隧道改擴(kuò)建關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的探討

1胡居義

博士

副研究員隧道改擴(kuò)建關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的探討2016.9.19招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司2009年全國(guó)公路隧道學(xué)術(shù)會(huì)議2一、研究背景二、隧道改擴(kuò)建形式三、隧道改擴(kuò)建的主要技術(shù)難點(diǎn)四、隧道原位擴(kuò)建形式研究五、臨近隧道爆破震動(dòng)合理控制震速的研究報(bào)告內(nèi)容3一、研究背景4現(xiàn)有雙向四車(chē)道乃至雙向六車(chē)道公路隧道已不能適應(yīng)交通量日益增長(zhǎng)的需求，在原有公路隧道基礎(chǔ)上改建或新建成雙向八車(chē)道公路隧道的建設(shè)顯得尤為迫切

經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通量日益增加

研究背景5

目前正在緊張施工的福建泉州至廈門(mén)段高速公路改擴(kuò)建工程，路線全長(zhǎng)81.9Km。原為雙向四車(chē)道高速公路，擴(kuò)建為雙向八車(chē)道高速公路。全路段共設(shè)大坪山隧道、蘇厝隧道、山頭隧道、大帽山隧道4座，需要改擴(kuò)建成雙向八車(chē)道隧道。研究背景原大帽山隧道6大帽山隧道擴(kuò)建方案先進(jìn)行新建四車(chē)道隧道的開(kāi)挖，同時(shí)原隧道保持通車(chē)由福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)7蘇厝、山頭隧道擴(kuò)建方案原隧道原隧道新隧道新隧道研究背景8隧道改擴(kuò)建原因：隧道建造年代久遠(yuǎn)老舊需要改建；隧道遭受如地震或邊坡滑動(dòng)等外力作用，需要維修補(bǔ)強(qiáng)或改建；隧道因運(yùn)營(yíng)或使用階段需要而改建，如交通隧道的交通量增加或防災(zāi)設(shè)置增加；隧道采取分階段施工，如隧道第一階段因?yàn)榫o急逃生需要修建，而后擴(kuò)大為主隧道而引起的擴(kuò)建。9日本天王山隧道擴(kuò)挖——老舊隧道擴(kuò)挖日本大藏隧道擴(kuò)挖關(guān)村壩隧道擴(kuò)建——鐵路隧道喇叭口擴(kuò)挖典型改擴(kuò)建隧道實(shí)例：研究背景10

大藏隧道是日本北九州國(guó)道高速4號(hào)線，為了滿(mǎn)足日益增加的交通量的需求，將其中長(zhǎng)170m的2車(chē)道隧道段擴(kuò)挖成為3車(chē)道隧道。

研究背景1、側(cè)壁錨桿補(bǔ)強(qiáng)2、鋼制防護(hù)板設(shè)置113、拱頂管棚施工4、上半斷面擴(kuò)挖5、下半斷面擴(kuò)挖6、側(cè)壁錨桿及混凝土襯砌127、鋼制防護(hù)板撤離8、仰拱襯砌施工9、仰拱襯砌中央段施工13

