探讨市政隧道工程设计关键问题与对策

梁林松

(中国市政工程西北设计研究院有限公司贵州分公司，贵州 贵阳 550000)

1 引 言

某城市快速路隧道位于主城区，双向八车道双洞拱形结构，单洞最大开挖跨度达21.6 m，断面扁平。景观及行车环境的要求不言而喻，隧道洞口用地也必然受限，同时本项目位于岩溶区，相应的环保和施工风险控制也至关重要。因此，经过综合性的认真分析，对本隧道的勘察设计而言，其关键技术问题为隧道结构类型的选择、四车道大跨扁平隧道结构设计、不良地质(岩溶)的处理措施等。

2 市政隧道工程结构类型的选择问题与对策

就市政隧道工程而言，设计平纵面的时候，需要基于路线走向，同时还要考虑两端接线实际，将交通功能实现。并且还要结合隧道施工的难度以及投资造价等因素，综合考虑隧道的设置于结构类型的选择。隧道位于主城区快速路，隧道进出口两侧均直接连接桥梁。因用地存在局限性，需解决两侧接线问题，并且在施工难度、施工周期与工程造价三者之间找到一个平衡点。如果使用结构受力复杂、造价较高的连拱隧道，有着较大的施工难度和较长的周期，更存在中墙渗漏水等突出问题。

若采用用分离式隧道模式，虽然有着明确的结构受力，也会降低工程的造价以及施工难度。但相应用地范围会急剧增大，这对于该隧道而言，显然是不可行的。

就小净距隧道结构型式而言，与连拱隧道相比不仅施工难度相对较小，工程造价也较低，相对于分离式隧道，其用地也节约了，施工进度加快了。在围岩较为完整的区域，其有着无与伦比的优势。结合相似情况的建成隧道工程经验，在本次研究中，采用了小净距隧道结构形式，可以解决隧道用地的问题同时具有较为经济的工程造价以及较低的施工难度。

3 市政隧道工程四车道大跨扁平隧道结构设计问题与对策

3.1 大跨扁平隧道双洞合理间距及布置形式

就市政双洞大跨隧道而言，其间距和工程造价以及隧道的布置形式可以说有着密切的关系。若隧道净间距过小，隧道双洞施工期间将会相互对整体结构受力产生不利影响，有着较高的支护费用和较大的施工风险；若净间距过大，两洞之间的不利影响将消除，但洞口占地增加，布线难度也会提升。因此，要对隧道中夹岩柱的受力状态进行全面考虑，同时认真分析开挖爆破的影响因子。双洞隧道方案的重要指标之一就是对隧道净间距的科学选择。就两个相邻隧道而言，确定隧道最小净距的时候，要充分考虑围岩级别等因素。还要基于多个层面诸如荷载计算、模拟实验、工程类比等不断分析，最终根据多方面因素拟定的双洞净间距13.5～23 m。并且该项目为双向八车道大跨扁平隧道，需要选择科学的支护模式与相应的支护参数，方能保障隧道施工及运营的安全。

3.2 大跨扁平隧道数字化施工及监测

为了把本项目发展成为数字化城市快速路，就控制性的工程隧道而言，首先要将数字化实现。在隧道施工的时候将核心内容为监控量测、质量检验的数字化监控体系建立起来，使施工安全以及质量可以得以保证。尤其是针对岩溶等贵州地区常见的不良地质进行衬砌健康监测系统的相应设置，从而可以全面掌控隧道支护受力与围岩应力重新分布的情况。

3.3 大跨扁平隧道结构验算及结论

根据以上几点的考虑，本方案基于隧道的八车道大跨扁平隧道结构进行了专门的计算验证。其工法与初期支护受力评价：通过地层-结构法的计算，结果说明，基于Ⅴ级围岩浅埋双侧壁导坑法施工条件下。如果对辅助施工措施不考虑，诸如超前管棚等，围岩变形收敛且相对稳定，但有着较大的变形量值，其中拱顶沉降最终值约56 mm、水平收敛值约40 mm。此外，初期支护衬砌受力较大，最大压应力9 MPa出现在先行施工的左导洞拱脚处，最大拉应力5 MPa出现在竖向临时支撑的上下台阶接头处。拉应力量值已经超标。

