复杂条件下双连拱隧道设计

2018-01-03冯明友

城市道桥与防洪 2017年12期

关键词：掌子面建筑物隧道

冯明友

（贵阳市建筑设计院有限公司，贵州贵阳 550001）

复杂条件下双连拱隧道设计

冯明友

（贵阳市建筑设计院有限公司，贵州贵阳 550001）

以贵阳市五里冲花果园片区遵义中路隧道设计为例，阐述了隧道周边建筑物密集，周边建筑对地基变形敏感，隧道所处地质环境较差情况下的隧道设计，有关经验可供相关专业人员参考。

隧道；复杂环境；设计

1 概述

隧道作为地下工程构筑物，不但给人们带来交通的便利，也是各种管线的重要通道。作为现代生活一种重要的工程建筑物，在解决了交通和各种管线通达的时候，却没有对自然环境造成大的破坏，避免了大填大挖带来的各种遗留问题。当然，隧道有其自身的特点——工程造价高，施工难度大，施工期间的安全必须得到高度重视。贵阳市五里冲花果园片区遵义中路隧道下穿渝贵铁路云阳双线中桥及改茶一号隧道进口段，同时该段临近义信麒麟苑D栋楼及边坡抗滑桩等建筑物。隧道中段邻近贝地卢加诺小区部分高层建筑，隧道出口段为在建的花果园及贝地卢加诺小区，施工期间隧道进口及洞身段地表增加了部分建筑物。地面建筑物复杂，且对地面变形非常敏感，该处地质条件差。隧道在复杂的地面建筑物和较差地质条件山体中穿过，对设计施工都是一大挑战[1,2]。

2 隧道工程设计

2.1 工程概况

遵义中路隧道为双向六车道连拱隧道，隧道建筑限界宽31.40 m，高5.0 m，采用复合式曲中墙结构，中隔墙最小厚度140 cm，隧道全长485 m，最大埋深约51 m。平面线形呈S形，隧道平面线形进口段位于R=155 m圆曲线上，中间为直线段，出口段位于R=300 m圆曲线上。隧道纵断面为上坡，坡度为3.66%。

2.2 隧道衬砌内轮廓设计

衬砌内轮廓的形状和尺寸根据围岩级别、结构受力特点以及方便施工等因素，在满足隧道建筑限界及各种设备不侵限的前提下，充分考虑照明、通风、监控、消防等机电设施及洞内装饰所需要的空间，综合研究拟定隧道内轮廓，采用R1=7.9 m，R2=5.33 m的三心圆结构，隧道带仰拱单洞内轮廓净空面积117.16 m2，路面以上衬砌内轮廓净空面积93.77 m2,断面湿周38.84 m。

由于隧道之上有复杂的建筑物，没有条件将左右洞间距拉开，隧道断面只能选择造价和施工难度大都更大的双连拱隧道，见图1。

图1 隧道轮廓断面

2.3 洞身结构设计

隧道洞身横断面采用双向六车道连拱复合式衬砌结构。

隧道洞身支护设计以新奥法原理为指导，采用锚喷支护，复合式衬砌结构。即以环向系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土作为初期支护，辅以型钢钢架加强支护和小导管注浆超前支护。二次衬砌采用钢筋混凝土，在初期支护与二次衬砌之间铺设高分子复合自粘防水卷材（厚度不小于1.5 mm、幅宽2 m）。隧道衬砌类型、衬砌断面型式、衬砌结构尺寸等主要支护参数采用工程类比法确定，并对隧道结构进行必要的理论计算及校核，结合构造要求及技术经济条件综合比较。

2.4 隧道防排水设计

隧道防排水设计遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”及“以防为主、分区排放”的原则，进行环境评价，重视环境保护，采取切实可靠的设计、施工措施，充分利用结构自身防水能力，并构筑隧道结构内外完善的防排水系统，对地表水和地下水进行妥善处理。对岩溶发育地段，地下水引排对地表环境无影响时采取重力排放的措施；虽地表环境对地下水排放有一定限制，但适当排放不会影响地表环境的段落采取“以堵为主，限量排放”的措施。隧道防排水设计务求达到防水可靠，排水通畅，衬砌不渗不漏，隧道内轮廓表面基本干燥的效果，以保证隧道结构物和运营设备的正常使用和运营安全。

