宛坪高速公路隧道-现场调研报告(2023年-5-23)

宛坪高速大路隧道观测与施工把握技术争论调研报告与争论打算一、前言南阳市宛坪高速大路是上海至武威国家重点干线大路的重要组成局部，也是河南省规划的“五纵、四横、四通道”高速大路主骨架中“第四横”的组成局部。大路地处豫西南山地，跨南阳盆地西北边缘，属秦岭山系东段，大局部为山岭重丘区，地形起伏较大。宛坪高速大路设计有16座隧道，总长度3249米，隧道按六车道标准一次实施，均为大跨度连拱隧道，技术标准高，工程规模大。连拱隧道是一种较的隧道构造形式,路平面、洞口位置等的选择上均较分幅修建隧道优越，而且自由度较大，因此我国在高等级大路及市政道路建设中,为获得良好的技术经济效果越来越多地承受了连拱隧道方案。我国已经在双向四车道连拱隧道设计与施工中积存了很多阅历，在施工方法及工序、中隔墙的防水等方面取得了确定的成果，交通西部工程也对于连拱隧道建设关键技术进展了立项争论。但是对于六车道大跨度连拱隧道，国内外可供类比的工程不多，其中截止到2023年5月，我国已经建成的或者在建局部双向六车道连拱隧道如表1。由于六车道连拱隧道跨度大，构造简洁，不利因素多，设计和施工难度很大。二、全线路基根本状况简介宛坪高速大路地处豫西南山地，跨南阳盆地西北边缘，属秦岭山系东段，山脉走向为北西－南东及北东－南西向。大局部路段地处构造剥蚀基岩低中山区，局部路段为处山间盆地，形成山川相间的地貌格局，总体地势为西北高东南低，西北方向海拔高度一般在200-260600-700米。高速公3249米，均为短隧道。相应的大路隧道技2。大路等级行车速度隧道限界净宽大路等级行车速度隧道限界净宽隧道限界净高设计交通量设计荷载高速大路100km/h2×14.0m5.0m44892辆/日沿线隧道分布表如表3〔局部资料待补充。3沿线隧道分布表长度衬砌级别进口洞门出口洞门隧道名称起讫桩号李营隧道〔m〕155ⅤⅣ明洞型式型式吴家庄隧道K41+640~K41+9803409121930削竹式削竹式沟隧道K42+160~K42+295135308520端墙式端墙式樊营隧道K42+765~K43+0653007319235端墙式端墙式赵心沟隧道K43+945~K44+1902457515020端墙式端墙式阳坡隧道K71+680~K71+985305刘家湾隧道河北庄隧道庙湾隧道丁家湾隧道合计3249柳树营隧道 K44+325~K44+455柳树营隧道 K44+325~K44+455130268420端墙式端墙式枣园隧道K47+685~K47+9552705418333端墙式端墙式桃花沟隧道 K61+310~K61+527五沟隧道郑家庄隧道 K69+970~K70+073小沟隧道217103横断面设计14.0米，其构成为：0.75〔检并考虑洞内外连接等问题，故只在右侧设检修道，内轮廓承受三心圆，半径Ｒ＝8.05m，r＝6.65m，建筑限界高度5.0m。衬砌构造设计隧道洞身材衬砌均按奥法原理设计，承受复合式衬砌。Ⅳ级围岩〔图中Ⅲ类〕复合式衬12。1Ⅳ级围岩复合式衬砌断面图2Ⅴ级围岩深埋段导洞衬砌断面图初期支护承受喷、锚、网、钢架支护，二次衬砌及中隔墙承受钢筋混凝土或素混凝4。