长安大学公路学院隧道班毕业设计
公路隧道机械通风方式和短道风向的选择
便 会 在 送 风 口的后 方 出现 正 压 ， 该 在 车 流 密 度 大 的 隧 道里 排 出 的废 气 较 通 风 和 火 灾 时 横 向 排 烟 相 结 合 的 组 合 方 风窗 口， 正 压 与 排风 负 压 之 间的 压 差 会 引导 风 流 回 多， 严 重 的 影 响 了隧 道 里 的空 气 质量 。 公路 式 。 由于 这 种 通 风 方 式造 价 相 对较 高 ， 目前 隧 道 的通 风 就 是 利 用机 械 或 自然 通 风 方 式 主要 还 是 在特 长 隧 道上 采 用 。 向隧 道 内 压 入 新 鲜 空 气 、 向隧 道 外 排 出浑 通风 方式 种类有很 多， 但 都 有 其 优 缺
工 程 技 术
Ｓ ： ！ ｃ ｉ ｅｎｃ ｅ ａ ｎｄ Ｔｅｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇｙ Ｉ ｎ ｎ ｏｖ ａｔ ｉ ｏｎ Ｈｅ ｒ ｅ ｌ ｄ
公 路 隧道 机 械 通风 方式 和 短 道风 向的选 择
王 开运
（ 长安大学公路学院 摘
陕西 西安
７ １ ０ ０ ６ ４ ）
要： 公路 隧道通风的目 的是 为了 把隧道 内的有 害气体 或污染物质的浓度 降至一个允许浓度以下， 以 保 证汽车行驶 的安 全性 和舒 适性。 而对
于通风问题 ， 首先要考虑的是通风方式的选择， 如若采 用了竖井送排式通风 系统， 还要 注意短 道内的风向问题 。 该文对这 两个方 面的通风设计
流。 但是， 若 采 用 回流 方 式 ， 由于 短 道 距离
浊空气， 稀 释 洞 内 由车 辆 排 出 的 废 气 和 烟 点 ， 这 就 要 求 设 计 人 员所 选 择 的 通 风 方 式 较 短 ， 新鲜 空 气 进 入 后 便 由排 风 口排 出， 没
公路隧道钢筋混凝土衬砌碳化耐久性区划
DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.08.004公路隧道钢筋混凝土衬砌碳化耐久性区划韩兴博，叶飞，梁晓明，冯浩岚，王蕾，夏永旭(长安大学 公路学院，陕西 西安 710064)摘 要：为了构建公路隧道衬砌碳化耐久性的定量设计方法，对比各碳化深度计算模型与实测数据，选定衬砌碳化的最优模型；根据实测数据分析隧道环境温湿度与洞外大气关系，基于全国气象监测站的温湿度数据，建立公路隧道运营环境温湿度区划；考虑公路隧道CO 2的释放源项并参照实测数据，构建隧道运营环境CO 2体积分数的计算方法；以碳化劣化速率梯度相等为原则，对我国隧道碳化环境进行分区，结合分区推荐我国公路隧道衬砌碳化耐久性定量设计的具体方法. 研究发现：隧道环境湿度与大气湿度相当，隧道环境温度变化趋势与大气环境一致，两者均值接近. 公路隧道内部CO 2体积分数与CO 体积分数呈线性关系. 云南、贵州区修建的隧道工程衬砌受环境影响较大，西藏、青海、内蒙古、黑龙江、吉林等地区的待建隧道在进行衬砌耐久性设计时可以忽略碳化影响，其余全国大面积区域隧道衬砌的碳化耐久性设计可以对应《混凝土结构耐久性设计标准》中环境作用等级中的“轻度”进行设计.关键词： 公路隧道；钢筋混凝土衬砌；碳化；运营环境；耐久性；区划中图分类号： U 451.4 文献标志码： A 文章编号： 1008−973X （2021）08−1436−08Carbonation resistance zonation of reinforcedconcrete lining of road tunnelsHAN Xing-bo, YE Fei, LIANG Xiao-ming, FENG Hao-lan, WANG Lei, XIA Yong-xu(Chang’an University , School of Highway , Xi’an 710064, China )Abstract: The optimistic model was decided by comparing results from carbonation depth calculation models andtested data, in order to establish a quantitative method for the carbonization durability design of highway tunnel lining. The relationship of temperature and humidity between the tunnel operation environment and the atmosphere was analyzed based on the field test data. The temperature and humidity zonation of road tunnels in China was established based on the temperature and humidity data from meteorological stations. The calculation method of CO 2volume fraction in the tunnel operation environment was recommended by referring to the emission source of CO 2 as well as the field test data. The carbonation durability of road tunnels in China was