分离式隧道

第1章绪论1.1 引言人类已经有好几百年修建公路隧道的历史，已经建成的公路隧道也已经非常之多的了。

现代公路隧道的修建是从荷兰盾隧道开始的。

这是一个双洞单向交通的隧道，其长度从左到右依次为2680m和2551m，高峰时的交通量为2000辆/时，使用盾构法进行施工，并且第一次使用了机械全横向式的强迫通风方法。

之后，随着隧道众多施工技术的出现，例如：挪威法、新奥法等方法的确立，到了2000年年底，长度超过3km以上的公路隧道已经快有400多座了，最长的达到了24.5km。

隧道在山岭地区能够克服地形或者高程等的障碍，不仅仅可以缩短里程、改善线形、提高车的速度、节省时间、节约燃料、保护生态环境、减少对植被的破坏；还可以防止落石、雪堆、塌方、雪崩等诸多危害。

在城市可以减少用地，构成立体式交叉交通系统，可以解决交叉路口的拥挤阻塞，提高社会的综合效益。

在江河、港湾、海峡等一些地区，可以在不影响水路通航的条件下。

修建隧道可以提高舒适性、确保路线的平顺性、行车安全和节约运费，还可以增强防护能力、增加隐蔽性和不受气候影响。

总结国内外大长公路隧道修建的以往重要经验，分析现代公路隧道现在存在的问题和将来的发展趋势，对于今后大长公路隧道的成功修建和运营水平的提高等等都具有着特别重要的现实和历史意义。

1.2 国内外研究现状近代的隧道起兴于大运河的时代，从十七世纪开始，欧洲陆陆续续的修建了许许多多的运河隧道，其中就包括法国的Languedoc运河隧道，它可能是最早使用火药开凿的公路隧道。

隧道施工与地面建筑物的施工有很大的不同，它的工作面特别的狭小、劳动条件又差、光线又暗、都给施工增加了极其大的难度。

隧道工程的施工条件是非常恶劣的，体力劳动的强度和施工难度均特别的大。

为了降低劳动的强度，人们曾经做过很多的努力。

古代一直使用“火焚法”和铁锤钢纤等非常原始的工具进行开挖施工，到了上个世纪逐渐才开始采用钻爆的方法进行施工作业，到现在为止大约已经有了一百多年的历史了。

在这个时间内发明了凿岩机，经过将近快一个世纪不懈的努力，发展成为了今天高效率的大型多头摇臂钻机，工人们已经能够从繁重的体力劳动中解放出来了。

与钻爆开挖法完全不相同的还有两种机械开挖方法。

一种是适用于软土底层的盾构机，发明于1818年，经过一个半世纪的不断改良，已经从手工开挖式盾构发展到了半机械化乃至全机械化的盾构，能广泛的适用于各种复杂软土底层的掘进。

另一种是适用于中等坚硬岩石地层的岩石隧道掘进机。

近十年以来我国已经修建了很多的长隧道、特长隧道和隧道群，公路隧道占公路里程的比重也在不断的逐渐增大。

于此同时隧道建设技术正在逐渐的提高与成熟。

据统计公路隧道在1791年的总长度已经修建将近超过1000km了。

特别的是由我国自行设计、施工、运营的秦岭终南山隧道终于通车了，20多里的秦岭终南山隧道不仅仅在长度一举超过了日本的关越隧道，跟单洞双向行驶的莱尔多隧道比较，它更加是世界上第一个采取双洞单向行驶的特长型隧道，全长一共72多里，建设规模越居世界第一。

目前，我国公路隧道的修建技术已有了很大的进步和发展，对围岩稳定技术、围岩动态量测反馈技术分析、运营交通监控技术、新型的防水、排水、堵水技术、支护和衬砌机构技术、组合式通风技术等等均有了许多成功的实例，其中一些成果已达到国际的先进水平。

