劉洪偉

(龍里縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，貴州龍里 551200)

隨著交通行業(yè)的飛速發(fā)展，公路隧道數(shù)量快速增長。特別是在城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)，考慮到深路塹的開挖不利于道路兩側(cè)土地的開發(fā)利用以及城市的美觀要求，所以隧道方案在與深挖路基的方案比選中的優(yōu)點愈發(fā)突出。隧道內(nèi)輪廓斷面的擬定是隧道設(shè)計中一項重要的工作，對隧道的襯砌受力和工程投資有重要的影響。經(jīng)過我國多年的工程實踐和內(nèi)力分析，具有適應應力流和變形合理形狀特點的三心圓斷面隧道輪廓使用較廣泛。下面以隧道建筑限界為基礎(chǔ)，對三心圓斷面隧道內(nèi)輪廓尺寸中的各參數(shù)進行探索。

1 三心圓無仰拱內(nèi)輪廓

1．1 基本參數(shù)及其意義

三心圓無仰拱內(nèi)輪廓線參數(shù)，如圖 1 有 H，JL，LL，R1，R2，θ1，a，H1，H2，d0，SB1，SB2，d1，d2，d3，d4，d5，d6，d7，d8。一共有 20 個。

內(nèi)輪廓參數(shù)的意義:H為建筑限界凈高;w為行車道寬度;JL，JR為左、右側(cè)檢修道寬度;LL，LR為左、右側(cè)側(cè)向?qū)挾?H1為路面到起拱線的高度;H2為拱腳底部至起拱線高;R1為拱部圓弧半徑;R2為起拱線以上邊墻圓弧半徑;θ1為起拱線以左下邊墻圓弧半角度;a為起拱線以下邊墻圓弧圓心偏離隧道中線距離;d1～d8為隧道內(nèi)輪廓至建筑限界角點的水平距離。

1．2 幾何關(guān)系

幾何關(guān)系如圖1所示，可得:

同理，可推導出d5～d8的幾何關(guān)系公式。

圖1 三心圓無仰拱幾何連接圖

隧道內(nèi)輪廓的開挖面積S由3個部分組成:

第1部分:即是2個半徑為 R1的1/4個圓弧面積:S1=;第2部分:即是2個圓心角為θ1的圓弧面積;第3部分:即是2個剩余小三角形的面積:S3=);隧道內(nèi)輪廓的開挖面積

1．3 編程求解過程

假設(shè)d2為已知值，考慮施工時的偏差，取為20 cm。根據(jù)《公路工程技術(shù)標準》中對公路建筑限界的規(guī)定圖示及設(shè)計經(jīng)驗:可擬定H1的取值范圍為:50 cm≤H1≤280 cm，0 cm≤d0≤60 cm。H2與a都根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》條文說明上推薦的值取為一固定值:H2=200 cm;a=250 cm。d1～d8根據(jù)規(guī)范要求的最小值考慮施工偏差，取為10 cm。

利用Visual C++6．0進行編程設(shè)計，輸入隧道的路面寬度W，左右側(cè)路側(cè)寬度，檢修道(人行道)寬度等已知信息，利用H1和d0作為循環(huán)控制變量，通過雙重for循環(huán)來對隧道的內(nèi)輪廓至建筑限界角點的水平距離d1～d8以及隧道的開挖面積S進行計算。當d1～d8中除假定的已知值d2外，出現(xiàn)小于10 cm的數(shù)值時，程序自動退出不執(zhí)行下面的程序語句，同時對變量進行增加，重新執(zhí)行程序語句。當d1～d8均符合不小于10 cm的條件時，程序?qū)⒂嬎愠?個部分的面積，并算出總面積S。程序自動將計算結(jié)果保存在計算機存儲區(qū)中，并不斷比較S的大小，將滿足條件的H1和d0以及其他數(shù)據(jù)和S記錄下來。由于源程序代碼較長，本文未將其列出。

2 三心圓帶仰拱內(nèi)輪廓

2．1 基本參數(shù)及其意義

當圍巖的巖性較差或邊墻承受側(cè)壓較大時，隧道的襯砌須設(shè)置仰拱。

三心圓帶仰拱內(nèi)輪廓線參數(shù)，如圖 1 有 R1，R2，R3，R4，θ1，θ2，θ3，a，H1，H2，d0，SB1，SB2，d1，d2，d3，d4，d5，d6，d7，d8。

內(nèi)輪廓參數(shù)的意義:H1為路面到起拱線的高度;H2'為拱腳底部至起拱線的高度;R1為拱部圓弧半徑;R2為邊墻圓弧半徑;R3為邊墻與仰拱連接面的圓弧半徑;R4為仰拱圓弧半徑;θ1為起拱線以左下邊墻圓弧圓心角;θ2為仰拱圓弧圓弧半角度;θ3為仰拱與邊墻連接圓弧圓心角;a為邊墻圓弧圓心偏離隧道中線距離;d0為路面中線與隧道中線偏移的距離。

為了使得隧道內(nèi)輪廓在縱向上保持一致，在確定基本參數(shù)的時候應該與不設(shè)置仰拱的區(qū)段相應的保持一致。因此可將R1，R2，a，H1，d0，SB1，SB2，d1～ d8的取值與不設(shè)置仰拱時的內(nèi)輪廓線值一致。

2．2 幾何關(guān)系

幾何關(guān)系如圖2所示，可得:

隧道內(nèi)輪廓的開挖面積S由3個部分組成:

第1部分:即是半徑為R1及R2的圓弧組成的面積:S1=;第2部分:即是半徑為R3的連接圓弧面積;第3部分:即是剩余部分面積隧道內(nèi)輪廓的開挖面積S=2×(S1+S2+S3)。

圖2 三心圓帶仰拱幾何連接圖

2．3 編程求解過程

根據(jù)不設(shè)置仰拱時三心圓的計算結(jié)果:可擬定H2'取值范圍為。由于起拱線以上的部分與不設(shè)置仰拱時三心圓比較沒有變化，因此可以不考慮R1，R2，a，H1，d0，SB1，SB2，d1～d8的值。R3可根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》的推薦標準，將R3取為定值:R3=100 cm。

利用Visual C++6．0進行編程設(shè)計，輸入已知信息，利用H2'和θ3作為循環(huán)控制變量，通過雙重for循環(huán)來對隧道的仰拱半徑R4以及隧道的開挖面積S進行計算。程序不斷比較H2'和θ3計算出的開挖面積S，并將最小值保存及輸出。由于源程序代碼較長，本文未將其列出。

3 結(jié)論與展望

內(nèi)輪廓的設(shè)計除應符合隧道建筑限界的規(guī)定外，還應滿足洞內(nèi)路面、排水設(shè)施、裝飾的需要，并為通風、照明、消防、監(jiān)控、營運管理等設(shè)施提供安裝空間，同時考慮圍巖變形、施工方法影響的預留富余量，使確定的斷面形式及尺寸符合安全、經(jīng)濟、合理的原則。因此，在對內(nèi)輪廓進行優(yōu)化時，要考慮通風、照明、消防、監(jiān)控、營運管理等設(shè)施造成的約束條件，確定約束條件后再錄入到計算機程序中，才能因地制宜的進行優(yōu)化。

［1］ JTG D70-2004，公路隧道設(shè)計規(guī)范［S］．

［2］ JTG B01-2003，公路工程技術(shù)標準［S］．

［3］ 郭艷華，李志業(yè)．公路隧道內(nèi)輪廓優(yōu)化確定方法［J］．四川建筑，2003，23(3):6．