【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輪廓的形狀和尺寸應(yīng)考慮圍巖類別、結(jié)構(gòu)受力的特點(diǎn)及便于施工等因素。 對(duì)長(zhǎng)嶺灣隧道預(yù)選了三種不同的隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)方案，這里結(jié)合的地質(zhì)水文及周圍環(huán)境條件影響，從三種不同隧道內(nèi)輪廓的設(shè)計(jì)來討論對(duì)長(zhǎng)嶺灣隧道開挖的利與弊，以此來選擇最好的長(zhǎng)嶺灣隧道內(nèi)輪廓選擇方案。、介紹三種截面的優(yōu)缺點(diǎn)比較：（1）直墻式隧道一般用于隧道圍巖較好的地段，且周圍不會(huì)有較大的側(cè)向壓力，所以不需要設(shè)仰拱。運(yùn)用直墻式隧道的凈斷面積最小。但考慮到長(zhǎng)嶺灣隧道地形復(fù)雜，其中長(zhǎng)嶺灣隧道無活動(dòng)性斷層，區(qū)域地質(zhì)整體穩(wěn)定性較好，圍巖以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖、砂巖為主，少量軟質(zhì)泥巖、炭質(zhì)頁巖、泥巖，巖體較完整，圍巖穩(wěn)定性較好，但局部巖溶發(fā)育、煤層段巖體完整性較差。根據(jù)隧道圍巖巖體的巖石等級(jí)以及層間結(jié)合情況，受地質(zhì)構(gòu)造影響程度、巖溶的發(fā)育及地下水的富集程度，可將隧道圍巖劃分為Ⅴ～Ⅳ級(jí)。則不適于運(yùn)用直墻式截面來做隧道內(nèi)輪廓。（2）單心圓內(nèi)輪廓，即拱部為單心半圓，側(cè)墻為大半徑圓弧，仰拱和側(cè)墻之間用小半徑圓弧鏈接。如果從降低造價(jià)方面看，采用簡(jiǎn)明、單純的單心圓斷面為宜。但長(zhǎng)嶺灣隧道地形復(fù)雜，有局部巖溶及地下水豐富，直接用單心圓容易引起不必要的塌方或者要加厚襯砌層，整體考慮不能視為一種好的斷面。（3）三心圓內(nèi)輪廓，從長(zhǎng)嶺灣公路隧道功能出發(fā)，隧道凈空斷面確保道路寬度及建筑限界、鋪裝、排水、通風(fēng)設(shè)備、內(nèi)裝、監(jiān)視員通道、其他一些必要的空間，而且要考慮穩(wěn)定性、施工性及車輛的行走性，這樣才能確定合理的斷面形狀和尺寸。而隧道斷面應(yīng)具有適應(yīng)應(yīng)力流和變形的合理形狀，同時(shí)要適應(yīng)圍巖條件、凈空要求，而三心圓則能符合隧道的應(yīng)力流和變形的合理形狀，所以最好采用三心圓形狀。表54 長(zhǎng)嶺灣隧道內(nèi)輪廓斷面比選方案表斷面形狀影響因素直墻式單心圓三心圓施工速度施工速度快施工速度一般，對(duì)開挖圍巖要求高施工速度適中造價(jià)高低造價(jià)低造價(jià)適中造價(jià)適中開挖工程量*1479m*1470m*1470m施工難易程度對(duì)圍巖應(yīng)力要求高，水平應(yīng)力不能太大，相對(duì)施工難度較小施工簡(jiǎn)單，單純施工難易程度一般對(duì)周圍環(huán)境的影響程度一般適用明挖隧道，則對(duì)周圍影響較小對(duì)環(huán)境影響大影響適中（三心圓是分部開挖，則相對(duì)影響較?。┌踩缘母叩筒桓甙踩阅艿桶踩暂^好（施工的整體性較好，較好的發(fā)揮圍巖自身承載力）三種內(nèi)輪廓的選擇在施工中的優(yōu)劣比選，其中直墻式一般需要明挖，*1470m，但是它對(duì)圍巖要求高，水平方向受力不能太大，所以根據(jù)長(zhǎng)嶺灣隧道實(shí)際情況，不適合明挖，明挖其開挖量大，造價(jià)變高了而且其工期也加長(zhǎng)了，則此種方法明顯不適于長(zhǎng)嶺灣隧道。單心圓開挖相對(duì)比較簡(jiǎn)單，然而其開挖量為（*2825m ）太大，明顯高于直墻式和三心圓開挖的斷面其造價(jià)當(dāng)然也就比較高了，然而單心圓對(duì)隧道圍巖的整體性要求比較高，施工起來安全性不大，則不適合長(zhǎng)嶺灣隧道的開挖。