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1、XX高速公路vvv隧道設計與施工方案優化摘要：對XX高速公路vvv隧道的設計和施工進行了總結，根據公路隧道新奧法設計原理及新奧法施工程序和基本原則，針對vvv隧道設計與施工特點，并根據開挖圍巖穩定情況及監控量測結果進行分析，及時調整設計支護參數和施工方案，保證了隧道施工質量和施工安全，而且加快了施工進度，節約工程投資，取得了良好的效果。關鍵詞：隧道；設計；施工方案；優化1 工程概況杭（州）昱（嶺關）高速公路vvv隧道位于浙江省、安徽省交界的vvv。隧道全長170m，其中暗洞158 m，明洞12 m，整個隧道位于R-900m曲線上，最大埋深14.5 m，最小埋深2.8 m，設計為雙連拱曲墻單心圓2、隧道。2 工程地質及水文地質2.1 工程地質vvv隧道位于浙江西北部天目山區，隧址區地形條件十分復雜，屬山嶺地形，西高東低。隧址區內雨量充沛，地表水豐富，地表覆蓋層較厚，植被茂盛。隧址區內發育的地層主要有：奧陶系、寒武系。巖性為含碎石亞粘土、含粘性土碎石、炭質灰巖等。隧址區從上至下的巖性為：地表覆蓋含碎石粘土及含粘性土碎石，厚度一般為713 m；基巖（隧道主要穿越巖層）為強中等風化炭質灰巖，產狀2700450，強風化炭質灰巖厚度一般為11.5m，中風化厚度一般為7.518m；最底部為巖層微風化炭質灰巖。2.1 水文地質隧址區地下水類型主要為松散巖孔隙水和基巖裂隙水兩大類。基巖頂部發育78 m厚3、的殘破積層，疏松多孔，連通性好，富含孔隙水；基巖為強中等風化炭質灰巖，節理發育、裂隙發育，裂隙水發育。地下水位受大氣水影響較大，大氣降水是地下水的直接補給源。3 施工條件及周邊環境隧道位于埡口、山麓、淺埋及偏壓地段，隧道開挖圍巖主要為類、類，并在“半硬半軟”的土層分界面穿過，屬極不良地質地段，隧道地表覆蓋層透水性較強且右洞上方地勢平緩，雨季容易積水；隧道下穿黃山市級重點文物vvv古城墻，隧道北側緊鄰為交通繁忙的02省道。隧道地表沉降控制要求高，施工條件極差，技術含量高、施工難度大，是XX高速公路重點、難點工程之一。4 隧道結構設計4.1 洞門設計根據隧道進、出口地形和工程地質條件，結合開挖邊、4、仰坡的穩定性及洞口防排水需要，本著“早進晚出”的原則確定隧道洞門位置，中心挖深控制在10m左右，洞門型式采用端墻式。4.2 隧道襯砌4.2.1 隧道橫斷面設計隧道橫斷面組成（0.75+0.25+3.752+0.25+0.5+2.9+0.5+0.25+3.752+0.25+0.75），凈空限界高度5.0m。隧道凈空、橫斷組成除滿足行車凈空要求外，根據照明、消防及其它運營管理設施所需空間，內輪廓考慮對結構受力有利及便于施工，采用擔單心圓方案。4.2.2 隧道襯砌結構隧道襯砌結構見圖1：圖1 （）類 復合式襯砌斷面圖（單位：cm）隧道襯砌結構的設計必須重點研究隧道穿越地段的工程地質和水文地質條件。v5、vv隧道穿越的巖石地層地質構造復雜，且以為強風化中等風化炭質灰巖為主，隧道位于埡口、山麓、淺埋及偏壓地段，并在“半硬半軟”的土層分界面穿過，隧道圍巖屬類和類，透水性較強。隧道襯砌結構支護方案不僅考慮了施工過程中洞體開挖穩定問題以及考慮控制地表沉降問題，同時還考慮了運營后隧道整體穩定問題。隧道除洞口段結合地形、地質條件設置進口設置7m、出口設置5m明洞外，其余均按新奧法設計原理，采用柔性支護體系結構的復合式襯砌，即以錨桿、噴射混凝土、鋼架等為初期支護，模筑鋼筋混凝土為二次支護，并在兩次襯砌之間敷設土工布加EVA防水卷材。對洞口及淺埋、偏壓襯砌段，采用地表注漿加固洞周圍巖來改善隧道成洞條件并采用鋼6、筋混凝土二次襯砌提高其安全性。襯砌結構設計，以工程類比法為主，結合構造要求，根據圍巖類別和洞室埋深條件擬定相應支護類型，并通過必要的理論分析計算進行校核，確定支護的襯砌模式。4.2.3 臨時支護根據隧道主體結構的特點，及圍巖情況，中導洞臨時支護及主洞側導洞均采用柔性支護體系結構的錨噴襯砌，即以錨桿、噴射混凝土、鋼架等聯合構筑支護。