第３６卷第２６期 ２ ０ １ ０年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨｎ’Ｅ ｎ瓜Ｅ Ｖ０１．３６ Ｎｏ．２６ Ｓｅｐ．２０１０ ・２９５・ 文章编号：１００９．６８２５（２０１０）２６—０２９５—０２ 浅析公路隧道结构设计体会 李艳春摘王洋 要：阐述了对公路隧道结构设计的认识和体会，讲述了公路隧道在结构设计时的依据及隧道结构体系计算的常见形 式，并对可能在公路隧道结构设计中出现的问题进行了浅析，以期从隧道工程的安全性、经济性、舒适性出发合理设计。 关键词：公路隧道，结构设计，结构体系计算，问题研究 中图分类号：Ｕ４５２．２ 文献标识码：Ａ 近几年，大型公路项目纷纷上马，随着公路等级的不断提高， 的初步设计工作就基本完成。 大桥梁长隧道的兴建，方便了人们的出行。 目前，国内外公路隧道大都是依据围岩的分类来进行设计的。 设计人员容易掌握使用。 隧道工程设计已成为公路设计中的重要组成部分。随着隧 因为这种方法技术要求明确又直观，道结构越来越复杂，结构设计成为了结构工程师在设计工作中的 １．２基于以往经验和工程类比的设计 难度和重点。加强结构设计质量，重视结构设计中存在的问题， 这种方法是根据以往工程的实际施工经验资料，即参照当地 都应从结构体系加以科学严谨的分析。下文为本人近年来在公 已建成隧道的地质情况和断面形状，以及支护形式等，与拟建设 路隧道结构设计中总结的体会，供设计人员参考。 计项目类比进行设计。 由于影响隧道设计的因素很多，故很难从已建成隧道工程中 找到地质情况和支护形式等完全与建设项目相一致的情况，所以 １ 隧道结构设计的依据 １，１基于围岩的分类设计 这种方法是根据勘测钻探所提供的围岩分类情报资料，预先 实际工作中较少采用。确定出对于各类围岩的设计开挖断面和设计支护形式，如隧道的 １．３基于理论分析和数值分析的设计 当地质情况特别复杂，尤其是埋置很浅的隧道，以及所经路 各部尺寸、锚杆的长度、间距、喷射混凝土和模筑混凝土的厚度， 然后据以计算出每米的开挖工程量、锚杆的重量、喷射混凝土和 线附近又有其他人工构造物，或有其他特殊要求时，一般可考虑 模筑混凝土的数量等，设计时只需将山体分类围岩的长度乘以对 采用解析的方法解析设计。如用有限元法分析隧道开挖时间、空 应于每类围岩的每米设计工程量，这样，隧道的开挖和衬砌两项 间效应的三维问题等。１５）设置在主线上跨地方道路的分离立交桥或较大的通道两侧的 高速公路。根据司机反映东营黄河公路大桥及接线工程标志设 限高标志，其支撑结构采用钢板横梁与抱箍连接加工，用金属膨 置简单明了，驾驶员一看即懂，和中央分隔带绿化结合在一起后， 胀螺栓固定在桥梁侧面。螺栓固定应牢固，其允许拉力应不小于 对总体道路景观改善较大，标志牌文字图案平整，夜间效果较上 １ ０００ ｋｇ。限高标志应安装在行车道的正上方，并调整角度，使之 一条路有很大改观。 面向行车方向。１６）设置在立交附近重要交叉口的入口预告标 ７结语 志，在施工时应注意与原路口方向地点标志保持不小于５０ ＩＴＩ的 东营黄河公路大桥及接线工程已经通车，标志工程设置是否 距离，人口预告标志距路口的距离一般不大于２００ ｍ。 合理有效有待于在实际应用中检验，我们将对东营黄河公路大桥 ６ 东营黄河公路大桥及接线工程标志设置的特点及效果 ６，１ 特点 及接线工程的运营过程密切关注，及时发现出现的问题，认真总 结研究，吸取其中的经验教训，以便于在以后的设计工作中不断 为以后的设计工作提供正确的设计思路，不断完善提高。 东营黄河公路大桥及接线工程是东青高速公路的延伸，所以 改进， 在标志的设置七吸取了东青路的经验并加以改进提高，主要有以 参考文献：下特点：１）数量设置更趋于合理性。２）设置位置更加合理。 ６．２效果 ［１］ＧＢ ５７６８—１９９９，道路交通标志和标线［Ｓ］． ［２］ＪＴＪ ０７４．１９９４，高速公路交通安全设施设计及施工规范［Ｓ］． ２７９—１９９５，公路交通标志板技术条件［Ｓ］． 经过将近一年的通车运行，东营黄河公路大桥及接线工程交 ［３］ＪＴ／ｒ ４］ 陈 波．高速公路标志标线与交通安全分析［Ｊ］．山西建筑， 通设施工程的效果比较好。由于标志、标线、护栏轮廓标的有机 ［结合，使东营黄河公路大桥及接线工程成为东营境内比较成功的 ２００８，３４（２０）：２７７—２７８． Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｒａｆｆｉｃ ｓｉｇｎｓ ｏｎ Ｄｏｎｇｙｉｎｇ ｙｅｌｌｏｗ ｒｉｖｅｒ ＬＩＵＡｉ－ｍｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ Ｄｏｎｇｙｉｎｇ ｙｅｌｌｏｗ ｒｉｖｅｒ ｈｉｇｈｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ ｌｉｎｋ ｒｏａｄ ｐ ｅｃｔ ｆｏｒ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒａｆｆｉｃ ｓｉｇｎ ｂｏａｒｄｓ． Ｍａｋｉｎｇ ａ ｃｌｅａｒ ｎａｒｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｆｆｉｃ ｓｉｇｎｓ ｓｅｔｔｉｎｇ ｐｒｉｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ，ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ ｔｒａｆｆｉｃ ｓｉｇｎ ｂｏａｒｄｓ，ｔｈｅ ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｇｎ’Ｓ ｃｏｒｌｓｔ￣ｃ— ｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ．Ｉｔ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｓ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｄｅｓｉｎ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｇｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｎ ｌｇｅｖｅ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｆｆｉｃ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｔｒａｆｆｉｃ ｓｉｎ ｂｏａｒｄｇｓ ｓｅｔｔｉｇ，ｒｅｎｓｅｔ 收稿日期：２０１０—０５—２８ 作者简介：李艳春（１９８０一），女，山西省公路局太原分局，山西太原０３００１２ 王洋（１９８１一），男，太原路桥第二工程公司，山西太原０３００１２ ．２９６． 年２６ 背 山 西建筑 ３．３隧道结构抗震设计的基本原则问题 针对抗震特点，加强构造措施是抗震设计的重要方面。应从 ２隧道结构体系计算分析 ２．１传统结构力学体系计算分析 保证结构的整体性和连续性，保护人身及重要设 传统结构力学体系将支护结构和围岩分开来考虑，支护结构 抗震实践出发，加强构造物 是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承，故又 备不受损害，同时也能达到对震波有一定吸附能力，忽略其中任何一个方面都会给结构设计或后 可称为荷载一结构结构体系。围岩的承载能力越高，它给予支护 的使用寿命。所以， 结构的压力越小，弹性支承约束支护结构变形的抗力越大，相对 期工程造成较大影响。来说，支护结构所起的作用就变小了。 利用这类结构力学体系进行隧道支护结构设计的关键问题， ３．４隧道结构计算的空间问题 不能只将隧道结构简化为平面应变问题来研究，应把隧道结 以考虑空间工作状态的影响。由于隧道工 是如何确定作用在支护结构上的主动荷载，其中最主要的是围岩 构引入“空间效应”中，所产生的松动压力，以及弹性支承给支护结构的弹性抗力。一旦 程埋深、地质条件及断面形式不同，在结构空间计算时需加以分 这两个问题解决了，剩下的就只是运用普通结构力学方法求出超 析，以避免后期设计工作大量修改后埋下安全隐患。静定体系的内力和位移了。属于这一类结构力学体系的计算方 ３．５结构设计安全度考虑与见解 确定结构的安全设计，应充分考虑到国家和社会的经济、现有 法有：弹性连续框架（含拱形）法、假定抗力法和弹性地基梁（含曲 结构的使用周期，结构的功能需求，以及增加安全度与 梁和圆环）法等。假定抗力法和弹性地基梁法则已形成了一些经 技术水平，我国现行规范的设计安全度在总体 典计算方法。由于这个结构力学体系概念清晰，计算简便，易于 增加费用之间的关系。目前，被工程师们所接受，至今仍很通用，尤其是对模筑衬砌。 上是合适的，只要施工质量保证，设计不出错误，安全程度已能满 足要求。但由于施工和材料的管理水平尚与国外有较大差距，结 ２．２岩体力学结构体系计算分析 岩体力学结构体系视围岩为承载主体，支护结构则为约束围 构的实际安全储备仍会偏低。实践已经证明将现行设计可靠度水 这样投入不大，却对国家总体和长远利益有利。 岩变形的。它是将支护结构与围岩视为一体，作为共同承载的隧 平适当提高一点，道结构体系，故又称为围岩一结构结构体系或复合整体结构体 ３．６隧道衬砌截面强度验算与分析 目前，国内公路隧道设计规范规定，隧道结构截面按破坏阶 系。在这个结构体系中围岩是直接的承载单元，支护结构只是用 来约束和限制围岩的变形，这一点正好和上述结构体系相反。复 段检算构件截面强度。