隧道建筑限界及內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討

劉 林

（華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，南京 210000）

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的提高，隧道在工程建設(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越多，尤其在高等級(jí)道路中，可以充分發(fā)揮避免山體開(kāi)挖，減少施工及運(yùn)營(yíng)期病害，提高道路整體通行效率等優(yōu)點(diǎn)。隧道設(shè)計(jì)是隧道建設(shè)的重中之重，其中隧道建筑限界及內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)又是隧道設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，隧道建筑限界是隧道內(nèi)輪廓的關(guān)鍵，隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)是隧道設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。隧道建筑限界是根據(jù)隧道功能、用途而確定的，可以滿足隧道內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)（非機(jī)動(dòng)車(chē)）行駛、行人通行所需要的特定空間；隧道內(nèi)輪廓既需要滿足隧道建筑限界旋轉(zhuǎn)后的空間包絡(luò)需求，又要滿足洞內(nèi)路面、排水設(shè)施、裝飾及附屬設(shè)施安裝的需求，在滿足相關(guān)要求的前提下，擬定的較為經(jīng)濟(jì)、合理的包絡(luò)曲線。關(guān)于隧道建筑限界與內(nèi)輪廓的擬定，現(xiàn)行的規(guī)范要求各不盡相同。尤其是超高段（橫坡）隧道建筑限界的旋轉(zhuǎn)問(wèn)題，各規(guī)范并未明確嚴(yán)格統(tǒng)一的做法，導(dǎo)致各家設(shè)計(jì)單位的做法也是各不相同。往往對(duì)于同一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目，各地、各設(shè)計(jì)單位的隧道建筑限界旋轉(zhuǎn)及內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)也各不相同，甚至出現(xiàn)同一項(xiàng)目的不同設(shè)計(jì)標(biāo)段隧道建筑限界旋轉(zhuǎn)及內(nèi)輪廓并不一致的現(xiàn)象，造成極大的資源浪費(fèi)，不利于標(biāo)準(zhǔn)化施工與后期運(yùn)營(yíng)管養(yǎng)工作。本文試圖通過(guò)基于對(duì)近百條隧道建筑限界及內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)歸納總結(jié)、深入研究，并結(jié)合各規(guī)范條文相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，以公路隧道為例，提出一種簡(jiǎn)單、高效而明確的隧道建筑限界分步旋轉(zhuǎn)方法。考慮道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、超高值及抗震設(shè)防措施等級(jí)等因素，即可確定隧道建筑限界旋轉(zhuǎn)及內(nèi)輪廓擬定的定量要求，促成隧道標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，為標(biāo)準(zhǔn)化施工提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，提高隧道施工效率，降低隧道運(yùn)營(yíng)管養(yǎng)成本，避免不必要的資源浪費(fèi)。

1 隧道建筑限界要求

隧道建筑限界的確定應(yīng)基于道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或隧道的功能需求，對(duì)于公路隧道建筑限界而言，隧道的建筑限界高度和寬度應(yīng)嚴(yán)格按照現(xiàn)行JTG B01—2014《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和現(xiàn)行JTG 3370.1—2018《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（第一冊(cè)）土建工程》的要求執(zhí)行。

根據(jù)公路相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)于高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路上的隧道建筑限界高度應(yīng)為5.0 m；對(duì)于三級(jí)公路、四級(jí)公路上的隧道建筑限界高度取為4.5 m。

隧道建筑限界寬度應(yīng)按照公路相關(guān)規(guī)范擬定。包括檢修道寬度（人行道寬度）、余寬、側(cè)向?qū)挾燃败?chē)道寬度，如圖1所示。

圖1 隧道建筑限界圖（單位：cm）

圖1中W 表示行車(chē)道寬度；d 表示檢修道或人行道的高度；EL表示建筑限界左頂角寬度，包含余寬C；ER表示建筑限界右頂角寬度，包含余寬C。

當(dāng)LL≤1 時(shí)，EL=LL；當(dāng)LL＞1 m 時(shí)，EL=1 m。當(dāng)LR≤1時(shí)，ER=LR；當(dāng)LR＞1 m 時(shí)，ER=1 m。

