高速公路隧道设计与施工方案优化(WORD档，可编辑.doc

XX高速公路vvv隧道设计与施工方案优化摘要：对XX高速公路vvv隧道的设计和施工进行了总结，根据公路隧道新奥法设计原理及新奥法施工程序和基本原则，针对vvv隧道设计与施工特点，并根据开挖围岩稳定情况及监控量测结果进行分析，及时调整设计支护参数和施工方案，保证了隧道施工质量和施工安全，而且加快了施工进度，节约工程投资，取得了良好的效果。关键词：隧道；设计；施工方案；优化1 工程概况杭（州）昱（岭关）高速公路vvv隧道位于浙江省、安徽省交界的vvv。隧道全长170m，其中暗洞158 m，明洞12 m，整个隧道位于R-900m曲线上，最大埋深14.5 m，最小埋深2.8 m，设计为双连拱曲墙单心圆隧道。2 工程地质及水文地质2.1 工程地质vvv隧道位于浙江西北部天目山区，隧址区地形条件十分复杂，属山岭地形，西高东低。隧址区内雨量充沛，地表水丰富，地表覆盖层较厚，植被茂盛。隧址区内发育的地层主要有：奥陶系、寒武系。岩性为含碎石亚粘土、含粘性土碎石、炭质灰岩等。隧址区从上至下的岩性为：地表覆盖含碎石粘土及含粘性土碎石，厚度一般为713 m；基岩（隧道主要穿越岩层）为强中等风化炭质灰岩，产状2700450，强风化炭质灰岩厚度一般为11.5m，中风化厚度一般为7.518m；最底部为岩层微风化炭质灰岩。2.1 水文地质隧址区地下水类型主要为松散岩孔隙水和基岩裂隙水两大类。基岩顶部发育78 m厚的残破积层，疏松多孔，连通性好，富含孔隙水；基岩为强中等风化炭质灰岩，节理发育、裂隙发育，裂隙水发育。地下水位受大气水影响较大，大气降水是地下水的直接补给源。3 施工条件及周边环境隧道位于垭口、山麓、浅埋及偏压地段，隧道开挖围岩主要为类、类，并在“半硬半软”的土层分界面穿过，属极不良地质地段，隧道地表覆盖层透水性较强且右洞上方地势平缓，雨季容易积水；隧道下穿黄山市级重点文物vvv古城墙，隧道北侧紧邻为交通繁忙的02省道。隧道地表沉降控制要求高，施工条件极差，技术含量高、施工难度大，是XX高速公路重点、难点工程之一。4 隧道结构设计4.1 洞门设计根据隧道进、出口地形和工程地质条件，结合开挖边、仰坡的稳定性及洞口防排水需要，本着“早进晚出”的原则确定隧道洞门位置，中心挖深控制在10m左右，洞门型式采用端墙式。4.2 隧道衬砌4.2.1 隧道横断面设计隧道横断面组成（0.75+0.25+3.752+0.25+0.5+2.9+0.5+0.25+3.752+0.25+0.75），净空限界高度5.0m。隧道净空、横断组成除满足行车净空要求外，根据照明、消防及其它运营管理设施所需空间，内轮廓考虑对结构受力有利及便于施工，采用担单心圆方案。4.2.2 隧道衬砌结构隧道衬砌结构见图1：图1 （）类 复合式衬砌断面图（单位：cm）隧道衬砌结构的设计必须重点研究隧道穿越地段的工程地质和水文地质条件。vvv隧道穿越的岩石地层地质构造复杂，且以为强风化中等风化炭质灰岩为主，隧道位于垭口、山麓、浅埋及偏压地段，并在“半硬半软”的土层分界面穿过，隧道围岩属类和类，透水性较强。隧道衬砌结构支护方案不仅考虑了施工过程中洞体开挖稳定问题以及考虑控制地表沉降问题，同时还考虑了运营后隧道整体稳定问题。隧道除洞口段结合地形、地质条件设置进口设置7m、出口设置5m明洞外，其余均按新奥法设计原理，采用柔性支护体系结构的复合式衬砌，即以锚杆、喷射混凝土、钢架等为初期支护，模筑钢筋混凝土为二次支护，并在两次衬砌之间敷设土工布加EVA防水卷材。对洞口及浅埋、偏压衬砌段，采用地表注浆加固洞周围岩来改善隧道成洞条件并采用钢筋混凝土二次衬砌提高其安全性。衬砌结构设计，以工程类比法为主，结合构造要求，根据围岩类别和洞室埋深条件拟定相应支护类型，并通过必要的理论分析计算进行校核，确定支护的衬砌模式。