结合计算结果而言，本项目四车道大跨度隧道施工时，使用双侧壁导坑法，显然是可行的。就初期支护而言，虽然受力相对较大，但仍在可控安全范围之内。同时由于存在着较大的围岩变形量，为了防止局部塌方设置了小导管注浆等超前预支护来保证施工安全与质量。

4 市政隧道工程不良地质(岩溶)的问题与对策

本项目隧道通过岩溶、溶蚀现象分布区，隧道通过时往往会与地下发育、分布的各种规模的岩溶、洞穴、溶蚀现象不期而遇，其发育程度也不同。勘察钻孔过程中在钻孔间距50 m的情况下见洞率仍达到了10%，其中大部分有软塑粘土充填。同时隧址区东侧基岩为可溶性碳酸岩，在湿热多雨气候的影响下，岩溶较发育，在隧道施工临近充水溶洞及规模较大的熔蚀裂隙时，易发生岩溶突水突泥，对工程安全存在较大影响。

4.1 岩溶水

(1)对于隧道灰岩段，采用地质雷达、TSP等超前预报技术，结合超前钻孔探测，确定岩溶水地质情况，防止岩溶涌水、突泥，并预备足够的排水设备。

(2)对于超前探水孔中单孔流量>2 L/s，或总流量>10 L/s的岩溶段，应预留(5～10)m岩盘进行注浆堵水。

(3)对于超前探水孔中单孔流量<2 L/s，或总流量<10 L/s的溶洞，或溶洞与地表及外部岩层无水力联系时，可按疏导的办法进行处理。

4.2 溶洞处理

(1)依据勘察成果，利用超前预报技术诸如TSP等，将溶洞特点探查清楚，结合溶洞的具体情况，将合理的处理方案制定出来。

(2)如果溶洞有着较大的规模或者溶洞虽然很小，但水流不能堵塞，或者要有松软的填充物，处理基础相对困难或者有着巨大耗资的时候，可以结合实际条件利用合理的结构模式诸如梁跨、板跨等跨越措施等。

(3)如果干小溶洞有停止发育的，要利用混凝土等材料进行堵塞并且将其填实好，若有需要，要采取一定的加固注浆措施以预防坍塌。

(4)有些溶洞壁面难以填实，要结合实际采取相应的封闭加固处理措施诸如钢筋网等等。

4.3 处理洞内充填物

结合洞内充填物的具体性状，可利用一些技术措施诸如清除、换填、注浆等等。

4.4 突水突泥处理

隧道通过厚度较大的软塑状断层破碎带、大型溶洞软塑充填体，可采用全断面帷幕注浆；通过岩溶地层与非岩溶地层界面、厚度较小的断层破碎带、溶蚀裂缝，可采用全断面周边预注浆。

注浆材料为水泥-水玻璃双液浆，浆液浓度根据地质及水文条件进行调整。

注浆量或注浆压力达到要求后可停止注浆，并进行注浆堵水效果检查。通过压水试验，在0.75 MPa的压力下，吸水量应小于2 L/min，否则应补孔注浆。

4.5 衬砌隧道支护

进行溶洞段穿越的时候，考虑隧道支护衬砌参数的时候，参照比相邻路段围岩低一级进行，如果有必要，可以进行护拱的设置。

5 结束语

总而言之，就市政隧道工程设计关键问题管理而言，要做好整个工程结构设计，并且在设计乃至整个建设过程中做好相关问题的应对措施，就必须针对上述问题采取有效对策。实践说明，在市政隧道工程设计和建设过程中，只要技术准备充分、过程管理到位，通过采取合理的关键问题分析和对策比选，并做好一系列有针对性的设计管理工作，才能圆满地完成市政隧道工程的建设。