单洞四车道隧道设计浅谈

度或大断面 ， 特别是软弱 围岩的施工（ 见图 ２ 。此 ）
两种工况双侧壁导坑法进行模拟分析。 地层 结 构 法 计 算 结 果 表 明 ， Ｖ 级 围岩 ２ 在 ０ｍ 埋深 条件下 ， 当不考虑 辅助 施工 措施 如超前 管棚 、 注
浆小 导管 等措施 时 ， 围岩变 形 收敛而且 稳定 ， 变形 但
３ ）开挖方 式 的选 取 。对 于 Ｖ、 Ⅳ级 围岩 ， 由于
洞 口Ｖ级 围岩浅埋偏压段
Ｖ级 围 岩 深埋 段
地质 条件差 ， 多位于 洞 口及 浅埋 段 ， 且 围岩 自稳能 力 差 ， 工 风险大 ， 施 设计 选用 了双侧 壁导 坑 的施 工开 挖
Ｃ ５防水钢筋混凝土 ７ ｍ ３ ０ｃ Ｃ ５防水钢筋混凝土 ６ ｍ ３ ０ｅ Ｃ ５防水钢筋混凝土 ６ ｍ ３ ０ｅ Ｃ ５防水钢筋混凝土 ５ ｍ ３ ５ｃ
和二 次衬砌 之 间设 置 防水层 。
张茅 隧 道 处 于 陕县 硖石 乡与 张茅 乡 的交界 处 ，
区域地貌属豫西低山区， 地形起伏变化较大 ， 区内沟 谷发 育 ， 岩石 裸 露 。隧 址 区地 层 岩 性 为 震 旦 系 （ ｚ） 安 山岩 ， 部 １０～ ． 中风化 ， 上 ． ５ ０ｍ 厚层状 构造 ， 岩质
２ 月 ； 级 围岩 ３ ／ ； ０ｍ／ １ Ｖ ０ｍ 月 Ⅲ级 围岩 ４ 月。张 ５ｍ／
茅 隧道推 荐方案 由 于是 单 洞 四 车道 隧 道 ， 工工 序 施 多 ， 叉作业 频繁 ， 交 施工进 度较 慢 。按照 正常施 工进 度需 要净施 工时 间约 ２ ７个月 ， 不能 满足施 工工期 要 求 。综 合 考 虑 在 Ｒ ９ Ｋ ８＋２ ０处 设 置 一 处 长 度 约 ０ ５ ｌ ０ｎ 的横通 道增加 一个 工作 面 ， 另外 在运 营期 间作
岩垂直位移（ ｍ）
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张茅 隧 道设计 行车 速 度 １０ｋ ／ ， ０ ｍ ｈ 布置 形 式 为 单 洞单 向四车道 ， 隧道建 筑 限界 宽 １．５ｍ（ ．５ｍ ８２ ０７
＋ ． ４Ｘ ． ５ｍ＋１ｍ＋１ｍ） 限高 ５ｍ。设 置 ０ ５ｍ＋ ７ ３ 、 两处 紧急停 车带通 道 和一处 横通道 。
第３ ８卷第 １ 期
２１ ０ ２年 ３月
湖
南
交
通
科
技
Ｖｏ． ８ Ｎｏ． １３ １
Ｍａｒ２ ２ ｉ Ｏ１ ．
ＨＵＮＡＮ ＣＯＭＭＵＮＩ ＣＡＴＩ ＯＮ ＣＩ Ｓ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
文章 编号 ：１０ －４ Ｘ（０２ ０ —１４０ ０８８４ ２ １ ）１０２ —３
项 目建议 采用 双侧 壁导 坑法 和短 台阶七步 开挖 法 。 １ ）双侧 壁导 坑 法 。双 侧 壁 导 坑 法适 用 于大 跨
施 工工 法 与初 期 支 护采 用 地 层 结 构 法 进 行 设 计 ， 用 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 分析软 件对 隧道 结构进 行 理 采 ＮＹ 论分 析验算 和校 核 。计 算 对 象 主要 针 对 Ｖ 级 浅 埋 双侧 壁导坑 法 ， 目的是 为 了 验证 施 工 工 法及 初 期 支 护 的安全 性 。对 Ｖ 级 围 岩 ２ 埋 深 与 ４ 埋 深 ０ｍ ０ｍ
竺
ｌ ０ ． ０１ ９
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图 １ 单 洞 四车 道 隧 道 内轮 廓 图 （ 单位 ：ｍ） ｃ
