公路双向八车道大跨度隧道技术规范_编制说明

1、公路双向八车道大跨度隧道技术规范山东省地方标准编制说明一、工作简况（一）任务来源本文件的制定源于关于开展国家标准化综合改革试点工作的实施方案2018年度行动计划和建设项目计划（鲁标改办发20182号）。本文件由山东省交通运输厅提出并组织实施，由山东省交通运输标准化技术委员会归口。（二）起草单位、主要起草人及任务分工1.主要起草单位山东高速济莱城际公路有限公司，山东省交通规划设计院集团有限公司，山东大学，长安大学，山东省路桥集团有限公司，山东建筑大学，山东省交通科学研究院。2.主要起草人万利，李利平，侯福金，赵然，刘洪亮，张长安，蒋庆，周宗青，吕新建，邵行，王晓燕，宋曙光，李涛，迟作强，沈佳佳，

2、王传武，周昆，顾瑞海，刘传利，成帅，吴涛，屠文锋，王法军，郝广伟，孙克国，李文江，崔亚军，于超群，陈辉，范宏运。3.任务分工万 利：标准起草负责人，组织标准框架制定与起草，把握标准制定技术方向，组织协调标准制定所需资源。李利平：标准起草负责人，参与标准框架制定与起草，组织协调标准制定所需资源。侯福金：标准起草负责人，参与标准框架制定与起草，组织协调标准制定所需资源。赵 然、刘洪亮、张长安、蒋 庆、周宗青、吕新建、邵 行、王晓燕、宋曙光、李 涛、迟作强、沈佳佳、王传武、周 昆、顾瑞海、刘传利、成 帅、吴 涛、屠文锋、王法军、郝广伟、孙克国、李文江、崔亚军、于超群、陈 辉、范宏运：参与标准起草，对

3、标准需要的试验进行实施和结果分析。（三）起草过程1.前期准备标准计划下达后，在山东省交通运输厅和山东省交通运输标准化技术委员指导下，于2018年1月初成立了由山东高速济莱城际公路有限公司和山东省交通规划设计院集团有限公司牵头，山东大学、长安大学、山东省路桥集团有限公司、山东建筑大学、山东省交通科学研究院共同参与标准制定的标准起草组，起草组讨论了工作进度安排、任务分工及标准的初步思路，正式启动标准制定工作。2.现状调研2018年1月起草组对全国的公路单洞四车道隧道进行调研分析，统计隧道的长度、净距、内轮廓、矢跨比、围岩特性、初期支护及二次衬砌参数等一系列特征。针对现有规范和调研结果，结合我省单洞

4、四车道隧道建设现状，总结经验成果，对比分歧不足，提出拟解决的技术问题。3.起草标准2018年3月，起草组联合多家科研院所，针对需要解决的问题开始进行现场试验、计算分析和模型试验。2018年7月，在大量资料收集、分析和试验计算的基础上，形成公路双向八车道大跨度隧道技术规范编写大纲。2019年1月，完成公路双向八车道大跨度隧道技术规范初步讨论稿。2019年1月2020年8月，起草组根据起草过程技术问题，继续完成各种试验和数据分析，并召开多次评审会及内部讨论会，形成初稿。2020年9月1日，山东省交通运输标准化技术委员会在济南对公路双向八车道大跨度隧道技术规范初稿召开了专家审查会。起草组根据专家意见

5、认真修改，补充完善相关数据，最终形成征求意见稿。4.征求意见2020年10月19日，山东省交通运输标准化技术委员会派发了关于征求本文件意见的通知。起草组根据通知要求向中南大学、山东科技大学、青岛理工大学、山东交通学院、湖北省交通规划设计院股份有限公司、中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院、济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司、北京国道通公路设计研究院股份有限公司、安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司、中铁二十局第四工程有限公司、济南城建集团有限公司、中交第三公路工程局有限公司第四工程分公司、中铁十四局集团有限公司等13家本领域具有丰富经验的科研、设计和施工单位征求意见，并全部得到意

