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1、龙 潭 特 长 公 路 隧 道 总 体 设 计 陈光明 陈 璋 程久胜 湖北省交通规划设计院 武汉 430051 摘 要 建设中的龙潭特长公路隧道位于沪蓉国道主干线宜昌至恩施公路 长约2 8 7km 在勘查设计过程 中 充分借鉴了国内外长大公路隧道建设的成功经验 认真研究 精心设计 做到技术上的先进 质量上优良 本文 简要介绍龙潭隧道特长公路隧道的工程概况 工程地质条件 洞门 净空 结构形式 防排水 行人 行车横洞 斜井 竖井及风机房设计 运营通风 监控 防灾方案和关键技术研究 关键词 公路隧道 工程地质 土建工程 机电系统 1 工程概况 龙潭特长公路隧道位于沪蓉国道主干线湖北宜 昌至恩施公路
2、白氏坪至榔坪段 隧道左洞全长 8693m及右洞全长8599m 为上下行分离的双洞4 车道隧道 隧道中线间距为50m 为全线控制性工 程 沪蓉国道主干线是交通部规划的国家主骨架网 五纵七横 国道主干线中的一横 也是湖北省高等 级公路网规划 五纵三横一环 主骨架的一部分 该 隧道的建成将极大地改善中西部地区的路网布局 对促进西部开发战略的实施及湖北省与周边省市的 经济交流具有十分重要的意义 隧道进口位于宜昌市长阳土家族自治县贺家坪 镇 出口位于宜昌市长阳土家族自治县榔坪镇 隧 道纵 坡为1 50 的 单向坡 隧道 最大 埋深为 500m 计算行车速度为80km h 隧道内路面采用 水泥混凝土路面
3、本隧道左右洞均采用纵向分段送排式通风 左右 线隧道远期均采用三段通风 因此为满足通风需要 同时结合工期和施工组织 本隧道设置两处斜井及两 处竖井 在斜井 竖井井口设置四处地面风机房 2 工程地质概况 龙潭特长公路隧道位于长阳背斜的北翼 长阳 背斜属秦昆构造体系 主体构造线走向近东西 与路 线基本平行展布 地层产状比较稳定 总体显示为 向北倾斜的单斜构造 倾角50 左右 无区域性断裂 构造 局部存在两条规模不大的断层 F1走向北 西 倾向北东 在距出口端2630m附近通过 F2走 向北西 倾向东 在距出口端1450m附近通过 两 条断层尤其是F2可能会造成深部灰岩地层岩溶发 育 尤其是南津关组厚
4、层质纯的灰岩 隧道洞身通过的地层主要为 志留系下统龙 马溪组 S1l 页岩 粉砂质页岩及奥陶系上统五峰组 O3w 页岩 硅质岩 奥陶系上统临湘组 O3l 中厚 层状泥质灰岩 瘤状灰岩 奥陶系中统宝塔组 O2b 厚层状瘤状龟裂纹灰岩 奥陶系下统牯牛潭组 O2g 瘤状灰岩 奥陶系下统大湾组 O1d 中厚层状 瘤状灰岩与页岩互层 奥陶系下统红花园组 O1h 厚层块状生物屑亮晶灰岩 奥陶系下统分乡组 O1f 厚层状生物屑灰岩与页岩互层 奥陶系下统南 津关组 O1n 厚层块状微晶灰岩 白云岩 隧道进口 约4580m地段 基岩皆属碎屑岩 为隔水层地下基 岩裂隙水极贫 但隧道出口约4090m地段 南津关 组
5、灰岩中岩溶水可能发育 可能发生的地质灾害主 要为软岩大变形 岩爆 突水涌泥及围岩失稳 通过隧道综合地质评价 本隧道以 类围岩为 主 约占82 3 类围岩约占12 2 类围岩和 类围岩均较少 隧道纵断面见图1 图 隧道左洞地质纵断面图 公路隧道2010年第3期 总第71期 1 12 3 隧道土建工程设计 3 1 隧道洞门设计 结合隧道洞门处的地形 地质条件 遵照工程施 工安全 美观 环境的要求 隧道进口洞门左 右幅均 采用柱式洞门 造型美观大方 出口洞门由于地形条 件的限制 均采用台阶式洞门 尽量保持原地形的 绿色植被坡面 减少边坡开挖和对自然环境的破坏 并结合洞门的结构特点与周围地形地貌种植树
