雙洞八車道超大跨扁平隧道在公路建設中的應用

張建新

（新疆交通規劃勘察設計研究院，烏魯木齊 830006）

0 前言

近年來，隨著國內汽車工業的發展，很多地區城市主干線、 城市快速干道及國道主干線公路繞城段交通量增長迅速，雙向四車道、六車道公路已經不能滿足交通量增長要求，部分地區已經開始了八車道高速公路的建設和四車道改八車道（四改八）的擴建工程。 雙洞八車道超大跨扁平公路隧道在受力變形機理、 支護體系結構、開挖工法等方面與常規隧道有所不同，且國內外相關研究相對較少[1-5]。本文以連霍高速（G30）新疆境內小草湖至烏魯木齊段概擴建工程隧道建設方案為依托，系統介紹了雙洞八車道與四洞八車道的方案選擇、大跨扁平隧道的重難點、施工中的應對措施、標準化建設等建設要點。

1 工程概況

連霍高速（G30）新疆境內小草湖至烏魯木齊段改擴建工程是國家高速公路網規劃的一部分， 也是新疆主骨架公路的重要組成路段，是新疆“五橫七縱”高速、高等級公路網中的第1橫。 起點位于小草湖以東約2km處，與吐魯番至小草湖高速公路項目終點相接，經小草湖、后溝、達坂城、二十里店、鹽湖、柴窩堡、新疆化肥廠、烏拉泊，終點在烏拉泊西附近接烏魯木齊繞城高速公路， 路線全長122.900km。路線所經后溝段，設置了白楊河隧道、杏花村1#隧道、 杏花村2#隧道共3座雙洞八車道超大跨扁平隧道，最大開挖跨度22.56m，最大開挖面積達260m2，在公路隧道中實屬罕見，隧址區地形地質條件復雜，巖性為凝灰巖，巖體破碎、節理裂隙發育、隧道洞口淺埋偏壓嚴重、洞身最小埋深僅4m，建設條件復雜，難度較大。

2 建設條件

隧址區位于后溝內，主要為構造剝蝕中低山地貌，地形起伏較大，山體V型侵蝕溝槽發育，表面風化剝蝕較嚴重。隧址區總體屬于準格爾-北天山褶皺系一級構造單元下的北天山地向斜褶皺帶上，總體較為復雜，褶皺發育，以近東西向為主；存在小型斷裂，以逆斷層為主。

隧道沿線山體基巖裸露，巖性主要為凝灰質灰巖、凝灰質砂巖層，青灰色，表層風化嚴重，呈薄層撓曲狀。地表水系主要為白楊河水系，地下水主要分為基巖裂隙水、第四系松散層孔隙水。隧址區地下水貧瘠，在斷裂破碎帶處存在少量裂隙水，對隧道圍巖影響不大。

隧址區所在地為公路自然區劃總體屬于西北干旱區內的天山、界山山地區（VI4）及綠洲荒漠區（VI2），氣候特征為高溫、干燥、多風，日溫差大的地區，季節性凍深在1.45～1.66m。

3 隧道建設方案

目前八車道公路隧道主要采用雙洞八車道隧道方案與四洞八車道隧道方案，設計主要從道路交通組織、通行能力及行車安全、工程復雜程度、建設占地、工程風險、建設工期、工程建設費用、后期運營費用等方面對這兩種方案進行對比分析研究，對比分析結果見表1。

表1 雙洞八車道隧道方案與四洞八車道隧道設計方案對比分析表

經過對以上兩種隧道設計方案的綜合對比， 連霍高速（G30）新疆境內小草湖至烏魯木齊段改擴建工程，由于為后溝內，走廊帶狹窄，展線困難，同時地質條件相對較好，受地下水影響較小的實際情況，采用雙洞八車道方案工程風險、工期均在可控范圍之內，綜合考慮，采用雙洞八車道大跨扁平公路隧道。

4 隧道建設的重難點及應對措施

4.1 大跨隧道施工開挖風險

單洞四車道公路隧道目前在國內并不多見， 開挖跨度在21m左右，高度在15m左右，扁平率小，與常規的兩車道公路隧道相比，結構受力更復雜，開挖風險更大。 根據圍巖條件設計了多種開挖工法， Ⅴ級圍巖采用雙側壁導坑法施工， Ⅳ級圍巖地段采用環形導坑開挖預留核心土法，Ⅲ級圍巖采用預留核心土或上下臺階法施工。采用短進尺、弱爆破的開挖方法，加強臨時支護，使臨時支護盡快實現局部成環，具有承載能力。

4.2 大跨隧道淺埋偏壓進洞風險

在山區公路建設中，由于走廊帶一般比較狹窄，為了滿足線型的要求， 不可避免地存在大量隧道洞口與等高線斜交的淺埋偏壓情況，造成隧道洞口偏壓的情況。大跨隧道進洞相對于普通隧道，更為不利，產生的彎矩、軸力、剪力和塑性區比普通隧道要大得多， 開挖過程中產生的松動荷載較大， 再加上由于隧道圍巖變形較大產生的形變壓力，使得開挖風險及初期支護的風險大幅度增加。

