隧道及地下工程是我國建設(shè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)工程，也是土木工程的重要研究領(lǐng)域。目前我國已經(jīng)成為世界上隧道數(shù)量最多、建設(shè)規(guī)模最大、發(fā)展速度最快的隧道大國。那么關(guān)于隧道如何設(shè)計?下面小編從隧道選址、隧道幾何設(shè)計及襯砌內(nèi)輪廓線幾何擬定等內(nèi)容依次為大家解答。
隧道選址
公路隧道選址的基本原則：
(1)必須與公路總體設(shè)計相協(xié)調(diào)適應(yīng)(交通量、公路等級等)；
(2)隧道位置應(yīng)選擇在穩(wěn)定的地層中；
(3)越嶺隧道應(yīng)進(jìn)行較大范圍的方案選擇，進(jìn)行全面的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，選擇在地質(zhì)條件較好的地段穿越；
(4)沿河傍山隧道，其位置宜向山側(cè)內(nèi)移，避免一側(cè)洞壁過薄產(chǎn)生偏壓；
(5)選擇隧道位置時，應(yīng)注意洞口位置和有關(guān)工程的處理，一般宜采取“早進(jìn)洞，晚出洞”原則。
隧道方案與自然條件的關(guān)系
當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)與水文地質(zhì)條件、地形地貌條件、氣象條件，一般而言是隧道方案主要考慮的問題。另外，還有工程的難易程度、經(jīng)濟(jì)、工期要求，甚至還有政治、經(jīng)濟(jì)、軍事與地區(qū)發(fā)展都有關(guān)。根據(jù)隧道軸線與地形的關(guān)系，主要有：
(1) 坡面正交型；
(2) 坡面斜交型；
(3) 坡面平行型；
(4) 尾部進(jìn)入型；
(5) 深入谷地型。
越嶺隧道的選址
越嶺隧道的位置主要以選擇埡口和確定隧道高程為主要依據(jù)。
1、越嶺隧道平面位置的選擇
（1）采用直線或大半徑曲線為好；
（2）優(yōu)選考慮在路線總方向上或其附近的低埡 口，展線好，隧道較短；
（3）雖遠(yuǎn)離線路總方向，但埡口兩側(cè)有良好的 展線條件；
（4）工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件良好的埡口。
2、越嶺隧道標(biāo)高的選擇(在山體中何位置)
（1）盡可能把隧道埋于較好的地層中；
（2）洞口位置處于較好的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)處，便于施工場地的布設(shè)；
（3）寒冷地區(qū)，隧道宜設(shè)在多年凍土上限和多年積雪線標(biāo)高以下，以保持施工和運(yùn)營安全；
（4）隧道條件應(yīng)考慮施工期限和施工技術(shù)條件；
（5）考慮遠(yuǎn)景規(guī)劃，在不多增加工程造價的情況下，宜盡可能的把標(biāo)高降低一些。
越嶺方案的選擇以選擇越嶺埡口為重點，從而解決越嶺埡口、隧道高程和兩側(cè)展線這三個既相互聯(lián)系又相互制約的問題。
傍山隧道選址
為改善線形，提高車速，縮短里程，節(jié)省時間，常修建傍山隧道。傍山隧道一般埋藏較淺，容易造成各種病害；山坡亦常有滑坡，松散堆積，泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，地質(zhì)情況較為復(fù)雜。
選擇傍山隧道時應(yīng)注意：
1、傍山隧道的洞身覆蓋厚度問題。為保持山體穩(wěn)定和避免偏壓產(chǎn)生，隧道位置宜往山體內(nèi)側(cè)靠--寧里勿外
2、要考慮河岸沖刷對山體和洞身穩(wěn)定的影響，如圖所示。
3、應(yīng)考慮施工便道設(shè)置和既有公路的位置，應(yīng)注意既有公路邊坡的可能坍塌和施工便道對洞身穩(wěn)定的影響。如圖所示。
