隧道洞门优选原则

1、一、概述环境保护是当今世界瞩目的课题,这就要求我们在公路建设中,树立公路基础设施建设与环境保护全面协调发展的全新思维方式,以保护生态环境为前提,合理利用生态环境为指导,将工程建设对自然生态的不利影响减少到最低程度,寻求一条公路建设与生态环境协调发展的道路,实现可持续发展。进入二十一世纪以来,随着人们生活水平的提高和环境意识的觉醒,在土建工程中的环境保护逐渐得到关注,因此一些重大建设项目将环境保护列为重要内容进行研究。随着近期公路建设的大发展,在地形高差大、地质复杂和需要重点保护的原始森林、河流、水库及城市森林公园等情况下修建的公路隧道也越来越多。不可避免地在隧道建设中出现了建设与环境保护的问题

2、。但普遍存在认识不够的问题,如洞口刷坡过高,施工时出现塌方,地下水流失、地表沉陷等。隧道进出洞施工对地形、地貌、自然植被和景观的破坏,将会引起水土流失、植被破坏以及生物品种的减少;大挖大填将会增加地质脆弱带山体边坡的不稳定性;景观的破坏还会造成视觉和环境污染。主要由于施工阶段环境保护措施力度不够,原生态环境遭到剧烈恶化,使新建隧道周围环境的生态保护和恢复难度、投入成本成倍增加,又难取得良好效果。因此如果不重点加强施工阶段的保护、治理和恢复管理,提高工程环境效益、经济效益和社会效益,不仅影响隧道周边本身的生态和景观环境,还将直接影响隧道运营安全以及生态环境。张涿高速公路目前的实际情况是:(1)生

3、态环境本身很脆弱,水土流失严重,一旦破坏,恢复难度大,甚至由于干旱少雨无法恢复,形成生态灾难;(2)对隧道施工阶段环境保护认识不高,措施不力,投入不够;(3)施工现场和取、弃土场环境保护措施不力,生态恢复技术研究不够。因此高速公路隧道洞口施工阶段要特别重视环境保护,自始至终重视最大限度的保护植被,减少水土流失,防止地质等自然灾害造成不必要的经济和财产损失,同时对自然生态也要纳入保护范畴,避免未来环境治理中付出更大的代价。评价公路隧道对环境的影响主要考虑以下几个方面:(1)隧道洞口施工对自然环境的破坏；(2)隧道施工对空气质量的影响；(3)隧道内汽车废气对环境的影响；(4)隧道内废水对环境的影响

4、；(5)隧道施工弃渣对环境的影响；而在以上五方面中,公路隧道建设对环境的影响均发生在隧道洞口或洞门处理上,隧道洞口设计形式及洞口施工是公路隧道环保型建设的重点。二、隧道洞口段绿化的研究在选择植物种类时,应考虑隧道边、仰坡所在地的植物类型、植被环境。目的是使人为种植的植被小环境与当地植被大环境协调一致。在总体上产生一种融合的绿化效果。尽量引用当地植物,外来植物应考虑与当地大环境植物的融合性。否则小环境的植被生长再好,与大环境不协调且不能持久,难以形成整体的植物群落。合理选择主景。该项选择很关键。应根据隧道洞口边、仰坡所在地的环境条件来确定。例如,若选择草本植物作为绿化护坡的目标,则应以草坪为主景

5、,将乔、灌、花按一定比例合理配置在草坪的不同位置,用来加深和衬托草坪主景的气氛。草坪草应以多种草类混栽,做到四季常青。主景的选择应考虑隧道所在地的人文环境、洞门结构型式和其它相关情况。工程固坡的结构应尽量隐蔽,突出植被景观。对于深层不稳定的边、仰坡,需采取必要的工程措施加以支挡和防护。例如三维土工网垫、土工格栅、钢筋砼骨架、浆砌片石框架等;但这些工程结构物如果过多暴露于坡面,减少了植被的绿化面积,对于形成优美景观效果不利。因此,在设计和施工时,应采取措施使这些结构物尽量少暴露甚至不暴露。环境和意境的协调以及人文景观的设计。设计的隧道洞口绿化应与洞口所在地的自然景色表现出的意境相协调。在进行隧道

