长大公路隧道断面形式的比较研究毕业论文.doc

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1、长大公路隧道断面形式的比较研究毕业论文 长大公路隧道断面形式的比较研究 摘 要 随着现代化建设的快速发展我国公路建设事业的规模越来越大交通基础设施的建设就显得由为重要我国在公路和铁路的发展是相对不平衡的从目前来看我国的公路建设还远远落后于铁路的建设因此我国现在对公路建设的投入是越来越大规划的里程也越来越多而相对于隧道而言我国对公路隧道的研究也较落后于铁路隧道我国公路隧道的发展更是较晚相比于其他的发达国家还有很大的差距但随着我国对公路建设的不断投入公路隧道也就将有很大的发展和改进我国有三分之二的土地是山地或重丘地形由此看来我国公路建设对隧道的要求也是越来越大那么在隧道的修建中合理的隧道断面形式将

2、对隧道的建设起着十分重要的作用合理的隧道断面可以减少投资缩短施工工期有利于保护环境等优点目前在我国隧道断面形式的选择上主要有两种形式分别是连拱隧道和小净距隧道而各种隧道断面形式有其自身的优点和缺点而公路隧道单洞的断面形式又有圆形拱形和椭圆形等因此在公路隧道断面的选择上要结合多方面的因素选择出适应地质条件和规范要求的合理的断面形式本文针对隧道断面形式进行研究详细阐述了各种断面形式的优缺点并结合各种隧道的施工工艺对各种隧道的断面形式进行了比较研究如公路连拱隧道与小净距隧道的比较隧道单洞的断面形式的比较研究关键词 长大公路隧道 横断面 圆曲线 椭圆曲线 非独立双洞隧道 线形参数Long highwa

3、y tunnel section of the Comparative StudyAbstract With the modernization of rapid development The construction of chinese highway is growing in the scale The construction of transport infrastructure is very important The development of Chinese road and rail is relatively uneven from the current situ

4、ation Chinese highway construction has lagged far behind the railway construction The investment of chinese road construction is increasing now more and more milestone is planning in relation to the tunnel The research of Chinese highway tunnel has lagged far behind a railway tunnel compared to othe

5、r developed countries The development of Chinese highway tunnel is late But as the construction of Chinese highway on the constant input highway tunnels will also have great development and improvementThe two-thirds of chinese land is mountainous terrain or re-HillFrom now on the request of the tunn

6、el on Chinese highway construction is growing Then the reasonable cross-section of the tunnel construction will play a very important role on the construction of the tunnel Reasonable cross-section of the tunnel could reduce investment reduce the construction period and raise rotection of the enviro

7、nment etc Currently the section of the tunnel option in china there are two main forms arch tunnel and the tunnel on the Net Space And various forms of the tunnel section has its own advantages and disadvantages The highway tunnel section of the single-round there are roundnessoval and so on Therefo

8、re the cross-section of the highway tunnel option it is necessary to integrate various factors the choice to adapt to geological conditions and regulatory requirements of a reasonable cross-section formThis thesis study the tunnel section elaborate the advantages and disadvantages of various section

9、s and comparatively study various sections of the tunnel form with combination of the tunnel construction process If the contrast of Highway arch tunnel and Small Net Space Tunnel Comparative Study of the tunnel section of the single-A formKey words long highway tunnel cross-sectional round elliptic

10、 non-independent double-tunnel alignment parameters目录第1章 长大公路隧道的基本介绍411 公路隧道的发展及我国公路隧道的发展概况412长大公路隧道横断面的基本介绍613研究课题的意义和主要内容8第2章 长大公路隧道横断面的比较研究921 引言922 非独立双洞隧道和其断面形式的介绍1023小净距非独立双洞隧道10com隧道的围岩破坏模式11com隧道的最小净距的确定13com隧道的施工工艺简介1524 水平连拱非独立双洞隧道18com道的优缺点和使用适用18com道的设计19com道的施工21com道的衬砌22com拱隧道常见病害治理24第

11、3章 公路隧道的单洞的断面形式3031引言3032圆形隧道横断面形式的研究31com称条件下圆形断面隧道围岩应力分布3133拱形隧道横断面形式的研究34com拱形断面34com圆拱形断面363 4椭圆形隧道横断面形式的研究38com线的拟合形式38com断面形式的为围岩应力39第4章 长大公路隧道横断面的形状的未来发展42结论43致谢45参考文献46第1章 长大公路隧道的基本介绍11 公路隧道的发展及我国公路隧道的发展概况交通是国家基础建设的重要组成部分在国民经济中占有十分重要的地位世界各国的经济发展经验表明快速畅通的交通网是经济发展的必不可少的条件目前世界上科技发展正在朝着两个引人注目的领域

