復(fù)合式隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計方法探究

楊孟君

中國公路工程咨詢集團有限公司(武漢)橋隧分公司 湖北 武漢 430000

1 引言

隧道支護結(jié)構(gòu)按新奧法原理設(shè)計,采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu),隧道各級圍巖復(fù)合式襯砌設(shè)計支護參數(shù)選擇以工程類比為主。復(fù)合式襯砌施工工作的開展,應(yīng)能提升結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的施工效果,掌握設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)原則,不斷優(yōu)化設(shè)計方法,提升設(shè)計水平,消除不良的結(jié)構(gòu)設(shè)計隱患。

2 工程概況

某工程隧道施工,所處位置屬于亞熱帶、暖溫帶高原季風(fēng)氣候。全年氣溫不高,晴天較少,雨日較多。主導(dǎo)風(fēng)向為西北風(fēng)和東南風(fēng),年均風(fēng)速2.1m/s,最大風(fēng)速18m/s,刮風(fēng)時間甚少,一般2～3級。水系多表現(xiàn)為樹枝狀,絕大多數(shù)河流具有陡峭的“V”形斷面,縱坡大,水流湍急。除區(qū)域性干流外,一般支流水量具有明顯的季節(jié)變化。路線所經(jīng)區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造形跡主要以北東向為主而展布的一系列斷裂、褶皺構(gòu)造。斷裂多見于背斜核部或兩翼,走向一般40～60°,大多數(shù)斷裂略呈S形,與褶皺大體平行；力學(xué)性質(zhì)均屬壓性和壓扭性。

3 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計原則和標(biāo)準(zhǔn)

3.1 設(shè)計原則 隧道設(shè)計以“安全、經(jīng)濟、適用、美觀”作為基本原則。隧道洞口設(shè)計嚴(yán)格控制邊仰坡高度,避免大挖大刷,盡量實現(xiàn)低仰坡進洞,盡量降低對沿線脆弱的生態(tài)環(huán)境的影響；洞身設(shè)計需要考慮提升安全性、長期穩(wěn)定性和功能性指標(biāo),在設(shè)計中,要采取多方設(shè)計結(jié)合模式,提升排水效果,具備較高防滲效果。隧道土建設(shè)計充分體現(xiàn)動態(tài)反饋設(shè)計、信息化施工、動態(tài)管理的理念。隧道設(shè)計工作的開展需要根據(jù)施工目標(biāo)要求,結(jié)合各種規(guī)范技術(shù)、質(zhì)量和安全管控要求,結(jié)合實際的地質(zhì)環(huán)境條件和水文條件,確定可靠的設(shè)計方案,在設(shè)計工作開展中,能具備較高的可行性保障,同時能彰顯較高的環(huán)境保護和生態(tài)理念,在結(jié)構(gòu)設(shè)計工作開展中,應(yīng)能同時兼顧經(jīng)濟性指標(biāo)要求,保障在設(shè)計工作開展中,能滿足各種施工目標(biāo)需求,同時達到最大化成本節(jié)約效果。

3.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計速度為80km/h；雙向四車道,行車道寬度2×3.75m；公路Ⅰ級,隧道結(jié)構(gòu)安全等級為一級。拱、墻達到二級防水標(biāo)準(zhǔn),結(jié)構(gòu)不允許漏水；襯砌背后不積水。地震動峰值加速度系數(shù)為0.1～0.2g,地震基本烈度Ⅶ～Ⅷ度。路面基本照明亮度不低于3.5cd/m2。結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為100年。

4 復(fù)合式隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

4.1 小凈距隧道隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計 小凈距隧道襯砌結(jié)構(gòu)具有突出的穩(wěn)定保障,但是需要考慮施工開展因素,結(jié)合具體的施工技術(shù)開展流程以及所應(yīng)用的機械設(shè)備,優(yōu)化設(shè)計方案。路線布設(shè)盡量少占耕地,本項目小凈距隧道主要布設(shè)于連拱分岔段。小凈距隧道：“少擾動、快加固、勤量測、早封閉”的原則,保障隧道襯砌結(jié)構(gòu)存在較小的變形隱患,保障施工能安全、穩(wěn)定。小凈距隧道支護結(jié)構(gòu)先行洞與后行洞掌子面間距控制在45m以上,先行洞初支完成并達到設(shè)計強度后,后行洞方可開挖,爆破震動速度限制在15cm/s。

