典型隧道工程简介

『第9章典型隧道工程简介『9.1▎概述『9.2▎连拱隧道『9.3▎小净距隧道『9.4▎长大隧道『9.1▎概述随着国家高速公路的建设的飞速发展，特别是高速公路向山区延伸，出现了大量的隧道工程。在地质条件复杂、地形艰险的山区，隧道群、桥梁与隧道相连的情况越来越多。由于受隧道洞外接线条件的限制，隧道必须设置为连拱隧道或小净距隧道的工程案例不断涌现，必要时采用长大隧道、特长隧道或大跨度隧道方案。『9.1.1▎小净距隧道和连拱隧道高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离的独立双洞。分离式独立双洞的最小净距，按对两洞结构彼此不产生有害影响的原则，结合隧道的平面线形、围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素确定，一般情况可按表2-5取值。从理论上讲是要将两相邻隧道分别置于围岩压力相互影响及施工影响范围之外。这对降低工程造价是有益的，在条件许可的情况下，可以采用这种上、下行分别布设的分离式隧道，但在某些特定条件下，如路线分离困难或洞外地形条件复杂、土地紧张、拆迁数量大或采用上下行分离双孔隧道，将使执行这一净距非常困难，尤其是桥隧相连更是如此。在这种情况下，可以采用小净距隧道与连拱隧道。『9.1.2▎长大隧道、特长隧道和大跨度隧道隧道选线时，结合平面线形、高程、地质等因素，在条件许可的情况下，可以采用短隧道群、长隧道或特长隧道，但在某些特定条件下，如穿过海拔较高的山岭或采用短隧道群时高程及线形不符合要求，在这种情况下，可以考虑采用长隧道或特长隧道方案。对于三车道大跨度隧道，我国在其建设方面的起步虽然较晚，但是经过各部门的努力，目前也已经取得了一定的成绩，如北京八达岭潭峪沟隧道、重庆铁山坪隧道和真武山隧道、广东韶关靠椅山隧道、宝林山隧道、深圳大梅沙隧道等一批三车道大断面公路隧道已相继建成通车。『9.2▎连拱隧道『9.2.1▎连拱隧道的特点连拱隧道就是将两隧道之间的岩体用混凝土取代，或者说是将两隧道相邻的边墙连接成一个整体，形成双洞拱墙相连的一种结构形式。中间的连接部分通常称为中隔墙。连拱隧道具有以下优点：1）位置选择自由度大，适用于地形复杂，线路布设极为困难的情况。2）洞口引线占地面积少，接线难度小，尤其应用于城市中时，可大大减少拆迁，降低工程费用。3）较深挖高边坡稳定，由此可减少营运中的安全隐患。4）便于公路桥隧相连。5）可保持路线线形流畅，且断面造型美观。6）便于营运管理。『9.2.2▎连拱隧道的设计要求1）连拱隧道按中墙结构形式不同分为整体式中墙和复合式中墙两种形式条件加大中墙厚度的地段宜选用复合式中墙连拱隧道形式。2）隧道暗挖段应优先采用复合式衬砌，支护参数可采用工程类比或计算分析确定。3）中墙设计应在满足结构设计与施工安全的前提下，综合考虑洞外接线要求、防排水系统的可靠性等因素。4）两车道连拱隧道设计为整体式中墙时，中墙厚度不宜小于1.4m；设计为复合式中墙时，中墙厚度不宜小于2.0m，三车道连拱隧道设计为整体式中墙时，中墙厚度不宜小于1.6m；设计为复合式中墙时，中墙厚度不宜小于2.2m。5）整体式中墙的连拱隧道应注意纵向施工缝的预留位置、施工缝止水方式、中墙纵横向排水管与防水层的布置，避免施工缝渗漏水、防水层顶破和排水管堵塞。复合式中墙的连拱隧道防排水设计与独立双洞隧道基本相同。6）连拱隧道应根据结构需要设置变形缝，双洞变形缝应在同一位置设置，并应注意隧道纵向荷载对结构的影响。7）连拱隧道监控量测可参照《公路隧道施工技术规范》(JTJ-042)的相应要求进行，并应以拱部垂直位移、中墙以上的拱部水平位移为重点。8）连拱隧道设计应考虑相应的施工方法，并提出各类方法的具体要求，辅助施工措施应作专项设计。9）采用导洞施工时，应对导洞围岩情况认真观察记录，并及时反馈信息，根据围岩变化情况和监控量测资料及时调整设计与施工方案。导洞宽度宜大于4m。