双洞八车道超大跨扁平隧道在公路建设中的应用

张建新

（新疆交通规划勘察设计研究院，乌鲁木齐 830006）

0 前言

近年来，随着国内汽车工业的发展，很多地区城市主干线、 城市快速干道及国道主干线公路绕城段交通量增长迅速，双向四车道、六车道公路已经不能满足交通量增长要求，部分地区已经开始了八车道高速公路的建设和四车道改八车道（四改八）的扩建工程。 双洞八车道超大跨扁平公路隧道在受力变形机理、 支护体系结构、开挖工法等方面与常规隧道有所不同，且国内外相关研究相对较少[1-5]。本文以连霍高速（G30）新疆境内小草湖至乌鲁木齐段概扩建工程隧道建设方案为依托，系统介绍了双洞八车道与四洞八车道的方案选择、大跨扁平隧道的重难点、施工中的应对措施、标准化建设等建设要点。

1 工程概况

连霍高速（G30）新疆境内小草湖至乌鲁木齐段改扩建工程是国家高速公路网规划的一部分， 也是新疆主骨架公路的重要组成路段，是新疆“五横七纵”高速、高等级公路网中的第1横。 起点位于小草湖以东约2km处，与吐鲁番至小草湖高速公路项目终点相接，经小草湖、后沟、达坂城、二十里店、盐湖、柴窝堡、新疆化肥厂、乌拉泊，终点在乌拉泊西附近接乌鲁木齐绕城高速公路， 路线全长122.900km。路线所经后沟段，设置了白杨河隧道、杏花村1#隧道、 杏花村2#隧道共3座双洞八车道超大跨扁平隧道，最大开挖跨度22.56m，最大开挖面积达260m2，在公路隧道中实属罕见，隧址区地形地质条件复杂，岩性为凝灰岩，岩体破碎、节理裂隙发育、隧道洞口浅埋偏压严重、洞身最小埋深仅4m，建设条件复杂，难度较大。

2 建设条件

隧址区位于后沟内，主要为构造剥蚀中低山地貌，地形起伏较大，山体V型侵蚀沟槽发育，表面风化剥蚀较严重。隧址区总体属于准格尔-北天山褶皱系一级构造单元下的北天山地向斜褶皱带上，总体较为复杂，褶皱发育，以近东西向为主；存在小型断裂，以逆断层为主。

隧道沿线山体基岩裸露，岩性主要为凝灰质灰岩、凝灰质砂岩层，青灰色，表层风化严重，呈薄层挠曲状。地表水系主要为白杨河水系，地下水主要分为基岩裂隙水、第四系松散层孔隙水。隧址区地下水贫瘠，在断裂破碎带处存在少量裂隙水，对隧道围岩影响不大。

隧址区所在地为公路自然区划总体属于西北干旱区内的天山、界山山地区（VI4）及绿洲荒漠区（VI2），气候特征为高温、干燥、多风，日温差大的地区，季节性冻深在1.45～1.66m。

3 隧道建设方案

目前八车道公路隧道主要采用双洞八车道隧道方案与四洞八车道隧道方案，设计主要从道路交通组织、通行能力及行车安全、工程复杂程度、建设占地、工程风险、建设工期、工程建设费用、后期运营费用等方面对这两种方案进行对比分析研究，对比分析结果见表1。

表1 双洞八车道隧道方案与四洞八车道隧道设计方案对比分析表

经过对以上两种隧道设计方案的综合对比， 连霍高速（G30）新疆境内小草湖至乌鲁木齐段改扩建工程，由于为后沟内，走廊带狭窄，展线困难，同时地质条件相对较好，受地下水影响较小的实际情况，采用双洞八车道方案工程风险、工期均在可控范围之内，综合考虑，采用双洞八车道大跨扁平公路隧道。

4 隧道建设的重难点及应对措施

4.1 大跨隧道施工开挖风险

单洞四车道公路隧道目前在国内并不多见， 开挖跨度在21m左右，高度在15m左右，扁平率小，与常规的两车道公路隧道相比，结构受力更复杂，开挖风险更大。 根据围岩条件设计了多种开挖工法， Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法施工， Ⅳ级围岩地段采用环形导坑开挖预留核心土法，Ⅲ级围岩采用预留核心土或上下台阶法施工。采用短进尺、弱爆破的开挖方法，加强临时支护，使临时支护尽快实现局部成环，具有承载能力。

4.2 大跨隧道浅埋偏压进洞风险

在山区公路建设中，由于走廊带一般比较狭窄，为了满足线型的要求， 不可避免地存在大量隧道洞口与等高线斜交的浅埋偏压情况，造成隧道洞口偏压的情况。大跨隧道进洞相对于普通隧道，更为不利，产生的弯矩、轴力、剪力和塑性区比普通隧道要大得多， 开挖过程中产生的松动荷载较大， 再加上由于隧道围岩变形较大产生的形变压力，使得开挖风险及初期支护的风险大幅度增加。

