透析公路隧道平面线形设计

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一、前言

近年来，随着国家公路网建设的逐渐推进，高速公路通车里程快速增长，并不断向山区延伸。由于山岭区地形、地质条件复杂，公路隧道的平面线形采用曲线已不可避免，但因老的设计规范的局限，公路隧道常常因线形组合的不合理而出现行车安全事故。针对以往在隧道线形设计中存在的问题，2004年交通部实施的新的《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）和《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）中对老的规范中一些模糊性较大的规定进行了补充和明确，如隧道洞口的平纵线形以及洞口与洞外的路线线形连接等都进行了较详细的说明，使得隧道的线形设计更趋于合理性，但对于隧道平曲线的一些规定仍然不能满足实际的需要，尤其是对于山区高速公路，在展线存在很大困难的条件下，为了克服地形高差带来的大纵坡，设置半径较小的隧道平曲线往往很难避免，以至于在特殊路段不得不做出突破现行规范的一些设计。这些在设计工作中不断凸显出来的问题表明，山岭区隧道的线形设计还存在着许多值得商榷的地方。

二、山岭区隧道平面线形设计的原则及现状

1．一般原则一般而言，隧道线形设计除了服从路线走向外，还要着重考虑地形、地质及水文条件，而后者往往对隧道平面线形的设计起着决定性作用。如在选线时，隧道通常选择在垭口或“竹笋”形稳定的山体中，尽量避免穿越不良地质带，同时还要顾及到隧道的进出口位置，尽量使路线走向与地形等高线垂直，且左右两侧山体基本对称等，这些都是由地形、地质条件所决定。其实，在以往的隧道线形设计中这些也是一贯遵循的原则。为了更好的贯彻执行这些原则，在很多情况下就须将隧道的平面线形设计成曲线。尽管在隧道平面线形设计中不提倡使用曲线，但在很多情况下，它的设置确实能使一些选线原则得到更好的贯彻。

2．设计现状目前，在隧道线形的设计上，多数设计人员偏重于服从路线的总体布置和走向，即在平面线形设计上多采用直线形，致使隧道进出口位置不理想，常出现严重的偏压现象，洞口的失稳破坏时有发生；除此之外，在路线高差较大时，直线形也不易缓和路线纵坡，常导致长大纵坡出现，对行车，尤其是重车非常不利。很多行车安全事故之所以发生在隧道进出口处，除了因为在隧道进出口处存在的视觉和心理的不适应外，在下坡段长大纵坡导致的车速过快也是一个重要原因。随着我国公路隧道建设尤其是山岭区隧道建设的发展，隧道施工技术水平有了很大的提高。对于曲线隧道方案而言，在隧道施工方面存在的困难已不再难以克服。因此，在隧道平面线形设计中，为了避开不良地质地段、克服路线高差、改善线形指标，消除更多的安全隐患，曲线隧道方案已越来越多的被采用。就国外来讲，如美国及欧洲国家，修建公路隧道时，隧道平面线形大多数设计为平曲线，特别是在洞口段尽量设置为曲线，以利于光线的过渡，解决隧道进出口处视力和心理的不适应问题，同时避免因出口“白洞”影响而导致的驾驶人员加速出洞的现象，从而预防进出口处事故的发生。

三、隧道内设置平曲线的可行性和必要性

1．设置平曲线的可行性在隧道内设置平曲线的不利因素主要有三个，一是通风问题，二是能否满足停车视距的问题，三是施工技术问题。

（1）通风问题曲线隧道对通风的影响已经有很多人进行过探讨，得出的结论大都一致：因曲线而增加的通风阻力很小。通常我们所说的通风阻力是由沿程阻力和局部阻力组成，对于曲线半径百米以上的隧道，其沿程阻力增加是很小的，而局部阻力又主要由隧道急转弯或断面变化所引起，曲线是不产生局部阻力的，故因曲线而增加的阻力不会造成通风设备和费用的显著增加。这说明，对于采用机械通风的隧道来说，通风问题对隧道的平面线形设计方案影响不大。

（2）视距问题停车视距是目前影响曲线隧道方案的一个最重要的因素，相对于隧道外，隧道内的停车视距受到了较大的限制。现行规范已对各等级公路隧道的停车视距作了明确规定。《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）对隧道设平曲线及超高进行了规定：“当设为曲线时，不宜采用设超高的平曲线，并不应采用设加宽的平曲线。当由于特殊条件限制隧道平面线形设计为需设超高的曲线时，其超高值不宜大于4%”。除规范的规定外，近年来，在隧道线形设计上也已基本形成了一个共识，即位于平曲线上的中、短隧道可采用较小的半径值，但从安全角度考虑最小不宜小于500~600m，一般不要出现为确保视距而增加隧道宽度的情况。因此，就高速公路项目而言，在施工图阶段只要隧道设计平曲线半径不小于500m就能满足现行规范的规定，这在实施上也有着很大的可行性。当然，隧道平曲线线形的设计是要与隧道纵断面、横断面设计一并进行综合考虑的。尽管如此，由于各工程中地形、地质条件的千差万别，根据具体情况做出的一些突破规范的设计也是不可避免的，前提是必须进行科学的技术论证，在认为可行后方可实施。