divided based on the principle of equalized carbonation degradation rate gradient. Also, the specific method of quantitative design of carbonation durability of road tunnel lining in China was recommended based on the results of the zonation. Results show that the environmental humidity of the tunnel is equivalent to the atmospheric humidity. The temperature trend of the tunnel environment is consistent with that of the atmospheric environment, and the average values of the two are close. The CO 2 volume fraction in the road tunnel is linearly related to the CO volume fraction. The lining of tunnels built in the Yunnan and Guizhou are greatly affected by the environment. The impact of carbonation can be ignored for tunnels in Tibet, Qinghai, Inner Mongolia, Heilongjiang and Jilin. The carbonation durability design of the tunnel lining in other areas of the country can refer to the design of the classification “lightness” in “Standard for design of concrete structure durability”.收稿日期：2020−07−27. 网址：/eng/article/2021/1008-973X/202108004.shtml基金项目：国家自然科学基金资助项目（51878060）；中国博士后科学基金面上资助项目（2020M683398）；长安大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（300102210124）.作者简介：韩兴博（1991—），男，讲师，从事隧道长期性能研究. /0000-0002-9919-6749. E-mail: ******************.cn通信联系人：叶飞，男，教授. /0000-0002-8375-3010. E-mail: *****************第 55 卷第 8 期 2021 年 8 月浙 江 大 学 学 报(工学版)Journal of Zhejiang University (Engineering Science)Vol.55 No.8Aug. 2021Key words: road tunnel; reinforced concrete lining; carbonation; operating environment; durability; zonation钢筋混凝土结构是目前隧道衬砌最广泛的采用形式. 混凝土碳化是导致钢筋混凝土隧道衬砌耐久性劣化的重要原因之一，也是钢筋混凝土衬砌耐久性设计的重要研究内容[1-2]. 目前关于隧道衬砌混凝土碳化耐久性设计还没有专门的规定，国内的隧道衬砌在实际设计中仍然以参考普通建筑混凝土耐久性设计规定为主，设计的基本思路如下：首先定性确定混凝土结构的碳化环境作用等级，然后通过限制最大水胶比、最低混凝土强度以及最小保护层厚度等参数来保证混凝土结构的耐久性[3]. 上述耐久性设计方法主要基于工程经验和定性分析，往往难以保证混凝土结构满足预定的服役寿命要求[4-5]. 美国[6]、欧盟[7-9]、澳大利亚[10]、加拿大[11]、德国[12]、挪威[13]、瑞典[14]等的相关混凝土耐久性设计规范均针对碳化耐久性设计作出了说明，但是均为定性描述，不能直接指导设计人员确定衬砌保护层厚度、钢筋参数、混凝土参数等的定量取值. 此外，我国地域宽广，不同地区的环境温湿度差异巨大，不同地区的隧道衬砌结构对碳化耐久性的要求存在差异. 因此，进行衬砌碳化耐久性区划对我国隧道衬砌的碳化耐久性定量设计具有切实意义. 区别于普通建筑混凝土，隧道衬砌混凝土碳化模型的选取、隧道内部碳化环境（温度、湿度、CO2体积分数）特征的确定、适用性强的区划方法的实现仍然是隧道钢筋混凝土衬砌碳化耐久性区划研究中须解决的问题.在碳化模型方面，在钢筋混凝土结构领域已经开展了广泛深入的研究. 最早，Papadakis等[15]根据水化和碳化反应过程和质量守恒方程在Fick 第一定律下建立了混凝土碳化预测模型的理论框架. 之后大量学者基于自然暴露及加速碳化试验侧重于混凝土材料[16-21]、碳化环境因素[22-28]、受荷特征[18, 29-30]等提出了多种修正模型. 我国《混凝土结构耐久性设计标准》[3]也详细推荐了混凝土结构的碳化深度计算公式，该模型与牛荻涛[31]提出的模型有密切联系. 万小梅[32]、武海荣等[33]也就环境特征和受荷特征提出了相应的修正模型，具有较高的实用性. 