吴维杰

广东粤路勘察设计有限公司 广东广州 510000

摘要：本文主要针对大跨度连拱隧道设计的关键问题展开了研究，通过结合具体的工程实例，分别对隧道建筑限界及内轮廓的设计、隧道衬砌结构设计、隧道施工方案设计、监控量测设计作了系统概述，以期能为有关方面的需要提供有益参考借鉴。

关键词：大跨度；连拱隧道；设计；研究

所谓的连拱隧道，是由两座隧道通过共用的中墙连成一体的双洞隧道，是一种比较有发展前景的新型隧道结构。连拱隧道跨度大，空间利用率高，线形顺畅，引线占地面积少，在平面线路和洞口位置的选择上均较分修隧道具有一定的优越性，尤其解决了复杂地段修建分修隧道所存在的困难，成为在特定条件下修建隧道时采用较多的大跨度结构形式。基于此，本文就大跨度連拱隧道设计的关键问题进行了研究，相信能为类似隧道工程的建筑设计提供一定帮助。

1 工程概况

1.1 隧道工程概况

某隧道按连拱隧道形式布置，隧道长度为580m，属于中隧道，最大埋深约为24m。按双向六车道城市主干路设计（近期为双向四车道机动车道+人非系统，远期预留双向六车道通行的条件），设计速度40km/h。

1.2 隧道工程地质、地貌概况

隧道西侧为背斜核部，区内揭露的地层主要为寒武系中下统的馒头组、毛庄组、徐庄组、张夏组地层，主要岩性为紫红色页岩、薄层状泥灰岩、暗紫色～黄褐色粉砂岩、中厚层石灰岩等。隧道走向与岩层走向夹角在32°～55°。

2 隧道建筑限界及内轮廓设计

本隧道为市政道路隧道，按照近远期考虑。单洞隧道建筑限界净宽12.75m，净高5.0m。

隧道内轮廓拱顶净高为773cm（路面上），单洞净宽为1380cm，单洞净空面积为87.14m2，隧道总净宽为3031cm。为道路排水需要，隧道路面横坡为2.0%的单面坡。

3 隧道衬砌结构设计

3.1 衬砌结构计算分析

本隧道整体埋深较浅，最大埋深约24m，隧道围岩以Ⅳ级围岩为主，本文选取Ⅳ级围岩浅埋段，埋深最大处作为结构最不利断面（埋深23.3m），采用有限元计算软件进行初期支护、二次衬砌的结构计算。

（1）隧道计算模型如图1所示。

图1 Ⅳ级围岩浅埋段荷载及计算模型

从图2、图3二衬内力图中看出，衬砌结构全断面受压，最大压力发生在仰拱中部。

图2 二次衬砌弯矩图

图3 二次衬砌轴力图

（2）衬砌结构位移图见图4，图5。

最大竖向沉降发生在拱顶，为10.4mm；最大侧向位移发生在拱脚，为3.2mm，满足要求。

图4 隧道结构竖向位移图

图5 隧道结构侧向位移图

（3）二次衬砌截面强度验算。

二次衬砌配筋量及其强度安全系数的计算结果见表1。

表1 二次衬砌钢筋混凝土静力分析结果

经表1计算结果分析，截面强度验算（按组合截面进行内力分配），按照钢筋混凝土进行结构强度验算，其各个截面抗拉、抗压安全系数均不小于2.0，符合设计要求。

3.2 衬砌结构设计参数

本隧道支护结构参数、衬砌断面类型及衬砌结构尺寸以工程类比法为主，并通过数值计算分析进行校核，确定支护衬砌参数。各级围岩衬砌结构支护参数如表2所示。

表2 隧道各级围岩衬砌结构支护参数表

4 隧道施工方案设计

本隧道为总开挖跨度约32m的连拱隧道，属于特大跨度隧道（B≥18m），且隧道埋深最大约为23m，整个隧道段落基本处于浅埋段，且Ⅳ级围岩比例较高。隧道施工方案设计根据围岩级别、工程地质、水文地质等条件，Ⅳ级围岩段开挖采用中导洞—双侧导洞工法开挖。开挖方法见图6。

图6 隧道Ⅳ级围岩段施工步序设计图