6、见和建议回复，收到反馈意见回和建议合计55条。起草组对所有意见和建议进行了详细的分析，并和意见单位进行沟通，认真修改完善标准，形成了送审稿。5.专家审查山东省交通运输标准化技术委员会根据山东省地方标准管理办法的要求将标准送审材料报送至省市场监督管理局标准化处，经其审核同意，于2021年9月2日组织了标准送审稿专家审查会，山东省市市场监管局对审查会议进行监督指导。来自中南大学、山东交通学院、北京城建设计研究总院、济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司、济南城建集团有限公司、中铁十局集团有限公司、中建八局第一建设有限公司等单位共7名专家组成了审查委员会。审查委员会听取了标准编制情况汇报，对标

7、准文本进行了逐章、逐条审查，对标准编制说明等进行了审查。审查委员会对提交审查会的标准材料进行审查，专家提出了标准技术内容、格式等方面的意见，同时一致同意该标准通过审查。会议要求起草单位根据审查意见对标准文本等进行修改完善后，尽快形成报批材料后上报省市场监督管理局。二、标准制定的目的和意义21世纪是地下空间资源开发和利用的世纪，隧道作为地下空间利用的基本形式，在铁路、公路、城市地铁等交通路网中发挥着重要的作用。近年来我国经济建设提出可持续发展的要求，隧道工程因具有节约能源和保护环境的优势，成为交通建设领域的先锋。随着国民经济的迅速发展和公路交通运输量的不断提高，单洞两车道公路隧道日渐不能满足交通

8、运输和人们出行的需求。考虑到路线走廊带是不可再生资源，双洞八车道在新建高速公路和改扩建项目中将占有越来越高的比重，成为交通建设发展的必然趋势。根据公路隧道施工技术细则（JTG/T F60-2009）规定，开挖跨度大于18m，属于超大跨度隧道。据不完全统计，国内外已建成和在建的超大跨度隧道有48座，其中双洞八车道公路隧道有39座。2006年，深圳南坪雅宝隧道的顺利贯通，宣告国内第一条双洞八车道隧道诞生。随后，广州、深圳、厦门等城市陆续修建了龙头山隧道、大帽山隧道、金鸡山隧道等双洞八车道超大跨度公路隧道。2012年建成的韩国赐牌山隧道，长度为3997米，跨度为18.8米，是已知世界上最长的单洞四车

9、道公路隧道。2016年，济南绕城高速济南连接线工程和京沪高速济南连接线工程修建的老虎山隧道、小岭、大岭和浆水泉隧道等六条双洞八车道公路隧道，是目前建设数量最多，规模最大的双洞八车道超大跨度公路隧道群。这些隧道的修建，不仅为我们积累了丰富的经验，而且也提供了宝贵的研究数据。目前，现行的公路隧道设计规范（JTG 3370.1-2018）、公路隧道设计细则（JTG/T D70-2010）等规范和标准尚无双洞八车道公路隧道支护设计参数和施工措施。而双洞八车道隧道结构具有扁平、大跨、薄拱等特点，其围岩荷载分布和支护力学特性复杂，结构稳定性差，尤其在施工期间受诸多工序的相互影响，围岩多次扰动，支护结构受力

10、多变，极易发生围岩失稳和隧道衬砌结构开裂与破坏等问题。加之，在工程实践中，双洞八车道公路隧道支护形式五花八门，如隧道支护结构采用初期支护+两层二次衬砌、两层初期支护+高强二次衬砌、高强初期支护+二次衬砌等，而且设计支护参数和施工方法各不相同，给双洞八车道公路隧道设计和施工造成很大的困扰。针对双洞八车道公路隧道的研究，国内外也取得了一定的研究成果，但是仍缺乏系统的研究和总结，没有形成一套针对超大跨度公路隧道的设计与施工规范或标准。而现有的公路隧道设计和施工等技术规范和标准，涉及双洞八车道隧道的内容非常少，无法满足我国双洞八车道公路隧道建设的需要，不能合理有效的指导设计和现场施工。因此，迫切需要制