本 段 改扩 建 项 目拟设 单 洞 四车 道 隧道 ３座 ， 其 中张 茅隧 道 全 长 ｌ ８ 是 目前 我 国 最 长 的高 速 ０ｍ， ９ 公 路单 洞 四车道 隧道 。
３ 结 束 语
作 为 单洞 四车道 高 速公 路 长 隧道 ， 内外工 程 国
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Ｃ ５防水 钢 筋 混 凝 土 厚 ７ ｍ ３ ５ｅ
Ⅳ级围岩浅埋段 Ⅳ级围岩深埋段
Ⅲ级 围 岩
方式 。在侧导坑的设计时考虑到了施工机械通行及 施工的可行 ， 两导坑可同时作业 ， 且互不干扰 ， 施工 进度较快。由于临时支护及临时仰拱 的存在 ， 施工 安全及 结构 稳定性 得 到 了保 证 。 对于 Ⅲ级 围岩 ， 质 条 件 较 好 ， 多 位 于 深 埋 地 且
在 国内可供借 鉴 的经验 较 少 ， 类似 工程项 目提供 了借 鉴和 参考 。 为 关键 词 ：长隧道 ；单洞 四车道 ； 大 断面 超
中图分 类号 ： ５ ． Ｕ４２ ２ 文献标 识码 ： Ｂ １ ２ 隧道 建筑界 限及 内轮廓 ．
单 洞 四车 道 隧 道 适 用 于单 向 行 驶 的 四车 道 公 路 ， 对 于连 拱 隧道 及 分 离 式 双 洞 隧道 具 有 车道 连 相
较 硬 ， 向南东 ， 角 １５ ～２ 。 倾 倾 ７。 ０。
收稿 日期 ： ０ ２０ —７ ２ １ —１０ 作 者简介 ： 付大喜 （９ ９ ） 男 ， １７ 一 ， 工程师 ， 主要从 事隧道工程设计 。
隧道断 面尺 寸形式 、 支护 参数 、 衬砌 断面 尺寸 的
ｌ 期
付大喜 ： 单洞四车道隧道设计浅谈
一
量值较大 ， 拱顶 沉降最终值 约 ５ ｍ， ６ｍ 水平 收敛约 ４ ｍ ０ｍ 。此外 ， 初期支护衬砌受力较大 ， 最大压应力 ９Ｍ ａ Ｐ 出现在先行施工 的左导洞拱脚处 ， 最大拉应 力 ５Ｍ ａ出现在 竖 向临 时支 撑 的上 下 台 阶接 头 处 。 Ｐ
拉应 力量值 已经 超标 。
１ １ 地 形地 貌 ．
１ ３ 复合式 衬砌设 计 ．
除 明洞按 整 体式 衬 砌 结构 设计 外 ， 隧道 暗 洞衬
砌均采用复合式衬砌结构， 按新奥法原理设计。暗
洞 洞身 采用 柔性支 护体 系复合 式衬 砌 ， 以管棚 、 即 超 前 小 导管结 合 的超 前 支 护 ， 系统 锚 杆 、 射 混 凝 以 喷 土 、 钢筋 网 、 钢钢架 、 挂 型 格栅 拱架 等为 初期支 护 ， 模 筑混凝 土或 钢筋 混凝 土 为 二 次衬 砌 ， 在 初 期 支 护 并
为逃 生横通 道使 用 。
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续且宽度大 、 行车舒适 ， 交通安全性高 ， 运营管理较 为方便 ， 营通 风 比较 有 利 的优 点 。近 年 来 国 内 已 运
建 设 成 少 数 几 座 单 洞 四 车 道 中 短 隧 道 ， 长 的是 最 ７６ｍ 的前 鸥 隧 道 ， 隧 道 还 未 出现 。单 洞 四 车道 ４ 长 长隧道 跨度 巨 大 （ 隧道 标 准 断 面净 宽 １ 紧急 停 ９ｍ， 车带 断面 净 宽 ２ ． ， 挖 面 积 达 １０ｍ １５ｍ） 开 ４ 以上 ， 属 超 大断 面 ， 工工 序 多 ， 施 工序 间结 构受 力体 系转换 复杂 ， 设计 和施 工难 度 较大 ， 建设 风险较 大 。
段， 围岩有 一定 的 自稳 能力 。结 合 已有工程 经验 ， 拟 采用 短 台阶七步 开挖法 。
