探讨市政隧道工程设计关键问题与对策

探讨市政隧道工程设计关键问题与对策
发表时间：2020-11-20T10:49:28.817Z 来源：《城镇建设》2020年8月23期作者：沈杰
[导读] 近年来，我国的交通行业有了很大进展，市政隧道工程建设越来越多。

沈杰
重庆市得森建筑规划设计研究院有限公司，重庆40000
摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，市政隧道工程建设越来越多。

通过对某市政隧道工程的设计关键问题管理，圆满地完成该市政隧道工程的建设，取得了良好的效益。

关键词：市政隧道工程;设计;关键问题;对策
引言
在结合建设管理过程中的应用首要任务是作为数据载体来进行数据传递，必须保障建设期间的各类施工数据能有效进行分类并与已有的隧道BIM设计信息进行一一对应，从而将设计阶段数据进行可视化表达的同时，还将精确的设计信息传递给建设者，发挥BIM技术信息传递的基础价值。

1大断面隧道特点
相对于一般隧道而言，大断面隧道结构受力更复杂，支护形式设计、施工技术难度更大，主要体现在以下几个方面：①隧道拱脚易出现应力集中现象，要求拱脚地基有足够的承载力，且隧道开挖后拱腰边墙的应力（以水平应力为主）随着开挖宽度的增大而提高；②大断面隧道的拱顶稳定性较差。

设计人员开展隧道结构计算过程中，往往假设围岩属于连续均匀介质，使得岩体崩塌判断存在问题。

大断面隧道进行结构计算时一般采用普氏理论和块体平衡理论；③大断面隧道跨度和高度较大，导致承载拱埋深较深，尤其是在隧道浅埋下，围岩难以形成承载拱，会导致隧道结构承受较大的围岩松弛压力。

2市政隧道工程结构类型的选择问题与对策
就市政隧道工程而言，设计平纵面的时候，需要基于路线走向，同时还要考虑两端接线实际，将交通功能实现。

并且还要结合隧道施工的难度以及投资造价等因素，综合考虑隧道的设置于结构类型的选择。

隧道位于主城区快速路，隧道进出口两侧均直接连接桥梁。

因用地存在局限性，需解决两侧接线问题，并且在施工难度、施工周期与工程造价三者之间找到一个平衡点。

如果使用结构受力复杂、造价较高的连拱隧道，有着较大的施工难度和较长的周期，更存在中墙渗漏水等突出问题。

若采用用分离式隧道模式，虽然有着明确的结构受力，也会降低工程的造价以及施工难度。

但相应用地范围会急剧增大，这对于该隧道而言，显然是不可行的。

就小净距隧道结构型式而言，与连拱隧道相比不仅施工难度相对较小，工程造价也较低，相对于分离式隧道，其用地也节约了，施工进度加快了。

在围岩较为完整的区域，其有着无与伦比的优势。

结合相似情况的建成隧道工程经验，在本次研究中，采用了小净距隧道结构形式，可以解决隧道用地的问题同时具有较为经济的工程造价以及较低的施工难度。

3建模方式与拆分规则的标准统一
将隧道建模方式及拆分规则按照施工要求进行统一。

理想情况下隧道建模方式及拆分需按照施工进度和工法进行拆分，实时表达施工进度和工程量，载体模型拆分合理才能保持数据一致性。

现阶段隧道工程建模并未考虑施工情况，普遍根据设计施工图建立完整模型或自定义拆分标准。

符合隧道施工方式及工法和进度的模型数据标准不仅能保证模型数据应用的一致性，还能在这一机制下扩展和开发高精度数据分析与预测功能，进一步提高BIM技术应用深度。

4系统锚杆设计
根据系统锚杆轴力的数值计算结果可知，大断面隧道应力主要由钢拱架和喷射混凝土承受，锚杆承担轴力较小，对支护结构承载力改善作用不大。

当隧道围岩出现塑性破坏时，锚杆才能较好地发挥其约束作用，并形成新的平衡结构以稳固围岩。

同时，锚杆注浆往往不易密实，难以和围岩共同形成承载力较好的整体。

因此，大断面隧道设计系统锚杆时，应注重加强锚杆与围岩间的黏结作用，并根据实际施工情况进行增减。

对于围岩破碎，压应力较大的断面，还可以选择预应力锚杆对围岩进行主动约束。

5市政隧道工程四车道大跨扁平隧道结构设计问题与对策
（1）大跨扁平隧道双洞合理间距及布置形式。

就市政双洞大跨隧道而言，其间距和工程造价以及隧道的布置形式可以说有着密切的关系。

若隧道净间距过小，隧道双洞施工期间将会相互对整体结构受力产生不利影响，有着较高的支护费用和较大的施工风险;若净间距过大，两洞之间的不利影响将消除，但洞口占地增加，布线难度也会提升。

因此，要对隧道中夹岩柱的受力状态进行全面考虑，同时认真分析开挖爆破的影响因子。

双洞隧道方案的重要指标之一就是对隧道净间距的科学选择。

就两个相邻隧道而言，确定隧道最小净距的时候，要充分考虑围岩级别等因素。

还要基于多个层面诸如荷载计算、模拟实验、工程类比等不断分析，最终根据多方面因素拟定的双洞净间距13．5～23m。

并且该项目为双向八车道大跨扁平隧道，需要选择科学的支护模式与相应的支护参数，方能保障隧道施工及运营的安全。

（2）大跨扁平隧道数字化施工及监测。

为了把本项目发展成为数字化城市快速路，就控制性的工程隧道而言，首先要将数字化实现。

在隧道施工的时候将核心内容为监控量测、质量检验的数字化监控体系建立起来，使施工安全以及质量可以得以保证。

尤其是针对岩溶等贵州地区常见的不良地质进行衬砌健康监测系统的相应设置，从而可以全面掌控隧道支护受力与围岩应力重新分布的情况。

（3）大跨扁平隧道结构验算及结论。

如果对辅助施工措施不考虑，诸如超前管棚等，围岩变形收敛且相对稳定，但有着较大的变形量值，其中拱顶沉降最终值约56mm、水平收敛值约40mm。

此外，初期支护衬砌受力较大，最大压应力9MPa出现在先行施工的左导洞拱脚处，最大拉应力5MPa出现在竖向临时支撑的上下台阶接头处。

拉应力量值已经超标。

结合计算结果而言，本项目四车道大跨度隧道施工时，使用双侧壁导坑法，显然是可行的。

就初期支护而言，虽然受力相对较大，但仍在可控安全范围之内。

同时由于存在着较大的围岩变形量，为了防止局部塌方设置了小导管注浆等超前预支护来保证施工安全与质量。

结语
总而言之，就市政隧道工程设计关键问题管理而言，要做好整个工程结构设计，并且在设计乃至整个建设过程中做好相关问题的应对措施，就必须针对上述问题采取有效对策。

隧道结构受力更复杂，支护形式设计、施工技术难度更大，主要体现在隧道拱脚易出现应力集中、拱顶稳定性较差、难以形成承载拱等方面。

大断面隧道拱腰至边墙附近的围岩压力远大于拱顶附近的围岩压力。

同时，大断面隧道的初期支护结构承受了大部分荷载，二次衬砌可以视作隧道支护的安全储备，二次衬砌应力在拱腰、边墙位置承受压力最大，并在局部存在
拉应力。

大断面隧道设计系统锚杆时，应注重加强锚杆与围岩间的黏结作用，并根据实际施工情况进行增减。

而在进行衬砌设计时，可以根据其实际受力情况，进行变截面设计。

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