11、定一套公路双洞八车道隧道技术标准。目前我省济南二环东南延线项目已建设完成老虎山、浆水泉、大岭、小岭、港沟和龙鼎等5座，单洞累计长度近20km的世界最大规模四车道公路隧道群；滨莱高速改扩建工程建设完成姚家峪、乐疃、佛羊岭、马公祠、樵岭前等5座，单洞累计长度10km单洞四车道公路隧道，两个项目建设里程占到国内同类型隧道的40%，项目参建人员在四车道大跨隧道设计、施工和运营管理方面积累了大量的经验，尤其是设计方面，进行了大量的研究和总结，有望填补行业设计规范的空白。作为经济大省和交通强国战略的示范省份，十四五及未来一段时间，我省交通运输行业和交通基础设施建设将迎来发展机遇期；同时，济南、青岛、烟台等

12、城市的拥堵问题日趋严重，单洞四车道公路隧道的需求与日俱增。为了更好的指导工程建设，提高大跨隧道设计施工水平，我省交通行业相关单位联合国内重点科研院所，通过大量的国内外同类工程调研，围绕济南市东南二环等工程实例开展了大量的试验、研究工作，制定本文件，以期为省内四车道大跨隧道设计、施工提供技术准则，同时期望推动和提高我国公路隧道技术水平，为类似工程设计提供借鉴。三、标准编制原则、主要技术内容和依据（一）标准的编制原则本文件按照GB/T 1.1-2020标准化工作到则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。起草组将本着以下原则，进行公路双向八车道大跨度隧道技术规范的编制：1.独立性原则注重

13、标准规范间协调，处理好本细则与现行规范的关系和界面，同时明确本规程的适用范围。2.先进性原则充分吸收国内外公路双向八车道大跨度隧道领域的成熟技术和实际经验，并开展专项调研和验证，使本规程既兼顾目前公路双向八车道大跨度隧道的总体发展水平，又能代表国内外最先进的水准。3.工程化原则充分考虑规程的使用对象，相关条款的编写尽量做到条理清晰、内容明确、易于理解和操作。4.严谨性原则本规程的编写须保证技术内容的定性、定量应准确、有据，技术指标的规定明确、具体。技术内容表达的用词、用语严谨，条款之间不得相互抵触，不得产生歧义。起草组收集近十年公路双向八车道大跨度隧道方面相关的主要科研、技术文献，了解、掌握最

14、新研究成果，并在本文件的制定中对相关成果进行借鉴。（二）标准的编制依据本次地方标准的编制，参照了隧道设计、施工相关技术规范和细则的最新版本，同时为以后的改进留有充裕的空间。主要参考以下规范：GB 6722 爆破安全规程GB/T 50476 混凝土结构耐久性设计标准JTG B01 公路工程技术标准JTG 2232 公路隧道抗震设计规范JTG/T 3310 公路工程混凝土结构耐久性设计规范JTG 3370.1 公路隧道设计规范 第一册 土建工程JTG/T 3660 公路隧道施工技术规范（三）主要技术内容本文件包括：术语和定义、隧道调查及围岩分级、总体设计、衬砌结构设计、结构计算、防水与排水、小净距

15、及连拱隧道、支护结构的耐久性设计、隧道抗震设计、隧道辅助施工措施设计、施工方法、路基路面设计、隧道施工等内容。（四）主要试验分析报告研究1.双向八车道隧道模型试验研究鉴于双向八车道公路隧道在设计与施工过程中可供借鉴的工程数量少的现状，对其施工力学行为认识不清的问题，起草组采用了室内模型试验手段对其施工过程进行了研究。依托工程的数座隧道在相似地质条件下所采取的工法类似、净空也基本一致，所以仅以港沟隧道为代表，进行针对性的试验研究。（1）工程背景及概况作为京沪高速济南连接线控制线工程，港沟隧道最大开挖跨度达20.008米，高度达11.561米，面积约219.78平方米，当时为山东省内跨度最大，在全

