隧道旋转问题

高速公路隧道旋转问题及解决方案刘义立中铁二十局集团兰新铁路甘青段七标二〇一一年九月一、公路隧道旋转问题1、公路隧道限界高速公路隧道设计一般为双向两车道分离式隧道，地形复杂时设为双连拱隧道，单向隧道设计两车道，考虑两侧安全距离和检修道宽度，隧道限界宽度为10.25m，限界高度为5.0m，隧道限界见下图1。隧道设计线路位于前进方向左侧路面边缘处。5001025100120250305075800505075875752、曲线隧道路面超高设计线路为曲线时，路面外侧超高，根据《公路工程技术标准》，路面横坡按下式确定：对于曲线段隧道，其路面外侧按设计超高，超高方式为路面沿设计点向曲线内侧旋转。路面超高则带动隧道限界随之变化，即隧道限界随路面一起向曲线内侧旋转。Rvi12723、隧道旋转高速公路隧道一般设计为左右线分离式，设计线路位于前进方向左侧路面边缘处，直线隧道路面设计为2%路面横坡，右线隧道向右侧下倾，左线隧道向左侧下倾。当隧道位于曲线上时，隧道路面横坡发生变化，路面横坡全部向曲线内侧倾斜，即曲线外侧超高。曲线地段，隧道限界随路面坡度变化而变化，曲线半径小时，路面坡度坡度大，限界变化大，反之限界变化小。隧道一侧路面超高量大时，该侧的隧道限界随之增高，若隧道断面不变，则内净空不能满足限界要求见下图2。12.484%隧道中线设计线路隧道限界对于曲线段超高引起的限界变化，铁路隧道一般采用断面加宽、拱顶加高的方案解决；高速公路隧道则采取隧道整体旋转解决。一般隧道断面和旋转隧道断面比较见图3。隧道限界路线计设线中道隧隧道限界隧道中线设计线路隧道设计控制点旋转点一般隧道设计断面图旋转隧道设计断面图当隧道位于左转曲线上时：隧道路面横坡全部为向左侧倾斜，左线隧道路面横坡变化不大，右线隧道路面横坡则与直线段相反，由-2%渐变为i，右线隧道整体向左旋转；隧道位于右转曲线上时，右线路面横坡变化不大，左线隧道路面横坡与直线段相反，由-2%渐变为i，左线隧道向右旋转。旋转量根据公式（1）计算路面坡度i确定。二、隧道旋转带来施工问题1、施工放样困难，易造成隧道超欠挖隧道旋转后，隧道断面及中线向一侧倾斜，中线位置发生变化，必须重新计算。采用全站仪或经纬仪的中线放样法无法直接进行，须测设隧道上下两个中线点确定中线。两侧墙脚标高分别计算测设控制，增加了计算量和测量工作量。隧道旋转后，断面倾斜，由于施工设备和人员操作问题，容易造成一侧超挖，一侧欠挖，增加施工成本。2、围岩软弱时，初期支护加强钢架支设困难若隧道钻转段设计为Ⅳ、Ⅴ级围岩，设计采取钢架加强支护措施，钢架随隧道断面一起旋转。由于断面倾斜后放样困难，钢架重心向一侧偏移，定位难度加大，支架难度大且稳定性差，施工安全隐患加大。3、二次衬砌施工困难隧道旋转后，衬砌随同旋转，隧道内轮廓线衬砌施工的整体式模板台车也需要旋转，形成左侧低、右侧高的倾斜型式（见图4），重心方向与台车设计不一致，改变了衬砌台车的受力结构，导致两侧侧压不同，施工过程中台车不稳和变形量加大的严重后果。设计线路图4衬砌台车旋转示意图3、二次衬砌施工困难隧道旋转后，衬砌随同旋转，隧道内轮廓线衬砌施工的整体式模板台车也需要旋转，形成左侧低、右侧高的倾斜型式（见图4），重心方向与台车设计不一致，改变了衬砌台车的受力结构，导致两侧侧压不同，施工过程中台车不稳和变形量加大的严重后果。设计线路图4衬砌台车旋转示意图3、二次衬砌施工困难隧道旋转后，衬砌随同旋转，隧道内轮廓线衬砌施工的整体式模板台车也需要旋转，形成左侧低、右侧高的倾斜型式（见图4），重心方向与台车设计不一致，改变了衬砌台车的受力结构，导致两侧侧压不同，施工过程中台车不稳和变形量加大的严重后果。设计线路图4衬砌台车旋转示意图三、.隧道旋转施工解决方案为了减少放样和支护、衬砌施工难度，经过对比研究发现隧道旋转后断面轮廓变化不多。