三心圓則相對(duì)符合應(yīng)力流和圍巖的變形條件，而且開挖量相對(duì)較?。?1470m），在三種方案中三心圓施工對(duì)周圍環(huán)境影響相對(duì)較小，安全性較高，則在施工中最先選用三心圓為隧道的開挖內(nèi)輪廓。、最終方案襯砌內(nèi)輪廓線是襯砌的完成線，在內(nèi)輪廓線之間的空間，即為隧道的凈空斷面。該線應(yīng)該滿足所圍成的斷面積最小，適合圍巖壓力和水壓力的特點(diǎn)，亦即經(jīng)濟(jì)又適用的目的。設(shè)計(jì)襯砌斷面主要解決問題之一就是內(nèi)輪廓，而襯砌的內(nèi)輪廓線應(yīng)該盡可能的接近建筑限界，力求開挖和襯砌的數(shù)量最小，襯砌內(nèi)表面力求平順（受力條件有利），還應(yīng)考慮襯砌施工簡(jiǎn)便。這樣根據(jù)下面的情況我們最終選擇三心圓內(nèi)輪廓為隧道開挖的最終輪廓選型。本設(shè)計(jì)中的內(nèi)輪廓具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下表55表55 內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)參數(shù)表 參數(shù)名稱內(nèi)輪廓形式半徑（cm）凈高(cm)凈寬(cm)備注R1R2R3R4長(zhǎng)嶺灣隧道三心圓543793100150705102580km/h注：凈高為設(shè)計(jì)高程點(diǎn)至拱頂?shù)淖罡唿c(diǎn)。圖54 三心圓內(nèi)輪廓圖 隧道洞門設(shè)計(jì) 洞門設(shè)計(jì)原則根據(jù)隧道進(jìn)出口地形和工程地質(zhì)條件，結(jié)合開挖邊仰坡的穩(wěn)定性及洞口防排水需要，選用經(jīng)濟(jì)、美觀并有利于視線誘導(dǎo)的洞門形式；在考慮盡量少刷坡和隧道“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則確定洞門位置。為了確保洞口邊仰坡的穩(wěn)定性，不受可能出現(xiàn)的自然災(zāi)害、氣象災(zāi)害的影響，同時(shí)對(duì)車輛行使的影響較小，隧道均修建洞門。 洞門設(shè)計(jì)進(jìn)口端洞口位于威遠(yuǎn)縣新場(chǎng)鎮(zhèn)紅星村半邊灣半坡，地面橫坡較緩，縱向坡度比較緩，考慮采用端墻式洞門。 出口端洞口位于威遠(yuǎn)縣新場(chǎng)鎮(zhèn)新權(quán)村長(zhǎng)嶺灣半坡，由于開挖深度較大，并且要開挖設(shè)置路塹，所以本設(shè)計(jì)中考慮采用翼墻式洞門。洞門的端墻和翼墻均可視為墻背承受土壓力的擋土墻結(jié)構(gòu)，根據(jù)擋土墻理論設(shè)計(jì)。本端墻式洞門按計(jì)算擋土墻的方法分別核算各不同墻高截面的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，以此決定端墻的厚度和尺寸。為簡(jiǎn)化洞門墻的計(jì)算方法和便于施工，只檢算端墻最大受力部位的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，據(jù)此確定整個(gè)端墻的厚度和尺寸，這樣雖增加了一些圬工量，但從施工觀點(diǎn)看．卻是合理的。由于洞門端墻緊靠襯砌，又嵌入邊坡內(nèi)，故其受力條件較擋土墻為好。此有利因素可作為安全儲(chǔ)備．在計(jì)算中是不予考慮的。洞門翼墻與端墻一樣，也可采用分條方法取條帶計(jì)算。由于翼墻與端墻是整體作用的；故在計(jì)算端墻時(shí)，應(yīng)考慮翼墻對(duì)端墻的支撐作用。計(jì)算時(shí)先檢算翼墻本身的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，然后再檢算端墻最大受力部位的強(qiáng)度及其與翼墻一起的滑動(dòng)穩(wěn)定。