12、一个是宇宙空间一个是地下空间而作为交通基础设施一部分隧道在交通建设中将占有越来越重要的作用隧道通常指用作地下通道的工程建筑物隧道的产生和发展是和人类文明发展的历史相呼应的简而言之隧道的发展大致经历了四个阶段原始时代 即人类出现到公元前三千年的新石器时代这个时代隧道在人们生活中主要起着抵御自然威胁和供人们居住的作用这个时代隧道的主要特点开挖工具简单隧道修筑在自身稳定无需支撑的岩层中远古时代 即公元前三千年到公元五世纪在这个时代隧道的功能也发生了变化由以前的生活用途转变为军事和生活两种用途而且此时隧道也开始有了砖砌结构如公元前21802160中世纪时代 约从公元五世纪到公元十四世纪而这个时期隧道的

13、发展是相当缓慢的几乎可以说是处于停滞状态但这个时期采矿业的兴起对以后隧道的发展起到了促进作用近代和现代 这个时代是从十六世纪产业革命开始的自我国的火药制作技术传到欧洲后火药便被广泛的用于各个建设行业中最开始火药仅仅是用于采矿业但自从诺贝尔发明了黄色炸药达纳马特炸药便广泛的用于隧道的修建中法国的兰葵达隧道是世界上最先采用火药开凿的隧道这个时候隧道的开采方法是钻爆法而在这时也出现了两种机械开采方法一种是盾构法这种方法主要是用于软土地层的开挖另一种是机械开挖法这种方法主要是用于中等以上坚硬岩石地层的岩石这三种方法是目前隧道开采中最常用的方法钻爆法作为隧道施工的一种方法它具有工程造价低施工灵活方便但钻

14、爆法由于采用爆炸在城市人口密集地区不能采用因为震动可能影响附近的建筑或居民生活巨大的声响也是不允许的因此一般短洞地下大洞室不是圆形的隧洞地质条件变化大的地方都常用钻爆法TBM不可否认机械开挖法为隧道的施工带来了更大的方便但机械开挖法的造价将会更高灵活性更差随着交通在人们生活中占有的地位越来越重人们的生活也越来越离不开交通隧道将会在以后的社会进步中取得更大的发展 而我国的隧道起步较晚相比于其他发达国家还较落后解放以前我国处于半封建半殖民地社会中隧道的发展基本上处于停滞状态建国初期我国为了改变我国经济发展的布局发展内地和山区经济先后修建了几条隧道比重较大的山区铁路从而拉开了我国隧道发展的序幕而公路

15、隧道的发展更是落后于铁路隧道近几年由于我国公路建设如火如荼的进行着也带动了公路隧道的建设公路隧道开始成倍的发展据统计到2004年全国已拥有公路隧道2495座总长1245571延米这一时期我国修建的长度在三千米以上的隧道就多达十一座随着我国高等级公路的继续发展我国隧道的发展将会取得更大的进步会缩小同世界先进技术的差距12长大公路隧道横断面的基本介绍隧道横断面设计主要是指隧道内轮廓线形状及尺寸的确定隧道内轮廓线是指二次衬砌和基底围岩或仰拱所包围的内侧部分的大小和形状二次衬砌是拱部边墙及仰拱的总称显然一座隧道横断面设计关键是确定其仰拱的隧道节段的隧道内轮廓线形状及尺寸使确定的断面形状及尺寸符合安全经

16、济合理的原则隧道内轮廓线设计要符合机动车非机动车行人通行的建筑限界的要求同时还要满足洞内路面排水设施装饰的要求并为通风照明消防监控营运管理等设施提供安装空间同时考虑围岩变形施工方法影响的预留富裕量隧道横断面设计在隧道工程设计中是一个相当重要并且十分关键的环节只有确定了合理的隧道内轮廓线形状及尺寸工程师们才可以根据不同的围岩分级进行超前支护初期支护以及二次衬砌等设计工作隧道内轮廓线设计得是否合理直接影响到衬砌受力的合理性施工的难易正常使用以及工程数量的大小隧道断面形状的约束条件主要有以下几个方面建筑限界控制点为满足限界要求内轮廓线至少应将隧道建筑限界完全包容在内保证限界边界的任何点均在内轮廓线内

