贵州省公路连拱与小净距隧道技术指南

贵州省公路连拱与小净距隧道技术指南1适用范围本指南适用于贵州省境内新建、改扩建二级及以上公路连拱隧道、净距小于1.5倍隧道开挖宽度的小净距隧道的勘察、设计、施工及质量验收，四级公路可参照执行。贵州省属喀斯特岩溶发育区，地形起伏大、地质构造复杂，软岩、岩溶、断层破碎带、突水突泥、高地应力等不良地质分布广泛，本指南结合区域工程特性制定，未尽事宜应符合国家及行业现行相关标准规范要求。2术语定义2.1连拱隧道：两洞拱部由共同的中隔墙连接，整体成拱的隧道结构，通常适用于地形狭窄、接线条件受限的短隧道或中隧道段。2.2小净距隧道：两相邻隧道中间岩柱厚度小于1.5倍隧道开挖宽度，且大于0.5倍开挖宽度的隧道结构，当岩柱厚度小于0.5倍开挖宽度时应按连拱隧道开展设计验算。2.3中夹岩/中隔墙：连拱隧道中分隔两洞的钢筋混凝土结构为中隔墙；小净距隧道两洞之间的天然岩体为中夹岩。2.4先行洞/后行洞：小净距隧道施工时先开挖的隧道为先行洞，后开挖的隧道为后行洞；连拱隧道通常先开挖侧导洞施作中隔墙，再依次开挖主洞，主洞先开挖一侧为先行主洞，后开挖一侧为后行主洞。2.5中夹岩加固：为提升中夹岩整体稳定性，采用锚杆、注浆、预应力锚索等措施对岩体进行补强的工程措施。3勘察要求3.1一般规定连拱与小净距隧道勘察应分为可行性研究勘察、初步勘察、详细勘察三个阶段，不良地质段应增加施工超前地质预报环节，勘察精度应满足各阶段设计与施工需求。3.2勘察重点3.2.1地形地貌：重点核查隧道进出口段坡度、覆盖层厚度、危岩落石分布、地表水径流路径，评估偏压对连拱、小净距隧道结构的不对称荷载影响，偏压段地形坡度大于30°时应增加钻孔密度，钻孔间距不大于20m。3.2.2地质构造：查明隧道轴线范围内断层的走向、倾角、破碎带宽度、填充物性质，特别是中夹岩/中隔墙区域的岩体完整性、节理裂隙发育程度，采用声波测试确定岩体纵波速度，完整岩体纵波速度应大于3500m/s，破碎岩体纵波速度小于2000m/s时应判定为软弱破碎带。3.2.3水文地质：查明岩溶发育位置、规模、充填物性质、地下水水位、补给径流排泄路径，评估突水突泥风险，对中夹岩区域的岩溶发育段应开展连通试验，判断两洞地下水水力联系，承压水段应实测水压值。3.2.4地应力测试：埋深大于200m的隧道应开展地应力测试，最大水平主应力大于10MPa时应评估岩爆、软岩大变形风险，连拱隧道中隔墙、小净距隧道中夹岩应验算水平应力作用下的结构稳定性。3.3勘察成果要求勘察报告应明确中夹岩的物理力学参数，包括单轴抗压强度、内摩擦角、黏聚力、弹性模量、泊松比、渗透系数，参数取值应结合室内试验与现场原位测试结果，折减系数符合《公路隧道设计规范第一册土建工程》JTG3370.1要求。对岩溶、断层等不良地质段应专项说明位置、规模及处治建议。4设计技术要求4.1总体设计4.1.1结构选型：隧道长度小于500m、接线条件受限且地形狭窄的路段宜优先采用连拱隧道；隧道长度大于500m、净距介于0.5-1.5倍开挖宽度的路段宜采用小净距隧道。连拱隧道单洞开挖宽度按设计车道数确定，双向四车道隧道单洞开挖宽度宜为11.5-12.5m，双向六车道宜为14.5-15.5m。