《探讨木匠沟连拱隧道设计[公路隧道]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《探讨木匠沟连拱隧道设计[公路隧道]（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、公路隧道 2 0 1 2年第 1 期 总第 7 7期 木 匠沟连拱 隧道设计 刘贵有 朴忠源 陈 维 杨 忠 吉林省交通规划设计院长春1 3 0 0 2 1 摘 要 珲春至乌兰浩特高速公路中的木匠沟隧道 是吉林省第 l 座高速公路连拱隧道 在该隧道设计中 考虑 季节性冰冻地区的特点 采用了连拱隧道曲中墙结构型式 不仅优化了连拱隧道的结构受力 而且较好地解决了中 墙处 的防排水 问题 关键词 连拱隧道曲中墙设计施T 1 工程概 况 1 1 隧道方案选择 高速公路穿越木匠沟垭 口时 考虑路线走 向 地 形 地质 施工等诸因素 对该垭 口做 了 3种穿越方 案 即路堑 分离式隧道 连拱隧道 3个方案
2、 如 果采用开挖路堑方案 尽管路中线处最大开挖深度 只 有 2 8 m 但两侧边坡开挖后最大高度 已达 6 5 m 这样 无论是从边坡 的稳定性 环境保护 行车安全和施工 等方面均是不可取的 从该垭 口处的地形条件分 析 如果采用分离式隧道方案 由于垭 口狭窄 路线分 幅后必有一幅隧道长度增加很多 再加上路线分幅增 加的工程量 从经济造价上看也是不合适 的 因此 从环境保护 经济造价和安全可靠等方面综合考虑 以双向 4车道连拱隧道方案穿越垭口是比较合适 1 2 工 程概 况 木匠沟隧道是吉林省第 l 座连拱隧道 隧道总长 为 2 X 2 5 8 9 3 6 5 1 7 8 7 2 m 隧道按新
3、奥法理论进行洞 身结构设计 全隧道均为浅埋 隧道洞顶最大埋深约为 2 1 m 洞口段围岩极为破碎 两端洞口均采用长明洞 入 口 出口处明洞长均为 5 0 m 隧道围岩均为 级 隧道平面位置位于直线段上 纵断面为单向上 坡 按路线前进方向 坡度为 0 8 9 6 1 3 隧道工程地质概况 隧道进 口侧山体平缓 自然坡度 1 0 出口侧山体 自然坡度 1 O 局部较陡 起伏不平 垭 口两侧 山坡坡 度 1 5 2 5 山体形态复杂 呈残积 坡积型低山地质 特征 区内地层岩性较简单 表层为残积 坡积覆盖 层 以花岗岩风化砂及残积土为主 下覆为华力西晚 期钾长石花 岗岩 呈黄褐色中 粗粒结构 块状构造
4、 根据物探结果 沿路 线有一条大致平行路线 的 断层破碎带 宽度 5 8 m 主要由破裂岩组成 隧道 3 4 围岩受断层破碎带的影 响 节理裂隙发育 风化剧 烈 大部分呈碎石或砂砾状 且垭 口地段为地表水与 地下水汇集地带 围岩稳定性差 隧址区地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙 水 主要接受大气降水 降雪补给 1 4 主要技术指标 公路等级 山岭高速公路双向 4车道 设计速度 8 0 k m h 建筑限界净宽 2 2 3 7 5 2 0 5 0路缘带 2 0 2 5 余宽 2 0 7 5 检修道 一2 1 O m 2 建筑限界及净空内轮廓设计 本设计隧道的有效净宽为 1 0 5 0 m 有效净
5、高为 5 O m 在满足上述净空限界标准的同时 还考虑了 照明 排水 电缆槽 的设置等对空间的需求 同时衬 砌 内轮廓的形状和尺寸还考虑了结构受力 的特点以 及便于施工等因素 在 隧道 内轮廓设计过程 中 原 设计方案选用了目前 国内修建连拱隧道普遍常用的 直中墙断面形式 图 1 直 中墙 的连拱隧道施T工 艺简单 洞 内行车道 中心线与洞外路基行车道 中心 线偏离较小 但直 中墙连拱 隧道 的也有其缺点 中 隔墙 的受力不对称 视 觉效果差 对驾驶员 易形成 边墙效应 特别是中墙顶渗漏水的质量通病对 于 东北季节性冰冻地 区来说 显得尤为不利 一 一 一 图 1 连拱 隧道 常用直中墙断面形