在計(jì)算翼墻時(shí)，翼墻與端墻連結(jié)面的抗剪作用是不考慮的。按擋土墻結(jié)構(gòu)計(jì)算洞門墻時(shí)，設(shè)計(jì)是按極限狀態(tài)驗(yàn)算其強(qiáng)度，并驗(yàn)算繞墻趾傾覆及沿基底滑動(dòng)的穩(wěn)定性。驗(yàn)算時(shí)依據(jù)下表的規(guī)定，并應(yīng)符合《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。洞門驗(yàn)算表如表56所示：表56 洞門墻的主要檢算規(guī)定表墻身截面荷載效應(yīng)值Sd≤結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值Rd（按極限狀態(tài)計(jì)算）墻身截面荷載效應(yīng)值Sd≤結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值Rd（按極限狀態(tài)計(jì)算）墻身截面偏心距e≤滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)KO≥基底應(yīng)力σ≤地基容許承載傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)Ko≥基底偏心距e巖石地基≤H/5～B/4；土質(zhì)地基≤B/6（B為墻厚）洞門設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)數(shù)按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)資料采用。缺乏的試驗(yàn)資料，參照表57選用。表57 洞門設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)數(shù)表仰坡坡率計(jì)算摩擦角φ(O)重度γ(kN/m3)基底摩擦系數(shù)f基底控制壓應(yīng)力(MPa)1:70251:60241:15020～1:43～4518～1:38～4017～圖55 洞門計(jì)算示意圖 （1）計(jì)算數(shù)據(jù)①地質(zhì)特性Ⅴ級(jí)圍巖邊、仰坡坡度： 1∶地層計(jì)算摩擦角： ；地層容重 ： ；基底摩擦系數(shù) ： ；基底設(shè)計(jì)控制壓應(yīng)力［σ］=。②建筑材料容重C25混凝土容重：號(hào)水泥砂漿砌片石容許壓應(yīng)力；號(hào)水泥砂漿砌片石容許拉應(yīng)力。③檢算端墻應(yīng)力、偏心和穩(wěn)定性要求墻身截面壓應(yīng)力；墻身截面偏心距(為端、翼墻厚度)；基底壓力； 基底偏心；滑動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)；傾覆穩(wěn)定性系數(shù)。 （2）洞門檢算①計(jì)算及基本數(shù)據(jù)隧道進(jìn)口端洞口處設(shè)計(jì)端墻式洞門，尺寸擬定墻厚B=，墻背傾角，墻高H=，仰坡坡角，圍巖計(jì)算摩擦角 ，基底摩擦系數(shù), 洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離為a=1m洞門墻計(jì)算條帶寬度b=1m②土壓力計(jì)算最危險(xiǎn)破裂面與垂直面之間的夾角 式中: E——土壓力（kN）?！貙又囟龋╧N/m3）λ——側(cè)壓力系數(shù)；ω——墻背土體破裂角；b——洞門墻計(jì)算條帶寬度（m），取b=1m；ξ——土壓力計(jì)算模式不確定系數(shù)，可取ξ=③端墻穩(wěn)定性、強(qiáng)度驗(yàn)算由于土壓力和凍脹力不同時(shí)考慮，這里我們考慮土壓力的計(jì)算。端墻自重：G=125=414KN力臂：y1 ＝+tan6176。=y2＝=土壓力大?。