某公路隧道的擴建施工方案

李煜川   方  蕾

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031)

    近年來，隨著公路交通量的迅速增加，已建公路已經(jīng)不能滿足正常的通車要求和安全行駛的需要，其改建工程被提上日程并逐步實施。與之相應(yīng)的既有公路隧道的擴建或增建工程也大大增加。本文就某一公路隧道的擴建工程討論其施工方法的選擇。

1.工程概況

    1.1設(shè)計概況

    該隧道為舊洞擴建改造，執(zhí)行JTG D70—2004公路隧道設(shè)計規(guī)范的要求，按雙行單洞斷面設(shè)計。隧道的建筑限界為：單洞凈寬l0.0m，即2×3.5m行車道+左側(cè)側(cè)向?qū)挾?/span>0.5m+右側(cè)側(cè)向?qū)挾?/span>0.5m+2X1m檢修道(含0.25m余寬)，凈高5.0m。

    1.2地質(zhì)條件

    在設(shè)計前進行了地表勘察，彈性波探測以及包括兩孔鉆探的地質(zhì)調(diào)查及實驗。

    (1)人工填筑土：主要為碎石土、鋼筋混凝土塊，呈稍松散一密狀。

    (2)崩破積層：巖性為碎石，淺灰色，塊石呈強～弱風化，層厚5.0～6.0 m。

    (3)沖洪積層：巖性為卵石，石質(zhì)成分有千枚巖、花崗巖等，亞棱角形，漂石、卵石呈強一弱風化，以弱風化為主。

    2.1工程要素

    (1)雙線隧道的建筑凈空；

    (2)附屬設(shè)施；

    (3)施工方法：

    (4)采用了由三心圓構(gòu)成的馬蹄形斷面。

    2.2設(shè)計與施工

    在保持原有線路不中斷通車的情況下，把既有單線隧道擴建成雙線隧道工程。在開挖時，隧道圍巖內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)會發(fā)生變化，給通車的單線隧道造成影響。但是，擴挖工程的施工會出現(xiàn)什么樣的影響還不很清楚。因此，此工程存在以下施工的技術(shù)問題和限制條件。

    (1)擴挖施工會對既有隧道本身造成的影響；

    (2)采用的開挖方法不同，影響會有什么不同；

    (3)洞口的覆蓋層薄，屬偏壓地形，需要采用剛性大的支撐；

    (4)既有隧道的襯砌材料為強度低的混凝土材料，施工時，既有隧道的襯砌需要爆破、拆除。

    本文主要討論相關(guān)施工方法的選定問題。

    2.3施工方法的選定

    2.3.1  圍巖動態(tài)模擬

    在選定施工方法時，需要先了解隧道附近圍巖的開挖對繼續(xù)保持運營的單線隧道會造成的影響。但由于收集經(jīng)驗性資料比較困難，因此采用有限元法模擬，得到擴挖施工時隧道開挖本身以及周邊圍巖的動態(tài)。

    2.3.2開挖方法模擬

    分為以下兩種：

    上半斷面開挖施工法。

    ②側(cè)壁導(dǎo)坑開挖施工法。

    本文為了避免解析結(jié)果復(fù)雜的情況，所建模型中只考慮了既有隧道和擴隧道的襯砌。模擬結(jié)果如圖l一圖5所示。

    2.3.3應(yīng)力圖分析

    (1)圍巖內(nèi)的應(yīng)力。從應(yīng)力圖可以看出，采用上半斷面法(如圖2中的①)開挖時，下半部分的圍巖內(nèi)的應(yīng)力被釋放，其大小在開挖后減少70％左右。

    而采用側(cè)壁導(dǎo)坑法(如圖4中的①)開挖時，應(yīng)力集中到導(dǎo)坑與既有隧道之間的圍巖中，其大小在開挖前后相差l．5倍左右。

    (2)圍巖的位移。同樣，由應(yīng)力圖分析可知，采用上半斷面法(如圖3中的②)開挖時，既有隧道邊墻部位的圍巖向既有隧道擴挖的凈空方向發(fā)生位移。

而采用側(cè)壁導(dǎo)坑法(如圖5中的②)開挖時，既有隧道邊墻部位的圍巖向隧道凈空方向發(fā)生位移。

    2.3.4開挖方法的選定

    從上述分析結(jié)果可以看出，開挖時隧道圍巖內(nèi)的應(yīng)力以及位移等因開挖方法的不同而不同。采用上半斷面開挖法施工時，不會產(chǎn)生應(yīng)力集中，且圍巖沿擴寬隧道凈空的方向發(fā)生位移，而采用側(cè)壁導(dǎo)坑法施工時，在導(dǎo)坑和隧道之間產(chǎn)生應(yīng)力集中，不利于圍巖的穩(wěn)定。

    因此，該工程采用上半斷面超前開挖的施工方法。

3.結(jié)束語

    目前關(guān)于既有隧道擴建工程尚未形成一套成熟的理論體系和一套完整的施工方法，其發(fā)展處于初級階段，許多技術(shù)難題尚待解決。但為了適應(yīng)運輸需要，該類工程勢在必行。希望此項研究能對今后的類似工程的建設(shè)提供參考.

參考文獻:

[1]JTG D70—2004公路隧道設(shè)計規(guī)范[S]．

[2]JTJ 042—94公路隧道施上技術(shù)規(guī)范[S]．

[3]李權(quán)．ANSYS在土木工程中的應(yīng)用[M]．北京：人民郵電出版社，2005．

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)