寒区山岭公路隧道设计研究

寒区山岭公路隧道设计研究

发表时间：2018-07-13T14:01:51.743Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第7期作者：林世刚

[导读] 随着我国道路交通事业的良好发展，寒区山岭公路隧道工程日益增多

林世刚

中铁隧道勘测设计院有限公司天津 300133

摘要：随着我国道路交通事业的良好发展，寒区山岭公路隧道工程日益增多。寒区山岭公路隧道工程面临着复杂的地质状况和地形条件，且深受冻融影响。为有效保障寒区山岭公路隧道施工建设质量，要加强对寒区山岭公路隧道的设计研究。本文结合相关工程案例，探究了寒区山岭公路隧道设计，以期为寒区山岭公路隧道工程设计建设提供借鉴。

关键词：寒区山岭；公路隧道；设计

前言：当前，我国公路隧道工程施工技术日趋成熟，寒区山岭公路隧道工程项目也日益增多。寒区山岭公路隧道设计涉及诸多复杂因素，存在相对较大的设计难度。因此，在寒区山岭公路隧道设计过程中，要深入考察寒区山岭的地质状况和地形条件，结合寒区山岭公路隧道的具体要求，把握各项设计要点，对寒区山岭公路隧道进行科学设计。

一、案例工程概况

某寒区山岭公路隧道采用分离式双洞以及双向四车道，隧道左洞长970米，隧道右洞长940米。该隧道洞身主要为花岗岩岩性，隧道洞身具有108米的最大埋深。该隧道工程隧址地质构造复杂，地表属于第四系冲击层，其厚度在3米到10米范围之内。基岩为呈现出不同程度风化的花岗岩。该隧道工程所经区域具有丰富的水系河流，且分布有大量的沼泽湿地，地表积水较多，且呈现出较高的地下水位。该隧道工程隧址属于季节性的冻土区，平均最大洞深为2.3米。

二、寒区山岭公路隧道设计

1、隧道平纵面设计

遵循隧道工程路线相应的总体布设相关要求，对隧道平面进行设计，同时，要充分考虑隧道工程施工的便利性，并强化隧道通风以及日常管理，采用直线对隧道洞身平面线进行设计，使其与洞外接线保持良好的一致性，有效保障隧道路线安全、协调的整体布设，满足隧道工程的功能要求[1]。案例工程中，左线及右线隧道相应的纵断面均对人字坡进行采用，其中左洞为1.2%/1270m接—2.65%/760m，其凸曲线半径R为17142.857m；右洞为1.2%/1280m接—2.45%/760m，其凸曲线半径R为17534.247m。

2、隧道结构设计

（1）洞口洞门设计

要对隧道工程所在地区的地形地貌条件以及地质状况等进行综合考虑，在此基础上，对隧道洞口的具体位置进行选择，并遵循隧道工程路线的总体设计要求，参照洞口排水以及边坡稳定的相关要求，遵循“早出晚进”的进出隧洞原则，对边坡及仰坡高度进行有效控制，并有效避免破坏地表植被，有效减少隧道工程在运营过程中产生的冻融病害[2]。案例工程中，隧道洞门主要采用明洞式洞门以及削竹式洞门，具有较强的实用性，且能实现对反复冻融的有效承受，并避免隧道结构相关病害的大量产生，能实现隧道工程运营管理相关费用的大幅度降低。

（2）衬砌结构设计

对于寒区隧道实施衬砌机构设计，对隧道明洞以及浅埋洞口实施衬砌，要对抗冻胀性能良好的防水混凝土进行采用，并对混凝土相应的强度等级进行提高，对混凝土实际配比以及添加剂的具体含量进行严格控制，实现对干缩裂纹的有效减少和抗冻融能力的显著增强。有效保障隧道明洞相应的回填土厚度，使之超过隧道隧址相应的最大平均冻深。同时，要有效保障回填层顶面具有通畅的排水效果，避免积雪积水。要对曲边墙钢筋混凝土进行采用，对隧道明洞实施衬砌。要将隧道明洞基底设置于多年平均冻深之下，同时，应将厚度为2.3米的低冻胀砾石土回填于拱顶之上[3]。遵循新奥法，对洞身结构实施复合式衬砌。立足于洞身结构，采用工程类比法，对衬砌相关支护参数进行计算确定。