特長(zhǎng)隧道、長(zhǎng)隧道一般不設(shè)硬路肩，需設(shè)置港灣式緊急停車(chē)帶，縱向間距一般不大于750 m。隧道緊急停車(chē)帶寬度為向行車(chē)方向右側(cè)加寬不小于3.0 m，且緊急停車(chē)帶寬度與右側(cè)側(cè)向?qū)挾戎筒粦?yīng)小于3.5 m。隧道緊急停車(chē)帶有效長(zhǎng)度不小于40 m，加寬段的道路橫坡一般取0%～1%，所以隧道緊急停車(chē)帶建筑限界旋轉(zhuǎn)時(shí)要注意不同道路橫坡帶來(lái)的影響，不能采用整體旋轉(zhuǎn)或同角度旋轉(zhuǎn)的方法來(lái)擬定隧道內(nèi)輪廓。

2 隧道建筑限界旋轉(zhuǎn)方法

隧道建筑限界旋轉(zhuǎn)首先根據(jù)隧道等級(jí)確定路面是單面坡或雙面坡及對(duì)應(yīng)的路拱橫坡值。其次根據(jù)隧道段最大超高值確定建筑限界旋轉(zhuǎn)角度的上限、下限值。

表1 兩車(chē)道公路隧道建筑限界橫斷面組成及基本寬度m

一般高等級(jí)道路（如高速公路、一級(jí)公路等）隧道為單洞單項(xiàng)交通，隧道路面采用單面坡，此時(shí)隧道建筑限界底邊線與路面重合，確定設(shè)計(jì)高程點(diǎn)及超高旋轉(zhuǎn)軸（若有）的位置，根據(jù)道路橫坡及超高值來(lái)旋轉(zhuǎn)隧道建筑限界。當(dāng)?shù)偷燃?jí)道路隧道為單洞雙向交通時(shí)，隧道路面采用雙面坡，此時(shí)隧道建筑限界底邊線應(yīng)水平置于路面最高處，該處一般為設(shè)計(jì)高程點(diǎn)及超高旋轉(zhuǎn)軸（若有）所在位置，根據(jù)道路橫坡及超高值來(lái)旋轉(zhuǎn)隧道建筑限界。下面以單洞單項(xiàng)交通隧道為例，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，闡述隧道建筑限界旋轉(zhuǎn)方法。

（1）以隧道設(shè)計(jì)高程點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，豎直向上做鉛垂線，高度為檢修道或人行道高度，規(guī)范可取范圍為25～80 cm，低等級(jí)道路隧道一般取30 cm 左右，高等級(jí)道路隧道一般取40 cm 左右。完成垂線后向左做水平線，該段寬度即為根據(jù)規(guī)范確定的左側(cè)檢修道或人行道寬度。

（2）設(shè)計(jì)高程點(diǎn)向右做水平直線，該段水平直線寬度為行車(chē)方向左側(cè)向水溝寬度（不超過(guò)左側(cè)側(cè)向?qū)挾萀L值），以左側(cè)向水溝右側(cè)外邊緣為起點(diǎn)，向右以設(shè)計(jì)橫坡或超高值（隧道超高值不超過(guò)4%）旋轉(zhuǎn)，向右側(cè)延伸至右側(cè)向水溝左側(cè)外邊緣，該段（路面）長(zhǎng)度的水平投影距離為：左側(cè)向?qū)挾萀L+車(chē)道寬度W+右側(cè)向?qū)挾萀R-左側(cè)向水溝寬度-右側(cè)向水溝寬度。以右側(cè)向水溝左側(cè)外邊緣為起點(diǎn)做水平直線，該段水平直線寬度為右側(cè)向水溝寬度。如果未設(shè)置左側(cè)向水溝，則直接以設(shè)計(jì)高程點(diǎn)為起點(diǎn)向右以設(shè)計(jì)橫坡或超高值為角度向右旋轉(zhuǎn)，延伸至右側(cè)向水溝左側(cè)外邊緣。這里需要注意的是旋轉(zhuǎn)過(guò)程中要考慮路側(cè)水溝的寬度，本方法可以確保水溝水平安裝，并使隧道路面與水溝邊緣平順過(guò)渡，沒(méi)有高差。

（3）以右側(cè)向水溝右側(cè)外邊緣為起點(diǎn)，豎直向上做鉛垂線，高度為檢修道或人行道高度，一般與左側(cè)高度一致。完成垂線后向右做水平線，該段寬度即為根據(jù)規(guī)范確定的右側(cè)檢修道或人行道寬度。

（4）分別以左右側(cè)檢修道或人行道外邊緣為起點(diǎn)，豎直向上做鉛垂線，高度為2.5 m，然后分別向內(nèi)側(cè)（行車(chē)道方向）做水平線。