隧道钢筋混凝土衬砌与普通混凝土衬砌的材料组成一致，因此隧道衬砌的碳化模型可以借鉴上述普通混凝土结构的碳化模型.由现有的混凝土碳化模型不难看出，环境温度、湿度以及CO2体积分数对结构碳化有重要影响. 我国设有大量的气象工作站，能够准确获取大量大气环境的温湿度数据. 就隧道环境温湿度而言，陈建勋等[34]对某隧道洞内外环境进行了常年的观测，根据其观测数据可以发现隧道洞内温度和洞外温度的变化趋势基本一致. 丁浩等[35]在研究姜路岭隧道通风时，通过现场测试发现隧道内部温度与洞外大气温度密切相关. Zhao等[36]对Zuomutai隧道环境温度进行了近1 a的高频率监测，获取了隧道的环境温度数据. 此外，大量隧道温度场的测试数据均显示隧道内温度与大气温度相关程度高，因此可以考虑通过大气温度来测算隧道环境温度. 这种做法在解决待建隧道温度场估算的同时，能够通过我国大量的气象站数据推算出全国不同地区的隧道环境温湿度数据. 不过，须深入分析隧道环境温湿度与大气环境温湿度的关系，建立全国不同地域隧道的温湿度特征.在CO2体积分数方面，《公路隧道通风设计细则》[37]给出了明确的CO体积分数的计算方法与允许最大浓度取值，但是对于隧道内CO2体积分数的计算目前尚无明确方法.在区划方法方面，Jin等[38]针对普通混凝土提出其耐久性区划的框架，并应用到浙江省混凝土桥梁结构耐久性环境区划中. 王艳[39]参考全国气候规划，突出主导因素对全国混凝土耐久性环境进行区划. Huang等[40]通过预测模型将环境作用指标量化，得到其耐久性分区. 武海荣等[33]在此框架下进一步对全国的混凝土耐久性环境进行区划.本研究以钢筋混凝土衬砌碳化耐久性区划为目标，借鉴混凝土碳化领域成果，对比实测数据选定衬砌碳化深度计算最优模型；考虑隧道环境特征，基于大量现场测试数据建立大气环境与隧道环境温湿度关系以及CO体积分数与CO2体积分数函数关系，得到隧道环境参数（温度、湿度、CO2体积分数）的计算方法，依托大气环境测量数据，建立隧道环境温湿度区划；考虑劣化梯度相等，建立隧道衬砌混凝土碳化耐久性区划，构建定量的钢筋混凝土衬砌碳化耐久性设计方法. 以期为我国的隧道衬砌耐久性设计提供支持.1 碳化深度计算模型及影响因素分析目前关于混凝土结构碳化深度的计算模型较第 8 期韩兴博, 等：公路隧道钢筋混凝土衬砌碳化耐久性区划[J]. 浙江大学学报：工学版,2021, 55(8): 1436–1443.1437时长可以估算结构的碳化深度，其混凝土碳化系数的表达式如下：k CO 2k CO 2=√φ(CO 2)/0.03φ(CO 2)k KL k KT k KS k F R H f cu 式中：k 为碳化系数；为CO 2体积分数影响系数，，为CO 2的体积分数；为位置影响系数，对于构件角区取1.4，对于非角区取1.0；为养护浇筑影响系数，取1.2；为工作应力影响系数；为粉煤灰取代系数；θ为环境温度；为环境湿度；为混凝土抗压强度标准值.万小梅[32]考虑构件受力对碳化速率的影响，提出的碳化深度的计算模型如下：k T =4√θ/θ0式中：x 为碳化深度；k RH 为环境湿度温度影响系数，k RH =（1−R H ）1.1/（1−R H0）1.1，R H0为标准环境相对湿度，取值为70%；k T 为环境温度影响系数，，θ0为标准环境温度，取20 ℃；k c 为自然碳化1 a 与快速碳化28 d 的CO 2扩散系数比值，可以取20；c 0为混凝土表面的CO 2浓度，自然碳化下c 0=0.032 5 mol/m 3[8-9]；D 0为快速碳化28 d 得到的CO 2扩散系数；t 为碳化时间；t 0为碳化标准时间，可以取28 d ；n 为与实践有关的影响系数，C40以下的混凝土可以取0.3，C45以上混凝土可以取0.1；k ce 为与水泥品种有关的系数，硅酸盐水泥取8.03，普通硅酸盐水泥取6.83；C 为水泥混凝土中的水泥用量；k σ为与荷载有关的系数.武海荣等[33]也提出了碳化深度的计算模型：式中：k RH =−4.24R H 2+4.24R H +0.2；k T =exp （8.748−2 563/为了选取更加准确的模型，将上述3个模型与文献[31]的实测数据对比，碳化深度计算值与实测值的相关性如图1所示. 图中，x c 为计算碳化深度，x t 为实测碳深度，黑色实线为计算碳化深度与实测碳化深度相等的曲线，万小梅模型[32]（红色点线）与武海荣模型[33]（黑色虚线）计算结果的拟合值均与黑色实线较接近，但是万小梅模型计算结果的分布范围明显大于武海荣模型，说明在计算结果的离散性上武海荣模型优于万小梅模型. 《混凝土结构耐久性设计标准》[3]给出的模型计算结果的离散程度较小，但是拟合曲线与黑色实线偏差较大，因此推荐武海荣模型为本研究碳化深度的计算模型.由碳化深度计算模型可知，环境温度、湿度以及CO 2体积分数是隧道运营环境影响衬砌碳化的重要方面. 在选定碳化计算模型的基础上，计算不同温度、湿度以及CO 2体积分数影响下碳化深度的时变规律如图2所示. 图中，t m 为监测时间. 根据武海荣模型[33]的计算结果中曲面在时间-碳化深度坐标轴所在平面上的投影可知，在3种图 1 理论模型碳化深度与实测碳化深度相关性对比Fig.1 Comparison of carbonation depth of theoretical model andfieldtest data图 2 环境因素对碳化深度的影响规律Fig.2 Regulations of environmental factors on carbonation depth因素影响下，碳化深度的增加均随时间发展而减缓. 由曲面在各因素与碳化深度坐标轴所在平面投影可知，碳化深度随温度和CO 2体积分数的增加而增加，但是随着温度的增加，碳化深度的增加速率有加快趋势，随着CO 2体积分数的增加，碳化深度的增加速率有减缓趋势. 