２ ２ 施工 工法及 初期 支护计 算 分析 ．
Ⅲ级围岩 紧急停车带
２ 张 茅 隧 道 大 断 面 开 挖 施 工 方 案
２ １ 隧道 施工 工 法 ．
通过分析已有 的工程案例及研究成果 ， 针对本 项 目大 断面隧 道 的设 计施 工 问题 进行 了诸 多工法 的 比较 研究 ， 出 了具 体 的支 护措 施 和施 工工 法 。本 提
ｌ５ ２
确定 ， 主要采用工程类 比法为主， 经数值模拟验证 ， 结合构造要求 、 经济技术 比较 、 围岩级别、 隧道埋深 等因素综合拟定（ 见表 １ 。 ）
表 １ 单洞 四车道隧道复合式衬砌支护参数表
法通 过两 侧壁 减跨 ， 整 个 断 面分 成 多 个较 小 的工 把
作面， 每个工作面均能及时封闭成环形支护结构 ， 能 有效 控制 大跨 度隧道 拱顶 下沉 和周边 收敛 。 ２ ）短台阶七步开挖法 。短 台阶七 步开挖法是 采用 ２～ 层短 台阶， ３ 分步平行开挖 ， 分步平行施作 拱墙初期支护 ， 混凝土仰拱超前施作及时闭合构成 稳固的初期支护体系， 保护围岩 的天然承载力 ， 有效
单 洞 四车道 隧道 设计 浅 谈
付大 喜
（ 河南省交通规划勘察设计院有限责任公司，河南 郑州 ４０５ ） ５０ ２
摘
要 ：洛三 高速公路 加 宽项 目张茅 隧道 （ 建 ） 国 内最长的 单洞 四车道 隧道 。针 对其 拟 是
特 点对 超 大开挖 断 面隧道 设计 方案进 行 了介 绍 ， 讨 了施 工 方案 选择 问题 。单 洞 四 车道 隧道 探
』
Ｉ 二
厂
图 ２ 双 侧 壁 导坑 法 施工 工序 横 断 面 示 意 图
围岩位移、 支护受力的设计见图４ 图 ５ 、 。
限于篇 幅 限制 ， 围岩 ４ Ｖ级 ０ｍ埋深 双侧壁 导 坑
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３ ８卷
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抑制 围岩 变形 （ 图 ３ 。 见 ）
初 期 支 护
拱墙钢筋网（ 双层 ） ２ ｂ ； ２ ｉ字钢拱架 ；２ ｃ ５喷射钢纤维混凝土 拱墙钢筋网（ 双层 ） ２ ｂ ； ２ 工字钢拱架 ；２ ｃ ５喷射钢纤维混凝土 拱墙钢筋网 ； ２ｂ ０ 工字钢拱架 ；２ ｃ ５喷射混凝土
拱墙钢筋网 ；
开挖 高路 堑 ， 难度很 大 。经 综合论 证 ， 在路线 北侧 采
取单 侧加 宽方 案 ， 隧道 形 式 通 过 。修 建单 向单 洞 以 四车道 的隧道 减少 了交 通 流 分 合 流点 ， 高 了行 车 调 舒适 性 ， 更有 利 于线形 的顺 接 、 车 的安全 和运 营管 行
理。
张茅隧道 单洞 四车道 隧道内轮廓 最大跨度为 １． 净空面积为 １０９ｍ 。紧急停 车带 内轮廓 ９０ｍ， ４ ． 的最 大跨度 为 ２ ． 净 空面 积为 １０ｍ 。 内轮 廓 １５ｍ， ７
图见 图 １ 。
１ 概 况
连霍 高速公 路 洛 阳至三 门峡 段原有 双 向 四车道 高速 公路 需改 扩 建 为 双 向八 车 道 。义 马 段 、 音 堂 观 段原 有高 速公 路边 坡 高 ， 进行 单 侧 或 双侧 拼 宽 需 要
拱墙钢筋网 ；
１工字钢拱架 ；２ ８ Ｃ ５喷射混凝土
１工字钢拱架 ；２ ６ Ｃ ５喷射混凝土
拱墙钢筋网（ 双层 ） ２ ｂ ； ２ ｉ字钢拱架 ；２ 喷射混凝土 Ｃ５
二次衬砌 Ｃ ５防 水钢 筋 混 凝 土 ７ ｍ ３ ０ｅ 适 用 条 件
图 ３ 短 台 阶七 步 开 挖 法 施 工 工序 横 断 面示 意