4各类围岩复合式衬砌支护设计参数表围围岩级别项目单位Ⅴ〔浅埋〕Ⅴ〔深埋〕Ⅳ类型超前支护间距cm404040长度m2055喷混凝土cm303025直径mmΦ25径向锚杆长度cmΦ25400Φ25400350锚杆布置cm100×75100×75100×100钢筋网直径mmφ8钢筋布置 cmφ820×20φ820×2020×20型号I20b钢架工字钢架I25aI25a间距cm7575100二次衬砌cm505045仰拱厚度cm505045隧道洞门设计，本着“早进洞、晚出洞”的原则并结合隧道进出口地层、地貌特征、开挖边坡稳定性及洞口排水状况等确定了相应的洞口位置。洞门型式主要考虑使用功能，除洞口开挖边仰坡承受护面墙外，还结合地质条件辅以喷、锚、网等防护措施，最终植草绿化。对于隧道施工方案的选择，隧道进出口明洞均承受明挖，在确保洞口处边仰坡稳定的条件下，然后就地模筑全断面整体式钢筋混凝土衬砌。Ⅴ、Ⅳ级围岩段隧道暗洞承受三导洞先墙后拱法施工，Ⅴ级围岩浅埋段隧道施工方案34。3Ⅴ级围岩浅埋段隧道施工方案4Ⅴ级围岩开挖支护挨次三导洞法施工要点为：①对Ⅱ、Ⅲ类围岩段合理把握三个导洞开挖作业之间的距离，中导洞先行，系隧道开a，a8~10米；然a8~10米，导洞均承受正台阶法施工，台阶长度5~8米，开挖进尺按两榀钢架间距进展。②对Ⅱ、Ⅲ类围岩段合理把握左、右主洞开挖作业面之间的距离，主洞开挖先进展导aba8~10阶分部开挖留核心土，进尺把握同导洞开挖，然后进展初期支护施工，防排水施工。③把握正洞开挖作业面与二次衬砌作业面之间的距离，正洞隧道开挖作业面与衬砌作15米考虑。④二次衬砌承受混凝土运输车、输送泵和衬砌模板台车的机械化配套施工方案，确保混凝土质量到达内实外光。⑤Ⅱ、Ⅲ类围岩在施工中要坚持“弱爆破、短开挖、强支护、早封闭”的原则。⑥施工过程加强监测，准时处理分析数据，调整支护参数。在施作初期支护时，依据洞室脆弱围岩稳定时间较短的特点，必需准时施作初期支护，尽50kN，并依据围岩监控量测结果以观看拱顶下沉和拱脚收敛状况，假设变形速率值突然增大，除加强初期支护外，必需马上封闭仰拱。全部系统锚杆均承受了压力中空注浆锚杆，通过压力注浆使未胶结的围岩形成整体和确定厚度的承载圈以提高自身承载力气，最终依据围岩监控量测结果，在初期支护趋于稳定的条件下，全断面模筑二次钢筋混凝土衬砌。三、工程地质条件简介依据本路段的地貌成因类型、工程地质及水文地质测绘，结合钻探提示的地层岩性，〔Ⅰ〔Ⅱ构造剥蚀低山地貌单元〔Ⅱ〕又分为碎屑岩工程地质亚区、松散积存物工程地质亚区、火4Pt1q1〔Pt1q3〔Pt1q4〕和大沟组〔Pt1d-；中元古界大庙组〔Pt2e1、姚营寨组〔Pt2ml〕和马头山组〔的变质岩系为基底；上覆有古生界泥盆系沙沟组〔D2-3sh，中生界白垩系上统〔K2三系缺失，第四系不发育，并平行不整合于中生界、古生界地层之上，厚度约2-10为松散沉积物所组成。主要地层、岩性如下：①泥盆系沙沟组D2-3sh1000岩及石英岩薄层。岩层产状：倾向北北西，倾角40-60度。节理极发育有三组-四组。主要分布在水峡河大桥以西(香坊沟-终点)。K21000成；中部主要由褐红色泥质细砂岩夹薄层灰色砂砾岩、紫红色泥岩组成；下部主要由紫红度，主要有两组“X”水峡河大桥以东(起点－香坊沟)。③上更统〔Q30.5-3.010-40④全统〔Q42—10地。X”扭性构造面。再次是与东东向的张性断层。这些构造形迹大局部具有长期和屡次活动的特点。四、岩土力学参数主要试验成果在具体的工程地质勘查报告中，针对每一座隧道均进展了钻探取样，对岩性特征进展了描述，给出了岩石单轴抗压强度试验值。对于工程地质勘查报告中所供给的饱和单轴抗压强度值总结如表5。5沿线隧道岩石单轴抗压强度试验结果隧道名称李营隧道吴家庄隧道沟隧道樊营隧道赵心沟隧道

