浅谈双洞八车道公路隧道设计

2022-10-31

双洞八车道公路隧道单洞最大跨度为21m左右, 其最大高度 (含仰拱) 为13m左右, 从起拱线算起其矢高为9m左右, 其矢跨比最小为0.4, 隧道设计研究中称其为大跨扁平公路隧道, 其设计、施工难度较大。我国大跨扁平公路隧道建设始于20世纪90年代末, 随着贵州凯里大阁山公路隧道和大连韩家岭隧道 (又名金洲隧道) 的贯通, 拉开了国内大跨扁平公路隧道建设的序幕。本文以深圳南坪快速公路一期工程——雅宝隧道为例, 介绍其勘察及结构设计情况。

1 工程概况

1.1 隧道工程概述

雅宝隧道为双洞八车道公路隧道, 按上下行分离的形式布置。隧道位于深圳市南山区, 隧道走向为东、西向。雅宝隧道为暗挖直线下坡隧道。隧道为短隧道, 采用自然通风和双排高压钠灯中央照明布置。采用的主要技术标准为:道路等级为城市快速公路;洞内设计车速为80km/h;限界净宽为18.0 (4×3.75+2×0.50+2×0.25+2×0.75) m;隧道限界净高为5.0m;设计荷载为城-A级。

1.2 隧道工程地质条件

雅宝隧道穿越场地地貌属高丘陵区, 隧道沿线基本被第四系坡洪积层覆盖, 植被茂盛, 工程地处亚热带地区, 属南亚热带季风气候, 雨量充沛, 干湿季节明显。工程区的降水主要是锋面雨, 其次是台风雨。隧道沿线范围内揭露的地层有:第四系坡洪积层 (Qdl+pl) 、第四系残积层 (Qel) 、燕山期粗粒花岗岩 (γ53) 。隧道场地周边分布有北北东向、北西向二组断裂, 隧道穿越地层无全新世活动断裂存在, 地层稳定性较好。该地区地震基本烈度为7度, 设计基本地震加速度值为0.10g。隧道沿线范围内地面设计标高较高, 进出口均高于地表水体5m~10m, 地表水对隧道建设无不良影响, 仅需对降雨等地表水体进行适当疏导即可。地下水主要为基岩裂隙水, 赋存于风化裂隙及构造裂隙中, 具承压性。另外, 第四系坡洪积层及第四系残积层中亦有少量的孔隙潜水, 其地下水主要接受大气降水的垂向渗入补给和周围地下迳流与雅宝水库的侧向渗入补给, 由斜坡向台地及冲沟中排泄。隧道涌水量为100m3/d。地下水对混凝土不具腐蚀性, 其地下水位以上土层对混凝土具弱腐蚀性。隧道洞身围岩主要为燕山期粗粒花岗岩, 由外到里依次为全风化、强风化、弱风化和微风化, 围岩类别按《JTJ026-90公路隧道设计规范》划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类, 其中Ⅱ类围岩占隧道总长度的38.7%、Ⅲ类围岩占15.9%、Ⅳ类围岩占45.4%。

2 隧道内轮廓设计

雅宝隧道地处深圳城区, 在进行内轮廓设计时, 充分考虑了隧道的建筑标准、断面经济性、工程类比、结构受力特点、隧道装饰、防排水等因素, 兼顾断面的经济性和对结构受力较为有利的扁平率, 在保证使用功能的前提下, 解决四车道公路隧道的内轮廓问题。经过多方案比选, 隧道内轮廓采用三心圆曲墙拱型断面。隧道顶拱半径为10.38m, 曲墙半径为6.18m, 隧道内轮廓净宽为18.65m, 最大跨度为18.80m, 净高为9.16m。仰拱半径为30.00m, 仰拱和边墙采用2.0m圆弧顺接, 以改善边墙下部受力状况。隧道净空断面积为136.42m2, 较同等规模的隧道少16.78m2。

3 隧道结构设计

3.1 结构设计参数

隧道明洞段设计为C30钢筋混凝土拱型结构, 设仰拱, 仰拱混凝土为C30钢筋混凝土 (以C20片石混凝土回填) 。隧道洞身暗挖段按新奥法原理设计, 采用复合式衬砌, 初期支护以钢纤维喷混凝土、锚杆和钢筋网为主要手段, 局部辅以型钢钢架、格栅钢架加强。