规范对隧道衬砌和明洞的混凝土偏心受 不宜大于ｏ．４５倍截面厚度；石料 合整体结构体系是目前隧道结构体系设计中力求采用的并正在 压构件的轴向力偏心距限制为：发展的方向，因为它符合当前的施工技术水平。 砌体偏心受压构件不宜大于ｏ．３倍截面厚度。基底偏心距限制 岩石地基不应大于ｏ．２５倍墙底厚度；土质地基不应大于１／６倍 在围岩一结构结构体系中可以考虑各种几何形状，围岩和支 为： 护材料的非线性特性，开挖面空间效应所形成的三维状态，以及地 墙底厚度。质中不连续面等等。在这个结构体系中有些问题可以用解析法求 隧道衬砌和明洞的基底应力不得大于地基容许承载力。隧 解，或用收敛一约束法图解，但绝大部分问题，因数学上的困难必 道衬砌地基容许承载力可根据围岩类别用工程类比和经验估算 有条件的可进行现场实验。 须依赖数值方法，尤其是有限单元法。利用它进行隧道结构体系 的方法加以确定，设计的关键问题，是如何确定围岩的初始应力场，以及表示材料非 ４结语 线性特性的各种参数及其变化情况。一旦这些问题解决了，原则 上任何场合都可用有限单元法围岩和支护结构应力和位移状态。 结构设计是一门经验科学，特别注重设计师在工作中总结经 验，对设计中存在的问题，特别是容易被忽略的问题，加以发现与 分析，是提高设计质量、优化结构设计的一项重要内容。设计师 不仅要求熟练掌握结构计算的理论与方法，更应具备结构设计概 念、经验、悟性、判断力和创造力。不断总结设计经验，提高自己 的业务能力和技术水平，从隧道工程安全性、经济性、舒适性和功 能性出发，设计出结构合理的绿色建筑物。 ３隧道结构设计中应注意的问题 ３．１ 隧道结构荷载计算问题 隧道结构上的荷载分为：永久荷载（恒载），如围岩压力、结构 自重力、填土压力及混凝土收缩和徐变影响力等；可变荷载，包括 公路车辆荷载、人群荷载、立交公路车辆荷载及其所产生的冲击 力和土压力、立交铁路列车活载及其所产生的冲击力和土压力、 立交渡槽流水压力、温度变化的影响力和冻胀力等；偶然荷载，有 参考文献： ［１］ＪＴＧＤ７０—２００４，公路隧道设计规范［Ｓ］． ［２］ＪＴＧ Ｂ０１—２００３，公路工程技术标准［ｓ］． ［３］ 渡边邦夫．结构设计的新理念、新方法［Ｍ］．北京：中国建筑 工业出版社，２００８． 落石冲击力与地震力等。在结构计算时考虑荷载类型，按其最不 利组合进行计算。 ３．２隧道支护结构选择问题 隧道支护结构也就是隧道衬砌，结构工程师在选择衬砌结构 时，要充分了解各种衬砌结构的优缺点，在设计支护时，要充分的 考虑各种可能情况，进行多次论证，以免施工图设计阶段被动。 ［４］ 黄 俊．新疆天山公路隧道设计［Ｊ］．山西建筑，２００９，３５ （１３）：３２７—３２８． ［５］李宁军，曹文贵，刘 生．公路建设百问丛书——隧道设计 与施工百问［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４． Ｏｎ ｃ０ｎｓｉｄｅｒａｔｉ０ｎ ｏｆ ｒｏａｄ ｔｕｎｎｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＬＩ Ｙａｎ－ｅｈｕｎ ＷＡＮＧ Ｙａｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｒｏａｄｓ，ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｎ，ｐｏｉｇｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｆｏｒｍｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｕｎｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｔｕｎｎｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｈａｖｅ ｔｅ ｈｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｄｅｓｉｎ ｇｆｏｒ ｔｅ ｈｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｙ ｎｄ ａｔｈｅ ｃｏｍｆｏｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｐｒｏｊｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏａｄ ｔｕｎｎｄ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｎ，ｓｔｒｇｕｃｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｐｒｏｂｌｅｍ ｒｅｓｅａｒｃｈ