快速道路隧道结构设计及施工探讨范文

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［摘要］在城市的交通设施中，快速道路是一种运输距离长，运输量大的快速交通运输设施。在这些快速道路的建设中，需要建设更多的双洞六车道或八车道的隧道，这种隧道与山岭隧道在设计方法方面存在一定的差异。以某快速道路工程中的一个双洞六车道和一个双洞八车道的隧道为例，对快速道路隧道结构设计及施工进行分析与探讨，为快速道路工程中隧道的建设提供更多有价值的参考。

［关键词］快速道路；隧道；结构设计

在城市的众多道路中，可以根据不同道路在道路网中的地位、实现的交通功能以及对周边建筑物的服务将其分为快速道路、主干道路、次干道路与支路。其中快速道路能够为城市提供长距离、大运量的快速运输服务，这种道路的对向车道间设有分车带，并在入口与出口处实现部分控制或全控制。为了提高交通速度，快速道路的形成速度通常能够达到60~80km/h，行车速度能与高速公路一致，这对路线的线型提出了更高的要求。在我国南方的大部分地区，大部分城市所处的地形不是平原，在为这些城市建设快速道路时，由于受到地质条件与环境的限制，需要建设大量的隧道，只有这样才能有效降低隧道长度，保证高速道路的线型满足形成速度要求，并在一定程度上减少交通事故的发生。

1工程简介

1.1快速道路工程概述

某城市快速道路工程全长46.5km，由于资金投入的限制需要分两期完成工程施工。在一期工程中，需要建设两个隧道，其中一个位于主线道路，为双向八车道，另一个则位于支线道路，为双向六车道。一期工程主线工程长度为15.1km，支线工程为4.3km，总长为19.4km。该快速道路工程的功能主要是完善城市的干线公路网，为城市提供更加快速的交通服务，较少城市主干线道路的交通压力。

1.2隧道工程概述

根据快速道路工程的路线与地质条件，工程的主线上需要建设一个双向八车道的隧道（1号隧道），在工程的支线上需要建设一个双向六车道的隧道（2号隧道），其中1号隧道需要设计成上、下行分离形式，为暗挖直线下坡隧道，与此同时，该隧道的长度较短，可以采用自然通风的形式与双排高压钠灯中央布置的照明方式；2号隧道同样为上、下行分离形式隧道，左、右两洞的轴线距离为39m，并且两线的洞口位置与一部分洞身位置呈直线，而隧道的中部位置则呈曲线状态，该隧道的长度较长，需要采用射流风机进行通风，照明方式同样为双排高压钠灯中央布置照明。隧道建设需要满足城市快速道路的技术标准，洞内的形成速度应达到80km/h，通风与照明计算形成速度为80km/h，隧道限界净高为5.0m，1号隧道限界净宽为18.09m，而2号隧道的限界净宽为10.52m，设计荷载均为城一A级。

1.3工程所在位置的地质条件分析

本工程位于亚热带地区，属于亚热带季风气候，降水量充足，干、湿季节区分明显，隧道需要穿越的位置地貌为高丘陵，沿线大部分覆盖有第四系坡洪积层，并且地面植物繁茂，该位置的地震基本烈度为VII度，设计基本地震加速度值为0.109。地下水主要为基岩裂隙水，赋存于风化裂隙及构造裂隙中，具承压性，对混凝土不具腐蚀性。1号隧道洞身围岩主要为燕山期粗粒花岗岩，由外到里依次为全风化、强风化、弱风化和微风化，围岩类别按JTJ026—1990《公路隧道设计规范》划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类。2号隧道洞身基本位于震旦系混合花岗岩及燕山期粗粒花岗岩岩体内。围岩类别按JTJ026—1990《公路隧道设计规范》，除出口附近围岩类别为II外，其余均为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类。

2隧道工程的内轮廓设计方案

在对1号隧道进行内轮廓设计时，需要重点考虑隧道的建筑标准、隧道装饰、受力特点及断面经济性等方面的因素，同时兼顾隧道的结构受力情况与工程设计的经济性，在确保隧道能正常使用的情况下，解决四车道隧道的内轮廓问题。通过对多种设计方案的对比，最终确定1号隧道的内轮廓设计方案采用三心圆曲墙拱型断面。隧道的拱半径尺寸为10.42m，曲墙的半径尺寸为6.21m，内轮廓的净宽尺寸为18.7m，隧道净高度尺寸为9.21m，最大跨度尺寸为18.83m。而仰拱的拱半径则为30m，边墙与仰拱的衔接部分圆弧半径为2m。2号隧道的内轮廓设计方案同样采用三心圆曲墙拱型断面。其建筑限界净宽度为14.25m，净高度为5m。隧道拱部圆半径尺寸为8m，边墙半径尺寸为5.22m。

3隧道结构设计方案分析

3.1隧道结构设计参数选择

在隧道的明洞段中，隧道结构主要为C30钢筋混凝土拱型结构，该结构设有仰拱，仰拱中使用的钢筋混凝土为C30，而仰拱的回填可使用C20片石混凝土。在对隧道洞身中的暗挖段进行设计时，采用新奥法原理，应用复合式衬砌的方式，在隧道施工的初期，主要采用喷射钢纤维混凝土、锚杆以及钢筋网等支护方式，一些重要位置需通过型钢钢架与格栅钢架进行加强。1号隧道的二次衬砌应用整体现浇的方式进行C30钢筋混凝土的建筑。2号隧道的二次衬砌应用整体现浇的方式进行C30素混凝土的浇筑，只在个别的位置使用钢筋混凝土，如风机吊挂加强位置与洞口软弱围岩浅埋加强位置等。

