蘭州市北環(huán)路九安隧道大跨徑隧道的設(shè)計與實踐

黃繼新

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計院，甘肅 蘭州730050）

1 概 述

蘭州市北環(huán)路是規(guī)劃的城市主干路，是蘭州市路網(wǎng)規(guī)劃中的骨架路網(wǎng)之一，也是蘭州市“一橫三環(huán)九縱”骨架路網(wǎng)體系的重要組成部分。九安隧道工程為北環(huán)路中段工程控制性節(jié)點工程，也是甘肅省內(nèi)設(shè)計的第一座單洞三車道城市隧道。隧道西起洄水灣東溝，東至九州T452號路交叉口西側(cè)，隧道長2 768m（左線隧道長2 763.418m，右線隧道長2 768m），為上、下行分離式雙向六車道隧道，單洞開挖跨度達(dá)16.35m，設(shè)計車速60 km/h，采用復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)型式。本工程的建設(shè)大幅度地緩解了城區(qū)的交通壓力，改善了北濱河路咽喉路段的交通擁堵狀況，加快安寧、九州、鹽場地區(qū)的開發(fā)進(jìn)程，構(gòu)筑了蘭州市“一橫三環(huán)九縱”的骨架路網(wǎng)體系，具有較強的前瞻性，該工程的建成通車取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[1]。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）斷面標(biāo)準(zhǔn)：上下行分離式雙向六車道；

（2）隧道設(shè)計速度：60 km/h；

（3）建筑限界:隧道建筑限界見表1：

（4）隧道縱坡:左右線均采用單向坡，左線-2.5%下坡，右線2.5%上坡；

（5）隧道路面橫坡：全隧道采用單向1.5%的路面橫坡，無超高；

（6）設(shè)計荷載：城-A級；

（7）隧道防水：二次襯砌混凝土抗?jié)B等級不小于S8級。

3 隧址區(qū)工程地質(zhì)條件

九安隧道工程主要在洄水灣東溝至羅鍋溝之間的金城關(guān)斷裂帶山體中穿過，圍巖復(fù)雜多變，穿越地層有黃土狀粉土層、全風(fēng)化～中風(fēng)化片麻巖層、斷層破碎帶、富水地層、飽和填土層等復(fù)雜地層。地震設(shè)防烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.20g，特征周期0.4 s。

隧道左線Ⅲ級圍巖占總長度的56%，Ⅳ級圍巖占總長度的17%，Ⅴ級圍巖占總長度的22%，明洞段占總長度的5%。

隧道右線Ⅲ級圍巖占總長度的56%，Ⅳ級圍巖占總長度的17%，Ⅴ級圍巖占總長度的16%，明洞段占總長度的11%。

4 隧道洞門設(shè)計

九安隧道安寧端自然地形較陡，設(shè)計為端墻式洞門，采用仿古城墻式造型，顯得莊嚴(yán)厚重，由于隧道洞口段與山體斜交，因此在左、右線洞口位置的選擇上根據(jù)洞口地形條件采用“前后進(jìn)”的形式，盡可能地減小邊、仰坡的開挖高度，仰坡采用錨桿框架結(jié)構(gòu)加固，并對明洞頂順坡式回填以力求與原地貌相適應(yīng)。在洞口開挖過程中盡可能避免大范圍刷坡，根據(jù)地形條件對洞口套拱采用“斜交正作”以減少洞口的開挖，根據(jù)坡面巖體破碎，坡勢較陡的特點，采用“噴、錨、網(wǎng)”等措施進(jìn)行防護(hù)，見圖1。

圖1 安寧端洞口效果圖

九安隧道九州端地形相對平緩開闊，采用削竹式洞門，洞口淺埋段采用明挖法施工。隧道出口段采用路塹的方式與地面道路順接，并對洞口坡面采用格構(gòu)梁植草綠化防護(hù)，見圖2。