1.3 分离式隧道施工方法II类围岩地段采取大管棚超前支护。

施工的时候严格的按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的原则组织施工。

隧道施工要坚持"弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测"的原则。

采用短台阶法的的开挖方法，台阶长度为4~10m，每循环进尺控制在0.5m到2.0m之间。

Ⅲ类围岩地段采取短台阶法，台阶长度为15m，循环进尺为2.5m。

1.3.1双侧壁导坑法双侧壁导坑法通常将断面分成四个部分：左、右侧壁导坑、上部核心土和下台阶。

其原理的本质是利用两个中隔壁从而把整个隧道大断面分成左中右3个小断面进行施工，左、右导洞先行，中间断面紧跟其后；初期支护仰拱成环之后，拆除两侧导洞的临时支撑，从而形成全断面。

两侧导洞均为倒鹅蛋形，这样有利于控制拱顶的下沉。

当隧道跨度很大的时候，地表沉陷的要求就非常严格，围岩条件特别差的时候，单侧壁导坑法难以控制围岩变形的时候，可采取双侧壁导坑法进行施工。

这种方法适应于围岩较差的地段。

但是同时增大了隧道开挖的工程量和资金的投资，而且也延长了施工消耗的时间。

1.3.2浅埋暗挖法浅埋暗挖法是一种在距离地表较近的地下进行各种各样类型地下的洞室暗挖施工的方法。

浅埋暗挖法依然采用新奥法的基本原理，初次支护承担全部的基本荷载，二次模筑衬砌作为安全储备；初次支护和二次衬砌一起承担特殊的荷载。

应用浅埋暗挖法进行设计与施工的时候，同时要采取多种辅助的施工工法，改善和加固围岩，调动一部分围岩的自承能力；并且采取不同的开挖方法进行及时的支护、封闭成环，让其与围岩共同的作用形成联合支护体系；在施工的过程中采用监控量测、信息反馈和优化设计，实现不塌方、少沉降、安全施工等要求，并且形成多种综合的配套技术。

浅埋暗挖法施工的地下洞室具备存在埋深浅、地下水、周围环境复杂、地层岩性差等一些特点。

由于灵活多变、造价低、拆迁少、无须太多专用的设备以及不干扰地面的交通和周围环境等众多的特点，浅埋暗挖法在全国类似的地层和各种地下工程中得到了广泛的应用。

在城市地下热力、西单车站、首钢地下运输廊道、电力管道中进行推广应用，并且已经形成了一套完整的综合配套技术。

1.3.3 （交叉中隔壁法）CRD法交叉中隔壁法是适用于在软弱围岩的大跨度隧道中，首先开挖隧道一侧的一或者二的部分，施做部分中隔壁和横隔板，再开挖隧道另一侧的一或者二的那一部分，完成横隔板施工；然后再开挖最先施工一侧的最后那部分，并且延长中隔壁，最后开挖剩余那部分的施工方法。

采用短台阶法很难确保掌子面的稳定的时候，适宜采用分部尺寸较小的CRD法，该工法对控制围岩变形是比较有利的。

土层、全风化层等等特殊的地段采用CRD法（交叉中隔壁法），CRD法（交叉中隔壁法）开挖的时候按照“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则进行组织施工。

1．4分离式隧道的施工问题1.4.1施工工序首先进行开工前准备，接着进行洞顶截水沟开挖、砌筑及洞口排水，洞口土石方开挖及临时防护，套拱、超前管棚等进洞辅助措施施工，然后浅埋段开挖、初期支护及仰拱施工，最后进行洞门及其附属工程施工。

1.4.2支护强度在隧道设计中，初期支护是隧道结构的组成部分，包含管棚、小导管、锚杆、挂网、喷浆等工序，而临时支护实在采用半导洞或CBR等工法开挖时采取的临时支撑形式，不属于隧道结构隧道支护衬砌的类型主要可以划分为整体式混凝土衬砌、装配式衬砌、复合式衬砌和锚喷衬砌三种。

1.4.3围岩稳定和动态施工控制隧道围岩不稳定性一般有：坍方、剥落、滑移、岩爆、碎裂松动、塑流涌出，膨胀内鼓等等，隧道稳定性就是指抵抗上述破坏，保持隧道围岩稳定，安全的力学性质。

