中国公路隧道技术的现状与发展

1、1重庆交通科研设计院重庆交通科研设计院 院长院长国家山区公路工程技术研究中心国家山区公路工程技术研究中心 主任主任中国公路学会隧道工程分会中国公路学会隧道工程分会 理事长理事长中国土木学会隧道与地下分会副理事长中国土木学会隧道与地下分会副理事长（）（）2渐成历史渐成历史已成共识已成共识345隧道同比隧道同比公路同比公路同比公路，向大山延伸公路，向大山延伸环保，正深入人心环保，正深入人心用地，将更加节约用地，将更加节约6 78龙头山隧道龙头山隧道金州隧道金州隧道雅宝隧道雅宝隧道金鸡山隧道金鸡山隧道罗汉山隧道罗汉山隧道魁岐隧道魁岐隧道92车道车道 A=65m2高宽比高宽比=0.673车道车道 A=

2、96m2高宽比高宽比=0.54 4车道车道 A=136m2高宽比高宽比=0.48连拱隧道连拱隧道小净距隧道小净距隧道1011121314 秦岭，是黄河与长江两大水系的分水岭；终南山隧道，打秦岭，是黄河与长江两大水系的分水岭；终南山隧道，打通了这一天然屏障，实现了南北交通，其意义重大，令国人骄通了这一天然屏障，实现了南北交通，其意义重大，令国人骄傲。其工程浩大、技术复杂，令国际注目。傲。其工程浩大、技术复杂，令国际注目。2007年年10月，出席月，出席全国公路隧道学术大会的全国公路隧道学术大会的220多位隧道工作者在考察该隧道后，多位隧道工作者在考察该隧道后，称它为称它为“人类文明的伟大作品人类

3、文明的伟大作品 世界交通的重大工程世界交通的重大工程”。15秦岭终南山隧道采用了当今山岭秦岭终南山隧道采用了当今山岭隧道建设的最新技术隧道建设的最新技术, ,是全世界工是全世界工程技术人员智慧的结晶程技术人员智慧的结晶16171819202122厦门万石山地下立交隧道厦门万石山地下立交隧道为目前我国第一座大型暗为目前我国第一座大型暗挖地下互通式立交，既有平面分岔结构，又有上下交叉结构。挖地下互通式立交，既有平面分岔结构，又有上下交叉结构。大跨结构段宽大跨结构段宽25.8m连拱段为不对称结构连拱段为不对称结构 小净距段中夹岩小净距段中夹岩1.42m2324隧道立交处施工方法隧道立交处施工方法先开

4、挖上行隧道至设计开挖线，施作完先开挖上行隧道至设计开挖线，施作完成初期支护，再开挖隧道下穿段，浇注下穿隧道二次衬砌，设防成初期支护，再开挖隧道下穿段，浇注下穿隧道二次衬砌，设防水板并回填后，最后浇注上行隧道边梁及二次衬砌。水板并回填后，最后浇注上行隧道边梁及二次衬砌。25上海崇明长江隧道上海崇明长江隧道上海长江隧桥工程全长上海长江隧桥工程全长25.5km，为六车道高速公路，采用为六车道高速公路，采用“南隧北桥南隧北桥”方案，是世界上最方案，是世界上最大的隧桥结合工程之一，南侧长江隧道长大的隧桥结合工程之一，南侧长江隧道长28955m。长江大桥长江大桥2627 上海长江盾构隧道直径为上海长江盾构

5、隧道直径为15m，内径，内径13.7m，盾构隧，盾构隧道段长道段长7.47Km，是世界上最大直径的盾构隧道，也是世界，是世界上最大直径的盾构隧道，也是世界上最长的水底隧道之一上最长的水底隧道之一 。 隧道内上部为公路，下部为轨道和避难通道。隧道内上部为公路，下部为轨道和避难通道。28上海长江盾构隧道进口上海长江盾构隧道进口29养生中的盾构管片养生中的盾构管片30施工中的上海长江隧道施工中的上海长江隧道31323334 表表7.2.1 洞口边、仰坡控制高度洞口边、仰坡控制高度注：设计开挖高度系从路基边缘算起。注：设计开挖高度系从路基边缘算起。 围岩分级围岩分级IV边、仰坡边、仰坡率率贴壁贴壁1:

6、0.31:0.51:0.5 1:0.75 1:0.751:11:1.25 1:1.25 L:1.5高度高度(m)15202520251518201518 353637383940414243恢复植被码砌袋装土或人工夯填土22纵向连接钢筋20b工字钢拱架回填坡面线原地面线30cm厚混凝土2.0m10m10.2m4445464748495051525354555657585960616263施工方法施工方法Y方向位移方向位移（DY mm）Z方向位移方向位移（DZ mm）DY6mm的的单元占有率单元占有率（%）DZ3mm的的单元占有率单元占有率（%）传统工法传统工法-8.70.18-3.62.325

7、.4 %3.7%前置式洞口工前置式洞口工法单洞开挖法单洞开挖-7.70-3.51.75.6%0.8%前置式洞口工前置式洞口工法双洞开挖法双洞开挖-7.80-3.51.99%0.8%64 10KPa 的单的单元占有率（元占有率（%）483.7%65666768697071第4步，左隧道前置支护施工第5步，左隧道前置支护回填第6步，左隧道前置支护内开挖第12步，左隧道暗洞开挖2m第13步，左隧道暗洞支护2m第14步，左隧道暗洞开挖4m第15步，左隧道暗洞支护4m第16步，左隧道暗洞开挖6m第18步，左隧道暗洞开挖8m7273前置式支护施工后前支护应力分布图前置式支护施工后前支护应力分布图回填后支护