16、国也为少见的超大断面公路隧道。目前现行公路隧道设计及施工相关规范中尚无相关规定。港沟隧道全长1091米，开挖断面大，地质条件复杂，进口和出口段埋深浅，左右幅间距小，小净距段较长，最小处仅为11.69米，围岩等级差；围岩等级大部分为V级和IV级，且穿越两条断层破碎带，水位高、压力大，容易造成涌水、塌方等工程事故。施工中稍有不慎，就容易导致大变形侵限、大面积塌方等事故，给工程建设提出了一定的挑战。隧道区出露地层为奥陶系灰岩、白云质灰岩及生物碎屑灰岩，局部沟谷地段上覆上更新统粉质黏土及碎石。（2）模型试验设计及实施为了满足隧道分步开挖及模拟过程的要求，本次模型试验选取几何相似比尺为1：50，容重相似

17、比尺为1:1。开挖支护方案严格按照设计方案缩尺实施。本次模型试验采用光栅尺多点位移计、微型土压力盒和电阻式应变砖等监测元件，进行隧道开挖过程中围岩空间变形、荷载释放以及应力演化过程的信息监测与采集。浅埋侧设计两个监测断面，每个断面均设有应变、压力、位移和地表沉降监测点。深埋测设三个监测断面，每个监测断面监测点布设方式与浅埋侧相同，布设地表沉降监测点。其具体断面设计如下图所示。图1多点位移计测点布置示意图图2电阻式应变砖布置示意图图3微型土压力盒布置示意图根据模型试验设计要求，模型体采用分层填筑，逐层夯实的方法进行制作。其制作流程分为以下几个步骤：按照材料设计配比进行各组份原材料的称取；将所有固

18、体原材料导入搅拌机内搅拌均匀；加入液体组份后搅拌均匀；将搅拌好的相似材料倒入模型试验台架内，摊铺均匀；逐层夯实，确保密实度相同；按照设计方案在填筑到埋设元件高度时，埋设监测元件；继续填筑，直至达到设计高度；深埋一侧在填筑完毕养护完成后，在顶部按照设计要求填筑一定高度密度较大的铁粉，进行重力加载方式的简易地应力静载补偿。模型体填筑完成后，进行养护，待材料达到设计要求后，安装光栅尺等外部采集设备，待准备工作完成后，进行开挖。测试完成后开挖前整个模型试验系统如下图所示。图4地质力学模型试验系统监测采集系统测试完毕后，开始模型体开挖，进入超大断面隧道施工过程模拟。本次试验开挖过程中开挖及支护方式与原设

19、计方案相同，浅埋段为双侧壁导坑法CD法，深埋段为CD法双侧壁导坑法台阶法。双侧壁导坑法开挖进尺为1.6cm，CD法进尺为4.8cm，台阶法进尺为6cm。（3）模型试验数据处理及结果分析经过模型试验，同时结合不同工况的数值试验研究，通过对地表沉降和洞内洞顶沉降，中夹岩塑性状态等数据的分析，V级围岩中超大断面小净距隧道最小合理净距为1倍隧道开挖跨度；IV级围岩中超大断面小净距隧道最小净距取值为0.75倍隧道开挖跨度；III级围岩中超大断面小净距隧道最小净距取值为0.5倍隧道开挖跨度。2.单洞四车道隧道支护参数设计现场试验（1）试验概况为优化设计施工，加快隧道施工进度，必须掌握施工过程中的隧道结构的