4.3 重難點應對措施

（1） 針對大跨隧道施工開挖風險， 主要采取以下措施，保證隧道施工安全。

1）優化隧道襯砌結構斷面

設計階段對襯砌斷面進行了優化，使其在滿足限界、減小開挖量的前提下，盡可能受力合理。 經綜合對比，采用斷面較扁平的三心圓拱墻斷面， 其內輪廓拱半徑為10.35m、曲墻半徑為6.50m，仰拱半徑為25.0m。 最大開挖跨度為22.56m，開挖高度14.0m，扁平率為0.657。

2）采用合理的開挖工法

隧道施工過程中， 根據洞身開挖后揭示的掌子面發現工程地質條件比地勘資料提供的圍巖條件好， 通過洞口淺埋偏壓段以后，表層風華巖體已經安全通過，內部巖層較好，裂隙不太發育地層中幾乎沒有地下水。

根據現場的監控量測數據， 對隧道開挖工法進行了動態調整，針對Ⅴ級、Ⅳ級淺埋段圍巖，要求施工單位在洞口淺埋偏壓段必須采用原設計的雙側壁導坑法， 順利通過洞口段后，逐步漸變至CD法；針對Ⅳ級深埋段，由于巖質圍巖掌子面較為穩定，故對其進行優化，在上臺階開挖后增加中間臨時支撐，即上臺階半步CD開挖法；針對部分Ⅳ級圍巖較好段，采用上下臺階法。

圖1 優化后隧道開挖工法示意圖

（2）針對淺埋偏壓進洞的問題，主要采取以下措施，實現了隧道安全進洞。

1）偏壓擋墻及樁板墻

采用反壓回填措施， 隧道偏壓和應力集中的現象得到一定程度的改善，塑性區范圍減小，有利于隧道結構的穩定。本項目存在多處淺埋偏壓的洞口，設計及施工中主要采取了抗滑擋墻和抗滑樁板墻的方式來穩定隧道邊坡，解決部分偏壓的問題。

2）偏壓襯砌結構

針對洞口偏壓段，設計增強了襯砌結構，采用了雙層初期支護，并增加靠山側錨桿及縮腳小導管，保證了施工過程中初期支護的剛度和圍巖的穩定。 根據偏壓情況下二次襯砌臨空側受力較大、襯砌容易破壞的情況，設計了變截面的偏壓型襯砌，既能保證襯砌結構的安全，又能起到一定抵抗靠山側土壓力的作用。

（3）標準化保證隧道工程建設的順利實施。

1）隧道光面爆破技術的推廣應用

在隧道開挖過程中全面推廣光面爆破工藝， 邀請國內知名的隧道爆破專家到施工現場進行指導， 隧道管理人員不但要懂光面爆破原理，還要懂具體操作，能手把手教操作工人連線、裝藥，制定考核辦法，做好各類圍巖的爆破設計優化工作，提高隧道開挖爆破的精度，落實爆破施工工藝，減少超欠挖，保護圍巖，確保施工安全。

圖2 現場光面爆破效果

2）隧道施工新設備、新工藝的推廣應用

隧道建設中運用了多種成套的隧道施工新設備，主要有全方位噴射混凝土濕噴臺車、 多功能防水板鋼筋作業臺車、防水板土工布掛布臺車、紅外線激光定位裝置、帶模注漿二襯模板臺車、 自動行走噴淋養生臺車等新工藝，使隧道施工實現機械化作業，提高了工作效率和施工質量。

5 結論及建議

連霍高速（G30）新疆境內小草湖至烏魯木齊段改擴建工程，雙向八車道超大跨扁平公路隧道全部貫通，設計及施工過程中，充分利用現場監控量測數據，通過對隧道斷面及開挖工法的優化，基本實現了隧道結構合理、開挖工法安全高效的隧道建設過程，降低了隧道建設風險，達到了動態設計、信息化施工。 從而得到以下結論及建議：

（1）單洞四車道的高速公路隧道盡管開挖跨度達22m，只要采取合理的結構形式、 開挖工法、 標準化的施工技術，在新建及改擴建項目中是安全可行的。

（2）常規兩車道隧道與大跨隧道在公路建設尤其是改擴建項目中，應結合交通組織、通行能力及行車安全、工程復雜程度、建設占地、風險、工期、費用、后期運營等進行充分的綜合比選，確定安全、經濟的建設方案。

（3）大跨扁平隧道的施工，開挖工法是施工的核心，應充分利用現場監控量測數據，對隧道的開挖方案、開挖循環進尺、支護結構進行適時優化，實現動態設計、信息化施工。

（4）光面爆破是大跨扁平隧道的關鍵，施工中必須采用光面爆破并保證爆破質量， 將爆破對圍巖的損傷降到最低，提供圍巖的自承載能力。

（5）大跨扁平隧道應有針對性的對淺埋段、偏壓段、斷層破碎段等重難點段落進行單獨設計。

（6）標準化是施工安全及質量的保證，在大跨扁平隧道中，能夠有效的降低作業風險，必須始終積極貫徹標準化施工。