探讨广悟高速公路鹅公髻特长隧道土建工程设计[公路隧道].pdf

广 悟 高 速 公 路 鹅 公 髻 特 长 隧 道 土 建 工 程 设 计 王玉文 李国安 邱自萍 广东省公路勘察规划设计院有限公司 广州 510507 摘 要 广悟高速公路双凤至平台段是交通部勘察设计典型示范项目 鹅公髻隧道是该项目中最长的隧道 长 3131m 本文介绍了鹅公髻隧道土建工程设计的有关技术和处理原则 对该隧道的内轮廓 衬砌结构 防排水设计 洞口设计 监控量测及安全设计等方面进行了探讨 关键词 鹅公髻隧道 土建工程 设计 1 工程概况 广悟高速公路是国家高速公路 7918 网中的第 十八横 广州至昆明高速公路的组成部分 全线分 为河口至双凤段和双凤至平台段 其中鹅公髻隧道 所在的双凤至平台段被列入交通部和广东省联合勘 察设计典型示范项目 同时还被列入广东省交通厅 首批科技 示范 工程 双 凤至 平台段 路线 全长 98 71km 总投资73 6亿元 它的建设对改善广东 省西部山区路网结构 加强广东省西部城镇与珠江 三角洲的联系 加强广东省与广西 云南 贵州的运 输往来 促进 泛珠江三角洲 经济 社会发展具有重 要意义 鹅公髻特长隧道是广悟高速公路最长的一座隧 道 左线起讫桩号为L K90 619 LK93 750 长 3131m 右线RK90 628 R K93 741 长3113m 鹅公髻隧道为双洞4车道 左 右线隧道分离布设 广州端和悟州端均有一段小净距 其余为正常间 距 设计行车速度80km h 左线隧道广州端位于R 4000m的平曲线上 右线隧道广州端位于R 4200m的平曲线上 左右线路面均不设超高 左右 线均 为同 坡度 的 人字 坡 坡度 为 1 20 和 1 135 2 主要技术标准 隧道设计主要依照 公路工程技术标准 J TG B01 2003 公路隧道设计规范 J TG D70 2004 及 公路隧道通风照明设计规范 J TJ 026 1 1999 等规范进行设计 公路等级为高速公路 设计行车速 度80km h 隧道建筑限界净宽 0 75m 0 5m 2 35 5 5 5 建筑限界净 高5 衬砌内轮廓的确定在满足隧道建筑限界 的要求下 考虑了隧道通风 照明 运营管理设备设 置的布设以及必要的富余量等 经比选采用三心圆 内轮廓 以提高断面的利用率 内轮廓净高6 97m 净宽10 86m 隧道建筑限界及内轮廓见图1 图1 鹅公髻隧道建筑限界及内轮廓图 3 工程地质概况 鹅公髻隧道所在区地貌为低山丘陵 丘陵脊线 明显 脊线大部分呈南北向或北西向 山体地形陡 峻 地面标高209 1 542 6m 进出洞口坡度较陡 隧道穿越区地面相对高差333 5m 隧道最大埋深约 290m 隧道围岩主要为寒武系八村变质砂岩 砂 岩 细砂岩等 覆盖层由亚粘土 全风化岩 强风化岩 组成 洞身主要围岩是微风化 岩质坚硬 完整性好 地质构造主要为近东西走向褶皱 隧道洞身将穿过 三条断层和两条不整合接触带 地质构造较为复杂 隧道围岩II级占65 III级占12 IV级占12 V级占11 隧址区内气候温和 雨量充沛 山体 范围内地下水主要类型为第四系松散层孔隙水及基 岩裂隙水 前者主要赋存于坡残积层中 后者赋存 于岩石裂隙中 地下水受大气降雨直接补给 以渗流 公路隧道2010年第3期 总第71期 7 m0 7 m0 7 m10 2 m 0m 72 的形式向沟谷排泄 隧道地下水类型为基岩裂隙 水 水量一般不丰富 地下水对混凝土和钢筋不具腐 蚀性 4 衬砌结构设计 鹅公髻隧道衬砌按新奥法原理采用复合式衬 砌 初期支护采用柔性锚喷支护 以充分发挥围岩自 承载能力 二次衬砌为模筑混凝土衬砌 衬砌采用曲 墙式衬砌 鹅公髻隧道正常间距段支护参数见表 1 表1 鹅公髻隧道衬砌支护参数表 围岩 级别 初 期 支 护二砌厚度 cm 喷混凝 土 cm 锚 杆 拱 墙位置 长度 m 间距 m 钢筋网 cm 格栅或钢架拱墙仰拱 预留沉 降量 cm 二次衬 