黃土小凈距隧道設計

張勃蓬

0 引言

隨著高速公路建設的發展，高速公路逐漸開始向山區延伸，山西省呂梁山區屬于黃土高原地區，溝壑縱橫，黃土峁梁、沖溝隨處可見，而該地區沖溝多為V形黃土沖溝，溝深而窄，在路線布設時，難免會沿沖溝布設，因此，在以后黃土地區的隧道工程中，將會越來越多的出現小凈距隧道。小凈距隧道，顧名思義，就是并行雙洞間凈距小于普通分離式隧道雙洞凈距的隧道。按JTG D70-2004公路隧道設計規范中規定:分離式獨立雙洞間的最小凈距小于表1即視為小凈距隧道[1］。

表1 不同圍巖級別的隧道的最小凈距

小凈距隧道的設計思想是采用梁柱法或中壁法，保留中夾巖墻，并立足加固、穩定圍巖和利用圍巖自身承載力，因此，對特殊地質條件下的施工及處理措施提出了更高的要求。并且由于黃土是一種特殊的巖土體，強度低，孔隙率大，土結構受損浸水后易發生濕陷，使黃土小凈距隧道的設計和施工比一般小凈距隧道更為復雜。

1 設計概述

1.1 工程概況

松峪隧道設計為雙向四車道小凈距隧道，設計速度80 km/h，位于山西省西縱高速公路岢嵐至臨縣段LJ10合同段，兩洞中軸線間距25.4 m ～28.6 m，左右洞凈距為 12.9 m ～16.1 m，屬于小凈距隧道。右洞全長425 m，洞體最大埋深86.8 m，左洞全長398 m，洞體最大埋深81.1 m。左右線均屬短隧道。

1.2 隧道內輪廓設計

隧道橫斷面按JTG B01-2003公路工程技術標準和JTG D70-2004公路隧道設計規范設計，組成為:(0.75+0.5+3.75×2+0.75+0.75)m。據此，建筑限界采用單洞凈寬 10.25 m，凈高5.0 m，設雙側檢修道。

根據建筑限界的要求，充分考慮襯砌結構受力特性、工程造價、裝飾厚度及富裕空間、運營設施的安裝空間等因素擬定隧道內輪廓弓家溝隧道采用三心圓(曲墻半圓拱形)斷面，拱半徑5.43 m，曲墻半徑7.93 m，凈空斷面面積為62.79 m2。當路面橫坡存在反超高和路面橫坡大于3%時，采用整體扭轉隧道襯砌的方法滿足建筑限界的要求。

圖1為松峪隧道內輪廓設計圖。

圖1 松峪隧道內輪廓設計圖

1.3 地質情況概述

1)地形地貌。隧道所在地段地形地貌為黃土丘陵區，隧道呈東西走向，微地貌形態為中緩坡，巖性主要為第四系沖洪積及風積粉土與第三系粉質粘土。

2)地層巖性。隧址區范圍內出露地層由老到新為第三系上新統靜樂組()，第四系上更新統馬蘭組()地層;各組段地層巖性特征及分布簡述如下:

SAEW-2：ACC：（60.0±1.9）mg/L，p H:6.45±0.24，下述簡稱：SAEW（60）。

3)水文地質條件。根據收集到的井、泉資料及地下水的補給、徑流、排泄條件，隧址區主要為松散巖類孔隙水，含水層的巖性為第四系上更新統黃土，水量極其微弱。

4)工程地質評價。土質圍巖根據原位測試、室內試驗指標、受地質構造及地下水影響程度等對隧道圍巖級別進行綜合劃分，分為Ⅴ1級和Ⅴ2級，Ⅴ1級圍巖以上新統靜樂組)為主;Ⅴ2級圍巖以上更新統馬蘭組黃土()為主。

2 小凈距隧道結構設計

2.1 洞口設計

本著“早進洞、晚出洞”的原則并結合隧道進出口地質，地形特點確定相應的洞口位置，洞門形式均采用端墻式，洞門墻采用模筑C20素混凝土，表面為深色大理石鑲面，洞門周圍植樹綠化，以美化洞門，使其與周邊環境相協調。

