公路双连拱隧道结构设计探讨
摘要：本文结合在双连拱隧道设计工作中的经验及施工效果,并提出了隧道结构优化改进措施,其最大的优势就是可以较好的解决双连拱隧道的渗漏水问题,当然此方案的最终实施效果还有待实践的考验。
毕业论文网 关键词：公路隧道；双连拱；结构设计 Abstract: Based on double arch tunnel design experience and construction, and puts forward the improvement measures of tunnel structure optimization, its biggest advantage is that we can better solve the double—arch tunnel water leakage problem of the scheme, the final implementation of the results have yet to be put to the test of practice. Key Words: highway tunnel; double arch; structure design 中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号： 1前言 目前公路隧道的平面布置形式有分离式与整体式两种,对于上下行隧道而言绝大多数采用的是双洞上下行分别布设的方案,然而在某些特定条件下,如土地使用昂贵、路线分离困难时,经过技术经济比较后往往会采用双连拱隧道的布置方案,本文就双连拱隧道的适用条件、结构设计及施工注意事项作了简要的分析。
2双连拱隧道的适用范围及易出现的病害 2.1适用范围 双连拱隧道主要应用在地质条件相对较好的地层中,或者当遇到洞外地形条件复杂、土地紧张、拆迁数量大或若采用上下行分离双孔隧道,其中一孔的隧道长度需要过分加长(洞口出不来),或者造成路基工程数量急剧增加,在经济上已属明显不合理,而且其长度又属中、短隧道。
由于该类结构的跨度大、结构复杂,出现病害后修复比较困难,因此在地质条件不好的地方,长、大隧道一般都不采用连拱隧道。
2.2易出现的病害 由于双连拱隧道受力条件复杂,加之施工期间各工序相互影响,对围岩的多次扰动以及支护衬砌相互之间及与中隔墙的非同步施工,易造成隧道拱脚开裂,中隔墙出现裂缝(纵向和环向),中隔墙侧拱脚处渗漏水,这些问题从已建成隧道来看具有一定的普遍性。
3双连拱隧道结构设计 目前国内已建成或正在设计中的连拱隧道采用图1所示的形式,在 图1传统的断面形式 防水处理上也大同小异,结合近几年来双连拱隧道设计、施工经验,建议对其结构作适当改动,将防水与结构设计统一考虑,以便使衬砌防水效果更理想。
在不削弱结构的条件下,将两侧二次衬砌各自独立成环,按单洞整体式断面施工,这样一来不仅取消了中隔墙与拱部结合部位的纵向工作缝,也避免了设钢拱架地段预埋在中隔墙内的加强连接筋将防水板戳破,以及多次施工扰动对中隔墙顶已铺好的防水板造成破损的问题,可使中墙顶这个漏水薄弱环节得到根本改善。
在结构受力上,连拱实质上是初期支护的连拱,施工荷载及部分围岩压力由初期支护承担,这就要求初期支护应有足够的强度与刚度,需采取高强喷锚技术,在施工中需紧跟作业面,并视地质条件辅以长(短)管棚注浆超前加固或超前锚杆预加固,充分作好支护时效控制。
当隧道地处浅埋偏压或地质偏压地层中时,还应考虑在洞外采取预加固地层或反压回填,在洞内采用预加拉应力的深孔(自进式、半自进式锚杆或锚索)锚固措施。
