件、地下水、隧道宽度等因素来确定,路面与仰拱之间可以采用混凝土或片石混凝土填充。当隧道边墙底以下为整体性较好的坚硬岩石时,可以不设仰拱;
3) 隧道洞口段应设加强衬砌。加强衬砌段的长度应根据隧道地形,地质和
环境条件确定,一般情况下,三车道隧道应不小于15m; 4) 围岩较差地段的衬砌应向围岩较好地段延伸5~10m;
偏压衬砌段应向一般衬砌段延伸,延伸长度应根据偏压情况确定,一般不小于10m。
以下列出两个隧道支护参数表:
表4-1 云阳山隧道复合式衬砌部分支护参数表
衬砌类型 初期支护 锚杆 钢筋网 喷射砼 钢拱架 18工字钢闭合环,间距75cm 二次衬砌(C25) 拱墙部C25钢筋砼45cm,仰拱C25钢筋砼45cm 拱墙部C25钢Ⅴ级围岩浅埋 D25注浆锚杆L=3m 双层φ6钢筋网 喷射砼C20厚26cm Ⅴ级围岩深埋 D25注浆锚杆L=3m 双层φ6钢筋网 喷射砼C20厚26cm 18工字钢,间距75cm 筋砼45cm,仰拱C25钢筋砼45cm φ22药卷锚Ⅳ级围岩 杆 L=3m φ22药卷锚Ⅲ级围岩 杆 L=2.5m Ⅳ级围岩紧急停车带 D25注浆锚杆L=3.5m 单层φ8钢筋网 喷射砼C20厚22cm φ22格栅间距100cm 拱墙部C25砼40cm 单层φ6钢筋网 双层φ6钢筋网 喷射砼C20厚10cm 喷射砼C20厚24cm 拱墙部C25砼35cm 拱墙部C25砼45cm 16工字钢,间距100cm
表4-2 垄家垭隧道复合式衬砌部分支护参数表
衬砌类型 初期支护 二次衬砌锚杆 钢筋网 喷射砼 钢拱架 (C25) 拱墙部钢筋砼明洞 边坡单层 φ6钢筋网 (边坡) 10cm 60cm,仰拱C25钢筋砼50cm 拱墙部C25钢Ⅴ级围岩 D25注浆锚杆L=3.5m 单层φ8钢筋网 喷射砼C20厚25cm 18工字钢,间距80cm 筋砼45cm,仰拱C25钢筋砼40cm 拱墙部C25钢Ⅳ级围岩 D25注浆锚杆L=3m 单层φ8钢筋网 喷射砼C20厚18cm 4φ25格栅间距0.8cm 筋砼40cm,仰拱C25钢筋砼40cm 5.洞门结构与位置的确定 5.1 洞门设计的现状[12]
公路隧道洞门设计是在参照铁路隧道洞门设计的基础上,根据公路工程的特殊需要开展设计的,因其受许多因素的影响,加之经验不足,设计中存在一些不完美之处,主要有:
1.洞门位置不理想
公路工程在选线时,越岭方案比选等级比铁路抵,资料匮乏,方案充分论证不够,加之常以经济杠杆来决定隧道的长短,故而以短隧道越岭较多,为使得洞身短,节约投资常使进出口洞门处于山谷中,地质、地形条件均不利于洞门结构的布设,缺点有:
(1)坡积层厚,开挖边坡高,开挖量大,环境破坏多,洞门结构稳定性差; (2)端墙洞顶水沟排水不便;
(3)洞门外须设挡墙或边坡防护,工程量大,造价高; (4)对行车速度有一定影响。 2.选取洞门形式的原则须调整
国外洞门形式选取,以保护环境,减少开挖,保持原有地貌为原则,多采用环框明洞式洞门,该洞门型式简单,各种附属设施布置方便。国内洞门形式受路线位置的影响,多以端墙式洞门为主,该种洞门形式与地形结合紧密,但洞门美化建筑效果差,有时候隧道处于风景区或其它须洞门适度美化的环境中,洞门端墙造型受地形限制,更增加了设计难度。如设计为造型较好的洞门形式,须开挖一定区域,来施作洞口结构或达到一定的视觉效果,工程量大,造价高。
我认为洞门形式的选择应以保护环境为原则,尽量轻巧、简单,以少动自然
边界条件为原则,对有特殊美化要求的洞门设计,应对经济与环境评估作出比选。 5.2 隧道洞口位置的确定
洞口位置的确定与洞门结构形式、边仰坡开挖方式、洞口附近地形、地质及水文地质等条件有关。通常采用在1:500的洞口地形图上用作图法初步确定洞门位置,并且通过横纵断面的比较最终确定。在确定洞口位置时要遵循“早进晚出”的原则,并且为了保证施工及运营的安全,尽量避免开挖深路堑,根据上述两个原则,可选择覆土层厚度为2~3m的位置作为洞口的明暗交界处。 5.3 洞门构造设计
洞门构造的一般规定[1]:
1. 洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m,洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1.0m,洞门墙顶高出仰坡脚不小于0.5m。
2. 洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝和泻水孔;洞门墙的厚度可按计算或结合其他工程类比确定。
3.洞门墙基础必须置于稳定地基上,应视地形及地质条件,埋置足够的深度,保证洞门的稳定。
基地埋入土质地基的深度不应小于1.0m,嵌入岩石地基的深度不应小于0.5m;基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25m;地基为冻胀土层时,应进行防冻胀处理。基底埋置深度应大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。
