杭千高速公路南峰、善岭隧道设计与施工

sunjian514

摘  要：本文通过对大跨径连体隧道设计原理的介绍和分析，总结出一些设计和施工应注意的经验。

关键词：隧道工程；大跨径连体；设计与施工


0  前  言


由于新奥法在隧道工程中的成功应用，当前已被国内外作为隧道结构设计和施工的重要方法，其设计思路是最大限度地发挥围岩的自承能力，但是我国应用新奥法也存在发展不平衡的问题，需充分了解隧道开挖过程中地层发生的变化，采取相应的加固方法和相应的支护措施，才能达到安全、经济的目的。


1  隧道设计概况


南峰、善岭隧道位于杭州富阳市东南近郊，两隧道均为整体式单线双洞连拱隧道。南峰隧道位于南峰村西南，原设计起讫桩号为：K27+000-K27+410，长410m。纵坡为单向坡，坡度为+2.8%。善岭隧道位于南峰隧道出口后跨越毛竹湾山沟的西南侧山坡上。原设计起讫桩号为：K27+485-K27+810，长325m。纵坡为+2.8%和-0.396%间。两隧道均位于大半径平曲线上。


1.1工程地质、水文等情况


两隧道位于富春江河谷平原堆积地貌区，南峰隧道进出洞口地段地形起伏较大，植被发育。表部为残坡积土，Vp=500-900m/s，层厚1.0-4.0m。下伏基岩，中风化砂岩，Vp=1700-2800m/s，层厚4.0-10.0m，微风化砂岩厚度大，Vp=2800-3600m/s，岩石为块、碎石状结构，节理很发育。地下水不发育，主要为基岩裂隙水。


善岭隧道进洞口地形起伏较大，出洞口较平缓，表部第四系残坡积土为含碎石亚粘土Vp=600-1000m/s，结构松散，稳定性差；下伏基岩为强风化砂岩，厚约6.0m，Vp=1000-1800m/s。中风化砂岩，厚度大，Vp=1900-2800m/s，节理发育。微风化砂岩Vp=2800-3900m/s。节理裂隙较发育。地下水不发育，主要为裂隙水。两隧道地震烈度为VI度。


1.2隧道原设计情况


1.2.1净空断面  隧道为上下行合建的6车道连拱隧道，全隧道建筑限界净宽30.00m，净高5.0m。隧道衬砌内轮廓线单线采用二心圆形式，边墙为曲墙。中隔墙中心线与路线中心线一致。单向隧道净空面积为97.92m2。


1.2.2交角  南峰隧道进出口线路中线与地形等高线的交角约50?-60?，且进口和出口原地面坡度较陡，使整座隧道处于较为严重的偏压状态，只好采用削竹式斜交洞门，以保持山体良好的茂密树林覆盖，其进口处基本不挖。该方案缺点就是洞口段地表有1m-2m的残坡积层，为Ⅱ类围岩。所以洞口斜交范围洞底必须设置在中风化砂岩上，衬砌支护参数也需加强。善岭隧道进出口均设计为正交的端墙式洞门。



1.2.3 隧道结构设计  两隧道结构设计除洞口段结合地形、地质条件设置明洞，采用矿山法设计外，其余均按新奥法原理进行。采用柔性支护体系的复合衬砌。以注浆中空锚杆，湿喷钢纤维砼为初期支护。并辅以钢架、超前锚杆、加固注浆、超前长管棚等支护措施，充分调动和发挥围岩的自承能力，在监控量测信息的指导下施作初期支护和二次衬砌。


复合式衬砌的各项参数，参照有关规范及国内外类似工程的经验，进行分析比选和拟定参数。并应用同济曙光岩土及地下工程设计与施工分析软件，进行围岩稳定状态分析，结构内力计算与强度校核。

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连拱隧道施工的核心是维护隧道的围岩稳定和保证隧道支护结构处于合理的受力状态

3.1控制爆破，减少围岩扰动


3.1.1控制爆破  开挖中严格遵守“弱爆破、短开挖”的施工原则。2类围岩进尺控制在0.5m-0.8m，Ⅲ类围岩进尺控制在0.8m-1.0m，以减小每次爆破的炸药总用量，爆破一般采用光面控制爆破和预裂爆破。


