桥隧相接条件下超大断面隧道的设计

勇 （!P"’% ） ， 男， 工学学士， 现任重庆交通科研设计院隧道与交通工程所 总 工， 高 工， 主要从事公路隧道
李 勇， 等： 桥隧相接条件下超大断面隧道的设计 !@@A 年第 " 期 ;8E ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
图! 隧道进口远景图 #$% & ! #$% & " 图" 裂隙出露带
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地质地形条件的剖析
地质地形条件对隧道的影响 由于卸荷裂 隙 的 影 响， 再 注 意 到 岩 坡 面、 岩层
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工程概况
拍盘 隧 道 位 于 山 西 晋 城 市 境 内， 右 洞 长 $ )#P
应地形地质条件的变化， 桥隧相接的过渡段落都必 须进行相应的变更设计。
左洞长 $ ))# * )+ ,， 属特长隧道。 隧 道 围岩 以 白 ,， 云岩、 灰岩为主， 总体工程地质条件良好， 洞室围岩 稳定。由于其进口紧接仙神 河 大 桥 （见 图 ! ） ， 故其 进口一端平面布置为连拱隧 道 （ ((( * )# ,） 、 小净距 隧道 （+(P * ’+ ,） 、 分离式隧 道组合 形 成 的 分 岔 式 特 殊结构型式。 但在其连拱隧道段中导洞掘进贯通后， 发现实 际地形与地质 条 件 均 较 原 设 计 有 较 大 出 入。 其 一 是进口地形陡峭 （见图 ( ） ， 桥 台 无 法 施 作； 其 二 是， 在进口附近的中导洞岩壁左侧及底板发现裂隙 （见 图 $） ， 后经详细勘察， 揭 示 其 为 卸 荷 裂 隙 带。 为 适
地 下 空 间 与 工 程 学 报 第;卷 <GH ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
图7 "#$ % 7
二次衬砌大主应力等值云图
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附注： 大跨段原为连拱隧道， 其 中 导 洞 已 开 挖， 故施工工 序从中导洞开挖后计。 ! 开 挖 一 侧 边 墙； "施作一侧边 墙处初期支护； # 开 挖 另 一 侧 边 墙； $施作另一侧边墙 处初期支护； % 中导洞拱部 开 挖； & 施 作 拱 部 初 期 支 护； ’ 开挖一侧拱腰； ( 施 作 一 侧 拱 腰 处 初 期 支 护； )开挖 另一侧拱腰； * 施 作 另 一 侧 拱 腰 处 初 期 支 护； +全断面 施作二次衬砌； . 开挖中导洞下部核心土。 , 图! "#$ % ! 隧道开挖施工步序断面 &’()#*+ *, )-++’. ’/(010)#*+ 2)’32 "#$ % H 图H 二次衬砌小主应力等值云图
在仰坡坡口 < : 外设置较大断面的截水 （9） 沟， 结合倒削竹式洞门结构防止小块岩石的崩落。 这些措施的核心问题是， 如何实施超大断面的 单跨结构的洞身工程。
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超大断面的单跨结构设计
由于桥隧相接过渡段洞身的原设计为连拱结

构 （见图 ; ） ， 为 保 持 内 轮 廓 断 面 的 圆 顺， 并注意到 箱梁和桥台结构的整体浇筑， 确定了图 9 所示 的超 大断面的单跨结构。
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单跨结构施工方案及数值模拟
施工方案的确定 鉴于此结构的特殊性， 且在国内尚无可参照的
道设 计 规 范 （ ABC D7: E ;::< ） 》 ， F?: 混 凝 土 的 容 许 拉、 压、 剪应力为 : % @ =>0、 计算 GG % ; =>0、 G % G =>0， 可得二次衬砌的抗拉、 压、 剪安全系数分别为 ; % :H 、 为隧道的后 ?7? % ? 、 ;; 。故二次衬砌的安全度较 高， 期安全、 耐久运营提供了较好的安全性。
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围岩的安全性 地勘报告显示， 该段围岩属寒武系崮山组白云
