岢臨高速隧道設計難點問題探討

王小杰

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

岢嵐至臨縣高速公路長124 km，是山西省高速公路網規劃“三縱十二橫十二環”中西縱高速公路的重要組成部分，也是山西省西部把第四橫（保德—五臺長城嶺）和第五橫（平定楊樹莊—佳縣）高速公路串聯起來的重要路段。本項目采用四車道高速公路標準建設，設計速度采用80 km/h，路基寬度24.5 m，汽車荷載等級為公路－Ⅰ級。項目區穿越山西省岢嵐縣、興縣、臨縣境內，沿線地形復雜，地形相對高差大，溝壑縱橫，橋涵構造物較多，橋涵、隧道及互通位置是本合同段的主要控制點。全線共設23座隧道，其中特長隧道1座/3 256.5 m，長隧道3座/7 029.5 m，中隧道4座/2 705.5 m，短隧道15座/4 832.5 m。

2 岢臨高速隧道設計難點問題

該項目沿線地形、地質條件較為復雜，不良地質發育，隧道類型較多，這使得隧道的設計面臨著很多特殊的問題，如較大路面橫坡超高情況下隧道襯砌輪廓線的擬定、襯砌結構合理優化設計、小凈距隧道中間巖柱加固原則、連拱隧道中隔墻厚度確定、防排水優化設計等，解決這一系列問題是岢臨高速隧道成功修建的關鍵。

3 岢臨高速隧道難點問題設計

3.1 隧道建筑限界及內輪廓擬定

岢臨高速隧道平縱線形、隧道幾何尺寸凈空斷面和隧道照明標準均按80 km/h行車速度設計；隧道建筑限界凈寬10.25 m（0.75 m檢修道＋0.50 m左側側向寬度＋2×3.75 m行車道＋0.75 m右側側向寬度＋0.75 m檢修道），凈空限界高度5.0 m。針對行車速度80 km/h的隧道，《公路隧道設計規范》（JTJ070－2004）給出了相應的標準內輪廓設計圖（R1=543，R2=793，R3=100，R4=1 500）[1]，但該規范給出的標準內輪廓實際上只適用于路面橫坡為-3%～+3%路段，對于路面橫坡為-4%～+4%路段便會侵限。岢臨高速隧道類型較多，一些中短隧道路面橫坡超高較大，對于這些特殊隧道，本項目擬定了新的隧道內輪廓斷面（R1=550，R2=790，R3=100，R4=1 500）。

3.2 襯砌結構合理優化設計

3.2.1 超前支護設計

隧道施工一般采用的輔助施工措施主要有：超前長管棚、超前小導管和超前錨桿等。根據先前項目建設經驗，土質圍巖采用超前小導管注漿實際效果一般，因此本項目對于隧道洞內無長管棚支護的Ⅴ級土質和Ⅳ級淺埋土質地段采用了超前小鋼管支護，小鋼管不注漿，施工完畢后只用砂漿充填。超前長管棚設置于隧道洞口；超前小導管設置在隧道洞內無長管棚支護的Ⅴ級巖石質、Ⅳ級緊急停車帶地段；超前錨桿設置在隧道洞身Ⅳ級深埋土質、Ⅳ級巖石質、Ⅲ級緊急停車帶地段。

3.2.2 土質圍巖襯砌設計

本項目地質條件較為復雜，Ⅴ級土質和Ⅳ級土質圍巖均有出現。根據山西省多個高速項目土質圍巖隧道建設經驗，對于Ⅴ級土質圍巖不論是淺埋還是深埋，仰拱都是薄弱點，在落底過程中都易產生大變形甚至塌方。因此本項目隧道設計中，Ⅴ級土質圍巖襯砌初期支護仰拱都做了閉合成環優化設計，以降低Ⅴ級土質圍巖施工的風險程度。對于Ⅳ級土質圍巖，二次襯砌成環閉合即可。Ⅴ級深埋土質圍巖襯砌結構設計圖見圖1。

圖1 Ⅴ級深埋土質圍巖襯砌結構設計圖

3.2.3 抗偏壓襯砌設計

該項目沿線地形條件較為復雜，不良地質發育，不少隧道洞口存在不同程度的偏壓。對于一般偏壓情況的隧道，只需洞口采取偏壓明洞即可，偏壓明洞的長度可以根據偏壓情況進行選擇調整。但對于偏壓段落較長的隧道，除了洞口需采用偏壓明洞外，暗洞亦需進行偏壓設計才更合理。Ⅴ級淺埋軟巖質圍巖偏壓襯砌設計圖見圖2。3.2.4 超淺埋段蓋挖法設計