洞口開挖邊仰坡采用早強砂漿錨桿φ6鋼筋網加C20噴射混凝土等防護，以確保坡體穩定。

根據隧址區的地形地質特點，需要特別提出的是:

2)由于黃土的特性，在隧址區形成了大大小小數個落水洞，因此，在隧道開挖之前，應仔細排查對隧道施工和運營有影響的落水洞，并進行處理。

2.2 洞身襯砌設計

1)明洞設計:隧道洞口段結合地形、地質、改路等情況設置明洞，明洞襯砌分為兩種形式，普通鋼筋混凝土結構用于一般路段，偏壓式鋼筋混凝土用于洞口橫向地形坡度較陡，洞頂回填困難，有偏壓地段。

2)洞身段襯砌:按照新奧法的原理，本隧道采用復合式襯砌結構[2］，即以錨桿、噴射混凝土、鋼拱架等為初期支護，超前大管棚、超前注漿小導管、超前錨桿等為施工輔助措施，充分發揮圍巖的自承能力，在監控量測信息的指導下施作初期支護和二次模筑襯砌。二次襯砌采用模筑混凝土或模筑鋼筋混凝土結構，襯砌斷面采用連接圓順的等厚襯砌斷面形式[3］，襯砌結構設計參數采用工程類比法，結合構造要求，根據隧道埋置深度、圍巖級別、結構跨度、受力條件、施工因素等，參照有關規范及國內類似工程經驗進行擬定有關參數，以有限元分析，進行結構計算校核，最后綜合考慮各種影響因素確定各級別復合襯砌支護的參數。各級圍巖復合式襯砌支護參數見表2。

表2 各級圍巖復合式襯砌支護參數

需要指出的是:由于本項目所處圍巖為土質圍巖且進出口均具有濕陷性，為減少水對其強度造成的影響，盡量選取可以無水化施工的錨桿和超前小導管，本隧道系統錨桿采用φ25藥卷錨桿，洞身超前支護采用φ42超前小鋼管。

3)中夾巖加固設計:小凈距隧道中夾巖柱加固是施工中的關鍵步驟，也是小凈距隧道設計理念的精髓[2］。在隧道結構計算中，中夾巖柱是應力相對比較集中的區域，這充分說明中夾巖柱是否穩定直接決定著小凈距隧道設計的成敗。松峪隧道雙洞間凈距為12.9 m～16.1 m，中夾巖加固采用的方法是加長中夾巖方向系統錨桿，將其加長至6.0 m。中夾巖加固見圖2。

圖2 中夾巖加固圖

3 黃土小凈距隧道防排水設計

隧道防排水遵循“以排為主，防排結合，因地制宜，綜合治理”的原則進行設計，對地表水、地下水妥善處理，形成一個完善通暢的防排水系統。使隧道防水可靠，排水暢通，運營期間隧道內不滲不漏，基本干燥，以保證結構和設備的正常使用和行車安全。

4 施工方案設計

施工過程中嚴格控制超、欠挖，襯砌施作遵循“初支及時，二襯緊跟”的原則，最大限度地保護周邊巖體的完整性，同時減少超挖量，提高初期支護的承載能力。因本隧道屬于小凈距隧道，施工時需注意先行洞對后行洞的影響，后行洞掌子面開挖須待先行洞初期支護封閉成環后方可進行，并間隔一定的距離。對于Ⅴ級淺埋圍巖和Ⅴ級圍巖深埋段開挖宜采用上下臺階預留核心土和單側壁導坑組合法施工，即先行洞為上下臺階法，后行洞為單側壁導坑法;對小凈距短隧道，在有條件的情況下，盡可能采用先行洞二襯完全完成后，再開挖后行洞的方法。

5 結語

由于黃土小凈距隧道在全國范圍內工程實例很少，因此松峪隧道的施工，為以后黃土小凈距隧道的設計施工積累了經驗。但因為目前對黃土小凈距隧道研究仍然處于探索階段。因此我們要加強理論研究，并在實踐中不斷摸索，積累經驗，這樣黃土雙連拱隧道的設計施工，技術工藝也必將越來越成熟。

[1]JTG D70-2004，公路隧道設計規范[S］.

[2]林立彬.金旗山小凈距隧道設計要點與施工中的優化處理[J］.東北公路，2003，26(2):124-126.