隧道工程4-1-1 隧道平纵横断面设计
2. 单、双线铁路隧道的选定
选取的原则 （1） 隧道长度小于10km，采用单洞双 线，可利用施工期间的辅助坑道作为防灾 救援的紧急通道。 （2） 隧道长度10~20km，应结合隧道 两端引线、车站布点等相关工程进行系统 的经济技术比选，也可结合防灾救援及养 护维修考虑，采用双线隧道加贯通平导的 方案进行比较。
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1.隧道平面设计要求
高铁曲线半径的要求
设计速度 推荐曲线半径 最小曲线半径 最大曲线半径
200
4500～7000 3500（2800）
10000 （12000）
300
350
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12000 5500～8000 4500（4000） （14000） 8000～10000 7000（5500） 12000 （14000）
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1.隧道平面设计要求
曲线隧道的缺点： （7）由于曲线关系，洞内进行施工测量 时，操作变得复杂，精度也有所降低。 从节省工程投资、减少施工难度、简化 洞内施工维修作业并缩短作业时间、争取 较好的通风条件、改善维修养护人员的工 作环境以及提高行车速度等方面来看，直 线隧道都优于曲线隧道。
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1.隧道平面设计要求
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1.隧道平面设计要求
曲线隧道的缺点： （1） 曲线上的隧道，由于列车倾斜和 平移，隧道建筑限界需要加宽，增加了工 程量； （2） 不同曲率曲线上的隧道建筑限界 加宽不同，施工较为复杂； （3）在曲线隧洞内，空气阻力大，机车 牵引力的损失大，降低了运营效率；
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1.隧道平面设计要求
曲线隧道的缺点： （4）列车在曲线上行驶，产生了离心力， 再加上洞内空气潮湿，使得钢轨磨损加速， 从而使洞内的养护工作量增大； （5）曲线隧道洞身弯曲，通风条件变坏， 有害气体不易排出； （6） 曲线隧道增加了维护作业量和难 度；
《铁路隧道》
第4章 隧道平纵横断面设计
• 第一节 隧道平面设计 • 第二节 隧道纵断面设计
• 第三节 隧道横断面设计
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学习重点
• 隧道平面设计要求
• 单、双线铁路隧道的选定
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1.隧道平面设计要求
《铁路隧道设计规范》规定：隧道内的 线路宜设计为直线，当因地形、地质等条 件限制必须设计为曲线时，宜采用较大的 曲线半径，慎用最小曲线半径，并宜将曲 线设在洞口附近；隧道内不设置反向曲线。
2. 单、双线铁路隧道的选定
项目
施工难度 运营通风 防灾救援 空气动力学 环境 投资
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单洞双线 双洞单线 断面大，软弱围岩中易 断面小，发生坍塌的机 塌方，容易变形，风险 会小，风险较小 大 难以利用活塞风 可利用活塞风 一座隧道发生火灾，可 发生火灾，消防与救援 通过另一座灭火， 难度大，线路中断运营 并利用横通道疏散人员， 仅中断一条线路 影响小 影响大 影响小 影响大 较低 高20%-40%
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2. 单、双线铁路隧道的选定