篍 =（每延米）抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算： KO==＞ （滿足）故抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算：(滿足)式中：δ—墻背摩擦角δ=故抗滑穩(wěn)定性滿足要求基底偏心距驗(yàn)算：全墻穩(wěn)定力系對(duì)墻趾的總力矩 全墻傾覆力系對(duì)墻趾的總力矩 總豎向荷載∑N對(duì)腳趾的力臂 各項(xiàng)指標(biāo)都進(jìn)口端墻式洞門設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)。截面偏心驗(yàn)算Ex對(duì)墻趾的力臂： Ey對(duì)墻趾的力臂：G對(duì)墻趾的力臂： 合力在中心線的右側(cè)計(jì)算結(jié)果滿足要求。1）計(jì)算數(shù)據(jù)①地質(zhì)特性Ⅴ級(jí)圍巖邊、仰坡坡度： 1∶地層計(jì)算摩擦角： ；地層容重 ： ；基底摩擦系數(shù) ： ；基底設(shè)計(jì)控制壓應(yīng)力［σ］=。②建筑材料容重C25混凝土容重：號(hào)水泥砂漿砌片石容許壓應(yīng)力；號(hào)水泥砂漿砌片石容許拉應(yīng)力。③檢算端墻和翼墻應(yīng)力、偏心和穩(wěn)定性要求墻身截面壓應(yīng)力；墻身截面偏心距(為端、翼墻厚度)；基底壓力； 基底偏心；滑動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)；傾覆穩(wěn)定性系數(shù)。（2）檢算與翼墻相接部分 ①計(jì)算及基本數(shù)據(jù)隧道進(jìn)口端洞口處設(shè)計(jì)端墻式洞門，尺寸擬定墻厚B=，墻背傾角，墻高H=，仰坡坡角，圍巖計(jì)算摩擦角 ，基底摩擦系數(shù), 洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離為a=1m洞門墻計(jì)算條帶寬度b=1m②土壓力計(jì)算最危險(xiǎn)破裂面與垂直面之間的夾角 式中: E——土壓力（kN）?！貙又囟龋╧N/m3）λ——側(cè)壓力系數(shù)；ω——墻背土體破裂角；b——洞門墻計(jì)算條帶寬度（m），取b=1m；ξ——土壓力計(jì)算模式不確定系數(shù)，可取ξ=③端墻穩(wěn)定性、強(qiáng)度驗(yàn)算由于土壓力和凍脹力不同時(shí)考慮，這里我們考慮土壓力的計(jì)算。端墻自重：翼墻自重： 滑動(dòng)穩(wěn)定性： 滿足滑動(dòng)穩(wěn)定的要求。（2）檢算拱頂部分端墻強(qiáng)度、穩(wěn)定性，所取墻高為，墻背填土高度，端墻厚度。① 土壓力計(jì)算 ② 土壓力距離墻角點(diǎn)距離 ③ 傾覆穩(wěn)定的檢算 滿足傾覆要求。④ 滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算 滿足穩(wěn)定性要求。⑤ 合力偏心距的驗(yàn)算 滿足基底合力偏心距要求。⑥ 基底壓應(yīng)力驗(yàn)算 當(dāng)時(shí) 滿足基底應(yīng)力要求。⑦ 墻身截面偏心驗(yàn)算合力矩距形心距離 滿足墻身截面要求。 隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則隧道除洞口段結(jié)合地形、地質(zhì)條件設(shè)置明洞外，其余均按新奧法原理設(shè)計(jì)，采用柔性支護(hù)體系結(jié)構(gòu)的復(fù)合式襯砌，即以超前鋼管注漿加固地層、系統(tǒng)錨桿、噴射混凝土、掛鋼筋網(wǎng)、工字鋼型鋼鋼架、格柵拱架等為初期支護(hù)，模筑混凝土或鋼筋混凝土為二次支護(hù)，并在兩次襯砌之間敷設(shè)PVC防水卷材及無紡?fù)凉げ挤浪畬印Ｋ淼酪r砌類型、襯砌斷面型式、襯砌結(jié)構(gòu)尺寸方案設(shè)計(jì)，主要采用工程類比法，結(jié)合構(gòu)造要求及經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，根據(jù)圍巖類別和洞室埋深條件擬定相應(yīng)的支護(hù)類型，并對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的理論分析計(jì)算及校核，確定支護(hù)襯砌模式。