4.3 重难点应对措施

（1） 针对大跨隧道施工开挖风险， 主要采取以下措施，保证隧道施工安全。

1）优化隧道衬砌结构断面

设计阶段对衬砌断面进行了优化，使其在满足限界、减小开挖量的前提下，尽可能受力合理。 经综合对比，采用断面较扁平的三心圆拱墙断面， 其内轮廓拱半径为10.35m、曲墙半径为6.50m，仰拱半径为25.0m。 最大开挖跨度为22.56m，开挖高度14.0m，扁平率为0.657。

2）采用合理的开挖工法

隧道施工过程中， 根据洞身开挖后揭示的掌子面发现工程地质条件比地勘资料提供的围岩条件好， 通过洞口浅埋偏压段以后，表层风华岩体已经安全通过，内部岩层较好，裂隙不太发育地层中几乎没有地下水。

根据现场的监控量测数据， 对隧道开挖工法进行了动态调整，针对Ⅴ级、Ⅳ级浅埋段围岩，要求施工单位在洞口浅埋偏压段必须采用原设计的双侧壁导坑法， 顺利通过洞口段后，逐步渐变至CD法；针对Ⅳ级深埋段，由于岩质围岩掌子面较为稳定，故对其进行优化，在上台阶开挖后增加中间临时支撑，即上台阶半步CD开挖法；针对部分Ⅳ级围岩较好段，采用上下台阶法。

图1 优化后隧道开挖工法示意图

（2）针对浅埋偏压进洞的问题，主要采取以下措施，实现了隧道安全进洞。

1）偏压挡墙及桩板墙

采用反压回填措施， 隧道偏压和应力集中的现象得到一定程度的改善，塑性区范围减小，有利于隧道结构的稳定。本项目存在多处浅埋偏压的洞口，设计及施工中主要采取了抗滑挡墙和抗滑桩板墙的方式来稳定隧道边坡，解决部分偏压的问题。

2）偏压衬砌结构

针对洞口偏压段，设计增强了衬砌结构，采用了双层初期支护，并增加靠山侧锚杆及缩脚小导管，保证了施工过程中初期支护的刚度和围岩的稳定。 根据偏压情况下二次衬砌临空侧受力较大、衬砌容易破坏的情况，设计了变截面的偏压型衬砌，既能保证衬砌结构的安全，又能起到一定抵抗靠山侧土压力的作用。

（3）标准化保证隧道工程建设的顺利实施。

1）隧道光面爆破技术的推广应用

在隧道开挖过程中全面推广光面爆破工艺， 邀请国内知名的隧道爆破专家到施工现场进行指导， 隧道管理人员不但要懂光面爆破原理，还要懂具体操作，能手把手教操作工人连线、装药，制定考核办法，做好各类围岩的爆破设计优化工作，提高隧道开挖爆破的精度，落实爆破施工工艺，减少超欠挖，保护围岩，确保施工安全。

图2 现场光面爆破效果

2）隧道施工新设备、新工艺的推广应用

隧道建设中运用了多种成套的隧道施工新设备，主要有全方位喷射混凝土湿喷台车、 多功能防水板钢筋作业台车、防水板土工布挂布台车、红外线激光定位装置、带模注浆二衬模板台车、 自动行走喷淋养生台车等新工艺，使隧道施工实现机械化作业，提高了工作效率和施工质量。

5 结论及建议

连霍高速（G30）新疆境内小草湖至乌鲁木齐段改扩建工程，双向八车道超大跨扁平公路隧道全部贯通，设计及施工过程中，充分利用现场监控量测数据，通过对隧道断面及开挖工法的优化，基本实现了隧道结构合理、开挖工法安全高效的隧道建设过程，降低了隧道建设风险，达到了动态设计、信息化施工。 从而得到以下结论及建议：

（1）单洞四车道的高速公路隧道尽管开挖跨度达22m，只要采取合理的结构形式、 开挖工法、 标准化的施工技术，在新建及改扩建项目中是安全可行的。

（2）常规两车道隧道与大跨隧道在公路建设尤其是改扩建项目中，应结合交通组织、通行能力及行车安全、工程复杂程度、建设占地、风险、工期、费用、后期运营等进行充分的综合比选，确定安全、经济的建设方案。

（3）大跨扁平隧道的施工，开挖工法是施工的核心，应充分利用现场监控量测数据，对隧道的开挖方案、开挖循环进尺、支护结构进行适时优化，实现动态设计、信息化施工。

（4）光面爆破是大跨扁平隧道的关键，施工中必须采用光面爆破并保证爆破质量， 将爆破对围岩的损伤降到最低，提供围岩的自承载能力。

（5）大跨扁平隧道应有针对性的对浅埋段、偏压段、断层破碎段等重难点段落进行单独设计。

（6）标准化是施工安全及质量的保证，在大跨扁平隧道中，能够有效的降低作业风险，必须始终积极贯彻标准化施工。