选取的原则 （3）隧道长度大于20km，从防灾救援 方面考虑，采用双洞单线方案。兰武二线 乌鞘岭隧道（20050m）；石太客运专线太 行山隧道（27839m）。
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谢 谢！
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采用曲线的情况 （1）当线路绕行于山嘴时，为了避免直 穿隧道太长，可以设置与地形等高线相接 近的曲线隧道； （2）当隧道越岭时，线路常常是沿着垭 口的一侧山谷转入山体后，又沿垭口另一 侧山谷转出。这样可以使隧道较长的中段 放在直线上，但两端为了转向都要落在曲 线上。
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1.隧道平面设计要求
采用曲线的情况 （3）隧道已经施工，在开挖前进中发现 前方有不良地质，不宜穿过。此时，不得 不临时改线绕行，于是出现曲线，而且将 是左转与右转两个曲线，才能回到原线上 来。
第4章纵断面设计
（三）凹形竖曲线最小半径和最小长度
设置凹竖曲线的主要目的是缓和行车时的离心力
Lmin
2．当L>ST:
h1
d12 2R
，则d1
2Rh1
h2
d
2 2
2R
，则d
2
2Rh2
ST d1 d2 2R ( h1 h2 )
R
ST2
2( h1 h2 )
最小长度：
Lmin 2(
S 2
S 2
h1 h2 )2 4
最小半径：
Rmin
Lmin
凸形竖曲线最小半径和最小长度 :
竖曲线最小长度相当于各级道路计算行车速度 的3秒行程 。
山区公路可缩短里程，降低造价。
各级公路最大纵坡的规定（表4-3）
设计速度 （km/h）
120 100 80 60 40 30 20
最大纵坡（%）
345
6
7
8
9
城市道路最大纵坡约为按公路设计速度计算的最大纵坡 减少1%
1. 设计速度为120km／h、l00km／h、80km／h 的高速公路受地形条件或其他特殊情况限制时， 经技术经济论证，最大纵坡值可增加1％。
最小合成坡度不宜小于0.5%。
当合成坡度小于0.5时，应采取综合排水措施，以 保证路面排水畅通。
3. 合成坡度指标的控制作用 ： 控制陡坡与急弯的重合； 平坡与设超高平曲线的配合问题。
当陡坡与小半径平曲线重合时，在条件许可的情 况下，以采用较小的合成坡度为宜。
▪ 特别是下述情况，其合成坡度必须小于8%。
一、纵坡设计的一般要求
1．纵坡设计必须满足《标准》的各项规定。 2．为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵 坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。
路基横断面
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§4-1 路基横断面
路肩(shoulder ; verge)
路肩 硬路肩 路 缘 带 土 路 肩 路肩的构成
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无路肩保 护的路面
ppt课件
12
§4-1 路基横断面
一、标准路基横断面
3、横断面组成
（4）边坡：为保证路基稳定，在路基两侧具有一定
一般组成部分的宽度
公路等级 计算行车 高速公路 一 二 三 4 0 四
速度
(km/h) 车道数 行车道宽 度(m) 8 2×
120
100
80
60
100
60
80
40
60
30
20
6 2×
4
4
4
4
4
4
2
2
Байду номын сангаас
2
2
1或2 3.5或 6.0
22/48
2× 2× 7.5
2× 2× 2× 2× 7.5 7.0 7.5 7.0
土地为公路用地范围。