6、式 为了克服直中墙连拱隧道 的上述缺点 借鉴连 刘贵有木 匠沟连拱 隧道设计 拱隧道设计 的先进经验 最后采用 了曲中墙 断面形 式 见图 2 曲中墙结构受力更加合理 二次衬砌的 全环向整体式浇筑不但较好地处理了直中墙连拱隧 道的中隔墙的不对称受力 而且将连拱隧道两关联 的洞室按两个独立 的单洞考虑 防排水左右洞各成 体系 完全类似于单洞隧道 较好地解决 了中墙处 的 防排水问题 图 2 连拱 隧道曲中墙断 面形式 经过对各种衬砌 内轮廓形式 和参数 的优化 选 择 了 净 宽 1 0 6 0 m 净 高 7 1 0 m 的单 心 圆 R一 5 4 7 4 m的圆弧拱形式 钢筋混凝土曲中墙断面
7、最薄 处厚度为 1 8 m 由于洞外整幅路基行车道中心线间距为 1 0 m 而 连拱隧道的左右洞行车道中心线间距为 1 3 9 4 8 m 按 3 s 设计速度行程长度控制 所 以在隧道进出 口 7 0 m 距离外进行路基断面过渡 过渡段长度为 1 0 0 m 3 隧道洞 口设计 根据隧道进出口地形和工程地质条件 结 合开 挖边仰坡的稳定性及洞 口防排水需要 本着 早进晚 出 的原则确定隧道洞门位置 洞门型式主要考虑使 用功能 节省投资 同时也考虑结合地形的整体美 化效果 进 出口洞门型式均采用削竹式 4 隧道施工方案设计 目前 我 国高速公路的隧道施工 已广泛采用新 奥法 新奥法 即一种动态
8、设计理论 根据设计指导 施工 在施工中完善设计 它需要设计 施工紧密结 合 及时沟通 其设计施工原则为 少扰动 早喷锚 勤量测 紧封闭 结合地形 地质等条件 对于木匠 沟双连拱隧道选用 2种施工方案 明洞段 采用 明 挖法 先仰拱后墙拱的筑砌程序 当混凝土强度达到 设计强度 的 7 0 时 对称 回填浆砌片石 碎石土 分 层夯实 暗洞段 本着新奥法原则 洞 口初期支护 采用 以长管棚超前注浆预支护 锚 网喷支护为主 辅 以型钢拱架 该段模注混凝土及仰拱要求及早施作 开挖方式采用 3导洞法 必须先开挖贯通中心导坑 中心导坑采用正台阶法开挖 中心导坑在 临时支护 安全保护下 然后全 隧道模筑钢筋
9、混凝土 中隔墙 连拱隧道采用双侧壁导坑法开挖 主洞采用环形开 挖 中心 留核心土法 上部 留核心土支挡开挖工作面 有利于及时施作拱部初期支护以加强开挖工作面的 稳定性 核心土 以及下部开挖在初期支护的保护下 进行 施 工安全性好 一般环形 开挖进 尺为 0 5 1 0 m 不宜太长 下台阶长度为开挖洞径的 1 5倍 在施工开挖时 应采 用机械开挖 弱爆破 或光面爆 破 严禁大强度爆破 在施做初期支护时 根据其洞 室软弱围岩稳定时间较短 的特点 须及时施做 初期 支护等 并根据围岩监控量测结果 以观察拱顶 下沉 和拱脚收敛情况 若变形速率值突然增大 除加强初 期支护外 必须立 即封 闭仰拱 系统
10、锚杆均采用有 压中空注浆锚杆 通过压力 注浆使未胶结的围岩形 成整体和一定厚度 的承载 圈以提高 自身承载能力 最终根据 围岩监控量测结果 在初期支护趋于稳定 的条件下 全断面模筑二次钢筋混凝土衬砌 施工 开挖顺序如下 1 先行 中心导洞上部 开挖 初期 支 护 临时支撑 2 先行 中心导洞下部开挖 临时支撑 3 模筑钢筋混凝土中隔墙 4 后行双侧壁导洞开挖 初期支护 临时支撑 5 中墙右侧下部 回填 先行左 幅单洞环形开挖 中心 留核心土 初期支护 6 先行 左侧单洞中间核心土部分开挖 7 先行左侧单洞 中 间底部开挖 8 后行右侧单洞环形开挖 中心留核心 土 初期支护 9 后 行右侧单洞
11、中间核心土部 分开 挖 l 0 后行右侧单洞中间底部开挖 中墙右侧底部 开挖 1 1 拆除临时支撑 1 2 就地模筑钢筋混凝土仰 拱 仰拱 回填 1 3 全断面模筑二次钢筋混凝土衬砌 施工顺序见 图 3 图 3 连拱隧道施工顺序 图 5 隧道衬砌结构设计 5 1 围岩设计参数 沿路线有一条大致平行路线 的断层破碎带 宽 度 5 8 m 主要 由花 岗岩碎裂岩组成 隧道 围岩岩性为花岗岩 节理裂隙发育 隧址处 于断层破碎带及其影响范 围内 石夹土状 围岩呈碎 3 5 公路隧道 2 0 1 2 年第 1期 总第 7 7期 石状松散结构及压碎结构 考虑到地表水及地下水 的影响 建议围岩类别 类 5