6、洞口绿化设计时,不可顾此失彼,导至二者相互脱节。对此,不仅在结构设计上应突出意境,在进行绿化设计时同样应与意境协调。这就需要在植物种类的选择、绿化效果的主景确定等方面加以考虑。另外,结合隧道当地的人文景观进行隧道洞口绿化设计,也是非常重要的一环。工程实例：京珠高速公路的一些隧道结合当地人文条件、隧道结构、植被情况,设计成具有一定艺术色彩的景观绿化效果。如图片1-4所示。这是京珠高速公路粤境北段4座隧道洞门的景观设计。可以看出图片1的石门坳隧道的洞门两侧的边坡采有浆砌片石护坡,坡脚植树形成防护带。斜切洞门的仰坡也采用浆砌片石护坡。但其表面用绿色涂料防护,并绘出有当地人文色彩的图画。图片2的温泉隧

7、道也是斜切洞门,与石门坳隧道不同的是洞门仰坡和边墙形成一体,全部铺填空心六棱砖护面,空心六棱砖内填土植草。这种洞口防护方法简单实用,以草本植物为主景,洞门隐匿于植被中。图片3的梅子坳隧道洞门设计也有其特色,它的主景不是植物,而是绘于洞门边仰坡上的具有当地瑶族文化色彩的图案。洞门边仰坡采用浆砌片石防护,在其表面的绿色图案也具有瑶族人文色彩。坡脚种植低矮灌木,以便突出主景。图片4的鸡关岭隧道的上下行隧道根据地形条件设计在不同的高度上,这样一来在两洞门前就形成了有一定坡率的缓坡地带,可种树植草,待植物茂盛后将形成优美的景观。同时结合当地人文特点,在洞口门端墙也绘出具有当地瑶族文化特色的图案。图1石门

8、坳隧道 图2温泉隧道图3梅子坳隧道 图4鸡关岭隧三、隧道洞门美化原则隧道洞门位置应该根据地形、地质水文等条件，着重考虑仰坡及边坡的稳定，同时应该结合洞外有关工程及施工条件、运营要求，同时还要满足有关规范的要求，不能随心所欲，但我们可以利用这些因素进行巧妙的结合，使洞门建筑融汇于自然环境当中，达到所需之目的。因此，在洞门设计构思时应考虑若干主要原则。建筑与结构相结合的原则：洞门是隧道工程的门墙，其总体作用分为结构和美化两个方面。前者具有支持山体，稳定边坡并承受该处地层上的压力的作用，后者起到美化隧道的作用。前者是受力所需，后者是审美和艺术的需要。研究隧道洞门设计是研究建筑物的现象学，建筑物的外观

9、在人们头脑中产生一种直觉，使他们意识受到影响并转变为感受理解。公众通常认为隧道洞门设计是类似于挡土墙，其实隧道洞门外墙的作用要比公众认为的大一些，其外部形式不仅仅是赏心悦目，从实用角度而言，它有着更深远的意义，它成为一种环境的隔膜，把外部自然环境与内部人工环境分开，并可将隧道与周围环境连接起来。建筑设计的艺术和科学就是把各种元素组合成一个建筑物的整体，将建筑与结构设计有机地结合起来，使之既美观又符合功能要求。（图6 隧道洞门与周围结构相结合）环境与意境相结合的原则：隧道洞门位置或在丛林之中，或在岩石之壁，或依山傍水，洞门所处的自然环境是得天独厚的。通过隧道所处的地理特点进行构思，它可丰富我们在