斷面型式為：本隧道均采用曲墻帶仰拱襯砌，風(fēng)機(jī)懸掛段襯砌采用鋼筋混凝土襯砌。 洞身段支護(hù)參數(shù)隧道Ⅳ級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌斷面支護(hù)參數(shù)見下表：表58 隧道Ⅳ級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌支護(hù)主要涉及參數(shù) 項(xiàng)目單位支護(hù)參數(shù)Ⅳ級(jí)超前支護(hù)超前小導(dǎo)管mmφ424環(huán)向間距cm40長(zhǎng)度m4噴射砼C25早強(qiáng)砼cm15錨桿直徑mm25長(zhǎng)度cm錨桿布置cm100100鋼筋網(wǎng)直徑mm6鋼筋網(wǎng)格cm2525鋼架截面尺寸mmI14工鋼間距cm100二次襯砌拱墻cm35仰拱cm35隧道Ⅴ級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌斷面支護(hù)參數(shù)見下表：表59 隧道Ⅴ級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌支護(hù)主要涉及參數(shù) 項(xiàng)目單位支護(hù)參數(shù)Ⅴ級(jí)超前支護(hù)超前小導(dǎo)管mmφ424環(huán)向間距cm40長(zhǎng)度m噴射砼C25早強(qiáng)砼cm20錨桿直徑mm25長(zhǎng)度cm400錨桿布置cm8080鋼筋網(wǎng)直徑mm6鋼筋網(wǎng)格cm2020鋼架截面尺寸cmI18工鋼間距cm100二次襯砌拱墻cm45仰拱cm45注：在Ⅴ級(jí)圍巖中錨桿為系統(tǒng)錨桿，采用中空注漿錨桿，開挖后可視具體地質(zhì)情況調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)。本隧道圍巖斷面預(yù)設(shè)計(jì)了圍巖變形量。 特殊洞身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1）Ⅴ級(jí)圍巖洞口淺埋段處理隧道洞口段埋深較淺，均為Ⅴ級(jí)圍巖，故設(shè)置了鋼筋混凝土襯砌，洞口段超前支護(hù)采用中管棚支護(hù)及錨網(wǎng)噴支護(hù)，同時(shí)輔以工字鋼鋼拱架支撐。施工時(shí)應(yīng)在進(jìn)洞之前首先做好邊仰坡的防護(hù)和加固，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，做到“管超前、強(qiáng)支撐”以確保施工安全。表510 隧道Ⅴ級(jí)圍巖加強(qiáng)段復(fù)合式襯砌支護(hù)主要涉及參數(shù) 項(xiàng)目單位支護(hù)參數(shù)Ⅴ級(jí)超前支護(hù)超前小導(dǎo)管mmφ424環(huán)向間距cm30長(zhǎng)度m噴射砼C25早強(qiáng)砼cm25錨桿直徑mm25長(zhǎng)度cm450錨桿布置cm7070鋼筋網(wǎng)直徑mm6鋼筋網(wǎng)格cm2020鋼架截面尺寸mmI18工鋼間距cm100二次襯砌拱墻cm55仰拱cm552）緊急停車帶洞身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本隧道因?yàn)殚L(zhǎng)度原因，設(shè)置了緊急停車帶，緊急停車帶洞身加寬，處于四級(jí)圍巖，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)緊急停車帶范圍內(nèi)采用帶有超前小導(dǎo)管支護(hù)及工字