砌配筋 格栅或工字 钢架间距 m 5局部2 530 10拱 墙2 5 1 2 1 2 6 5 25 25 355 21拱 墙3 0 1 2 1 0 6 5 25 25 格栅404081 25 含仰拱 拱 墙3 5 1 0 0 75 6 5 20 20 格栅4545124 220 75 加 强 23拱 墙3 0 1 2 0 75 8 20 20 格栅505054 180 75 26 含仰拱 拱 墙3 5 1 0 0 5 8 20 20 I20a工字钢506085 220 5 明 洞 70505 25 5 防排水设计 鹅公髻隧道防排水设计的原则 防 排 截 堵相 结合 因地制宜 综合治理 对地表水 地下水进行妥 善处理 使洞内外形成一个完整畅通的防排水体系 隧道建成后达到洞内基本干燥的要求 保证结构和 设备的正常使用及行车安全 5 1 洞内防排水 衬砌混凝土采用防水混凝土 其抗渗标号不小 于S8 隧道洞身 人行 车行横通道及其它各种附属 洞室 衬砌背后均设置防水层 采用PVC复合防水 板 隧道衬砌管沟盖板底以上的所有纵 横施工缝以 及有仰拱地段的仰拱与边墙 仰拱与仰拱间横向施 工缝均设置钢板腻子止水带 为保护环境 洞内采用地下水与路面污水分别 排放的原则 隧道路面两侧设排水沟排除洞内地下 潜水 在前进方向右侧设排水槽 排除路面冲洗 消 防水 在两侧边墙底部 衬砌混凝土与喷射混凝土之 间沿隧道纵向全长各设一根 80mm圆形盲沟排水 管 隧道环向基本按一处在围岩与喷混凝土间 设置横向 3扁形排水盲沟 在洞口浅埋 段 断层破碎带及地下水较多处采用5m一处 在隧 道二次衬砌环向施工缝背后喷混凝土与防水板之间 设置140 30mm扁形排水盲沟 在隧道路面基层 下设置纵横向60 50mm扁形排水盲沟 对于沥青 混凝土路面地段 横向盲沟的间距为3m 水泥混凝 土路面地段 横向盲沟的间距为9m 5 2 洞外排水设计 隧道洞口仰坡外设截水沟 并予以铺砌 截水沟 离开坡顶距离不小于5m 将截水沟中的水引入洞口 两侧的改沟中 为了洞口美观 洞外截水沟在洞门两侧采用暗 沟形式 6 隧道洞口设计 为了与洞口地形相互协调 保护自然环境 鹅公 髻隧道左右线洞门均采用削竹式 分离式布设 做 到 早进洞 晚出洞 减少洞口开挖和对自然环境的 破坏 左 右线均采用长管棚超前支护 保证安全进 洞 洞门边仰坡采用三维网喷播植草绿化 鹅公髻 隧道削竹式洞门效果图见图 公路隧道2010年第3期 总第71期 20m 1400mm 2 82 图2 鹅公髻隧道削竹式洞门效果图 7 辅助施工措施 鹅公髻隧道为上下行分离隧道 跨度大 地质复 杂 采取强有力的辅助施工措施与初期支护相结合 以保安全 采用的辅助施工措施有 超前长管棚注 浆 超前小导管注浆 超前钢插管 超前锚杆等 对 于隧道洞口IV V级软弱围岩 浅埋偏压地段及断 层破碎带地段 设计中采取辅助施工措施予以加强 对II III类围岩 一般无需辅助施工措施 超前长管棚设于洞口 长30m 环向间距40 cm 规格为 108 6mm 采用丝扣连接 考虑钻进 中下垂 钻孔方向应较钢管设计方向上偏1 2 使用 127 壁厚5mm 长2m的钢管为管棚导向管 设置三榀钢架 并模筑60cm厚的C20混凝土 以固 定管棚导向管 长管棚注浆浆液采用C42 5级硅酸 盐水泥和水玻璃 钻孔位置 方向均应用测量仪测 定 钻进过程中需用测斜仪测定钢管偏斜度 发现 偏斜有可能超限 应及时纠正 以免影响开挖和支 护 超前小导管设置在V级围岩地段 采用 42 mm 壁厚4 mm 长4 5m的热扎无缝钢管 环向间 距约40 cm 外插角7 9 每15cm设置直径为 6mm的注浆孔 小导管浆液采用C42 5级硅酸盐水 泥 超前钢插管设置在IV级围岩地段 采用 42 mm 壁厚4 mm 长3 5m的热扎无缝钢管 环向间 距及外插角同超前小导管 8 人行 车行横通道及紧急停车带 人行横通道是连接左右线相邻隧道 作为紧急 避难用的横向通道 