有关公路隧道设计中环形封闭理念的探讨

摘要：随着我国经济生活水平的飞速发展，公路隧道的施工建设也有着快速的发展。但是因为设计方面和施工方面都存在的种种问题，导致公路隧道出现裂缝的情况屡见不鲜。本文浅谈公路隧道了设计方面的问题：比如围岩体以及围岩应力动态变化过程的不确定性，不完整、失真的围岩应力模型，不吻合的隧道结构轴线与围岩应力轴线，直墙式隧道和无仰拱隧道的设计等存在的缺陷等等。另外还讨论了有关公路隧道施工过程中应注意的技术问题；包括公路隧道施工准备阶段、施工阶段两个阶段应注意的技术问题。

关键词：公路隧道；设计；施工；围岩；环形封闭理念

一、公路隧道的围岩分类和设计理念

围岩分类是隧道设计施工的基础，在目前现行的许多围岩分级方法中，分类基本要素大致有三大类：

第I类：与岩性有关的要素。其分类指标是采用岩石强度和变形性质等：如岩石的单轴抗压强度、变形模量或弹性波速等。

第II类：与地质构造有关的要素。其分类指标采用诸如岩石的质量指标、地质因素平分法等，这些指标实质上是对岩体完整性或结构状态的评价。这类指标在划分围岩的级别中一般占有重要地位；

第III类：与地下水有关的要素。

目前公路隧道应用的最普遍、最成熟，也是比较科学、合理的隧道设计及施工方法是新奥法。新奥法最根本的思路和要点可通过以下六个方面进行概述：

（1）重视超前支护，并通过对支护结构的监控量测，修改设计，调整支护参数指导施工。

（2）把围岩体作为受力结构的一部分，并与支护结构构成统一的承载结构体系，围岩体是主要的承载单元。

（3）预计围岩有较大变形和松弛时，应对开挖面施作保护层，而且应在恰当的时候敷设，过早或过迟均不利。

（4）通过试验量测确定围岩和支护结构的自稳时间和位移变形速率，并以此来选择开挖方法和支护结构。

（5）岩层内的渗透水压力，必须采取排水措施来降低。

（6）允许围岩产生局部应力松弛，也允许作为承载环的支护结构有限制的变形。

从上面六点新奥法的要点中我们可以看出，大家在隧道结构设计中，主要承载结构是喷锚初期支护与围岩体两者的结合，混凝土二衬仅起到安全储备或者是部分承载荷载的作用。喷锚支护，在某种程度上，它是一种严格符合岩体力学原理的有效的支护方法，它具有很多其他方法所不具备的良好自稳性的优点。当喷锚支护和围岩紧密贴合时，坑洞周围岩体的裂隙和节理就会得到很好的封闭，利用岩块之间的咬合、镶嵌和自锁等作用，便会提高岩体自身的整体性以及自承能力；因为喷锚支护结构具备良好的柔韧性，能够同时和围岩变形，这样他们就构成一个协同工作的承载体系(承载环)；每当他们处于形变过程中时，喷锚支护能相应的调整围岩应力，避免应力集中，抑制变形的发展，从而起到防止坍塌的作用。

从以上的分析可以看出：新奥法理论衬砌结构稳定、受力合理。但是，为什么当我们严格按照新奥法设计施工的隧道，依然会出现很多的裂缝呢？所以在此基础上我们下面将对公路隧道的设计现状和存在的问题进行讨论。

二、公路隧道设计现状

1、衬砌支护参数设计相差较大，且难以体现同一围岩级别围岩稳定性差异。发生这种情况，最可能的原因有以下几个方面：

①再现场施工的过程中，它具有很轻强的时效性，并且同时需要很多其他专业的配合，缺乏严格流程或评审的支护参数减弱，往往意味着降低安全度的风险，现场决策人员可能需要承担相当的风险；

②目前的建设体制缺乏精细化施工、节约成本的动力。

③缺乏对围岩的微观特性进行量化设计的体系；这种体系在很多情况下是及其重要的。

④在施工中我们没有准确地做到掌握岩体风化程度、软弱结构面及节理的组数、产状变化及地下水等对围岩稳定性的影响，然而能准确的做到这些的人才，需要很强的专业素养，但是，在当今我国公路隧道设计、施工快速发展情况下，这样的人才还是比较缺乏的。