12、2隧道支护结构 隧道除洞口段结合地形 地质条件设置明洞外 其余均按新奥法设计和施工原理 采用柔性支护体 系结构的复合式衬砌 即以型钢钢拱架为施工支护 辅以管棚或小导管周壁预注浆超前支护 以中空注 浆系统锚杆 喷射混凝 土 钢筋 网等为初期支护 在 初期支护基本稳定的条件下全断面模筑二次钢筋混 凝土衬砌 并在两次衬砌之 间分别敷设 土工布和 防 水层 表 1 表 1 木匠沟隧道衬砌参数表 初期支护 衬砌类 型 二次衬砌 仰拱 超前支护 系统锚杆 钢筋 网 喷射混凝土 型钢拱架 WT D2 5中空 C 3 0模 注 钢 C 2 5模 注 钢 QM2 浅埋 注浆 锚 杆 L一 D 8钢筋网 1 5
13、C 2 5喷 射 混 凝 I 1 6型钢钢架 筋 混 凝 土 筋 混 凝 土 qo 8 9 管 棚 或 类 围岩 4 m 4 5 m 0 8 1 5 c m 土 厚 2 5 c m 间距 0 5 m qo 4 2小 导管 厚 6 0 c m 厚 5 O 6 0 c m 0 8 m C 3 0模 注 钢 C2 5模 注 钢 MD 明洞 筋 混 凝 土 筋 混 凝 土 厚 8 0 c m 厚 5 0 c m 在隧道进 出口暗挖处 考虑地质较差 设计采用 了 4 0 m长管棚支护 配合型钢钢架 型钢钢架设置间 距 0 5 m 管棚采用直径 8 9 m m无缝钢管 长 4 0 m 环 向设置间距为 4
14、 1 2 c m 浆液采用水泥 水玻璃双液 同时依据工程地质勘察报告 与隧道轴线大体平行的 方向有一条断层破碎带 宽度 5 8 m 为保证隧道施 工 在隧道暗挖段 K 4 5 4 9 1 0 一K 4 6 0 5 0 破碎带位 置采用地表导管注浆 导管采用直径 8 9 mm无缝钢 管 达到固结围岩的 目的 为保证暗挖起点处仰坡的 稳定 在仰坡设置了小导管注浆和 1 0 c m厚锚喷混凝 土 小导管沿管棚外侧环向设置 间距为 4 0 c m 共设 3 层 层间距为 7 0 c m 小导管采用长 4 1 m 直径 4 2 mm 无缝钢管 仰坡锚杆采用全长粘结型普通水泥砂浆锚 杆 I 2 2 钢筋
15、布置间距 l l m 在没有长管棚超前支护的浅埋 类围岩段设计 采用型钢钢架配合小导管注浆支护 型钢钢架设置 间距 0 5 m 小导管采 用长 4 1 m 直径 4 2 mm无缝 钢管 小导管环向设置间距为 3 8 8 c m 浆液采用水 泥 水玻璃双液 5 3 结 构分 析 1 明洞 取明洞沿轴 向 l m 长范围计算 仰拱底按弹性 支撑模拟 弹性系数按 公路隧道设计规范 附表 A 0 4 一l中V级 围岩弹性抗力系数与对应节段 面积 之积 采用 其中 K水平方 向取 1 5 0 MP a m 竖直方 向取 2 0 0 MP a m 荷载为明洞上部 回填土重力及侧压力 按附录 G计算 填土表
16、面为水平 填土表面距拱顶 5 m 侧压 力系数 入取 0 1 9 填土容重取 1 9 k N m 按线性荷 载施加于衬砌 不考虑活载作用 考虑整体升温 3 0 降温 4 5 衬砌 内外温差 一 5 C 温度 1 和 5 C 温度 2 分别计算 偏心受压构建稳定计算长度采用 0 3 6 s S为拱 轴线长度 计算结果 每延米 1 0 2 5 钢筋间距 1 0 c m 2 暗洞 1 计算范 围 水平隧道中心两侧各 5 0 m 隧道顶距地面 2 0 m 仰拱底部围岩取 2 6 m 纵向 2 0 m 2 模型建立 计算采用弹塑性平面应变模式 屈 服准则采用 摩尔一库仑准则 采用体单元模拟 围岩和二衬 壳单 元模拟喷射混凝土 采取提高围岩 C 值 的方法模 拟锚杆和小导管注浆作用 钢架作为安全储备 计算 时不考虑其作用 各材料计算参数选取如表 2 表 2 材料物理力学参数表 材料 容重 k N m3 变形模量 GP a 泊松 比 粘聚力 C MP a 内摩擦 角 cD 类围岩 1 9 1 5 O 4 0 1 2 5 锚杆加 固 类 2 0 2 0 O 4 1 0 2 5 C 2 5喷混凝 土 2