10、洞门设计中意境构思的素材，将环境和意境结合起来就会构思出优美的洞门形式。洞门形式与洞口地形相协调的原则：一座隧道采用什么形式的洞门，应结合隧道所处的地理位置、地形地貌情况、洞口场地的宽阔程度来确定，使之协调统一。（图7 隧道洞门与洞口地形相结合）外墙装饰与相邻建筑物相协调的原则：洞门外墙装饰对隧道建筑的美观效果和功能发挥起着很大的作用。一幢建筑物的设计效果除了它的立面造型、比例尺寸和功能分区等设计手法和风格有关外，还与其饰面材质的选用有关。外墙的装饰效果是通过对材料的色调、质感和线条三方面来体现。隧道洞口又称之为“洞脸”，脸是要装饰和打扮的，否则会失去应有的美丽。以人文与景致为中心,实现“情景

11、”交融人文景观涉及范围广泛,具有多学科性和应用性的特点,其内容和形式反映出人类文明进步的足迹,体现出人类的创造力,涵盖着人的意志、智慧和力量,具有文化审美内涵和全新形态面貌。人文、景观多种特质的有机结合,使设计既具有生态景观特色性,又延续历史文脉风貌,同时充分发挥和利用区位与资源优势。在高速公路景观设计中融入这些要素有利于引导人的视觉感受和文化取向,创造高品质的物质和精神环境。例如黄塔(桃)高速公路竹下隧道小贺端洞口景观设计中以突显的白墙灰瓦码头墙展现在青山绿水之中。马金岭隧道左线桃林端洞口景观设计在设计时根据地势和周边环境的特点引用了牌坊设计的风格。桃林黄山端洞口景观设计则以徽派园林建筑为主

12、要特点,它在总体布局上,精巧别致,自然得体;空间布局上灵活多变;在空间结构和利用上,造型丰富,讲究韵律美,以马头墙、小青瓦、白墙最有特色。把马头墙和牌坊引入到洞口景观设中,既起到了保护洞口安全的作用,又可以反映当地文化特色。这些都有较强的历史韵味和美的视觉感受。其文化内涵及其旅游价值在推动徽州文化和经济中发挥着巨大的作用。竹下隧道小贺端洞口 马金岭隧道左线桃林端洞口桃林黄山端洞口以生态和谐为原则,实现环境的可持续发展从广义上说,生态设计属于大的范畴,它包括了自然环境设计与文化意境设计,而文化属于地区性范畴,因地制宜,与自然的和谐相融是高速公路隧道洞门景观设计的精髓所在。由于隧道在开挖过程中对山

13、体和周边环境造成较大的环境影响和破坏,因此在对隧道洞口进行景观设计时应以破坏自然最小为原则,通过植被恢复和人造景观的手法将洞口的人为要素融入周围环境的自然要素中,体现工程与自然生态的融合。中村南隧道小贺端洞口（下图）景观设计在设计时以黄山石为主要设计元素,气势磅礴,使人豁然开朗。该设计考虑了借黄山景致中黄山石的色彩与形态特点在此让人有种先睹为快、身临其境的感觉。与此同时,山石相间的设计也有助于景观与自然生态的和谐相融。中村南隧道小贺端洞口四、隧道洞门形式选择的研究隧道工程与景观有机地结合是当前工程设计的重要发展趋势。近几年来，随着社会对环境景观的日益重视，各类人工构筑物的景观设计己成为构筑物设

14、计的重要内容之一。道路、桥梁、城市、河川等在设计中都引进了景观设计的新概念。隧道洞口作为在公路和铁路中频繁出现的构筑物，与周边的自然环境和社会环境紧密相连，除功能作用外，对周边的总体环境有一种符号和象征的意义。景观设计应成为洞口设计的重要内容之一，遗憾地是目前在洞口设计中对景观因素的考虑还是很少。最近颁布的公路环境保护设计规范(JTJ/T006一98)中，对道路中隧道洞门进行景观设计有了明确的规定.在新建高速公路、一级公路和有特殊要求的公路工程，根据工程及沿线区域环境特征或行政区划等，宜将公路划分为若干景观设计路段。在各景观设计路段中宜选择大型构筑物和沿线有特色的景物作为设计景点。公路景观设计

