快速道路隧道結構設計及施工分析

賈淑仙

（中交一公局廈門工程有限公司， 福建 廈門 361000）

0 前言

快速道路的速度在60-80km/h，其行車速度和高速公路相差無幾，主要負責長距離和大運量的城市運輸，其設計與施工要求相對較高。不同地區的地質條件存在差異，施工單位需要通過合理的隧道結構設計，確保快速道路的線型符合施工要求，提升快速道路的安全性，保障其運輸性能的發揮。

1 工程概況

本文將某快速道路隧道工程為例，對其結構及施工進行分析，以此明確快速道路隧道結構設計及施工要點。該快速道路隧道工程涉及到雙洞六車道和雙洞八車道兩部分，分別位于快速道路支線和主線位置。結合快速道路施工現場的地質條件，雙洞八車道需要采用上下行分離的結構形式，屬于暗挖直線下坡隧道，其整體長度相對較短；雙洞六車道需要采用上下行分離的結構形式，其整體長度相對較長。結合快速道路建設標準，施工單位需要按照城一A 級進行結構荷載的設計，雙洞六車道的限界凈寬設計為10.52m；雙洞八車道的限界凈寬設計為18.09m。雙洞八車道的圍巖種類為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類；雙洞六車道出口為Ⅱ類圍巖，其他區域為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖[1]。

需要注意的是，隧道工程對洞室的光照和通風效果要求較高。該快速道路雙洞八車道的長度相對較短，自然通風即可滿足施工要求，洞室的光照需要應用雙排高壓鈉燈，將其安裝于洞室的中間部位；雙洞六車道的長度相對較長，需要借助人工通風方式，施工單位需要在隧道施工中應用射流風機，確保洞室內的通風效果符合要求，洞室的光照與雙排八車道相同，安裝雙排高壓鈉燈即可滿足施工要求。

2 快速道路隧道結構設計及施工

2.1 快速道路隧道結構設計

快速道路隧道結構設計包括內輪廓設計、仰拱設計和洞口設計三部分，設計單位需要結合快速道路施工現場的地質水文條件及相關參數，進行合理的結構設計。

第一，內輪廓設計。設計人員需要結合快速道路隧道的受力狀況和建筑標準等內容，在保障隧道可以有效投入運行的基礎上，降低隧道建設的成本。在上述快速道路隧道工程中，設計單位將雙洞八車道和雙洞六車道的內輪廓設計為三心圓曲墻拱型斷面。根據隧道結構的限界凈寬及凈高度，將雙洞八車道的拱半徑設定為10.42m；曲墻半徑設定為6.21m；仰拱半徑設定為30m；邊墻和仰拱連接位置的圓弧半徑設定為2m。將雙洞六車道的拱半徑設定為8m；邊墻半徑設定為5.22m。

第二，仰拱設計。該快速道路隧道結構為拱型，雙洞八車道的仰拱采用C30鋼筋混凝土進行施工；雙洞六車道的仰拱采用C30 素混凝土進行施工，洞口軟弱圍巖等薄弱環節應用鋼筋混凝土。兩者均采用二次襯砌整體現澆的方式進行施工，仰拱部位的回填土選擇C20 片石混凝土。

第三，洞口設計。在隧道工程設計中，設計人員需要明確洞口周圍的地質水文參數和具體的地形條件，保障洞口與環境的有效銜接。在雙洞八車道設計中，其洞口部位的地形較為平緩，設計人員將其設計為削竹式洞口。由于雙洞八車道為東西走向，設計人員根據光照方向與強度，將明洞設計為倒削竹式洞口；將東門設計為正削竹式，并在洞口的邊坡和陽坡位置設置混凝土網絡護坡，保障隧道的運行安全。在雙洞六車道設計中，其入口部位的地形相對開闊，也可以采用削竹式洞口，并進行M7.5 漿砌片護坡的設計。為了保障洞口仰坡的穩定性，設計人員將雙洞六車道的隧道出口設計為端墻式洞門。

2.2 快速道路隧道結構施工

施工單位需要嚴格按照快速道路隧道結構設計的內容和相關標準要求進行隧道結構的施工，為快速道路隧道工程的建設提供保障。在上述快速道路隧道結構施工中，施工單位嚴格按照設計方案的要求，合理配置施工材料，并按照規范流程進行隧道開挖施工、襯砌施工及防排水施工，取得了良好的效果，值得其他施工單位借鑒學習。