碳化深度在湿度为50%时达到极值，干燥或高湿的环境均有利于降低碳化速率.2 公路隧道运营环境温度确定大量现场测试表明公路隧道洞内温度与洞外温度存在差异. 以瓦房店隧道的温度监测数据[41]为例（见图3），在隧道外部环境温度较低时（12月27日—2月7日），洞内温度高于洞外大气温度. 当隧道外部温度升高时（2月7日—2月11日），洞内温度随之升高. 整体来看，虽然洞内温度不同于洞外温度，但是洞内温度受洞外大气温度影响显著，两者变化趋势一致，洞内较洞外变化幅度小，且滞后.文献[42]对胶州湾公路隧道的温度进行了连续4 d 的不间断监测（见图4）. 结果显示，隧道洞内温度显著相关于隧道外大气温度，隧道中部温度最高，但平均温度与洞外大气相差较小（2.4 ℃）.文献[36]对柞木台隧道的温度进行了连续、近乎整年的测试（见图5）. 测试结果显示，隧道洞内温度与外部大气温度联系密切且表现出“冬暖夏凉”的环境温度特性. 两者温度的均值差仅为0.7 ℃（洞外温度均值为5.3 ℃，洞内温度均值为6.0 ℃）.隧道的碳化过程是逐步累积的缓慢过程，采用“年均”尺度来确定环境对结构耐久性的作用较合理[43]. 由实测结果可知隧道洞内温度与洞外温度均值相差较小，因此在计算隧道碳化深度但无洞内实测温度数据时可以考虑用大气环境平均温度代替隧道环境平均温度.为了便于隧道前期设计时隧道环境参数的预估，通过全国2 132个气象监测站的1981年到2010年的累年年平均气温可以得到全国不同地区的隧道环境温度分布. 最高温度分布在我国南部的广东、广西、海南、台湾等省份，大于19 ℃；最低平均气温可至零下，分布在我国黑龙江和内蒙古的北部、青海南部以及新疆中部少数地区.其余全国大多数地区的温度为−1~19 ℃. 在计算阶段可以根据隧道所在地区的温度选择对应隧道环境温度.3 公路隧道运营环境湿度确定通过文献[44]的研究，运营期间隧道内湿气主要源于排水沟中水的自然蒸发以及车内人员的散湿，在正常运营情况下隧道内散湿可以通过隧道内的自然通风或者机械通风排出，不会引起隧道内湿度的积累，因此可以认为隧道内的湿度环境与隧道外部环境相同. 文献[42]的现场监测数据（见图6）也证实隧道内部环境湿度均值与外部大气相当. 图中，H LO 、H LI 、H RO 、H RI 分别为左洞外部、左洞内部、右洞外部、右洞内部湿度. 与温度分布类似，可以得到全国隧道运营环境湿度分布，其规律与温度分布基本一致.图3 瓦房店隧道内、外环境温度Fig.3 Inner and outer temperature of Wafangdian tunnel图 4 青岛胶州湾海底公路隧道内、外环境温度Fig.4 Inner and outer temperature of Jiaozhou bay road tunnel图 5 柞木台隧道内、外环境温度Fig.5 Inner and outer temperature of Zuomutai tunnel第 8 期韩兴博, 等：公路隧道钢筋混凝土衬砌碳化耐久性区划[J]. 浙江大学学报：工学版,2021, 55(8): 1436–1443.14394 运营隧道CO 2体积分数计算和CO 体积分数类似，隧道内CO 2的体积分数与隧道的交通量、车型比例以及通风条件等相关. 因此，可以通过相关计算确定隧道环境的CO 2体积分数.类比《公路隧道通风设计细则》[37]中CO 体积分数的计算方法，隧道内的CO 2体积分数可以由下式计算：Q CO 2Q req 式中：为隧道内的CO 2排放量；为隧道新风量.Q CO 2可以由下式计算：q CO 2式中：为单车CO 2排放量，L 为隧道长度，N 为隧道交通量.考虑不同车型的CO 2排放量不同，式（5）可以扩展为式中：m 表示第m 种车型.文献[45]给出了各类型车量的CO 2排放因子，以g/km 为单位，除以CO 2的密度，得到单车的CO 2排放量如图7所示.除了大气中固有的CO 2外，公路隧道内部环境中的CO 2主要源于车辆的排放[46]. 车辆的燃料充分燃烧产生CO 2，不充分燃烧产生CO. 因此，隧道内部车辆排放的CO 和CO 2来源相同. 同时，考虑到目前机动车的发动机制造工艺成熟，因此，燃料不完全燃烧情况的占比相对稳定[47]. 可以认为，单位燃料燃烧后尾气中排放的CO 和CO 2比例恒定. 公路隧道通风设计细则给出了详细的CO 体积分数计算方法，因此，可以通过现场测试数据分析隧道环境中的CO 和CO 2体积分数关系，建立两者的函数联系，从而可以类比《公路隧道通风设计细则》[37]计算隧道环境的CO 2体积分数.4处公路隧道[48]监测得到的环境C O 和CO 2体积分数关系如图8所示. 共62处监测点的数据拟合得到的关系函数为式（7）的拟合残差R 2=0.904，拟合程度高. 由图8可以发现4处隧道的监测数据均能较好地被拟合曲线描述，说明隧道环境中CO 和CO 2体积分数的函数关系具有普遍性. 此外，拟合函数为一次函数，斜率44.83表示车辆产生的CO 和CO 2的比例关系，截距402.67×10−6表示大气中固有的CO 2体积分数，与实际大气中的CO 2体积分数（0.03%~0.04%）相符，可见，拟合函数具有合理性.细则规定，当公路隧道长度小于1 000 m 时，CO 允许体积分数极值为0.015%，当长度大于3 000 m 时，CO 允许体积分数极值为0.01%[37]. 实际情况下公路隧道内部CO 体积分数值为0.001%~0.007%[29].考虑不利工况以及实际情况，按CO 体积分数为0.007%计算得到隧道环境CO 2体积分数极值为0.354%.