20、变形及受力特征，通过对施工过程力学研究及支护结构的变形和受力监测，为设计优化和施工措施提供必要的理论依据支持。浆水泉隧道支护与结构内力现场监测主要项目包括：初支围岩压力、初支与二衬接触压力、钢架应力、喷射混凝土应力、二衬应力。浆水泉隧道以级围岩为主，在进出口以及棚洞桥段存在数量较少的级与级围岩，在级围岩段埋设3个断面，在级与级围岩施工段分别埋设1个断面，以上共埋设5个监测断面。具体见下表。表1隧道监测断面元件埋设情况里程号围岩级别施工工法埋深（m）ZK3+860级两台阶110ZK3+680级两台阶70YK2+780级两台阶35YK2+735级半CD18YK2+740级半CD15（2）现场试验监

21、测项目各断面在拱顶、拱腰、拱脚、墙中、墙脚、仰拱（如设置）等各关键部位布置。（3）监测元件制作及现场安装结合监测元件在施工中存在的损坏或者安装问题，对监测元件进行有效的保护措施、安装固定措施等，具体措施见下图。 图5钢架计的焊接图 图6钢架计线路的保护（4）量测数据与规律分析以监测断面ZK3+860为例进行分析。随着开挖的持续，围岩压力整体呈缓慢增长态势，隧道左右侧分布基本呈对称趋势，总体变化趋势在初期7天左右增长速度很快，并很快进入缓慢增长阶段，期间受后续开挖工序的影响，支护因下部土体开挖而失去支撑，使得拱部一些点位的接触应力会有一个掉落或较大波动现象，随着后续施工支护的发挥作用，又迅速恢复

22、到原来的缓慢增长态势。图7 断面ZK3+860围岩压力监测变化曲线图钢架应力基本处于稳定增长阶段，整体呈对称分布明显，右侧应力稍大于左侧。左右拱腰和拱顶位置钢架应力增长较快，其中右拱腰钢架应力达15MPa，左右拱脚位置钢架应力已经变化较小，呈基本稳定状态。截面下台阶左右幅开挖后，因下台阶高度较小，支护也比较及时，隧道其他位置测点钢架应力受影响较小。图8 断面ZK3+860钢架应力变化曲线图混凝土应力基本呈稳定增长的趋势，其中右侧混凝土应力明显大于左侧，其中右侧墙中位置混凝土应力增长最快。截面下台阶左右幅开挖后，左右墙脚处混凝土应力增长缓慢，因下台阶高度较小，支护也比较及时，隧道其他位置测点混凝

23、土应力受影响较小。二衬施作后，初支受力基本无变化，左拱脚存在局部的应力调整。图9 断面ZK3+860喷射混凝土应力变化曲线图（5）总结分析围岩压力及支护应力结果一般2030d稳定，二衬结果715d趋于稳定。围岩压力拱部普遍大于其它部位，除个别测点外一般数值在0.25MPa以内；钢架应力和喷混凝土应力主要以压应力为主，初支结构拱肩和上台阶拱脚应力较大；半CD法施工过程中，临时隔壁上部混凝土应力较大，施工中应确保喷混凝土质量；台阶法施工中二衬接触压力绝大多数测点数值小于0.1MPa，且有拱部大于边墙的特点，而中隔壁法施工中衬砌接触压力分布复杂，且量值相对较大，但拱顶值最大；二衬钢筋及混凝土应力均较

24、小，说明隧道衬砌有较好的安全储备；本文件建议支护参数通过现场试验，具有很好的适用性。3.双向八车道小净距隧道支护参数设计现场试验（1）依托工程大岭隧道位于济南市城区东南部，是济南绕城连接线工程中一座小净距隧道，采用双向八车道一级公路标准，设计速度80公里/小时。该隧道左线长967.1米，右线长965米，属中隧道。开挖高度12.9米，宽度19.4米，进口段中间岩柱宽度12.6米，单洞开挖断面为219.8平方米，属于超大断面隧道。洞口小净距段穿越V级、IV级围岩，岩体破碎，岩芯多呈块状、碎块状及少量柱状，节理、裂隙很发育，结构裂隙发育，发育面见泥质填充，钻进过程中漏水严重，围岩自稳能力差。（2）现