15、尽可能做到点、线、面兼顾，整体统一，使公路与沿线景观相协调。公路上的各种人工构筑物的造型与色彩应考虑景观效果和驾驶者的视觉效果，尽可能减少或消除各种构筑物对自然景观的不利影响。有条件时，应充分利用各种人工构筑物和绿化来补偿、改善公路沿线景观，并结合不同路段的区域环境特征形成其特有的风格。公路上的桥梁、互通式立交、隧道和服务区、管理设施等作为一个景点，设计时应使构造物本身各部位比例协调。目前，对公路隧道的景观设计已经明确的提到规范上，在高速公路的设计投标工作中，景观设计也已成为必不可少的组成部分。尽管目前进行的理论研究还比较少，但实践中己有很多尝试。景观概念已逐渐被有意识地导入到设计中来，这是洞

16、口设计技术的重要发展。隧道洞口景观问题本身首先是一个工程问题，随着社会的发展和人们意识形态中对环境的逐步重视，景观问题变成了人们日益关注的重要问题。隧道洞口的景观是高速公路景观大系统中的一个子系统。高速公路景观系统对我们生活的地球来说，是对地球面貌改变不可忽视的重要系统，是一个大环境、大尺度的工程问题，其景观研究的重要性和必要性是不言而喻的。从大的环境讲，国家倡导的“国土绿化工程”和“建设绿色走廊”都充分反映了国家对工程建设环境方面的重视和要求，具体到隧道本身，要求作到“内实外美”，洞口是隧道唯一的外露部分，也是体现“外美”的主要部分，因此在隧道方案的招投标工作中，都对构筑物的美观有所要求，要

17、求提供洞口景观效果图，重视工程美学已成为方案中标的必要条件。同时，从理论研究的角度来讲，重视工程建设的景观问题还是人性化设计的具体体现，把构筑物纯功能的需求升华到在考虑功能的前提下注重人类深层的审美本能和心理需求，是与时代发展的步伐一致的。高速公路景观大系统分为内部景观和外部景观两类。行驶在高速公路上的司乘人员见到路上的景观及在停车场、服务区等休息设施内所看到的景观称为内部景观，而从沿线居住地及其他道路上看到的高速公路景观称为外部景观.内部景观涉及到的构筑物有桥梁、隧道、服务设施等，它们同时也是高速公路的外部景观。其中，隧道洞口的景观是一个小尺度的景观问题，但因其不断的出现，成为不容忽视的景观

18、问题。遗憾地是，我国在这方面的理论研究几乎是一片空白。目前，在工程实践中人们己经意识到隧道洞口的景观美学问题，开始进行了一些有益的尝试。本文就是在这种条件下对隧道洞口的景观问题从理论研究入手，力图总结出一套可用于工程实践的设计方法，让理论为具体的工程实践服务。国内隧道洞口景观研究现状目前我国的公路隧道、铁路隧道总座数达8600多座，总长度约4370多km，居世界第一位。我国已成为世界上隧道工程最多、最复杂、发展最快的国家。按照交通部规划，我国10年内将新建成40万km新路，“五纵七横”国道主干线将贯通。10年内，我国将再建设总长155km以上的公路隧道。正建设的终南山隧道全长18.4km，湖南

19、雪峰山隧道长7km多;西安汉中高速公路上穿越秦岭的三座特长隧道群总长34km，全线隧道总长10Okm。正在建设的乌鞘岭铁路隧道长达20.skm。隧道工程建设正处于迅猛发展，与此同时，景观意识不断强化。把隧道洞口景观设计纳入到工程设计中来，是近几年的事。而如 何把景观设计纳入到工程设计中的研究则是刚刚开始。对隧道洞口景观的设计，在铁路隧道和公路隧道方面都进行了一定的有益的尝试。但公路隧道远远的走在了铁路隧道的前面。当然，这首先是由公路和铁路所处的环境条件决定的。公路隧道，尤其是高速公路或高等级公路上的隧道，一般断面较大，线路选择的时候，多与城乡环境较近，同时，车辆行驶密度大，司机与前座的乘客对隧