图 8 CO 和CO2现场测试结果相关性分析Fig.8 Correlation analysis of density field test data of CO and CO 25 山岭隧道衬砌碳化环境区划隧道衬砌配筋设计中常见的保护层厚度为图 6 青岛胶州湾海底公路隧道内、外环境湿度Fig.6 Inner and outer humidity of Jiaozhou bay road tunnel图 7 各类型车辆CO 2排放因子Fig.7 CO 2 emission factors for each type of vehicle1440浙 江 大 学 学 报（工学版）第 55 卷35~60 mm，以衬砌混凝土碳化深度达到60 mm作为结构碳化寿命的终点，计算全国各地2 132个地区的隧道碳化寿命. 但是简单按照碳化寿命为20、50、100 a等来进行环境区划并不可取[33]. 因此参考文献[33]，将碳化寿命在120 a以上的区域划归为环境影响可忽略区，其余区域考虑劣化梯度相等，将碳化寿命在120 a以内的地区划为5个等级. 绘制2 132个地区100 a的碳化深度以及碳化寿命的相关性曲线如图9所示，按照等劣化梯度划分可以得到各等级的分界值. 图中，l t为碳化寿命. 由计算结果可知衬砌的碳化寿命为23.8~198.7 a.因此，首先按照碳化寿命将分区划分为6个部分（20~40、40~60、60~80、80~100、100~120、120~max）；再按照100 a碳化深度与碳化寿命的对应关系，计算各分区值（40、60、80、100、120 a）对应的100 a碳化深度（95、77、67、60、55 mm），最后按照该深度进行区划. 按照此方式划分，即便衬砌保护层厚度选择其他值，划分出的区域也与60 mm相同. 如此，可以保证区划的唯一性. 按照如图9所示的分界值，将全国地区划分为0~5共6个等级，环境影响程度依次增加.《混凝土结构耐久性设计标准》[3]将环境对结构耐久性的影响分成了6个作用等级，如表1所示. 对照耐久性设计规范的分类，分析各个分区的气候特征，将各分区与环境作用等级进行对应. 并将各个分区对应的行政区域进行划分，汇总如表2所示，以便工程设计人员查询.图 9 衬砌碳化寿命与碳化深度关系曲线Fig.9 Relationship between carbonation life span and carbonation depth表 1 环境作用等级Tab.1 Grade of environmental action级别作用程度级别作用程度A可忽略D严重B轻度E非常严重C中度F极端严重6 案例应用以待建的天山隧道与折多山隧道衬砌设计为例，介绍本研究碳化环境区划的使用方法.实例1：天山隧道衬砌设计可以按照以下4步进行：1）天山隧道地处新疆，待建隧道区域的碳化环境作用等级为“0”. 2）对应表2，此区域的对应混凝土耐久性设计规范的环境作用等级为“A”，查表1得知，此区域的碳化作用可以忽略. 3）对应《混凝土结构耐久性设计标准》[3]选取衬砌混凝土的相关设计参数，例如：混凝土强度等级最低为C30；表面开裂允许的最大值为0.4 mm；C30混凝土水灰比最大值为0.55，C35为0.50；C30混凝土最小保护层厚度为25 mm，C35为20 mm. 4）计算衬砌混凝土耐久性寿命，如果不足设计使用年限，对设计值进行调整.实例2：折多山隧道衬砌设计可以按照以下4步进行：1）折多山高速公路隧道地处四川，待建隧道区域的碳化耐久性分区为“2”. 2）对应表2，此区域的对应混凝土耐久性设计规范的环境作用等级为“B”，查表1得知，此区域的碳化作用为轻度. 3）对应《混凝土结构耐久性设计标表 2 各级耐久性区域环境特征与作用程度Tab.2 Environmental characteristics and extent of action of each durability grade碳化环境作用等级隧道内部环境特征与作用程度主要分布行政区域0碳化寿命为120 a以上，100 a碳化深度为55 mm以下，可与级别A对应内蒙古东北部、黑龙江北部、新疆吐鲁番、青海格尔木小部区域1碳化寿命为100~120 a，100 a碳化深度为55~60 mm，可与级别A对应内蒙古北部、黑龙江、吉林、辽宁东部、西藏、青海、四川北部2碳化寿命为80~100 a，100 a碳化深度为60~67 mm，可与级别B对应内蒙古西部、甘肃、宁夏、陕西、山西、辽宁西部、新疆、湖南、安徽、江苏、浙江、重庆、江西、福建、西藏南部3碳化寿命为60~80 a，100 a碳化深度为67~77 mm，可与级别B对应新疆西部及中部、河南北部、河北南部、北京、山东中西部、四川、广西、广东、台湾、海南4碳化寿命为40~60 a，100 a碳化深度为77~95 mm，可与级别C对应贵州南部、云南5碳化寿命为40 a以下，100 a碳化深度为95 mm以上，可与级别C对应云南、贵州、四川交界部位第 8 期韩兴博, 等：公路隧道钢筋混凝土衬砌碳化耐久性区划[J]. 浙江大学学报：工学版,2021, 55(8): 1436–1443.1441准》选取衬砌混凝土的相关设计参数，例如：混凝土强度等级最低为C35；表面开裂允许的最大值为0.3 mm；C30混凝土水灰比最大值为0.50，C35为0.45；C30混凝土最小保护层厚度为35 mm，C35为30 mm. 4）计算衬砌混凝土耐久性寿命，如果不足设计使用年限，对设计值进行调整.7 结 论（1）隧道环境湿度与大气湿度相当，隧道环境温度变化趋势与大气环境温度变化一致，且略微滞后，表现出“冬暖夏凉”的特征，并且两者平均温度较接近.（2）公路隧道内部CO2体积分数与CO体积分数呈线性关系.