10）设计中应采取有效辅助措施，防止施工中拱部推力不平衡对中墙结构造成危害。11）在地震动峰值加速度大于0.15的地区，连拱隧道应进行抗震强度和稳定性验算。12）为确保连拱隧道施工安全，应对相邻洞室的最大临界震动速度进行控制，一般不宜大于15cm/s。13）连拱隧道有偏压时，应对支护参数与施工方法进行特殊设计。『9.2.3▎连拱隧道的施工要求1）衬砌的施作时间，当围岩变形较大时，应尽快施作衬砌；当围岩完整性较好时，为了避免爆破震动的影响，可在开挖及支护施作完成一段时间后再做衬砌。2）现场围岩、支护、衬砌的变形和应力量测极为重要，其目的是检测先行洞结构的安全性，并评价后行洞施工的妥当性以及加固措施的有效性。量测计划要按这一目的来制订，量测结果要及时指导设计参数的修正和施工方法的变更。3）先行洞围岩在先行洞施工时产生变形，在后行洞施工时会再次出现松弛变形，针对先行洞围岩变形的影响，要考虑加强支护，增大衬砌结构的刚性，如采用钢筋混凝土结构，控制水平位移值。4）后行洞爆破施工时引起的震动可能会对先行洞造成破坏性影响，要考虑采取一些控制爆破震动的措施。5）后行洞围岩在先行洞造成的临空面会产生较大变形，针对后行洞围岩变形的影响，要考虑采取超前加固地层，分割开挖面，早期闭合断面，加强支护，强化结构基础等措施加固开挖面，改良前方地层。6）中隔墙容易产生应力集中，中隔墙的下沉或中隔墙上覆的围岩的塑性化均可能会给围岩体或衬砌带来不利影响，可以考虑采取加固改良地层或加强支护，防止围岩松弛或下沉。7）连拱隧道施工，首先进行中导洞开挖，施工作中隔墙，然后进行主洞开挖，如图10-1所示。主洞开挖时可以采取侧壁导坑超前开挖法，当地质条件较好时，也可采取中导坑超前开挖法，支护和衬砌均应加强。图10-1连拱隧道施工8）应尽量避免隧道与其它构造物的交叉，不得已时，应尽量采取直交，而且新建隧道宜上穿既有构造物。『9.2.4▎典型连拱隧道介绍1.洪家坞隧道(1)工程概况、工程地质和水文地质洪家坞隧道是景婺黄（常）高速公路上的一座单向两车道连拱隧道，隧道起止桩号K16+630-K17+378，长748m，进出口洞门均为端墙式。隧道进口段平面线型为缓和曲线，圆曲线半径R=2340.24m，隧道出口段平面线型为圆曲线，圆曲线半径R=2340.24m，隧道中间段为设2%超高的圆曲线，圆曲线半径R=2340.24m.隧道纵断面线型均为人字坡隧道纵坡为+03%，-24%。洪家坞隧道整个穿越于剥蚀一侵蚀丘陵中，微地貌以低丘间夹“V”字形冲沟为特征，地形复杂，局部地段地势陡峻。隧道总体走向335°。区段内地形相对高差135~157米，洞轴线K17+090经过丘顶标高为272.4米，沿线山体植被发育，通视条件较差。隧道区域稳定性为过武夷山南岭山地过湿区，隧道地层为第四系土层，地层岩性自上而下可分为上覆第四系(Q)土层及中元古界双桥山群千枚板岩(Pt2sh)两大类。隧道区断裂构造发育，主要在隧道两侧的冲沟地段，不直接影响隧道施工，经物探解释有2条隐伏断层。F1号断裂，构造结构面倾向南偏西215°左右，倾角43°左右。F2号断裂，构造结构面倾角向北偏东10°~20°，倾角50°左右。隧道区岩石节理普遍发育，呈北12°西走向348°，倾向北东东89°，倾角75°属张扭性，有2~5mm宽的石英脉充填3条/米。隧道区内地形简单，地表水系不发育。区内地下水位埋深受地形控制，谷底及洞轴线两端地下水位埋深在25~38米，其分水岭测线中段水位埋深20米以下，地下水位均在弱风化带附近，为上部风化壳的孔隙—裂隙水。地下水具碳酸性弱腐蚀。(2)隧道设计1)技术标准。隧道净宽2×(0.75+0.50+2×375+1.0+0.75)+2.894=23.894m，隧道净高5.0m，设计速度100km/h。2）横断面设计。建筑限界净宽23.894m，净高5.0m，内轮廓采用承载能力较好的单心圆形式，边墙为曲墙。在隧道内外侧检修道下各设置一个尺寸为0.5×0.42m电缆沟，路面两侧设0.35×0.45m的矩形(有一个0.15×0.15m的倒角)排水边沟。