3.1.2尽量减小周边眼的距离  根据围岩情况的不同，一般控制在30cm-40cm，周边眼采用小直径药卷间隔装药技术，以控制开挖成型，减小爆破对围岩的扰动。


3.1.3掏槽方式可根据各自的施工经验  采用斜眼楔形掏槽或直眼半孔掏醋；起爆采用非电毫秒雷管，大间隔微差起爆。使相邻段的起爆间隔大于100ms，以减少对围岩扰动的目的。


3.1.4检查  每次爆破后采用断面仪对开挖断面进行检查记录，并结合监控量测的信息反馈及时调整爆破参数。


3.2偏压连拱隧道的施工方法


3.2.1转换  关键是要很好地处理左右拱部施工由不对称性到左右洞拱部施工完毕的对称结构体系的转换。


3.2.2采用先山体外侧，后山体内侧的施工方法  （1）先开挖外侧隧道，在其掌子面超前于内侧掌子面30m以上；（2）外侧隧道二次衬砌超前于内侧隧道的掌子面，这时内侧隧道方可向前掘进（此时，可使中隔墙所受的偏压推力先行得到外侧隧道支护结构的支撑，使其受力平稳，减少中隔墙的水平位移；同时避免了内侧隧道的围岩受外侧隧道开挖的二次扰动，减少围岩变形和减少围岩荷载）。（3）采用中导洞先行，两侧导洞滞后的“三导洞先墙后拱法”，即从基础做起，形成支护环后再开挖核心部分。该方法较安全，结构整体性好。


3.3施工顺序
连拱由于中隔墙的存在，施工过程中必须先进行中隔墙的开挖及衬砌，从而保证拱部，初期支护，钢支撑及2次衬砌具有着力点。一般施工顺序见附图：

3.3.1Ⅱ、Ⅲ围岩  ①中导坑开挖→②中导坑锚喷支护、钢架支撑等→③中隔墙衬砌→④铺中墙顶防水板并回填砼→⑤侧导坑开挖（当有偏压时，两侧导洞应滞后）→⑥侧导坑锚喷支护、钢架支撑等→⑦侧墙防水板铺设、侧墙二次衬砌等→⑧ 右中央拱部开挖、拆除临时支护及钢架支撑→⑨右中央拱部锚喷支护、钢架支撑→⑩在左洞设置工字钢临时支顶以平衡右洞二次衬砌产生的水平推力(或用其它方法支顶平衡均可)→⑾右洞防水板铺设，右洞衬砌→⑿左中央拱部开挖、拆除临时支护、钢架支撑等→⒀左中央拱部锚喷支护、钢架支撑等→⒁ 左洞防水板铺设左洞二次衬砌→⒂ 左洞其余部分开挖及拆除工字钢临时支顶装置。3.3.2Ⅳ、Ⅴ类围岩  ①中导坑开挖→②中导坑喷射砼支护→③中隔墙衬砌→④左洞防水板铺设左洞二次衬砌→⑤右洞全断面开挖→⑥右洞喷射砼支护→⑦右洞防水板铺设右洞二次衬砌→⑧左洞全断面开挖→⑨ 左洞喷射砼支护→⑩ 左洞防水板铺设左洞二次衬砌。


3.3.3洞口处理  一般在洞口段及Ⅱ、Ⅲ类围岩地段采用先墙后拱法，其余地段可采用先拱后墙法。


3.4中隔墙


解决中隔墙水平推力的平衡问题，是连拱隧道施工成败的关键。
由于连拱隧道的结构特点，即须中隔墙砼施作后，方可进行正洞的开挖及支护；左右两洞的不对称施工；爆破的振动；分部施工的反复扰动，使初期支护传递到中墙的地压力造成了中墙受力的不平衡，当中墙不能抵抗这种单侧的推力而发生较大的位移时，就会引起拱部开裂，支护遭破坏而失稳，造成严重后果。应注重采取如下措施：

3.4.1控制  合理组织好施工工序，作好爆破控制，尽量减小对围岩的扰动，以控制中墙所受的这种不平衡推力至最小。


3.4.2检查基底承载力  中墙砼施工前，应首先检查基底承载能力（一般若不设置仰拱，要求大于2000kPa-2500kPa，这至少要求为Ⅲ类偏高地段才可能达到；若设置仰拱，地基承载力也不宜小于350kPa -450kPa，否则应对中隔墙基础采取加固注浆，一般土质地段中隔墙基础采用RD25中空注浆锚杆进行高压加固注浆，以提高其承载能力，风化岩层地段可用??22砂浆锚杆加固地基）。以保证中墙在今后受力时不因基底承载力不足而沉降，从而导致支护失稳。