公路隧道设计规范条文说明

条文说明1中华人民共和国行业标准公路隧道设计规范(JTGD70-2004)条文说明1总则1．0．1我国是一个多山的国家，75％左右的国土是山地或重丘，为缩短里程，保护环境，节约土地，在山区公路建设中应重视隧道方案。近10多年来，随着我国公路交通事业的发展，公路隧道的建设规模越来越大，已建成中梁山隧道、大溪岭隧道、二郎山隧道、华莹山隧道、九顶山隧道、飞鸾岭隧道等数座特长山岭隧道和珠江隧道等水底隧道，并正在建设长18km的秦岭终南山隧道等。长3000m以上的特长公路隧道已有30多座。这些隧道在降低交通事故发生率、缩短行车距离、提高车速、保护环境诸方面发挥了积极作用，取得了良好的社会经济效益。为了提高隧道的科技水平，交通部门有关单位近年来围绕工程实际问题开展了科学研究，如围岩稳定监控技术与支护技术的研究，隧道防排水技术，高寒地区公路隧道防冻保温技术，大跨度扁平隧道设计与施工：技术，小净距或连拱隧道设计与施工技术，公路长隧道纵向竖井送排式组合通风方式研究，公路隧道通风、照明、防灾及其监控综合系统研究等，都取得较好的成果，我国修建特长公路隧道或大断面隧道的经验和技术有所积累和提高。这些为修订《公路隧道设计规范》打下了基础。但应看到，我们取得的成果还不多，与国外先进技术相比，在围岩稳定、支护及衬砌结构、防排水、营运通风、交通监控等方面的技术水平还比较低。因此，在给公路隧道设计提供技术准则的同时，亦通过本规范修订推动和提高我国公路隧道技术水平。1．0．2修建公路隧道的方法有钻爆方法、全断面隧道掘进机(TBM)方法、盾构掘进机方法、沉管隧道方法等，这些方法在施工形态上完全不同，其设计手法和内容亦不同，本规范适用于以钻爆法为主要开挖受段的各级公路山岭隧道，也包括采取钻爆法设计与施工的城市隧道。随着六车道高速公路的增多，我国大断面(三车道)公路隧道，如大宝山隧道、靠椅山隧道、大梅沙隧道、铁山坪隧道、真武山隧道等已开始兴建。由于三车道公路隧道的断面积比双车道大得多，这种高宽比为0．62左右的扁平状隧道受力较为复杂，因此隧道位置的选定、隧道断面形式、隧道衬砌结构、施工方法、初期支护结构模式、参数等需要加以深入研究。考虑到我国目前仍以两车道隧道为主，故本规范以两车道断面隧道为考虑基点，三车道、四车道的大断面隧道可参照执行。1．0．3为什么修建隧道，隧道建在何处才能有效发挥其功能，并且安全、经济，这是公路隧道规划和设计者必须回答的首要问题。为缩短行车里程，提高交通效率，是修建公路隧道的基本目的；同时，隧道可从根本上免除公路路线上的土石方坍塌、泥石流、雪崩等道路病害；隧道不改变地形自然原貌，保护了环境，还利用地下空间，节省了公条文说明2路建设用地。因此，隧道是路线上非常有价值的一种构造形式。然而，隧道尤其是长隧道的造价不低，如何在保证功能的前提下，安全且经济地建设隧道至关重要。隧道设计采取的手法不同于一般构造物，预设计主要依靠基于过去工程实例的经验性方法或者计算、实验等，主观上力图达到合理设计，但设计成的断面形状、支护衬砌结构等是否适应于所处的地层，其稳定性程度如何，很难量化把握，而隧道的形状或支护结构一旦建成很难改变，因此，在规划、设计阶段就要充分考虑隧道的合理性与耐久性问题。在沟壑纵横、峰峦叠障的群山中选择隧道方案，将遇到复杂的地形、地质、气象等条件，应通过地质勘察、路线测量和沿线社会经济交通调查，比较各方案的优劣。譬如，选择隧道位置时，若采取低线方案，行驶条件最好，发挥的作用最佳，而且少占地，能较好地保护自然环境，但隧道较长，造价高，营运费用高，其技术管理要求也高；采取高线方案则相反，隧道较短，造价与营运费用相对较低，但其功能和作用相对较差，因此在方案比选中应综合比较。又如，当遇“鸡爪地形”等山势时，应从标高和平面位置对长隧道方案和连续短隧道群方案进行比选，前者营运费较高，但环保效果好；后者除照明外的营运费较低，但由于洞口及其边仰坡的数量较多，支护工程较为复杂，而且于环保不利，两者均存在优缺点，应根据具体情况综合比选后确定。