4.2.3 临时支护根据隧道主体结构的特点，及围岩情况，中导洞临时支护及主洞侧导洞均采用柔性支护体系结构的锚喷衬砌，即以锚杆、喷射混凝土、钢架等联合构筑支护。临时支护结构见图2、图3：图2 原设计侧导洞支护断面图 图3 中导洞支护断面图5 施工方案5.1 原设计施工方案及存在问题5.1.1 原设计施工方案先进行地表注浆且当其达到设计强度时再进行明洞仰坡开挖及暗洞施工，明洞根据地形、地质情况采用明挖法施工，有条件时，采用明洞暗作，暗洞采用三导洞先墙后拱法施工，导洞均采用正台阶法施工，台阶长度57m，隧道主洞采用侧导洞法开挖并施做初期支护和仰拱和墙基，最后模筑拱墙二次衬砌；原设计施工方案见图4。主要施工步序及施工要点：（1）隧道进出口地表及工作面注浆加固；（2）中导洞开挖与支护（超前左侧导洞开挖与支护710m）；（3）主洞左侧导洞开挖与支护（超前左侧拱部导洞开挖与支护710m）；（4）主洞左侧拱部环形导坑开挖、拱部初期支护及上断面开挖；（5）主洞左洞下半断面开挖；（6）主洞仰拱及墙基浇筑（洞口类围岩仰拱地基采用注浆加固）；（7）主洞拱部二次衬砌（距开挖面距离不大于15m）；（8）右洞施工（滞后左洞1215m）。图4 原设计施工方案5.1.2 原设计施工方案存在问题 （1）中导洞开挖与支护在没有贯通前施做中墙，出碴运输通道被堵死，不能保证中导洞的开挖支护正常施工，严重制约施工工期。（2）隧址区地质复杂，且存在一定偏压，隧道左主洞靠山体一侧，所受偏压力比埋深较浅的右洞大，先对偏压力较大左主洞进行开挖支护不利于隧道的受力和稳定。（3）隧道除洞口段其余都是在“半硬半软”的土层分界面穿过，且土层分界处围岩完整性和强度差异明显，隧道主洞采用侧导洞法开挖，主洞侧导坑围岩较硬，采用爆破施工临空面少且夹制作用大，爆破振动将对上部土体松散造成破坏，甚至出现冒顶，不利于施工安全和对隧道上方古城墙的保护。（4）隧道地表覆盖层透水性较强且右洞上方地势平缓，雨季容易积水，如不对隧道上方地表进行防排水处理，地表渗水软化开挖围岩后，影响岩层稳定，对施工安全不利。（5）侧导坑最大开挖宽度不足4.5 m，作业面狭窄，而系统锚杆长度为3.54.0 m，加大了锚杆施工难度，无法按设计要求和施工规范进行施工。且部分部位锚杆长度较长因侧导洞空间狭小根本无法在开挖后施做，必须在侧导洞临时支护拆除有足够空间后才能施做，从而失去了系统锚杆在围岩开挖后加固围岩的及时性。（6）隧道主洞采用侧导坑开挖，为了保证施工安全和侧导坑成型后受力的稳定和均衡性，侧导坑临时支护侧设计采用了超前注浆小导管、钢拱架、锚杆、网喷C20混凝土进行支护，与主洞初期支护形成稳定的支护体系，但却增加了临时支护的工程量，工程造价较高。（7）根据开挖围岩地质情况上来看，隧道基底围岩基本上是中等风化或微分化岩石，地基承载力能满足设计要求，如再进行小导管注浆加固处理，无疑增加了工程投资。为了保证施工质量和施工安全，确保施工工期，节约工程投资，对原施工方案优化是必要的。5.2 施工方案优化5.2.1 施工方案优化隧道上方地势平缓易积水区段采用厚10cmC20喷射混凝土封闭地表，并增设两道排水沟进行引排地表水；采用50注浆导管对地表注浆加固，且当其达到设计强度时再进行明洞仰坡开挖及暗洞施工，明洞根据地形、地质情况采用明洞暗作，设置护拱，保证施工安全。