隧道建筑限界及內輪廓設計要點探討

劉 林

（華設設計集團股份有限公司，南京 210000）

隨著國家經濟的發(fā)展和環(huán)保意識的提高，隧道在工程建設中的應用越來越多，尤其在高等級道路中，可以充分發(fā)揮避免山體開挖，減少施工及運營期病害，提高道路整體通行效率等優(yōu)點。隧道設計是隧道建設的重中之重，其中隧道建筑限界及內輪廓設計又是隧道設計的重要環(huán)節(jié)，隧道建筑限界是隧道內輪廓的關鍵，隧道內輪廓設計是隧道設計的基礎。隧道建筑限界是根據隧道功能、用途而確定的，可以滿足隧道內機動車（非機動車）行駛、行人通行所需要的特定空間；隧道內輪廓既需要滿足隧道建筑限界旋轉后的空間包絡需求，又要滿足洞內路面、排水設施、裝飾及附屬設施安裝的需求，在滿足相關要求的前提下，擬定的較為經濟、合理的包絡曲線。關于隧道建筑限界與內輪廓的擬定，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問題，各規(guī)范并未明確嚴格統(tǒng)一的做法，導致各家設計單位的做法也是各不相同。往往對于同一技術標準的項目，各地、各設計單位的隧道建筑限界旋轉及內輪廓設計也各不相同，甚至出現(xiàn)同一項目的不同設計標段隧道建筑限界旋轉及內輪廓并不一致的現(xiàn)象，造成極大的資源浪費，不利于標準化施工與后期運營管養(yǎng)工作。本文試圖通過基于對近百條隧道建筑限界及內輪廓設計歸納總結、深入研究，并結合各規(guī)范條文相關要求的基礎上，以公路隧道為例，提出一種簡單、高效而明確的隧道建筑限界分步旋轉方法。考慮道路技術標準、超高值及抗震設防措施等級等因素，即可確定隧道建筑限界旋轉及內輪廓擬定的定量要求，促成隧道標準化設計，為標準化施工提供設計基礎，提高隧道施工效率，降低隧道運營管養(yǎng)成本，避免不必要的資源浪費。

1 隧道建筑限界要求

隧道建筑限界的確定應基于道路技術標準或隧道的功能需求，對于公路隧道建筑限界而言，隧道的建筑限界高度和寬度應嚴格按照現(xiàn)行JTG B01—2014《公路工程技術標準》和現(xiàn)行JTG 3370.1—2018《公路隧道設計規(guī)范（第一冊）土建工程》的要求執(zhí)行。

根據公路相關規(guī)范要求，對于高速公路、一級公路、二級公路上的隧道建筑限界高度應為5.0 m；對于三級公路、四級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按照公路相關規(guī)范擬定。包括檢修道寬度（人行道寬度）、余寬、側向寬度及車道寬度，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LL≤1 時，EL=LL；當LL＞1 m 時，EL=1 m。當LR≤1時，ER=LR；當LR＞1 m 時，ER=1 m。

特長隧道、長隧道一般不設硬路肩，需設置港灣式緊急停車帶，縱向間距一般不大于750 m。隧道緊急停車帶寬度為向行車方向右側加寬不小于3.0 m，且緊急停車帶寬度與右側側向寬度之和不應小于3.5 m。隧道緊急停車帶有效長度不小于40 m，加寬段的道路橫坡一般取0%～1%，所以隧道緊急停車帶建筑限界旋轉時要注意不同道路橫坡帶來的影響，不能采用整體旋轉或同角度旋轉的方法來擬定隧道內輪廓。

2 隧道建筑限界旋轉方法

隧道建筑限界旋轉首先根據隧道等級確定路面是單面坡或雙面坡及對應的路拱橫坡值。其次根據隧道段最大超高值確定建筑限界旋轉角度的上限、下限值。

表1 兩車道公路隧道建筑限界橫斷面組成及基本寬度m

一般高等級道路（如高速公路、一級公路等）隧道為單洞單項交通，隧道路面采用單面坡，此時隧道建筑限界底邊線與路面重合，確定設計高程點及超高旋轉軸（若有）的位置，根據道路橫坡及超高值來旋轉隧道建筑限界。當?shù)偷燃壍缆匪淼罏閱味措p向交通時，隧道路面采用雙面坡，此時隧道建筑限界底邊線應水平置于路面最高處，該處一般為設計高程點及超高旋轉軸（若有）所在位置，根據道路橫坡及超高值來旋轉隧道建筑限界。下面以單洞單項交通隧道為例，根據相關規(guī)范要求，闡述隧道建筑限界旋轉方法。