17、通风面积隧道除要考虑建筑限界控制点外还应考虑通风的要求隧道净空断面受通风方式的影响很大在选择通风方式时首先需要决定隧道内所需要的通风量然后讨论自然通风和交通通风能否满足需要受力要求确定隧道内轮廓线形状即确定二次衬砌的形状应具有适应应力流和变形的合理形状应使二次衬砌产生尽能小的弯矩并且能有效地传递轴力当隧道的衬砌断面设计出后我们需要对其强度进行验算还要验算其偏心及安全系数均应满足规范要求隧道横断面设计还涉及到一个关键的问题那就是隧道横断面设计的标准化问题改革开放之后我国的隧道建设规模日益扩大但各地各家设计单位在隧道横断面设计时使用的标准不统一隧道轮廓有采用单心圆三心圆五心圆甚至有采用直壁边墙的内

18、轮廓形状五花八门既有尖拱也有坦拱内轮廓线的尺寸曲率半径更是难以统一甚至在同一条公路上也出现几种不同内轮廓的断面这既影响了洞内设施的布置又不利于施工时衬砌模板的制作实际上也造成资源上的较大浪费而到2004年年底我国实施的公路隧道设计规范开始对两车道三车道单向交通隧道的内轮廓标准作了一些原则性的形状规定但无具体尺寸条文说明中也仅对高速公路一级公路双车道单向交通隧道的内轮廓断面形状及几何尺寸作了一些推荐隧道横断面设计内轮廓形状及尺寸的确定不但与各种几何因素有关而且与衬砌的内力分析工程数量的比较等因素息息相关目前我国公路建设事业正不断的发展着而高速公路隧道设计的标准化问题也将在以后得到解决随着高等级公

19、路的发展和交通量的逐年增加高速公路将成为长大公路建设的首选高速公路多为四车道或六车道这也为隧道的断面形式提出了更高的要求大断面隧道也就由此而产生在以后四车道公路是不能满足交通量的需求的六车道的公路将成为长大公路的首要选择而隧道也就多为三车道或者更多的车道国际上划分隧道断面的标准划分净空断面积m2超小断面3小断面310中等断面1050大断面50100超大断面100长大公路隧道横断面采用大断面形式也无疑给施工带来了不便和困难大断面隧道结构承受较大的围岩压力并且受力条件极其复杂极易发生围岩失稳和隧道衬砌结构开裂和破坏现象当然长大公路横断面采用大断面形式后也就具有提高车速缩短里程节约燃料节省时间等明显

20、的优点但同时大断面公路隧道也带来了许多的复杂问题由于岩体是一种天然形成的非单一性质的复杂的地质材料所以影响围岩稳定性的因素很多主要有地质及地质构造的影响地应力的影响时间的影响等等大断面公路隧道由于开挖面积大岩体结构面交叉组合形成不稳定结构体的机会将大大增加这对围岩稳定性是一个很不利的因素目前三车道及三车道以上的大断面公路的设计理论和施工工艺大多数是借鉴双车道理论但随着大断面公路的建设工程师发现双车道理论越来越不适合三车道和三车道以上公路的要求因此大断面公路建设对于横断面的要求会越来越高13研究课题的意义和主要内容我国国土三分之二为山地或重丘公路隧道特别是长大公路隧道作为高速公路的一个重要组成构

21、造物在交通运输中发挥着极其重要的作用由于长大公路隧道的断面多采用大断面隧道因此在施工中塌方现象时有发生有时甚至造成重大的伤亡事故引起隧道塌方的原因固然是多方面的如工程地质条件施工工艺的合理性与否等都是很重要的因素但是隧道结合本身断面形式的合理与否也是一个不容忽视的重要因素前人已对铁路隧道的受力特性及横断面设计问题做了较多的研究而对于公路隧道特别是三车道以上的大跨度公路隧道受力特性及断面形式的研究还不够从现在的文献资料我们可以了解到现在长大公路的隧道多采用六车道且中间设有中央分隔带而在修建隧道时我们往往采用非独立双洞隧道来解决隧道的修建问题而非独立双洞隧道形式又有三种形式并行双洞交叉双洞连拱双洞

22、通过本文的论述我们可以对这三种形式有一定的了解并对以后施工中对这三种形式的选择有更多的依据而无论是采用以上哪种形式每一个单洞也有其横断面形状根据我国现阶段的设计和施工情况该横断面形状主要有圆形拱形矩形椭圆形而这每种横断面的形状都有其优缺点都有其适应的地质和地貌通过本文的研究我们也可以对每一种横断面的形状有一定的了解并能在以后的施工中更有利于我们对横断面形状的选择本论文主要是对当今世界长大公路隧道横断面形式进行比较研究系统阐述长大公路隧道横断面的形式的内容和优缺点以及长大公路隧道横断面的特点和断面的约束条件并分析研究长大公路隧道断面形式的几何参数第2章 长大公路隧道横断面的比较研究21 引言由于