3）洞门。隧道洞口地段地质条件较差，较长距离为Ⅰ、Ⅱ类围岩，且相对埋置深度较浅，不易成洞。为了实现“早进晚出”的原则，在隧道洞口基本设置了超前长管棚，以保证成洞面和浅埋地段开挖的稳定与安全。洞门型式则结合地形条件，采用端墙式。4）衬砌。根据隧道埋深及荷载类型的不同共设计了六种衬砌形式，明洞衬砌：SM。复合衬砌：SP1、S1，S2、S3、S4，明洞衬砌用于进出口明挖段，采用C25钢筋混凝土结构。复合衬砌用于洞身暗挖段。5）防排水设计。隧道防排水遵循“以排为主，防排结合，因地制宜，综合冶理”的原则。a.衬砌排水。为了有效地排除二次衬砌背后积水，消除二次衬砌背后的静水压力，在初期支护与防水层间每钧间隔3米设置一处φ50透水环向盲管，再将盲管引入φ100(70、160)纵向排水管，再由横向排水背引入边沟排出沟外。b.路面基层排水。为了防止路面地层地下水上升到路面影响行车安全，在路面平整层下每个洞室设置了两个φ160打孔纵向排水管以排除隧道底部渗水。全隧道贯通。c.衬砌防水。在初期支护与二次衬砌之间敷设一层12mm厚的PVC防水板和一层土工布，作为第一道防水措施，防水板敷设范围为自拱部至边墙下部引水管，且防水板必须卷曲纵向排水管高达1米长。同时，拱部及边墙二次衬砌采用不低于S10的防水混凝土，作为第二道防水措施。二次衬砌采用不低于S10的防水混凝土，作为第二道防水措施。二次衬砌沉降缝用遇水膨胀式止水条止水，环向施工缝用遇水膨胀自排式止水带止水，纵向施工缝用PVC汪浆式中置止水带。d.衬砌防排水补救措施。在初衬与二衬之间铺设注浆管和注浆嘴，用以施工时没有处理好防排水的地万进行注浆补救。6）行人横洞。隧道设置了1处行人横洞。行人横洞20米(宽)×22米(高)，行人横洞设有两个洞室都可控制的双开一字防火门。7）施工方法。隧道施工开挖总体上要求拱部采用光面爆破，边墙部采用预裂爆破，以最大限度地保护周边岩体的完整性，同时减少超挖量，提高初期支护的承载能力。在Ⅰ、Ⅱ类围岩地段要求采用导坑法施工，先中导坑，再施工中隔墙。中导坑与侧导坑根据地质情况采用不同类型的支护。中隔墙均为钢筋混凝土结构，在施工过程中必须特别注意中隔墙中部排水管的预埋。8）建筑材料。明洞衬砌采用C25钢筋混凝土，复合式衬砌初期支护采用C20喷射混凝土，二次衬砌采用C25钢筋混凝土，洞内沟管采用C25混凝土，仰拱回填采用C10混凝土。直径≥12mm的钢筋及锚杆采用Ⅱ级钢，钢拱架采用18、16型工字钢，注浆钢管及长管棚采用热轧无缝钢管。9）辅助施工设计。采用的辅助施工措施有超前长管棚、超前小导管、超前锚杆、地基加固注浆及浅地表加固等。2.吴家庄隧道(1)工程概况、工程地质和水文地质宛坪高速公路（内乡至西坪（豫陕界））为上海至武威国家重点公路河南境内的一段，是国家重点规划的西部大开发8条大通道之一，路线全长82.297km，共分为12个合同段，吴家庄隧道地处第7合同段，起止桩号为：K41+640~K41+980，长340m。设计行车速度100km/h，隧道净宽14.0m，净高5.0m，隧道最大埋深71.15m。吴家庄隧道进出口均为全风化—强风化白垩系上统细砂岩夹薄层泥岩，岩体呈块状，完整性一般，围岩稳定性差。洞身主要为白垩系上统细砂岩夹薄层泥岩，弱风化，软弱相间岩组单斜构造，裂隙不发育，围岩稳定性一般，泥岩遇水易软。(2)隧道设计隧道的内轮廓采用三心圆形式，隧道按双洞单向行车双跨连拱断面设计，建筑限界宽度14.0m（0.75m+1.0m+3×3.75m+0.5m+0.5m），建筑限界高度5.0m，检修道净高2.5m。最大开挖宽度达32.6m，最大开挖面积为323.7m2。(3)施工方案主洞Ⅳ、Ⅴ级围岩施工采用三导洞台阶法施工，Ⅲ级围岩采用中导洞法施工。3.桥头隧道桥头隧道位于元江—磨黑高速公路16合同K342+375～K342+655之间，全长280米，为带中墙的整体式双跨连拱结构隧道，隧道单跨净宽10.53米，净高为7.2米。单跨采用单心圆，边墙为曲线，中墙为直线，中墙厚为2米