6、木和 植草 尽量恢复洞口原有的地形地貌 3 2 隧道建筑限界及衬砌内轮廓 根据 公路工程技术标准 J TJ 001 97 及 公 路隧道设计规范 J TJ 026 90 隧道建筑限界确 定为9 75 5 0m 其中行车道宽2 3 75m 在行 车道两侧各设0 50m的路缘带及0 25m的侧向余 宽 隧道内左侧设宽度为0 75m的检修道 根据隧 道交通工程及运营设施的设计需要 在洞室检修道 下设置一尺寸为90 55cm的电力电缆沟 在侧向 余宽范围内设70 55cm通讯电缆沟 消防管道设 于通讯电缆沟内 在两侧路缘带下各设置40 50cm路缘排水沟 衬砌内轮廓的确定不仅需满足隧道建筑限界的 要求
7、 而且还需考虑隧道通风 照明 运营管理设备 设置的空间 以及排水沟 电力 通讯电缆沟 消防管 道的布设 内装修的净空及必要的富余量等因素 经比选采用三心圆内轮廓 以提高断面的利用率 净 宽10 72m 净高6 9m 图2 图2 隧道标准净空断面 尺寸单位 cm 3 3 隧道衬砌设计 隧道衬砌结合已有的铁路 公路隧道设计及施 工经验 采用曲墙衬砌 衬砌结构按新奥法原理设 计 采用复合式衬砌 复合式衬砌的支护参数根据 隧道区域的工程地质 水文地质 围岩类别 施工条 件 按工程类比方法拟定 并运用应力 应变有限元 程序进行稳定分析和结构验算后综合确定 并且在 施工过程中进行监控量测 根据量测信息处理
8、 反 馈 进一步调整支护参数 根据隧道区域围岩类别 共设计了11种类型的 衬砌 类围岩段设置了增强早期支护的钢支撑 S2 a S2 1型衬砌钢支撑采用18工字钢架 S2 2型衬砌钢支撑采用16工字钢架 钢支撑间距为 0 75m 类围岩地段设置 22格栅钢架 格栅钢架 间距为1 0m 隧道各类复合式衬砌主要支护参数和衬砌结构 见表1 公路隧道2010年第3期 总第71期 22 表1 隧道复合式衬砌结构参数表 围 岩 类 别 衬砌 类型 初期支护二次衬砌铺底 预留 变形量 喷混 凝土 径向锚杆钢筋网钢支撑 格栅钢架模筑混凝土仰拱 C20混 凝土 直径 单根长 间距直径间距类型间距混凝土 钢筋混 凝
9、土 混凝土 钢筋混 凝土 C15混 凝土 cm cm mm cm cm mm cm cm cm cm cm cm cm 备注 S2 a1026 2535075 100 820 20 18工字钢756060 岩溶发 育段 S2 11026 2535075 100 820 20 18工字钢754545浅埋段 S2 21024 2535075 100 820 20 16工字钢754545深埋段 S3722 22300100 1 00 620 20 22格栅1004040 地质较 差段 S4510 22250120 1 20 620 203515 S536 22250局部3015 S7 a722 22
10、350100 1 00 620 20 22格栅1004040 S7 1515 22 300100 1 20 620 204015 S7 238 22 300120 1 504015 3 4 隧道防排水设计 针对地下水流失对隧道周边环境的影响情况 龙潭隧道地下水贫瘠地段防排水采用 以排为主 防 排结合 因地制宜 综合治理 的原则设计 对于岩溶 发育 地下水丰富 采用 以排为主 的防排水原则会 引起地表生态环境恶化的地段 采用 以堵为主 限 量排放 的原则实施各项工程措施 根据超前地质预 报的结果和隧道开挖后的地质情况 通过向围岩注 浆 形成围岩注浆固结堵水圈 减少围岩渗透系数 以限制排水量 实现
11、控制排放的目的 注浆方式采 用超前帷幕注浆 后注浆 局部注浆 补注浆4种方 式相结合 整个注浆循环结束后 通过检查孔判断 在开挖面钻3个检查孔 通过孔内出水深度 判定注 浆有效范围 由渗漏水量判定堵水效果 当渗漏水量 小于20 30L min时 则达到了注浆目的 否则应 追加钻孔再进行注浆 二次衬砌采用抗水压衬砌 按承受0 4MPa静水压力设计 采用60cm厚钢筋 混凝土衬砌 衬砌材料采用C30钢筋混凝土 以达 到防水可靠 排水通畅 经济合理 不留后患的目的 在两侧路缘带下各设置40cm 50cm路缘排水 沟 主要用于隧道地下水的排泄 沿纵向每隔30m 设沉砂井 以便清洗和检查 在初期支护和二