（1）以隧道設計高程點為基準點，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，低等級道路隧道一般取30 cm 左右，高等級道路隧道一般取40 cm 左右。完成垂線后向左做水平線，該段寬度即為根據規(guī)范確定的左側檢修道或人行道寬度。

（2）設計高程點向右做水平直線，該段水平直線寬度為行車方向左側向水溝寬度（不超過左側側向寬度LL值），以左側向水溝右側外邊緣為起點，向右以設計橫坡或超高值（隧道超高值不超過4%）旋轉，向右側延伸至右側向水溝左側外邊緣，該段（路面）長度的水平投影距離為：左側向寬度LL+車道寬度W+右側向寬度LR-左側向水溝寬度-右側向水溝寬度。以右側向水溝左側外邊緣為起點做水平直線，該段水平直線寬度為右側向水溝寬度。如果未設置左側向水溝，則直接以設計高程點為起點向右以設計橫坡或超高值為角度向右旋轉，延伸至右側向水溝左側外邊緣。這里需要注意的是旋轉過程中要考慮路側水溝的寬度，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渡，沒有高差。

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

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

（5）分別以左右側檢修道或人行道內側邊緣為起點，向外側取余寬C 寬度確定余寬外端點，并以此端點為起點做路面垂線，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墻邊線延伸性與水平檢修道交點至檢修道起點之間的長度。

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

圖2 隧道建筑限界分步旋轉（單位：cm）

在隧道建筑限界旋轉時應考慮側向水溝尺寸及布設位置，否則會使路面與水溝有L側向水溝×i%的高差，造成路邊積水或路面覆蓋水溝蓋板等問題，影響排水效果。這也是目前建筑限界旋轉時容易被忽略的問題。

3 隧道建筑限界與內輪廓關系

隧道內輪廓應能包絡旋轉后的建筑限界，并且滿足路面、水溝、電纜溝及附屬設施的安裝空間，在建筑限界內不得有任何土建工程部件侵入。

公路隧道一般要求隧道內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輪廓與建筑限界最小距離為10～25 cm。根據JTG 2332—2019《公路隧道抗震設計規(guī)范》規(guī)定：隧道抗震設防段建筑限界和內輪廓最小間距在抗震設防措施等級為三級時宜大于15 cm；抗震設防措施等級為四級時，最小間距宜大于25 cm；隧道穿越發(fā)震斷層時，最小間距宜大于35 cm。在實際工程應用中，應結合項目的具體情況確定隧道內輪廓與建筑限界間的最小距離，左右側最小間距要基本相當，并以此擬定受力合理且經濟的隧道內輪廓，如圖3所示。

圖3 隧道建筑限界與內輪廓

4 結束語

（1）本文在基于對相關隧道建筑限界及內輪廓設計規(guī)范條文的總結、歸納基礎上，并結合近百條隧道設計案例，提出了一種簡單、高效的隧道建筑限界分步旋轉方法，對該方法的設計要點做出了明確交代，可應用推廣至不同等級的隧道設計。對于提高隧道設計精細化、標準化具有實用意義，為標準化施工提供設計基礎，從而間接地提高施工效率，降低隧道運營管養(yǎng)成本。

（2）隧道建筑限界旋轉時應注意水溝尺寸及布設位置，注意余寬在旋轉狀態(tài)下定義等設計要點。根據隧道等級、抗震設防措施等級及裝飾方案確定隧道建筑限界及內輪廓的最小距離，結合旋轉后建筑限界空間尺寸擬定隧道內輪廓。

（3）本文主要以公路隧道為例詳細闡述了隧道建筑限界及內輪廓的擬定方法，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。