隧道旋轉(zhuǎn)問題

高速公路隧道旋轉(zhuǎn)問題及解決方案

劉義立中鐵二十局集團(tuán)蘭新鐵路甘青段七標(biāo)二〇一一年九月一、公路隧道旋轉(zhuǎn)問題1、公路隧道限界高速公路隧道設(shè)計(jì)一般為雙向兩車道分離式隧道，地形復(fù)雜時(shí)設(shè)為雙連拱隧道，單向隧道設(shè)計(jì)兩車道，考慮兩側(cè)安全距離和檢修道寬度，隧道限界寬度為10.25m，限界高度為5.0m，隧道限界見下圖1。隧道設(shè)計(jì)線路位于前進(jìn)方向左側(cè)路面邊緣處。2、曲線隧道路面超高設(shè)計(jì)線路為曲線時(shí)，路面外側(cè)超高，根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，路面橫坡按下式確定：對于曲線段隧道，其路面外側(cè)按設(shè)計(jì)超高，超高方式為路面沿設(shè)計(jì)點(diǎn)向曲線內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)。路面超高則帶動(dòng)隧道限界隨之變化，即隧道限界隨路面一起向曲線內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)。3、隧道旋轉(zhuǎn)

高速公路隧道一般設(shè)計(jì)為左右線分離式，設(shè)計(jì)線路位于前進(jìn)方向左側(cè)路面邊緣處，直線隧道路面設(shè)計(jì)為2%路面橫坡，右線隧道向右側(cè)下傾，左線隧道向左側(cè)下傾。當(dāng)隧道位于曲線上時(shí)，隧道路面橫坡發(fā)生變化，路面橫坡全部向曲線內(nèi)側(cè)傾斜，即曲線外側(cè)超高。曲線地段，隧道限界隨路面坡度變化而變化，曲線半徑小時(shí)，路面坡度坡度大，限界變化大，反之限界變化小。隧道一側(cè)路面超高量大時(shí)，該側(cè)的隧道限界隨之增高，若隧道斷面不變，則內(nèi)凈空不能滿足限界要求見下圖2。對于曲線段超高引起的限界變化，鐵路隧道一般采用斷面加寬、拱頂加高的方案解決；高速公路隧道則采取隧道整體旋轉(zhuǎn)解決。一般隧道斷面和旋轉(zhuǎn)隧道斷面比較見圖3。一般隧道設(shè)計(jì)斷面圖

旋轉(zhuǎn)隧道設(shè)計(jì)斷面圖當(dāng)隧道位于左轉(zhuǎn)曲線上時(shí)：隧道路面橫坡全部為向左側(cè)傾斜，左線隧道路面橫坡變化不大，右線隧道路面橫坡則與直線段相反，由-2%漸變?yōu)閕，右線隧道整體向左旋轉(zhuǎn)；隧道位于右轉(zhuǎn)曲線上時(shí)，右線路面橫坡變化不大，左線隧道路面橫坡與直線段相反，由-2%漸變?yōu)閕，左線隧道向右旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)量根據(jù)公式（1）計(jì)算路面坡度i確定。二、隧道旋轉(zhuǎn)帶來施工問題1、施工放樣困難，易造成隧道超欠挖隧道旋轉(zhuǎn)后，隧道斷面及中線向一側(cè)傾斜，中線位置發(fā)生變化，必須重新計(jì)算。采用全站儀或經(jīng)緯儀的中線放樣法無法直接進(jìn)行，須測設(shè)隧道上下兩個(gè)中線點(diǎn)確定中線。兩側(cè)墻腳標(biāo)高分別計(jì)算測設(shè)控制，增加了計(jì)算量和測量工作量。隧道旋轉(zhuǎn)后，斷面傾斜，由于施工設(shè)備和人員操作問題，容易造成一側(cè)超挖，一側(cè)欠挖，增加施工成本。2、圍巖軟弱時(shí)，初期支護(hù)加強(qiáng)鋼架支設(shè)困難若隧道鉆轉(zhuǎn)段設(shè)計(jì)為Ⅳ、Ⅴ級圍巖，設(shè)計(jì)采取鋼架加強(qiáng)支護(hù)措施，鋼架隨隧道斷面一起旋轉(zhuǎn)。由于斷面傾斜后放樣困難，鋼架重心向一側(cè)偏移，定位難度加大，支架難度大且穩(wěn)定性差，施工安全隱患加大。3、二次襯砌施工困難隧道旋轉(zhuǎn)后，襯砌隨同旋轉(zhuǎn)，隧道內(nèi)輪廓線襯砌施工的整體式模板臺(tái)車也需要旋轉(zhuǎn)，形成左側(cè)低、右側(cè)高的傾斜型式（見圖4），重心方向與臺(tái)車設(shè)計(jì)不一致，改變了襯砌臺(tái)車的受力結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致兩側(cè)側(cè)壓不同，施工過程中臺(tái)車不穩(wěn)和變形量加大的嚴(yán)重后果。圖4襯砌臺(tái)車旋轉(zhuǎn)示意圖

