周 敏 曹海明

(中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

近年來隨著我國交通運輸?shù)娘w速發(fā)展，原有公路特別是20世紀(jì)末～21世紀(jì)初修建的公路，服務(wù)水平已不能適應(yīng)交通運輸?shù)男枰?，公路需要改擴(kuò)建才能達(dá)到相應(yīng)的服務(wù)水平。而隧道作為公路的一部分，隧道改擴(kuò)建類似案例也越來越多。

目前國內(nèi)大部分公路隧道改擴(kuò)建集中分為兩大類，即新建、擴(kuò)建。擴(kuò)建，即在原有隧道的基礎(chǔ)上擴(kuò)大隧道斷面、增加行車道的主要形式；新建，即在利用原隧道外側(cè)再新建隧道的形式。

1 國內(nèi)典型的公路隧道改擴(kuò)建工程案例

1)福建泉州至廈門段高速公路改擴(kuò)建工程，原為雙向四車道高速公路，擴(kuò)建為雙向八車道高速公路。全路段共設(shè)大坪山隧道、蘇厝隧道、山頭隧道、大帽山隧道4座，該工程根據(jù)不同的地形地質(zhì)條件，采用相應(yīng)的改擴(kuò)建方案，目前已建設(shè)完成。

其中大帽山隧道長600 m，隧道洞身圍巖主要為強(qiáng)～微風(fēng)化花崗巖及凝灰熔巖，場區(qū)地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，除洞口段外，節(jié)理裂隙均不發(fā)育，巖體完整。且由于隧道路段周邊受用地限制，最終采用改擴(kuò)建方案為：在原有隧道之間新建一座單洞四車道隧道，將原有右線隧道原位擴(kuò)建為單洞四車道隧道，斷面布置如圖1所示。

蘇厝隧道(338 m)、山頭隧道(376 m)均為短隧道，圍巖主要為全～弱風(fēng)化花崗巖，改擴(kuò)建方案為：新建兩座單洞雙車道隧道，同時利用原有老隧道，形成雙向八車道，如圖2所示。

2)陜西212省道千陽嶺隧道為黃土隧道，全長845 m，原修建時采用礦山法施工，1997年開工修建，1998年交付運營，運營期間出現(xiàn)襯砌開裂、滲漏水、路面起拱等病害，隧道管理部分多次組織病害處治均未達(dá)到根本治理效果。尤其在2008年汶川大地震后，隧道路面拱起程度和范圍急劇增大，隧道襯砌滲漏水更為嚴(yán)重。

該隧道于2009年開始進(jìn)行改擴(kuò)建工程，采用分段跳躍式全斷面開挖方法，在原隧道3個斷面處鑿除原襯砌，全隧道形成6個工作面，改造施工首先開槽安裝臨時鋼拱架支撐，在臨時支撐保護(hù)下，拆除原襯砌，拆除后擴(kuò)挖、出渣，出完渣后即掛鋼筋網(wǎng)、架設(shè)鋼拱架，按新奧法原理，重新進(jìn)行襯砌。該隧道改擴(kuò)建工程進(jìn)展順利，已于2010年2月改造完成。

2 隧道改擴(kuò)建方案的原則和比較

隧道改擴(kuò)建應(yīng)充分利用收集到的現(xiàn)有隧道技術(shù)條件，并根據(jù)運輸情況和要求、隧道現(xiàn)狀，并結(jié)合地形、地質(zhì)、線路條件等既有情況，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后來制定合理的土建工程改擴(kuò)建方案。

擴(kuò)建方案能充分利用原有工程，最大節(jié)約用地。但考慮到其圍巖已經(jīng)擾動，受力狀態(tài)復(fù)雜，擴(kuò)建會使其跨徑更大，技術(shù)難度比新建隧道要大，同時建設(shè)期內(nèi)需封閉交通。因此對于擴(kuò)建成六車道的情況可采用雙洞六車道或在兩隧道一側(cè)或中間設(shè)一單洞雙車道隧道，對于擴(kuò)建成八車道的情況，可根據(jù)新選隧道軸線地質(zhì)、地形條件采用四洞八車道。

3 新建方案路線控制

一般來說，由于原隧道位置已固定，考慮左右線合理間距的要求，新增的隧道走廊帶也可相對固定。平縱面線位及進(jìn)出洞口位置相對明確，需在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，主要在左右線間距和縱坡方面考慮。

3.1 間距控制

新建隧道與既有隧道間距一般應(yīng)滿足表1的要求，以盡量減輕新建隧道在施工中對已建隧道的影響。

表1 分離式獨立雙洞間的最小凈距[1]

當(dāng)新建隧道與已建隧道間距小于表1中規(guī)定數(shù)值時，應(yīng)詳細(xì)調(diào)查既有隧道的現(xiàn)狀，根據(jù)需要對既有線襯砌結(jié)構(gòu)以及既有線隧道與增建隧道之間的巖體進(jìn)行加固。

3.2 縱坡控制

左右線相互高差應(yīng)結(jié)合地形地質(zhì)、洞門設(shè)置、橫向聯(lián)絡(luò)通道等因素，控制在合理范圍內(nèi)。

以福建省安溪縣東二環(huán)路石獅巖隧道為例，該隧道已建右線平面處于直線上；隧道為人字坡，坡度為2.1%/813.9,-2%/1 380,-2.8%/360。進(jìn)口樁號K7+540，設(shè)計標(biāo)高82.141，出口樁號K9+480，設(shè)計標(biāo)高57.480。

