公路隧道

公路隧道是專供汽車運輸行駛的通道。隨著社會經濟和生產的發展,高速公路大量出現，對道路的修建技術提出了較高的標準,要求線路順直、坡度平緩、路面寬敞等。因此在道路穿越山區時,過去盤山繞行的方案多改為隧道方案。隧道的修建在改善公路技術狀態、縮短運行距離、提高運輸能力、減少事故等方面起到重要的作用。中國建成運營的秦嶺終南山隧道長18.1km,它的建成將翻越秦嶺的道路縮短約60km,時間減少兩個多小時。

基本介紹

• 中文名：公路隧道
• 外文名：highway tunnel
• 用途：提供汽車行駛的通道
• 組成部分：洞身、襯砌和洞門組成
• 施工方法：明挖法和暗挖法兩大類
• 照明設施：基本照明和洞口附近的緩和照明

發展歷史

公元前2180～前2160年左右，在幼發拉底河下修建的一條約900米長的磚襯砌人行通道，是迄今已知的最早用於交通的隧道，它是在旱季將河流改道後用明挖法建成。公元前36年，在那不勒斯和普佐里之間開鑿的婆西里勃道路隧道，長約1500米，寬8米，高9米，是在凝灰岩中鑿成的一條長隧道。中國最早用於交通的隧道是古褒斜道上的石門隧道，建成於東漢永平九年（公元66年）。古隧道為省去襯砌，多建於較堅硬的岩石中。隧道在施工時先將岩壁燒熱，隨即澆以冷水，使岩石先發脹後突然收縮而開裂，以利開鑿。在中世紀，隧道主要是用於開礦和軍事。17世紀和18世紀，隨著運輸事業的發展和技術的進步，尤其是工程炸藥的套用，修建通航隧道和道路隧道的工程也發展起來。19世紀鐵路建築的發展，促使隧道工程迅速發展，修建的隧道數量也很多。20世紀以來，汽車運輸量不斷增加，公路路線標準相應提高，公路隧道也逐漸增多。

設計方法

公路隧道的主體建築物一般由洞身、襯砌和洞門組成，在洞口容易坍塌的地段，還加建明洞。隧道的附屬構築物有防水和排水設施、通風和照明設施、交通信號設施以及應急設施等。公路隧道設計通常先進行方案設計，然後進行隧道的平面和縱斷面、淨空、襯砌等具體設計。

方案設計

在對隧道所處地區的地形、地質、氣象、水文、社會和自然環境以及有關法規調查的基礎上，對隧道的總體布局進行全面的考慮；對隧道修建的工程量進行大致的估算；對隧道施工安全性進行認真的分析：對隧道的用途和遠期規划進行充分的估量；對環境的影響進行綜合的評價，從而確定隧道修築工程投資經濟、技術合理、收益大的方案。這個過程就是方案設計。

平面和縱斷面設計

隧道平面儘可能採用直線。在必須採用曲線時，應儘可能採用大半徑曲線。同時要考慮到洞門位置，以及引線、輔助導坑、通風豎井等輔助設施的位置等。隧道並設或交叉，或接近其他建築物時，相互間應有足夠的距離。洞門是隧道兩端的出入口，洞門位置的確定將影響到隧道的長度、線形和施工的難易。

公路隧道縱斷面的縱坡，一般在考慮使用要求、施工及排水等條件下儘可能取較平緩的坡度。縱坡坡度的確定，將影響車輛行駛時排出有害氣體的數量，施工出碴和運送材料的效率，以及湧水排出的流速等。

淨空設計

淨空是隧道襯砌內輪廓線所包圍的空間。主要指標是隧道的寬度和高度。設計公路隧道寬度時，一般是在路線的設計車速和交通量的基礎上，根據隧道長度、地質條件、圍岩壓力、施工難易程度、通風方式、排水等條件確定。公路隧道通常按汽車、腳踏車和行人同時通過來規劃。城市內或市郊附近行人很多的隧道，可將行人與行車分設，山嶺地區修建的長大隧道，也可不設人行道。公路隧道淨空高度一般由汽車載貨的限制高度加上一定的富餘量來確定的。隧道斷面為適應圍岩壓力的要求，可採用馬蹄形、直牆拱形、圓形、矩形和帶仰拱的斷面等。

為了給車輛以設計速度安全行駛的最必要的空間，在公路工程技術標準中對公路隧道規定了“建築限界”。建築限界的形狀和尺寸主要是根據車輛輪廓規定的。通風道及其他附屬管線，可利用天棚以上或路面版以下的空間敷設。

隧道襯砌

為防止土、石風化和坍塌，阻止地下水流入隧道而沿隧道周邊建造的結構物。通常用石料、混凝土和鋼筋混凝土就地砌築，或用混凝土、鋼筋混凝土、鑄鐵或鋼材做成預製構件拼裝而成。20世紀40年代末出現的噴射混凝土和錨桿支護是一種新型的支護形式。

施工方法

公路隧道施工可分為明挖法和暗挖法兩大類。明挖法是先將地面挖開，在露天情況下修築襯砌，然後再覆蓋回填。暗挖法是不挖開隧道上面的地層，在地下進行開挖和修築襯砌。暗挖法又可分為礦山法、盾構法和隧道掘進機法。

