隧道扩建设计方案研究

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1现有隧道工程介绍

1.1隧道部分

该项目中现有隧道一座，始建于20世纪80年代，局限于当时的技术条件、经济条件以及施工水平等因素限制，隧道净宽仅为7.0m，限高3.0m，且没有其他附属设施建设，服务水平较低，已经远远不能满足现在二级公路服务水平和通行能力。因此项目改建时，对该隧道进行了扩建，扩建后隧道净宽为11.0m，限高5.0m，衬砌为复合式衬砌。

1.2地质部分

隧址区位于太岳山脉基岩低山区之太行山大峡谷区内，隧道洞体处在河谷内河曲部位，左侧为峪口河河谷，右侧为基岩山脊、基岩中陡坡，隧道洞身山体陡峻，基岩出露较好，进出口地形较陡。洞体埋深0~45m，顶板全部为基岩，洞室围岩奥陶系中风化石灰岩，围岩坚硬为主，岩体节理裂隙发育，呈块碎石状结构为主，根据原隧道开挖的边仰坡和原隧道支护情况，结合隧道规范进行划分，初判定围岩为Ⅲ级。

2隧道扩建结构施工设计方案

2.1设计方案

洞身段衬砌均按新奥法原理设计，推荐采用柔性支护体系结构的复合式衬砌。根据地层、地质条件顶部采用加长系统锚杆对扩建后的掌子面采取预加固措施，随后以喷、锚、网、格栅钢架等构成初期支护，二次衬砌采用钢筋混凝土或素混凝土。衬砌后空隙部分，除隧道顶部其余均应用同级混凝土泵送回填密实。

2.2施工设计方案

首先对现有隧道采用砧木支护20m范围的拱顶进行锚杆注浆，然后对原隧道的拱角进行开挖，紧跟施做护拱，最后按正常隧道施工。该隧道为改扩建隧道，开挖时如有较大范围的坍塌，应提前做好原洞体的支撑。施工时一定要做好隧道的监控量测，随时调整支护参数，并防止隧道变形塌方。施工工序：先施工护拱，待护拱稳定后，再施工其他部分。开挖导坑上半断面，上导坑拱部初期支护，开挖导坑下半断面，下导坑边墙初期支护，下导坑仰拱部初期支护。完成隧道开挖及初期支护后，立即进行仰拱二次衬砌混凝土浇注。

3隧道扩建结构计算

3.1计算软件

因岩土分析更加注重施工阶段和材料的不确定性，由此计算当中决定岩土的物理状态格外的重要。在岩土分析中应尽量使用实体单元真实模拟围岩的状态、尽量地接近模拟岩土的非线性特点以及地基应力状态(自应力和构造应力)、并且尽量真实地模拟施工阶段开挖过程，这样才会得到比较真实的结果，这些特点较一般的结构分析存有差异。本次大条山隧道扩建有限元数据模拟采用能真实地模拟现场条件和施工过程，并提供更多的材料模型和边界条件，让在做岩土分析时有更多选择的MIDAS软件。

3.2计算方案

根据隧道原位扩建方案，就单侧扩建方案进行有限元计算，分析拱肩以下周边扩建、原隧道拱顶部位回填条件下扩建隧道周边收敛、拱顶下沉及底鼓情况，从而为大条山隧道既定的扩建形式提供依据。

3.3计算模型

为大条山隧道既定的扩建形式的有限元网格划分，采用平面应变单元进行计算。

4结论

a）改扩建隧道与新建隧道的主要不同在于既有隧道支护的拆除与利用。旧结构的拆除对围岩产生新的扰动，因此需要制定严格拆除工序，尽量减少施工工程中对围岩的干扰，保证安全。但同时也可以通过采取合理的措施，利用既有隧道支护来减少对围岩大面积的扰动，控制围岩塑性区的发展空间。b）该项目隧道改扩建工程通过有限元分析，得出开挖隧道时松动圈变化为：横向变形与新建隧道影响基本一致，竖向变形比新建隧道影响小。c）通过对监控量测实测数据采集分析，进一步验证有限元模拟分析的精确性。总结出现行有限元分析来指导设计施工的必要性，为今后类似的工程积累了宝贵的经验。

作者:赵虎生 单位:山西省交通规划勘察设计院