既有隧道改扩建工程结构安全性研究
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１ ９ ９ ５年 ， 为 单洞 ２车 道 、 双 向 ４车 道 ， ２洞 成 分 离式 布置 ， 长约 ５ ７ ７ ｍ。位 于机 动 车隧道 北侧 的行 人及非 机动 车 隧道建成 于 ２ ０ ０ ５年 ， 其路 面净 宽 约 ６ ． ５ ｍ， 长
５ ８ ８ ｍ。详 见 图 １ 。
Ａ
非机动 车隧道
采用 Ｆ Ｌ ＡＣ 数 值 模 拟 及 理 论 分 析 手 段 ， 研 究 深 埋
（ 右幅） ， 长度均 为 ５ ７ ６ ｍ， 现状路面标高为 １ ０ ． ９ ～
２ ３ ． １ ｍ， 现 状 隧 道左 、 右｝ 同分 开 ， 为 双 向 ４车 道 ， 左、
及 浅埋 条 件下 既有 隧道 改扩 建施 工过 程 中结构 安全 性， 并 进行 评价 ， 为 工程设 计 与施 工提 供依据 。
且 右洞 局部 出现 混凝 土剥 落 及 二次 衬 砌 完 全脱 空 ，
详见图 ２ 。
Ａ ． Ｋ０ ＋３ ６ ０断面
一 一
图 ２ 金 鸡 山 隧道 病 害 示 意 图
由于近年来 福 州 市 社会 经 济 水 平 的不 断 发 展 ， 金鸡 山隧道洞 内 ４车道 与洞外 道路 ８车道 严重 不 匹 配， 已成 为二 环路 的三大 拥堵 点之 一 。因此 ， 金 鸡 山 隧道 的拓宽改 造是 彻 底 解决 隧道 病 害 隐 患 的需 要 ， 也 是缓解 交通 拥堵 压力 的需要 。
பைடு நூலகம்公路 隧道
２ ０ １ ３年 第 １ 期（ 总第 ８ １期 ）
既 有 隧 道 改 扩 建 工 程 结 构 安 全 性 研 究
李 健 李 昕 李 华
（ 中交第二公路勘察设计 研究 院有限公司 武汉 ４ ３ ０ ０ ５ ６ ）
摘 要
基于既有隧道改扩建工程， 采用数值模拟与理论分析等手段， 开展改扩建隧道工程施工结构安全性研
究 。通过分 析改 扩建 隧道下 穿既有 人防隧道施工过程结 构 内力 与变形 规律发 现 ， “ 短进 尺 ， 快 封闭” 的施 工方案能
够较为有效控制 围岩应力 释放 ， 人 防工程沉 降较小 ， 扩建隧道工程变形呈整体下沉趋 势 ； 同时可 以通过 调整仰拱及
二衬施做 时问 ， 在距离掌子面 ２ ０ ￣３ ０ ｍ左 右及 时施做二衬 ， 来 及时控制 断面封 闭后 长期沉 降。研 究成果 为控制土
２ 工 程 概 况
２ ． １ 工 程背 景
分别拓宽为单洞 ４ 车道 ， 由此 ， 断面由双向 ４ 车道扩 宽 为双 向 ８车道 ， 上 述行 人 及 非 机 动 车 隧 道保 持 现
状不 动 。
本 项 工程 拟建 场地位 于福 州晋 安 区原金 鸡 山隧
道 区域 内 ， 西起 福 铁 四公 司宿 舍 、 福 铁 水 头新 村 ， 东 至鹤林 小 学 、 海军福州 物资站， 修建桩号 为 Ｚ Ｋ ０ ＋
３ ５ ７ －Ｚ Ｋ０ ＋９ ３ ３ （ 左幅） 和 Ｙ Ｋ０ ＋３ ５ ５ ～ ＹＫ０ ＋９ ３ １
由于隧道 工程 改扩 建存 在 围岩 条件差 、 富水、 大
断 面及下 穿人 防工 程 等 等 纵 多 施 工难 点 ， 有必 要 针
对 其 改扩 建施 工过 程 中结构 安全 性进 行评 价 。本文
—
既有隧道左 洞
一
既有隧道 右洞
图 １ 金 鸡 山隧 道 现 状 横 断 面 图
由于 当地 隧道 交通 现状 及 既有 隧道存 在病 害等 原因， 决 定进 行 隧道 改 扩 建 施 工 。本 次 隧 道 改造 主 要是 对 机动 车隧 道进 行 原 位 拓 宽 ， 把 原单 洞 ２车道
体沉降 ， 保护周边建筑设施 的安全使用提供 了依据 。
关 键词 大断面 下穿施工 既有隧道 改扩建 Ｆ Ｉ Ａ Ｃ ∞
１ 引 言
