快速道路隧道结构设计及施工分析

贾淑仙

（中交一公局厦门工程有限公司， 福建 厦门 361000）

0 前言

快速道路的速度在60-80km/h，其行车速度和高速公路相差无几，主要负责长距离和大运量的城市运输，其设计与施工要求相对较高。不同地区的地质条件存在差异，施工单位需要通过合理的隧道结构设计，确保快速道路的线型符合施工要求，提升快速道路的安全性，保障其运输性能的发挥。

1 工程概况

本文将某快速道路隧道工程为例，对其结构及施工进行分析，以此明确快速道路隧道结构设计及施工要点。该快速道路隧道工程涉及到双洞六车道和双洞八车道两部分，分别位于快速道路支线和主线位置。结合快速道路施工现场的地质条件，双洞八车道需要采用上下行分离的结构形式，属于暗挖直线下坡隧道，其整体长度相对较短；双洞六车道需要采用上下行分离的结构形式，其整体长度相对较长。结合快速道路建设标准，施工单位需要按照城一A 级进行结构荷载的设计，双洞六车道的限界净宽设计为10.52m；双洞八车道的限界净宽设计为18.09m。双洞八车道的围岩种类为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类；双洞六车道出口为Ⅱ类围岩，其他区域为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩[1]。

需要注意的是，隧道工程对洞室的光照和通风效果要求较高。该快速道路双洞八车道的长度相对较短，自然通风即可满足施工要求，洞室的光照需要应用双排高压钠灯，将其安装于洞室的中间部位；双洞六车道的长度相对较长，需要借助人工通风方式，施工单位需要在隧道施工中应用射流风机，确保洞室内的通风效果符合要求，洞室的光照与双排八车道相同，安装双排高压钠灯即可满足施工要求。

2 快速道路隧道结构设计及施工

2.1 快速道路隧道结构设计

快速道路隧道结构设计包括内轮廓设计、仰拱设计和洞口设计三部分，设计单位需要结合快速道路施工现场的地质水文条件及相关参数，进行合理的结构设计。

第一，内轮廓设计。设计人员需要结合快速道路隧道的受力状况和建筑标准等内容，在保障隧道可以有效投入运行的基础上，降低隧道建设的成本。在上述快速道路隧道工程中，设计单位将双洞八车道和双洞六车道的内轮廓设计为三心圆曲墙拱型断面。根据隧道结构的限界净宽及净高度，将双洞八车道的拱半径设定为10.42m；曲墙半径设定为6.21m；仰拱半径设定为30m；边墙和仰拱连接位置的圆弧半径设定为2m。将双洞六车道的拱半径设定为8m；边墙半径设定为5.22m。

第二，仰拱设计。该快速道路隧道结构为拱型，双洞八车道的仰拱采用C30钢筋混凝土进行施工；双洞六车道的仰拱采用C30 素混凝土进行施工，洞口软弱围岩等薄弱环节应用钢筋混凝土。两者均采用二次衬砌整体现浇的方式进行施工，仰拱部位的回填土选择C20 片石混凝土。

第三，洞口设计。在隧道工程设计中，设计人员需要明确洞口周围的地质水文参数和具体的地形条件，保障洞口与环境的有效衔接。在双洞八车道设计中，其洞口部位的地形较为平缓，设计人员将其设计为削竹式洞口。由于双洞八车道为东西走向，设计人员根据光照方向与强度，将明洞设计为倒削竹式洞口；将东门设计为正削竹式，并在洞口的边坡和阳坡位置设置混凝土网络护坡，保障隧道的运行安全。在双洞六车道设计中，其入口部位的地形相对开阔，也可以采用削竹式洞口，并进行M7.5 浆砌片护坡的设计。为了保障洞口仰坡的稳定性，设计人员将双洞六车道的隧道出口设计为端墙式洞门。

2.2 快速道路隧道结构施工

施工单位需要严格按照快速道路隧道结构设计的内容和相关标准要求进行隧道结构的施工，为快速道路隧道工程的建设提供保障。在上述快速道路隧道结构施工中，施工单位严格按照设计方案的要求，合理配置施工材料，并按照规范流程进行隧道开挖施工、衬砌施工及防排水施工，取得了良好的效果，值得其他施工单位借鉴学习。