4.1.2平面线形：连拱隧道轴线宜采用直线，避免曲线段产生不对称荷载；小净距隧道轴线宜平行布设，局部曲线段两洞净距偏差不应大于0.2倍开挖宽度。进出口段明洞段应避免偏压，确需设置偏压段时应进行专项结构验算。4.1.3纵断面设计：隧道纵坡宜采用1%-3%的人字坡，便于排水；地下水发育段纵坡不应小于0.3%，连拱隧道中隔墙顶部应设置不小于2%的横向排水坡，避免中隔墙顶部积水。4.2连拱隧道结构设计4.2.1中隔墙设计：中隔墙应采用钢筋混凝土结构，混凝土强度等级不低于C35，厚度根据隧道跨度、埋深确定：双向四车道连拱隧道中隔墙厚度不应小于1.8m，双向六车道不应小于2.2m。中隔墙顶部应设置预埋注浆管，注浆管间距1.5m×1.5m，注浆压力控制在0.5-1.0MPa，用于填充中隔墙与顶部围岩的空隙。中隔墙底部应设置扩大基础，基础嵌入中风化岩层深度不小于0.5m，软岩段应设置桩基或换填处理，地基承载力不应小于300kPa。4.2.2主洞衬砌结构：主洞采用复合式衬砌，初期支护由喷射混凝土、锚杆、钢筋网、钢架组成，二次衬砌为钢筋混凝土结构。Ⅴ级围岩段初期支护喷射混凝土厚度不小于26cm，锚杆长度不小于3.5m，间距不大于1.0m×1.0m，钢架采用I18及以上型钢，间距不大于0.8m；二次衬砌厚度不小于50cm，混凝土强度等级不低于C30。Ⅳ级围岩段初期支护喷射混凝土厚度不小于22cm，锚杆长度不小于3.0m，间距不大于1.2m×1.2m，钢架采用I16型钢，间距不大于1.0m；二次衬砌厚度不小于45cm。4.2.3防排水设计：中隔墙顶部设置纵向排水盲管，盲管直径不小于150mm，沿隧道纵向每10m设置横向排水管引至主洞边沟，盲管外侧包裹200g/m²无纺土工布。中隔墙施工缝设置中埋式橡胶止水带+背贴式止水带，止水带宽度不小于30cm，搭接长度不小于10cm，采用热熔焊接。主洞防排水系统按《公路隧道设计规范第二册交通工程与附属设施》JTG3370.2要求设置，抗渗等级不低于P8。4.3小净距隧道结构设计4.3.1中夹岩稳定性控制：中夹岩厚度小于1.0倍开挖宽度时必须采取加固措施，加固方式根据围岩等级确定：Ⅴ级围岩段采用对拉预应力锚杆+中夹岩注浆，锚杆长度为中夹岩厚度+1.5m，直径不小于25mm，预应力张拉值不小于100kN，间距1.0m×1.0m；注浆采用水泥-水玻璃双液浆，注浆压力1.0-1.5MPa，注浆孔间距1.5m×1.5m，注浆深度深入中夹岩不小于2m。Ⅳ级围岩段采用系统锚杆+局部注浆，锚杆长度不小于3.0m，间距1.2m×1.2m。4.3.2衬砌结构设计：小净距隧道靠中夹岩侧的初期支护应加强，Ⅴ级围岩段靠中夹岩侧锚杆长度较外侧增加0.5m，钢架间距较外侧缩小20%；二次衬砌厚度与普通分离式隧道相比增加10%，配筋率提高15%。当中夹岩厚度小于0.75倍开挖宽度时，二次衬砌应按钢筋混凝土结构设计，混凝土强度等级不低于C30。4.3.3偏压段设计：进出口浅埋偏压段小净距隧道应先开挖埋深较浅的一侧先行洞，待初期支护稳定后再开挖后行洞，偏压侧应设置超前大管棚支护，管棚直径不小于108mm，长度不小于20m，环向间距40cm，注浆压力0.5-1.0MPa。