（3）按照等劣化梯度对全国隧道碳化耐久性进行分区，云南、贵州所处区域碳化环境作用等级为4或5级，对应混凝土耐久性设计规范的环境作用等级为中度. 西藏、青海、内蒙古、黑龙江、吉林等地区碳化环境作用等级为0级或1级，对应混凝土耐久性设计规范的环境作用等级为可忽略. 其余全国大面积区域属于碳化环境作用等级2级与3级，对应混凝土耐久性设计规范的环境作用等级为轻度.（4）本研究使用环境特征的平均值来表征环境的作用，忽略了隧道温度、湿度随时间及隧道不同位置的波动性，对于这一特性将在后续研究中进一步讨论.参考文献(References):董飞, 房倩, 张顶立, 等. 北京地铁运营隧道病害状态分析[J].土木工程学报, 2017, 50(6): 104–113.DONG Fei, FANG Qian, ZHANG Ding-li, et al. 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隧道工程课程设计完整版
隧道工程课程设计 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】1初始条件某高速公路隧道通过III 类围岩(即IV 级围岩)，埋深H=30m ，隧道围岩天然容重γ=23 KN/m3，计算摩擦角ф=35o ,变形模量E=6GPa,采用矿山法施工；衬砌材料采用C25喷射混凝土，材料容重322/h KN m γ=，变形模量25h E GPa =。
2隧道洞身设计隧道建筑界限及内轮廓图的确定该隧道横断面是根据两车道高速公路IV 级围岩来设计的，根据《公路隧道设计规范》确定隧道的建筑限界如下：W —行车道宽度；取×2mC —余宽；因设置检修道，故余宽取为0m J —检修道宽度；双侧设置，取为×2mH —建筑限界高度；取为L L —左侧向宽度；取为R L —右侧向宽度；取为 L E —建筑限界左顶角宽度；取R E —建筑限界右顶角宽度；取h —检修道高度；取为 隧道净宽为++++=12m设计行车速度为120km/h,建筑限界左右顶角高度均取1m ；隧道轮廓线如下图：图1 隧道内轮廓限界图根据规范要求，隧道衬砌结构厚度为50cm （一次衬砌为15cm 和二次衬砌35cm ）通过作图得到隧道的尺寸如下：图2 隧道内轮廓图 得到如下尺寸:11.2m R 5.6m R 9.47m R 321===，，3隧道衬砌结构设计支护方法及衬砌材料根据《公路隧道设计规范》（JTG-2004），本设计为高速公路，采用复合式衬砌，复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间防水层组合而成的衬砌形式。
复合式衬砌应符合下列规定：1初期支护宜采用锚喷支护，即由喷射混凝土，锚杆，钢筋网和钢筋支架等支护形式单独或组合使用，锚杆宜采用全长粘结锚杆。
2二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连结圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。
IV 级围岩：初期支护：拱部边墙的喷射混凝土厚度为12-15cm ，拱墙的锚杆长度为，锚杆间距为； 二次衬砌厚度：拱墙混凝土厚度为35cm 因此确定衬砌尺寸及规格如下：深埋隧道外层初期支护，根据规范规定，采用锚喷支护，锚杆采用普通水泥砂浆锚杆，规格HRB Φ20×，采用梅花型局部布设，采用C25喷射混凝土。
长安大学公路学院：连通“中国建造”
长安大学公路学院：连通“中国建造”作者：杨涵来源：《高考金刊·理科版》2014年第05期众所周知，美国被誉为“绑在汽车轮子上的国家”。
欧美等发达国家，房屋建设已近50年不再增加了，但是，到目前为止，道路桥梁的建设仍在增加，且仍不能满足经济发展对道路和城市交通的需求。
20世纪90年代以来，中国交通基础设施建设一直处于迅速发展时期，高等级公路建设方兴未艾，尤其是2008年以来为了应对国际金融危机对我国的冲击，国家制定了一系列扩大内需的政策，地方政府配套资金等1万亿重点投向国家高速公路网主骨架，“断头略”、扩容略段和农村公路建设：同时国家加大了对中、西部“老、少、边、穷”地区农村公路建设力度……由此可见，国内外对道路与桥梁发展的重视。
道路桥梁以其特有的优越性和灵活性，发挥着其他运输方式不替代的作用。
随着国家高等级公路的建设和融资渠道的多样化（包括世界银行贷款项目和亚洲开发银行贷款项目的实施），公路建设的科技含量不断提高，我们国家也越来越需要能够从事公路、城市道路、机场工程、桥梁及隧道工程等方向的设计、施工、养护、管理等方面的科学研究和工程建设的高级人才。
据麦可思调查统计。
我国交通土建类专业大学毕业生的就业率最高，一般高于其他行业5%以上。
在经济危机的2008年也没有受到大的影响。
一般来说，在进入大三实习阶段，你学习得比较好，在校就可以被用人单位录取，用现在路桥专业学生的话说，“道桥太吃香了，而且待遇也不低！”机遇与挑战并存，近几年国内院校土木工程尤其是路桥隧专业的大量扩招和兴办，使专业培养模式出现同质化、本科毕业生就业岗位出现低层化（大多为施工单位的施工员或技术员）。
尤其是在北京奥运会和上海世博会等基础设施及场馆建设带动下，大量国外知名规划、设计、咨询公司进入我国，加上各省市世界银行、亚洲开发银行等国际金融组织贷款项目的建设管理，都对双语土木专业人才培养提出了高层次的需求。
而且在前几年国内建设市场疲软、工程施工力量严重过剩的形势下，国家发出了“走出去”的战略引导，大量中国企业纷纷涉足海外工程项目市场，从“中国制造”到“中国建造”的趋势正在形成。
高速铁路大断面黄土隧道施工数值模拟毕业设计
