隧道擴建設計方案研究

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1現有隧道工程介紹

1.1隧道部分

該項目中現有隧道一座，始建于20世紀80年代，局限于當時的技術條件、經濟條件以及施工水平等因素限制，隧道凈寬僅為7.0m，限高3.0m，且沒有其他附屬設施建設，服務水平較低，已經遠遠不能滿足現在二級公路服務水平和通行能力。因此項目改建時，對該隧道進行了擴建，擴建后隧道凈寬為11.0m，限高5.0m，襯砌為復合式襯砌。

1.2地質部分

隧址區位于太岳山脈基巖低山區之太行山大峽谷區內，隧道洞體處在河谷內河曲部位，左側為峪口河河谷，右側為基巖山脊、基巖中陡坡，隧道洞身山體陡峻，基巖出露較好，進出口地形較陡。洞體埋深0~45m，頂板全部為基巖，洞室圍巖奧陶系中風化石灰巖，圍巖堅硬為主，巖體節理裂隙發育，呈塊碎石狀結構為主，根據原隧道開挖的邊仰坡和原隧道支護情況，結合隧道規范進行劃分，初判定圍巖為Ⅲ級。

2隧道擴建結構施工設計方案

2.1設計方案

洞身段襯砌均按新奧法原理設計，推薦采用柔性支護體系結構的復合式襯砌。根據地層、地質條件頂部采用加長系統錨桿對擴建后的掌子面采取預加固措施，隨后以噴、錨、網、格柵鋼架等構成初期支護，二次襯砌采用鋼筋混凝土或素混凝土。襯砌后空隙部分，除隧道頂部其余均應用同級混凝土泵送回填密實。

2.2施工設計方案

首先對現有隧道采用砧木支護20m范圍的拱頂進行錨桿注漿，然后對原隧道的拱角進行開挖，緊跟施做護拱，最后按正常隧道施工。該隧道為改擴建隧道，開挖時如有較大范圍的坍塌，應提前做好原洞體的支撐。施工時一定要做好隧道的監控量測，隨時調整支護參數，并防止隧道變形塌方。施工工序：先施工護拱，待護拱穩定后，再施工其他部分。開挖導坑上半斷面，上導坑拱部初期支護，開挖導坑下半斷面，下導坑邊墻初期支護，下導坑仰拱部初期支護。完成隧道開挖及初期支護后，立即進行仰拱二次襯砌混凝土澆注。

3隧道擴建結構計算

3.1計算軟件

因巖土分析更加注重施工階段和材料的不確定性，由此計算當中決定巖土的物理狀態格外的重要。在巖土分析中應盡量使用實體單元真實模擬圍巖的狀態、盡量地接近模擬巖土的非線性特點以及地基應力狀態(自應力和構造應力)、并且盡量真實地模擬施工階段開挖過程，這樣才會得到比較真實的結果，這些特點較一般的結構分析存有差異。本次大條山隧道擴建有限元數據模擬采用能真實地模擬現場條件和施工過程，并提供更多的材料模型和邊界條件，讓在做巖土分析時有更多選擇的MIDAS軟件。

3.2計算方案

根據隧道原位擴建方案，就單側擴建方案進行有限元計算，分析拱肩以下周邊擴建、原隧道拱頂部位回填條件下擴建隧道周邊收斂、拱頂下沉及底鼓情況，從而為大條山隧道既定的擴建形式提供依據。

3.3計算模型

為大條山隧道既定的擴建形式的有限元網格劃分，采用平面應變單元進行計算。

4結論

a）改擴建隧道與新建隧道的主要不同在于既有隧道支護的拆除與利用。舊結構的拆除對圍巖產生新的擾動，因此需要制定嚴格拆除工序，盡量減少施工工程中對圍巖的干擾，保證安全。但同時也可以通過采取合理的措施，利用既有隧道支護來減少對圍巖大面積的擾動，控制圍巖塑性區的發展空間。b）該項目隧道改擴建工程通過有限元分析，得出開挖隧道時松動圈變化為：橫向變形與新建隧道影響基本一致，豎向變形比新建隧道影響小。c）通過對監控量測實測數據采集分析，進一步驗證有限元模擬分析的精確性。總結出現行有限元分析來指導設計施工的必要性，為今后類似的工程積累了寶貴的經驗。

作者:趙虎生 單位:山西省交通規劃勘察設計院