3、二次襯砌施工困難隧道旋轉(zhuǎn)后，襯砌隨同旋轉(zhuǎn)，隧道內(nèi)輪廓線襯砌施工的整體式模板臺(tái)車也需要旋轉(zhuǎn)，形成左側(cè)低、右側(cè)高的傾斜型式（見圖4），重心方向與臺(tái)車設(shè)計(jì)不一致，改變了襯砌臺(tái)車的受力結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致兩側(cè)側(cè)壓不同，施工過程中臺(tái)車不穩(wěn)和變形量加大的嚴(yán)重后果。圖4襯砌臺(tái)車旋轉(zhuǎn)示意圖

三、.隧道旋轉(zhuǎn)施工解決方案為了減少放樣和支護(hù)、襯砌施工難度，經(jīng)過對比研究發(fā)現(xiàn)隧道旋轉(zhuǎn)后斷面輪廓變化不多。特別是單心圓隧道斷面，旋轉(zhuǎn)后只有斷面位置和斷面圓心位置發(fā)生變化，斷面輪廓不變。（三心圓隧道斷面旋轉(zhuǎn)前后斷面位置、主圓心位置變化，內(nèi)輪廓線只在兩側(cè)邊墻位置有微量變化，在施工誤差（5cm）之內(nèi)，通過施工調(diào)整能滿足內(nèi)凈空需要。）由此通過平移和抬高斷面位置解決了隧道旋轉(zhuǎn)施工困難問題。旋轉(zhuǎn)前后斷面重合對比情況見下圖5。圖5隧道斷面重合比較圖1、測量放樣方案隧道設(shè)計(jì)測量基線不變，斷面旋轉(zhuǎn)后，計(jì)算旋轉(zhuǎn)前后圓心變化參數(shù)H和L，見圖6。根據(jù)該參數(shù)確定隧道斷面旋轉(zhuǎn)前后平移和抬高數(shù)量。隧道全斷面平移和抬高后到達(dá)旋轉(zhuǎn)后斷面位置且與旋轉(zhuǎn)后斷面吻合（仰拱有偏差，按旋轉(zhuǎn)斷面施工）。施工放樣測量按平移距離L測設(shè)隧道中線，圓心控制按平移L后抬高H測設(shè)。。圖6隧道旋轉(zhuǎn)圓心變化情況圖2、開挖及支護(hù)方案隧道開挖仰拱按旋轉(zhuǎn)后斷面開挖，上部按平移抬高后斷面開挖，控制兩側(cè)墻腳高程。支護(hù)按平移抬高斷面進(jìn)行，鋼架加工時(shí)控制兩側(cè)邊墻段長度。架設(shè)按正常斷面進(jìn)行，定位方便，穩(wěn)定性好，有利于保證施工安全。3、隧道二次襯砌方案通過平移和抬高隧道整體斷面和旋轉(zhuǎn)斷面重合比較（見圖5），隧道上部斷面完全重合，仰拱部位有少量差異，由此仰拱和兩側(cè)矮邊墻按旋轉(zhuǎn)后斷面施工，上部二次襯砌按平移抬高后正常斷面施工。二次襯砌施工時(shí)，將襯砌臺(tái)車按放樣變化參數(shù)平移L，然后整體抬高H，按正常斷面將模板支撐到位即滿足旋轉(zhuǎn)隧道斷面和限界要求。采用平移和抬高方案保證襯砌臺(tái)車兩側(cè)行走軌道高度一致，臺(tái)車處于水平位置，方便模板支設(shè)、臺(tái)車行走和保證施工安全。