与地质、气候、水文、人为活动等因素相关。

目前围岩稳定性的研究方法主要包括：理论分析法、模拟研究法和现场试验法等。

开挖进洞时，宜用钢支撑紧贴洞口开挖面进行支护，围岩差时可用管棚支护围岩，支撑作业应紧跟开挖作业，稳妥前进。

开挖前应做好测量施工放样工作，定出中线、腰线、开挖轮廓线，并报监理检查认可，方可进行钻眼。

小导管注浆超前加固围岩的施工段，必须严格按小导管设计的数量、长度、注浆要求施作。

如因围岩发生变化，应及时向监理、业主提出变更设计申请，严禁偷工减料。

1.5本隧道设计的研究内容对于本次设计隧道设计施工过程中存在的问题，我通过资料的在调查了解国内外分离式公路隧道修建技术和相关的施工工艺，在参考同类隧道的研究及工程经验基础上，根据大庆的地质情况，以及设计要求，将该隧道设计成分离式隧道，本设计主要的研究方面：(1)大庆端分离式隧道结构选型、构造要求以及衬砌结构设计检算。

根据围岩类别及地质情况，选择合理的断面结构、衬砌构造，确定支护和衬砌设计参数；确定计算荷载、建立计算模型、计算整理衬砌结构。

(2)大庆端分离式隧道施工技术研究。

根据围岩及地质情况，合理优选施工方法，在施工过程中确定减小各施工工序之间的相互影响，合理资源配置，同时确保隧道开挖围岩的稳定性及支护的安全性，在施工安全的前提下，缩短工期，降低工程成本。

(3)大庆端分离式隧道防排水问题研究。

隧道的渗漏水一直是一个难点，隧道防排水质量的好坏，直接影响隧道的质量、安全以及行车安全等。

本设计研究了隧道的综合防排水体系，达到隧道洞内不渗不漏，研究一套适合大庆端分离式公路隧道防排水施工技术。

(4)分离式公路隧道施工监测技术研究。

目前隧道开展较多的施工监测项目有：地表沉降、拱顶下沉、水平收敛、围岩压力、围岩与支护间的接触应力、钢支撑的内力、锚杆轴力、喷层应力等。

本设计在总结类似工程经验的基础上，设计了可行的监测方案，确保隧道的安全施工。

第2章工程概况2.1工程简介公路分离式盘田隧道大庆端位于盘田村，隧道处于构造剥蚀丘陵地区，隧道路基标高约300～307m，地面标高281～365m之间，丘坡植被发育，隧道进出口地形均较平缓，隧道区地质构造整体上比较简单，节理裂隙发育，未见大的断层通过，起终点为K261+945～K262+245，全长300m，最大埋深约60m。

根据《中国地震动参数区划图》，隧址区抗震设防烈度属六度区，设计基本地震加速度值a=0.05g，依据《公路抗震设计规范》（JTJ004-89）的有关规定，拟建构筑物建议按地震烈度七度进行设防，则其设计基本地震加速度值a=0.10g。

隧道设计的数据如表2-1所示。

表2-１隧道设计的数据公路等级始终桩号设计车速设计车道数目车道高度隧道建筑限界（m）高速公路K262+003～K262+263100km/h 4 5m 12.75=0.75+0.75+2×3.75 +3.00+0.752.2 区域地质概况本次勘探深度范围内基岩可分为全、强、弱三个风化带。

(1)全风化花岗岩：浅黄色，岩芯呈砂粒状。

标准贯入试验锤击数N63.5＝23～48击。

该层整个隧道表层都有分布，隧道出口处表层分布有薄层种植土。

(2)强风化花岗岩：浅黄色，岩石破碎呈块状、短柱状及中砂粒状，钻探过程中有响声。

该层在整个隧道中均有分布。

(3)弱风化花岗岩：浅灰色，岩性坚硬，岩芯大部分呈长柱状，少部分被机械破碎呈短柱状夹块状。

该层在整个隧道中都分布。

该隧道地下水主要为基岩裂隙水，本区水文地质条件简单，仅会出现滴水与渗水现象。

(1)隧道洞身处在Ⅲ类围岩地段时，岩体稳定性差,开挖易坍塌、冒顶，隧道掘进时建议采取支护措施，处在Ⅴ类围岩处的洞身建议采用锚喷混凝土支护。