四车道特大跨超浅埋小净距隧道设计与施工论文

四车道特大跨超浅埋小净距隧道设计与施工摘要：结合广深沿江高速公路（东莞段）宴岗单洞四车道隧道的设计与施工情况，简要介绍特大跨度、超浅埋小净距隧道的设计与施工的关键技术。

关键词：特大跨度超浅埋小净距隧道设计施工

1.工程概况

宴岗隧道为广深沿江高速（东莞段）主线上的两座特大跨度隧道之一，为双洞八车道分离式短隧道，设计时速100km/h。右线隧道起讫桩号为：yk49+866～yk50+166，全长300m；左线隧道起讫桩号为：zk49+861～zk50+171，全长310m；

隧道洞身范围主要通过砂砾状强风化混合片麻岩、碎块状强风化混合片麻岩、中风化混合片麻岩等地层、隧道最大埋深40m，隧道洞身围岩级别主要为ⅳ～ⅴ级。

该隧道主要有以下突出特点

（1）开挖断面大、扁平率小、最大开挖跨度21.28m,高9.45m （不含仰拱），断面积为243m2,属于特大跨度隧道；扁平率低，仅为0.50，不利于应力重新分布；

（2）埋深浅、且存在偏压，隧道洞身埋深2～40m,全隧道强风化层较厚，为超浅埋隧道。

（3）左右线隧道间线间距18m，净岩柱15.97～16.57m（约为0.76b，b为开挖跨度），左右线隧道互为小净距隧道。

（4）目前国内类似工程较少，无相关的设计与施工规范和规定，

无特大跨度、小净距隧道施工的相关监控量测标准，可借鉴的经验很少，确定合理的隧道衬砌内轮廓、支护结构参数、施工方案及监控量测控制指标较难。

2.隧道支护结构设计

2.1衬砌内轮廓确定

隧道内轮廓断面主要有单心园、三心园以及五心园等三种形式，经过多种方案的分析比较，宴岗隧道的内轮廓采用三心圆曲墙带仰拱的断面形式；在确定采用三心园曲墙带仰拱断面后，通过对采取不同的高宽比（断面高度与断面宽度的比值）条件下衬砌结构的力学效应、经济性作比较，最终确定采用净宽为18.88m，净高9.45m(设计高程基线以上)，高宽比约为0.50的隧道内轮廓,具体见隧道内轮廓断面图1。

图1 衬砌内轮廓设计图

2.2 结构支护参数确定

暗挖段均按新奥法施工原理进行设计，采用复合式衬砌。根据本隧道围岩级别、跨度、埋深、地质情况等初步拟定一套支护参数，通过运用ansys等相关结构软件的理论计算、分析、比较，并通过工程类比逐步调整相应的支护参数，最终确定如下隧道支护参数，具体见表1：

隧道支护参数表表1

2.3衬砌结构断面

根据表1所示的隧道支护参数确定隧道衬砌断面，衬砌断面采用等截面形式，隧道最大开挖宽度21.28m,高14.15（包含仰拱），最大开挖面积243.12m2,典型衬砌断面图见图2。

图2 典型衬砌断面图

3. 施工技术

3.1 洞口段施工技术

3.1.1地表预加固及超前预计固措施

隧道进、出口自然山坡较缓（进口约20°，出口约17°），埋深较浅，洞口及洞身地面横坡1：2～1：2.5,地形偏压较为严重。为保证施工安全和减少地形偏压对结构的不利影响，施工前先采用φ75钢管桩地表注浆及φ108大管棚超前预注浆加固洞口段围岩，提高围岩的自稳承载能力，减少围岩侧向压力。

3.1.2合理开挖工序

隧道开挖断面大，临时边仰坡较高,洞口段采用预留核心土的施工工法并采用合理的开挖工序保证洞口段临时边仰坡稳定性，具体施工工序如下：

①施作地表注浆加固→②三台阶拉槽开挖上半断面至明暗分界桩号处→③施作超前大管棚→④双侧壁导坑法开挖暗洞→⑤待暗洞施工约20m后施作洞口明挖段衬砌;洞口段施工工序见图3。

图3洞口段施工工序图

3.2 洞身施工技术

3.2.1洞身施工方案选取

单洞四车道隧道和以往的两车道或三车道隧道相比，由于跨度加大，而高度变化不大，使结构形状变得更加扁平，因而开挖后应力重新分布变差，边墙脚处的应力集中过大，拱顶不稳定加大了松弛地层压力。就目前的隧道施工水平，适合特大跨度隧道的施工方法主要有中壁法和双侧壁导坑法两种，两种施工方法比较见表2.

施工工法比较表表2

本隧道v级围岩段埋深浅，地质条件差，采用双侧壁导坑法施工比较合适，ⅳ级围岩段采用中壁法施工较为合适，但考虑到隧道短，ⅳ级围岩段落占全隧道比例小，为尽量避免施工工法转换过于频繁，造成坍方等安全事故，暗挖段均双侧壁导坑法开挖方案施工。

3.2.2 双侧壁导坑法施工工序

本隧道暗挖段均采用双侧壁导坑法施工，其施工工序如下，具体见图4：

图4 双侧壁导坑法施工工序图

（1）利用上一循环架立的钢架施作超前支护→弱爆破开挖（1）部→喷混凝土封闭掌子面→施作（1）部导坑周边初期支护和临时支护。

（2）在滞后于（1）部一段距离后，弱爆破开挖（2）部→施作

（2）部导坑周边初期支护和临时支护。

（3）在滞后（2）部开挖5～10m后弱爆破开挖（3）部，其施做步骤及工序同1。

（4）在滞后（3）部适当距离后弱爆破开挖（4）部，其施做步骤及工序同2。

（5）在滞后（4）部开挖5～10m后利用上一循环架立的钢架施作超前支护→弱爆破开挖部→喷混凝土封闭掌子面→施作隧道拱部初期支护和临时支护。

（6）在滞后（5）部适当距离后开挖（6）部，架立i18临时横撑钢架。

（7）在滞后于（6）部适当距离后，弱爆破开挖（7）部，施做隧底部分初期支护。

（8）施做仰拱及小边墙部分衬砌（ⅷ）。

（9）灌筑仰拱填充部分（ⅸ）。

（10）根据根据监控量测分析结果，待上一循环二次衬砌达到设计强度的75%时，拆除i18临时钢架，利用衬砌模板台车及时一次性灌筑拱墙衬砌（ⅹ）。

3.3 小净距隧道施工技术

为了尽量减少小净距隧道中间岩柱塑性区范围、有效控制中间岩柱变形，保护中间岩柱的稳定，主要采取了加固中间岩柱、采用合理施工方法和工序两项基本措施。

3.3.1加固中间岩柱措施