给隧道口两端“戴帽子”之谜

科普中国-科学原理一点通 2017-12-18

　　中国最早用于交通的隧道是古褒斜道上的石门隧道，建成于东汉永平九年。在中世纪，隧道主要是用于开矿和军事。17世纪和18世纪，随着运输事业的发展和技术的进步，尤其是工程炸药的应用，修建通航隧道和道路隧道的工程也发展起来。19世纪铁路建筑的发展，促使隧道工程迅速发展，修建的隧道数量也很多。20世纪以来，汽车运输量不断增加，公路路线标准相应提高，公路隧道也逐渐增多。

　　隧道口两端为什么要戴“帽子”？

　　不知道大家有没有留意过隧道的两头，在隧道进出口的地方总有个“帽子”罩着，这些“帽子”的大小不等，形状各异。以秦岭终南山公路隧道为例，这条目前世界最长的双洞公路隧道长达18千米。南隧道口的“帽子”看上去像斜着被削开的竹筒，称为削竹式洞门；北隧道口是一个半圆形的洞口，上方是一道延伸并突出的横梁，称为端墙式洞门。为什么隧道口要戴上“帽子”呢？同一个隧道，南北两个洞门的“帽子”又为什么不一样呢？

　　洞门指的是隧道两端的外露部分，也是联系洞内结构与洞口坡体的支撑结构。洞门的类型很多，有端墙式、环框式、翼墙式、台阶式等。端墙式洞门是直立砌筑的；翼墙式洞门是在洞口外增加斜向的支撑结构，看上去就像洞口的翅膀，削竹式洞门的出口就如同斜着被削断的竹筒，适用于坡度较缓的隧道口。这些不同式样的洞门，就组成了隧道口各种各样的帽子。

　　因为在山体中开挖隧道后，岩体的稳定性遭到了破坏，不稳定的岩石就可能发生崩塌，成为施工时和通车后的安全隐患。在隧道内部，人们靠锚杆、钢筋混凝土衬砌物支撑不稳定的岩石。而在隧道口部分，就是靠洞门来支撑的。洞门就好比是戴在隧道口的安全帽，它能保证洞口边坡的安全和稳定，减少洞口土石方的开挖量，汇集和排出坡顶的地表水，还能阻挡坡顶可能发生的滑坡和坍塌，由此保障隧道的安全。

　　隧道口的“帽子”

　　隧道里面是如何安全照明的？

　　隧道照明是指隧道内的基本照明以及洞口附近的缓和照明。基本照明是在隧道中部，为保证以设计车速行驶的车辆和行人安全通过隧道所需要的最低照明标准。驾驶员突然进入暗视场时，视觉机能会有一个适应过程。为保证视觉机能的连续性，在洞外连接洞口的引道及驾驶员视野范围内，白天需要采取遮光措施，在洞内连接洞口的一段长度里需要进行缓和照明。同时，引道与洞内缓和段之间的亮度变化率，应有一个界限，以保证视觉连续和暗适应的过度。缓和照明段的长度决定于停车视距或驾驶人员的暗适应时间与设计车速的乘积。

　　隧道的应急设施指隧道内发生灾害性事故时，为防止酿成更大的次生灾害而设置的各种设施。如通报装置、紧急警报装置、消防设备以及其他设施等。通报装置能使事故发现者立即在现场或附近向隧道管理站报告；紧急警报装置能向后续车辆和对行车辆的驾驶者发出紧急信号；消防设备指在隧道内设置的灭火器、消火栓和喷雾设备等；其他设施包括待避引导设备、备用电源和监视电视等。应急设施费用颇高，只有那些重要的、交通量大的长隧道才考虑使用。