23、我国正在加紧公共基础设施的建设长大公路作为国民经济发展的重要基础设施越来越受到国家有关部门的重视由于我国高速公路起步较晚离发达国家的差距还很远而隧道作为长大公路的一部分它在公路建设中占据着十分重要的地位目前长大公路隧道大体分为独立隧道和非独立隧道在这里我们所说的独立是相对于隧道的遂洞在两个或两个以上的本文先对非独立双洞隧道的断面形式做比较研究接着在对隧道的单洞做比较研究22 非独立双洞隧道和其断面形式的介绍由于高速公路的飞速发展长大高速公路将越来越多的选择非独立双洞的形式长大公路隧道采用单洞的形式无疑为设计和施工带来了许多的困难况且综合多方面的因素可以看出采用单洞也是不现实的所以现在长大公路多

24、采取非独立双洞的形式来解决这一难题目前很多学者对单洞隧道的破坏模式进行了大量的研究并取得丰富的研究成果而对于非独立双洞隧道的研究还不够充分这导致在修建长大公路隧道时缺乏相应的资料和理论知识对于设计和施工都是非常不便的非独立双洞隧道一般可以分为并行双洞即双洞按左右平行或上下平行设置交叉双洞即双洞在立面上按一定的交角设置连拱双洞即双洞按左右平行且共用中壁设置双洞呈连体状由于我国高速公路很少采用交叉双洞的形式我们就主要对其余两种隧道的断面形状进行研究并加以比较区分非独立双洞隧道的一般断面形式有小净距非独立双洞隧道水平连体连拱非独立双洞隧道垂直连体非独立双洞隧道这几种形式都有其适应的范围和对地质条件的

25、要求由于我国目前隧道的建设中主要还是采用小净距和水平连体两种形式以下我们就只对这两种形式进行分别介绍并加以比较图21 非独立双洞隧道的断面形式23小净距非独立双洞隧道小净距隧道是一种介于普通分离式双洞隧道和连拱隧道之间的一种特殊的形式小净距隧道最显著的特点是两隧洞的距离很近中夹岩柱的厚度较薄两隧道相互影响较大小净距隧道有许多的优点双洞间距较小有利于公路整体线型规划和线型优化其造价和施工工艺同普通双洞隧道相似与连拱隧道相比造价要低施工工艺要简单由于以上优点小净距隧道目前已成为公路隧道中最常见的一种型式com隧道的围岩破坏模式根据地形地貌不同的地质条件遂洞断面形状尺寸两隧道的净距大小小净距隧道的破

26、坏模式也不尽相同现在通常将小净距隧道的破坏模式划分为挤压破坏拉伸破坏中夹岩柱剪切破坏爆破震动破坏复合型破坏以下我们分别对其进行叙述挤压破坏 当隧道埋深较大小净距隧道在后行洞的开挖过程中先行洞通常发生隧道四周向净空内收敛整个隧道产生挤压变形这种变形的发生往往产生围岩的塑性变形和剪切变形这种破坏模式称为挤压破坏如下图 图22 挤压破坏模式当隧道产生挤压破坏时往往存在以下几种情况先行洞围岩压力明显增大隧道周围压应力增大当压应力大于隧道周围的抗压强度时岩体出现压碎现象并产生剪切破坏隧道周围塑性区增大当塑性区扩展到一定的成都时隧道发生破坏当先行洞的二衬在后行洞开挖前未施作时由于隧道向净空内收敛整个隧道断

27、面变小有可能出现二衬截面达不到设计要求即隧道开挖预留宽度不够的情况当先行洞的二衬在后行洞开挖前已经施作时由于隧道围岩向净空内收敛使得二衬所受压力增加有可能使得二衬的安全储备不够当二衬强度达不到抵抗由于后行洞开挖引起增加的围岩压力时二衬就会开裂从而整个隧道失稳破坏拉伸破坏 拉伸破坏有两种情况一种是先行隧道远离后行隧道的拉伸破坏即远离型拉伸变形破坏模式另一种是靠拢型拉伸变形破坏模式这两种破坏形式分别是对于先行洞还是后形洞所处的埋深而产生的前一种是先行洞在埋深较深的一侧而后行洞在埋深较浅的一侧时由于后行洞的开挖使得先行洞出现靠拢后行洞的拉伸变形模式后一种是指先行洞在埋深较浅的一侧而后行洞在埋深较深的