在围岩级别较低时(Ⅵ级，Ⅴ级),由于岩体流变作用,需尽早施作能够提供足够的刚度与强度的仰拱与二次衬砌,形成二次模筑衬砌封闭环,改善基底的受力条件,此时的二次衬砌已不再是简单的安全储备,应按承载结构设计,对于Ⅳ～Ⅴ级围岩衬砌承载能力可取围岩压力的30%～60%(浅埋隧道还包括可变荷载与偶然荷载),采用钢筋混凝土结构。
Ⅲ级及以上围岩二次衬砌可作为安全储备,即结构的安全性和耐久性应由复合衬砌共同承担。
中隔墙厚度取1m左右,加上两侧二次衬砌总厚度约2m(与传统形式厚度一致,传统形式多为直墙,因此工程数量略有增加),中隔墙顶在施工中容易塌方,墙顶回填混凝土与围岩间往往会有空隙,致使中隔墙没能形成连续的支撑结构,无形中加大了隧道开挖跨度,为此设计中在靠中隔墙顶部预埋压浆管,通过注浆以确保中隔墙顶与回填混凝土、围岩之间达到密实,中隔墙内配置钢筋,墙顶预埋钢筋(板)与格栅拱钢筋(钢拱架)相连接,形成一整体式初期支护结构,必要时可采取减跨支护措施。
4双连拱隧道的施工 双连拱隧道施工,原则上应采用中导洞先行,两侧导洞滞后的“三导洞先墙后拱法”,即从基础作起,形成支护环后再开挖核心部分,该方法较为安全,结构整体性好。
或采用“中导洞先行,两侧洞拱部弧形开挖,上半断面正台阶法开挖或短台阶全断面开挖”的施工方法。
该类隧道总的施工顺序为先完成一洞,滞后一段时间(20～30d)、一定距离后(宜30m以上)再施工另一线隧道。
对于Ⅴ、Ⅳ级围岩地段要坚持“弱爆破、短开挖、多循环、强支护、仰拱超前、早闭合、步步为营、衬砌紧跟、及早承载”的施工原则,“以刚对强”,不能采用“让压原理”,以减少围岩松弛变形。
在仰拱施作之前是结构的最不利受力状态,故此时要始终确保边墙及中隔墙地基应有足够的承载力,控制下沉量,可采取在中隔墙底打设斜向、竖向锚杆(或注浆钢管)来扩大地基承载面积,边(中隔)墙基础可连同部分仰拱先作(但要留好施工缝),结合开挖断面作临时仰拱封底,若沉降量过大可先按一定间隔将两侧导洞间岩体挖通(宽约2～3m),闭合部分仰拱,设置沉降缝。
在施工中要避免拱部导坑中的地下水与施工废水不加控制的流进导洞中,长期浸泡而使中隔墙与边墙基础软化失稳。
二次衬砌混凝土是在初期支护完成后全断面整体浇筑,施工中需重视工艺操作,避免间歇灌筑,力求达到不出现纵向工作缝,在混凝土灌筑后不发生裂缝,以提高衬砌结构自防水能力,增强防水效果。
在偏压,爆破震动,多次施工扰动,两洞要先后施工等诸多不利因素叠加所产生的侧向推力,可能使中隔墙产生水平位移,导致混凝土拱圈开裂、失稳,为此在拱部开挖及支护施作之前必须先完成中隔墙另侧的回填支顶及中隔墙顶部的回填、注浆工作,必要时可将另侧中导洞填死。
另外中隔墙顶部容易提早出现塑性破坏,形成塌方,对未完成的结构构成威胁,因此要做好微震控制爆破(因要三次扰动),加强监测,注意对中导洞顶部范围围岩的及时补强,以减少塌方事故的发生。
另外就是要减少超挖,确保衬砌结构与围岩结合紧密,以避免空洞诱发塌方形成偏压,给隧道衬砌结构产生不利影响。
还有一个重要的环节就是施工过程中的监控量测及信息反馈分析,具体监测项目与要求可参考有关规范确定。
对于明洞段施工,由于其工作条件比洞内好,故可采取先施工仰拱及中隔墙基础,然后再尽可能两侧对称整体浇筑衬砌混凝土,也可采取先完成中隔墙结构后,再施工两侧明洞衬砌。
在施工中还须注意要认真做好明洞外贴防水层与排水管路,回填时应对称施工。
5结束语 双连拱隧道方案由于占用土地少,在洞外平面接线及洞口位置选择上具有一定优势,现已成为公路隧道的一个组成部分,因此如何经济、安全的修建,减少运营期间病害的发生,已成为人们关注的问题,文章结合双连拱整体式隧道的设计经验与实施效果,对目前较为通用的结构设计模式作了优化改动,以期能够更好的满足结构受力要求与长久运营需要。
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