超大跨度市政山岭隧道支护体系设计探讨

摘要：为满足高标准市政道路的技术要求及方便人们出行，城市中（特别是山区城市）往往需要修建超大跨度隧道穿越山体，此类山岭隧道一般同时具备车行和人行功能（机动车道与人非混行道完全分离），隧道开挖宽度一般能达到18m，甚至更大。超大跨度市政山岭隧道具有开挖断面大、高跨比小、埋深浅、地层条件差、施工工序复杂、节约城市用地等特点，此类隧道在建设期施工风险极大，并容易在运营期产生各种病（灾）害。我们必须要从设计上解决这些难点，做好隧道的支护体系设计，保证超大跨度隧道在施工及运营期的安全。

关键词：市政山岭隧道；超大跨度；隧道断面；支护参数；施工工法

由于城市的快速发展，现有的市政道路等级及数量已经不能满足人们的出行要求，需要新建多车道的高标准市政道路。新建道路的路面更宽，线型更好，有时为满足技术要求及节约城市用地，需采用大跨度隧道穿越山体（特别是山区城市）。由于市政道路的特殊性，往往需要同时兼具车行和人行的功能，市政山岭隧道的跨度一般都很大，隧道开挖宽度一般能达到18m，甚至更大。

超大跨度市政山岭隧道的支护体系更为复杂，支护体系对施工安全有着重要影响，加强对支护体系设计的研究，有助于超大跨度山岭隧道施工的正常进行[1]。我们需要从隧道断面拟定、支护参数的选取、施工工法的选择、超前预支护的设计入手，加强对支护体系设计的研究，有助于超大跨度山岭隧道的成功应用。下面结合某超大跨度隧道的支护体系设计展开探讨。

一、隧道工程概况

（一）工程及水文地质情况

本隧道位于东南沿海，隧道范围基岩为以中风化、微风化闪长玢岩为主，块状构造，节理较发育，上部岩土层依次为素填土、含角砾粉质粘土、全风化闪长玢岩、强风化石闪长玢岩岩。地下水主要包括第四系松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水，隧道区水量贫乏，地下水对隧道施工总体影响不大。各岩土层主要物理力学参数如下表1：

（二）工程设计技术标准

隧道所处的道路为城市主干道，设计车速为60km/h（隧道内为50km/h）。根据国内外的工程经验，分离式隧道左右线间距一般为30m比较合适，本隧道按31m取值，采用双洞分离式小净距形式，双洞之间净距14m。根据相关市政道路及隧道规范[2～3]，本隧道拟定限界净宽：2.25m（非机动车道）+0.5m（路缘带）+10.5m（行车道）+0.5m（路缘带）+0.75m（检修道）=14.5m；隧道建筑限界净高在检修道、非机动车道均为2.5m，行车道取5m，具体界限见图1。

图1：隧道建筑限界

二、隧道支护体系设计措施与分析

（一）衬砌断面拟定

隧道衬砌断面需要从净空断面的利用率、围岩与支护结构力学效应两个方面考虑。隧道拱墙、仰拱的矢跨比与结构受力密切相关，根据研究表明，仰拱矢跨比宜为1/10～1/12[4]，拱墙矢跨比宜为0.65～0.5，结构受力比较合理。本隧道采用五心圆断面，隧道断面（含仰拱）净高9.752m，净宽15.21m，断面净空面积为120.202m2，仰拱矢跨比为1/11，拱墙矢跨比为0.5，具体见图2。

图2：隧道净空断面

（二）衬砌支护参数选取

在隧道支护体系设计中，要遵循新奥法的基本原理，采取初期支护结合二次浇筑混凝土的复合式衬砌，初期支护包括系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土等，然后从经济性、技术性和工程类比的角度，来计算确定最终衬砌支护参数，以保证衬砌结构强度、稳定性和耐久性良好。在本隧道中，不同级别围岩的复合式衬砌支护参数见表2。

（三）施工工法选择

本隧道大部分位于中风化石英斜长斑岩地层，地层条件相对较好，但隧道覆土较浅，跨度比较大，建议Ⅲ级围岩、Ⅳ级围岩深埋段采用“台阶法”施工，Ⅳ级围岩浅埋段、Ⅴ级围岩段采用四步CD法施工。靠山脚侧隧道先行施工，左右洞掌子面开挖距离不小于50m。四步CD法施工时，单洞左右导坑掌子面开挖距离不小于30m。四步CD法横断面图如下：

图3：四步CD法横断面 图4：四步CD法纵断面

（四）超前与支护设计

1、超前长管棚：设于两端洞口，通过注浆提高围岩自身承载能力，提高岩体对结构的弹性抗力，改善结构受力条件。管棚钢管均采用Φ108×6mm热轧无缝钢管，环向间距0.5m。钢管设置于衬砌拱部，管心与衬砌设计外轮廓线间距大于200mm，与路面中线夹角1°布置。

2、超前小导管：适用于隧道Ⅳ级围岩地段。通过小导管注浆提高围岩自身承载能力，提高岩体对结构的弹性抗力，改善结构受力条件，小导管采用Φ42热扎无缝钢管（壁厚3.5mm），长4.5m，环向间距约0.4m，外倾角约12°～15°，纵向搭接长度不小于1.0m。

三、总结

本隧道现已完成土建施工，施工过程中未出现异常情况，根据监测信息反馈，各项监测项目均满足要求。综上所述，在当前超大跨度山岭隧道工程越来越多的情况下，对其支护体系设计展开研究，为相近地层中的隧道设计提供参考，有助于超大跨度山岭隧道的成功应用，有着十分重要的现实意义。

参考文献：

[1]王M，王传琦，方冬慧.超大跨度市政山岭隧道支护体系设计研究[J].中国高新技术企业，2014，05：116-117.

[2]《公路隧道设计规范》JTG D70/20-2014

[3]《城市道路工程设计规范》CJJ37-2012

[4]《铁路隧道设计规范》TB 10003-2005