圖2 九州端洞口現(xiàn)狀圖

5 隧道內(nèi)輪廓及結(jié)構(gòu)設(shè)計

隧道主洞內(nèi)輪廓拱部采用R=850 cm單心半圓，側(cè)墻采用R=515 cm大半徑圓弧，仰拱半徑為2 200 cm，仰拱與側(cè)墻間采用R=150 cm小半徑圓弧連接。隧道主洞內(nèi)路面寬度為12.25m，拱頂凈高7.3m；行車橫洞斷面Ⅳ級圍巖段按三心圓曲墻式襯砌設(shè)計，在Ⅲ級圍巖段按單心圓直墻式襯砌設(shè)計，建筑限界凈寬4.5m，凈高5.0m；人行橫洞斷面按單心圓直墻式襯砌設(shè)計，建筑限界凈寬2.0m，凈高2.5m。隧道主洞建筑限界和內(nèi)輪廓設(shè)計尺寸見圖3。

圖3 隧道內(nèi)輪廓設(shè)計圖（單位：cm）

隧道洞身襯砌按“新奧法”原理設(shè)計，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。初期支護(hù)采用鋼拱架噴射混凝土支護(hù)，以“噴、錨、網(wǎng)”為主要支護(hù)手段，噴混凝土采用潮噴工藝；輔助措施為超前注漿小導(dǎo)管、超前管棚注漿預(yù)加固圍巖，二次襯砌采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不同圍巖隧道復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)見表2。

表2 隧道復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)表

6 隧道施工方法

九安隧道工程為三車道大跨徑隧道，單洞開挖跨度達(dá)16.35m，根據(jù)隧道的開挖跨度并結(jié)合圍巖級別，設(shè)計中Ⅴ級圍巖淺埋段采用了CRD法的開挖方式，Ⅴ級圍巖深埋段采用了CD法的開挖方式，Ⅵ級圍巖采用了微臺階預(yù)留核心土的開挖方式，Ⅲ級圍巖采用了短臺階預(yù)留核心土的開挖方法。要求嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、弱爆破、強支護(hù)、早封閉、勤量測”的原則進(jìn)行施工。

隧道施工過程中采用了動態(tài)設(shè)計理念，根據(jù)掌子面開挖情況及超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了動態(tài)調(diào)整，采取了更為符合現(xiàn)場實際情況的支護(hù)參數(shù)，有效地保證了施工安全并提高了施工進(jìn)度。

7 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測是“新奧法”的精髓。監(jiān)控量測是在隧道施工過程中，對圍巖變化情況和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進(jìn)行觀察和量測，通過分析測量數(shù)據(jù)，及時提供圍巖穩(wěn)定程度和支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性和安全性信息，預(yù)見事故和險情，指導(dǎo)安全施工，修正施工參數(shù)和施工工藝，作為動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計的依據(jù)。

8 隧道塌方原因分析與處理方案

施工過程中多次出現(xiàn)拱頂塌方，塌方的原因主要有：隧道洞身穿越地層為斷層破碎帶，圍巖節(jié)理發(fā)育、呈破碎結(jié)構(gòu)、無膠結(jié)，爆破開挖后拱頂容易出現(xiàn)塌方；施工時開挖進(jìn)尺較大，超前小導(dǎo)管長度或數(shù)量不夠；施工爆破控制不到位等因素。

設(shè)計對塌方段超前支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，采用加強超前支護(hù)、嚴(yán)注漿、加強初期支護(hù)工字鋼型號和間距等措施，完成了塌方處理，且處理效果顯著。

9 隧道路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

九安隧道屬大跨徑城市長隧道，為提高行車的舒適度，減小運營過程中噪聲影響，遵循全線總體設(shè)計的原則，隧道路面采用復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)，上面層采用4 cm 厚SBS中粒式瀝青混凝土（AC-16C）、中面層采用6 cm厚中粒式瀝青混凝土（AC-20）、下部為22 cm厚聚丙烯纖維水泥混凝土，同時考慮到隧道防災(zāi)、救災(zāi)等因素，瀝青材料要求采用阻燃式瀝青。隧道內(nèi)車行橫洞及人行橫洞采用20 cm厚水泥混凝土路面。

10 結(jié) 語

九安隧道的貫通，標(biāo)志著北環(huán)路中段的建成通車，有效地解決蘭州過境車輛通行問題和九州地區(qū)與城關(guān)區(qū)、安寧區(qū)交通不通暢的問題，九安隧道的設(shè)計和施工經(jīng)驗為蘭州市北環(huán)路東段、西段工程中的隧道工程提供了參考依據(jù)，也將為以后的大跨徑城市隧道工程的設(shè)計和施工提供了寶貴的經(jīng)驗和參考價值。