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隧道建设条件及洞身结构设计研究

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关键词:白庭路隧道;隧道建设条件;洞身结构设计

隧道建设条件对其施工建设有决定性影响,必须引起相关人员的高度重视。在掌握各项建设条件后,还应据此对隧道的洞身结构进行合理设计,针对不同级别与自稳能力的围岩,采取不同的支护手段。

1工程概况

白庭路隧道位于长沙市岳麓区含浦镇芝字塘村与坪塘街道长塘村交界处,穿越规划莲花山森林公园,起点位于幸福村洞庭沟,隧道起点西北方向距离靳江河约900m处,终点位于靠背山东南方向200m处,为分离式中隧道,隧道周边毗邻公路,同时有一土路从山上穿过,交通条件便利,隧道进出口处多为池塘,地表水较丰富,均可作为施工用水。隧道右线桩号YCK0+354.087~YCK1+110,全长755.913m。隧道左线桩号ZCK0+374.088~ZCK1+136,全长761.912m。隧道最大埋深约63m,隧道设计采用标准上、下行独立双洞六车道分离式隧道设置。本隧道平面线形为直线—曲线—直线-曲线—直线相连形式。左、右线纵断面线形均采用“人”字坡,左线坡度/坡长为3.0%/117.836m、2.256%/557.617m和-0.3%/86.459m,右线坡度/坡长为3.0%/135.913m、2.256%/559m和-0.3%/61m。隧道左右线进口洞门采用削竹式,其余洞门采用端墙式。

2隧道建设条件

2.1周边环境

该隧道位于长沙市岳麓区含浦镇芝字塘村与坪塘街道长塘村交界处,由于从莲花山森林公园处穿过,所以是山地地貌,部分基岩裸露,地形有较大起伏,地形最低、高点的标高分别为42m和135m。隧道位置如图1所示。

2.2地形地貌

隧道所处地区的地形条件为中等复杂水平,横向穿过山体,部分地段基岩直接裸露,坡体上植物茂盛,以灌木居多,隧道的进出口都处在山涧斜坡和沟谷上。地貌单元为剥蚀丘陵。

2.3地质构造

隧道附近区域构造包括:(1)施家冲—新开铺磊石塘断裂(F106):西南端循北东30°方向进入磊石塘,经坪塘、新开铺至施家冲终止,总长50km左右。(2)葫芦坡—金盆岭—炮台子断裂(F101),位于靳江河地带,与F106基本平行,循北东30°方向延伸,总长60km左右。具体位置如图2所示。场地区域保持稳定,目前为止还没有发现活动断层。隧道沿线地表以第四系地层覆盖居多,基岩出露相对较少,但地层出露岩石有很强的风化作用,在勘探深度范围内没有发现区域性断裂,部分存在薄层构造破碎带穿越,区域地质较为稳定。岩层整体产出为单斜产出,岩层产状305°~325°∠30°~48°,节理主要为:65°~75°∠75°~88°、205°~210°∠78°~87°,密闭性一般至较差,节理间距为5~50mm。

2.4不良地质

从地质构造图可知,在拟建场地的西北和东南方向存在区域性断裂,即F101与F106。结合地表出露情况和岩层产状,经推算确定其产状为305°~315°∠35°~45°。由角砾岩与构造泥两部分构成,挤压、擦痕明显,角砾以砂岩为主,砾径在0.2~2.0cm范围内,可见糜棱岩化与蚀变,构造裂隙极为发育,使岩体劈碎,强度低,如果钻冲孔施工从这一部位穿过,将发生泥浆渗漏,严重时将产生塌孔。

2.5工程地质评价

隧道洞身从石英砂岩与砂岩中穿过,隧道区中没有区域断裂带,但局部从构造破碎带中穿过,岩体保持连续且基本稳定,场地整体保持稳定。

3隧道洞身结构设计

3.1系统锚杆

以围岩开挖净宽及净空为依据,结合围岩的级别与自稳能力实施系统锚杆加固设计。系统锚杆包括中空注浆锚杆与早强水泥砂浆锚杆。对于早强水泥砂浆锚杆,其杆体采用22mmHRB400螺纹钢筋;以Q235钢板为钢垫板。钢筋网为HPB300光圆钢筋,直径为6.5mm与8mm。中空注浆锚杆的注浆材料为1∶1纯水泥浆液,早强水泥砂浆锚杆的水泥砂浆强度应达到M20以上。

3.2格栅钢架与型钢钢架

以围岩开挖净宽及净空为依据,结合围岩的级别与自稳能力实施格栅钢架与型钢钢架支护设计。因与型钢钢架相比,格栅钢架具有良好受力情况,且质量轻、刚度可调,所以初期支护应以格栅钢架为主。在自稳能力较弱和需要对拱顶沉降进行严格控制的部分,初期支护优先考虑工字钢钢架。型钢钢架的制作按照设计要求的尺寸由冷弯机进行,不可使用大锤进行锤击。因钢架设在初期衬砌的喷射混凝土当中,还留有保护层,所以为最大限度发挥其支护作用,并为钢架提供保护,应在钢架的周围进行混凝土满喷,避免留有空隙。

3.3初期衬砌

以围岩开挖净宽及净空为依据,结合围岩的级别与自稳能力实施初期衬砌设计,通常以喷射C25混凝土为主。喷射方法为湿法。隧道开挖至满足设计要求后立即进行初期衬砌与支护,避免临空面长期暴露。尽早喷射第一层混凝土,以对围岩的表面进行封闭;之后进行一系列支护施工。钢筋网钢筋搭接长度应达到25cm以上,保护层厚度应达到2cm以上。钢筋网与锚杆配合使用,两者进行绑扎或焊接。喷射混凝土的水泥以普硅水泥为宜,细集料细度模数不小于2.5的坚硬且耐久的中、粗砂,砂含水率不能超过5%~7%范围。粗集料为坚硬且耐久的碎石、卵石,粒径不超过16mm,禁止使用具有碱活性的集料。

3.4二次衬砌

以围岩开挖净宽及净空为依据,结合围岩的级别与自稳能力实施二次衬砌设计,二次衬砌为防渗标号为P10以上的C35模铸混凝土及钢筋混凝土。仰拱施做前先清理基底浮渣,到露出基岩表面后进行混凝土浇筑。隧道复合衬砌参数如表1所示。

4结语

综上所述,在隧道建设施工前,必须掌握隧道的建设条件,并据此结合以往工程经验和施工条件,做好隧道洞身结构设计,采取合理可行的复合衬砌结构,以保证围岩稳定性,使施工顺利、安全进行。

参考文献

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[2]夏才初,李强,黄继辉.寒区隧道衬砌结构设计方法[J].地下空间与工程学报,2017(11):25-26.

[3]肖博,吴胜忠,廖峻.隧道穿越既有支挡结构设计方案优化研究[J].地下空间与工程学报,2017(11):22.

[4]梁艳.公路隧道设计内容的基本概述[J].农村经济与科技,2017(18):55.

作者:彭涛 单位:长沙市规划设计院有限责任公司

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