4、線路沿山嘴繞行應(yīng)與直穿山嘴的隧道方案進(jìn)行比較。
不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇
研究地質(zhì)條件的重要性：不論是沿河（溪）線還是越嶺線，地質(zhì)條件對隧道位置的選擇往往起決定性作用。好的地層，對施工和營運(yùn)均有利，亦可節(jié)省投資；對巖性不好的地層、斷層破碎帶、含水層等不良地段應(yīng)避免穿越。若不能繞避而必須通過時，應(yīng)采取可靠的工程處理措施，以確保隧道施工及營運(yùn)安全。
常見不良地質(zhì)條件有滑坡、崩坍、松散堆積、泥石流、巖溶及含鹽、含煤、地下水發(fā)育等地質(zhì)條件。
1、滑坡、錯落
滑坡、錯落對隧道的危害很大，在隧道通過滑坡地區(qū)時，必須查明滑坡類型范圍、深度、滑動方向等。一般應(yīng)避開滑坡體或錯動體，或在可能滑動面以下一定深度通過。如圖所示。
2、松散堆積層
堆積層常處在暫時穩(wěn)定狀態(tài)。一旦擾動，穩(wěn)定即會喪失而造成崩坍。在這種地質(zhì)條件下隧道應(yīng)避開不穩(wěn)定、松散的堆積層，使洞身處于基巖中，并具有足夠的安全厚度。如圖甲的位置上。
3、泥石流
隧道通過泥石流地段時，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況考慮泥石流溝的改道和最大下切深度，確保洞口和洞身的安全。隧道洞頂距基巖面或最大下切面要有一定的覆蓋厚度，如圖 (b)乙的位置，隧道洞口應(yīng)避開泥石流溝及泥石流可能擴(kuò)展的范圍。有困難時，可修建一段明洞，使泥石流在明洞頂通過。
隧道洞口位置的選擇
洞口位置選擇好壞，將直接影響隧道施工、造價、工期和運(yùn)營安全。選擇時要結(jié)合洞口的地形，地質(zhì)條件、施工、運(yùn)營條件以及洞口的相關(guān)工程（橋涵、通風(fēng)設(shè)施等）綜合考慮。
（1）洞口部分在地質(zhì)上通常是不穩(wěn)定的。一般應(yīng)設(shè)在山體穩(wěn)定，地質(zhì)條件好，排水有利的地方。隧道宜長不宜短，應(yīng)“早進(jìn)洞，晚出洞”，盡量避免大挖大刷，破壞山體穩(wěn)定。
（2）洞口不宜設(shè)在溝谷低洼處和匯水溝處，一般宜將洞口移到溝谷地質(zhì)條件較好的一側(cè)有足夠?qū)挾鹊纳阶焯?，如圖中的B線。
（3）當(dāng)洞口處為懸崖陡壁時，根據(jù)地質(zhì)情況采用貼壁（見圖）或采用接長明洞的辦法，將洞口堆到坍方范圍以外3—5m處，見圖
（4）洞口地形平緩時，一般也應(yīng)早進(jìn)洞晚出洞。這時洞口位置選擇余地較大，應(yīng)結(jié)合洞外路塹、填方、棄渣場地、工期等具體確定(見圖)。需要時可接長明洞，以確保施工和運(yùn)營安全。
（5）考慮洞口邊仰坡不致開挖過高和洞口段襯砌結(jié)構(gòu)受力，洞口位置宜與地形等高線大體上正交見圖(a)。道路隧道一般不宜設(shè)計斜交洞門，見圖(b)。若為斜交時，應(yīng)盡可能加大斜交角度（一般不小于450），或采取工程措施，以降低垂直等高線方向的開挖高度。
（6）長大隧道在洞門附近應(yīng)考慮施工場地、棄渣場等的位置。
（7）洞口附近有居民點時，考慮提前進(jìn)洞，盡可能減少附近地上構(gòu)筑物，地下埋設(shè)物與隧道的相互影響，及減少對環(huán)境（農(nóng)業(yè)、交通、居民生活）的影響。
（8）洞口路肩應(yīng)高出設(shè)計洪水位（包括浪高）以上0.5m，以免洪水浸入隧道。
（9）考慮通風(fēng)設(shè)備排出的廢氣和噪聲對周圍環(huán)境的影響程度和解決辦法。
（10）考慮設(shè)置防雪工程、防風(fēng)工程和防路面凍害工程的必要性。
總之，隧道洞口和洞身是不可分的整體，在位置選擇時不能顧此失彼，應(yīng)該同樣的重視。
隧道幾何設(shè)計
1、隧道的平面設(shè)計