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§4-2 公路限界与用地
一、道路用地范围
2、公路用地范围的划定
（1）新建公路
高填深挖路段，可能会因取土、弃土以及在路基开
挖填筑和养护过程中占用更多土地。为保证路基稳
定，应根据计算确定用地范围。
（2）改建公路 对现有的公路，保持其原有的用地范围不变，改建 路段参照新建公路规定具体确定。
一、标准路基横断面
3、横断面组成
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§4-1 路基横断面
一、标准路基横断面 Berlin
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§4-1 路基横断面
隧道工程4-2-1 隧道平纵横断面设计
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2.隧道坡道形式
一般可采用单面坡或人字坡。
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2.隧道坡道形式
两种不同的坡型适用于不同的隧道。
对位于紧坡地段，要争取高程的区段上 的隧道、位于越岭隧道两端展线上的隧道、 地下水不大的隧道，或是可以单口掘进的 短隧道，可以采用单面坡型；
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2.隧道坡道形式
两种不同的坡型适用于不同的隧道。
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3.隧道坡度大小
高速铁路中，由于行车速度快，对 于坡道的最大坡率做出了要求，正线 的最大坡度，一般条件下不应大于 20‰，困难条件下，经技术经济比较， 不应大于30‰。动车组走行线的最大 坡度不应大于35‰。
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谢 谢！
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3.隧道坡度大小
m的取值
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3.隧道坡度大小
洞口外一段距离内，也要考虑相应的折 减。 当列车的机车一旦进入隧道，空气阻力 就增加，黏着系数也开始减少。所以在上 坡进洞前半个远期货物列车长度范围内， 也要按洞内一样予以折减。
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3.隧道坡度大小
除了最大坡度的限制以外，还要限制最 小坡度。因为隧道内的水全靠排水沟向外 流出。《铁路隧道设计规范》规定，隧道 内线路不得设置平坡，最小的允许坡度不 宜小于3‰。
《铁路隧道》
第4章 隧道平纵横断面设计
• 第一节 隧道平面设计 • 第二节 隧道纵断面设计
• 第三节 隧道横断面设计
第2页
学习重点
• 隧道坡道形式及坡度大页
1.隧道纵断面概述
隧道纵断面是中心线展直后在垂直面上 的投影。纵断面设计主要包括隧道内线路 的坡道形式、坡度大小和折减、坡段长度 和坡段间的衔接等内容。
对于长大隧道、越岭隧道、地下水丰富 而抽水设备不足的隧道，宜采用人字坡型。
《隧道工程》精品课件第四章 隧道的总体设计
隧道工程
2. 越岭隧道标高选择
在选择越岭隧道标高时，考虑运营条件的改善和通过能力的提高，宜 采用低标高方案，但必须进行地形、地质、施工、运营、经济技术等多种 因素综合比较来确定最优隧道标高。
三、傍山隧道选址
1.傍山隧道在埋深较浅的地段，一定要注意洞身覆盖厚度问题。为保持山体 稳定和避免偏压产生，隧道位置宜往山体内侧靠。 2.河岸存在冲刷现象或河道窄，水流急，冲刷力强的地段，要考虑河岸冲刷 对山体和洞身稳定的影响，隧道位置宜往山体内侧靠一些，有可能时最好设 在稳定的岩层中，如图4.1-2 所示。