25、场测试方案与实施现场监测主要项目包括：拱顶沉降、水平收敛、二衬应力、钢架应力、锚杆轴力。选取在进口IV级加强、V级浅埋小净距段，左线YK6+542YK6+646，右线YK6+565YK6+640。其中位移类监测每5m设置一个断面，应力类在IV级加强、V级浅埋小净距分别设置2个监测断面，左、右线共含8个监测断面。隧道周边收敛和拱顶沉降是隧道支护-围岩体系应力状态变化的最直接的反映，量测隧道围岩变形可判断锚喷支护优化设计后隧道及围岩的稳定性，指导现场设计与施工。采用表面应变计进行钢架内外侧的应变量测，每个断面布设6个测位，每个测位内外2个测点；采用混凝土应变计进行二次衬砌内外侧的应变量测。每个断面

26、布设6个测位，每个测位内外2个测点。下图采集元器件的现场布置情况。 图10采集元器件的现场布置照片采用“锚杆轴力计”进行锚杆轴力监测，每个断面布设7根测力锚杆，测点断面、现场采用测力锚杆如下图所示。 图11锚杆轴力测点分布图 图12测力锚杆采用“压力盒”进行围岩压力监测，每个断面布设6个压力盒，测点断面、现场压力盒仪器情况如下图所示。图13围岩压力测点分布图 图14围岩压力测试元器件布置现场测试项目监测方法及监测频率见下表。表2监测方法及频率表序号项目名称测试工具测试精度量测间隔时间03天47天815天16天1个月13个月测试项目1锚杆轴力测力锚杆0.01MPa2次/天1次/天1次/2天1次/

27、3天12次/周2钢架应力钢筋计0.01MPa2次/天1次/天1次/2天1次/3天12次/周3周边位移各种类型的收敛计0.1mm2次/天1次/天1次/2天1次/3天12次/周4拱顶下沉量测水准仪、钢尺等0.1mm2次/天1次/天1次/2天1次/3天12次/周5二次衬砌应力混凝土应变计0.01MPa2次/天1次/天1次/2天1次/3天12次/周（3）总结分析本次位移监测截面的拱顶沉降值比较小，变形在四毫米之内，较为稳定。喷射混凝土监测应力在安全范围内而且有充足的安全余量。钢架的内力测试结果显示截面的各个测点位置的应力比较均匀，而且应力与容许应力相比较小，还留有比较大的安全余量。监测截面中的锚杆的应

28、力大部分为拉应力，而且受力普遍较小，并且受到破坏的测点较少，故锚杆主要在围岩等级较低的区间起悬吊作用。在围岩压力的监测结果中显示围岩作用大部分为压力，在少部分测点出现了拉应力。而且围岩压力总体不高，说明监测截面所处区间虽然围岩等级不高但是围岩总体比较稳定。二衬结构安全系数都比较大，结构设计比较安全。本文件建议支护参数通过现场试验，具有很好的适用性。4.围岩分级考虑隧道跨度影响的单洞四车道隧道岩体基本质量指标修正值宜按以下公式计算：BQ=BQ100（K1+K2+K3+K4）式中：K1K3使用JTG 3370.1的中界定的符号；K4跨度系数，取值0.40.5。关于K4取值根据JTG 3370.1，在0.40.5取值范围内，四车道隧道修正后BQ较两车道隧道减少4050。四、与现行相关法律、行政法规和其他标准的关系公路行业现行公路隧道设计规范（JTG 3370.1-2018）作为公路隧道设计的依据，虽然出现了对单洞四车道隧道部分的相关规定，但主要建议通过工程类比和计算分析确定。主要条文规定仍然是针对双车道、三车道隧道。公路隧道施工技术规范(JTG/T 36