（1）隧道平面是指隧道中心線在水平面上的投影。隧道是線路的組成部分，線形也應(yīng)滿足《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定；
（2）任務(wù)：決定隧道的平面位置，選定洞口位置及洞內(nèi)各種地下管線埋設(shè)位置；
（3）基本要求：
① 原則上采用直線，避免曲線 ；
② 隧道平面線形以采用直線或大半徑曲線為好，并應(yīng)考慮行駛安全，隧道全長較短、施工容易等，在洞口不應(yīng)使用小半徑的引線與隧道銜接；
③ 一座隧道內(nèi)最好不設(shè)一個以上的曲線，尤其是避免反曲線；
④ 當(dāng)必須設(shè)置兩條曲線時，兩曲線之間應(yīng)有足夠長的夾直線。
（4）曲線隧道的不利因素：
① 行車視距問題；
② 加寬斷面問題，造成變截面隧道，施工難度大；
③ 曲線隧道內(nèi)裝修復(fù)雜；
④ 增加通風(fēng)阻抗，對自然通風(fēng)不利；
2、隧道縱斷面設(shè)計
3、隧道凈空斷面橫斷面設(shè)計
（1）隧道凈空：指隧道襯砌的內(nèi)輪廓線所包圍的空間，包括通風(fēng)、照明、消防、通訊等設(shè)備所占空間；
（2）隧道建筑限界：是為保證隧道內(nèi)各種交通的正常運(yùn)行與安全而規(guī)定在一定寬度和高度范圍內(nèi)不得有任何障礙物的空間限界 ；
（3）隧道行車限界：保證隧道中行車安全，在一定高度和寬度范圍內(nèi)任何物體不得 侵入的限界；
（4）墻效應(yīng)：隧道邊墻給駕駛員造成危險的心理影響，行車偏左減少行車道；
（5）加寬帶：大于2公里隧道，設(shè)緊急停車帶，寬2.5m，長25—40米，間隔750米；大于10公里隧道設(shè)U型回車道；
（6）凈高：一般高速公路、一級公路5米，二級以下公路4.5米；
（7）建筑限界頂角寬：小于等于1米；
（8）兩相鄰隧道最小間距問題：兩相鄰隧道最小凈距 視圍巖類別，斷面尺寸、施工方法、爆破震動影響等因素確定。
4、隧道接線
（1）隧道洞口的連接線平面及斷面線形應(yīng)與隧道線形相配合，應(yīng)保證有足夠的視距和行駛安全；
（2）隧道兩端平面線形與路線線形相一致，必須有一定的連接線長度過渡(其規(guī)定如表所示)；
（3）隧道兩端的接線縱坡應(yīng)有一段距離與隧道縱坡保持一致，以滿足設(shè)置豎曲線和保證各級公路停車或會車視距的要求；
（4）當(dāng)隧道凈寬大于所在公路的路基寬度時，兩端接線應(yīng)有不短于50m的同隧道等寬的加寬段，并設(shè)計過渡段加以銜接。
襯砌內(nèi)輪廓線及幾何尺寸擬定
什么是隧道襯砌 (Lining)？它是一種超靜定支護(hù)結(jié)構(gòu)，是隧道的主體建筑物
1、襯砌斷面設(shè)計：主要解決內(nèi)輪廓線，軸線和厚度三個問題。
(1)、內(nèi)輪廓線
設(shè)計原則:襯砌的內(nèi)輪廓線應(yīng)盡可能地接近建筑限界，力求開挖和襯砌的數(shù)量最小。襯砌內(nèi)表面力求平順，還應(yīng)考慮襯砌施工的簡便。
(2)、隧道襯砌斷面的軸線：應(yīng)當(dāng)盡量與斷面壓力曲線重合，使各截面主要承受壓應(yīng)力。
①、當(dāng)襯砌受徑向分布的水壓時，軸線以圓形最好；
②、主要承受豎向壓力或同時承受不大的水平側(cè)壓力時，可采用三心圓拱和直墻式襯砌；
③、當(dāng)承受豎向壓力和較大側(cè)壓力時，宜采用五心圓曲墻式襯砌；
④、當(dāng)有沉陷可能和受底壓力時，宜加設(shè)仰拱的曲墻式襯砌。
(3)、隧道襯砌厚度：隨所處地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件不同而有較大變化，并且與隧道的跨徑，荷載大小，襯砌材料以及施工條件等有關(guān)。根據(jù)以往經(jīng)驗，拱圈可以采取等截面，也可采取在拱腳部分加厚20—50％的變截面。仰拱厚度一般略小于拱頂厚度。
隧道勘測設(shè)計文件的內(nèi)容