礦山法：又稱採礦法隧道施工，是岩石地層中修建隧道的一種方法。施工時先在隧道岩面上鑽眼，裝藥爆破成毛洞，再將全斷面按一定順序開挖至設計尺寸，然後順次修築襯砌。在堅硬地層中，圍岩有較好的整體性，坑道開挖後圍岩有一定的自穩能力，可以少分塊，甚至一次就開挖出整個隧道斷面。在岩石不夠堅硬完整的地層中開挖隧道時，一般需先開挖導坑（又稱導洞），設定臨時支撐，以防止土石坍塌。

導坑是為修築隧道在斷面上最先開挖的小坑道。導坑的作用為：展開施工工作面；測定隧道開挖方向；覆核地質和水文地質資料；鋪設施工用料和出碴的運輸線路；排出地下水；敷設各種管道（水管、通風管和輸送壓縮空氣的管道）和照明線路等。在修建長隧道時，一般先開鑿一條同隧道平行的施工輔助導坑，即平行導坑。在平行導坑內每間隔一段距離開挖斜向坑道與隧道相接，以增加隧道施工時的工作面。需要時，平行導坑可擴大為第二線隧道。

盾構法：採用盾構作為施工機具的施工方法，常用於鬆軟土壤中圓形斷面的隧道施工。盾構的外殼是圓筒形的金屬結構，前部為裝置開挖設備的切口環，中部為裝置推進設備（千斤頂）的支承環，尾部為掩護拼裝襯砌工作的盾尾。盾構法施工是在前部開挖地層，同時在尾部拼裝襯砌，然後用千斤頂頂住已拼裝好的襯砌將盾構推進，如此循環交替逐步前進。盾構種類很多，“膨潤土泥漿盾構”處於領先地位，是利用泥漿護壁並作為攜運廢碴的介質，工作時不需使用損害工人健康的壓縮空氣，只需用水或“泥乳”作為掌子面的支護劑。

隧道掘進機法：在整個隧道斷面上，用連續掘進的聯動機施工的方法。掘進機由旋轉式刀盤（盤上裝有滾刀和裝碴鏟斗）、石碴裝載設備、機身前進的推進裝置和支撐裝置、控制方向的雷射準直儀、安裝臨時支撐的設備及其他機械裝置組成。施工時，旋轉刀盤承受很大的推力擠壓在隧道開挖面上旋轉，切削岩石，碎碴由刀盤四周的鏟斗提升到出碴槽內，滑至輸送機，然後由其他運輸機械轉運洞外。機身中部有幾對可伸縮的支撐裝置外伸，並撐緊在岩壁上，固定機身和傳送強大的扭矩與推力。完成一個行程後，收縮支撐使機身前進到新位置，再重複這一動作。掘進機具有掘進速度快，操作安全，對圍岩擾動小等優點，可用於中等堅硬以下的岩石隧道工程。

通風方式

機動車輛通過隧道時排出的廢氣，含有多種對人體有害的物質，柴油車排出的黑煙和車輛捲起的塵埃還會降低隧道內的能見度。因此，通風的目的就是要保證隧道內空氣符合衛生標準和有足夠的透光率。隧道通風主要是採用從隧道外部引進新鮮空氣的方法。由汽車活塞效應所產生的交通風風量同自然風產生的風量總和，大於隧道內相應交通量所需通風量時，採用自然通風方式即可，否則需要採用機械通風方式。隧道長度和交通量是選擇通風方式的主要依據，此外還要考慮隧道種類、地形、地質、氣象等影響因素。機械通風方式按風的流動方向可分為縱向式通風和橫向式通風。前者風的流動方向與隧道軸線方向一致，後者風的流動方向與隧道軸線方向正交。路線坡度、海拔標高、車速以及隧道橫斷面面積，車流的構成等，對通風量均有影響。實現機械通風的主要設備是通風機，可分為軸流式通風機和離心式通風機。

照明設施

隧道照明指隧道內的基本照明和洞口附近的緩和照明。基本照明是在隧道中部，為保證以設計車速行駛的車輛和行人安全通過隧道所需要的最低照明標準。駕駛人員由亮視場突然進入暗視場時，視覺機能有一個適應過程。為保證視覺機能的連續性，在洞外連線洞口的引道及駕駛員視野範圍內，白天需要採取遮光措施，在洞內連線洞口的一段長度里需要進行緩和照明。同時，引道與洞內緩和段之間的亮度變化率，應有一個界限，以保證視覺連續和暗適應的過度。緩和照明段的長度決定於停車視距或駕駛人員的暗適應時間與設計車速的乘積。

隧道的應急設施指隧道內發生災害性事故時，為防止釀成更大的次生性災害而設定的各種設施。如通報裝置、緊急警報裝置、消防設備以及其他設施等。通報裝置能使事故發現者立即在現場或附近向隧道管理站報告；緊急警報裝置能向後續車輛和對行車輛的駕駛者發出緊急信號；消防設備指在隧道內設定的滅火器、消火栓和噴霧設備等；其他設施包括待避引導設備、備用電源和監視電視等。應急設施費用頗高，只有那些重要的、交通量大的長隧道才考慮使用。

內部裝修

隧道內部裝修指隧道內的路面鋪設，牆面和天棚的裝修，以及隧道內吸聲設施的安裝等。路面套用明亮的、橫向抗滑性能好的，便於養護的材料築成。牆面用反射率好的材料裝修能保持良好的照明效果，交通量大的重要隧道常採用便於清洗的牆面材料。隧道內車輛產生的噪聲在襯砌和路面上反射引起共鳴，殘餘音響時間為洞外的數千倍，需要安裝吸聲設備。