28、一侧由于后行隧道的开挖似的先行隧道出现远离后行隧道的拉伸变形模式发生远离型拉伸变形破坏这种情况时隧道往往还存在偏压这是由于后行隧道对先行隧道的拉伸作用使得先行隧道产生偏压当隧道存在偏压破坏时常常还出现以下的情况当先行洞的二衬在后行洞开挖前未施作时由于隧道向一边倾斜必然使得隧道围岩一侧切向拉应力增加另一侧切向压应力增加当先行洞的二衬在后行洞开挖前已经施作时由于隧道向一边倾斜必然使得一侧二衬弯矩增大另一侧减小对于前一种情况如果单洞开挖情况下围岩侧边的压应力小于增加的拉应力那么围岩受拉容易产生拉破坏同样增加压应力围岩可能产生剪切破坏而对于后一种情况隧道的先行洞甚至出现拉应力也有可能使得二衬的安全储备

29、不够二衬开裂从而整个隧道结构失稳破坏 图23靠拢型拉伸变形破坏模式 图24远离型拉伸变形破坏模式中夹岩柱剪切破坏 小净距隧道最重要的一个特点是中夹岩柱厚度较薄特别是当中夹岩柱厚度小于07B洞跨度时通常隧道围岩破坏从中夹岩柱破坏开始中夹岩柱较薄由于隧道的开挖围岩应力重分布竖向应力向中夹岩柱转移使得中夹岩柱压应力集中如果侧壁支护结构强度不够或者没有采取很好的支护措施那么岩柱由原来的三向受力状态转变为双向受力状态大量实验资料表明围岩双向受力状态的承载能力要低于三向受力状态且中夹岩柱竖直方向产生较大压应力而水平方向则出项很大的卸荷区侧向产生很大的塑性膨胀极大程度降低其承载能力中夹岩柱发生塑性流动产生剪

30、切破坏图25是近距大跨隧道在岩柱厚度较小的情况下整个中夹岩柱出现塑性区其左右两侧塑性区贯通从而发生剪切破坏图25中夹岩柱剪切破坏模式爆破震动破坏 爆破震动是小净距隧道施工的一个关键环节公路隧道设计规范规定为了确保小净距隧道的安全应对相邻双洞最大临界震动速度按净距围岩级别支护实施阶段分别进行控制最大临界震动速度可通过试验确定现场测试及分析表明在后行隧道开挖中靠近后行隧道的先行隧道侧墙围岩的爆破震动加速度速度位移明显大于切向最大位移如果在施工中没有考虑到后行隧道施工对先行隧道爆破震动的影响爆破药量过大那么很可能由于爆破震动使得先行隧道围岩受到较大的干扰当爆破震动速度超过规范值或围岩的承受能力时围岩

31、发生破坏如果后行洞开挖前先行洞已经施作了二衬那么也可能使先行隧道防水层开裂二衬结构层开裂破坏复合型破坏 由于隧道施工面对的施工条件是各种各样的从而隧道的围岩破坏模式也是多样的小净距双洞隧道的破坏模式也不可能是以上叙述中的任何一种单一破坏如双洞变形破坏往往伴随着单洞的破坏模式而双洞的破坏模式往往也是几种变形模式的组合如挤压破坏通常伴随着拉伸变形破坏或震动破坏 所以在小净距隧道的施工往往是这些破坏的组合即复合型破坏com隧道的最小净距的确定小净距隧道稳定性判别方面还没有像评价边坡稳定性那样有一个安全系数来判定现在的小净距隧道方面的资料上有一些是采用突变理论来分析小净距隧道的稳定性大量研究表明小净距

32、隧道的失稳主要是从中夹岩柱开始然后向周边扩散最终导致破坏大量的有限元的计算表明随着净距的减小中夹岩柱的塑性区逐渐扩大最后直至塑性区连通当等效塑性应变达到一定程度时计算不收敛隧道失稳因此中夹岩柱的稳定性是小净距隧道是否稳定的关键隧道的失稳主要是内部由于沿着潜在的破坏面塑性区贯通形成的因此塑性区面积的大小及塑性应变的大小是判断失稳的关键考虑到突变理论主要是基于系统的能量变化而建立的因此采用中夹岩柱的塑性应变能作为系统的能量通过不同净距下系统的能量建立能量函数的多项式并化为尖点突变模型的标准形式运用突变理论确定系统能量发生突变时的净距并把该净距作为合理净距由于我们所学知识的有限关于塑性应变能的计算在