特别是单心圆隧道断面，旋转后只有断面位置和断面圆心位置发生变化，断面轮廓不变。（三心圆隧道断面旋转前后断面位置、主圆心位置变化，内轮廓线只在两侧边墙位置有微量变化，在施工误差（5cm）之内，通过施工调整能满足内净空需要。）由此通过平移和抬高断面位置解决了隧道旋转施工困难问题。旋转前后断面重合对比情况见下图5。图5隧道断面重合比较图隧道中线设计线路隧道限界隧道限界路线计设线中道隧1、测量放样方案隧道设计测量基线不变，断面旋转后，计算旋转前后圆心变化参数H和L，见图6。根据该参数确定隧道断面旋转前后平移和抬高数量。隧道全断面平移和抬高后到达旋转后断面位置且与旋转后断面吻合（仰拱有偏差，按旋转断面施工）。施工放样测量按平移距离L测设隧道中线，圆心控制按平移L后抬高H测设。。图6隧道旋转圆心变化情况图-2%4%线计隧道中设线路隧道限界17.466.752、开挖及支护方案隧道开挖仰拱按旋转后断面开挖，上部按平移抬高后断面开挖，控制两侧墙脚高程。支护按平移抬高断面进行，钢架加工时控制两侧边墙段长度。架设按正常断面进行，定位方便，稳定性好，有利于保证施工安全。3、隧道二次衬砌方案通过平移和抬高隧道整体断面和旋转断面重合比较（见图5），隧道上部断面完全重合，仰拱部位有少量差异，由此仰拱和两侧矮边墙按旋转后断面施工，上部二次衬砌按平移抬高后正常断面施工。二次衬砌施工时，将衬砌台车按放样变化参数平移L，然后整体抬高H，按正常断面将模板支撑到位即满足旋转隧道断面和限界要求。采用平移和抬高方案保证衬砌台车两侧行走轨道高度一致，台车处于水平位置，方便模板支设、台车行走和保证施工安全。四、工程实例国家重点工程杭州至兰州高速公路重庆奉节至云阳段分界梁隧道位于重庆市奉节县朱衣镇黄井村，隧道全长5080m，我单位施工进口段2440m。隧道设计为双向四车道左右线分离式，隧道线间距为35m，设计为三心圆形断面，净高7.0m，净宽10.8m，限界高度5.0m，限宽10.25m。隧道进口段曲线半径R=760m；隧道进口左线位于圆曲线段长度为332.083m，缓和曲线段长度为120.811m；右线进口位于圆曲线段长度为344.419m，缓和曲线段长度为120.811m。右线隧道旋转段长度为350m，隧道设计沿设计基点向左旋转4%。根据隧道结构尺寸设计参数，隧道旋转4%后，各部位高差计算如下：序号部位旋转前后差值备注1隧道内轮廓圆心横向：左6.75cm；竖向：上17.46cm2路面左侧边缘0设计基点3路面右侧边缘52.5cm正常路面-2%路面横坡，旋转后路面横坡4%4右侧仰拱顶面40.4cm设计仰拱顶面5衬砌台车右侧边模底缘38.6cm右侧矮边墙顶面旋转前后高差6衬砌台车行走轨道高差18cm旋转后左右侧轨道高差表1旋转前后各部位高差表根据计算在旋转段隧道主圆心位置变化H=17.46cm，L=6.75cm，由此在开挖放样时，直接将原设计的隧道圆心向左平移6.75cm，抬高17.64cm按正常隧道断面放样，二次衬砌施工时，将衬砌台车中线平移6.75cm，同时整体抬高17.64cm，解决了隧道旋转施工困难问题。目前该段隧道衬砌已全部完成，通过对衬砌后内轮廓线的测量，其精度完全满足设计和规范要求。五、结语隧道旋转问题是一个经常遇到的问题，隧道开工前认真审核设计图纸，对于位于曲线段隧道应认真计算其超高值，核对隧道限界是否满足要求，不能满足则需要考虑隧道旋转问题。审核图纸同时确定设计采取的旋转方式和旋转参数，在曲线段施工时按上述方法放样施工。在旋转隧道二次衬砌施工时应注意以下问题：1、隧道仰拱施工受隧道旋转小，采用上述方法确定的隧道断面与旋转断面仰拱部位有差异，仰拱应按旋转后断面施工，以保证隧道结构受力效果。2、旋转段二次衬砌台车采用一侧轨枕加高方式保证两侧轨道面水平。3、隧道二次衬砌矮边墙施工前根据计算确定两侧高度，在不影响隧道内净空的情况下两侧同高，方便台车支模施工。