隧 道改 扩建 是指 对技 术标 准不 能满 足运输 要求 的既有 隧道进 行 技术 改扩 建 ， 主要 内容 包 括 调 整线 路平 、 纵断面， 扩 大 隧道 净 空 ， 增 设 洞 内建 筑 物 或者 对 隧道局 部损 坏地 段 的补 强 与修 复 ｌ 】 ］ 。对 既 有线 进行 技 术改建 而 要求 隧道 改 扩 建 的一 般 形 式 有 ： 既 有单 线 隧道 改建 ， 既 有单 线 隧道 改 建 为 双 线 或 多线 隧道 ， 以及既有 单 线隧道 改 建 并增 建 复线 隧 道ｌ ４ ｑ］ 。 国内外 既有 隧道 改扩 建 的项 目较 多 ， 如 日本 的天 王
２ ０ １ ３年 第 １ 期（ 总第 ８ １ 期）
既有 隧道 主要存 在 ２方 面的 问题 ： 病 害与 交通 。
金鸡 山隧道从 建成 至今 已有 ｌ ７ 年 之久 ， 由于材 料老
化及 当时设计 施工 技 术 水 平 较低 等 原 因 ， 施 工缺 陷 较多， 如二衬 凹 凸不 平 ， 多 蜂 窝麻 面 ， 多施 工 间 隙缝 等； 围岩较好 ， 少 渗漏水 ； 右 洞裂缝 较左 洞更 发育 ， 并
Ｃ ３ ０ ｍ Ｂ
山隧道 、 大藏 隧道 扩 挖 ， 福建 大 帽 山隧 道 、 四川 盘 龙 山隧道 、 广 东六 甲洞 隧道 、 陕 西千 阳岭 隧道等 ［ ８ － １ ｏ ］ 。 既有 金鸡 山隧道 位 于 福 州市 二 环 路 东 北段 ， 均
为复合式衬砌结构 ， 由２ 座机动车隧道和一座行人 和非 机 动 车 隧 道 组 成 。其 中， 机 动 车 隧 道 建 成 于
２ ． ３ 改扩建 方案
Ｂ Ｋ ０ ＋５ ５ ５断面
拟 建拓 宽隧 道 的拓 宽方 案为在 现有 隧道 的基础 上， 挖 除现有 隧道 的衬砌 ， 将 双 向 ４车道 拓改 为双 向
右洞 中心线 距 离 为 ３ ７ ． ６ ５ ｍ￣ ３ ８ ． ５ ５ ｍ， 左 右洞 边 距
为２ ８ ． ２ ～２ ８ ． ５ ｍ， 现状左、 右洞隧道轮廓线宽度均为 １ ０ ． ９ ｍ， 轮廓线高度为 ９ ． ４ ｍ， 有效高度为 ４ ． ５ ｍ。
・
７ ・
公 路 隧道
２ ． ２ 改扩建原 因
５ ８ ８ ｍ。详 见 图 １ 。
Ａ
非机动 车隧道
采用 Ｆ Ｌ ＡＣ 数 值 模 拟 及 理 论 分 析 手 段 ， 研 究 深 埋
（ 右幅） ， 长度均 为 ５ ７ ６ ｍ， 现状路面标高为 １ ０ ． ９ ～
２ ３ ． １ ｍ， 现 状 隧 道左 、 右｝ 同分 开 ， 为 双 向 ４车 道 ， 左、
及 浅埋 条 件下 既有 隧道 改扩 建施 工过 程 中结构 安全 性， 并 进行 评价 ， 为 工程设 计 与施 工提 供依据 。
且 右洞 局部 出现 混凝 土剥 落 及 二次 衬 砌 完 全脱 空 ，
详见图 ２ 。
Ａ ． Ｋ０ ＋３ ６ ０断面
一 一
图 ２ 金 鸡 山 隧道 病 害 示 意 图
由于近年来 福 州 市 社会 经 济 水 平 的不 断 发 展 ， 金鸡 山隧道洞 内 ４车道 与洞外 道路 ８车道 严重 不 匹 配， 已成 为二 环路 的三大 拥堵 点之 一 。因此 ， 金 鸡 山 隧道 的拓宽改 造是 彻 底 解决 隧道 病 害 隐 患 的需 要 ， 也 是缓解 交通 拥堵 压力 的需要 。
பைடு நூலகம்公路 隧道
２ ０ １ ３年 第 １ 期（ 总第 ８ １期 ）
既 有 隧 道 改 扩 建 工 程 结 构 安 全 性 研 究
李 健 李 昕 李 华
（ 中交第二公路勘察设计 研究 院有限公司 武汉 ４ ３ ０ ０ ５ ６ ）
摘 要
基于既有隧道改扩建工程， 采用数值模拟与理论分析等手段， 开展改扩建隧道工程施工结构安全性研
究 。通过分 析改 扩建 隧道下 穿既有 人防隧道施工过程结 构 内力 与变形 规律发 现 ， “ 短进 尺 ， 快 封闭” 的施 工方案能
够较为有效控制 围岩应力 释放 ， 人 防工程沉 降较小 ， 扩建隧道工程变形呈整体下沉趋 势 ； 同时可 以通过 调整仰拱及