33、本文中我们姑且不做讨论以下我们只列出塑性应变能计算的流程图并加以简单的介绍采用以上叙述的方法通过对每个典型断面的合理净距的计算直接确定出隧道的合理路线这在小净距隧道的设计与施工中是有很大的意义的当然合理净距的确定不可能通过简单的分析便可以得出它还需要大量的计算机作为辅助把大型通用有限元计算程序ansys和通用数学计算软件matlab相结合通过一个接口程序使得两程序间的数据能够自动调用建立了一个基于突变理论的合理净距确定的智能分析系统该系统不需要大量的人为的干扰可以直接输出计算结果 因此在确定小净距隧道的合理净距方面得到广泛的运用 图26塑性应变能计算的流程图com隧道的施工工艺简介 关于小净距

34、隧道的施工我们主要以董家山隧道的施工工艺为例作一个简单介绍董家山隧道是国道31721324095373属于典型的双线双洞小净距隧道该隧道的岩质较差围岩以灰色薄层状泥岩砂质泥岩为主夹少量炭质泥岩及薄煤层小于05并与黄灰色粉砂岩呈不等厚互层组成软质岩约占23131540围岩分类情况为类围岩235类围岩120942类围岩9558 董家山隧道的施工工作大概有这么几个内容滑坡体与洞口加固洞身开挖中央岩柱加固监控量测在这里我们主要介绍洞身开挖和中央岩柱加固施工工艺这两个工作在小净距隧道的施工过程中占有很大的比重也是隧道建设中工期最长速度最慢的工序下面我们就依依对这两个工序做一个简单的介绍洞身开挖的工序与隧

35、道周围的围岩密切相关在董家山隧道的围岩主要是以类围岩为主其次还有少量的类围岩和类围岩在这里我们主要介绍类围岩的开挖该隧道类围岩深埋段同样采用正台阶法开挖下台阶落后于上台阶81008m与格栅钢拱架间距相同开挖后及时施作初期支护在中岩柱厚度较薄处即855-1236对应右洞里程 k17390350LK17385-345 图27小净距隧道的施工工序当然洞身的开挖就要涉及到爆破作业在小净距隧道破坏形式那节中我我们谈到过爆破震动对隧道稳定的影响及破坏那么爆破作业如何控制呢在董家山隧道的围岩级别大多数为类围岩及类围岩以下的围岩级别故董家山隧道采用预裂爆破作业根据围岩性质工程类比经验或施工规范合理选择周边眼间

36、距及最小抵抗线相对距离和装药集中度等参数周边眼沿设计开挖轮廓线布置必须采用小直径药卷严格控制装药量并使药量沿炮眼全长合理分布采用毫秒雷管微差顺序起爆以使周边爆破时产生临空面掏槽炮眼布置在开挖断面的中央稍靠下部以使底部岩石破碎减少飞石辅助炮眼应交错均匀地布置在周边眼和掏槽眼之间并垂直于开挖面这样可使爆破的石渣块体大小适合装渣运输的需要由于董家山隧道地处大多数为类围岩及类围岩以下的地质条件下为了确保开挖过程中围岩的稳定减少因隧道间距小导致围岩变形爆破震动等不利因素满足小净距隧道中间岩柱特有的加固要求因此董家山隧道采用的是以下的施工步骤如图27先开挖左洞同时在右洞中间岩柱处施作42小导管加固中间岩柱

37、安装预应力锚杆并加初始应力在开挖支护后再进行左洞开挖施作初期支护后施作42小导管加固中间岩柱对预应力锚杆复加应力对于中间岩柱加固施工中涉及很多方面的工作而在董家山隧道中间岩柱的加固过程中主要涉及到两个重点的工作中间岩柱注浆和中岩柱预应力锚杆那我们先来谈谈中间岩柱注浆在董家山隧道由于其特殊的地质条件决定了在董家山隧道的施工中采用在掌子面对中央岩柱超前注浆和从开挖断面上对中央岩柱预注浆在掌子面的超前注浆是利用长管棚支护方式这种超前注浆不仅能够对类等较软弱围岩起到预加固的作用同时对中央岩柱的稳定也能起到预加固的作用洞口刷坡时两隧道中间岩柱坡口处原地面土体应暂时保留以支挡坡面在董家山隧道采用的是以下这

38、种方式和工序对中央岩柱预注浆洞口临时防护完成后挖除中间岩柱坡口土体立即沿隧道轴向对中间岩柱正面打人5mm厚42小导管注浆加固中间岩柱坡面向前掘进4m后 从开挖面对中间岩柱改为水平斜向前方小导管注浆注浆初始压力为05MPa终止压力为15MPa浆液配合比体积比为水泥水玻璃 105 图28 董家山隧道中央岩柱注浆示意图董家山隧道的施工中在中岩柱是要求布置预应力锚杆而预应力锚杆的布置无疑为提高中间岩柱的力学性能有很大的帮助中岩柱锚杆采用25螺纹纲筋张拉设备采用扭力扳手锚杆预张拉力为90KN锚杆安装前应向孔内灌注M20早强水泥砂浆要求浇筑12h后抗压强度不小于20MPa然后插入锚杆对穿式锚杆段在右洞开挖

