白庭路隧道的建設條件及洞身結構設計

彭 濤

（長沙市規劃設計院有限責任公司，湖南 長沙 410000）

隧道建設條件對其施工建設有決定性影響，必須引起相關人員的高度重視。在掌握各項建設條件后，還應據此對隧道的洞身結構進行合理設計，針對不同級別與自穩能力的圍巖，采取不同的支護手段。

1 工程概況

白庭路隧道位于長沙市岳麓區含浦鎮芝字塘村與坪塘街道長塘村交界處，穿越規劃蓮花山森林公園，起點位于幸福村洞庭溝，隧道起點西北方向距離靳江河約900 m處，終點位于靠背山東南方向200 m處，為分離式中隧道，隧道周邊毗鄰公路，同時有一土路從山上穿過，交通條件便利，隧道進出口處多為池塘，地表水較豐富，均可作為施工用水。隧道右線樁號YCK0+354.087～YCK1+110，全長755.913 m。隧道左線樁號ZCK0+374.088～ZCK1+136，全長761.912 m。隧道最大埋深約63 m，隧道設計采用標準上、下行獨立雙洞六車道分離式隧道設置。本隧道平面線形為直線—曲線—直線-曲線—直線相連形式。左、 右線縱斷面線形均采用“人”字坡，左線坡度/坡長為3.0%/117.836 m、2.256%/ 557.617 m和- 0.3%/86.459 m，右線坡度/坡長為3.0%/135.913 m、2.256%/ 559 m和-0.3%/61 m。隧道左右線進口洞門采用削竹式，其余洞門采用端墻式。

2 隧道建設條件

2.1 周邊環境

該隧道位于長沙市岳麓區含浦鎮芝字塘村與坪塘街道長塘村交界處，由于從蓮花山森林公園處穿過，所以是山地地貌，部分基巖裸露，地形有較大起伏，地形最低、高點的標高分別為42 m和135 m。隧道位置如圖1所示。

圖1 隧道位置

2.2 地形地貌

隧道所處地區的地形條件為中等復雜水平，橫向穿過山體，部分地段基巖直接裸露，坡體上植物茂盛，以灌木居多，隧道的進出口都處在山澗斜坡和溝谷上。地貌單元為剝蝕丘陵。

2.3 地質構造

隧道附近區域構造包括：

（1） 施家沖—新開鋪磊石塘斷裂 （F106）：西南端循北東30°方向進入磊石塘，經坪塘、新開鋪至施家沖終止，總長50 km左右。

（2） 葫蘆坡—金盆嶺—炮臺子斷裂 （F101），位于靳江河地帶，與F106基本平行，循北東30°方向延伸，總長60 km左右。具體位置如圖2所示。

圖2 地區新構造

場地區域保持穩定，目前為止還沒有發現活動斷層。隧道沿線地表以第四系地層覆蓋居多，基巖出露相對較少，但地層出露巖石有很強的風化作用，在勘探深度范圍內沒有發現區域性斷裂，部分存在薄層構造破碎帶穿越，區域地質較為穩定。巖層整體產出為單斜產出，巖層產狀305°～325°∠30°～48°，節理主要為：65° ～75°∠75° ～88°、205° ～210°∠78° ～87°，密閉性一般至較差，節理間距為5～50 mm。

2.4 不良地質

從地質構造圖可知，在擬建場地的西北和東南方向存在區域性斷裂，即F101與F106。結合地表出露情況和巖層產狀，經推算確定其產狀為305°～315°∠35°～45°。由角礫巖與構造泥兩部分構成，擠壓、擦痕明顯，角礫以砂巖為主，礫徑在0.2～2.0 cm范圍內，可見糜棱巖化與蝕變，構造裂隙極為發育，使巖體劈碎，強度低，如果鉆沖孔施工從這一部位穿過，將發生泥漿滲漏，嚴重時將產生塌孔。

2.5 工程地質評價

隧道洞身從石英砂巖與砂巖中穿過，隧道區中沒有區域斷裂帶，但局部從構造破碎帶中穿過，巖體保持連續且基本穩定，場地整體保持穩定。

3 隧道洞身結構設計

3.1 系統錨桿

以圍巖開挖凈寬及凈空為依據，結合圍巖的級別與自穩能力實施系統錨桿加固設計。系統錨桿包括中空注漿錨桿與早強水泥砂漿錨桿。

對于早強水泥砂漿錨桿，其桿體采用22 mmHRB400螺紋鋼筋；以Q235鋼板為鋼墊板。鋼筋網為HPB300光圓鋼筋，直徑為6.5 mm與8 mm。中空注漿錨桿的注漿材料為1∶1純水泥漿液，早強水泥砂漿錨桿的水泥砂漿強度應達到M20以上。

3.2 格柵鋼架與型鋼鋼架

以圍巖開挖凈寬及凈空為依據，結合圍巖的級別與自穩能力實施格柵鋼架與型鋼鋼架支護設計。因與型鋼鋼架相比，格柵鋼架具有良好受力情況，且質量輕、剛度可調，所以初期支護應以格柵鋼架為主。在自穩能力較弱和需要對拱頂沉降進行嚴格控制的部分，初期支護優先考慮工字鋼鋼架。型鋼鋼架的制作按照設計要求的尺寸由冷彎機進行，不可使用大錘進行錘擊。因鋼架設在初期襯砌的噴射混凝土當中，還留有保護層，所以為最大限度發揮其支護作用，并為鋼架提供保護，應在鋼架的周圍進行混凝土滿噴，避免留有空隙。

3.3 初期襯砌

以圍巖開挖凈寬及凈空為依據，結合圍巖的級別與自穩能力實施初期襯砌設計，通常以噴射C25混凝土為主。噴射方法為濕法。隧道開挖至滿足設計要求后立即進行初期襯砌與支護，避免臨空面長期暴露。盡早噴射第一層混凝土，以對圍巖的表面進行封閉；之后進行一系列支護施工。鋼筋網鋼筋搭接長度應達到25 cm以上，保護層厚度應達到2 cm以上。鋼筋網與錨桿配合使用，兩者進行綁扎或焊接。噴射混凝土的水泥以普硅水泥為宜，細集料細度模數不小于2.5的堅硬且耐久的中、粗砂，砂含水率不能超過5%～7%范圍。粗集料為堅硬且耐久的碎石、卵石，粒徑不超過16 mm，禁止使用具有堿活性的集料。

3.4 二次襯砌

以圍巖開挖凈寬及凈空為依據，結合圍巖的級別與自穩能力實施二次襯砌設計，二次襯砌為防滲標號為P10以上的C35模鑄混凝土及鋼筋混凝土。仰拱施做前先清理基底浮渣，到露出基巖表面后進行混凝土澆筑。

隧道復合襯砌參數如表1所示。

表1 隧道復合襯砌參數

4 結語

綜上所述，在隧道建設施工前，必須掌握隧道的建設條件，并據此結合以往工程經驗和施工條件，做好隧道洞身結構設計，采取合理可行的復合襯砌結構，以保證圍巖穩定性，使施工順利、安全進行。