这里所说的隧道方案，除通常的隧道构造外，还包括半隧道、棚洞、棚架等构造形式。应根据具体地形地质情况，灵活采用隧道的结构形式。对于分阶段建设的隧道，应在规划、设计中作总体考虑。譬如，高速公路暂按半幅修建时应在洞口位置等方面充分考虑将来另半幅修建的合理性。另外，洞口附近有匝道时应充分考虑洞口的合理断面，使其适应交通流顺畅。由于暂为单洞双向交通，会增加通风设备、应急设施，且增加养护维修的负担，这些均应在规划、设计中对隧道断面的合理性作出评价。1．0．4目前除国际隧道协会按长度将隧道称为特长、长、中、短隧道外，其它像瑞士仅对隧道长度分布范围作了区分，但没有长短之分，德国、澳大利亚仅按长度的不同对隧道内应设置的安全设施提出了要求。其它各国如英国、挪威、日本、法国、瑞典等都是按照隧道长度与交通量这两个指标进行分级的，其目的主要还是为隧道内安全、营运管理设施设置规模提供一个标准。我国公路与铁路部门都是按隧道长度进行分类的，但其分类长度不同。另外在《高速公路隧道监控系统模式标准》中提出了隧道监控等级划分原则(分A、B、c、D四个等级)。从国内外隧道分类(级)现状来看，多数国家没有隧道长短之分，隧道内安全设施根据隧道长度与交通量来确定。采用的隧道分级有5个级别、4个级别与3个级别等多种情况，各级隧道起点长度也不一致，这主要与各国道路等级、交通组成与交通量是相对应的。单按隧道长度来划分，主要是给人们一个宏观的概念，此种分类方式称为隧道分类。按隧道长度与交通量这两个指标来划分，主要是解决隧道内应设置的营运安全设施规模，体现隧道的安全与重要性，此种分类方式称为隧道分级。通过对全国已建成隧道的调查结果表明，长度小于250m的隧道仅占隧道总长的18％，长度小于1000m的隧道占隧道总长的58％，其中大量隧道都在500m以下。并且，从公路隧道建设的发展趋势看，500m以下的隧道数量增加较快。另外，我国的概预算定额是按照离洞口500m以内的人工工日和机械台班数量作为基准定额。从洞内设施看，500m以下的公路隧道一般采用自然通风方式，设施简单，以照明为主。因此，综合考虑公路隧道在勘测、设计、施工和管理中的技术要求和现状，此次修订将短隧道的长度确定为小于条文说明3500m。1．0．5为满足营运正常使用，隧道主体结构物应设计为永久性建筑。这里所说的主体结构物指洞门、支护衬砌、各附属风道、风井、洞室、防排水设施、路面板及隧底填充等。洞内一般要求设置衬砌。这些结构设计必须具有规定的强度、稳定性和耐久性。所谓耐久性，一般指所使用的建筑材料具有必要的抗渗性、抗冻性和抗侵蚀性。1．0．6一般来讲，公路隧道设计由支护衬砌、防排水、路面和各类洞室等土建主体结构与通风、照明、供配电、防灾与减灾、交通监控等营运设置两大部分构成，是多个专业的总成，属复合型技术，因此要求各专业设计之间密切配合。譬如，根据交通量和隧道长度需要设置通风竖井(或斜井)时，首先由通风专业工程师通过计算分析初步确定出竖井位置，然后应征求地质和结构专业工程师的意见，如果初定的竖井位于断层破碎带等不良地质地层，竖井结构处理非常复杂，工程费上扬，竖井就应适当挪位，再计算分析新井位条件下的隧道通风状态及风机容量。同时，竖井及其风道位置还应征求路线工程师的意见，以使竖井口尽快钻出地面，同时风道又要最短。总之，在确定风井、风道、风口时，上述3个专业应相互“磨合”，反复推敲，综合分析通风费用和结构费用，使设计达到最好、最省的综合效果。对于高速公路特长隧道或者地质情况非常复杂的长隧道，必要时应针对其中的技术难题如大跨扁平断面、不良地质、大涌量地下水、通风、防灾等进行专项研究和技术设计。1．0．7由于岩土材料物理特性和力学特性非常复杂，要想用解析手段预测隧道等地下结构物的力学动态，就必须建立精度很高的本构关系式。然而，本构关系式越复杂，所含的力学参数越多，这些参数不管是采用室内试验还是现场测试都是非常困难的。由于岩土的非连续介质特性，即使通过一些较先进的手段能测得这些参数，其解析结果与实际状态往往也有较大差异。