为什么公路铁路的隧道大多是拱形的，而城市里的隧道大多是矩形的？
公路和铁路隧道采用拱形设计，而城市隧道则多采用矩形设计，这背后其实隐藏着工程学、经济学和实用性等多方面的考量。简单来说，是两种不同工况下的最优解选择。
咱们先聊聊为啥山体或者地下的大型隧道，比如公路铁路隧道，大多是圆拱形的。这背后的核心原因，是它在承受外部压力时最稳定，而且最省材料。
想象一下你手里拿一个土豆，然后你用手去按它。你会发现，无论你怎么用力，土豆都能很好地抵抗你的压力，它不会轻易就被压扁。这是因为土豆的形状是圆的，它能把你的力均匀地分散到各个方向。拱形隧道也是这个道理。
我们知道，当你向下挖隧道时，上方会有一层又一层的土石。这些土石会给隧道顶部带来巨大的压力，就像你把一个重物压在一个物体上一样。拱形的设计，尤其是半圆形或接近半圆形的拱顶，能够非常有效地将上方土石的压力，转化为沿着拱顶两侧向下传递的侧向压力。这些侧向压力可以被隧道两侧的结构（比如坚固的岩石层本身，或者为隧道加固而建的衬砌）很好地承受住。这就好比你用手指按住一个气球，压力会均匀地散布开，而不是集中在一点。
而且，拱形结构在材料的利用效率上也非常高。同样的围挡面积，拱形比矩形需要更少的材料来抵抗相同的压力。这是因为在拱形的结构中，材料主要承受的是压应力。一般来说，岩石和混凝土在承受压应力时是非常坚固的，它们的抗压强度远大于抗拉强度。拱形设计最大化了材料的抗压性能，避免了容易发生拉伸破坏的区域。
反观矩形，它的顶部是平的，两侧是直的。当承受上方压力时，这个平顶会受到很大的集中压力，很容易产生弯曲。为了抵抗这种弯曲和潜在的断裂，矩形隧道就需要更厚的顶板和更强大的支撑系统，这会大大增加工程量和成本。而且，矩形结构的角落，也是应力集中的地方，更容易出现问题。
从建造过程来看，挖隧道时，如果遇到坚固的岩层，拱形隧道可以在挖掘后直接进行喷浆加固，形成一个天然的“壳”，非常高效。即使是在较软的土层中挖掘，也可以采用盾构法，盾构机本身就是一个圆筒，挖出来的隧道自然就是圆形的，而且盾构机自带的衬砌环就是圆形的，能够提供连续的支撑。
那么，为什么城市里的隧道，比如地下停车场、地铁车站、人防工程，更多是矩形或者方形的呢？
这主要是因为城市地下空间的使用目的和环境限制不同。
首先，城市隧道的设计，往往是为了满足方便的内部空间利用。矩形或方形的内部空间，可以更方便地设置各种功能区，比如停车位、房间隔断、设备机房等。想象一下，在圆形的空间里布置方方正正的停车位，会有很多利用率不高的死角。矩形空间提供了更好的灵活性和效率。
其次，城市地下隧道通常是在已经开发过的城市区域进行施工。这里的地质条件可能比较复杂，有时甚至是在已有的建筑下方进行挖掘。在这种情况下，施工的扰动需要被最小化，对周边环境的影响也需要被严格控制。矩形隧道，特别是采用明挖回填或者盖挖法施工时，可以分层进行，对地面的影响相对可控，而且可以更好地与现有的地下管线、建筑基础等进行协调。
再者，对于城市地下空间，其上方的覆土压力相对较小，或者说，它主要是承受建筑荷载，而不是像山体隧道那样承受巨大的天然土石压力。在这种情况下，矩形隧道的设计虽然在材料利用率上不如拱形，但通过增加墙体和顶板的厚度，以及使用钢筋混凝土等材料，完全能够满足结构安全的要求。而且，矩形结构在施工上可能也更易于理解和标准化，尤其是在采用钢筋混凝土现浇时。
另外，还有一个很重要的原因，就是成本和可行性。在城市地下挖掘时，可能会遇到各种各样的地下障碍物，比如电缆、水管、已有的基础等等。矩形隧道的设计，可以更灵活地避开这些障碍物，或者对它们进行局部处理。而圆形的盾构法施工虽然高效，但其设备成本非常高，而且盾构掘进后形成的圆形衬砌结构也比较固定，在城市复杂地下环境中，可能不如矩形结构那样有调整的空间。
总结一下，公路铁路隧道是天然地质环境下为了最大化抵抗巨大外部压力而选择的“省力省料”的结构形式；而城市隧道则是在人为规划的、对内部空间利用效率要求高、且施工环境相对可控的条件下，采用的更易于实现和灵活布置的结构形式。两者都是在各自的工况下，最经济、最安全的解决方案。就像你盖房子，屋顶有平顶也有斜顶，这是根据气候和建筑风格来的，不是说哪种就绝对优越。
咱们先聊聊为啥山体或者地下的大型隧道，比如公路铁路隧道，大多是圆拱形的。这背后的核心原因，是它在承受外部压力时最稳定，而且最省材料。