3.2 结构材料及施工要求

隧道洞口加强段以￠127超前大管棚、Ⅲ类围岩段以￠50超期小导管作为辅助施工措施。爆破作业时采用光面爆破或预裂爆破等控制爆破技术, 控制装药量, 避免放大炮, 减小对围岩的扰动。钢纤维喷混凝土的标号为C25, 采用冷拉切断型钢纤维。钢纤维喷混凝土的强度指标按C25普通喷混凝土控制。锚杆采用R25中空注浆锚杆, 锚杆露头加设钢垫板, 钢筋网采用￠8钢筋现场绑扎。洞口加强段、II类围岩段以型钢钢架加强, Ⅲ类围岩衬砌段初期支护中采用格栅钢架加强。型钢钢架采用20号H型钢分段焊接而成, 格栅钢架用￠25钢筋和￠10钢筋加工而成。喷混凝土全部覆盖锚杆垫板、锚头钢架及钢筋网。隧道初期支护紧跟掌子面及时施作, 以控制围岩变形, 最大限度地发挥围岩的自承能力。喷混凝土采用湿喷工艺, 以增加密实性、减少回弹、改善作业环境。隧道二次衬砌采用C30模筑钢筋混凝土, 施工时采用全断面模板台车施作, 机械泵送, 以提高其整体密实性、减少施工缝。对于隧道超挖, 应采用同级混凝土回填。

3.3 结构构造要求

不同衬砌类型交接处设沉降缝, 沉降缝应设在施工缝处。隧道洞身衬砌设计类型为洞口加强型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型。由于隧道场区地震基本烈度为7度, 本设计各型衬砌均按8度进行设防。

4 隧道施工方案设计

由于隧道断面大, 同时长度不长, 为了避免工序转换而使施工组织困难, 全隧道采用双侧壁导洞法开挖, 施工遵循“弱爆破、短开挖、强支护、早闭合、勤量测、衬砌紧跟”的原则, 结合反馈信息及时优化调整设计参数, 防止岩体坍塌。由于隧道开挖过程中加强了新奥法监测, 掌握了围岩变化情况, 从而保证了施工安全。隧道施工期间进行了超前地质预报, 以及围岩和支护、地表沉降、周边收敛、拱顶下沉等项目的观测。设计中采用2D-σ有限元分析软件, 对隧道结构及施工进行数值模拟分析, 确定支护及衬砌参数和施工方案。通过计算分析, 设计的支护及衬砌参数合理, 推荐采用双侧壁导洞法施工方案, 若能够保证施工质量、严格按设计方案施工, 可以保证隧道施工和运营安全。洞口设计的原则是结合洞口工程地质及地形条件, 尽量使洞口结构简洁、美观、自然, 与环境浑然一体。雅宝隧道进口地形较缓、开阔, 采用削竹式洞门。隧道总体走向为东西向, 考虑隧址区日照强, 明洞设计为倒削竹式。隧道出口地形较陡、出洞后即与雅宝大桥相接、且紧邻雅宝水库, 采用正削竹式洞门。进出口均设明洞, 洞口边坡及仰坡均采用混凝土网格护坡, 网格内植草绿化。洞口路堑开挖中, 临时支护采用锚网喷支护。

5 隧道防排水、路面及装饰设计

隧道的防排水遵循“防、排、截堵结合, 因地制宜, 综合治理”的原则, 在喷混凝土和二次衬砌之间设防水板和无纺布作为隧道衬砌防水层。沉降缝采用沥青木丝板夹E型橡胶止水带防水, 施工缝采用钢板腻子止水带防水。衬砌混凝土设计防水等级为S8。洞口明洞防水层与洞内相同。隧道衬砌排水措施:在喷混凝土与防水层之间设HDPE单壁打孔波纹管纵向、环向盲沟。隧道路面采用沥青复合式路面, 为及时排除路面下积水和渗水, 设HDPE单壁打孔波纹管横向盲沟。在检修道下设排水沟, 在纵向盲沟与排水沟之间设DN80排水管。路面排水:在路缘内设C20预制钢筋混凝土整体式边沟。隧道内采用沥青复合式路面, 其结构为10cm厚沥青混凝土面层25cm厚混凝土基层15cm~43cm整平层。隧道拱部内装饰采用喷涂防火涂料, 边墙范围内设置美观大方、可增强照明亮度、有吸音降噪作用的装饰铝板。

6 结语及建议

对于双洞八车道公路隧道的建设通过深圳雅宝隧道的勘查设计, 可得出以下结论: (1) 隧道工程地质勘察工作必须详细、准确, 其地勘资料是确定结构参数和施工方案的基础, 是设计第一输入资料。 (2) 隧道宜采用三心圆拱型断面结构, 其扁平率不宜小于0.4。暗挖结构宜采用新奥法原理设计, 采用复合式衬砌, 二次衬砌宜为整体钢筋混凝土结构, 衬砌模板宜进行专项设计。 (3) 施工是工程最为重要的环节, 应要求承包人精心组织、耐心实施;施工中应加强施工监控量测工作, 量测信息及时反馈设计、监理、业主随时掌握围岩和结构的状态, 制定合理的施工措施, 以保证施工安全。

摘要：随着交通运输的迅速发展, 双洞八车道高速公路或城市快速干道的建设将成为发展的重点, 其工程项目也将越来越多, 深圳南坪快速公路一期工程雅宝隧道就是国内最先建设的这类隧道工程。本文以雅宝隧道为例, 详细介绍了隧道的工程地质条件、断面形式、结构设计、施工方案, 可为类似工程的设计、施工提供参考和工程类比。

关键词：公路隧道,双洞八车道,施工方案