臨時支護結構見圖2、圖3：圖2 原設計側導洞支護斷面圖 圖3 中導洞支護斷面圖5 施工方案5.1 原設計施工方案及存在問題5.1.1 原設計施工方案先進行地表注漿且當其達到設計強度時再進行明洞仰坡開挖及暗洞施工，明洞根據地形、地質情況采用明挖法施工，有條件時，采用明洞7、暗作，暗洞采用三導洞先墻后拱法施工，導洞均采用正臺階法施工，臺階長度57m，隧道主洞采用側導洞法開挖并施做初期支護和仰拱和墻基，最后模筑拱墻二次襯砌；原設計施工方案見圖4。主要施工步序及施工要點：（1）隧道進出口地表及工作面注漿加固；（2）中導洞開挖與支護（超前左側導洞開挖與支護710m）；（3）主洞左側導洞開挖與支護（超前左側拱部導洞開挖與支護710m）；（4）主洞左側拱部環形導坑開挖、拱部初期支護及上斷面開挖；（5）主洞左洞下半斷面開挖；（6）主洞仰拱及墻基澆筑（洞口類圍巖仰拱地基采用注漿加固）；（7）主洞拱部二次襯砌（距開挖面距離不大于15m）；（8）右洞施工（滯后左洞1215m）。圖48、 原設計施工方案5.1.2 原設計施工方案存在問題 （1）中導洞開挖與支護在沒有貫通前施做中墻，出碴運輸通道被堵死，不能保證中導洞的開挖支護正常施工，嚴重制約施工工期。（2）隧址區地質復雜，且存在一定偏壓，隧道左主洞靠山體一側，所受偏壓力比埋深較淺的右洞大，先對偏壓力較大左主洞進行開挖支護不利于隧道的受力和穩定。（3）隧道除洞口段其余都是在“半硬半軟”的土層分界面穿過，且土層分界處圍巖完整性和強度差異明顯，隧道主洞采用側導洞法開挖，主洞側導坑圍巖較硬，采用爆破施工臨空面少且夾制作用大，爆破振動將對上部土體松散造成破壞，甚至出現冒頂，不利于施工安全和對隧道上方古城墻的保護。（4）隧道地表覆蓋層透9、水性較強且右洞上方地勢平緩，雨季容易積水，如不對隧道上方地表進行防排水處理，地表滲水軟化開挖圍巖后，影響巖層穩定，對施工安全不利。（5）側導坑最大開挖寬度不足4.5 m，作業面狹窄，而系統錨桿長度為3.54.0 m，加大了錨桿施工難度，無法按設計要求和施工規范進行施工。且部分部位錨桿長度較長因側導洞空間狹小根本無法在開挖后施做，必須在側導洞臨時支護拆除有足夠空間后才能施做，從而失去了系統錨桿在圍巖開挖后加固圍巖的及時性。（6）隧道主洞采用側導坑開挖，為了保證施工安全和側導坑成型后受力的穩定和均衡性，側導坑臨時支護側設計采用了超前注漿小導管、鋼拱架、錨桿、網噴C20混凝土進行支護，與主洞初期支護10、形成穩定的支護體系，但卻增加了臨時支護的工程量，工程造價較高。（7）根據開挖圍巖地質情況上來看，隧道基底圍巖基本上是中等風化或微分化巖石，地基承載力能滿足設計要求，如再進行小導管注漿加固處理，無疑增加了工程投資。為了保證施工質量和施工安全，確保施工工期，節約工程投資，對原施工方案優化是必要的。5.2 施工方案優化5.2.1 施工方案優化隧道上方地勢平緩易積水區段采用厚10cmC20噴射混凝土封閉地表，并增設兩道排水溝進行引排地表水；采用50注漿導管對地表注漿加固，且當其達到設計強度時再進行明洞仰坡開挖及暗洞施工，明洞根據地形、地質情況采用明洞暗作，設置護拱，保證施工安全。暗洞施工方案：中導洞開11、挖支護先行貫通后再施做中墻鋼筋混凝土及支頂，導洞均采用正臺階法施工，臺階長度57m；隧道主洞取消側導洞施工方案，優化為拱部采用環狀開挖留核心土法，循環進尺為一榀拱架間距；下部采用中間拉槽側墻預留光爆層分部開挖，取消洞口類圍巖仰拱地基注漿加固措施，及時施做初期支護和仰拱和墻基，最后施工模筑拱墻二次襯砌；優化設計及施工方案見圖5：圖5 優化設計及施工方案圖主要施工步序及施工要點：（1）隧道進出口地表噴射混凝土封閉、防排水處理和地表及工作面注漿加固；（2）中導洞臺階法開挖與支護；（3）右主洞拱部環狀導坑開挖與支護（在中導洞開挖與支護貫通，中墻及支頂混凝土強度達到28天強度后）主洞左側導洞開挖與支護（12、在中導洞開挖超前左側拱部導洞開挖與支護710m）；（4）右主洞核心土開挖及下部側墻預留光爆層（厚度1.0 m）開挖（滯后拱部開挖與支護57m）左側拱部環形導坑開挖、拱部初期支護及上斷面開挖；（5）側墻光爆層開挖及支護； （6）右洞下半斷面開挖與支護；（7）拆除中導洞臨時支護，施工仰拱及墻基澆筑； （8）拱部二次襯砌（距開挖面距離不大于25m）；（9）左洞施工（滯后左洞1215m）。