典型围岩弱风化细砂岩弱风化细砂岩强风化细砂岩弱风化细砂岩弱风化细砂岩弱风化细砂岩

饱和单轴抗压强度Rb(MPa)8.828.623.509.108.109.42

备注强风化细砂岩平均饱和单轴抗压强度化细砂岩平均Rb＝8.93MPa；微风化弱风化细砂岩8.40弱风化细砂岩8.40细砂岩平均Rb＝柳树营隧道微风化细砂岩10.5012.80MPa弱风化细砂岩7.25微风化细砂岩11.90弱风化砂砾岩11.77桃花沟隧道微风化砂砾岩16.00郑家庄隧道弱风化二云石英岩18.55小沟隧道弱风化二云石英岩19.90阳坡隧道刘家湾隧道河北庄隧道庙湾隧道丁家湾隧道

弱风化二云石英岩微风化二云石英岩弱风化二云石英岩微风化二云石英岩弱风化二云石英岩弱风化二云石英岩微风化二云石英岩弱风化二云石英岩微风化二云石英岩

26.8537.4519.3559.1017.9029.0342.9520.0570.83

弱风化二云石英岩平均饱和单轴抗压强度Rb=21.66MPa；微风化二云石英岩平均Rb＝52.58MPa五、观测断面选择作为依托工程的隧道在围岩工程地质条件和所承受的施工工序方面应当具有代表性。1、典型地质分区前以述及，宛坪高速大路大跨度连拱隧道围岩岩性为白垩系碎屑岩和泥盆系变质岩。白垩系碎屑岩主要由厚层状灰白色、褐红色泥质细砂岩夹薄层灰色砂砾岩、紫红色泥岩组节理面平直，延长一般数米至十几米，节理密度一般为每米0.2~0.5条。白垩系碎屑岩主要分布在里程桩号k67+866以东，围岩类别为Ⅱ－Ⅲ类〔隧规Ⅴ－Ⅳ级。泥盆系变质岩，岩性为灰绿色－灰黑色二云石英片岩夹有钙质片岩，岩层倾向北北西，倾角40～605~10k67+866别为Ⅱ－Ⅳ类〔隧规Ⅴ－Ⅲ级。k67+866k67+866以西泥盆系变质岩中各选择一条隧道作为依托工程进展重点争论，同时对于其它k67+866k67+866隧道。吴家庄隧道和阳坡隧道根本状况分别说明如下：吴家庄隧道吴家庄隧道位于西峡县五里桥乡芦医庙。进口桩号K41+640，出口桩号K41+980，隧为弱风化细砂岩夹泥岩，岩质较颖，岩体完整性较好，工程稳定性一般。隧道工程地质条件如下：①地形地貌20-30270-344.76m74.76m。山脊走向与隧道轴线根本垂直。山脊上部较陡，下部较缓；进口处较缓，出口处较陡。②地层岩性隧址区分布的地层主要为白垩系上统(K2〕细砂岩夹薄层泥岩。黄褐色-棕红色,泥质-细粒构造,厚层状构造。全-强风化岩体,节理裂隙较发育,呈微张状,岩体呈块状-碎石状;弱风化岩体,节理不发育,呈闭合状,岩体呈巨块状。③地质构造隧址区属秦岭构造带东段，断裂构造较发育。岩层产状为190°∠17°，洞走向与岩构造面组合易在拱顶及侧壁形成不稳定楔形体。④Ⅱ类围岩特征松散构造-块石状镶嵌构造。Vp=470-1900m/s,RQD=60％，[s0]=350-650kPa。⑤Ⅲ类围岩特征弱风化细砂岩夹泥岩节理裂隙不发育，多呈微张状-闭合状，节理面平直,岩体呈大块状砌体构造。Vp=2500-2700m/s,RQD=85％，[s0]=1000kPa。 5吴家庄隧道围岩爆破前后比照阳坡隧道K71+680，出口桩号K71+985，隧及侧壁失稳；洞身围岩主要由为强—微风化二云石英片岩组成，围岩类别为Ⅱ－Ⅳ类，围岩稳定性一般。隧道工程地质条件如下：①地形地貌隧址区属于中低山地貌,隧道进出口段第四系掩盖层较薄，基岩根本暴露。山坡坡度30-40411-474m之间,63m。②地层岩性阳坡隧道分布的地层主要为石盆系沙湾组〔D