2、对于隧道支护结构的耐久性设计我们目前还没有形成共识。公路隧道的耐久性设计的重要性，目前已经慢慢得到我们的重视。现在已修订完成的《公路隧道设计规范》就是对《公路隧道设计规范》的细化和补充。它提出了树立全寿命周期成本的设计新理念，但以复合式衬砌为主流的隧道衬砌结构到底如何考虑其耐久性，是值得探讨的问题。

三、公路隧道设计新思路

（1）对于施工缝设计的要求我们也必须加强，墙脚与仰拱、拱脚与墙顶的交界处，我们可以将以往常用的平接改为使用有效的楔形接，当然我们也可以设置钢筋补强交接的方式来达到异曲同工的效果，使墙脚与仰拱、拱脚与墙顶、的连接刚性、紧密、牢固，从而能有效地避免在施工缝的关键位置出现相对薄弱的不良现象，而这种情况的发生将会导致发生负弯矩、位移差、剪切等后果，从而引起裂缝。

（2）我们知道，隧道完工的后期会产生一些诸如结构变形、围岩应力等的不好现象，但是这是不可避免的，所以我们能够做的就是通过强化结构设计、优化结构受力的方式来预防、减轻甚至抵消这些不良效果，这就要求我们必须充分发挥混凝土结构受压的特性，把围岩的应力变成对环形支护结构的轴向压力，对薄弱的结构或位置进行强化设计、预防式设计等。

（3）在此我们必须全面采用曲墙设计，无论是Ⅱ级、Ⅲ级，还是Ⅳ级、Ⅴ级，我们都应该采用三心圆曲墙式设计的理念，因为围岩级别的差异在设计上只表现在钢筋布置、衬砌厚度的区别而已，所以我们这样做是完全合理可行的。

四、公路隧道施工设计应注意的问题

1、施工准备阶段应注意的问题。在此期间，我们的工作重点是要确保各项工作指标达到要求，我们的工作内容包括以下几个方面：(1)在开始公路隧道施工之前，首先要对隧道两端洞外的控制点进行反复检测，以便排除可能出现的问题；(2）同承包商签定合同后,监理工程师应该依据合同来督促承包商人员设备等的到位，开展各种筹备工作；(3）我们要根据公路隧道地质钻探资料，估计岩层、地下水等因素可能对公路隧道施工造成的不良影响，并尽量充分的讨论出相关的应对措施；(4）承包商应按合同规定的日期及时上报等级公路隧道施工各阶段的进度性计划和实施性施工设计，并据此进行充分调查分析，提出问题并及澄清问题,修改设计方案；(5）对高等级公路隧道施工现场进行有针对性的勘察，特别是洞口及浅埋段风化堆积层可能产生的滑动及偏压，做到心中有数，指导承包商迅速落实。

2、施工阶段应注意的技术问题、除了上面讲到的施工准备阶段应该注意的技术问题，其实施工阶段才是最关键，最为重要的一个环节，为了确保公路隧道达到各种指标，这个阶段我们必须做到以下几个方面：(1）围岩施工：Ⅴ级围岩一般采用的方法是用分部施工开挖。分部施工是将围岩分为上中下三个部分，上部分的断面采用弧形导坑的开挖方法，中下两部分的断面则在隧道中墙砼达到设计强度的70%以后采用左右洞开挖的方法。然而左右洞开挖方法则通常会采用分步平行的开挖方法。(2）洞口开挖：洞口开挖后，及时做好排水工作是我们必须的工作，我们必须反复的检查坡上的截水沟与排水沟，以便确保它们与路基上的排水系统连接完好，从而就会避免出现路基长时间浸泡水中的现象，以此同时，我们要注意随时清除干净路基以及基坑中的废物及垃圾。在等到监理工程师验收并认为合格后，我们才能进行下一道工序。隧道洞口开挖的质量好坏必定会直接影响公路隧道的工程造价以及运营的稳定性，所以在这个环节上我们必须认真对待。

参考文献

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[2]曹玉亮, 闫丽. 浅谈隧道新奥法应用中存在的问题[J]. 西部探矿工程, 2007,(5):