3 隧道施工

（1）本隧道Ⅴ、Ⅳ级围岩段均采用三导洞法施工，其中Ⅴ级围岩段隧道主洞开挖必须预留核心土，隧道施工应严格按照施工工序进行，必要时应根据现场监控量测结果，酌情调整施工工序、循环进尺及支护参数。

（2）因该隧道周围地表建筑物密集，且隧道与正在建设的贵广铁路交叉，隧道进口下穿贵广铁路云阳双线中桥2#桥台及改茶一号隧道进口，隧道施工过程中必须加强监控量测，特别加强爆破振动测试，施工过程中严格控制爆破进尺及药量，要求地表建筑物爆破振动速度不大于2 cm/s。

（3）隧道下穿贵广铁路云阳双线中桥2#桥台段因该桥暂时未施工，设计中暂按先施工隧道，再施工桥台顺序进行设计。隧道施工过程中加强与贵广铁路协调。若云阳双线中桥2#桥台先行施工后再进行隧道开挖，需根据现场实际情况采用静态爆破、加强支护等措施，尽量避免隧道施工对桥台产生不良影响。

（4）超前地质预报

隧道施工中，应通过超前综合地质预报手段探明掌子面前方地质条件，以便有针对性地调整施工措施，规避施工坍方、突泥等突发灾害的发生。

a.中长距离超前预报：采用弹性波反射法(TSP203)对掌子面前方30～100 m范围内的不良地质体的位置、规模、性质、地下水情况作较为详细的预报，每100 m施作一次，当遇异常情况时适当加密。

b.中短距离超前预报：采用电磁波反射法(红外探测)对掌子面前方30 m左右范围的岩溶形态、规模、充填物性质等地质条件作更为详细的预报。

c.超前水平钻探：采用掌子面超前水平钻孔对TSP203和红外探测的预报结果进行验证。每个单洞断面布设1～5个探测孔（其中一孔取岩芯），25 m一循环，单孔长度为30 m，前后相邻探测孔之间的搭接长度为5 m。当有异常情况时，结合TSP203和红外探测预报结果进行判释，适当加密钻孔或加长钻孔。

d.对各种预测预报手段所得的资料进行综合分析与判释，相互印证，并结合掌子面揭示的地质情况、发展规律、趋势及前兆进行预测、判断。根据综合超前地质预测预报结果，相应优化调整支护措施，以确保施工安全及结构安全，保障工程顺利实施。

4 不良地质施工应急预案

本隧道部分地段围岩自稳性差，施工过程中可能现坍塌、冒顶、涌水、突泥、等突发事件，施工单位应成立专门的应急预案领导小组，对施工过程中可能出现的各种情况提前预研，制定应急预案，确保遇到紧急情况有章可循。施工现场始终保证有专门的应急物资储备，根据各隧道不同地质情况储备高压力注浆设备、大马力抽水机、喷射机、大直径通风软管、200～300 mm钢管、方木、钢材、堵水材料、编织袋等，在任何情况下不得随意挪作它用。

坍塌冒顶、涌水突泥施工应急预案：

（1）隧道内其他掌子面立即停止作业，所有人员立即撤离，等待命令；

（2）立即对掌子面挂网、喷射混凝土，当出水较大时应集中引排水，及时架设钢架，对坍体进行封堵和反压；

（3）从封堵墙位置打设φ108×6 mm超前大管棚，并压注水泥-水玻璃双液浆加固周围土体；

（4）如果隧道冒顶到地面，则采用C15片石混凝土、或碎石土分层夯实，从地面将塌陷处进行回填，回填至地面处平整顺畅，在其上铺设一层彩条布，并做好地面排水；

（5）破除封堵墙上台阶，开挖掘进隧道上台阶部分，架设钢架，形成初期支护，如果仍有坍方、涌水、涌泥现象，紧跟打设超前注浆小导管，开挖后支护紧跟。