sh〕二云石英片岩。上部灰黄色-灰绿2-3色,中下部灰黑色-青灰色，粒状变晶构造,片状构造。全-强风化岩体,节理裂隙极发育,裂开，呈碎石状压碎构造。③地质构造阳坡隧道隧址区属秦岭构造带东段，断裂及裂隙发育。岩层产状为350°∠65°，洞、平均6140－150°∠43－48°，5－6壁形成不稳定楔形体。④Ⅱ类围岩特征状松散构造。Vp=800-2023m/s,RQD=0，[s0]=400-1000kPa。⑤Ⅲ类围岩特征弱风化二云石英片岩，节理裂隙较发育，多呈微张状-闭合状，节理面平直,岩体呈碎石状松散构造。Vp=2023-2500m/s,RQD=10％，[s0]=1500kPa。⑥Ⅳ类围岩特征构造。Vp=3100-3300m/s,RQD=45％，[s0]=2023kPa。 图6〔1〕阳坡隧道围岩状况 图6〔2〕丁家湾隧道围岩状况2、典型施工工序宛坪高速大路大跨度连拱隧道主要承受两类典型施工工序，即：先进展中导洞开挖，中隔墙浇筑完成后，再进展左右正洞的开挖，具体工序为：①中导洞开挖及支护；②中隔墙浇筑；③左洞侧导坑开挖及支护；④左洞拱部开挖及支护；⑤左洞下台阶、核心土开挖及浇筑仰拱；⑥右洞侧导坑开挖及支护；⑦右洞拱部开挖及支护；⑧右洞下台阶、核心土开挖及浇筑仰拱；⑨全断面模注钢筋混凝土衬砌。宛坪高速大路小沟隧道、阳坡隧道等承受了这种施工工序。7阳坡隧道中导洞开挖左右正洞的开挖，具体工序为：①中导洞开挖及支护；②左洞侧导坑开挖及支护；③右洞侧导坑开挖及支护；④中隔挖及支护；⑧右洞核心土开挖及浇筑仰拱，⑨全断面模注钢筋混凝土衬砌。8沟隧道中导洞、左右侧导洞开挖宛坪高速大路沟隧道、吴家庄隧道等承受了这种施工工序。所选择的依托工程吴家庄隧道和阳坡隧道，包括了宛坪高速大路大跨度连拱隧道所承受两类典型施工工序，具有代表性。附录所进展的“宛坪高速连拱隧道不同施工工序的数值模拟初步分析”说明，承受两类典型施工工序均能够满足隧道施工要求，但是由于隧道跨度大，中隔墙受力简洁，特别是顶部与基部拐角处为应力集中区，施工时应予以重点关注；假设能够在施工中保证中导洞、左洞侧导坑和右洞侧导坑安全，削减群洞效应，则承受其次种施工挨次，对于中隔墙和围岩的稳定与变形把握更为有利一些。六、工程观测打算1、总体目标本工程依据宛坪高速大路隧道工程地质条件、施工特点与环境条件开展围岩和构造稳定性分析争论，提出大跨度连拱隧道围岩稳定与变形把握措施，并且争论大跨度连拱隧道施工方法和施工工艺，争论支护构造稳定性，建立适用于宛坪高速大路连拱隧道的设计方法与施工工艺及相应的工程质量把握措施，为保证宛坪高速大路连拱隧道施工的顺当进展与圆满完成供给技术支持。2、主要观测内容〔1〕宛坪高速大路隧道特性的现场测试及分析选取典型隧道，布置试验、测试断面，测试试验锚杆轴力、围岩压力、支护混凝土的受力与变形特征。选测工程测点总体布置图如以以下图。下表为图例。〔2〕围岩物理力学指标的现场和室内试验进呈现场围岩节理裂隙的调查，现场取样，进呈现场和室内试验，合理确定岩体(石)〔3〕隧道围岩与支护构造稳定分析考虑宛坪高速大路连拱隧道具体的围岩类别和构造型式，且顾及浅埋和倾斜地层下的偏压状况，通过典型隧道围岩压力和变形实测结果，争论隧道开挖面时空效应，依据围岩类别及地形条件确定设计荷载分布形式与大小，争论提出的构造模型计算方法，对隧道初期支护及二次衬砌进展内力计算及强度校核确定，分析围岩与支护构造的稳定性，进一步对大跨度连拱隧道构造型式、参数进展合理化分析。隧道围岩与支护构造变形把握基准争论工工艺。隧道施工方法和施工技术的争论针对宛坪高速大路连拱隧道的实际条件，争论适宜的大跨度隧道施工方法和施工工艺，特别争论设计承受的三导洞先墙后拱法施工工艺，分析不同开挖方法和关心施工工艺对围岩应力分布、围岩变形的影响，争论围岩应力、变形的进展趋势和变化规律，以及围关心施工工法等在该大路隧道中的应用进展争论。3、拟解决的技术关键问题各类现场量测工程的实施和量测数据的综合处理与分析；隧道施工数值模拟技术的开发与应用；隧道围岩与支护构造变形把握基准的提出；大跨度连拱隧道荷载确实定；大跨度连拱隧道合理的施工工艺的开发。4、技术路线和具体实施方案在国内外现有争论成果的根底上，承受理论分析、数值模拟、现场监测试验等多方面手段进展。国内外连拱隧道和大跨度隧道争论现状综合分析。型式和施工方案进展初步分析;进呈现场节理裂隙的调查，结合室内试验，合理确定隧道的相关争论参数。对于现场大量的隧道监控量测结果、围岩变形和压力等实测结果的综合分析；内力和变形变化进展规律的争论；建立围岩与支护相互作用数值模型，承受FLAC数值分析软件进展分析，争论围初