级公路的短隧道的平面线形应服从路线布设的需要，且宜采用直线或较大半径的曲线。中短隧道的平面线形宜同洞外路线线形，不应在隧道内出现过大超高。

应保证高等级公路隧道内车辆行车安全和行车舒适性。隧道设计速度大于或等于80 km/h时，隧道内平曲线最小半径不宜小于8倍行车速度;当隧道设计速度小于80 km/h时，隧道内平曲线半径不宜小于10倍行车速度。

隧道内不宜采用S形曲线，受条件限制采用时S形曲线半径之比以小于等于2为宜。

6.2 对规范的理解和应用

在进行隧道线形设计时，设计人员一般更倾向于设置直线隧道，认为其行车更为顺畅、施工更方便。在运营过程中曲线隧道有助于驾驶员控制洞内车速，提高注意力，并能更好地解决光过渡和眼睛适应问题，建议隧道洞口以多采用曲线线形为好(如图8、图9所示)。

图8 修改前的S形隧道线形

图9 修改后在洞口段设置曲线的隧道线形

长大隧道洞内线形以采用直线为好，S线形对施工条件、通风等要求高，同时不应采用较大的超高。

6.3 隧道纵断面线形

(1)规范规定的纵断面设计原则［7］

隧道纵断面线形，应以行车安全、排水、通风、防灾为基础，并根据施工期间的排水、出渣、材料运输等要求确定。隧道内应尽量设置缓坡，但隧道内最小纵坡不应小于0.3%。

特长、长隧道纵坡宜控制在2.5%以下，中短隧道最大纵坡宜控制在3%以下。中短隧道受地形等条件限制时，应综合权衡隧道后期运营与工程建设费用，采用一定措施提高隧道行车安全性后，最大纵坡可适当加大到4%;在特别困难的条件下，经技术经济论证，最大纵坡还可加大至5%。短于100m的隧道，隧道纵坡可与隧道外路线的纵坡相同。

隧道内宜采用单向坡。地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向人字坡。隧道内纵坡变化处应设置大半径竖曲线平缓过渡，以保证驾驶员有足够的视线。

(2)对规范的理解

这里采用单向坡主要考虑路线在条件允许时，没必要损失高程，给车辆运行造成不必要的能量损失，但如果为了与平面线形更合理地配合或考虑通风、防排水等可采用双向人字坡。

洞口变坡尽量放在洞外(见图10)，并满足3 s设计速度距离，并设置满足视距要求的大半径竖曲线，以保证洞口内外行车安全。

7 结论

近年来隧道洞口事故率的增加，使得人们对隧道洞口位置及线形设计引起越来越多的关注和研究，注重自然环境的保护、保证隧道洞口施工及运营安全在公路尤其高速公路设计过程中是一项非常重要的工作，避免隧道洞口线形的突变，保持洞口线形的一致性，保证视距要求是隧道洞口线形设计的最核心的要点。同时，隧道及洞口线形设计又是一项综合性的工作，应以安全为原则，综合考虑路线线形、地质条件、防水排水、消防通风、施工条件等因素，确定合理的隧道洞口位置和线形。