3.2隧道结构的材料与施工要求

在进行洞口加强位置的施工时，需要使用直径127mm的超前大管棚作为辅助措施，而Ⅲ类围岩位置的施工则需要使用直径50mm的超前小导管作为辅助措施。在进行爆破作业的过程中，需要应用光面或预裂爆破等控制技术，对装药量进行精准的控制，防止因药量过大造成爆破时对围岩产生扰动。1号隧道需要使用C25强度等级的喷射钢纤维混凝土，并通过冷拉的方式来切断型钢纤维，而钢纤维喷射混凝土的强度可以按照C25普通喷射混凝土的标准进行控制。2号隧道使用的混凝土为普通喷射混凝土，使用的锚杆为R25中空注浆锚杆，锚杆的露头处需要增加钢制垫板。洞口加强位置、II类围岩型钢钢架以及Ⅲ类围岩衬砌位置的初期支护均需要使用格栅钢架进行加固，其中型钢钢架需要使用20号H形钢筋焊接，而格栅钢架则需要使用直径25mm与10mm钢筋制作。

4工程施工方案的确定

1号隧道的特点是其断面面积大，但隧道长度不长，为了防止在工序转换的过程中出现施工组织难度增加的现象，隧道开挖需要应用双侧壁导坑法，并在开挖过程中根据反馈的信息对设计参数进行及时调整，以防止岩体发生坍塌。2号隧道中的Ⅱ类围岩位置与洞口加强位置的开挖可应用侧壁导坑法，Ⅲ类围岩位置可以应用单侧壁导坑法或上下台阶法，而Ⅳ类与Ⅴ类围岩位置的开挖则需应用全断面的开挖方式。在进行隧道开挖的过程中，需要进行新奥法监测，通过这种方式来了解围岩的状态变化，以提高施工的安全性。同时，在隧道施工进行的过程中，需进行超前地质预报，并实施围岩地质衬砌支护观测、地表沉降观测以及周边收敛观测等。通过2D-σ有限元分析软件对隧道结构与施工的数值模拟分析，从分析结果可看出，对1号隧道与2号隧道的设计与支护衬砌等参数的设置合理，可应用双侧壁法进行施工方案，严格按照设计的施工方案进行施工，能够确保隧道施工的顺利进行。

5工程洞口设计与防排水方案的确定

5.1洞口设计方案的确定

在对隧道工程进行洞口设计时，最重要的原则就是洞口需要与工程所在的地质条件与地形条件相结合，保证洞口的美观与一体性。1号隧道的入口处地形相对平缓，地势开阔，可以选择削竹式洞门设计，隧道的整体走向为东西走向，在参考日照强度后，明洞可以采用倒削竹式的设计。而在隧道的出口处，地形相对陡峭，洞门可选择正削竹式洞门设计。在隧道的入口与出口处，都需要设置明洞。洞口的边坡与仰坡均需要使用混凝土网络护坡，可以在混凝土网格内种植绿化植物。2号隧道的入口处地形比较开阔，洞口可以设计成削竹式洞门，洞口的边坡与仰坡可以使用M7.5浆砌片石网格护坡，并在网格内种植绿化植物。而隧道的出口则由于受到地形的印象采用端墙式洞门设计。

5.2防排水方案的确定

在进行隧道的防排水设计时，需要遵循因地制宜的原则，采取防、排、截、堵互相结合的方式进行综合治理。二次衬砌与喷射混凝土之间的防水层可以使用无纺布与防水板作为防水材料，沉降缝位置使用的防水材料可选择沥青木丝板夹E型橡胶止水带，而施工缝位置可以通过钢板腻子止水带防水，洞口位置的明洞防水层应与洞内保持一致。为了保证隧道衬砌的排水效果，可在防水层与喷射混凝土间以及路面级配碎石中增设波纹排水管，而路面的排水可采用在边缘增设预制C20钢筋混凝土边沟的方式。

6结论与建议

6.1结论

通过对快速道路隧道结构设计及施工的分析与探讨，可得出以下结论。（1）在快速道路隧工程施工前必须做好地质勘察，明确工程所在位置的地质、地貌以及水文等相关条件，通过这些数据信息确定工程施工方案。（2）我国在双洞八车道公路隧道建设方面的实践经验有限，只有少数的工程资料可以参考。这种隧道适合应用三心圆拱型断面的设计结构，暗挖结构则适合应用新奥法原理进行设计。衬砌方式可以采用复合式衬砌，而二次衬砌适合选择整体钢筋混凝土结构。（3）隧道洞口的设计需要与洞口位置的地形与地貌特点相结合，并注重与城市整体建筑风格的搭配，保证洞口的美观与一体性。（4）在隧道的建设过程中，工程施工是最关键的环节，在进行施工时，施工单位必须做好施工的组织工作，严格按照施工计划完成施工。施工过程中还需对工程进行监控与测量，并将测量的结果及时向上级反馈，对出现的问题应及时采取解决对策，降低这些问题对工程施工的影响，保证施工的顺利进行。

6.2工程设计与施工建议

快速道路隧道与山岭隧道的设计及施工不存在本质上的区别，但快速道路隧道对洞口位置的要求更高，不但要保证其美观性，还需适用于周边的环境，并防止隧道在建成后不影响周边居民的正常生活。同时，快速道路隧道的建设还要尽量减少土地征用与拆迁，并且在隧道施工过程中对施工产生的废水与化学浆液进行妥善的处理。此外，还要对开挖边坡、仰坡、临时施工场地做好绿化工作，以提高隧道周边的绿化水平，保证与城市的整体绿化水平一致。

参考文献

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作者：郑世军 单位：辽宁城建设计院有限公司