12、次衬 砌之间设1 2mm厚的PVC防水板和300g m 2 的 无纺布 全隧道沿两侧墙脚设 100软式透水管盲 沟 与环向盲沟及墙脚泄水孔采用三通连接 施工缝 处设遇水膨胀止水条 在地质情况变化以及衬砌结 构发生变化处设置XZ 322 30型中埋式橡胶止 水带止水 在路面下设置MF7塑料横向盲沟 作为 疏通路面以下地下水的通道 3 5 紧急停车带 行车和行人横洞 行车横洞结合地质情况约500m设置一处 行 车横洞中线与隧道中线斜交 夹角为70 汽车转弯 半径R 15m 行车横洞净宽4 5m 净高5 8m 路 面与同侧行车主洞水沟处路面顶平齐 并在行车横 洞附近设置紧急停车带 紧急停车带长度按停
13、靠大 型卡车2 3辆考虑 有效长度30m 全长40m 宽度 较正常地段加宽3 0m 行人横洞设置间 距约 250m 轴线与主洞垂直 行人横洞断面净宽2 0m 净高2 5m 所有的紧急停车带 行车横洞及行人横 洞均尽可能设置在 类围岩 不强求等间距设 置 3 6 斜井 竖井及风机房设计 结合隧道的地形地貌 工程地质及水文地质条 件 并综合考虑施工组织 通风和消防救援的需要 通过综合多方面的分析比较后 推荐在宜昌端采用 双斜井方案 在恩施端推荐采用双竖井方案 斜井 竖井主要参数见表2 布置见图3 采用两斜井 两竖井的理由如下 3 陈光明等 龙潭特长公路隧道总体设计 2 表2 斜井 竖井主要参数表
14、项目1号斜井2号斜井3号竖井4号竖井 井底桩号mZK67 900YK67 890ZK71 130YK71 125 半径m4 53 753 52 65 面积m245 7731 8238 4822 06 周长m25 8021 5121 9916 65 当量直径m7 105 927 05 3 风道面积 送风道 m2 19 4119 2420 179 9 排风道 m2 25 1211 5515 9110 22 斜井 竖井长度m417 518465 849332 0355 0 倾角 25 024 29090 标高 井口 m 1138 2001131 2251249 5401270 272 井底 m 96
15、4 682956 581917 540915 272 图3 龙潭隧道斜井 竖井布置示意图 宜昌端设置双斜井比设置竖井具备如下优势 龙潭隧道长度长 工作面少 工期较紧张 有 必要设置辅助坑 道辅助正洞施工 而该处隧道埋深 为175m 斜井长度约为424m 设置两个斜井更有利 于施工组织 可为主洞施工提供便利 可以大幅度提 高施工效率 缩短工期 设置两个斜井可以使地下联络风道的布置大 大简化 减少通风阻力 更有利于提高通风效率 设置两个斜井可使地表通风建筑物大大简 化 并可减少井口污染空气和新鲜空气的串流 恩施端设置双竖井比设置斜井具备如下优势 设置竖井可以大大减少通风阻力 从而降低 通风运营费用
16、 并且在该处隧道埋深较大 达362m 若在该处设斜井辅助主洞施工会效率很低 成本高 提高施工效率作用有限 设置两个竖井可以使地下风道的布置大大简 化 更有利于提高通风效率 同时隧道需风量较大 设置双竖井有利于减少单个竖井的面积 降低工程 难度 设置两个竖井可使地表通风建筑物大大简 化 并可减少井口污染空气和新鲜空气的串流 最后根据通风需要以及地形地质条件 在距宜 昌端洞门约2 3km处设置两个斜井 斜井净空采用 单心圆 其中1号斜井对左线隧道进行送风和排风 斜井净空面积为45 77m 2 斜井长约404m 倾角 25 2号斜井对右线隧道进行送风和排风 斜井净 空面积为31 82m 2 斜井长约428m 倾角25 并且 利用该斜井辅助正洞施工 在距恩施端洞门约3 0km处设置两座竖井 3号竖井对左线隧道进行送 排风 竖井净空采用单心圆 竖井内径为7 0m 竖井 深335m 4号竖井对右线隧道进行送排风 竖井净 空采用单心圆 竖井内径为5 3m 竖井长349m 隧道风机房有地面风机房和地下风机房两种 地下风机房有控制 养护维修方便的主要优点 但存 公路隧道2010年第3期 总第71期 42