四、工程實(shí)例國家重點(diǎn)工程杭州至蘭州高速公路重慶奉節(jié)至云陽段分界梁隧道位于重慶市奉節(jié)縣朱衣鎮(zhèn)黃井村，隧道全長5080m，我單位施工進(jìn)口段2440m。隧道設(shè)計(jì)為雙向四車道左右線分離式，隧道線間距為35m，設(shè)計(jì)為三心圓形斷面，凈高7.0m，凈寬10.8m，限界高度5.0m，限寬10.25m。隧道進(jìn)口段曲線半徑R=760m；隧道進(jìn)口左線位于圓曲線段長度為332.083m，緩和曲線段長度為120.811m；右線進(jìn)口位于圓曲線段長度為344.419m，緩和曲線段長度為120.811m。右線隧道旋轉(zhuǎn)段長度為350m，隧道設(shè)計(jì)沿設(shè)計(jì)基點(diǎn)向左旋轉(zhuǎn)4%。根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)，隧道旋轉(zhuǎn)4%后，各部位高差計(jì)算如下：序號(hào)部位旋轉(zhuǎn)前后差值備注1隧道內(nèi)輪廓圓心橫向：左6.75cm；豎向：上17.46cm2路面左側(cè)邊緣0設(shè)計(jì)基點(diǎn)3路面右側(cè)邊緣52.5cm正常路面-2%路面橫坡，旋轉(zhuǎn)后路面橫坡4%4右側(cè)仰拱頂面40.4cm設(shè)計(jì)仰拱頂面5襯砌臺(tái)車右側(cè)邊模底緣38.6cm右側(cè)矮邊墻頂面旋轉(zhuǎn)前后高差6襯砌臺(tái)車行走軌道高差18cm旋轉(zhuǎn)后左右側(cè)軌道高差表1旋轉(zhuǎn)前后各部位高差表

根據(jù)計(jì)算在旋轉(zhuǎn)段隧道主圓心位置變化H=17.46cm，L=6.75cm，由此在開挖放樣時(shí)，直接將原設(shè)計(jì)的隧道圓心向左平移6.75cm，抬高17.64cm按正常隧道斷面放樣，二次襯砌施工時(shí)，將襯砌臺(tái)車中線平移6.75cm，同時(shí)整體抬高17.64cm，解決了隧道旋轉(zhuǎn)施工困難問題。目前該段隧道襯砌已全部完成，通過對襯砌后內(nèi)輪廓線的測量，其精度完全滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。五、結(jié)語隧道旋轉(zhuǎn)問題是一個(gè)經(jīng)常遇到的問題，隧道開工前認(rèn)真審核設(shè)計(jì)圖紙，對于位于曲線段隧道應(yīng)認(rèn)真計(jì)算其超高值，核對隧道限界是否滿足要求，不能滿足則需要考慮隧道旋轉(zhuǎn)問題。審核圖紙同時(shí)確定設(shè)計(jì)采取的旋轉(zhuǎn)方式和旋轉(zhuǎn)參數(shù)，在曲線段施工時(shí)按上述方法放樣施工。在旋轉(zhuǎn)隧道二次襯砌施工時(shí)應(yīng)注意以下問題：1、