20、道的印象较深，隧道洞口景观对周围环境和司机乘客的心理影响都是比较大的。因此，在公路景观设计中，隧道景观设计是一个重要的景观设计“点”。目前，在工程实践中，除传统的直线端墙式洞口设计，也日益呈现了多样化的趋势。而铁路隧道多在群山峻岭中，列车编组长，可正视隧道洞口的主要是司乘人员，大多数乘客只在偶尔的时候，从车辆的侧面看到隧道的洞口。因此，从环境和使用者的角度看，多数隧道的洞口结构采用标准设计是合适的。但在靠近城市的地带，或风景区、与公路较近的地带，隧道洞口对周围环境的景观效果有影响，对洞口的设计还是应该强调景观的设计。总的说来，铁路隧道主要还是以直线端墙式为主，在洞口的景观设计中较公路隧道有很大

21、的差距。近年来，也有一些学者在呼吁加强洞口景观设计的研究，铁道部在接龙铁路的隧道工程中也开始立项对新型铁路隧道新型洞口进行研究，并取得了一定的成果。西南交通大学也开始对新型洞口段结构进行实验研究。国内一些设计院也愈来愈对洞口的景观设给予了极大关注。“谈公路隧道的洞口景观设计”“论隧道洞口设计的构思和表现形式”121、“一种特殊型式公路隧道洞门的设计”等文献都对洞口的景观设计提出了建议。从收集到的大量的国内、外隧道洞口实例看，国内公路隧道中景观设计的意识已经树立，出现一些不错的作品，但缺乏系统的研究，急需一套完整的设计方法。以铁路隧道为例，目前，铁路隧道洞口的设计大多只考虑了保持洞口附近山体稳定

22、以及洞口结构与洞口附近山体进行有机结合的需要，即大多只考虑了安全、力学上的因素，而很少考虑景观、美学上的因素。与之相应的，在铁路隧道洞口结构标准设计中，洞口结构的形式比较单一，主要只有端墙式、翼墙式、柱式、台阶式等几种端墙式洞门。其设计理念还停留在挡土墙的阶段，对环境的保护和美化很少涉及。旧有的铁路隧道洞口结构虽然结构的受力形式比较合理，现场施工和就地取材比较方便，但也存在着比较明显的缺陷，主要在于:（1）洞口结构的形式比较呆板，形式单一，始终停留在墙式洞口结构的设计上，即使有所变化，也仅仅是对挡土墙的坡度、高度等方面进行细节上的修改，而且这种修改也大多是为了满足结构受力的要求。因而表现出设计

23、的思想老化、意境单调、缺乏美感，特别是缺乏结构形式上的创新，也不能满足当前建筑设计中越来越考虑建筑与自然协调的人文景观的要求。（2）洞口结构的材料大多采用了和图L2.4公路隧道洞口新颖的设计隧道内衬砌材料相同的混凝土材料或砌石材料。虽然就地取材比较方便，经济性比较好，但洞口结构外观看起来缺乏色彩的变化，造成了乏味的感觉，对原本协调的周围自然环境造成破坏。（3）旧有的墙式洞口结构在施工开挖进洞过程中对隧道洞口附近的边坡和仰坡进行不同程度地刷坡处理，破坏了边坡和仰坡原有的植被及洞口附近山体的稳定，对施工和运营期间的生态保护、原有的地形地貌和自然景观有较大的影响，无法满足当前生态和环境保护等方面的需

