对大岭鼓隧道设计的探讨

摘要：本文以新建深圳北通道工程大岭鼓隧道为例，结合现场施工，详细介绍了大岭鼓三车道隧道设计终需要考虑的要素，包括隧道的结构设计、辅施工措施设计、现场监控量测设计、洞门结构及洞口工程、防排水设计及其他附属设计等要素的探讨，对三车道长隧道设计有一定的借鉴作用。

关键词：三车道隧道 结构设计 洞口工程 防排水

中图分类号： S246 文献标识码： A 文章编号：

一、工程概况：

深圳北通道为新建双线Ⅰ级城市主干道，设计时速50km/h，由于受到隧道进出口两侧建筑及用地的制约，同时，为优化隧道洞口位置、隧道线形，总体线位在穿越大岭鼓山体时，设一座汽车专用双向六车道连拱隧道，近南北向。隧道起讫点里程为K0+220~K1+130，全长910m，其中K0+220~ K0+890区段线形为半径1800m的圆曲线，其余区段线形为直线。隧道跨度32.2m，中隔墙厚度3m，建筑限界净宽为13m，按新奥法施工。

二、隧道结构设计

大岭鼓隧道按新奥法原理设计，采用三层曲中隔墙、复合式衬砌结构，其二次衬砌为整体式。

初期支护

连拱隧道初期支护由喷射混凝土或喷射钢纤维混凝土、系统锚杆、钢筋网、钢架支撑组成。

（1）在一般的围岩条件下，采用喷射混凝土，强度不低于C20；松散、稳定性极差的土（岩）体中，采用喷射钢纤维混凝土，强度不低于C25。喷射混凝土厚度在5~30cm间。

（2）系统锚杆采用中空注浆锚杆和砂浆锚杆。

（3）喷射混凝土配合使用单层钢筋网。

（4）在地质条件较差（Ⅳ、Ⅴ级围岩），自稳时间短、初期变形大的地层，洞口浅埋地段用格栅钢架或工字钢钢筋支撑。

（5）连拱隧道洞口段或洞身Ⅳ、Ⅴ级围岩地段围岩松动、破碎，开挖后不能自稳，需要设置超前支护，如超前大管棚、超前小导管、超前锚杆等。

连拱隧道防水夹层

连拱隧道初期支护和二次衬砌拱墙间设防水卷材防水。

连拱隧道二次衬砌

复合式连拱隧道的二次衬砌采用现浇混凝土。当Ⅳ、Ⅴ级围岩段，二次衬砌采用钢筋混凝土结构，中墙较薄时采用钢筋混凝土；中墙较厚时采用素混凝土或少筋混凝土。在围岩比较差的Ⅳ、Ⅴ级地段应设置仰拱，Ⅲ级围岩地段也设置仰拱可大大减少隧道病害的发生，仰拱强度不应比拱墙部位差。Ⅱ、Ⅰ级围岩可不设仰拱。

连拱隧道预留变形量

连拱隧道复合式衬砌根据围岩级别、断面大小、隧道埋深及施工方法、初期支护等情况设置预留变形量。

大岭鼓隧道Ⅳ级围岩支护断面图（单位cm）

大岭鼓隧道复合式衬砌主要支护参数表

由于隧道工程地质条件复杂、围岩物理力学指标不易确定，而且受施工方法、支护刚度及施作时间等因素的影响，因此，为确保支护衬砌设计参数的合理性、安全性、经济性，下阶段设计、施工时，在支护、衬砌结构设计采用以下的方法：

根据地质勘察报告提交的围岩物理力学参数，按工程类比法，参照类似隧道的成功经验数据，拟定初期支护、二次衬砌的设计参数。

根据初始地应力场及围岩的物理力学参数，并结合施工步骤，采用有限元法进行力学计算分析，求解围岩和支护、衬砌体系的应力与位移。

根据《公路隧道设计规范》、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》、《混凝土结构设计规范》等规范的有关要求验算支护、衬砌体系强度，根据验算结果对初拟支护参数进行调整和修改。

根据验算通过的支护、衬砌设计参数进行施工图设计。

施工时应进行全过程的现场监控量测，根据监控量测数据，采用理论解或数值法进行反分析，求得围岩的初始地应力场，验证围岩的物理力学参数。

根据现场反馈分析求得的结果，重新计算围岩和支护、衬砌体系的应力和位移状态，并进行围岩稳定性判定和支护、衬砌强度校核。必要时，可根据监控量测数据进行判断，即确认和调整、修改支护、衬砌设计参数和施工方法。