（5）分別以左右側(cè)檢修道或人行道內(nèi)側(cè)邊緣為起點(diǎn)，向外側(cè)取余寬C 寬度確定余寬外端點(diǎn)，并以此端點(diǎn)為起點(diǎn)做路面垂線，該垂線向上延伸，與檢修道或人行道頂部水平線相交，路面線垂線繼續(xù)向上延伸至與左右側(cè)水溝頂部相距4 m 高處。此處需要注意余寬是指人行道頂部垂直于路面的側(cè)墻邊線延伸性與水平檢修道交點(diǎn)至檢修道起點(diǎn)之間的長(zhǎng)度。

（6）為確保行車(chē)空間的實(shí)際凈高，旋轉(zhuǎn)后的建筑限界頂面應(yīng)平行于路面，平行線間距等于限界高度。以余寬的路面垂線上部頂點(diǎn)做鉛垂線，向內(nèi)側(cè)分別平移EL、ER的距離，然后連接該頂點(diǎn)和該線與路面平行線交點(diǎn)。最終完成隧道建筑限界的超高旋轉(zhuǎn)，如圖2所示。

圖2 隧道建筑限界分步旋轉(zhuǎn)（單位：cm）

在隧道建筑限界旋轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)考慮側(cè)向水溝尺寸及布設(shè)位置，否則會(huì)使路面與水溝有L側(cè)向水溝×i%的高差，造成路邊積水或路面覆蓋水溝蓋板等問(wèn)題，影響排水效果。這也是目前建筑限界旋轉(zhuǎn)時(shí)容易被忽略的問(wèn)題。

3 隧道建筑限界與內(nèi)輪廓關(guān)系

隧道內(nèi)輪廓應(yīng)能包絡(luò)旋轉(zhuǎn)后的建筑限界，并且滿足路面、水溝、電纜溝及附屬設(shè)施的安裝空間，在建筑限界內(nèi)不得有任何土建工程部件侵入。

公路隧道一般要求隧道內(nèi)輪廓與建筑限界最小距離為5～10 cm，城市道路隧道為滿足裝飾需要一般要求隧道內(nèi)輪廓與建筑限界最小距離為10～25 cm。根據(jù)JTG 2332—2019《公路隧道抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：隧道抗震設(shè)防段建筑限界和內(nèi)輪廓最小間距在抗震設(shè)防措施等級(jí)為三級(jí)時(shí)宜大于15 cm；抗震設(shè)防措施等級(jí)為四級(jí)時(shí)，最小間距宜大于25 cm；隧道穿越發(fā)震斷層時(shí)，最小間距宜大于35 cm。在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目的具體情況確定隧道內(nèi)輪廓與建筑限界間的最小距離，左右側(cè)最小間距要基本相當(dāng)，并以此擬定受力合理且經(jīng)濟(jì)的隧道內(nèi)輪廓，如圖3所示。

圖3 隧道建筑限界與內(nèi)輪廓

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）本文在基于對(duì)相關(guān)隧道建筑限界及內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)規(guī)范條文的總結(jié)、歸納基礎(chǔ)上，并結(jié)合近百條隧道設(shè)計(jì)案例，提出了一種簡(jiǎn)單、高效的隧道建筑限界分步旋轉(zhuǎn)方法，對(duì)該方法的設(shè)計(jì)要點(diǎn)做出了明確交代，可應(yīng)用推廣至不同等級(jí)的隧道設(shè)計(jì)。對(duì)于提高隧道設(shè)計(jì)精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化具有實(shí)用意義，為標(biāo)準(zhǔn)化施工提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，從而間接地提高施工效率，降低隧道運(yùn)營(yíng)管養(yǎng)成本。

（2）隧道建筑限界旋轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)注意水溝尺寸及布設(shè)位置，注意余寬在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下定義等設(shè)計(jì)要點(diǎn)。根據(jù)隧道等級(jí)、抗震設(shè)防措施等級(jí)及裝飾方案確定隧道建筑限界及內(nèi)輪廓的最小距離，結(jié)合旋轉(zhuǎn)后建筑限界空間尺寸擬定隧道內(nèi)輪廓。

（3）本文主要以公路隧道為例詳細(xì)闡述了隧道建筑限界及內(nèi)輪廓的擬定方法，市政道路隧道也可以參照該方法執(zhí)行，具有一定的借鑒意義。