想象一下你手里拿一个土豆，然后你用手去按它。你会发现，无论你怎么用力，土豆都能很好地抵抗你的压力，它不会轻易就被压扁。这是因为土豆的形状是圆的，它能把你的力均匀地分散到各个方向。拱形隧道也是这个道理。
我们知道，当你向下挖隧道时，上方会有一层又一层的土石。这些土石会给隧道顶部带来巨大的压力，就像你把一个重物压在一个物体上一样。拱形的设计，尤其是半圆形或接近半圆形的拱顶，能够非常有效地将上方土石的压力，转化为沿着拱顶两侧向下传递的侧向压力。这些侧向压力可以被隧道两侧的结构（比如坚固的岩石层本身，或者为隧道加固而建的衬砌）很好地承受住。这就好比你用手指按住一个气球，压力会均匀地散布开，而不是集中在一点。
而且，拱形结构在材料的利用效率上也非常高。同样的围挡面积，拱形比矩形需要更少的材料来抵抗相同的压力。这是因为在拱形的结构中，材料主要承受的是压应力。一般来说，岩石和混凝土在承受压应力时是非常坚固的，它们的抗压强度远大于抗拉强度。拱形设计最大化了材料的抗压性能，避免了容易发生拉伸破坏的区域。
反观矩形，它的顶部是平的，两侧是直的。当承受上方压力时，这个平顶会受到很大的集中压力，很容易产生弯曲。为了抵抗这种弯曲和潜在的断裂，矩形隧道就需要更厚的顶板和更强大的支撑系统，这会大大增加工程量和成本。而且，矩形结构的角落，也是应力集中的地方，更容易出现问题。
从建造过程来看，挖隧道时，如果遇到坚固的岩层，拱形隧道可以在挖掘后直接进行喷浆加固，形成一个天然的“壳”，非常高效。即使是在较软的土层中挖掘，也可以采用盾构法，盾构机本身就是一个圆筒，挖出来的隧道自然就是圆形的，而且盾构机自带的衬砌环就是圆形的，能够提供连续的支撑。
那么，为什么城市里的隧道，比如地下停车场、地铁车站、人防工程，更多是矩形或者方形的呢？
这主要是因为城市地下空间的使用目的和环境限制不同。
首先，城市隧道的设计，往往是为了满足方便的内部空间利用。矩形或方形的内部空间，可以更方便地设置各种功能区，比如停车位、房间隔断、设备机房等。想象一下，在圆形的空间里布置方方正正的停车位，会有很多利用率不高的死角。矩形空间提供了更好的灵活性和效率。
其次，城市地下隧道通常是在已经开发过的城市区域进行施工。这里的地质条件可能比较复杂，有时甚至是在已有的建筑下方进行挖掘。在这种情况下，施工的扰动需要被最小化，对周边环境的影响也需要被严格控制。矩形隧道，特别是采用明挖回填或者盖挖法施工时，可以分层进行，对地面的影响相对可控，而且可以更好地与现有的地下管线、建筑基础等进行协调。
再者，对于城市地下空间，其上方的覆土压力相对较小，或者说，它主要是承受建筑荷载，而不是像山体隧道那样承受巨大的天然土石压力。在这种情况下，矩形隧道的设计虽然在材料利用率上不如拱形，但通过增加墙体和顶板的厚度，以及使用钢筋混凝土等材料，完全能够满足结构安全的要求。而且，矩形结构在施工上可能也更易于理解和标准化，尤其是在采用钢筋混凝土现浇时。
另外，还有一个很重要的原因，就是成本和可行性。在城市地下挖掘时，可能会遇到各种各样的地下障碍物，比如电缆、水管、已有的基础等等。矩形隧道的设计，可以更灵活地避开这些障碍物，或者对它们进行局部处理。而圆形的盾构法施工虽然高效，但其设备成本非常高，而且盾构掘进后形成的圆形衬砌结构也比较固定，在城市复杂地下环境中，可能不如矩形结构那样有调整的空间。
总结一下，公路铁路隧道是天然地质环境下为了最大化抵抗巨大外部压力而选择的“省力省料”的结构形式；而城市隧道则是在人为规划的、对内部空间利用效率要求高、且施工环境相对可控的条件下，采用的更易于实现和灵活布置的结构形式。两者都是在各自的工况下，最经济、最安全的解决方案。就像你盖房子，屋顶有平顶也有斜顶，这是根据气候和建筑风格来的，不是说哪种就绝对优越。
网友意见
矩形的不是隧道，是框架桥。就是一个混凝土的框框。顶部没有什么土。
隧道是挖出来一个洞然后在洞里打上混凝土支撑上。上面有很多很多的土，或者直接就是一个山。
隧道基本都是圆的，要让上面的土体形成卸荷拱，自身结构受力以环向的受压为主。
框架桥是方的，上面可以简单理解为一个梁，上面的车就在梁上跑。下面的车在底板上跑。
这么说好理解不？
回答不是很严谨，仅限于对这个问题有疑问的非工程专业人士。
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