大跨度連拱隧道設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題的研究

吳維杰

廣東粵路勘察設(shè)計(jì)有限公司 廣東廣州 510000

摘要：本文主要針對(duì)大跨度連拱隧道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)了研究，通過(guò)結(jié)合具體的工程實(shí)例，分別對(duì)隧道建筑限界及內(nèi)輪廓的設(shè)計(jì)、隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、隧道施工方案設(shè)計(jì)、監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)作了系統(tǒng)概述，以期能為有關(guān)方面的需要提供有益參考借鑒。

關(guān)鍵詞：大跨度；連拱隧道；設(shè)計(jì)；研究

所謂的連拱隧道，是由兩座隧道通過(guò)共用的中墻連成一體的雙洞隧道，是一種比較有發(fā)展前景的新型隧道結(jié)構(gòu)。連拱隧道跨度大，空間利用率高，線形順暢，引線占地面積少，在平面線路和洞口位置的選擇上均較分修隧道具有一定的優(yōu)越性，尤其解決了復(fù)雜地段修建分修隧道所存在的困難，成為在特定條件下修建隧道時(shí)采用較多的大跨度結(jié)構(gòu)形式?；诖耍疚木痛罂缍冗B拱隧道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究，相信能為類似隧道工程的建筑設(shè)計(jì)提供一定幫助。

1 工程概況

1.1 隧道工程概況

某隧道按連拱隧道形式布置，隧道長(zhǎng)度為580m，屬于中隧道，最大埋深約為24m。按雙向六車道城市主干路設(shè)計(jì)（近期為雙向四車道機(jī)動(dòng)車道+人非系統(tǒng)，遠(yuǎn)期預(yù)留雙向六車道通行的條件），設(shè)計(jì)速度40km/h。

1.2 隧道工程地質(zhì)、地貌概況

隧道西側(cè)為背斜核部，區(qū)內(nèi)揭露的地層主要為寒武系中下統(tǒng)的饅頭組、毛莊組、徐莊組、張夏組地層，主要巖性為紫紅色頁(yè)巖、薄層狀泥灰?guī)r、暗紫色～黃褐色粉砂巖、中厚層石灰?guī)r等。隧道走向與巖層走向夾角在32°～55°。

2 隧道建筑限界及內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)

本隧道為市政道路隧道，按照近遠(yuǎn)期考慮。單洞隧道建筑限界凈寬12.75m，凈高5.0m。

隧道內(nèi)輪廓拱頂凈高為773cm（路面上），單洞凈寬為1380cm，單洞凈空面積為87.14m2，隧道總凈寬為3031cm。為道路排水需要，隧道路面橫坡為2.0%的單面坡。

3 隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

本隧道整體埋深較淺，最大埋深約24m，隧道圍巖以Ⅳ級(jí)圍巖為主，本文選?、艏?jí)圍巖淺埋段，埋深最大處作為結(jié)構(gòu)最不利斷面（埋深23.3m），采用有限元計(jì)算軟件進(jìn)行初期支護(hù)、二次襯砌的結(jié)構(gòu)計(jì)算。

（1）隧道計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 Ⅳ級(jí)圍巖淺埋段荷載及計(jì)算模型

從圖2、圖3二襯內(nèi)力圖中看出，襯砌結(jié)構(gòu)全斷面受壓，最大壓力發(fā)生在仰拱中部。

圖2 二次襯砌彎矩圖

圖3 二次襯砌軸力圖

（2）襯砌結(jié)構(gòu)位移圖見(jiàn)圖4，圖5。

最大豎向沉降發(fā)生在拱頂，為10.4mm；最大側(cè)向位移發(fā)生在拱腳，為3.2mm，滿足要求。

圖4 隧道結(jié)構(gòu)豎向位移圖

圖5 隧道結(jié)構(gòu)側(cè)向位移圖

（3）二次襯砌截面強(qiáng)度驗(yàn)算。

二次襯砌配筋量及其強(qiáng)度安全系數(shù)的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 二次襯砌鋼筋混凝土靜力分析結(jié)果

經(jīng)表1計(jì)算結(jié)果分析，截面強(qiáng)度驗(yàn)算（按組合截面進(jìn)行內(nèi)力分配），按照鋼筋混凝土進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算，其各個(gè)截面抗拉、抗壓安全系數(shù)均不小于2.0，符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

本隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、襯砌斷面類型及襯砌結(jié)構(gòu)尺寸以工程類比法為主，并通過(guò)數(shù)值計(jì)算分析進(jìn)行校核，確定支護(hù)襯砌參數(shù)。各級(jí)圍巖襯砌結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)如表2所示。

表2 隧道各級(jí)圍巖襯砌結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)表

4 隧道施工方案設(shè)計(jì)

本隧道為總開(kāi)挖跨度約32m的連拱隧道，屬于特大跨度隧道（B≥18m），且隧道埋深最大約為23m，整個(gè)隧道段落基本處于淺埋段，且Ⅳ級(jí)圍巖比例較高。隧道施工方案設(shè)計(jì)根據(jù)圍巖級(jí)別、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等條件，Ⅳ級(jí)圍巖段開(kāi)挖采用中導(dǎo)洞—雙側(cè)導(dǎo)洞工法開(kāi)挖。開(kāi)挖方法見(jiàn)圖6。

圖6 隧道Ⅳ級(jí)圍巖段施工步序設(shè)計(jì)圖