（3）对不良地质地段进行处治

对于隧道洞口浅埋段，要采用超前大管棚设计实施有效的预加固，并对钢筋混凝土相应的衬砌形式进行采用。在施工过程中，要加快仰拱施工的进度，并尽早完成对封闭承载体系的构建，避免采用不恰当的施工工艺，造成地面下沉以及拱脚错位等现象。对于反复冻融进行处治：部分地段的地层岩性呈现出相对较大的变化，且岩质较为柔软，缺乏较强的承载力，反复冻融会导致结构强度出现降低、不均匀沉降、结构损伤以及隧道设计实际寿命的缩短。因此，可在隧址相应的平均最大冻结线下部承载力较强且强度较大的岩层中对基础进行设置；在隧道洞口段明洞，对防水层进行设置，再采用厚度在2.3米以上的低冻胀砾石土进行回填；在软弱破碎地段，对沉降缝进行设置，在温差呈现较大变化的洞口段，对伸缩缝进行设置[4]。

3、公路隧道防排水设计

（1）公路隧道防排水设计原则

寒区山岭公路隧道防排水设计要遵循“防、排、截、堵”相结合的原则，立足于寒区山岭公路隧道工程的实际状况，采用具有较强科学性的设计方案和施工措施，有效保障公路隧道防排水相关结构设备的使用功能。要遵循“保护冻土”的原则，对防排水进行科学设计，促进对融化圈范围的尽量缩小；要对混凝土相应的自防水能力进行充分利用，实现有效防水，要遵循公路隧道工程防水相关规范的具体规定，对混凝土的抗渗等级进行确定。要遵循相关标准规定的防水等级，对隧道衬砌的防水等级进行确定。

（2）寒区山岭公路隧道防排水措施

寒区山岭公路隧道工程处于温度较低的环境中，其衬砌背后以及隧道洞内排水系统极易在冻结影响下阻碍排水的通畅性。基于上述特点，可对寒区山岭公路隧道设置环向排水盲沟、横向及纵向排水管、防水板与相应垫层、隧道内部排水沟以及保温隔热层等，共同构成寒区山岭公路隧道防排水系统，改善防排水效果，并增强公路隧道的防寒保温功能。（1）防水措施：对衬砌相应的防水性能进行加强，

提高衬砌抗渗等级；将具有耐低温性能的防水板卷材铺设在外层支护与中层衬砌之间；采用具有耐低温性能的止水条带对伸缩缝以及沉降缝等进行处理。（2）排水措施。借助各类排水设施，诸如盲沟、泄水洞等有效排走隧道洞内积水。寒区山岭公路隧道排水设计具有较强的特殊性，要避免相应的排水沟以及出水口出现冻结，具体可从以下方面着手：①将环向渗水软管设置于外层支护以及中层衬砌背后，并将防水板以及土工布在二次衬砌背后进行铺设，将纵向排水盲管在墙脚外侧进行设置。②将排水沟设置为暗沟，避免排水边沟发生冻结，并对保温层及盖板进行设置。基于气温条件以及保温层实际设置厚度，对排水边沟的具体深度进行设置。③在路基排水工程中，对隧底中心沟进行采用，要对横向保温支管进行配套设置，对墙脚外侧相应的纵向排水管内积累的水流进行引流，有效排到隧底中心水沟，有效避免管内水分产生冻结，堵塞排水管[5]。

结语

综上所述，寒区山岭公路隧道工程设计具有较强的特殊性和复杂性。因此，要深入考察寒区山岭公路隧道所在地的地质状况和地质条件，并立足于寒区山岭公路隧道工程实际状况，对隧道平纵面、隧道洞口洞门、衬砌结构以及防排水结构等进行科学设计，有效保障寒区山岭公路隧道设计的科学性，为寒区山岭公路隧道施工建设奠定良好的基础。

参考文献

[1]张家新. 高海拔寒区公路隧道洞口不良地质问题与洞口设计对策研究[J]. 公路，2016（10）：257-260.

[2]展利堂. 寒冷地区某山岭隧道渗漏水病害分析研究[J]. 文摘版：工程技术，2015（14）：269-269.

[3]杨雪峰. 严寒地区山岭隧道涌水流砂地层施工技术探讨[J]. 山西建筑，2016，42（18）：148-149.

[4]闫立来. 山岭区高速公路隧道地质选线设计体会[J]. 山西交通科技，2016（1）：40-43.

[5]戈繁. 浅议山岭地区隧道施工[J]. 中国高新技术企业，2016（29）：101-103.