39、并待钻孔内水泥砂浆强度达到设计强度后施加预应力40KN左洞开挖暴露锚杆端部后拆除预安装的丝扣保护包装施加预应力到90KN然后右洞补张拉到90KN非对穿式锚杆段在隧道开挖并待钻孔内水泥砂浆强度达到设计强度后一次施加预应力90KN24 水平连拱非独立双洞隧道连拱隧道是现代高速公路建设中比较适用的一种隧道形式二十世纪九十年代随着我国高等级公路建设的快速发展特别是山区高速公路建设规模的扩大公路隧道建设也步入了快速发展的阶段连拱隧道也逐渐被采用建设规模逐步扩大公路连拱隧道的数量和规模不断增加连拱隧道的设计和施工经验也日益丰富特别是2000年后连拱隧道在山区高速公路中被广泛采用随着工程建设中环保要求的提高

40、在公路设计中体现了保护自然以人为本建设人与自然和谐相处的设计理念大开挖路堑方案逐步被淘汰中短隧道在公路隧道中所占的比例增大连拱隧道是隧道设计中的一种特殊形式据有关资料显示目前我国已经建成和在建的高速公路中如河南四川重庆贵州等省连拱隧道在隧道中所占的比例很高2004年开工建设的上海至武威高速公路河南境内的内乡至豫陕界段高速公路中16座隧道全部为六车道连拱隧道目前国内在同一条高速公路上同时出现如此多的连拱隧道实属罕见另外还有思小高速公路全线15座隧道中有13座连拱隧道元磨高速23座隧道中有16座连拱隧道玉凯高速公路25座隧道中有12座为连拱隧道连拱隧道已经成为目前山区高速公路短隧道的主要结构形式虽

41、然公路连拱隧道正在如火如荼的发发展着但由于连拱隧道的施工工序比较复杂同时没有相应的规范作为参考因此在连拱隧道的建设中还有大部分的问题没有解决com道的优缺点和使用适用 连拱隧道的优点双洞轴线间距可以较小对两端接线地形要求不高接线工程量不大线型顺畅相对于大开挖路堑方案而言具有不破坏自然景观防止边坡失稳的优点线路布线方便洞口段大大减少了公路工程建设永久占地的面积在桥梁等特殊工程部位的连接也极为方便连拱隧道的缺点设计烦琐施工技术要求相对较高施工进度缓慢工期长临时支护造价在隧道总造价中所占的比例大就相对单幅隧道而言造价高在线型方面为保证洞内有良好的视距及有利于汽车尾气排放对平曲线和竖曲线半径要求也高公

42、路连拱隧道有其自身的优缺点因此也就有其适用范围特别是在长大公路的建设中我们不可能任何隧道都采用连拱隧道毕竟隧道的断面形式有多种多样建设连拱隧道有以下几个范围洞口地形狭窄和地质条件在级围岩以上含少量级的岩石地层当级围岩为主的软弱地质条件中常不采用连拱隧道形式在特殊的地形下若采用分离式隧道导致左右洞长度相差很大或造成地面建筑受到影响或洞外路基工程量过大经济上明显不合理时常采用连拱隧道在山岭重丘地形内字路基边坡等于或大于40m且左右路幅难以拉开成独立的左右线时或为避免大量的深挖高填的土石方工程量减少自然环境的破坏适宜采取成群成组兴建连拱隧道在城市周边山丘人口稠密土地资源紧张为减少地面房屋拆迁保护自然

43、景观和名胜古迹满足日益增长的人流和交通量需求更多的采用双连拱和多连拱隧道由于连拱隧道造价较高和一些其他不足目前在我国主要采用中短规模隧道 com道的设计连拱隧道设计在连拱隧道建设中是十分重要的作用连拱隧道的设计大致可以分为连拱隧道的结构设计连拱隧道的附属部分的设计由于本文只是针对连拱隧道结构设计做一些论述故对附属部分的设计我们不做介绍以下我就对结构设计做个简单的介绍连拱隧道的结构设计大致可以分为连拱隧道内轮廓的设计中隔墙设计连拱隧道的防排水设计连拱隧道内轮廓的设计连拱隧道内轮廓除满足建筑限界及洞内设备安装空间要求外还应满足施工工艺及视觉要求同时隧道形状和尺寸要综合考虑地质条件围岩类别结构受力特