二、辅施工措施设计

山岭隧道工程的辅助施工措施有：长管棚及管棚注浆加固地层；超前小导管及注浆加固地层。

根据现场踏勘情况，隧道进、出口地段为Ⅳ、Ⅴ级围岩，Ⅴ级围岩洞口段采用φ108mm、壁厚8mm的40m长管作为超前预支护，并注浆加固地层。为增强钢管的刚度和强度，钢管内应以M20水泥浆或水泥砂浆填充密实。

洞身Ⅳ、Ⅴ级围岩地段，开挖洞室难以自稳，采用φ42小导管超前支护并注浆加固地层。

三、现场监控量测设计

隧道现场监控量测是按新奥法原理进行隧道施工过程中对围岩和支护结构受力进行量测，其目的是随时掌握隧道施工过程中围岩和支护结构的力学动态，判定支护、衬砌结构设计和施工方法是否正确。它是确保隧道施工安全，使支护、衬砌结构设计合理、安全、经济的重要手段，应贯穿施工的全过程。

根据隧道围岩类别、支护、衬砌设计参数、施工方法、施工管理等因素制定量测计划，在勘察完成后，根据地址情况，隧道结构编制具体量测方案纳入设计文件，其内容为：

确定量测目的、项目和量测手段；

选定量测断面、测点布置和量测频率；

量测数据的处理；

量测数据的反馈分析。

隧道量测项目有：地表下沉量测、地中位移量测、拱顶下沉量测、净空收敛量测、洞内外观察、围岩弹性波测试；典型断面的锚杆轴力、围岩压力和二层衬砌间压力量测，衬砌、钢架内力量测、锚杆抗拔试验。

四、洞门结构及洞口工程

隧道洞口位置的选择考虑了场地的地形、地质条件、施工方法、施工安全、环境保护等要求，经综合比选确定。隧道洞门形式主要分为墙式、翼墙式、柱式等墙式洞门，以及削竹式、喇叭式、棚洞式等明洞式洞门。

墙式洞门适用于洞口周围地形、地质条件较差的情况，其抗滑、抗倾覆性能好。

明洞式洞门适用于洞门周围地形平缓、地质条件较好的情况，有修饰周围景观的作用。

山岭隧道洞口位置按“早进洞、晚出洞”的原则确定，尽可能减小边坡、仰坡的开挖高度，有利于环境保护，有利于进出口段隧道施工安全。

大岭鼓隧道进出口K0+220处位置地形较平缓、山体稳定，洞口处于山脊沿线，初步判断围岩等级为Ⅳ~Ⅴ级，为使洞门与周围景观协调，采用削竹式明洞洞门。

五、防排水设计

隧道防排水设计要达到以下标准：

洞内衬砌无渗透漏水；

安装设备的孔眼不渗水；

洞内路面不渗水、不积水；

按防、截、堵、排相结合，因地制宜、综合治理的原则，达到防水可靠、排水通畅、经济合理、施工方便的目的。

防水措施

在初期支护与二次衬砌拱墙之间沿隧道全长范围铺设防水卷材外包防水。

二次模筑衬砌采用防水混凝土自防水，防水混凝土抗渗标号不低于S8。

环、纵向施工缝，采用止水带止水。

二次衬砌预留注浆孔，并进行二次注浆，确保初期支护与二次衬砌间密贴。

在铺设防水层前，对初期支护的局部渗漏点，进行注浆止水。

排水措施

对山岭隧道围岩渗漏水，根据不同的漏水情况，采用不同的盲沟引排方式：分散的单个漏水点当水量不大时，采用Φ50软式透水管盲沟引排；大股水采用钢管引排。

为加强排水效果，山岭隧道在两侧防水卷材背面的底部，墙角Φ50泄水孔的端部，沿隧道全长设置Φ50软式透水管纵向盲沟，并间隔20m设置Φ50软式透水管环向盲沟，环向盲沟与纵向盲沟连通，渗漏水由盲沟经泄水孔排入洞内侧沟。

洞内路面设1.5%的横向坡，在路面两侧的路缘带下设纵向排水侧沟，以排除地下水及路面清洗水。