以套拱明洞下穿冲沟的青鼻山隧道结构设计

1、以套拱明洞下穿冲沟的青鼻山隧道结构设计来源：隧道网|作者：廖沛源 韩 斌| 2008-02-21 摘  要：文章介绍了下穿冲沟段公路隧道采用套拱明洞的特殊处理方法，通过结构计算确定了明洞设计的具体参数，并提出了施工工序。关键词：冲沟 套拱 明洞 结构设计1  地形地貌青鼻山隧道为国道318线雅安段绕城公路工程中的公路隧道，左洞长592m，右洞575m。工程区位于雅安城北青鼻山，进口位于青衣江左岸-级阶地，出口为斜坡地带，地形坡度约25°-30°，山顶呈典型的猪背脊地貌，绝对高程580700m。在距进洞口端82m处，隧道下穿冲沟，洞顶埋深仅3-7m。2&#

2、160; 冲沟段工程地质及水文地质概况冲沟段地形及地质纵断面如图1。沟心地表3-5m为粉质粘土，其下方为粉砂质泥岩，风化强烈，完整性差。由于冲沟两侧为农田和鱼塘，故地下水丰富。隧道如果以暗挖法通过，施工困难且极易坍方冒顶。粉质粘土及粉砂质泥岩的物理力学参数如表1：3 方案设计及施工工序LK5+853LK5+865地面横坡较平缓，而且粉质粘土覆盖层较厚，拱顶以上基岩仅50cm左右，隧道拱顶以上埋深5m左右，暗挖法通过太困难，遂采用明挖方案设计。由于上部粘土含水且厚度较大，为防止明挖时坍塌，决定先仅挖上半断面并浇筑套拱，然后部分回填，并在套拱保护下施工明洞。具体施工工序如下(图2)：a开挖边坡至起

3、拱线并对边坡进行坡面防护(图2a)；b在套衬起拱线位置铺设钢轨纵梁并浇筑上半断面套衬(图2b)；c部分回填(拱顶以上1.0m)(图2c)；d跳槽开挖套衬边墙，并浇筑套衬边墙(图2d)；e开挖并浇筑仰拱(图2e)；f铺设防水层(图2f)；s小模板灌注明洞衬砌(图2g)；h二次回填块碎石土，粘土隔水层，铺砌渠化水沟(图2h)。 4  结构设计4.1  设计参数a边坡开挖处理：为了减少临时边坡的开挖高度，基岩开挖坡比设为1：0.2，土质边坡开挖坡比设为1：0.75，放坡开挖至起拱线。为防止边坡垮塌，对边坡进行锚喷支护，具体参数：8钢筋网25cm，喷C20混凝土厚10cm；土层部分

4、采用42钢管(打人式)长4m及岩层部分采用(1)22砂浆锚杆长2.5m，交错布置。起拱线至基脚垂直开挖。b明洞设计支护参数：套衬采用C25混凝土厚40cm，套衬含120型钢钢架(80cm/榀)；明洞衬砌采用C25钢筋混凝土厚50cm；明洞衬砌配筋：环向主筋2025cm，纵筋1225cm，箍筋825cm；套衬与衬砌之间设置防水层。c明洞回填：起拱线以上440cm范围内两侧拱腰回填M7.5浆砌片石，上半断面套衬浇筑之后，第一次部分回填块碎石土至拱顶以上1.0m；明洞衬砌施工完成后，二次回填至块碎石土及粘土隔水层50cm、M7.5浆砌片石铺砌渠化水沟40cm。拱顶回填总高度5.47m。结构设计如图3

5、、图4。4.2  结构计算明洞分两次加载，第一次加载至拱顶以上1Om，荷载由套衬承担；第二次加载至原地面，由套衬和明洞衬砌共同承担。结构采用有限元法分析等参四边形单元及接触单元，计算结果如下：a第一次加载第一次加载最大变形发生在拱顶处，如图5中。点位移值10.6mm；最大压应力发生在拱顶和拱腰处，如图6中b点及c点；最大拉应力发生在起拱线处，如图7中d点。由于套拱系临时结构，安全系数可适当降低(取1.5)。b第二次加载第二次加载最大变形发生在拱顶处，由于明洞内衬钢筋混凝土已建成，故变形仅1.0mm，如图8所示；最大压应力发生在拱脚处，如图9中a点；最大拉应力发生在仰拱与衬砌相接处，如

6、图10中b点。最大压应力仅0.88MPa，远小于混凝土抗压强度；最大拉应力仅0.38MPa，也远小于C20混凝土抗拉强度。钢筋以最小配筋率设置，使结构安全可靠。5 经验与体会a当地层很软且埋深很浅时，一般采用明挖做明洞的方案。因为明挖施工简单，如使用反铲挖掘机则施工效率高，而且明挖的开挖单价低，安全也有保障。如果采用暗挖法打管棚方案，需扩大开挖设置钻机工作室，需调拨管棚钻机，而且管棚单价高，施工时间长，还必须十分小心防止泥土从钢管间隙下漏造成坍方冒顶。b软弱底层明挖放坡时，由于系临时边坡，坡率可适当加陡(因以后还有回填)。根据成都在土层中明挖修建地下通道和地下广场的成功经验，只要边坡施作锚网喷支护(锚杆必须是打人式)，安全是有保证的。c先拱后墙施工方法过去铁路隧道常用，后由于施工中拱圈经常发生位移开裂，现已基本淘汰。但是此种方法用于明洞的套衬施工有明显的优点：它可以减少明挖(挖至起拱线即可)，可以提前回填，减少临时边坡暴露时间，可以在套拱保护下进行拱下暗挖而无坍方之忧，可以作为防水层施工基面，使明洞防水层与前后的隧道部位保持一致。d当明洞回填高度大于2m时，由于荷载较大，一定要进行结构加强设计，而不能套用一般的明洞标准图。结构计算时应按施工实际工况进行两次加载。套衬的设计