毕业设计高速铁路大断面黄土隧道施工数值模拟毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要郑州至西安的客运专线为国内首批拟建的高速客运专线，该线位于中国黄土分布的中心地带，全线穿过黄土段的隧道累计里程长达65 km。
黄土因其具有特殊的成分和性质而在工程地质中占据特殊的地位，其工程特征表现出与普通岩石隧道相当大的差异，郑州至西安铁路客运专线黄土隧道特征最具典型性,围岩属V级Q3新黄土。
隧道工程课程设计计算书
隧道工程课程设计计算书设计参数：-隧道长度：2000m-隧道净宽：10m-隧道净高：6m-土体密度：18.5kN/m3-土体内摩擦角：30°-地下水位：5m-隧道内地下水位：2m-土体内抗剪强度参数：φ=30°计算步骤：1.计算隧道内各个断面的相对稳定性；2.计算隧道支护结构的尺寸和索力；3.计算隧道开挖的顺序和土体的应力状态；4.计算隧道的变位量和不同支护结构的变形量；5.计算隧道内构筑物的稳定性；6.计算隧道坍塌和局部沉降的可能性。
1.相对稳定性计算：计算隧道内两个断面的相对稳定性，以确定隧道开挖顺序和施工方法。
首先计算土体的自重应力，然后计算水压力和隧道开挖导致的土体应力变化。
根据土体内摩擦角和土体内抗剪强度参数，计算土体的剪应力和相对稳定性。
2.支护结构的尺寸和索力计算：根据隧道净高和净宽，计算隧道内的支护结构的尺寸和索力。
使用经验公式或数值模拟方法计算支护结构的索力。
3.土体的应力状态计算：根据施工顺序和隧道支护结构的施工过程，计算隧道开挖时土体的应力状态。
包括计算土体的剪应力和轴向应力。
4.隧道的变位量和变形计算：根据土体的应力状态和支护结构的尺寸和索力，计算隧道开挖时的变位量。
使用弹塑性模型计算不同支护结构的变形量。
5.隧道内构筑物的稳定性计算：根据土体的应力状态和支护结构的尺寸和索力，计算隧道内构筑物的稳定性。
包括计算构筑物的动力稳定性和长期稳定性。
6.隧道坍塌和局部沉降的可能性计算：根据土体的应力状态和支护结构的尺寸和索力，计算隧道开挖过程中的坍塌和局部沉降的可能性。
通过计算应力集中和土体塑性区域的发展，评估土体失稳的可能性。
以上是隧道工程课程设计计算书的主要内容，涉及隧道设计的各个方面。
通过对土体的力学性质、支护结构的尺寸和索力以及隧道开挖过程中土体应力状态的计算，可以确定隧道的稳定性和施工方法。
道路桥梁与渡河工程（卓越工程师）专业现状与改革——以长安大学为例
［收稿时间］201５-１0-０５［基金项目］陕西高等教育教学改革研究项目（13BZ19、15BZ23）。
［作者简介］张久鹏（1983-），男，江苏盐城人，工学博士，副教授，硕士生导师，长安大学公路学院院长助理，研究方向：公路工程教育与科研。
201６年6月June ，201６University Education改革开放以来，我国交通基础设施得到了长足发展。
在这个进程中，教育和人才的先导作用日益突出，也对路桥类专业人才培养提出了更高的要求和新的挑战。
以往“专才型”人才培养模式，在当时的情况下也确实发挥了积极的作用，但这种模式培养出来的工程技术人员知识面窄，文化素养不高，适应能力和创造能力欠缺。
国际上工程师的培养模式大体可分为注册工程师培养模式和文凭工程师培养模式。
[１][2]注册工程师制度下的工程师培养以美国为代表，其基本特点是大学生在校期间着重进行工科基础教育，毕业后由社会提供工程师职业方面的训练，通过专门的考试和职业资格认证后成为工程师。
文凭工程师制度下的工程师培养以德国和法国为代表，其基本模式是大学生在校学习期间除了完成工科基础教育外，还要完成工程师的基本训练，毕业时获得一个文凭工程师学位，同时也是职业资格。
目前我国工程师在大学期间的培养模式更接近于美国的培养模式，即大学生在校期间主要进行工科基础教育，而工程师的职业训练严重不足。
[3]但是我国的企业总体上还不能像美国企业那样为毕业生提供系统的工程师职业训练，学生毕业后要通过若干年在企业的实际工作来逐渐完成工程师的职业教育，之后才能获评工程师职称，成为合格的工程师。
虽然绝大多数中国企业并未直接参与工程师的培养，但它们一般都希望工科大学生毕业时就具备工程师的基本能力，特别是要有较强的工程实践能力和创新能力。
而要做到这一点，就需要改革现有的工程人才培养模式，推动我国从工程教育大国向工程教育强国转变。
因此，路桥工程师的培养应该紧密结合国家发展战略，在总结我国工程教育历史成就和借鉴国外成功经验的基础上，贯彻“工程教育”和“国际化教育”理念，培养能够针对不同工程或社会问题制订最佳规划、设计和建设方案，并负责实施的卓越人才。
隧道施工课程设计
隧道施工课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握隧道施工的基本概念、原理和方法；2. 使学生了解隧道施工中的常见问题及其处理方法；3. 引导学生掌握隧道施工中的安全技术要求。
技能目标：1. 培养学生运用隧道施工知识解决实际问题的能力；2. 提高学生在隧道施工过程中进行团队协作和沟通的能力；3. 培养学生运用现代信息技术进行隧道施工资料收集、整理和分析的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对隧道施工工程的责任感和使命感，增强工程质量意识；2. 引导学生关注隧道施工领域的科技发展，激发科技创新精神；3. 培养学生尊重劳动者，热爱劳动，树立正确的劳动观念。
课程性质：本课程为专业实践课程，旨在培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。
学生特点：学生具备一定的理论知识基础，但实践经验不足，对隧道施工的认识较为模糊。
