以套拱明洞下穿沖溝的青鼻山隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、以套拱明洞下穿沖溝的青鼻山隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來源：隧道網(wǎng)|作者：廖沛源 韓 斌| 2008-02-21 摘  要：文章介紹了下穿沖溝段公路隧道采用套拱明洞的特殊處理方法，通過結(jié)構(gòu)計(jì)算確定了明洞設(shè)計(jì)的具體參數(shù)，并提出了施工工序。關(guān)鍵詞：沖溝 套拱 明洞 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1  地形地貌青鼻山隧道為國道318線雅安段繞城公路工程中的公路隧道，左洞長592m，右洞575m。工程區(qū)位于雅安城北青鼻山，進(jìn)口位于青衣江左岸-級(jí)階地，出口為斜坡地帶，地形坡度約25°-30°，山頂呈典型的豬背脊地貌，絕對(duì)高程580700m。在距進(jìn)洞口端82m處，隧道下穿沖溝，洞頂埋深僅3-7m。2&#

2、160; 沖溝段工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況沖溝段地形及地質(zhì)縱斷面如圖1。溝心地表3-5m為粉質(zhì)粘土，其下方為粉砂質(zhì)泥巖，風(fēng)化強(qiáng)烈，完整性差。由于沖溝兩側(cè)為農(nóng)田和魚塘，故地下水豐富。隧道如果以暗挖法通過，施工困難且極易坍方冒頂。粉質(zhì)粘土及粉砂質(zhì)泥巖的物理力學(xué)參數(shù)如表1：3 方案設(shè)計(jì)及施工工序LK5+853LK5+865地面橫坡較平緩，而且粉質(zhì)粘土覆蓋層較厚，拱頂以上基巖僅50cm左右，隧道拱頂以上埋深5m左右，暗挖法通過太困難，遂采用明挖方案設(shè)計(jì)。由于上部粘土含水且厚度較大，為防止明挖時(shí)坍塌，決定先僅挖上半斷面并澆筑套拱，然后部分回填，并在套拱保護(hù)下施工明洞。具體施工工序如下(圖2)：a開挖邊坡至起

3、拱線并對(duì)邊坡進(jìn)行坡面防護(hù)(圖2a)；b在套襯起拱線位置鋪設(shè)鋼軌縱梁并澆筑上半斷面套襯(圖2b)；c部分回填(拱頂以上1.0m)(圖2c)；d跳槽開挖套襯邊墻，并澆筑套襯邊墻(圖2d)；e開挖并澆筑仰拱(圖2e)；f鋪設(shè)防水層(圖2f)；s小模板灌注明洞襯砌(圖2g)；h二次回填塊碎石土，粘土隔水層，鋪砌渠化水溝(圖2h)。 4  結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1  設(shè)計(jì)參數(shù)a邊坡開挖處理：為了減少臨時(shí)邊坡的開挖高度，基巖開挖坡比設(shè)為1：0.2，土質(zhì)邊坡開挖坡比設(shè)為1：0.75，放坡開挖至起拱線。為防止邊坡垮塌，對(duì)邊坡進(jìn)行錨噴支護(hù)，具體參數(shù)：8鋼筋網(wǎng)25cm，噴C20混凝土厚10cm；土層部分

4、采用42鋼管(打人式)長4m及巖層部分采用(1)22砂漿錨桿長2.5m，交錯(cuò)布置。起拱線至基腳垂直開挖。b明洞設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)：套襯采用C25混凝土厚40cm，套襯含120型鋼鋼架(80cm/榀)；明洞襯砌采用C25鋼筋混凝土厚50cm；明洞襯砌配筋：環(huán)向主筋2025cm，縱筋1225cm，箍筋825cm；套襯與襯砌之間設(shè)置防水層。c明洞回填：起拱線以上440cm范圍內(nèi)兩側(cè)拱腰回填M7.5漿砌片石，上半斷面套襯澆筑之后，第一次部分回填塊碎石土至拱頂以上1.0m；明洞襯砌施工完成后，二次回填至塊碎石土及粘土隔水層50cm、M7.5漿砌片石鋪砌渠化水溝40cm。拱頂回填總高度5.47m。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3

5、、圖4。4.2  結(jié)構(gòu)計(jì)算明洞分兩次加載，第一次加載至拱頂以上1Om，荷載由套襯承擔(dān)；第二次加載至原地面，由套襯和明洞襯砌共同承擔(dān)。結(jié)構(gòu)采用有限元法分析等參四邊形單元及接觸單元，計(jì)算結(jié)果如下：a第一次加載第一次加載最大變形發(fā)生在拱頂處，如圖5中。點(diǎn)位移值10.6mm；最大壓應(yīng)力發(fā)生在拱頂和拱腰處，如圖6中b點(diǎn)及c點(diǎn)；最大拉應(yīng)力發(fā)生在起拱線處，如圖7中d點(diǎn)。由于套拱系臨時(shí)結(jié)構(gòu)，安全系數(shù)可適當(dāng)降低(取1.5)。b第二次加載第二次加載最大變形發(fā)生在拱頂處，由于明洞內(nèi)襯鋼筋混凝土已建成，故變形僅1.0mm，如圖8所示；最大壓應(yīng)力發(fā)生在拱腳處，如圖9中a點(diǎn)；最大拉應(yīng)力發(fā)生在仰拱與襯砌相接處，如

6、圖10中b點(diǎn)。最大壓應(yīng)力僅0.88MPa，遠(yuǎn)小于混凝土抗壓強(qiáng)度；最大拉應(yīng)力僅0.38MPa，也遠(yuǎn)小于C20混凝土抗拉強(qiáng)度。鋼筋以最小配筋率設(shè)置，使結(jié)構(gòu)安全可靠。5 經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)a當(dāng)?shù)貙雍苘浨衣裆詈軠\時(shí)，一般采用明挖做明洞的方案。因?yàn)槊魍谑┕ず?jiǎn)單，如使用反鏟挖掘機(jī)則施工效率高，而且明挖的開挖單價(jià)低，安全也有保障。如果采用暗挖法打管棚方案，需擴(kuò)大開挖設(shè)置鉆機(jī)工作室，需調(diào)撥管棚鉆機(jī)，而且管棚單價(jià)高，施工時(shí)間長，還必須十分小心防止泥土從鋼管間隙下漏造成坍方冒頂。b軟弱底層明挖放坡時(shí)，由于系臨時(shí)邊坡，坡率可適當(dāng)加陡(因以后還有回填)。根據(jù)成都在土層中明挖修建地下通道和地下廣場(chǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)，只要邊坡施作錨網(wǎng)噴支護(hù)(錨桿必須是打人式)，安全是有保證的。c先拱后墻施工方法過去鐵路隧道常用，后由于施工中拱圈經(jīng)常發(fā)生位移開裂，現(xiàn)已基本淘汰。但是此種方法用于明洞的套襯施工有明顯的優(yōu)點(diǎn)：它可以減少明挖(挖至起拱線即可)，可以提前回填，減少臨時(shí)邊坡暴露時(shí)間，可以在套拱保護(hù)下進(jìn)行拱下暗挖而無坍方之憂，可以作為防水層施工基面，使明洞防水層與前后的隧道部位保持一致。d當(dāng)明洞回填高度大于2m時(shí)，由于荷載較大，一定要進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)設(shè)計(jì)，而不能套用一般的明洞標(biāo)準(zhǔn)圖。結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)按施工實(shí)際工況進(jìn)行兩次加載。套襯的設(shè)計(jì)