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大断面公路隧道的断面形式研究 lowbar;大断面公路隧道的断面形式研究 大断面公路隧道的断面形式研究 于海龙, 王瑞峰 (西南交通大学土木工程学院, 成都610031) 【摘 要】 大断面公路隧道是近些年来开始研究的科研课题, 它的产生是为了满足日益增长的交通运输的发展。大断面公路隧道在设计和施工中将会产生的一系列问题, 合理的隧道断面形式将有助于提高隧道的空间利用率, 满足隧道的受力状态, 增强隧道的稳定性。因此, 隧道的断面形式是大断面隧道设计中的一个重要的因素。 【关键词】 公路隧道; 大断面; 围岩压力; 断面形状 【中图分类号】 45212+6 【文献标识码】 A 随着高等级公路建设的迅猛发展和交通运输量的逐渐 提高, 大断面公路隧道工程(表1) 将日益增加, 三车道以上的大断面公路隧道会越来越多。大断面隧道结构承受较大的围岩压力, 并且受力条件极其复杂, 极易发生围岩失稳和隧道衬砌结构开裂与破坏现象。在隧道施工过程中, 坍方现象时有发生, 有的甚至造成了重大的伤亡事故。隧道坍方 表1 国际隧协断面划分标准 划 分超小断面小断面中等断面大断面超大断面 (m2) 100 重应力场为主的情况下, 对这种扁平结构的影响将会更大, 随之也就会不可避免地带来新的技术问题:如对于围岩开挖后拱部岩体在自重应力场作用下向洞内移动, 并导致两侧岩体受压, 反应在洞周位移上, 拱顶下沉位移要远大于水平收敛, 由此而导致支护结构体系的破坏, 这与高跨比较大的单洞双线隧道有所不同。显然, 对于三车道以上的大断面公路隧道的建设, 如果仍然采用双车道公路隧道的理论进行设计与施工是不合适的。 的原因是多方面的, 如工程地质条件、施工工艺的合理性与否都是很重要的因素, 而隧道结构本身断面形式的合理与否也是一个不容忽视的重要因素。本文根据以往大断面隧道受力特性及横断面设计问题, 对专用公路 2 隧道断面约束条件 隧道断面形状的约束条件主要有以下几个方面。(1) 建筑限界控制点。为满足限界要求, 内轮廓线至少应将隧道建筑限界完全包容在内, 保证限界边界的任何点均在内轮廓线内。 (2) 通风面积。内轮廓线净高在能满足隧道建筑限界净高H (见图1) 要求的基础上, 还应考虑通风要求。隧道的净空断面受通风方式的影响很大, 在选择通风方式时, 首先需要决定隧道内所需的通风量, 然后讨论自然通风和交通通风能否满足需要。 (3) 受力要求。衬砌内轮廓形状除受到上述约束条件的限制外, 还受到受力要求的限制, 即对设计出的衬砌断面进行强度检算时, 偏心及安全系数均应满足规范要求。 隧道特别是三车道以上的大断 面隧道的受力特性及断面形式进行研究, 提出影响隧道断面形式的一些重要因素, 为以后的大断面公路隧道的断面设计及施工提供帮助。 1 大断面隧道的特点 大断面公路隧道具有提高车速、缩短里程、节约燃料、节省时间等明显的优点; 但是大断面公路隧道也有很多复杂的问题亟待解决。由于岩体是一种天然形成的非单一性质的复杂的地质材料, 所以影响围岩稳定性的因素很多, 主要有地质及地质结构的影响、地应力的影响、岩体力学性质的影响、工程因素的影响、地下水的影响、时间的影响等等。大断面公路隧道由于开挖面积大, 岩体结构面交叉组合形成不稳定结构体的机会将会大大增加, 这对围岩稳定性是一个很不利的因素。目前, 大断面公路隧道的设计理论和施工工艺大多数是借鉴双车道隧道的理论, 特别是四车道的大断面公路隧道, 横断面与双车道公路隧道相比, 其跨度增大了一倍, 如果仍然按照双车道公路隧道的扁平率(高跨比) 来设计, 则开挖断面积将大幅度增加, 而隧道内空间的有效利用率将会显著降低, 工程造价也会大幅度上升。为了解决这一问题, 只能通过降低扁平率来实现, 而降低隧道的扁平率将会对围岩稳定及隧道结构的稳定性产生极大的影响, 特别是在以自 图1 专用公路隧道建筑限界 [收稿日期]2021-08-29 [作者简介]于海龙(1980~), 隧道及地下工程专业, 硕士研究生。 SB 2=(WT2) +C +S +j -d 0 式中:d 0为道路中线与隧道中线的距离; A 为圆心O 距路线设计标高的距离; R 为内轮廓半径;H, W, E, C , S 见图1。U , d 1, d 2, d 3, d 4, d 6, d 7, d 8, h 1见图2。31112 挑选出独立变量 根据经验可知:对于一般的限界, d 7为重要控制点, 即d 7的富余量满足要求后, 其余的控制点的富余