4.4结构验算要求连拱与小净距隧道应采用有限元软件进行三维数值模拟验算，计算荷载包括围岩压力、自重、水压力、地应力、施工荷载，验算内容包括：初期支护内力、二次衬砌内力、中隔墙/中夹岩应力、位移控制值。其中中隔墙最大压应力不应大于混凝土轴心抗压强度设计值的0.7倍，最大拉应力不应大于1.0MPa；中夹岩最大位移不应大于50mm，塑性区开展深度不应大于中夹岩厚度的1/3；主洞二次衬砌安全系数：混凝土结构抗压安全系数不小于2.0，抗拉安全系数不小于2.4，钢筋混凝土结构抗压安全系数不小于2.2，抗拉安全系数不小于2.5。5施工技术要求5.1一般规定连拱与小净距隧道施工应遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的原则，采用信息化施工，根据监测数据动态调整施工参数。施工前应编制专项施工方案，经专家论证通过后方可实施。5.2连拱隧道施工5.2.1施工工序：连拱隧道宜采用“中导洞先行，主洞错步开挖”的施工工序，具体流程为：①中导洞开挖及初期支护，开挖进尺Ⅴ级围岩不大于0.8m，Ⅳ级围岩不大于1.2m，中导洞断面尺寸应满足中隔墙施工需求，宽度不宜小于4.5m，高度不宜小于中隔墙高度+0.8m；②浇筑中隔墙混凝土，中隔墙混凝土应分段浇筑，分段长度不大于10m，顶部采用微膨胀混凝土填充，预留注浆管后期补浆；③先行主洞超前支护，采用超前小导管或管棚，小导管直径42mm，长度3.5m，环向间距40cm，外插角10°-15°；④先行主洞开挖，采用上下台阶法或三台阶法，上台阶长度控制在3-5m，开挖进尺与钢架间距一致，先行主洞与中导洞开挖面错距不小于20m；⑤先行主洞初期支护，初期支护应紧跟开挖面，喷射混凝土初凝后2h内开展养护；⑥后行主洞超前支护，与先行主洞开挖面错距不小于30m，避免两洞开挖面应力叠加；⑦后行主洞开挖及初期支护，开挖进尺与先行主洞一致；⑧主洞二次衬砌施工，二次衬砌应在初期支护稳定后施作，先行洞与后行洞二次衬砌错距不小于15m。5.2.2中隔墙施工控制：中隔墙钢筋安装应保证保护层厚度不小于5cm，模板采用定型钢模，刚度满足浇筑要求，浇筑时两侧对称下料，高差不大于0.5m，采用插入式振捣棒振捣，避免漏振。中隔墙顶部注浆应在主洞初期支护完成后开展，注浆压力达到设计值且注浆量达到设计量的80%以上方可停止。5.2.3主洞开挖控制：主洞开挖时应避免对中隔墙造成偏压，上下台阶开挖时两侧拱脚高差不大于0.5m，拱脚处设置锁脚锚杆，锚杆长度不小于3.0m，每侧2根，注浆饱满。石质段开挖应采用控制爆破，最大段装药量不大于0.5kg，爆破震动速度控制在10cm/s以内，避免破坏中隔墙及已施作的初期支护。5.3小净距隧道施工5.3.1先行洞与后行洞错距控制：先行洞开挖面应超前后行洞不小于2倍隧道开挖宽度，且不小于30m，避免后行洞开挖爆破对先行洞结构造成影响。先行洞二次衬砌应超前后行洞开挖面不小于20m。5.3.2中夹岩施工控制：先行洞开挖后应及时施作靠中夹岩侧的锚杆及注浆加固，加固完成后待注浆强度达到设计强度的75%以上方可开展后行洞开挖。后行洞开挖时应采用微震爆破，Ⅴ级围岩段宜采用机械开挖，爆破震动速度在先行洞初期支护位置监测值不应大于15cm/s，二次衬砌位置监测值不应大于10cm/s。中夹岩对拉锚杆应在两洞初期支护施作完成后对称张拉，张拉应力分级施加，每级张拉后持荷5min，避免张拉应力过大破坏岩体。