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        蘭州市北環(huán)路九安隧道大跨徑隧道的設(shè)計與實踐

        2019-12-19 02:41:36黃繼新
        城市道橋與防洪 2019年12期
        關(guān)鍵詞:總長度限界蘭州市

        黃繼新

        (蘭州市城市建設(shè)設(shè)計院,甘肅 蘭州730050)

        1 概 述

        蘭州市北環(huán)路是規(guī)劃的城市主干路,是蘭州市路網(wǎng)規(guī)劃中的骨架路網(wǎng)之一,也是蘭州市“一橫三環(huán)九縱”骨架路網(wǎng)體系的重要組成部分。九安隧道工程為北環(huán)路中段工程控制性節(jié)點工程,也是甘肅省內(nèi)設(shè)計的第一座單洞三車道城市隧道。隧道西起洄水灣東溝,東至九州T452號路交叉口西側(cè),隧道長2 768m(左線隧道長2 763.418m,右線隧道長2 768m),為上、下行分離式雙向六車道隧道,單洞開挖跨度達(dá)16.35m,設(shè)計車速60 km/h,采用復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)型式。本工程的建設(shè)大幅度地緩解了城區(qū)的交通壓力,改善了北濱河路咽喉路段的交通擁堵狀況,加快安寧、九州、鹽場地區(qū)的開發(fā)進(jìn)程,構(gòu)筑了蘭州市“一橫三環(huán)九縱”的骨架路網(wǎng)體系,具有較強的前瞻性,該工程的建成通車取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益[1]。

        2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

        (1)斷面標(biāo)準(zhǔn):上下行分離式雙向六車道;

        (2)隧道設(shè)計速度:60 km/h;

        (3)建筑限界:隧道建筑限界見表1:

        (4)隧道縱坡:左右線均采用單向坡,左線-2.5%下坡,右線2.5%上坡;

        (5)隧道路面橫坡:全隧道采用單向1.5%的路面橫坡,無超高;

        (6)設(shè)計荷載:城-A級;

        (7)隧道防水:二次襯砌混凝土抗?jié)B等級不小于S8級。

        3 隧址區(qū)工程地質(zhì)條件

        九安隧道工程主要在洄水灣東溝至羅鍋溝之間的金城關(guān)斷裂帶山體中穿過,圍巖復(fù)雜多變,穿越地層有黃土狀粉土層、全風(fēng)化~中風(fēng)化片麻巖層、斷層破碎帶、富水地層、飽和填土層等復(fù)雜地層。地震設(shè)防烈度為Ⅷ度,地震動峰值加速度為0.20g,特征周期0.4 s。

        隧道左線Ⅲ級圍巖占總長度的56%,Ⅳ級圍巖占總長度的17%,Ⅴ級圍巖占總長度的22%,明洞段占總長度的5%。

        隧道右線Ⅲ級圍巖占總長度的56%,Ⅳ級圍巖占總長度的17%,Ⅴ級圍巖占總長度的16%,明洞段占總長度的11%。

        4 隧道洞門設(shè)計

        九安隧道安寧端自然地形較陡,設(shè)計為端墻式洞門,采用仿古城墻式造型,顯得莊嚴(yán)厚重,由于隧道洞口段與山體斜交,因此在左、右線洞口位置的選擇上根據(jù)洞口地形條件采用“前后進(jìn)”的形式,盡可能地減小邊、仰坡的開挖高度,仰坡采用錨桿框架結(jié)構(gòu)加固,并對明洞頂順坡式回填以力求與原地貌相適應(yīng)。在洞口開挖過程中盡可能避免大范圍刷坡,根據(jù)地形條件對洞口套拱采用“斜交正作”以減少洞口的開挖,根據(jù)坡面巖體破碎,坡勢較陡的特點,采用“噴、錨、網(wǎng)”等措施進(jìn)行防護,見圖1。

        圖1 安寧端洞口效果圖

        九安隧道九州端地形相對平緩開闊,采用削竹式洞門,洞口淺埋段采用明挖法施工。隧道出口段采用路塹的方式與地面道路順接,并對洞口坡面采用格構(gòu)梁植草綠化防護,見圖2。

