四车道特大跨超浅埋小净距隧道设计与施工

四车道特大跨超浅埋小净距隧道设计与施工摘要：结合广深沿江高速公路（东莞段）宴岗单洞四车道隧道的设计与施工情况，简要介绍特大跨度、超浅埋小净距隧道的设计与施工的关键技术。关键词：特大跨度超浅埋小净距隧道设计施工工程概况宴岗隧道为广深沿江高速（东莞段）主线上的两座特大跨度隧道之一，为双洞八车道分离式短隧道，设计时速100km/h。右线隧道起讫桩号为：YK49+866～YK50+166，全长300m；左线隧道起讫桩号为：ZK49+861～ZK50+171，全长310m；隧道洞身范围主要通过砂砾状强风化混合片麻岩、碎块状强风化混合片麻岩、中风化混合片麻岩等地层、隧道最大埋深40m，隧道洞身围岩级别主要为Ⅳ～Ⅴ级。该隧道主要有以下突出特点1）开挖断面大、扁平率小、最大开挖跨度 21.28m,高9.45m（不含仰拱），断面积为243m2,属于特大跨度隧道；扁平率低，仅为0.50，不利于应力重新分布；（2）埋深浅、且存在偏压，隧道洞身埋深2～40m,全隧道强风化层较厚，为超浅埋隧道。（3）左右线隧道间线间距18m，净岩柱15.97～16.57m（约为0.76B，B为开挖跨度），左右线隧道互为小净距隧道。（4）目前国内类似工程较少，无相关的设计与施工规范和规定，无特大跨度、小净距隧道施工的相关监控量测标准，可借鉴的经验很少，确定合理的隧道衬砌内轮廓、支护结构参数、施工方案及监控量测控制指标较难。隧道支护结构设计衬砌内轮廓确定隧道内轮廓断面主要有单心园、三心园以及五心园等三种形式，经过多种方案的分析比较，宴岗隧道的内轮廓采用三心圆曲墙带仰拱的断面形式；在确定采用三心园曲墙带仰拱断面后，通过对采取不同的高宽比（断面高度与断面宽度的比值）条件下衬砌结构的力学效应、经济性作比较，最终确定采用净宽为18.88m，净高9.45m（设计高程基线以上），高宽比约为0.50的隧道内轮廓,具体见隧道内轮廓断面图1。结构支护参数确定暗挖段均按新奥法施工原理进行设计，采用复合式衬砌。根据本隧道围岩级别、跨度、埋深、地质情况等初步拟定一套支护参数，通过运用ANSYS等相关结构软件的理论计算、分析、比较，并通过工程类比逐步调整相应的支护参数，最终确定如下隧道支护参数，具体见表 1：衬砌结构断面根据表1所示的隧道支护参数确定隧道衬砌断面，衬砌断面采用等截面形式，隧道最大开挖宽度21.28m,高14.15（包含仰拱），最大开挖面积243.12m2,典型衬砌断面图见图2。施工技术洞口段施工技术地表预加固及超前预计固措施隧道进、出口自然山坡较缓（进口约20°，出口约17°），埋深较浅，洞口及洞身地面横坡1：2～1：2.5,地形偏压较为严重。为保证施工安全和减少地形偏压对结构的不利影响，施工前先采用φ75钢管桩地表注浆及Φ108大管棚超前预注浆加固洞口段围岩，提高围岩的自稳承载能力，减少围岩侧向压力。合理开挖工序隧道开挖断面大，临时边仰坡较高,洞口段采用预留核心土的施工工法并采用合理的开挖工序保证洞口段临时边仰坡稳定性，具体施工工序如下：①施作地表注浆加固→②三台阶拉槽开挖上半断面至明暗分界桩号处→③施作超前大管棚→④双侧壁导坑法开挖暗洞→⑤待暗洞施工约20m后施作洞口明挖段衬砌;洞口段施工工序见图3。洞身施工技术洞身施工方案选取单洞四车道隧道和以往的两车道或三车道隧道相比，由于跨度加大，而高度变化不大，使结构形状变得更加扁平，因而开挖后应力重新分布变差，边墙脚处的应力集中过大，拱顶不稳定加大了松弛地层压力。就目前的隧道施工水平，适合特大跨度隧道的施工方法主要有中壁法和双侧壁导坑法两种，两种施工方法比较见表2.本隧道V级围岩段埋深浅，地质条件差，采用双侧壁导坑法施工比较合适，Ⅳ级围岩段采用中壁法施工较为合适，但考虑到隧道短，Ⅳ级围岩段落占全隧道比例小，为尽量避免施工工法转换过于频繁，造成坍方等安全事故，暗挖段均双侧壁导坑法开挖方案施工。双侧壁导坑法施工工序本隧道暗挖段均采用双侧壁导坑法施工，其施工工序如下，具体见图4：（1）利用上一循环架立的钢架施作超前支护→弱爆破开挖（1）部→喷混凝土封闭掌子面→施作（1）部导坑周边初期支护和临时支护。（2）在滞后于（1）部一段距离后，弱爆破开挖（2）部→施作（2）部导坑周边初期支护和临时支护。（3）在滞后（2）部开挖5～10m后弱爆破开挖（3）部，其施做步骤及工序同1。