5.3.3爆破参数控制：小净距隧道爆破应采用光面爆破，周边眼间距不大于40cm，最小抵抗线不小于50cm，装药集中度不大于0.2kg/m。掏槽眼布置在远离中夹岩的一侧，最大段装药量根据爆破震动监测结果调整，确保中夹岩及先行洞结构安全。5.4不良地质段施工5.4.1岩溶段施工：岩溶位于中夹岩区域时，应先采用超前钻探查明岩溶规模，充填型溶洞采用注浆填充，空洞型溶洞采用混凝土回填，处理完成后方可开挖。岩溶水发育段应设置超前排水孔，排水孔深度不小于10m，将地下水引排至洞外，避免带水作业。5.4.2断层破碎带施工：断层破碎带宽度大于2m时，应采用超前大管棚支护，配合超前小导管预注浆，注浆采用水泥-水玻璃双液浆，凝胶时间控制在1-2min，开挖进尺不大于0.8m，初期支护及时封闭成环，必要时设置临时仰拱。5.4.3软岩大变形段施工：软岩段应预留足够的变形量，Ⅴ级软岩段预留变形量不小于20cm，采用刚度更大的型钢支护，必要时采用双层初期支护，监测变形速率大于10mm/d时应停止开挖，及时采取补强措施。6监控量测要求6.1一般规定连拱与小净距隧道监控量测必测项目包括：洞内外观察、拱顶下沉、周边位移、中隔墙/中夹岩应力、中夹岩位移、爆破震动速度，选测项目包括：锚杆轴力、钢架内力、二次衬砌应力、地下水压力。监控量测频率根据位移速率及开挖面距离确定，开挖面距监测断面距离小于1倍开挖宽度时，监测频率不小于2次/d；距离1-2倍开挖宽度时，1次/d；距离2-5倍开挖宽度时，1次/2d；距离大于5倍开挖宽度且位移稳定后，1次/周。6.2监测控制标准6.2.1位移控制：主洞拱顶下沉允许值：Ⅴ级围岩浅埋段不大于150mm，深埋段不大于100mm；Ⅳ级围岩浅埋段不大于100mm，深埋段不大于80mm。周边水平收敛允许值：Ⅴ级围岩不大于100mm，Ⅳ级围岩不大于80mm。中夹岩水平位移允许值不大于50mm，中隔墙水平位移允许值不大于30mm。位移速率连续3d小于0.2mm/d时判定为初期支护稳定，可施作二次衬砌。6.2.2应力控制：中隔墙混凝土压应力不大于20MPa，拉应力不大于1.0MPa；中夹岩应力不大于岩体单轴抗压强度的0.6倍；钢架应力不大于钢材屈服强度的0.7倍。6.2.3爆破震动控制：先行洞初期支护位置爆破震动速度不大于15cm/s，二次衬砌位置不大于10cm/s，中隔墙位置不大于8cm/s。6.3监测数据反馈监测数据应实时整理分析，当监测值达到控制值的80%时应发布预警，增加监测频率；当监测值超过控制值时应立即停止施工，分析原因，采取加强支护、调整开挖工序等措施，确保安全后方可恢复施工。监测成果应作为竣工资料的组成部分，纳入工程验收内容。7质量验收要求7.1原材料验收水泥、钢筋、砂石料、外加剂、防水材料等原材料进场应查验质量证明文件，按批次开展抽样试验，合格后方可使用。中夹岩注浆用水泥强度等级不低于42.5R，水玻璃模数控制在2.4-3.0，浓度30-40°Bé。7.2分项工程验收7.2.1中隔墙验收：中隔墙混凝土强度符合设计要求，厚度偏差不大于+50mm、-10mm，顶部注浆饱满度不小于90%，采用钻孔取芯法检测，每100m抽检1个断面，每个断面3个孔。施工缝止水带安装位置