5.2.2 優化方案優點 (1) 隧道地表采用厚10cm C20噴射混凝土封閉,可防止地表水滲透對開挖圍巖的的軟化，保證開挖圍巖的穩定和施工安全。（2）中導洞開挖支護先行貫通并及時施做中墻和支頂后再進行主洞開挖支護，13、減少工序之間的干擾，為后續施工正常進行創造了條件。（3）先開挖支護埋深較淺和偏壓相對小的右洞，在右洞開挖支護形成穩定的封閉環后并具有一定的抗偏壓結構能力后再施工埋深相對較大和偏壓力較大的左洞，有利于施工安全和施工期間隧道整體結構受力均衡。（4）充分利用隧道開挖圍巖上軟下硬的特點，采用拱部留核心土環狀人工輔助風鎬開挖、下部采用弱松動爆破中間拉槽，兩側預留光爆層開挖方案，且增加了下部圍巖開挖爆破臨空面數，降低了爆破振動對上部圍巖擾動，保證了施工安全。（5）克服原設計側導洞施工由于作業面狹小不能采用機械裝碴運輸的不利條件，極大提高了生產效率。（6）作業面空間加大，有利于控制洞身系統錨桿施工和角度控制14、，使初期支護中的錨桿、鋼筋網、鋼架、噴射混凝土能及時形成整體支護體系，保證了施工質量和施工安全。（7）采用弱爆破中部拉槽及側墻預留光爆層施工方法，增加了爆破臨空面，降低爆破振動破壞作用，對古城墻的保護作用加強。（8）取消了原側導洞的臨時支護和類圍巖的仰拱注漿加固，節約了工程投資，而且還減少了對臨時支護的拆除工程量，提高了施工進度。6 實施效果及分析 （1）隧址區進入5月份梅雨季節后連降大雨，但是由于采用了地表封閉防排水等措施，因基本上無地表下滲，開挖圍巖沒有軟化，基本上處于穩定狀態，隧道開挖支護在雨季能正常安全施工。（2）根據已施工段監控量測結果分析，隧道地表下沉量最大值為68mm，隧道初期支15、護洞周最大總收斂值為3.09mm ，均在設計范圍內，且隨著觀測時間的增加所觀測值變化較小，逐漸趨于穩定。施工過程中沒有發生坍塌現象，優化后的施工方案在控制地表沉降、隧道收斂及施工安全方面是可行的。（3）拱部軟弱圍巖采用預留核心土環形開挖，支護施做及時，沒有發生坍塌和失穩現象。下斷面巖質雖然較硬，但采取預留光爆層等一系列減振爆破開挖措施，施工過程中沒有發生因爆破振動過大而引起上部軟弱圍巖坍塌現象，安全穿越古城墻。（4）根據量測，初期支護鋼支撐最大應力為98Mpa,且存在一定的偏壓，隨著觀測時間的增加所觀測值變化較小，基本趨于穩定。但整個山體處于基本穩定，施工期間沒有發生滑塌現象，施工期間處于安全16、狀態，采用先施工埋深相對較淺和偏壓力較小的施工方案是合理的。（5）由于優化后方案有利于機械化施工，減少拆除臨時支護工程量，極大提高施工效率，預計施工方案優化后工期比原計劃工期至少提前4個月。（6）取消了隧道主洞側導洞臨時支護和隧道底部注漿加固，直接節約資金250多萬元，具有較好的經濟效益。7 結束語隧道工程現代支護理論體系的最大特點：是勘測、設計、施工一體化，根據實際的圍巖動態來進行支護設計和施工方案優化必然是最經濟、合理的和有效的。為此成立了以業主代表、設計代表、駐地監理和施工技術人員組成的vvv隧道技術小組，對圍巖穩定情況、監控量測信息進行分析，及時調整設計支護參數、優化施工方案。不僅保證了施工安全、隧道圍巖穩定、工程質量和支護結構的經濟性等，而且提高工作效率，工期提前，具有良好的經濟效益和社會效益。參考文獻：1 中交第一公路勘察設計院，浙江交通勘察設計有限公司.XX高速公路vvv隧道施工圖設計文件Z.2002 2 黃成光. 公路隧道施工.北京:人民交通出版社M.2001 3 JTJ026-90，公路隧道設計規范S4 JTJ042-94，公路隧道施工技術規范S應用軟件：繪圖采用Autocad 2002