如此規(guī)模的隧道擴(kuò)建工程在國(guó)內(nèi)屬首次，設(shè)計(jì)施工難度大，受福建省高速公路建設(shè)總指揮部委托，我院承擔(dān)“福廈漳高速公路擴(kuò)建工程——隧道擴(kuò)建關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目的研究工作。研究背景14二、隧道改擴(kuò)建的主要形式15雙洞四車(chē)道隧道擴(kuò)建成八車(chē)道隧道的三種形式：雙洞原位擴(kuò)建另增加兩個(gè)兩車(chē)道隧道，形成四洞小凈距隧道群一個(gè)洞原位擴(kuò)建，另再增一個(gè)四車(chē)道或兩車(chē)道隧道，形成三洞小凈距隧道群16擴(kuò)建形式一:雙洞原位擴(kuò)建17擴(kuò)建形式二:新增兩個(gè)兩車(chē)道隧道18擴(kuò)建形式三:一個(gè)原位擴(kuò)建,另再增一個(gè)四車(chē)道或兩車(chē)道隧道19三、隧道改擴(kuò)建的主要技術(shù)難點(diǎn)20隧道擴(kuò)建形式的選擇隧道原位擴(kuò)建施工工藝及施工方法小隧道原位擴(kuò)建成大斷面隧道的圍巖力學(xué)特性原位擴(kuò)建對(duì)圍巖的擾動(dòng)及對(duì)原有隧道的影響擴(kuò)建成小凈距隧道群的相互影響爆破震動(dòng)對(duì)已有隧道結(jié)構(gòu)的影響臨近隧道爆破震動(dòng)合理控制震速的研究21四、隧道原位擴(kuò)建形式研究22單洞原位擴(kuò)建三種形式：

單側(cè)擴(kuò)建兩側(cè)擴(kuò)建周?chē)鷶U(kuò)建23

以泉廈高速公路大帽山隧道為例，對(duì)IV、V級(jí)圍巖條件下三種不同的原位擴(kuò)建形式下圍巖的力學(xué)特性進(jìn)行分析。24原大帽山隧道內(nèi)輪廓圖擴(kuò)建后隧道內(nèi)輪廓圖25擴(kuò)建隧道圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)26計(jì)算模型27位移計(jì)算結(jié)果單側(cè)擴(kuò)建兩側(cè)擴(kuò)建周?chē)鷶U(kuò)建V級(jí)圍巖：拱頂最大下沉位移：8mm、5mm和5mm，最大水平位移：5mm、3mm和3mm。IV級(jí)圍巖：拱頂最大下沉位移：7mm、6mm和6mm，最大水平位移：2mm、2mm和2mm。

28

從位移計(jì)算結(jié)果看，單側(cè)擴(kuò)建最大位移值最大，但從分布范圍看，單側(cè)擴(kuò)建最大位移分布范圍最小。因此，從位移角度出發(fā)，三種方案位移對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響也基本相同。29應(yīng)力計(jì)算結(jié)果單側(cè)擴(kuò)建兩側(cè)擴(kuò)建周?chē)鷶U(kuò)建V級(jí)圍巖下三個(gè)方案圍巖的最大主應(yīng)力（σ1）分別為：-0.954~0.098MPa、-1.016~0.087MPa和-0.575~0.118MPa；最小主應(yīng)力（σ3）分別為：-2.639~-0.075MPa、-2.251~-0.175MPa和-1.970~-0.147MPa；圍巖最大壓剪應(yīng)力（Sxy）分別為：-0.481~0.475MPa、-0.776~0.516MPa和-0.779~0.331MPa?？梢?jiàn)，考慮圍巖受拉破壞時(shí)，方案一好于方案二，方案三好于方案一，但方案三的受拉影響范圍較大。因此，方案一優(yōu)于其它兩個(gè)方案。30圍巖屈服接近度計(jì)算結(jié)果單側(cè)擴(kuò)建兩側(cè)擴(kuò)建周?chē)鷶U(kuò)建V級(jí)圍巖下三個(gè)方案的屈服接近度最大值分別為1.353、1.502和1.346，其中方案一和三較方案二小，但方案一屈服接近度大于1.0的范圍較小。31小結(jié)：（1）隧道原位擴(kuò)建有單側(cè)擴(kuò)建、兩側(cè)擴(kuò)建和周?chē)鷶U(kuò)建三種形式，三種形式擴(kuò)建對(duì)圍巖的影響是不同的，其施工方案也不同。（2）從數(shù)值計(jì)算比較分析結(jié)果來(lái)看，單側(cè)擴(kuò)建方案要優(yōu)于其它兩個(gè)方案。（3）從施工對(duì)原隧道圍巖