设计 中 采 用 45&6& 有 限 元 分 析 软 件， 对隧道 结构及施工进行数值模拟分析， 以确定支护及衬砌 参数和施工方案， 其 中 开 挖 模 拟 了 上 下 台 阶 法、 先 拱后墙开挖法以及先墙后拱 开 挖 法 （即 图 ! ） ， 分析 结果表明， 前两种开挖方法均造成了围岩的塑性破 坏和 大 变 形， 只 有 采 用 图 ! 所 示 的 开 挖 工 序， 围岩 与支护结构的安全才能得到保障。因此， 下文将着 重分析按图 ! 开挖的数值模拟结果。 ! "$ 二次衬砌的安全性 从图 7 8 9 可 得， 二 次 衬 砌 最 大 拉、 压、 剪应力 分 别为 : % ;< =>0、 根据 《公路隧 : % :@ =>0； 万方数据: % :? =>0、
<B6 * ! 图! 桥隧相接效果图
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收稿日期： （ 修改稿） (&&"%&(%!+ 作者简介： 李
万方数据 和城市地下空间结构的勘察设计等方面的工作。 T%,;BA： CB56H;4 V FF=CB * F,HW * F4,
桥隧相接条件下超大断面隧道的设计
李 勇 ，丁 浩
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（重庆交通科研设计院隧道与交通工程所， 重庆 摘
要： 在桥隧相接的条件下， 为适应现场的 地 形 地 质 条 件， 采取了将原设计的连拱隧道
变更为超大断面单跨隧道的应对措施。针对这种矢跨比仅为 & * $+ 、 内净空面积达 $(# * +),( 的 地下结构， 从设计和施工的角度， 通过数值模拟， 确定了支护参数和开挖工序。 关键词：桥隧相接；超大断面隧道；设计；数值模拟；矢跨比 中图分类号： -)+ ；./!!+ 文献标识码： 0
工程实例， 因此， 必须通过有限元数值模拟分析其 结构的安全性以及施工方案。 注意到实际施工中导洞已按原连拱隧道的设 计开挖， 变更后 隧 道 断 面 大， 为避免工序转换而使 施工组织困难， 单跨段隧道采用图 ! 所示的开 挖 工 序， 施工遵循 “弱 爆 破、 短 开 挖、 强 支 护、 早 闭 合、 勤 量测、 衬砌紧跟” 的原则， 结合反馈信息及时优化调 整设计参数。这 种 开 挖 工 序 是 将 大 断 面 的 单 跨 先 分解为三个独立的小跨度断面， 再逐渐扩挖、 连通， 最终形成设计断面。
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连拱结构断面图
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图9
单跨结构断面图
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应对措施
由上所述， 对于此种地质地形条件下的桥隧过
单跨结构断面支护措施如下： ! 局部软弱地段 超前支护采用 9 : 长的 ";! 小导管， 环向间距 @ & ;9 纵向 间 距 ! & @ :； :， # 初 期 支 护 采 用 !A ,: 厚 的 隧 道 路 面 以 上 打 设 9: 长 "!! 锚 B!@ 喷 射 混 凝 土， 杆， 路面 以 下 打 设 A : 长 "!! 锚 杆， 并保证其端部 嵌入二次衬砌 <@ ,:， 间距均为 C 8 : D 8 :， 梅花形 布置； 纵向间距 @ & 9 $ 初期支护中还设 !@> 工字钢， :； % 二 次 衬 砌 为 拱 圈 厚 <9 ,: 的 B"@ 模 筑 钢 筋 混 凝土， 在开挖完成后一次整体浇筑。 最大开挖 其中， 断面最大开挖宽度达 !9 & EE :， 高度 8< & E9 :， 从起拱线以上算矢高 F & 8" :， 其矢跨 比为 @ & "9 ， 内净空面积 "!E & 9; :! ， 接近为单向 9 车 道、 上下双层的地下结构。
渡段的处治主要采取以下措施： （8 ） 箱梁和桥台 伸 入 隧 道 内 !9 :， 采用整体式 浇筑； （!） 桥隧相接段的隧道洞身由连拱结构变 为超 大跨结构； （"） 洞口边 仰 坡 适 量 开 挖， 以减小危岩体的部 分水平倾覆荷载； （;） 采用预应力锚索、 挂网锚喷、 裂缝灌浆 等 措 万方数据 施锚固边仰坡影响范围内的危岩体；
第(卷 第$期 (&&" 年 &" 月
地 下 空 间 与 工 程 学 报 QHB5@L@ R4?=5;A 4I -5C@=6=4?5C SJ;F@ ;5C T56B5@@=B56
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