以套拱明洞下穿沖溝的青鼻山隧道結構設計

1、以套拱明洞下穿沖溝的青鼻山隧道結構設計來源：隧道網|作者：廖沛源 韓 斌| 2008-02-21 摘  要：文章介紹了下穿沖溝段公路隧道采用套拱明洞的特殊處理方法，通過結構計算確定了明洞設計的具體參數，并提出了施工工序。關鍵詞：沖溝 套拱 明洞 結構設計1  地形地貌青鼻山隧道為國道318線雅安段繞城公路工程中的公路隧道，左洞長592m，右洞575m。工程區(qū)位于雅安城北青鼻山，進口位于青衣江左岸-級階地，出口為斜坡地帶，地形坡度約25°-30°，山頂呈典型的豬背脊地貌，絕對高程580700m。在距進洞口端82m處，隧道下穿沖溝，洞頂埋深僅3-7m。2&#

2、160; 沖溝段工程地質及水文地質概況沖溝段地形及地質縱斷面如圖1。溝心地表3-5m為粉質粘土，其下方為粉砂質泥巖，風化強烈，完整性差。由于沖溝兩側為農田和魚塘，故地下水豐富。隧道如果以暗挖法通過，施工困難且極易坍方冒頂。粉質粘土及粉砂質泥巖的物理力學參數如表1：3 方案設計及施工工序LK5+853LK5+865地面橫坡較平緩，而且粉質粘土覆蓋層較厚，拱頂以上基巖僅50cm左右，隧道拱頂以上埋深5m左右，暗挖法通過太困難，遂采用明挖方案設計。由于上部粘土含水且厚度較大，為防止明挖時坍塌，決定先僅挖上半斷面并澆筑套拱，然后部分回填，并在套拱保護下施工明洞。具體施工工序如下(圖2)：a開挖邊坡至起

3、拱線并對邊坡進行坡面防護(圖2a)；b在套襯起拱線位置鋪設鋼軌縱梁并澆筑上半斷面套襯(圖2b)；c部分回填(拱頂以上1.0m)(圖2c)；d跳槽開挖套襯邊墻，并澆筑套襯邊墻(圖2d)；e開挖并澆筑仰拱(圖2e)；f鋪設防水層(圖2f)；s小模板灌注明洞襯砌(圖2g)；h二次回填塊碎石土，粘土隔水層，鋪砌渠化水溝(圖2h)。 4  結構設計4.1  設計參數a邊坡開挖處理：為了減少臨時邊坡的開挖高度，基巖開挖坡比設為1：0.2，土質邊坡開挖坡比設為1：0.75，放坡開挖至起拱線。為防止邊坡垮塌，對邊坡進行錨噴支護，具體參數：8鋼筋網25cm，噴C20混凝土厚10cm；土層部分

4、采用42鋼管(打人式)長4m及巖層部分采用(1)22砂漿錨桿長2.5m，交錯布置。起拱線至基腳垂直開挖。b明洞設計支護參數：套襯采用C25混凝土厚40cm，套襯含120型鋼鋼架(80cm/榀)；明洞襯砌采用C25鋼筋混凝土厚50cm；明洞襯砌配筋：環(huán)向主筋2025cm，縱筋1225cm，箍筋825cm；套襯與襯砌之間設置防水層。c明洞回填：起拱線以上440cm范圍內兩側拱腰回填M7.5漿砌片石，上半斷面套襯澆筑之后，第一次部分回填塊碎石土至拱頂以上1.0m；明洞襯砌施工完成后，二次回填至塊碎石土及粘土隔水層50cm、M7.5漿砌片石鋪砌渠化水溝40cm。拱頂回填總高度5.47m。結構設計如圖3

5、、圖4。4.2  結構計算明洞分兩次加載，第一次加載至拱頂以上1Om，荷載由套襯承擔；第二次加載至原地面，由套襯和明洞襯砌共同承擔。結構采用有限元法分析等參四邊形單元及接觸單元，計算結果如下：a第一次加載第一次加載最大變形發(fā)生在拱頂處，如圖5中。點位移值10.6mm；最大壓應力發(fā)生在拱頂和拱腰處，如圖6中b點及c點；最大拉應力發(fā)生在起拱線處，如圖7中d點。由于套拱系臨時結構，安全系數可適當降低(取1.5)。b第二次加載第二次加載最大變形發(fā)生在拱頂處，由于明洞內襯鋼筋混凝土已建成，故變形僅1.0mm，如圖8所示；最大壓應力發(fā)生在拱腳處，如圖9中a點；最大拉應力發(fā)生在仰拱與襯砌相接處，如

6、圖10中b點。最大壓應力僅0.88MPa，遠小于混凝土抗壓強度；最大拉應力僅0.38MPa，也遠小于C20混凝土抗拉強度。鋼筋以最小配筋率設置，使結構安全可靠。5 經驗與體會a當地層很軟且埋深很淺時，一般采用明挖做明洞的方案。因為明挖施工簡單，如使用反鏟挖掘機則施工效率高，而且明挖的開挖單價低，安全也有保障。如果采用暗挖法打管棚方案，需擴大開挖設置鉆機工作室，需調撥管棚鉆機，而且管棚單價高，施工時間長，還必須十分小心防止泥土從鋼管間隙下漏造成坍方冒頂。b軟弱底層明挖放坡時，由于系臨時邊坡，坡率可適當加陡(因以后還有回填)。根據成都在土層中明挖修建地下通道和地下廣場的成功經驗，只要邊坡施作錨網噴支護(錨桿必須是打人式)，安全是有保證的。c先拱后墻施工方法過去鐵路隧道常用，后由于施工中拱圈經常發(fā)生位移開裂，現(xiàn)已基本淘汰。但是此種方法用于明洞的套襯施工有明顯的優(yōu)點：它可以減少明挖(挖至起拱線即可)，可以提前回填，減少臨時邊坡暴露時間，可以在套拱保護下進行拱下暗挖而無坍方之憂，可以作為防水層施工基面，使明洞防水層與前后的隧道部位保持一致。d當明洞回填高度大于2m時，由于荷載較大，一定要進行結構加強設計，而不能套用一般的明洞標準圖。結構計算時應按施工實際工況進行兩次加載。套襯的設計