4.2 連拱隧道隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計 連拱隧道適合特殊的地質(zhì)環(huán)境條件,如洞口狹窄、對洞口的間距有明確的規(guī)定要求的工程設(shè)計。中墻設(shè)計是連拱隧道的關(guān)鍵環(huán)節(jié),往往受洞外接線影響較大,故需特別強調(diào)設(shè)計與施工安全、防排水系統(tǒng)可靠性的有機結(jié)合。為確保連拱隧道施工安全,爆破震動速度不應(yīng)大于15cm/s。在襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作開展中,能發(fā)揮突出的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)勢,考慮連拱結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)要求,做好技術(shù)隱患的規(guī)避,保障在施工過程中,能按照設(shè)計方案,實現(xiàn)襯砌結(jié)構(gòu)較好施工技術(shù)優(yōu)勢的提升,一定程度上能獲得較高的施工管控效果。

4.3 緊急停車帶襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計 長大隧道在行車方向的右側(cè)設(shè)置緊急停車帶,其設(shè)置間距根據(jù)行車橫通道的布置,總體按照不超過750m控制。長度小于1000m的隧道不設(shè)緊急停車帶。緊急停車帶結(jié)合隧道地質(zhì)情況盡量布設(shè)在隧道洞身圍巖較好地段；緊急停車帶襯砌斷面采用三心圓,建筑限界凈高5.0 m,其有效長度不小于40m,過渡段長度不小于5m,寬度取3.0m,加右側(cè)向?qū)挾?.75m,其路面橫坡為1%,其變坡點為標(biāo)準(zhǔn)建筑限界的右側(cè)行車道的外邊沿

4.4 人行、車行橫通道 人行、車行橫通道的設(shè)置按照規(guī)范考慮,一般在左右洞室之間間隔不大于750米設(shè)置一處聯(lián)絡(luò)兩主洞的車行橫通道,在兩行車橫通道之間設(shè)置兩處聯(lián)絡(luò)兩主洞的人行橫通道,行車橫洞設(shè)置于緊急停車帶處,人行、車行橫通道布置與隧道軸線正交。

4.5 構(gòu)造措施

(1)縱向構(gòu)造。在隧道內(nèi)不同圍巖等級交界處、結(jié)構(gòu)變化處設(shè)置變形縫,在洞口段及連續(xù)Ⅳ、Ⅴ級圍巖中每80米應(yīng)設(shè)一道,洞身Ⅲ級圍巖段變形縫間距按不大于100米設(shè)置,以適應(yīng)不均勻沉降。變形縫設(shè)計具體見防水設(shè)計圖。

(2)背后注漿。別后注漿工作要及時,保障結(jié)構(gòu)體能盡早的形成穩(wěn)定支撐作用,在施工過程中,可以發(fā)揮良好的抗水體侵蝕作用,在構(gòu)造措施的施工過程中,能發(fā)揮出良好的施工管控力,保障各種施工質(zhì)量指標(biāo)能穩(wěn)定可靠的開展。注漿作業(yè)關(guān)鍵是要能提升注漿材料的性能質(zhì)量,在注漿過程中,應(yīng)控制注漿量和注漿壓力,保障注漿液充滿整個注漿空間,在施工過程中,需要保障注漿均勻的流出注漿孔,保障漿液充滿整個注漿區(qū)域。