2.2.1 施工材料的选择

施工单位需要根据隧道结构的设计内容，选择合理的施工材料。上述快速道路隧道结构施工需要应用到不同等级的混凝土和钢筋。同时，隧道施工需要做好支护工作，上述快速道路隧道施工主要通过喷射钢纤维混凝土、钢筋网支护以及锚杆支护等方式，保障隧道施工的安全，喷射钢纤维混凝土的强度为C25，锚杆支护应用的锚杆为R25 中空注浆锚杆。

针对快速道路隧道的薄弱位置，施工单位需要应用超前大管棚及超前小导管，保障施工的安全和质量。对于隧道洞口部位，施工单位应用直径为127mm 的超前大管棚；对于隧道Ⅲ类围岩位置，施工单位应用直径为50mm 的超前小导管。同时，施工单位需要在薄弱位置的衬砌结构中应用钢架，进一步提升隧道施工的支护效果。该快速道路隧道工程的洞口薄弱部位和Ⅱ类围岩部位应用到型钢钢架，可以应用20 号H 形钢筋焊接制作；Ⅲ类围岩部位应用到格栅钢架，可以应用直径为10mm 及25mm 的钢筋进行制作[2]。

2.2.2 施工方案的制定

通过上述分析可知，双向八车道的长度相对较短，为了保障施工的有序性，施工单位选择双侧壁导坑法进行隧道开挖施工；双向六车道的围岩种类相对较多，针对洞口薄弱部位和Ⅱ类围岩，施工单位选择侧壁导坑法进行隧道开挖施工；针对Ⅲ类围岩，选择台阶法进行隧道开挖施工；针对Ⅳ类和Ⅴ类围岩，选择全断面开挖法。在台阶法及全断面开挖法应用中，施工单位需要应用爆破技术，为了保障爆破施工的安全及质量，施工人员需要通过光面爆破或者预裂爆破技术，严格控制隧道爆破开挖使用的炸药量，避免爆破对围岩造成破坏，影响隧道工程的施工质量。同时，在隧道开挖的过程中，施工单位应用有限元分析软件对隧道结构的各项参数和周围地质参数进行监测，监测结果表明，地表沉降和周边收敛等数值均属于标准范围内，说明该快速道路隧道工程应用的施工方法具备合理性及可行性。

在衬砌施工中，该快速道路隧道工程采用复合式衬砌结构，在外层通过锚喷施工进行初期支护，在内层通过喷射混凝土作为二次衬砌。在初期支护中，施工单位应用钢纤维喷射施工方式，对于洞口等薄弱部位，在混凝土喷层中应用钢筋网，提升支护的稳定性，具体的混凝土喷射厚度控制在10-20cm；在二次支护中，施工单位应用整体现浇混凝土施工方式，不仅可以提升衬砌结构的表面光滑性，还可以降低隧道结构的通风阻力，非常适用于双洞六车道。

在快速道路隧道工程施工中，施工单位还需要做好防排水施工，通过合理的防排水方案应用，保障隧道开挖施工及衬砌施工等环节的施工质量。施工单位采用的防排水方案如下：（1）防水方案，在进行二次衬砌和喷射混凝土的防水施工时，施工人员应用无纺布和防水板作为防水层，应用沥青木丝板和E 型橡胶止水带作为沉降缝的防水层，应用钢板腻子止水带作为施工缝的防水层；（2）排水方案，施工单位在防水层和喷射混凝土间设置波纹排水管，确保隧道衬砌结构的有效排水，并通过排水边沟的设置，保障路面的排水[3]。

3 结论

综上所述，快速道路隧道工程的施工要求较高，施工单位需要做好隧道结构的设计与施工。通过本文的分析可知，施工单位需要做好快速道路隧道工程的现场勘查工作，根据快速道路隧道工程施工现场的地质水文条件及地形特征，合理设计隧道的结构，并严格按照设计方案和标准规范进行隧道开挖施工、隧道衬砌施工以及防排水施工，保障快速道路隧道工程的质量。