2.2.1 施工材料的選擇

施工單位需要根據隧道結構的設計內容，選擇合理的施工材料。上述快速道路隧道結構施工需要應用到不同等級的混凝土和鋼筋。同時，隧道施工需要做好支護工作，上述快速道路隧道施工主要通過噴射鋼纖維混凝土、鋼筋網支護以及錨桿支護等方式，保障隧道施工的安全，噴射鋼纖維混凝土的強度為C25，錨桿支護應用的錨桿為R25 中空注漿錨桿。

針對快速道路隧道的薄弱位置，施工單位需要應用超前大管棚及超前小導管，保障施工的安全和質量。對于隧道洞口部位，施工單位應用直徑為127mm 的超前大管棚；對于隧道Ⅲ類圍巖位置，施工單位應用直徑為50mm 的超前小導管。同時，施工單位需要在薄弱位置的襯砌結構中應用鋼架，進一步提升隧道施工的支護效果。該快速道路隧道工程的洞口薄弱部位和Ⅱ類圍巖部位應用到型鋼鋼架，可以應用20 號H 形鋼筋焊接制作；Ⅲ類圍巖部位應用到格柵鋼架，可以應用直徑為10mm 及25mm 的鋼筋進行制作[2]。

2.2.2 施工方案的制定

通過上述分析可知，雙向八車道的長度相對較短，為了保障施工的有序性，施工單位選擇雙側壁導坑法進行隧道開挖施工；雙向六車道的圍巖種類相對較多，針對洞口薄弱部位和Ⅱ類圍巖，施工單位選擇側壁導坑法進行隧道開挖施工；針對Ⅲ類圍巖，選擇臺階法進行隧道開挖施工；針對Ⅳ類和Ⅴ類圍巖，選擇全斷面開挖法。在臺階法及全斷面開挖法應用中，施工單位需要應用爆破技術，為了保障爆破施工的安全及質量，施工人員需要通過光面爆破或者預裂爆破技術，嚴格控制隧道爆破開挖使用的炸藥量，避免爆破對圍巖造成破壞，影響隧道工程的施工質量。同時，在隧道開挖的過程中，施工單位應用有限元分析軟件對隧道結構的各項參數和周圍地質參數進行監測，監測結果表明，地表沉降和周邊收斂等數值均屬于標準范圍內，說明該快速道路隧道工程應用的施工方法具備合理性及可行性。

在襯砌施工中，該快速道路隧道工程采用復合式襯砌結構，在外層通過錨噴施工進行初期支護，在內層通過噴射混凝土作為二次襯砌。在初期支護中，施工單位應用鋼纖維噴射施工方式，對于洞口等薄弱部位，在混凝土噴層中應用鋼筋網，提升支護的穩定性，具體的混凝土噴射厚度控制在10-20cm；在二次支護中，施工單位應用整體現澆混凝土施工方式，不僅可以提升襯砌結構的表面光滑性，還可以降低隧道結構的通風阻力，非常適用于雙洞六車道。

在快速道路隧道工程施工中，施工單位還需要做好防排水施工，通過合理的防排水方案應用，保障隧道開挖施工及襯砌施工等環節的施工質量。施工單位采用的防排水方案如下：（1）防水方案，在進行二次襯砌和噴射混凝土的防水施工時，施工人員應用無紡布和防水板作為防水層，應用瀝青木絲板和E 型橡膠止水帶作為沉降縫的防水層，應用鋼板膩子止水帶作為施工縫的防水層；（2）排水方案，施工單位在防水層和噴射混凝土間設置波紋排水管，確保隧道襯砌結構的有效排水，并通過排水邊溝的設置，保障路面的排水[3]。

3 結論

綜上所述，快速道路隧道工程的施工要求較高，施工單位需要做好隧道結構的設計與施工。通過本文的分析可知，施工單位需要做好快速道路隧道工程的現場勘查工作，根據快速道路隧道工程施工現場的地質水文條件及地形特征，合理設計隧道的結構，并嚴格按照設計方案和標準規范進行隧道開挖施工、隧道襯砌施工以及防排水施工，保障快速道路隧道工程的質量。