4.6 結(jié)構(gòu)防排水 結(jié)構(gòu)防排水主要是能做好結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量管控,能提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的密實性在,在施工過程中,需要做好質(zhì)量驗收,保障施工效果提升,同時能做到在施工過程中,發(fā)揮出良好的不良病害識別和及時處理效果,主要是能做到對結(jié)構(gòu)裂縫及時的處理,消除不良的結(jié)構(gòu)滲漏隱患。結(jié)構(gòu)自防水采用C30、P8(鋼筋)混凝土,處理好施工縫與變形縫的防水；施工中應(yīng)加強管理,確保混凝土的密實性,關(guān)鍵是處理好施工縫與變形縫的防水。結(jié)構(gòu)防排水設(shè)計工作的開展應(yīng)能注重采取防、排結(jié)合的方式,采取系統(tǒng)化防排水機制,不同防水系統(tǒng)之間相互配合,提升襯砌結(jié)構(gòu)的防水能力,在施工過程中,注意做好工藝技術(shù)的管控,提升結(jié)果防排水能力。

(1)結(jié)構(gòu)自防水。隧道復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu),主要是初期襯砌承擔(dān)所有荷載進行設(shè)計,所以初期襯砌結(jié)構(gòu)具有較高的結(jié)構(gòu)防水能力提升效果,在結(jié)果自防水的施工工作開展中,能發(fā)揮出較高的結(jié)構(gòu)自防水設(shè)計管控效果,進一步提升結(jié)構(gòu)體防水能力,保障隧道工程在長期的使用過程中,都能具備較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定使用能力。

(2)外輔加防水層防水。在初期支護和二次襯砌之間拱墻敷設(shè)400g/㎡無紡布與1.5mm厚PVC防水板,采用半包分區(qū)防水,所有變形縫與施工縫外側(cè)均設(shè)EVA外貼式止水帶；防水材料主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范的要求。

(3)變形縫、施工縫防水。變形縫、施工縫應(yīng)作為防水防滲控制的重點,在施工過程中,通常需要制定可靠的防水結(jié)構(gòu)方案,在施工過程中,能做好有關(guān)材料的施工控制,保障施工效果提升,全面實現(xiàn)在施工管控中,能發(fā)揮出良好的結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量控制、施工環(huán)節(jié)質(zhì)量管控效果。施工過程中,應(yīng)能發(fā)揮出較高的工藝技術(shù)控制效果,在施工層面上,應(yīng)能確保具備較高的技術(shù)人員技術(shù)水平控制能力,做好技術(shù)交底,明確施工要點,在焊接施工、位置控制、質(zhì)量檢查環(huán)節(jié)都能發(fā)揮較高的施工管控效果。

(4)排水措施。隧道洞內(nèi)排水是在隧道兩側(cè)設(shè)縱向排水邊溝,沿隧道周邊縱向設(shè)DN110HDPE雙壁打孔波紋管,引入隧道兩側(cè)排水溝內(nèi),具體見“隧道結(jié)構(gòu)防排水設(shè)計圖”。地面排水應(yīng)能可靠設(shè)置排水位置,根據(jù)排水需求,確定排水結(jié)構(gòu)的坡度,避免出現(xiàn)水體滯留隱患。

4.7 隧道進出口及洞門設(shè)計” 隧道進出口及洞門位置對存在較大的擾斷塌陷隱患,在施工層面上,需要保障施工結(jié)構(gòu)具備足夠的承載能力,保障隧道進出口位置,在長期受到各種動荷載的影響下,始終能保持較高的穩(wěn)定性、安全性。洞口設(shè)計也需要保障具備較高的美感要求,符合美學(xué)理念,同時體現(xiàn)簡潔、受力明確合理的特點。為提升洞口設(shè)計美感,可以通過加設(shè)裝飾線條的方式,打造各種可靠設(shè)計造型,提升設(shè)計優(yōu)勢,保障在設(shè)計工作開展中,能發(fā)揮較高的美學(xué)保障,同時能實現(xiàn)在設(shè)計工作開展中,不會影響結(jié)構(gòu)的安全。隧道洞門施工前先清除洞口坡體上碎石堆積體同時清理山坡危石等,再進行明洞基坑的施工。暗洞開挖后,在洞口段支護變形基本穩(wěn)定的前提下應(yīng)盡快施做明洞及洞門。

5 結(jié)語

復(fù)合式襯砌設(shè)計工作的開展,需要滿足多方面的要求,同時考慮施工因素,不斷對設(shè)計方案優(yōu)化,提升設(shè)計實施效果,保障隧道結(jié)構(gòu)能滿足各種工程建設(shè)要求。