8、应力分布图回填后支护应力分布图暗洞开挖支护暗洞开挖支护2m时支护应力分布图时支护应力分布图暗洞开挖支护暗洞开挖支护8m时支护应力分布图时支护应力分布图74752号锚杆轴力监测深部位移监测1号锚杆轴力监测深部位移监测型钢拱内力衬砌内力2353号锚杆轴力监测深部位移监测基底压应力基底压应力周边收敛拱顶下沉4176监测监测项目项目监测值监测值数值模拟值数值模拟值拱顶沉降（拱顶沉降（mm）106周边收敛（周边收敛（mm）41混凝土内部应力（混凝土内部应力（MPa）-0.8-1.3钢支撑内力（钢支撑内力（KN）60支护基底应力（支护基底应力（MPa）0.10.55锚杆轴力（锚杆轴力（KN）8.58边坡围

9、岩内部位移（边坡围岩内部位移（mm）0.80.82777879802060cm81完成82完成838485完成86 8788899091234567192观 测 频 率序号测试项目115天16天1个月13个月3个月以后1围岩内部位移2次/天1次/2天2次/周3次/月2锚杆轴力1次/天1次/2天2次/周3次/月3围岩对喷层压力1次/天1次/2天2次/周3次/月4喷层对二衬压力1次/天1次/2天2次/周3次/月5喷混凝土内应力1次/天1次/2天2次/周3次/月6模注混凝土内应力1次/天1次/2天2次/周3次/月7钢支撑应力1次/天1次/2天2次/周3次/月8弹性波测试3次/每断面93B/2B/2钢

10、支撑应力混凝土内部应力图例：起拱线453122354135C2435BADE围岩压力及层间支护压力左右4321123423411围岩内部位移锚杆轴力123453421123454321949596979899100101102103104105106107108109110111112113B/2B/2土压力+水压力设计线变形线(呈偏压)114115116117连续时间滤波器连续时间滤波器理论曲线理论曲线实际飞行曲线实际飞行曲线 118围围 岩岩 初初 期期 位位 移移 量量 测测 结结 果果非非 确确 定定 性性 反反 演演 计计 算算临时临时初始应力及材料弹性模量初始应力及材料弹性模量预预

11、 测测 计计 算算 分分 析析围岩围岩最终最终初始应力及材料弹性模量初始应力及材料弹性模量正正 演演 计计 算算最终位移状态最终位移状态最大剪应变分布最大剪应变分布围岩稳定分析、坍塌预测围岩稳定分析、坍塌预测工程预防措施工程预防措施(支护形式与开挖步骤等支护形式与开挖步骤等)119初始条件：初始条件：1.输入输入T0 时刻的观测位移量时刻的观测位移量 Z j 2.确定性反分析计算确定性反分析计算(考虑初始应变考虑初始应变0作用作用) 3.设定初始估计误差协方差设定初始估计误差协方差 P0 (t0)、观测次数观测次数KAIKAI)( 0tx滤波次滤波次ITT=1序贯数序贯数J=1F E M 计算

12、状态量的向量函数计算状态量的向量函数)(, 1ITTxhITTj 影响系数法计算观测矩阵影响系数法计算观测矩阵)1(, 1)(ITTxxjITTjjixITTxhH计算卡尔曼滤波增益矩阵计算卡尔曼滤波增益矩阵)(, 1ITTxKITTj计算增益预测残差、计算增益预测残差、围岩状态新息量围岩状态新息量jITTx 计算估计误差协方差矩阵计算估计误差协方差矩阵jITTPJ IRTF E M 顺顺 解解 析析 隧道围岩全域隧道围岩全域(u、max)ITT 及及 塑性区估计塑性区估计输入序贯数输入序贯数J=J+1的的观测分量观测分量ITT KAIKAI结结 束束输入滤波次输入滤波次ITT+1的的观测量观

13、测量 z(ITT+1)(1ITTzj设计观测噪音设计观测噪音协方差矩阵协方差矩阵 RITT(jj)U-D协方差分解算法协方差分解算法120121122123124125126127128129130131132133134RC:岩石饱和抗压强度岩石饱和抗压强度,应采用实测值应采用实测值,也可实测的岩石点荷载指数的换算值也可实测的岩石点荷载指数的换算值135JVKV表表1 JV与与KV对照表对照表 注：可通过现场测出岩体节理注：可通过现场测出岩体节理136 BQ 地下水状态地下水状态 450450351 350250250潮湿或点滴状出水潮湿或点滴状出水00.10.20.30.40.6 淋雨状或涌流状出水淋雨状或涌流状出水,水压水压0.1MPa或单位或单位出水量出水量10L/min.m0.10.20.30.40.60.70.9 淋雨状或涌流状出水淋雨状或涌流状出水,水压水压0.1MPa或单位或单位出水量出水量10L/minm0.20.40.60.70.91.0注：可通过现场测出单位出水量确定注：可通过现场测出单位出水量确定137注：相关参数可在施工现场由罗盘测出注：相关参数可在施工现场由罗盘测出138maxCR初始地应力初始地应力状态状态主要现象主要现象评估基准评估