暗洞施工方案：中导洞开挖支护先行贯通后再施做中墙钢筋混凝土及支顶，导洞均采用正台阶法施工，台阶长度57m；隧道主洞取消侧导洞施工方案，优化为拱部采用环状开挖留核心土法，循环进尺为一榀拱架间距；下部采用中间拉槽侧墙预留光爆层分部开挖，取消洞口类围岩仰拱地基注浆加固措施，及时施做初期支护和仰拱和墙基，最后施工模筑拱墙二次衬砌；优化设计及施工方案见图5：图5 优化设计及施工方案图主要施工步序及施工要点：（1）隧道进出口地表喷射混凝土封闭、防排水处理和地表及工作面注浆加固；（2）中导洞台阶法开挖与支护；（3）右主洞拱部环状导坑开挖与支护（在中导洞开挖与支护贯通，中墙及支顶混凝土强度达到28天强度后）主洞左侧导洞开挖与支护（在中导洞开挖超前左侧拱部导洞开挖与支护710m）；（4）右主洞核心土开挖及下部侧墙预留光爆层（厚度1.0 m）开挖（滞后拱部开挖与支护57m）左侧拱部环形导坑开挖、拱部初期支护及上断面开挖；（5）侧墙光爆层开挖及支护； （6）右洞下半断面开挖与支护；（7）拆除中导洞临时支护，施工仰拱及墙基浇筑； （8）拱部二次衬砌（距开挖面距离不大于25m）；（9）左洞施工（滞后左洞1215m）。5.2.2 优化方案优点 (1) 隧道地表采用厚10cm C20喷射混凝土封闭,可防止地表水渗透对开挖围岩的的软化，保证开挖围岩的稳定和施工安全。（2）中导洞开挖支护先行贯通并及时施做中墙和支顶后再进行主洞开挖支护，减少工序之间的干扰，为后续施工正常进行创造了条件。（3）先开挖支护埋深较浅和偏压相对小的右洞，在右洞开挖支护形成稳定的封闭环后并具有一定的抗偏压结构能力后再施工埋深相对较大和偏压力较大的左洞，有利于施工安全和施工期间隧道整体结构受力均衡。（4）充分利用隧道开挖围岩上软下硬的特点，采用拱部留核心土环状人工辅助风镐开挖、下部采用弱松动爆破中间拉槽，两侧预留光爆层开挖方案，且增加了下部围岩开挖爆破临空面数，降低了爆破振动对上部围岩扰动，保证了施工安全。（5）克服原设计侧导洞施工由于作业面狭小不能采用机械装碴运输的不利条件，极大提高了生产效率。（6）作业面空间加大，有利于控制洞身系统锚杆施工和角度控制，使初期支护中的锚杆、钢筋网、钢架、喷射混凝土能及时形成整体支护体系，保证了施工质量和施工安全。（7）采用弱爆破中部拉槽及侧墙预留光爆层施工方法，增加了爆破临空面，降低爆破振动破坏作用，对古城墙的保护作用加强。（8）取消了原侧导洞的临时支护和类围岩的仰拱注浆加固，节约了工程投资，而且还减少了对临时支护的拆除工程量，提高了施工进度。6 实施效果及分析 （1）隧址区进入5月份梅雨季节后连降大雨，但是由于采用了地表封闭防排水等措施，因基本上无地表下渗，开挖围岩没有软化，基本上处于稳定状态，隧道开挖支护在雨季能正常安全施工。（2）根据已施工段监控量测结果分析，隧道地表下沉量最大值为68mm，隧道初期支护洞周最大总收敛值为3.09mm ，均在设计范围内，且随着观测时间的增加所观测值变化较小，逐渐趋于稳定。施工过程中没有发生坍塌现象，优化后的施工方案在控制地表沉降、隧道收敛及施工安全方面是可行的。（3）拱部软弱围岩采用预留核心土环形开挖，支护施做及时，没有发生坍塌和失稳现象。下断面岩质虽然较硬，但采取预留光爆层等一系列减振爆破开挖措施，施工过程中没有发生因爆破振动过大而引起上部软弱围岩坍塌现象，安全穿越古城墙。（4）根据量测，初期支护钢支撑最大应力为98Mpa,且存在一定的偏压，随着观测时间的增加所观测值变化较小，基本趋于稳定。但整个山体处于基本稳定，施工期间没有发生滑塌现象，施工期间处于安全状态，采用先施工埋深相对较浅和偏压力较小的施工方案是合理的。（5）由于优化后方案有利于机械化施工，减少拆除临时支护工程量，极大提高施工效率，预计施工方案优化后工期比原计划工期至少提前4个月。（6）取消了隧道主洞侧导洞临时支护和隧道底部注浆加固，直接节约资金250多万元，具有较好的经济效益。7 结束语隧道工程现代支护理论体系的最大特点：是勘测、设计、施工一体化，根据实际的围岩动态来进行支护设计和施工方案优化必然是最经济、合理的和有效的。为此成立了以业主代表、设计代表、驻地监理和施工技术人员组成的vvv隧道技术小组，对围岩