隧道工程
公路隧道横断面示意图(单位：m)
隧道工程
由于地质条件的关系，隧道宽度过大则不经济，施工上也增加难度， 因此高速公路、一级公路一般应设计为上下行分离的两座独立隧道。两相 邻隧道最小净距视围岩类别、断面尺寸、施土方法、爆破震动影响等因素 确定，一般情况可按下表的规定选用。
围岩级别
I
最小净距 1.0× B （m）
修道宽度不宜小于1.0m。
隧道工程
1. 建筑限界高度，高速公路、一级公路、二级公路取5.0m；三、四级公 路取4.5m。
2. 当设置检修道或人行道时，不设余宽；当不设置检修道或人行道时，应 设不小于25cm的余宽。
3. 隧道路面横坡，当隧道为单向交通时，应取单面坡；当隧道为双向交通 时，可取双面坡。坡度应根据隧道长度，平、纵线形等因素综合分析确定， 一般可采用1.5﹪～2.0﹪。
隧道工程
隧道工程
第二篇 公路隧道的勘察设计
隧道工程
第 四章 隧道总体设计
★知识目标：
了解隧道选址时主要应考虑哪些问题；熟悉隧道平面、纵断面设计时 应注意的问题；熟悉隧道建筑限界、衬砌内轮廓线、实际开挖线的定义。
路线平面图路线纵断面图路基横断面图
CHENLI
2
§4－1 公路路线工程图
公路主要是承受汽车荷载反复作用的带状工程结构物。 公路的基本组成部分：路基、路面、桥梁、涵洞、隧道、
防护工程、排水设备等。
公路工程图的组成：
（1）表达线路整体状况的路线工程图－路线平面图 路线纵断面图 路基横断面图
（2）表达各工程实体构造的桥梁、隧道、涵洞等工程
61.50
K0+800
Ht=3.80m)
At=36.8(m2)
61.99
K0+700
HAtt==108.1.27((mmC2H) )ENLI
13
AW=8.88(m2)
2.路基横断面图的绘制方法与步骤 ①要求在每一中心桩处，顺次画出每一个路基横断面图； ②路基横断面图应顺序沿着桩号从下到上，从左到右画出； ③横断面图的地面线一律画细实线，设计线一律画粗实线； ④每张图上的右上角应写明图纸序号和总张数，最后一张 纸图的右下角要画出图标。
第四章 道路路线工程图
§4-1 公路路线工程图
§4-2城市道路路线工程图
CHENLI
1
概述
道路根据它不同的组成和功能的特点，分为 公路和城市道路两种。位于城市以外的道路称为 公路，位于城市范围内的道路称为城市道路。
道路分为路线平面图、路线纵端面图、路基横 断面图。
本章将主要介绍公路和城市道路路线工程图
3.80
2.00
6.00 10.23 5.60 4.80
1 50055.30 1 60055.30
1 70056.40
挖高
1200
500
1.0%
地质情况 坡度距离
填高
中粗黏土
粉质中粗黏土
第四章 线路平纵断面设计
第四章 铁路线路平面及纵断面设计第一节 设计的基本要求如图4—1所示，路基横断面上距外轨半个轨距的铅垂线AB 与路肩水平线CD 的交点O 在纵向上的连线，称为线路中心线。
线路的空间是由它的平面和纵断面决定的。
线路平面是线路中心线在水平面上的投影，表示线路平面位置；线路纵断面是沿线路中心线所作的铅垂剖面展直后线路中心线的立面图，表示线路起伏情况，其高程为路肩高程。
各设计阶段编制的线路平面图和纵断面图是线路设计的基本文件。
各设计阶段的定线要求不同，平面图和纵断面图的详细程度也各有区别，绘制时应遵循铁路行业制定的线路标准图式。
图4—2为新建铁路简明的线路平面图和纵断面图，可应用于线路方案研究或(预)可行性研究阶段中的概略定线。
简明平面图中，等高线表示地形和地貌特征，村镇、道路等表示地物特征。
图中粗线表示线路平面、标出里程、曲线要素(转角α、曲线半径R )、车站、桥隧特征等资料。
简明断面图的上半部为线路纵断面示意图；下半部为线路基础数据，自下而上顺序标出：线路平面、里程、设计坡度、路肩设计高程、工程地质概况等栏目。
