四车道公路隧道施工的力学研究

Value Engineering

0引言

随着经济的发展，车流量日益增加的社会需求，采用

双车道公路隧道的理论进行设计、

施工，已不能符合实际需求。

因此目前国内的公路隧道施工逐渐倾向于采用四车道公路隧道的施工，同扁平率较大的单洞双线公路隧道的施工不同，四车道公路隧道的大断面隧道，横断面的跨度较双车道增加了一倍，如还按照双车道隧道施工的高跨比即扁平率来设计，工程造价会有大幅提升，因此我们只能以降低扁平率的方式来降低成本。因为扁平率的降低，会造成对围岩稳定度以及隧道结构稳定性的极大影响，尤其在以自重应力场为主的情况下对扁平结构影响会更大，必然由此带来更多新的技术问题。

对四车道公路隧道施工中的力学体系进行深入研究

越来越显得重要。

同时此课题的研究也适合我国基础建设的设计与施工实际需求，从而使四车道隧道施工达到经济合理、安全快速的施工要求。

1国外四车道隧道施工现状分析国外如瑞典、奥地利、挪威、日本以及韩国在四车道公路隧道领域的建设中处于世界先进水平，其中又以韩国最为熟练和先进。新奥法设计与施工技术、围岩动态分析技术、中隔壁法、TBM 法和双侧壁导坑超前法等技术在大跨度扁坦公路隧道施工中被广泛应用。

韩国现有的11座四车道大跨度公路隧道全是采用的新奥法（NATM 法），在设计、施工上根据实际地质，采用土

力学和岩力学中的数值分析方法进行计算。

结合新奥法基本原理和要求，在实际施工期，在洞室内部进行严格的监

控测量。

具体工作有拱周边变形监测、围岩变形监测、拱顶下沉监测、锚杆轴力和锚固力的测定以及喷射混凝土与围岩间接触应力的测定等一系列内容。

2国内四车道施工现状分析过去，我国公路隧道主要为二车道或三车道，这也是由我国实际情况所决定的：①国内岩石的物理力学特性及隧道工程地质条件相当复杂；②国内在大跨度扁坦公路隧道施工上千差万别，没有统一的勘查规范；

③行业内极少有关于大跨度公路隧道施工力学、施工方法、断面结构和支护衬砌工艺等研究的学术成果。

而国内的四车道公路隧道多数处于规划和建设中。1990年通车的沈大高速全长375公里，是国内双向四车

道开创新纪元，被称为

“神州第一路”。不过现在也因日益增加的车流量而不堪重负。2003年2月21日，

国务院所批“十五”期间重点改扩建项目，由交通部确定的“高速公

路改扩建示范工程”的沈大高速开始全线封闭改扩建，

从双向四车道改为双向八车道。这就充分暴露了我们在实际的设计和施工过程中，缺乏超前意识，以静止的观点规划高速公路建设，结果不断的重复投资和重复建设，造成资金和原材料等资源的浪费。

3现行隧道工程设计与施工方法分析与研究

传统的隧道设计是基于经验设计方法的“荷载一结构”模式，而在理论上更为完善、合理的“岩体一结构”模式中，围岩不但是荷载，而且也是结构，在分析过程中要重视结构与围岩的共同作用，以及围岩的自承能力，体现了新

奥法的理念与精髓。在实际隧道和地下工程施工中，

关键的问题是开挖和支护两个工序。

在施工力学行为上，四车道公路隧道施工与两车道公路隧道有着明显的区别，不仅跨度大于断面扁平，且在自重应力场作用下，围岩开挖后拱部岩体向洞内变形导致两侧岩体向外挤压，使边墙部位产生拉应力区。水平收敛远远小于拱顶下沉，尤其在边墙位移小，部分位移甚至向外发生膨胀。拱顶下沉是四车道隧道中围岩稳定判据的关键

因素。位移随着开挖呈台阶式增加，

而历时曲线则总体呈S 形，用Hill 函数拟合其拟合程度最好。

3.1大跨度公路隧道分部开挖施工力学分析岩体在初始应力状态（自重及参与构造应力状态等）下处于一定的平衡状态。当洞室开挖之后，由于工程力的作用破坏了原先的初始状态，使洞室周围一定范围内的缘由岩体受到

影响。从洞室开挖始，

原先的初始状态被工程力的作用破坏，洞室周围的原有岩体受到影响，在影响范围内的那部

分岩体即称之为围岩。

围岩的稳定性是指在保持施工中洞——————————————————————

—作者简介：姚永春（1971-），男，山西原平人，高级工程师，研究方

向为企业公路工程管理。

四车道公路隧道施工的力学研究

Mechanics Research of Four-lane Highway Tunnel Construction

姚永春YAO Yong-chun

（山西路桥第一工程有限责任公司，太原030006）

（Shanxi Highway &Bridge No.1Engineering Co.，Ltd.，Taiyuan 030006，China ）

摘要：随着当前社会经济的不断发展，国内的公路隧道施工摒弃了既往的双车道公路隧道设计施工模式，逐渐倾向于采用四车

道公路隧道的施工，本文从四车道隧道施工的技术问题入手，研究并探讨了一系列四车道公路隧道施工过程中所面临的力学问题。Abstract:As the development of current social economy,the domestic highway tunnel construction abandons the traditional two-line

highway tunnel construction model,and gradually adapts four -lane highway tunnel construction.Starting from the four lane tunnel construction technology,this paper studies and discusses a series of mechanics issue in four-lane tunnel construction process.

关键词：四车道公路隧道；力学；新奥法Key words:Four-lane highway tunnel ；mechanics ；new Austrian method

中图分类号：U455

文献标识码：A

文章编号：1006-4311（2013）02-0097-02

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