大断面公路隧道的安全设计要点

应用技术与设计
2018年第17期
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《公路隧道设计规范》是公路隧道设计中执行和参考的主要规范，该规范借鉴了大量实际工程总结了隧道的设计理论，但是这些理论主要适用于3车道以下的小跨度隧道，对3车道以上的大断面公路隧道就存在一定的局限性，且规范针对具体的设计缺乏必要依据。

在进行大断面隧道设计时，必须要结合工程的实际情况，进行特别的结构计算和选用参数，确保在隧道施工过程中及使用过程中不出现安全事故。

1　大断面公路隧道的安全影响因素
目前大断面公路隧道多为3车道或4车道，其中3车道的宽度约为14.5m，4车道的宽度约为18.5m，相较于常规的2车道断面，其宽度增加了约6~10m。

但是断面高度未出现较大的变化，因此隧道的扁平率（H/B）偏小，使得隧道的断面变得更加宽坦，近似为椭圆形扁平状。

相比于近圆形断面隧道，在受力方面存在着很大差异，使得隧道面临更高的安全风险，而且还可能存在承载力不足的情况。

2　大断面公路隧道安全设计要点
2.1　工程概况
本工程为贵州省都匀至安顺公路第DATJ-25合同段，该合同段共布置两条分离式隧道，分别是大冲隧道和大思岗隧道。

其中大冲隧道左线长705m，右线长658m ；大思岗隧道左线长603m，右线长570m。

两座隧道均为双向六车道隧道，最大开挖面积达到170m 2，属于大断面公路隧道。

根据估算隧道涌水量较少，中短隧道采用了无中心水沟设计。

2.2　隧道安全影响因素
大冲隧道隧址区主要发育的不良地质现象为溶洞、溶槽以及溶隙，隧址区的岩溶发育，溶洞洞高最大达到22.20m。

同时由于中风化灰岩分布在隧道的进出口及洞身等位置，在进行洞室开挖的过程中十分容易受到重力的影响而使得局部出口出现崩塌的情况，洞身段也有可能出现掉块等安全事故，容易造成人员的伤亡和隧道结构的破坏。

大思岗隧道隧址区的不良地质现象主要为溶洞和落水洞，在隧址区的地表，落水洞发育，且在MK10+780—MK10+820之间存在溶蚀现象，溶洞较为发育。

溶洞的存在会对其附近的衬砌结构造成影响，使得隧道结构的稳定性降低，最终影响隧道的安全。

2.3　大断面公路隧道安全设计措施
2.3.1　采用复合式衬砌。

该标段的两座隧道均采用新奥法施工，因此隧道的衬砌结构采用复合式衬砌。

在两座隧道中，溶洞都是影响隧道安全的一个重要因素。

在本设计过程中，主要是以围岩级别、工程地质及水文地质、地形及埋置深度等作为依据，对Ⅴ级和Ⅳ级围岩，初期支护均采用中空注浆锚杆和钢筋网，同时利用喷射混凝土和钢拱架共同形成初期支护结构，并且依据围岩等级的不同预留100mm-150mm 的变形量。

对Ⅴ级、Ⅳ级围岩，均使用锁脚锚杆以稳定拱脚，同时起到超前支护的作用。

从而保证隧道结构的整体稳定性，保证大断面隧道的安全。

2.3.2　加强岩溶处理。

在对大断面隧道进行设计的过程中，应该在查明岩溶分布状况、发育形态及发育规律的基础之上，通过跨越、加固洞穴、引排、截流、清除填物以及注浆等方式对岩溶进行处理。

因此在本工程中，针对隧道开挖轮廓线外的
小型溶洞，通过回填的方式对其进行处理，利用泵送混凝土、浆砌片石等对其进行回填，避免小型溶洞对隧道安全造成影响。

对拱腰以上隧道开挖轮廓线以外的大型溶洞，如果溶洞内无填充物，则沿轮廓线外浇筑钢筋混凝土套拱，再在套拱外侧采用轻质材料进行回填，以应对溶壁局部可能出现的坍塌。

内部存在填充物的溶洞则依据填充物的具体类型选择相应的处理方法。

如果填充物为粘土或者溶洞坍塌填充物，可以先水平施作较强的超前支护，然后再通过预裂爆破法分部进行开挖，同时施作工字钢初期支护，保证大断面隧道结构的安全。

2.3.3　加强超前地质预报。

在本工程中，由于隧道工程的规模较大，同时工程地质条件相对复杂，因此依据工程的实际情况进行地质超前预报。

在隧道开挖爆破之后，通过地质调查的方式进行地质素描，然后再利用TSP 每间隔100m 左右进行一次探测，从而了解掌子面前方的不良地质情况，同时再利用地质雷达或者是瞬变电磁仪对不良地质体进行探测，对不良地质的分布情况加以核实。

再通过物探的方式确定存在不良地质体之后，在接近不良地质体的位置再通过钻孔的方式加以验证，最终实现对不良地质体的判定。

2.3.4　合理设计隧道监控量测方案。

本工程主要通过对隧道周边位移、拱顶下沉及锚杆轴力进行量测，在此基础之上，还增加了围岩压力和孔隙水压力两个监控量测项目，以了解围岩压力和孔隙水的分布是否会对隧道安全造成影响。

大断面公路隧道工程拱腰的收敛及拱顶的沉降可能会更加明显，对隧道的安全造成严重的威胁，所以必须要加强监控量测，并且依据监控量测的结果按照位移等级管理的规定对隧道施工安全进行评价。

由于本工程为大断面隧道，所以在监控量测过程中，还提高了监测的频次，对距离开挖断面一倍隧道开挖宽度以内的监控量测断面，将其监控量测频率定位3次/d，距离开挖断面1-5倍隧道开挖宽度之间的监控量测断面监测频率定位2次/d，大于5倍隧道开挖宽度的监控量测断面监测频率定位1次/5d。

3　结语
大断面公路隧道因其结构的特殊性，必须要更加重视安全设计。

在设计中，要明确影响大断面隧道安全的各种因素，设计出合理的结构型式和应对措施，避免对隧道安全所造成的影响。

文章结合都安高速公路项目的部分隧道工程，从加强衬砌参数、重视超前地质预报及隧道监控量测等几个方面，总结了大断面公路隧道的主要安全设计要点。

参考文献：
[1] 王建,胡潇月.特大断面公路隧道扁平率数值分析[J].公路交通技术,2014(06):89-94.
[2] 史克臣.特大断面隧道高地应力条件下变形控制技术研究[J].现代隧道技术,2013,50(05):146-151.
[3] 严宗雪,房营光,刘庭金等.应力路径对特大断面隧道围岩压力的影响[J].岩石力学与工程学报,2009,28(11):2228-2234.
作者简介：唐明耀（1984-），男，汉族，本科，贵州省交通
规划勘察设计研究院股份有限公司成都分公司，主要从事公路和隧道的设计与研究工作。

大断面公路隧道的安全设计要点
唐明耀
（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司成都分公司，四川　成都　610045）
摘　要：随着我国高等级公路工程建设里程不断增加，大断面公路隧道越来越普遍，成为高等级公路工程中的重要组成部分。

大
断面公路隧道的设计及施工难度要高于普通公路隧道，结构安全及施工安全是必须要着重考虑的问题。

针对大断面公路隧道的安全影响因素进行分析研究，并结合都安高速公路工程实例探讨了大断面公路隧道安全设计措施，以期能够为该类隧道的安全设计提供相应参考。

关键词：大断面；公路隧道；安全设计。