4.松软地基上的基础,可采取胛骨基础措施。 5.洞门结构应满足抗震要求。
根据构造要求,结合工程实例以及铁路隧道洞门标准图,来拟定各部分尺寸。 6.隧道施工组织设计
隧道施工组织设计是指导隧道施工的基本技术和经济文件。它是根据交通行业施工文件的要求,工程的性质,现场的具体条件,施工的技术装备和施工力量等,确定合理的施工方法和施工进度,对于整个工程的施工过程作出科学较全面的规划和布置,并制定隧道工程所需的投资、材料、机具,设备劳动力等供应计划,从而指导隧道施工安全、有序、快速的进行。
施工组织设计的内容主要包括:施工方案、施工进度、人机材(人力、机械和材料)需要量、现场平面布置。这四项内容有机地联系在一起 ,互相促进互相制约。这四项内容以施工进度为主,先保证隧道工程的工期要求,施工方案是根本,资源需要量是保证施工进度和施工方案实施的必要条件,也是决定施工现场平面布置的重要因素。
对于本设计隧道属于高速公路山岭隧道,采用新奥法施工,其具体的施工组织设计内容为:
1、确定合理的施工方案及相关辅助施工措施; 2、施工进度安排及资源编制; 3、交接桩工作; 4、现场监控量测。
其中现场监控量测将在具体设计的时候做作出详细论述。 6.1 施工方案比选
1.公路隧道常用的开挖方法有:
1)全断面开挖法:按照隧道设计轮廓一次爆破成型,然后进行喷锚支护和二次衬砌的施工方法。
2.台阶法:指正台阶二步开挖法,是全断面开挖的改进方法。根据台阶的不同又可以分为:
(1) 长台阶法:指上下台阶之间的距离较远,一般上台阶超前50m以上,或大于5倍洞跨。施工中上下部配属同类机械进行平行作业,当机械不足时也可用同一套机械设备交替作业。
(2) 短台阶法:这种方法的上部台阶长度小于5倍但大于1~1.5倍洞跨,上下断面多采用平行作业,由于短台阶法可以缩短支护闭合时间,改善初期支护的受力条件,有利于控制围岩的变形,故适用范围较广。
(3) 超短台阶法:这种方法的上台阶仅超前3~5m,只能用交替作业施工。其缺点是:上下断面相距较近,机械设备集中,作业时间相互干扰大,生产效率低,施工速度慢。
3.台阶分布开挖留核心土法:这种方法将开挖断面分成环形拱部,上部核心、下部台阶三个部分,主要适用于土质围岩及软弱围岩。施工中可根据土质的好坏,将环形拱部断面分成一块或几块开挖。环形开挖尺寸一般1~1.5m,不宜过长。因其上部留有核心土支挡开挖工作面,且施工时能迅速及时地施作拱部初期支护,所以开挖面稳定性好。核心土和下部开挖均是在拱部支护完成的情况下进行的,施工较安全。
4.CD法:此法是把断面分成四块,即先行导坑上部,先行到坑下部,后行导坑上部,后行导坑下部。此法适应于跨度断面大,地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中的浅埋隧道。
5.双侧壁导坑法(眼镜法):此法将整个断面分为6块,左导坑上部 、左导坑下部、右导坑上部、右导坑下部、中央部拱顶、中央部其它部分。适用于断面跨度大、地表沉陷要求严格、围岩 条件特别差的浅埋隧道。
6.CRD法:为了增加掌子面的稳定,控制下沉量,可采用增设临时仰拱的措施封闭成环,即CD工法变成CRD工法。此法适用于浅埋软岩的大跨或特大跨隧道,它具有台阶法及侧壁导坑法的优点,与侧壁导坑法相比具有较快的施工速度;
同时本法通过中隔墙的减跨、临时仰拱及时封闭成环组成有力的支护体系,能非常有效的控制拱部下沉与收敛。
表6-1 几种施工方法的比较
项目 工法的安全施工技术难施工机械类施工工序 工程造价 掌子面的稳地表沉陷 周边收敛控全断面法 不够安全 低 大型 简单 低 差 大 差 地质条件好,有适用范围 三条机械化施工作件较好、技术熟练 较差、安全要求高 全要求高 件差、安全要求高 业线 台阶法 不够安较低 大、中型 较简单 较高 较差 较大 较差 地质条
CD法 较安全 较高 中、小型 较多 较高 较好 较小 较好 地质条件双侧壁导安全 高 小型 多 高 好 小 好 跨度大、安CRD法 安全 高 小型 多 高 好 小 好 地质条
通过对各种施工方案的必选,并且考虑隧道的实际工程地质条件以及现场的机械设备确定各级围岩衬砌的开挖方法。
6.2 辅助施工措施设计
隧道进出口开挖,由于覆土层比较薄,地质条件比较差,以及开挖洞内软弱围岩开挖,如果施工不当,易引起土体坍塌,造成施工危险,影响施工进度,为了保证施工的顺利进行,采取辅助施工措施来作超前预支护,加固周边围岩。
常用的辅助施工措施有[3]:
超前锚杆:主要用于土砂质地层、膨胀性地层、裂隙发育的岩体以及断层破碎带中;
管棚:主要用于隧道位于松软地层中,或遇到从塌方体中穿过,或浅埋隧道,要求限制地表沉陷量,或在很差的地质条件下进洞等情况中;
超前注浆小导管:适用于较干燥的砂土层、砂卵石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋段。
此外,还有预注浆加固地层和地表注浆锚喷预加固等措施。