44、点工程造价等因素原则是衬砌受力均匀合理安全造价小我国目前公路连拱隧道的内轮廓形式主要有两种直中墙净空轮廓和曲中墙轮廓对于这两种内轮廓形式哪一种形式更好目前还没有一个统一的说法直中墙净空轮廓的连拱隧道施工工艺简单洞内行车道中心线与洞外路基行车道中心线偏离较小但视觉效果一般曲中墙净空轮廓的连拱隧道视觉效果好并且由于其净空轮廓与单洞隧道净空轮廓没有实质上的差异从而台车的利用率得到了提高节约了工程建设资金但是曲中墙连拱隧道的左右洞内行车道中心线与洞外路线行车道中心线偏离比直中墙连拱隧道大很多所以建议当洞外路基宽度和接线不受连拱隧道影响时宜采用曲中墙净空轮廓的连拱隧道若隧道对洞外路基宽度和接线影响较大时

45、宜采用直中墙净空轮廓的连拱隧道连拱隧道的结构设计除同单向分离式隧道一样包括初期支护二次衬砌防排水设计外还包括中隔墙设计而中隔墙设计直接影响着隧道围岩的稳定支护的安全性和施工顺序中隔墙的厚度应根据不同的围岩类别来确定但是最小厚度不应小于14m为保证中墙的稳定中墙基础的宽度设计时应引起重视中墙设计时应支撑到导坑的顶部要克服中墙和中导洞之间存在空洞的缺点连拱隧道的防排水设计 隧道防排水遵循以排为主堵排结合因地制宜综合治理的原则在洞内外设置了完整严密的防排水系统确保隧道建成后达到规定的防水要求保证结构和设备的正常使用和行车安全目前看来连拱隧道的结构本身防排水设计和分离式隧道相比基本一致所以现在连拱隧道

46、的防排水设计都是参照分离式隧道的设计当然连拱隧道的防排水设计不可能和分离式隧道的防排水设计完全一样而唯一的区别是对于三层中墙连拱隧道来说在中墙处需要在二衬和中隔墙间安装纵向和环向的排水弹簧软管由于中隔墙采用模筑混凝土并且在中墙和二次衬砌间没有任何预留变形量因此这个地方的防排水设计是连拱隧道防排水设计的重点接下来我们来谈谈连拱隧道中墙防排水施工工艺连拱隧道中墙的施工工艺较多从目前国内的资料来看我们总体上可以把连拱隧道中墙的防排水设计分成以下三种形式左右洞防水层连通式左右洞防水层不连通式和复合式中墙防排水以下我们就对三种防排水施工工艺做分别的介绍并对其做一个简单的评价连通式防排水 连通式防排水施工

47、工艺在我国隧道的修建中得到了多次的优化改进但还是因中墙纵向排水管高出纵向中墙与拱墙相连的二衬施工缝中墙顶部有连接中墙和中墙顶部围岩的加固猫杆导致中墙顶部的防水层被迫穿眼左右洞多次开挖初期支护和二次衬砌过程中常有破损现象因此中墙不同程度的渗漏水现象极为普遍很少获得满意的效果不连通式防排水 这种防排水施工工艺虽然比前一中防排水方法好工艺上也有所改进但由于工艺繁杂难以达到质量的要求就我国目前的状况这种施工工艺在实际施工中还没有得到推广及应用复合式中墙防排水 这种防排水施工工艺是目前比较好的一种防排水方法我国的公路隧道设计规范也建议推广此类复合式防排水它的左右洞防排水自成系统因而从根本上解决了连拱隧道

48、中墙渗漏水的难题 以上就是我们对连拱隧道的施工工艺做了一个简单的介绍连拱隧道作为公路断面形式中的一种在我国隧道的修建中得到了较多的应用在以后连拱隧道的设计中连拱隧道的设计将得到更大的完善为连拱隧道的施工带来更多的便利com道的施工连拱隧道的施工主要有开挖施工监控量测二次衬砌防排水施工在这里我们主要谈谈开挖施工防排水施工以下我们来主要谈谈连拱双洞隧道施工的一个重要环节开挖施工在修建任何隧道的过程中难免要有大量的土石方的开挖可以这样说开挖施工占据着隧道施工的大部分工作由于高速公路连拱隧道具有埋深浅跨度大且大部分隧道地质条件差等特点因此在开挖施工时要严格遵守短进尺弱爆破强支护早封闭的施工原则连拱隧道的施工开挖主要有中导洞和三导