线路平面和纵断面设计必须满足以下三方面的基本要求： 1．必须保证行车安全和平顺主要指：不脱钩、不断钩、不脱轨、不途停、不运缓与旅客乘车舒适等，这些要求反映在《铁路线路设计规范》(简称《线规》)规定的技术标准中，设计要遵守《线规》规定。
2．应力争节约资金即既要力争减少工程数量、降低工程造价；又要考虑为施工、运营、维修提供有利条件，节约运营支出。
从降低工程造价考虑，线路最好顺地面爬行，但因起伏弯曲太大，给运营造成困难，导致运营支出增大；从节约运营支出考虑，线路最好又平又直，但势必增大工程数量，提高工程造价。
因此，设计时必须根据设计线的特点，分析设计路段的具体情况，综合考虑工程和运营的要求、通过方案比较，正确处理两者之间的矛盾。
3．既要满足各类建筑物的技术要求，还要保证它们协调配合、总体布置合理铁路上要修建车站、桥涵、隧道、路基、道口和支挡、防护等大量建筑物，线路平面和纵断面设计不但关系到这些建筑物的类型选择和工程数量，并且影响其安全稳定和运营条件。
隧道工程设计
03
隧道工程结构设计
隧道工程结构形式选择
隧道工程结构形式应根据工程地质、 水文条件、断面尺寸、埋深、施工方 法、运营要求等因素综合考虑，选择 安全、经济、合理的结构形式。
常见的隧道工程结构形式有圆形、马 蹄形、矩形等，应根据具体情况选择 适合的结构形式。
隧道工程结构设计要点
结构设计应满足安全性、耐久性、适用性、经济性的要求，同时应考虑施工过程的可行性及对环境的 影响。
设计审查与优化
对设计进行审查和优化，确保 设计的合理性和可行性。
隧道工程设计标准与规范
01
02
03
04
国家标准
《公路隧道设计规范》、《铁 路隧道设计规范》等。
行业标准
各省市制定的地方标准，如《 XX省公路隧道设计规范》等
。
企业标准
部分大型企业制定的企业标准 ，用于指导企业内部的设计工
作。
国际标准
国际隧道协会（ITA）制定的 相关标准和规范。
结构设计应遵循“承载能力极限状态”和“正常使用极限状态”两个设计准则，确保结构在承载能力 极限状态下不发生破坏，在正常使用极限状态下不产生过大的变形、裂缝等影响正常使用性能的病害 。
隧道工程结构计算与分析
结构计算与分析是隧道工程结构设计的重要环节，应采用合适的计算模型和分析 方法，对结构进行内力分析、稳定性分析、抗震分析等。
隧道工程设计软件介绍
AutoCAD
常用的二维绘图软件，用于绘制隧道施工图纸。
MicroStation
专业的土木工程设计软件，可进行三维建模和可视化设计。
理正工具箱
国内较为知名的隧道工程设计软件，包含隧道断面设计、纵横断面绘 制等功能。
SAP2000、Midas和ANSYS
第2章4 隧道横断面设计
E 6940 0
E 6950 0
N 695 00
北秀山隧道
黑龙江工程学院
N 692 00 N 690 00
地面高程（m） 里程桩号 围岩级别 衬砌类型 地质概况
设计高程（m）
路面
坡度(%)坡长(m)
填挖高度（m）
黑龙江工程学院
Ⅳ 级围岩
复合式衬砌
III 级围岩 玄武岩
1.2%
Ⅳ 级围岩
路面
北秀山隧道
北秀山隧道（上行） 入口
N 694 00
N 694 00 N 693 00
E 6920 0
430
E 6930 0
420
410
E 6940 0
400
E 6950 0
N 694 00
N 693 00
E 6940 0
N 695 00
N 694 00
E 6930 0 E 6940 0
E 6950 0
N 691 00
(1) 确定建筑限界； (2) 确定弧形； (3) 计算验证、调整。 以上过程是个反复循环的过程
(1)圆形断面
(1)圆形断面
假定公路建筑限界已确定，其控制点为 a,b,c,d四个点。
①分别作ab,ac,ad的垂直平分线，在断面对称 轴上得到三个交点O1,O2、O3，
②取其中最高(至路面)者作为圆心O2。 ③在oa连线的延长线上取aA>0.1m，以oA为
③实际开挖线
如何控制超挖，至今仍是一个难题。 按设计要求所有超挖部分，都须用片 石回填密实。由于施工上的困难，不 容易作到密实。但这是设计及施工中 都应着重强调的问题。
