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 【摘要】以小佛寺隧道工程为例,基于公路隧道设计需遵循的原则,主要探讨了小佛寺隧道设计工程中的隧道勘测、隧道选线、隧道纵断面设计等内容,并详细研究了公路隧道的施工工艺,包括隧道掘进、地质预报、中线及高程控制等。

【关键词】隧道设计;隧道施工;公路隧道工程

1工程概况

小佛寺隧道位于山东省济南市历城区锦绣川镇,主要通过的村落为东崖村、团飘村。隧址区地形起伏较大,地面标高260.0耀510.0m,相对高差250m,左右线进口自然坡角约5毅,左右线出口自然坡角约9.6毅。隧址区植被发育,多为核桃树、果树、杂木以及杂草等。其隧址区地层岩性简单,上覆第四系残坡积覆盖粉质黏土层(Q4pl+dl),下伏(沂)石灰岩、页岩。地下水补给主要以大气降水补给为主。地下水埋深变化较大,水位深度为23.0m耀150.0m,局部钻孔未见地下水。

2公路隧道设计遵循原则

公路隧道设计应按照国家规范要求设计,隧道中线与洞口等高线斜交,则洞口可采用斜交结构设计,隧道中线及端墙交角应跃45毅[1]。施工图纸设计应考虑到隧道内轮廓,隧道洞口设置洞门,可采用削竹式、端墙式、柱式、台阶式。洞门设计应符合实际施工特点,满足工程地理条件。内部轮廓设计应确保排水、照明、管理、通风等设备所需空间。洞门设计应按照地质条件及施工需求,结合工程周边环境确定。若隧道位于城镇、村落等建筑物附近,应更加注重隧道的美观性,确保工程建设与城市建设及环境保护的协调。

3公路隧道设计

3.1隧道勘测。在开展公路隧道建设前,对施工区域科学勘测是确保设计有效的基础。前期勘测应注重确定隧道位置、类型、施工方案、环境保护后期运营养护等。要对公路隧道区域地貌、地质及地下水分布、水量等进行详细分析。在隧道勘察中应开展地质勘探,了解各区域更详细的围岩类型。围岩条件对隧道稳定、使用寿命及具体施工方案有较大影响,应针对围岩等级及岩性选择合适的隧道设计方案。以小佛寺隧道为例,其地质调绘及钻探显示,隧址区地层分为粉质黏土和中风化闪长岩,粉质黏土呈现换褐色,图纸均匀,有可见铁锰质氧化物,含少量碎石(直径1耀4cm),[fa0]=140kPa。小佛寺隧道围岩级别统计如表1所示。中风化闪长岩呈现灰绿色,岩芯柱状,岩溶及节理裂隙发育带赋水性良好。其补水方式为大气降水,通过风化裂隙汇入地下水,地下水以地下径流及泉水排除,施工区域地下水埋深变化大,水深23.0耀150.0m,中风化石灰岩渗透系数K=0.007耀0.015m/d。涌水量Qs=629.71m3/d。

3.2隧道选线。隧道位置决定了工程造价、建成后养护及安全运营多方面内容。在勘测设计中,应确定路线走向,深入调查后,科学设计方案。若路线开挖深度跃30m,应和隧道及深路堑方案比对,综合考虑施工难度、成本、运营、维护等内容,同时兼顾政治、经济、国防、环保等需求来确定采用的方案是否合理。隧道平面及纵面线形应和隧道两端路线在一定范围内保持一致,在隧道起点、终点、中间点以“线路最短”为概念,落实“成本最低”理念。不同控制点可通过反复穿线、插点、结合区域地形特点,确定道路中线位置,避免隧道洞口高边坡。在地质条件上,注重洞口及隧道总长设计,在设计中要考虑高程及路线长度,针对线路、地形、地质确定隧道位置及长度,特长隧道考虑辅助坑道及通风设置,洞口位置考虑边坡及仰坡稳定。

3.3隧道纵断面设计。隧道纵坡需满足线路设计限制坡度要求,纵坡形状采用单坡及人字坡,单坡可在高程路线高差大时便于展线,人字坡便于施工排水及出碴。平纵面线形应顺应地势及确保隧道洞内外线形一致,且和区域景观保持一致,分析地质及场地对施工难度影响,应避免平曲线设置不合理造成行车及通风不便。受地形、地质限制较大时,平曲线可不设超高[2]。3.4隧道内轮廓设计。隧道内轮廓设计应考虑公路等级、车道数、侧向宽度及余宽,如何设置人行道、检修道。隧道内轮廓不得侵入隧道建筑限界。

4公路隧道施工工艺

4.1隧道掘进。在公路隧道工程中,隧道掘进需符合政府规范要求,开挖后设置支护。应重视公路隧道地质超前预报,加强监控,掌握掘进可能出现的风险问题。掘进方式可选择手掘式、半机械及机械式掘进等。按照挡土形式分为明挖和暗挖:明挖方式,其开挖面从隧道外直接观测,在城市浅埋隧道施工中应用广泛;暗挖方式,不能直接观测到开挖面,需以固定装置间接掌握开挖面,在贯穿高山隧道中应用广泛。

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