显然，将通常的结构分析方法应用于地下岩土结构工程是不宜的。所幸的是，像隧道这样的地下工程，开挖面前方虽是未知的，但同时也是可再设计的，这就给人们客观地评价围岩特性及预测开挖面前方力学动态提供了机会，并进而对隧道结构进行重新设计使之更符合实际情况成为可能。即，在施工现场开挖过程中不断地对围岩变形进行量测，然后以这些位移量测信息为依据，反算围岩物理力学参数，在此基础上重新评价隧道结构的事前设计(预设计)，确定更符合围岩动态的支护参数。将此过程称为动态设计或信息化设计。由于该工作是在施工过程中完成的，又称它为现场临床诊断式设计与施工。不同于一般构造物，隧道设计受所穿越山体的地形、地质条件和施工方法的影响很大。隧道围岩既是作用于隧道结构上的荷载，又是隧道成洞的支护载体，因此，地质条件是正确设计的基本前提。可是，在隧道开挖前要获得高精度的地质信息就目前的技术水平是困难的，而且在经济上也是办不到的。因而，一方面要求在事前设计阶段尽量采用高技术和手段加之经验对地质状况作出判断，另一方面要求在开挖施工阶段，不断通过现场量测对地层围岩和支护的动态及开挖方法作出评价并及时调整，使之设计更加合理。1．0．8近10年来，隧道与地下工程的科技水平不断提高。在设计理论和方法方面，以充分发挥山体围岩自承载能力为基本原理，以锚喷支护及复合柔性衬砌为主要特征的新奥法(NewAustrianTunnelingMethod)，使隧道工程从理论、设计到施工发生了一场革命。它改变了过去按围岩荷载全部作用于衬砌上来进行设计和施工的传统思想，在工程造价、工程进度及施工管理等诸多方面都带来极大的效益。新奥法在国外许多国家被广泛应用于隧道工程中，日本等国家在有关技术规范、指南中，已明确将该法定为隧道标准工法，并努力开发和应用与新奥法相关的各种技术，其中复合柔性衬砌设计技术及基于现场施工监控和信息反馈(也称信息设计)的围岩稳定分析技术是新奥法的核心和条文说明4关键，各国专家更着力加以研究。在材料和工艺方面，防排水、锚杆、喷射混凝土等的材料和型号比较过去l0年有较大进步，效果也越来越好，湿喷工艺也有长足进步，并逐步普及。总之，隧道建设科技进步为使隧道达到安全实用，质量可靠，经济合理，技术先进打下了基础。1．0．9我国耕地少，农业人口多，生态脆弱，搞公路建设应注意保护农田和水利设施，尽量利用荒地，避免占用良田，或采取造地还田等措施。在设计中应注意生态平衡，保护环境。隧道建设发生的废方应妥善处理，其废水一般应经沉淀、净化后排放。总之，隧道建设应贯彻我国建设与环保并重的基本国策，符合国家土地管理、环保、水土保持等法规的有关要求。1．0.10条文中所指的有关标准、规范主要有：《公路工程技术标准》(JTG)，《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB)，《地下工程防水技术规范》(GB)，《工程岩体分级标准》(GB)，《公路隧道施工技术规范》(JTJ)，《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ)。2主要术语与符号2．1术语2．1．1公路隧道，英文也称highwaytunnel。公路隧道供汽车和行人通行，因此，洞内一般应有适当的通风、照明等设施。2．1．2山岭隧道的围岩多为基岩。因此，断层破碎带等的存在和它们的走向，以及有无高压涌水，将直接影响隧道的开挖，所以对上述问题的调查非常重要。2．1．3将RQD定义为良好圆柱状岩心的采取率，可以说是更现实的岩体评价法。这种表示法是美国的Deere建议的，可供隧道设计用。2．1．6水文调查是为了掌握和弄清地球上的水在降水、渗透、储存、流动、蒸发的水循环系中各种情况的转变过程，对降水量、河流流量、涌泉量、蒸发量等水量平衡要素，或构成地下水容器的滞水层的构造或渗水性等进行观测和试验的调查；也是对伴随隧道开挖的涌水和枯水、涌水位置和数量及其影响进行的调查。2．1．7地质调查是为了解岩体或地层的分布、形成年代、风化程度或地质构造等而进行的调查。地质调查的