公路隧道设计阶段的问题与对策研究

岳林博

（中交第一公路勘察设计研究院有限公司，西安710075）

1 引言

目前，随着国民经济的快速发展，公路修建质量已经成为整个社会关注的焦点。对此，承担我国公路隧道修建设计主要责任监管与施工部门必须以规范化施工与设计为基本要求，通过对地质环境、地理位置、施工技术、设计水准的优化，为我国公路隧道修建跻身国际行列奠基铺路。本文重点就我国公路隧道施工与设计的具体方法开展了深入的研究，以期为提升我国公路隧道工程的质量提供指导。

2 公路隧道设计的原则

公路隧道设计的原则主要表现在6个方面：（1）公路隧道设计必须要严格按照国家的设计规范和要求来进行，确保设计的科学性和规范性。（2）隧道洞口需要设置洞门，洞门的结构不受外在因素的限制，可以采用臺阶式、柱式或者是端墙式。无论采用哪种设计形式，隧道洞门都需要结合公路隧道工程的实际情况以及洞门所处位置的环境和地质特点。对于诸多特殊情况，诸如在车站、景区等地域修筑隧道时，具体的施工设计则必须关注洞门的实用性、观赏性，以达到建筑与环境和谐搭配的发展需要。（3）如果遇到隧道等高线与中线相交的情况时，隧道洞口结构可设计为斜交式。（4）设计隧道内部轮廓，应尽量做到规范设计，要求设计要素齐全，对应的排风、照明、通风、排水等符合要求标准。（5）设计公路隧道施工图时，必须严格参照具体规范标准。（6）必须加强对于公路隧道的监控检测的设计。

3 公路隧道设计存在的问题

3.1 公路隧道建设中图纸设计存在的问题

当前，公路隧道设计与公路隧道勘查分别由设计单位与勘查单位2个不同的部门各自进行。一些设计单位的设计人员与勘察人员缺乏沟通，又缺乏责任心，在没有认真研究勘察资料的情况下凭经验想当然地进行设计，导致图纸出现问题。还有一些设计人员不清楚施工单位的施工能力、施工技术，设计出的图纸标准过高，缺乏可操作性，在实际施工过程中难以实现【1】。

3.2 没有充分考虑地下水因素

进行公路隧道设计，不仅需要研究围岩各项参数（包括围岩的密度、质量、弹性、泊松比等），还需要认真研究地下水对施工可能造成的影响。从公路隧道施工的实际情况来看，地下水是造成隧道病害的重要原因。但令人遗憾的是，当前国内公路隧道设计只关注围岩，常常忽视了地下水这一因素，导致图纸设计沦为纸上谈兵。

4 做好公路隧道设计的对策

4.1 掌握公路隧道设计的特点

地面结构工程在平地上进行施工，形成工程结构后，依靠结构自身承受各种荷载（这些荷载多为静力荷载或动力荷载，对工程结构的影响较小）；而公路隧道工程需要在岩土体中进行施工，在整个施工过程中都必须承受来自岩土体的巨大荷载，在施工结束后才能形成隧道工程结构。此外，岩土体各个位置的岩性、围岩级别、围岩风化程度、单轴饱和抗压强度、断层厚度、节理、地下水条件（包括地下水的类型及其状况）往往存在着较大差异，在施工过程中，工程荷载还可能发生较大的变化。因此，设计人员必须主动研究各种不确定因素，综合考虑各种意外情况，在此基础上进行隧道公路的计算与设计。设计人员必须主动学习发达国家公路隧道设计的各种方法（如收敛约束法、CURTIS法、MUIR WOOD法），并尝试在公路隧道设计中应用这些方法。在条件允许的情况下，设计人员应使用人工智能、大数据技术对勘查资料进行详细分析研究，并在此基础上进行公路隧道设计。

4.2 使用应用型软件进行公路隧道设计

在公路隧道设计中使用先进的应用型软件，可以有效提升公路隧道设计的效率，并及早发现公路隧道设计中存在的问题。这些应用型软件的种类很多，功能各异，各有其自己的应用适应范围。如：