（3）施工技术问题在施工技术方面，随着科技的发展和我国隧道工程建设的快速进步，施工设备越来越先进，测量定位精度越来越高，施工上也已积累了丰富的经验，虽然曲线隧道的施工工艺及工序较直线隧道复杂，但存在的问题已经不再难以克服。这些都可以从近年来我国的隧道建设上得到验证。如已经贯通的秦岭特长隧道，以及即将通车的长度为亚洲第一、世界第二的秦岭终南山隧道（18.02km），无论是施工精度、施工速度，还是施工质量都已达到国际先进水平。其中，终南山隧道贯通精度高程误差仅为1mm，中线误差仅为12mm，最高月掘进达509m，已经达到了国内、外特长隧道施工的新水平。

总之，在隧道内设置平曲线具有很大的可行性，况且在以往很多的隧道建设中已经对曲线隧道方案进行了实施，实践验证其是可行，而且是有效的。从原《公路隧道设计规范》（JTJ026-90）“隧道内应避免设置平曲线”到现行规范（JTGD70-2004）“应根据地质、地形、路线走向、通风等因素确定隧道的平曲线线形”这一条文变化也可以看出，在隧道线形设计中，曲线隧道方案已经得到了认可和肯定。

2．设置平曲线的必要性尽管现行规范已认可在隧道内可以设置平曲线，但在条文说明中对其设置的理由并没有进行完全而详细的说明。为了对隧道内设置平曲线的必要性有一个充分的了解，笔者在借鉴以往国内隧道工程建设经验的基础上，对在隧道内设置平曲线的必要性进行了总结，具体归结为以下三点：

（1）克服高差、改善线形山区地形、地质复杂，尤其越岭段路线选线最为困难。基本是两种方法，一是通过展线以增长线路长度来克服高差；二是降低越岭设计高程设置隧道。第一种方法通常造成“深挖高填”现象，不仅对环境破坏严重，而且由于较高的路基和路堑，使公路在营运期间存在着很多隐患。近年来随着人们环保意识的增强，以及隧道设计、施工技术水平的提高，山岭区高速公路越来越多的采用隧道方案越岭，不仅缩短了路线长度、保护了环境，而且也解决了因高差而带来的一系列问题，如：迂回展线造成的线形指标不满足规范要求或线形组合不合理等，这些都能通过设置隧道来改善，特别是曲线隧道，它能使线形更为合理、流畅，从而避免出现更多的行车事故。

（2）避开不良地质地段，改善洞口稳定性山岭区公路展线都是依山傍谷而行，使得公路遭受诸如路基或路堑边坡失稳，滑坡、泥石流等灾害的影响非常严重。为了避免这些灾害，设计时常常采用隧道方案。但在设置隧道时，通常只注重考虑洞身段的安全性，却轻视洞口位置的选择，常出现洞口失稳事故。尤其是偏压问题，常导致边、仰坡上的山体土层垮塌到洞口工作面上，导致无法进洞，即使进洞，在洞口段范围也往往由于偏压而发生衬砌下沉、洞内塌陷冒顶等一些施工事故。如果设计时在隧道内，特别是在隧道进出口段设置平曲线，使洞门较好地与地形等高线正交，并避开一些容易诱发滑坡的山体段，这些因偏压而带来的一系列问题就很容易避免。

（3）避免“白洞效应”所谓的“白洞”是指在隧道出口段，由于线形平直而出现的未出洞就已远远看到洞口的现象，由于洞内、外光线强度相差很大，所以相对于洞内驾驶人员来说，隧道出口以外就成了“白洞”。而由“白洞”所产生的如晃眼或车辆加速出洞等现象就称为“白洞效应”。所以在单向行驶的隧道出口段设置合适的平曲线，不仅可以避免由于“白洞”现象而带来的安全隐患，而且还可以不设或少设遮阳棚、减光格栅等遮光设备，以节省工程造价，尤其是在洞口正朝东西方向时，平曲线的设置更为必要。从以上分析可知，无论是从环保角度，还是从安全、经济的角度考虑，很多情况下，在隧道内，尤其是在洞口段，设置平曲线有其充分的优越性，不仅使施工易于进洞，降低施工难度、加快施工进度，而且还能减少许多运营时的安全隐患。总的来说，在隧道平面线形的设计上，各类线型都有其优、缺点，虽然在一般情况下直线线形对隧道最为有利，但也有很多情形，曲线方案则更为适合，并且切实、可行。所以，设计中应具体情况具体分析，根据地形、地质及其他综合因素对隧道的平面线形进行合理的调整和组合，以达到安全、适用、经济、环保的根本设计目的。

四、结语

本文对隧道内设置平曲线的阐述旨在说明曲线隧道方案在很多情形下是非常必要和可行的。作为设计人员，在隧道线形的设计上不能一味偏重于服从路线的总体布置，或者只追求直线形，而应不拘于固有的模式，结合地形、地质、水文及其他构筑物等多方面因素进行综合研究确定，多调查研究，多分析比较，这样才能把隧道的平面线形设计得更为合理。