        圖2 九州端洞口現(xiàn)狀圖

        5 隧道內(nèi)輪廓及結(jié)構(gòu)設(shè)計

        隧道主洞內(nèi)輪廓拱部采用R=850 cm單心半圓,側(cè)墻采用R=515 cm大半徑圓弧,仰拱半徑為2 200 cm,仰拱與側(cè)墻間采用R=150 cm小半徑圓弧連接。隧道主洞內(nèi)路面寬度為12.25m,拱頂凈高7.3m;行車橫洞斷面Ⅳ級圍巖段按三心圓曲墻式襯砌設(shè)計,在Ⅲ級圍巖段按單心圓直墻式襯砌設(shè)計,建筑限界凈寬4.5m,凈高5.0m;人行橫洞斷面按單心圓直墻式襯砌設(shè)計,建筑限界凈寬2.0m,凈高2.5m。隧道主洞建筑限界和內(nèi)輪廓設(shè)計尺寸見圖3。

        圖3 隧道內(nèi)輪廓設(shè)計圖(單位:cm)

        隧道洞身襯砌按“新奧法”原理設(shè)計,采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。初期支護采用鋼拱架噴射混凝土支護,以“噴、錨、網(wǎng)”為主要支護手段,噴混凝土采用潮噴工藝;輔助措施為超前注漿小導(dǎo)管、超前管棚注漿預(yù)加固圍巖,二次襯砌采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),不同圍巖隧道復(fù)合式襯砌支護參數(shù)見表2。

        表2 隧道復(fù)合式襯砌支護參數(shù)表

        6 隧道施工方法

        九安隧道工程為三車道大跨徑隧道,單洞開挖跨度達(dá)16.35m,根據(jù)隧道的開挖跨度并結(jié)合圍巖級別,設(shè)計中Ⅴ級圍巖淺埋段采用了CRD法的開挖方式,Ⅴ級圍巖深埋段采用了CD法的開挖方式,Ⅵ級圍巖采用了微臺階預(yù)留核心土的開挖方式,Ⅲ級圍巖采用了短臺階預(yù)留核心土的開挖方法。要求嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、弱爆破、強支護、早封閉、勤量測”的原則進(jìn)行施工。

        隧道施工過程中采用了動態(tài)設(shè)計理念,根據(jù)掌子面開挖情況及超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果,對支護參數(shù)進(jìn)行了動態(tài)調(diào)整,采取了更為符合現(xiàn)場實際情況的支護參數(shù),有效地保證了施工安全并提高了施工進(jìn)度。

        7 監(jiān)控量測

        監(jiān)控量測是“新奧法”的精髓。監(jiān)控量測是在隧道施工過程中,對圍巖變化情況和支護結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進(jìn)行觀察和量測,通過分析測量數(shù)據(jù),及時提供圍巖穩(wěn)定程度和支護結(jié)構(gòu)可靠性和安全性信息,預(yù)見事故和險情,指導(dǎo)安全施工,修正施工參數(shù)和施工工藝,作為動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計的依據(jù)。

        8 隧道塌方原因分析與處理方案

        施工過程中多次出現(xiàn)拱頂塌方,塌方的原因主要有:隧道洞身穿越地層為斷層破碎帶,圍巖節(jié)理發(fā)育、呈破碎結(jié)構(gòu)、無膠結(jié),爆破開挖后拱頂容易出現(xiàn)塌方;施工時開挖進(jìn)尺較大,超前小導(dǎo)管長度或數(shù)量不夠;施工爆破控制不到位等因素。

        設(shè)計對塌方段超前支護參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整,采用加強超前支護、嚴(yán)注漿、加強初期支護工字鋼型號和間距等措施,完成了塌方處理,且處理效果顯著。

        9 隧道路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

        九安隧道屬大跨徑城市長隧道,為提高行車的舒適度,減小運營過程中噪聲影響,遵循全線總體設(shè)計的原則,隧道路面采用復(fù)合式路面結(jié)構(gòu),上面層采用4 cm 厚SBS中粒式瀝青混凝土(AC-16C)、中面層采用6 cm厚中粒式瀝青混凝土(AC-20)、下部為22 cm厚聚丙烯纖維水泥混凝土,同時考慮到隧道防災(zāi)、救災(zāi)等因素,瀝青材料要求采用阻燃式瀝青。隧道內(nèi)車行橫洞及人行橫洞采用20 cm厚水泥混凝土路面。

        10 結(jié) 語

        九安隧道的貫通,標(biāo)志著北環(huán)路中段的建成通車,有效地解決蘭州過境車輛通行問題和九州地區(qū)與城關(guān)區(qū)、安寧區(qū)交通不通暢的問題,九安隧道的設(shè)計和施工經(jīng)驗為蘭州市北環(huán)路東段、西段工程中的隧道工程提供了參考依據(jù),也將為以后的大跨徑城市隧道工程的設(shè)計和施工提供了寶貴的經(jīng)驗和參考價值。

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