1）FLAC软件，采用差分法，可以处理大变形，计算维数为2D、3D，适应岩土工程要求。

2）ANSYS软件，采用有限元法，可以处理大变形，计算维数为2D、3D，适应岩土工程要求。

3）FINAL软件，采用有限元法，可以处理大变形，计算维数为2D、3D，适应岩土工程要求。

4）3DEC软件，采用离散元法，可以处理大变形，计算维数为3D，适应岩土工程要求。

5）UDEC软件，采用离散元法，可以处理大变形，计算维数为2D，适应岩土工程要求。

6）GEOFBA软件，采用有限元法，可以处理大变形，计算维数为2D，适应岩土工程要求。

7）ABAQUS软件，采用有限元法，可以处理大变形，计算维数为2D、3D，不适应岩土工程要求。

8）MSC.MARE软件，采用有限元法，可以处理大变形，计算维数为2D、3D，不适应岩土工程要求。

以上这些应用型软件需要设计人员根据隧道设计的具体要求灵活选用。

4.3 采用新奥法进行公路隧道设计、施工

公路隧道设计中最大的问题是设计人员辛辛苦苦设计出来的图纸不符合现实的实际情况。因此，人们应当考虑：采用新奥法进行公路隧道的设计、施工。新奥法充分应用岩体力学原理，在开挖作业中尽量采用光面爆破、预裂爆破，并尽可能采用大断面开挖，最大限度地减少开挖对围岩的扰动。而后根据围岩特征，采用不同的支护类型（包括锚杆、喷射混凝土等），形成以锚杆、喷射混凝土、围岩三位一体的承载结构，从而控制围岩的变形和松弛，并共同承载岩土体的荷载。再后，对围岩与支护进行不间断的现场监测，向设计单位及时反馈围岩-支护体的力学动态及其变化信息，来指导隧道工程的设计与施工。

采用新奥法，需要根据围岩的具体情况来使用不同的开挖断面方法。如果围岩属于Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ类，可使用全断面法。全断面法就是将全部设计断面一次性开挖成型，然后进行修筑衬砌。全断面开挖法采用移动式钻孔台车，沿全断面进行一次性钻孔，并进行装药连线，然后进行起爆作业，一次性爆破成型。清除石渣、土渣后钻孔台车再推进到开挖面进行下一轮钻孔、爆破作业。采用全断面法施工速度快，施工效率高；但使用全断面法时，必须保证工作面有足够的新鲜空气。

如果围岩属于Ⅱ、Ⅲ类，可采用分部开挖法。进行分部开挖，又可采用如下方法：（1）台阶分部开挖法；（2）单侧壁导坑法；（3）双侧壁导坑法。采用分部开挖法可以减小各个坑道的跨度，有利于增强围岩的相对稳定性，并有利于提前探明地质情况。

4.4 做好隧道衬砌设计

通常情况下，隧道衬砌的主要结构基本包括2种形式：一种是明洞衬砌、浅埋式衬砌；另一种是深埋断复合式衬砌。就隧道衬砌结构设计的具体效果而言，衬砌结构方式的选择，将直接影响隧道衬砌设计的质量与效果。因此，在具体衬砌方式选择时，必须以当地围岩地质的条件情况及施工的实际需求为标准，通过综合考量进行具体选择。目前，在隧道衬砌结构施工时，基本都采用新奥法实施隧道衬砌结构施工。对于围岩地质较差的地段，在设计时还需要将衬砌进行适当的延长，并且要在特定的位置设置相应的加强断衬砌，以此来保证衬砌的稳定性。选择衬砌材料时一般选用钢筋混凝土材料【2】。

5 结语

当前，国内公路隧道设计虽然取得了一定的成绩，但也存在着许多问题。因此，设计人员必须提高自己的责任心，必须详细研究勘查资料，主动运用先进的应用软件与先进的设计-施工方法来进行隧道设计，从而提升公路隧道设计水平，为国内公路隧道建设做出应有的贡献。