圖2 Ⅴ級淺埋軟巖質圍巖偏壓襯砌設計圖

該項目沿線地形條件較為復雜，溝壑縱橫，特長、長隧道洞身穿越地段會碰到淺埋或超淺埋，覆蓋層較薄，淺埋段在清除虛方后有漏天的現象。處理超淺埋可以采取兩種可能施工方案：明挖法、蓋挖法。但相對于明挖法，蓋挖法有利于恢復地貌，不影響地表排水，施工難度小，不影響施工進度，安全問題易于預防，經濟投入少等優點[2]。因此本項目采用蓋挖法對洞身超淺埋段進行設計。施工工序按以下步驟進行。

a）首先按1∶0.5的開挖坡率清除隧道頂部淺埋段沖溝里的虛方，直到新鮮基巖面。

b）經過測量放線，確定漏天段（包括初期支護在內）的外輪廓線，并采用壓實土胎作為隧道護拱部分的模型。

c）施作頂部混凝土護拱，拱腳采用鎖腳錨管加固，頂部初期支護鋼拱架預埋于護拱之中。

d）隧道開挖順利通過后，用漿砌片石沿溝心進行鋪設對洞頂沖溝進行治理，盡量恢復天然排水地貌。王家溝隧道蓋挖段落襯砌設計圖見圖3。

圖3 王家溝隧道蓋挖段落襯砌設計圖

3.3 小凈距隧道中間巖柱加固原則

中巖柱所處的部位和其受力特點決定了小凈距隧道中巖柱加固是設計和施工的關鍵，在施工過程中，中巖柱加固技術和加固時機選擇是否合理，都直接影響到小凈距隧道施工的安全[3]。本項目在參照《公路隧道設計細則》（JTG/T D70－2010）與四川省交通廳公路規劃勘察設計院撰寫的《雙洞小凈距隧道設計、施工關鍵技術研究總報告》的基礎上，并結合省內外不少工程實例，制定了小凈距隧道中間巖柱加固原則。

對于Ⅴ級圍巖，當隧道左右洞凈距為6～8 m時，采用對穿預應力錨桿加固中間巖柱，左右洞均采用側壁導坑法施工，先行洞側導坑開挖施作錨桿后，對錨桿進行初次張拉，后行洞開挖暴露錨桿端部后對錨桿施加預拉力至設計值，并對先行洞錨桿補張拉至設計值；當隧道左右洞凈距為8～15 m時，采用加長系統錨桿加固中間巖柱，先行洞采用上下臺階法施工，后行洞采用側壁導坑法施工；當隧道左右洞凈距為15～20 m時，采用加長系統錨桿加固中間巖柱，左右洞均采用上下臺階法施工。對于Ⅳ級圍巖，當隧道左右洞凈距為6～8 m時，采用對穿預應力錨桿加固中間巖柱，先行洞采用上下臺階法施工，后行洞采用側壁導坑法施工；當隧道左右洞凈距為8～20 m時，采用加長系統錨桿加固中間巖柱，左右洞均采用上下臺階法施工。

3.4 連拱隧道中隔墻厚度確定

目前我國連拱隧道設計,中隔墻厚度主要是依據經驗類比法來確定。《公路隧道設計細則》（JTG/T D70－2010）規定，雙車道連拱隧道設計為復合式中隔墻時，中隔墻厚度不宜小于1.0 m[4]。據此并結合省內外在建、已建連拱隧道各參數取值的經驗，制定中隔墻設計寬度為1.6 m。

3.5 防排水優化設計

隧道防排水遵循“防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理”的原則進行設計，對地表水、地下水妥善處理，形成一個完善通暢的防排水系統。使隧道防水可靠，排水暢通，運營期間隧道內不滲不漏，基本干燥，以保證結構和設備的正常使用和行車安全[1]。

本項目隧道類型較多，特長、長、中短隧道均有出現。結合隧道實際排水量等因素，對于特長、長隧道，采用70 cm×50 cm矩形中心排水溝；對于中短隧道，采用D40 cm圓形中心排水溝。本項目所在區處于嚴寒地區，為滿足隧道保溫要求，對隧道洞口段300 m做了特殊保溫設計，隧道洞口段300 m內縱向排水管、橫向排水管外側均包裹2 cm聚氨酯保溫材料，其他段不包裹；中心排水溝洞口段300 m內中心排水溝外側包裹5 cm聚氨酯保溫材料，其他段不包裹。

4 結語

岢臨高速沿線地形、地質條件較為復雜，不良地質發育，隧道類型較多，隧道設計面臨著很多特殊的問題，如較大路面橫坡超高情況下隧道襯砌輪廓線的擬定、襯砌結構合理優化設計、小凈距隧道中間巖柱加固原則、連拱隧道中隔墻厚度確定、防排水優化設計等。通過對此一系列主要技術問題的分析與解決，保證了岢臨高速隧道順利修建，同時亦為其他復雜山區公路隧道設計提供了參考。