教学要求：结合学生特点，采用理论讲解、实践操作、案例分析等多种教学手段，注重培养学生的实际操作能力和综合素质。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便在教学过程中进行有效评估和反馈。
二、教学内容1. 隧道施工基本概念：隧道定义、分类及用途；隧道施工的常见方法及适用范围。
2. 隧道施工原理：围岩稳定性分析；施工力学原理；隧道施工中的力学问题及解决方法。
3. 隧道施工工艺：隧道施工准备；钻孔、爆破、支护、衬砌等工艺流程；隧道施工中的质量控制要点。
4. 隧道施工常见问题及处理方法：围岩塌方、涌水、高地温等问题的原因及防治措施；隧道施工事故案例分析。
5. 隧道施工安全技术要求：隧道施工安全管理体系；隧道施工中的安全防护措施；应急预案制定与实施。
6. 隧道施工新技术与发展趋势：盾构施工技术；隧道施工自动化与信息化；绿色隧道施工技术。
教学大纲安排：第一周：隧道施工基本概念及方法第二周：隧道施工原理及力学问题第三周：隧道施工工艺流程及质量控制第四周：隧道施工常见问题及处理方法第五周：隧道施工安全技术要求第六周：隧道施工新技术与发展趋势教材章节及内容：第一章 隧道施工概述第二章 隧道施工方法与工艺第三章 隧道施工力学原理第四章 隧道施工质量问题及防治第五章 隧道施工安全管理第六章 隧道施工新技术教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和综合素质。
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补充：明洞衬砌采用60cm厚C30钢筋混凝土，C15素混凝土填充
2.1 洞门设计
隧道施工的咽喉
隧道运营的脸面
（1）早进晚出 （2）避免大挖大刷 （3）避开不良地质 （4）结构安全，受力合理 （5）协调地形与周围景观
位置
进口 大角度斜 交接近正 交 粉质粘土 端墙式
出口 正交出洞 粘土 端墙式
隧道轴线 与等高线
进度计划管理
7.1 施工方法
山岭公路岩质隧道常规施工方法
少扰动
早喷锚
新奥法
勤量测
紧封闭
7.2 开挖方法
Ⅲ级
全断面 开挖法
Ⅳ级
两台阶 开挖法
Ⅳ级加强
两台阶 开挖法
Ⅴ级
预留核心土 开挖
Ⅴ级加强
CRD开 挖方法
紧急停车带
三台阶开挖方 法
7.3 工场地布置图
8.0 监控量测
1、洞内外观察 随着施工不间断进行
0.161 0.151 0.165
近期烟雾排放
远景烟雾排放
稀释物 最大浓度或要求 最大需风量
CO 1.399
烟雾 0.257
异味 5次/小时
火灾 3m/s
6.0 照明设计
JTG/T D70/2-01.1，公路隧道照明设计细则[S]，北京，人民交通出版社，2014. L20(3500)
亮 度 cd/m2 （1）路面宽8.0米 （2）灯具高度5.5m （3）进口亮度3500 （4）高压钠灯照明
各工况下CO的排放浓度
60 50 1.324 40 30 20 10 1.399
0.548
0.199
0.238 0.298
0.365
0.482 0.208 0.249 0.311
0.573
近期CO排放
远景CO排放
各工况下烟雾的排放浓度 60 50 0.243 0.187 0.126 0.152 0.143 0.156 0.133 0.198 40 30 20 10 0.257
Lth1(66.5)
Lth2 (33.25) Ltr1 (9.98) Ltr2 (3.33) Din (2) S A
Ds(57m)
P
S
Lth(88m)
B
C
E
F
Din(1006m)
Dtr (158.7m)
最 终 灯 具 布 置 表
施工准备
7.0 施 工 组 织 设 计
施组文件编制
施工方法 场地布置
1、选线
航空线4122m
张家坪
高程差55m
毛山河
张家坪高程835
毛山河高 程890
线型指 标 施工难 度 工程数 量
考 虑 因 素
运营管 理
三条路线 方案
地质条 件
选 择 方 案 三
附属效 应 地质灾 害
环境保 护
老龄塬隧道综合设计
设计时速 隧道长度 设计纵坡 路面横坡 照明 1537.40 m 双面 ±1.5% 衬砌 复合式 衬砌 通风 最大埋深
长安大学公路学院毕业设计
张家坪至毛山河二级公路
老龄塬隧道综合设计
姓名：冯Zhihua 指导老师：赖教授
技术指标
（1）二级公路 （2）时速60km/h （3）隧道净高：5m （4）隧道净宽：10m （5）设计交通量：3500（pcu/d）
本毕业设计完成完成内容
（1）选线及方案比选 （2）隧道平面线型设计与纵断面设计 （3）隧道横断面支护与衬砌设计 （4）二次衬砌内力计算 （5）通风与照明设计 （6）施工组织设计 （7）监控量测方案设计
洞口岩性 洞门类型
4.0 二次衬砌内力计算
（1）偏心距e均小于0.45d，满足要求； （2）属于抗压强度控制的截面，k均小于2.4，满足要求； （3）属于抗拉强度控制的截面，截面1安全系数k大于3.6，满足要求； 不需要对二次衬砌进行配筋设计。
5.0 通风设计
JTG/T D70/2-01.1，公路隧道照明设计细则[S]，北京，人民交通出版社，2014.
必 测 项 目
2、地表下沉
进出口及K4+680处浅埋段
3、拱顶下沉
随着施工不间断进行
4、周边位移
随着施工不间断进行
谢谢 望各位老师批评指正
60km/h
1.3%
高压钠灯
纵向射流 150m 通风
老龄塬隧道平面线型设计图
2.0 纵断面设计
穿越的地质 岩层类型
2.1 隧道穿越地层围岩等级划分
围岩等级 Ⅲ级围岩 Ⅳ级围岩 Ⅳ级偏弱 Ⅴ级围岩 Ⅴ级偏弱长度130m Nhomakorabea565m
338m
165m
125m
2. 横断面设计
支 护 衬 砌 的 设 计