火灾时 可让隧道内驾驶人员 安全转移到隧道外 鹅公髻隧道共设人行横通道 处 间距约3 人行横通道净宽 限界净高 2 5m 两侧各设一处平开门 为甲级防火门 车行横通道设置主要是为了保证出现紧急情况 时 救援车辆能尽快赶到事故现场指挥交通 同时可 供避难人员通行 鹅公髻隧道设车行横通道3处 其中线与右线隧道中线成60 夹角 车行横通道路 面净宽4m 两侧各设0 4m余宽 总宽4 8m 限界 净高5 0m 靠右线隧道一侧车行横通道内设置门 一道 门采用不锈钢卷闸门 在门的两侧均可开启 人行和车行横通道的建筑限界及内轮廓图见图3 紧急停车带是为避免事故车诱发第二次事故或 影响其它车辆行驶而设的临时停车场所 鹅公髻隧 道左 右线各设紧急停车带3处 每处有效长度 30m 全长41m 宽度较正常地段加宽3 5m 为便 于施工 紧急停车带与正常地段衬砌断面的连接 采 用直角错台增设堵头墙的方式 图3 人行 左 及车行 右 横通道建筑限界及内轮廓图 9 监控量测设计 本设计系按新奥法原理设计 隧道的监控量测 是新奥法施工的重要组成部分 是掌握施工过程中 围岩稳定程度与支护受力 变形的力学动态和信息 是确保施工过程中安全的需要 施工中必须进行监 控量测 并根据量测记录及时调整支护的参数和措 施 以确保围岩的稳定及结构安全 根据鹅公髻隧道的地质特点和施工难易 确定 的必测项目有地质和支护情况观察 拱顶下沉 水平 收敛 地表下沉等项目 选测项目为围岩内部位移量 测 锚杆内力量测 喷混凝土应力量测 二次衬砌压 应力量测等 各项目监测结果应及时整理和分析 发现异常现象 立即采取有效措施以确保施工安全 对于隧道两端洞口的小净距段 进行爆破震动速度 的量测 要求爆破对相邻隧道的最大临界震动速度 不大于15cm s 10 隧道安全设计 王玉文等 广悟高速公路鹅公髻特长隧道土建工程设计 9 00m2m 92 10 1 隧道安全总体设计思路 隧道设计贯穿 以人为本 安全至上 全寿命整 体安全 的设计理念 综合考虑公路隧道的功能 行 车安全 自然环境等因素 对隧道设计 施工和营运 各阶段安全性进行综合评价 使隧道在全寿命过程 处于可控状态 10 2 隧道结构安全设计 1 隧道按新奥法原理进行洞身结构设计 以系 统锚杆 喷混凝土 钢筋网 钢架组成初期支护与二 次模筑混凝土相结合的复合式衬砌形式 通过结构 分析计算及工程类比 拟定洞身衬砌支护参数 确保 衬砌结构具有足够的强度 稳定性 耐久性 2 洞门及明洞采用钢筋混凝土结构 通过计算 确定其结构的强度 基底承载力等要求 3 采用可靠的路面结构 确保路面结构的安 全 4 洞内装饰采用防火涂料 减轻火灾工况下隧 道衬砌的破坏 10 3 隧道施工安全设计 隧道施工必须遵守相应的施工规范 还应遵守 相应的施工安全技术规程 设计不仅考虑隧道结构 的安全 还考虑了施工的安全 主要考虑了以下方 面 1 对洞口临时边仰坡均增设了临时支护措施 保证施工过程边仰坡的稳定 2 对地质条件较差的地段 采用各种辅助工程 措施保证隧道洞室的稳定 3 对可能出现涌突水的地段 采取超前预报手 段 并提出相应的措施防治涌突水 4 对其它各种不良地段 均采取相应的措施 5 加强监控量测 及时了解围岩动态 并根据 监测结果及时调整支护参数 10 4 隧道内行车安全设计 1 隧道内采用流畅的线型 避免不合理的线型 组合 2 充分考虑自然环境对隧道洞内及洞外行车 的影响 合理确定隧道洞口高程 3 充分考虑隧道的营运通风及减灾防灾救灾 模式 4 采用合理的路面形式 5 采用可靠的防排水措施 保证隧道内路面干 燥 6 洞内设置了紧急停车带 车行横通道 人行 横通道 洞外设置了联络通道 以便于紧急情况下救 援 11 结 语 鹅公髻特长公路隧道为目前广悟高速公路控制 工程 己于2007年正式开工 于2009年底竣工 隧 址区地质复杂 又属于特长隧道 对隧道的结构 施 工 防排水等要求很高 从而增加了设计的难度和复 杂性 在该隧道的。