(2)衬砌断面的形状 ①曲墙式衬砌
（三心圆拱、单圆拱、五心圆拱）
横断面设计——精选推荐
第四章横断面设计【本章学习要点】本章主要学习横断面的组成及类型，公路建筑限界，路基边坡的确定，横断面设计方法，路基土石方数量计算及调配。
公路中线的法线方向剖面图称为公路横断面图。
公路横断面设计是根据行车对公路的要求，结合当地的地形、地质、气候、水文等自然因素，确定横断面的形式、各组成部分的位置和尺寸。
设计的目的是保证足够的断面尺寸、强度和稳定性，使之经济合理，同时为路基土石方工程数量计算、公路的施工和养护提供依据。
第一节路基横断面一、标准横断面高速公路和一级公路的路基横断面上下行用中央分隔带分开，其横断面由行车道、中间带、路肩以及紧急停车带、爬坡车道、变速车道等组成，如图4—1a所示。
二、三、四级公路的路基横断面由行车道、路肩以及错车道组成，如图4—1b所示。
a 高速公路及一级公路横断面b 二、三、四级公路横断面图 4-1 各级公路标准横断面图我国《标准》规定路基宽度、行车道宽度见表4-1。
一般情况下采用表4-1中的“一般值”，只有在地形特别困难和其他特殊情况限制时，局部路段才能使用“变化值”。
二、典型横断面公路典型横断面如图4—2所示。
a)b)c)h)d)e)g)图4-2 路基典型横断面一般路堤；挖方路基；半填半挖路基；沿河路堤；矮墙路堤；挡土墙路基；砌石路基；护肩路基；护脚路基；吹（填）砂（粉煤灰）路基(一)一般路堤路基填土高度小于 20m 大于0.5m 的路堤称为一般路堤；路基填土高度小于 0.5m 的路堤称为矮路堤，矮路堤必须在边坡坡脚处设计边沟。
当地面横坡度不陡于1∶5 时，可以直接填筑路基，地基可不予处理；当地面横坡度陡于1∶5 时，地基必须挖成台阶，台阶宽度不小于 1m ,台阶的底面应向内倾斜2%～4%，台阶的高度，填土时视分层填筑的高度而定，一般每层不大于 0.5m ；当地面横坡度陡于1∶2 时，除地基应挖成台阶外，还应设置支挡工程。
(二)一般路堑当路基挖方深度小于20m，一般地质条件下的路堑称为一般路堑。
4横断面设计
B单
a+c = +x+y 2
a+c+2x+2 B双=a+c+2x+2y x=y=0.50+0.OO5V
2.50
x
2.50
y
2.31 路 路
x 面 基
2.31
y
（二）有中央分隔带的行车道宽度
高速公路、一级公路平原微丘区采用3.75m的 高速公路、一级公路平原微丘区采用 的 车 道 。 计 算 行 车 速 度 为 6 0 km/h 时 ， 仍 采 用 3.50m。 。
二、道路用地范围： 道路用地范围： 范围
1．新建公路：路堤两侧排水沟外边缘（无排水沟时为路堤或 ．新建公路：路堤两侧排水沟外边缘（ 护坡道坡脚）以外，或路堑坡顶截水沟外边缘（ 护坡道坡脚）以外，或路堑坡顶截水沟外边缘（无截水沟为坡 以外不少于1m的土地为公路用地范围 的土地为公路用地范围。 顶）以外不少于 的土地为公路用地范围。 在有条件的地段，高速公路、一级公路不少于3m，二级 在有条件的地段， 高速公路、 一级公路不少于 ， 公路不少于2m的土地为公路用地范围 的土地为公路用地范围。 公路不少于 的土地为公路用地范围。 2．高填深挖路段：应根据边坡稳定计算确定用地范围。 ．高填深挖路段：应根据边坡稳定计算确定用地范围。 3．在风沙、雪害及特殊地质地带：应根据需要确定设置防护 ．在风沙、雪害及特殊地质地带： 种植固沙植物， 林，种植固沙植物，安装防沙或防雪栅栏以及设置反压护道等 设施所需的用地范围。 设施所需的用地范围。
路肩、分车带、 第三节 路肩、分车带、路侧带与路缘石
一、路肩的作用及其宽度 路肩的作用： 1. 路肩的作用： 支挡作用; (1)支挡作用; 供临时停车或堆料; (2)供临时停车或堆料; 增加有效行车道宽度; (3)增加有效行车道宽度; 提供道路养护作业、埋设地下管线的场地； (4)提供道路养护作业、埋设地下管线的场地； 精心养护的路肩，能增加公路的美观。 (5)精心养护的路肩，能增加公路的美观。