分岔隧道设计施工关键技术研究.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第页共NUMPAGES19页第PAGE\*MERGEFORMAT19页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT19页分岔隧道设计施工关键技术研究报告简本1.项目基本情况沪蓉国道主干线湖北省境内宜昌至恩施段高速公路为我国最早规划的“两纵两横”国道主干线中的最后还未贯通路段。于2004年5月全面开工建设，工程将于2007年底全面建成。由于该工程穿过的区域多为崇山峻岭的山区，地形地质条件极为复杂，在工程建设中遇到了前所未有的难题。为适应多变的地形和地质条件，隧道设计中采用新的结构型式－分岔隧道：即一端洞口为四车道大拱，另一端洞口为上下行分离隧道。宜昌至恩施段设置分岔隧道的主要原因是：一方面为了跨越四渡河、支井河等高深峡谷型河流，桥梁单孔跨度均在400米以上，左右幅桥均必须建造为整体型式，另一方面由于桥梁紧接隧道，两者之间缺少足够的过渡路基，因此紧邻桥梁一端的洞口必须设置为连拱隧道甚至四车道大拱，而桥梁两端的隧道又较长，全部隧道设置为连拱隧道又不太经济，在隧道内有必要将左右洞室逐渐分离，这样就形成了分岔隧道。分岔隧道是在复杂地形地质条件下建设高速公路山岭隧道的大胆创新，不仅大大拓宽了山区公路隧道工程的设计理念，而且使公路浅埋大跨隧道的设计与施工的技术得到了较大提升和发展。通过数值模拟、室内物理模型实验和工程现场测试相结合的方法，对分岔式隧道的施工工法、岩柱厚度、衬砌支护时机、支护结构的可靠度以及考虑隧道局部循环风影响的流体动力学以及通风工艺等方面进行深入细致的研究，提出切实可行的工程技术措施和隧道稳定性评价体系保证工程的长期稳定性。同时还编制了分岔隧道的设计施工技术指南，重点依托八字岭、庙垭和漆树槽分岔隧道开展研究，其中八字岭隧道是研究重点，自2004年4月开始至2007年6月止，历时3年。2.依托工程实施情况八字岭隧道位于宜昌市长阳县恩施土家族苗族自治州的巴东县境内，起讫桩号左线(ZK96+750～K100+290)，长3540m，右线YK96+730～K100+290，长3560m。隧道平面线型左线为左偏半径R=2500m的圆曲线接直线接右偏半径R=9000m的圆曲线接直线，右线为左偏半径R=2500m的圆曲线接直线接右偏半径R=8000m的圆曲线接直线。左、右线纵坡均为2.4％单向上坡。隧道最大埋深约为390m。隧道进出口均为端墙式洞门。图1八字岭分岔隧道示意图3.主要研究内容根据分岔隧道设计与施工的特点，本课题结合八字岭隧道，共分成三个专题进行研究，重点具体研究内容如下：专题一：分岔隧道设计关键技术研究通过现场监控量测、模型试验、非线性有限元数值分析等方法，研究四车道大拱隧道、连拱中隔墙、小净距岩柱的最小宽度及围岩的支护参数等关键指标。专题二：分岔隧道施工关键技术研究通过模型试验、非线性有限元数值分析等方法，研究四车道大拱隧道、连拱隧道、小净距隧道的合理施工方法，通过对现场的监测结果反馈分析和数值分析，提出八字岭隧道的合理工法和控制围岩振动的爆破参数。专题三：近距离双洞隧道洞口空气相互影响研究通过室内模型试验、现场试验和三维数值仿真等方法，研究近距离双洞隧道洞口空气相互影响以及减小近距离隧道通风相互影响的工程技术措施。4.主要研究成果提出公路分岔隧道的新型结构型式，丰富和完善了高速公路线形布置方案，为山区高速公路规划提供新的思路，对节约土地资源、节能、工程投资等方面具有显著效益。通过经验类比和数值计算的方法，提出分岔隧道在不同围岩条件下的最优施工工序。对四车道大拱的Ⅴ级围岩，建议采用留岩柱方案，Ⅲ级和Ⅳ级围岩建议采用上下台阶法或多步开挖方案，Ⅱ级围岩则建议采用全断面一次开挖的方式。对连拱隧道的Ⅱ级围岩，建议采用三导洞法，Ⅳ级围岩采用三导洞法，Ⅲ级围岩采用中导洞全断面法。Ⅱ级围岩，采用中导洞全断面法。对小间距隧道的Ⅴ级围岩，建议采用上下台阶与正向侧壁导坑组合法，Ⅳ级围岩采用上下台阶与正向侧壁导坑组合法。Ⅲ级围岩采用上下台阶法，Ⅱ级围岩采用全断面爆破法。并将上述工法直接应用到八字岭、庙垭和漆树槽分岔隧道的开挖实践中。图2八字岭分岔隧道三维计算模型图3大拱连拱过渡段连拱段中导洞开挖后围岩最大主应力分布（MPa）图4大拱连拱过渡段连拱段中导洞开挖后围岩最小主应力分布（MPa）图5小间距和连拱过渡段岩柱塑性区分布图根据经验类比法提出的不同围岩级别下的大拱、连拱和小间距隧道的施工工法。通过对大拱、连拱、小间距隧道以及大拱和连拱过渡段与连拱和小间距过渡段的三维数值计算，大拱段