24、要。尽管近年来在铁路新线的建设中也陆续出现了一些新型洞口结构，如南昆线上的乐善村隧道洞口结构、西合线上的桥耳沟隧道洞口结构等，但是缺乏系统的研究。没有纳入设计标准之中，这不能不说是个遗憾。国内的公路系统中，特别是在高速公路的建设中，设计和建成了不少结构新颖、形式美观、有利于环境和生态保护的新型洞门结构及洞口景观设计，如台湾北宜高速公路隧道、珠海板障山隧道、辽宁丹本线高速公路等隧道的洞口结构等就是非常好的例子。总之，国内的现状可以概括为:开始有实践，缺乏系统的理论研究指导实践，景观设计具有一定的盲目性。现阶段的洞口景观设计水平参次不齐。公路隧道洞门形式与结构设计现状洞门是隧道两端的外露部分,是联

25、系洞内衬砌与洞外路堑的结构,也是隧道的标志。洞门的形式很多,从构造形式、建筑材料以及相对位置等均可以划分成许多类型。根据洞门纵断面形状,洞门形式有:端墙式、翼墙式、台阶式、柱式、削竹式和喇叭口式。目前,公路隧道洞门设计总的原则是自然、简洁,与环境协调,不刻意渲染,保护隧道的自然景观。洞口位置应根据隧道洞口地形、地质条件,同时结合环境保护、洞外有关工程及施工条件、运营要求,通过技术、经济比较确定。同时隧道应遵循“早进洞、晚出洞”的原则,不宜大挖大刷。公路隧道洞门形式在高速公路建设初期,一般套用铁路隧道洞口形式,常采用柱式、端墙式,具有构造简单,施工方便,受力条件明确,宏伟壮观,施工时要求洞口有稳

26、定的边仰坡,为了保证隧道洞口段的稳定,同时节省工程投资,往往隧道边、仰坡刷坡较高。随着国民经济的发展,对隧道洞口有了景观设计要求,出现了削竹式、喇叭式等多种形式,同时对原端墙式洞门进行了发展,出现了多种造型。洞口完成后进行景观绿化,使其与自然环境协调。根据隧道洞口所处的地形、地质条件，洞门形式也有所不同，主要有如下几种：端墙式（一字式）洞门端墙式（一字式）洞门是最常见的洞门。它适用于地形开阔、石质较为稳定（ = 2 * ROMAN II- = 3 * ROMAN III级围岩）的地区，由端墙和洞门顶排水沟组成。端墙的作用是抵抗山体纵向推力及支持洞口正面上的仰坡，保持其稳定。洞门顶排水沟用来将仰

27、坡流下来的地表水汇集后排走。（图10 端墙式洞门）翼墙式（八字式）洞门当洞口地质较差（ = 4 * ROMAN IV级及以上围岩），山体纵向推力较大时，可以在端墙式洞门的单侧或双侧设置翼墙。翼墙在正面起到抵抗山体纵向推力，增加洞门的抗滑及抗倾覆能力的作用。两侧面保护路堑边坡，起挡土墙作用。翼墙顶面与仰坡的延长面相一致，其上设置水沟，将洞门顶水沟汇集的地表水引至路堑侧沟内排走。（图11、12、13 翼墙式洞门）柱式洞门当地形较陡（ = 4 * ROMAN IV级围岩），仰坡有下滑的可能性，又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时，可在端墙中部设置2个（或4个）断面较大的柱墩，以增加端墙的稳定性。柱式洞门比较美观，适用于城市附近、风景区或长大隧道的洞口。（图14、15 柱式洞门）台阶式洞门当洞门位于傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时，为了提高靠山侧仰坡起坡点，减少仰坡高度，将端墙顶部改为逐级升高的台阶形式，以适应地形的特点，减少洞门圬工及仰坡开挖数量，也能起到一定的美化作用。（图16 台阶式洞口）斜交式洞门当隧道洞口线路与地面等高线斜交时，为了缩短隧道长度，减少挖方数量，可采用平行于等高线与线路呈斜交的洞口（洞门与线路中线的交角不应小于45）。一般斜交式洞门与衬砌斜口段应整体灌注。由于斜交式洞口及衬砌斜口段的受力复杂，施工也不方便，所以只有在