黄土小净距隧道设计

2011-08-20张勃蓬

山西建筑 2011年34期

张勃蓬

0 引言

随着高速公路建设的发展，高速公路逐渐开始向山区延伸，山西省吕梁山区属于黄土高原地区，沟壑纵横，黄土峁梁、冲沟随处可见，而该地区冲沟多为V形黄土冲沟，沟深而窄，在路线布设时，难免会沿冲沟布设，因此，在以后黄土地区的隧道工程中，将会越来越多的出现小净距隧道。小净距隧道，顾名思义，就是并行双洞间净距小于普通分离式隧道双洞净距的隧道。按JTG D70-2004公路隧道设计规范中规定:分离式独立双洞间的最小净距小于表1即视为小净距隧道[1］。

表1 不同围岩级别的隧道的最小净距

小净距隧道的设计思想是采用梁柱法或中壁法，保留中夹岩墙，并立足加固、稳定围岩和利用围岩自身承载力，因此，对特殊地质条件下的施工及处理措施提出了更高的要求。并且由于黄土是一种特殊的岩土体，强度低，孔隙率大，土结构受损浸水后易发生湿陷，使黄土小净距隧道的设计和施工比一般小净距隧道更为复杂。

1 设计概述

1.1 工程概况

松峪隧道设计为双向四车道小净距隧道，设计速度80 km/h，位于山西省西纵高速公路岢岚至临县段LJ10合同段，两洞中轴线间距25.4 m ～28.6 m，左右洞净距为 12.9 m ～16.1 m，属于小净距隧道。右洞全长425 m，洞体最大埋深86.8 m，左洞全长398 m，洞体最大埋深81.1 m。左右线均属短隧道。

1.2 隧道内轮廓设计

隧道横断面按JTG B01-2003公路工程技术标准和JTG D70-2004公路隧道设计规范设计，组成为:(0.75+0.5+3.75×2+0.75+0.75)m。据此，建筑限界采用单洞净宽 10.25 m，净高5.0 m，设双侧检修道。

根据建筑限界的要求，充分考虑衬砌结构受力特性、工程造价、装饰厚度及富裕空间、运营设施的安装空间等因素拟定隧道内轮廓弓家沟隧道采用三心圆(曲墙半圆拱形)断面，拱半径5.43 m，曲墙半径7.93 m，净空断面面积为62.79 m2。当路面横坡存在反超高和路面横坡大于3%时，采用整体扭转隧道衬砌的方法满足建筑限界的要求。

图1为松峪隧道内轮廓设计图。

图1 松峪隧道内轮廓设计图

1.3 地质情况概述

1)地形地貌。隧道所在地段地形地貌为黄土丘陵区，隧道呈东西走向，微地貌形态为中缓坡，岩性主要为第四系冲洪积及风积粉土与第三系粉质粘土。

2)地层岩性。隧址区范围内出露地层由老到新为第三系上新统静乐组()，第四系上更新统马兰组()地层;各组段地层岩性特征及分布简述如下:

SAEW-2：ACC：（60.0±1.9）mg/L，p H:6.45±0.24，下述简称：SAEW（60）。

3)水文地质条件。根据收集到的井、泉资料及地下水的补给、径流、排泄条件，隧址区主要为松散岩类孔隙水，含水层的岩性为第四系上更新统黄土，水量极其微弱。

4)工程地质评价。土质围岩根据原位测试、室内试验指标、受地质构造及地下水影响程度等对隧道围岩级别进行综合划分，分为Ⅴ1级和Ⅴ2级，Ⅴ1级围岩以上新统静乐组)为主;Ⅴ2级围岩以上更新统马兰组黄土()为主。

2 小净距隧道结构设计

2.1 洞口设计

本着“早进洞、晚出洞”的原则并结合隧道进出口地质，地形特点确定相应的洞口位置，洞门形式均采用端墙式，洞门墙采用模筑C20素混凝土，表面为深色大理石镶面，洞门周围植树绿化，以美化洞门，使其与周边环境相协调。

洞口开挖边仰坡采用早强砂浆锚杆φ6钢筋网加C20喷射混凝土等防护，以确保坡体稳定。

根据隧址区的地形地质特点，需要特别提出的是:

2)由于黄土的特性，在隧址区形成了大大小小数个落水洞，因此，在隧道开挖之前，应仔细排查对隧道施工和运营有影响的落水洞，并进行处理。

2.2 洞身衬砌设计

1)明洞设计:隧道洞口段结合地形、地质、改路等情况设置明洞，明洞衬砌分为两种形式，普通钢筋混凝土结构用于一般路段，偏压式钢筋混凝土用于洞口横向地形坡度较陡，洞顶回填困难，有偏压地段。

2)洞身段衬砌:按照新奥法的原理，本隧道采用复合式衬砌结构[2］，即以锚杆、喷射混凝土、钢拱架等为初期支护，超前大管棚、超前注浆小导管、超前锚杆等为施工辅助措施，充分发挥围岩的自承能力，在监控量测信息的指导下施作初期支护和二次模筑衬砌。二次衬砌采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌断面采用连接圆顺的等厚衬砌断面形式[3］，衬砌结构设计参数采用工程类比法，结合构造要求，根据隧道埋置深度、围岩级别、结构跨度、受力条件、施工因素等，参照有关规范及国内类似工程经验进行拟定有关参数，以有限元分析，进行结构计算校核，最后综合考虑各种影响因素确定各级别复合衬砌支护的参数。各级围岩复合式衬砌支护参数见表2。

表2 各级围岩复合式衬砌支护参数

需要指出的是:由于本项目所处围岩为土质围岩且进出口均具有湿陷性，为减少水对其强度造成的影响，尽量选取可以无水化施工的锚杆和超前小导管，本隧道系统锚杆采用φ25药卷锚杆，洞身超前支护采用φ42超前小钢管。

3)中夹岩加固设计:小净距隧道中夹岩柱加固是施工中的关键步骤，也是小净距隧道设计理念的精髓[2］。在隧道结构计算中，中夹岩柱是应力相对比较集中的区域，这充分说明中夹岩柱是否稳定直接决定着小净距隧道设计的成败。松峪隧道双洞间净距为12.9 m～16.1 m，中夹岩加固采用的方法是加长中夹岩方向系统锚杆，将其加长至6.0 m。中夹岩加固见图2。

图2 中夹岩加固图

3 黄土小净距隧道防排水设计

隧道防排水遵循“以排为主，防排结合，因地制宜，综合治理”的原则进行设计，对地表水、地下水妥善处理，形成一个完善通畅的防排水系统。使隧道防水可靠，排水畅通，运营期间隧道内不渗不漏，基本干燥，以保证结构和设备的正常使用和行车安全。

4 施工方案设计

施工过程中严格控制超、欠挖，衬砌施作遵循“初支及时，二衬紧跟”的原则，最大限度地保护周边岩体的完整性，同时减少超挖量，提高初期支护的承载能力。因本隧道属于小净距隧道，施工时需注意先行洞对后行洞的影响，后行洞掌子面开挖须待先行洞初期支护封闭成环后方可进行，并间隔一定的距离。对于Ⅴ级浅埋围岩和Ⅴ级围岩深埋段开挖宜采用上下台阶预留核心土和单侧壁导坑组合法施工，即先行洞为上下台阶法，后行洞为单侧壁导坑法;对小净距短隧道，在有条件的情况下，尽可能采用先行洞二衬完全完成后，再开挖后行洞的方法。