（4）在滞后（3）部适当距离后弱爆破开挖（4）部，其施做步骤及工序同2。（5）在滞后（4）部开挖5～10m后利用上一循环架立的钢架施作超前支护→弱爆破开挖部→喷混凝土封闭掌子面→施作隧道拱部初期支护和临时支护。（6）在滞后（5）部适当距离后开挖（6）部，架立I18临时横撑钢架。（7）在滞后于（6）部适当距离后，弱爆破开挖（7）部，施做隧底部分初期支护。（8）施做仰拱及小边墙部分衬砌（Ⅷ）。（9）灌筑仰拱填充部分（Ⅸ）。（10）根据根据监控量测分析结果，待上一循环二次衬砌达到设计强度的75%时，拆除I18临时钢架，利用衬砌模板台车及时一次性灌筑拱墙衬砌（Ⅹ）。小净距隧道施工技术为了尽量减少小净距隧道中间岩柱塑性区范围、有效控制中间岩柱变形，保护中间岩柱的稳定，主要采取了加固中间岩柱、采用合理施工方法和工序两项基本措施。加固中间岩柱措施设计采用φ25自进式锚杆和φ42注浆锚管纵向交错布置作为加固围岩的系统支护，具体加固措施见表3置作为加固围岩的系统支护，具体加固措施见表3。采用合理施工方法和工序（1）暗挖隧道段均采用双侧壁导坑法施工，靠近中间岩柱侧导坑先行开挖，导坑采用上下台阶法施做；右线隧道整体超前左线隧道35～40m施工。（2）尽量采用非钻爆法开挖或小炮开挖，炸药采用低威力、低曝速炸药或采用小直径不偶合装药、起爆采用间隔大于100ms时微差爆破，并严格控制最大单响装药量，以尽量减弱爆破震动对周边围岩的影响。二次衬砌施工技术针对特大跨隧道每延米二次衬砌结构及模板台车自重大，要求模板台车具有足够大的动荷载刚度和强度，衬砌混凝土捣固难等特点，施工中确定采用长为6m的液压大型模板穿行式衬砌台车。该模板采用液压系统自动升降、自动伸缩、自动行走，人工振捣结合附着式振捣器。因本隧道埋深浅、开挖跨度大、围岩自稳能力差，初期支护不能满足结构稳定要求，采取及时施作初期支护封闭成环，二次衬砌紧跟的方式。本隧道跨度大，埋深浅、结构受力复杂，二次衬砌配筋量大且主筋采用大直径钢筋，大直径钢筋接头采用焊接及绑扎的方式连接难以保证施工质量，因此确定采用直螺纹钢筋套筒连接方式。监控量测技术根据本隧道规模、所处的地形、地貌、地质条件、施工方法及其支护等特点，确定施工中进行地质和支护状态的观测、隧道周边位移收敛量测、隧道洞内拱顶下沉量测、浅埋地段地表下沉量测、锚杆内力及抗拔力试验、钢支撑内力监测、岩体内位移应力量测等必测项目。控制基准值参考铁路相关规范及工程类别确定，具体见表 4；目前该隧道已顺利贯通，施工中未发生坍塌现象。从施工中的监控量测反馈的信息来看，隧道拱顶最大下沉量为17mm,边墙最大收敛值为12mm，围岩变形得到了有效控制，围岩经过一段时间变形后，趋于稳定，工程质量良好；围岩的变形基本控制在基准值以内，衬砌结构安全度符合有关设计规范。4、结束语采取双侧壁导坑法施工工法修建特大跨度超浅埋隧道，从控制地表沉降及围岩变形的实际效果来看，是相当成功的，能保证隧道洞口及洞身段顺利施工及结构安全。采取自进式锚杆和超前小导管对双向八车道小净距隧道中间岩柱进行加固，从有效控制中间岩柱变形的效果来看，是相当成功的。初期支护不能满足结构稳定需求，特大跨断面隧道施工应采取及时施作仰拱，初期支护及时封闭成环，二次衬砌紧跟的方式。目前，我国四车道特大跨度公路隧道建成的较少，可参考成熟的经验和规范较少，通过介绍宴岗隧道的设计与施工过程，为特大跨度单洞四车道隧道的设计提供了参考。参考文献[1]铁道部第二勘测设计院?铁