從圖3可以看出，原右線隧道洞口淺埋段較長。一般來說，洞口段長距離的淺埋段，塌方風(fēng)險和造價水平相對而言較高。在設(shè)計新建左線縱坡和高程時，可通過適當(dāng)抬高洞口標(biāo)高，以減少新建左線洞口淺埋段的長度，來達(dá)到改善隧道修建條件的目的，同時也能減少部分工程造價。

經(jīng)線路優(yōu)化后，左線隧道采用了人字坡，坡度為2.8%/692.333,-2%/1 500,-2.8%/360。進(jìn)口樁號ZK7+610，設(shè)計標(biāo)高86.331，出口樁號ZK9+510，設(shè)計標(biāo)高56.535。較大程度上減少了洞口段淺埋段長度，改善隧道修建條件，如圖4所示。

4 新建隧道施工對原隧道運營安全的保障

由于隧道為隱蔽管狀通道，給車輛安全運營帶來較大的影響。再加上新線建設(shè)同時既有隧道已運營通車，應(yīng)從以下幾個方面保證原隧道運營期間的交通和結(jié)構(gòu)安全：

1)合理確定洞口位置及洞門型式，保證主體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性；2)根據(jù)隧道長度、道路等級和交通量大小等設(shè)置相應(yīng)的機(jī)電設(shè)施，對隧道進(jìn)行實時監(jiān)控和相關(guān)設(shè)施的控制；3)合理設(shè)置洞口標(biāo)志標(biāo)線及其他防護(hù)設(shè)施，保證進(jìn)出口和洞內(nèi)行車安全；4)洞口附近區(qū)域進(jìn)行必要的交通引導(dǎo)，做好路段限速及隔離措施，夜間要配合電光標(biāo)志及施工警示等，保障已通行隧道行車安全。

5 新建隧道施工爆破對原隧道影響分析

如果需要保持通行，則在新建隧道施工開挖爆破過程中，必須對原隧道加以保護(hù)。

1)具體保護(hù)措施有：

隧道修建過程中，必須對原有隧道內(nèi)進(jìn)行爆破震速監(jiān)控，密切監(jiān)視新建隧道開挖時原隧道內(nèi)的震速、破壞等情況[2]。施工應(yīng)與高速公路管理部門建立聯(lián)動機(jī)制，如有必要，可要求爆破期間原隧道臨時封閉。

2)左右線間距與施工爆破的相互影響分析：

以福建省平和縣西蟬至龍廈鐵路南靖貨運集散中心公路擴(kuò)建工程的西蟬隧道為例。該隧道左線為已建隧道，位于平和縣，起迄樁號為：K2+080～K3+234,長1 154 m，屬長隧道，為單洞兩車道隧道。新建右線隧道位于原隧道右側(cè)，起訖樁號為：YK2+060～YK3+243,長1 183 m，屬長隧道。新建隧道與既有隧道間距較近，洞身段大部分中夾巖厚度為24 m，出口段中夾巖厚度僅為11 m。

按GB 6722—2011爆破安全規(guī)程中薩道夫斯基經(jīng)驗公式R=(K/V)1/α×Q1/3計算爆破振動安全允許距離。

西蟬隧道圍巖以Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ級圍巖為主，取爆破振動影響最大的Ⅴ級圍巖段計算。

取以下兩種工況進(jìn)行計算：

1)較硬圍巖，隧道間距23 m(洞身段)。

K取200，α取1.6，參考相關(guān)文獻(xiàn)資料，對于單段最大起爆藥量Q，考慮到分部開挖中的最大斷面施工，可取一次爆破總藥量中最大掏槽段藥量，為15 kg，R=23 m。

原隧道結(jié)構(gòu)上最大爆破振動速度：

V=200(151/3/23)1.6=5.6 cm/s。

2)軟質(zhì)圍巖，隧道間距11 m(洞口小凈距段)。

K取300，α取1.9，參考相關(guān)文獻(xiàn)資料，對于單段最大起爆藥量Q，考慮到分部開挖中的最大斷面施工，可取一次爆破總藥量中最大掏槽段藥量，為10 kg，R=11 m。

原隧道結(jié)構(gòu)上最大爆破振動速度：

V=300(101/3/11)1.9=13.55 cm/s。

由以上計算可看出，對于洞身新建隧道距離與原有隧道大于23 m的地段，隧道爆破對原有隧道影響較小，滿足《爆破安全規(guī)程》要求；洞口小凈距段爆破速度接近《爆破安全規(guī)程》允許的范圍，必須通過減小裝藥或采用機(jī)械/人工開挖的方式，減少爆破對原有隧道的影響。

6 結(jié)語

1)改建項目應(yīng)結(jié)合既有線(既有隧道)工程的工程地質(zhì)條件和運營現(xiàn)狀，綜合分析改建難易程度、改建施工對附近環(huán)境的影響、改建施工對運營的干擾等因素，合理擬定改擴(kuò)建標(biāo)準(zhǔn)和路線平縱走向。

2)改擴(kuò)建施工中對正常運營有影響的，應(yīng)做好施工期間交通組織設(shè)計，維持運營不受中斷。選擇施工方案時應(yīng)以保證運營和施工安全為前提，盡量減少對運營的干擾。

3)原隧道結(jié)構(gòu)在改擴(kuò)建施工中，原結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力分布和作用方向都有可能隨著新建隧道的爆破施工而改變，在這個過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)注重爆破震速監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時優(yōu)化施工組織方案或者對原隧道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。

參考文獻(xiàn)：

[1] JTG D70—2004,公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JTG/T D70—2010，公路隧道設(shè)計細(xì)則[S].