二衬施做 时问 ， 在距离掌子面 ２ ０ ￣３ ０ ｍ左 右及 时施做二衬 ， 来 及时控制 断面封 闭后 长期沉 降。研 究成果 为控制土
２ 工 程 概 况
２ ． １ 工 程背 景
分别拓宽为单洞 ４ 车道 ， 由此 ， 断面由双向 ４ 车道扩 宽 为双 向 ８车道 ， 上 述行 人 及 非 机 动 车 隧 道保 持 现
状不 动 。
本 项 工程 拟建 场地位 于福 州晋 安 区原金 鸡 山隧
道 区域 内 ， 西起 福 铁 四公 司宿 舍 、 福 铁 水 头新 村 ， 东 至鹤林 小 学 、 海军福州 物资站， 修建桩号 为 Ｚ Ｋ ０ ＋
３ ５ ７ －Ｚ Ｋ０ ＋９ ３ ３ （ 左幅） 和 Ｙ Ｋ０ ＋３ ５ ５ ～ ＹＫ０ ＋９ ３ １
由于隧道 工程 改扩 建存 在 围岩 条件差 、 富水、 大
断 面及下 穿人 防工 程 等 等 纵 多 施 工难 点 ， 有必 要 针
对 其 改扩 建施 工过 程 中结构 安全 性进 行评 价 。本文
—
既有隧道左 洞
一
既有隧道 右洞
图 １ 金 鸡 山隧 道 现 状 横 断 面 图
由于 当地 隧道 交通 现状 及 既有 隧道存 在病 害等 原因， 决 定进 行 隧道 改 扩 建 施 工 。本 次 隧 道 改造 主 要是 对 机动 车隧 道进 行 原 位 拓 宽 ， 把 原单 洞 ２车道
体沉降 ， 保护周边建筑设施 的安全使用提供 了依据 。
关 键词 大断面 下穿施工 既有隧道 改扩建 Ｆ Ｉ Ａ Ｃ ∞
１ 引 言
隧 道改 扩建 是指 对技 术标 准不 能满 足运输 要求 的既有 隧道进 行 技术 改扩 建 ， 主要 内容 包 括 调 整线 路平 、 纵断面， 扩 大 隧道 净 空 ， 增 设 洞 内建 筑 物 或者 对 隧道局 部损 坏地 段 的补 强 与修 复 ｌ 】 ］ 。对 既 有线 进行 技 术改建 而 要求 隧道 改 扩 建 的一 般 形 式 有 ： 既 有单 线 隧道 改建 ， 既 有单 线 隧道 改 建 为 双 线 或 多线 隧道 ， 以及既有 单 线隧道 改 建 并增 建 复线 隧 道ｌ ４ ｑ］ 。 国内外 既有 隧道 改扩 建 的项 目较 多 ， 如 日本 的天 王
２ ０ １ ３年 第 １ 期（ 总第 ８ １ 期）
既有 隧道 主要存 在 ２方 面的 问题 ： 病 害与 交通 。
金鸡 山隧道从 建成 至今 已有 ｌ ７ 年 之久 ， 由于材 料老
化及 当时设计 施工 技 术 水 平 较低 等 原 因 ， 施 工缺 陷 较多， 如二衬 凹 凸不 平 ， 多 蜂 窝麻 面 ， 多施 工 间 隙缝 等； 围岩较好 ， 少 渗漏水 ； 右 洞裂缝 较左 洞更 发育 ， 并
Ｃ ３ ０ ｍ Ｂ
山隧道 、 大藏 隧道 扩 挖 ， 福建 大 帽 山隧 道 、 四川 盘 龙 山隧道 、 广 东六 甲洞 隧道 、 陕 西千 阳岭 隧道等 ［ ８ － １ ｏ ］ 。 既有 金鸡 山隧道 位 于 福 州市 二 环 路 东 北段 ， 均
为复合式衬砌结构 ， 由２ 座机动车隧道和一座行人 和非 机 动 车 隧 道 组 成 。其 中， 机 动 车 隧 道 建 成 于
２ ． ３ 改扩建 方案
Ｂ Ｋ ０ ＋５ ５ ５断面
拟 建拓 宽隧 道 的拓 宽方 案为在 现有 隧道 的基础 上， 挖 除现有 隧道 的衬砌 ， 将 双 向 ４车道 拓改 为双 向
右洞 中心线 距 离 为 ３ ７ ． ６ ５ ｍ￣ ３ ８ ． ５ ５ ｍ， 左 右洞 边 距
为２ ８ ． ２ ～２ ８ ． ５ ｍ， 现状左、 右洞隧道轮廓线宽度均为 １ ０ ． ９ ｍ， 轮廓线高度为 ９ ． ４ ｍ， 有效高度为 ４ ． ５ ｍ。
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７ ・
公 路 隧道
２ ． ２ 改扩建原 因