浅谈黄祁高速公路偏压连拱隧道设计
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摘要：本文结合作者多年的工作经验，阐述了偏压连拱隧道设计，提供给同行参考。
关键词：隧道设计；偏压；连拱隧道
中图分类号：U455文献标识码： A 文章编号：
工程概况
黄祁高速公路祁门隧道位于祁门县境内，牌楼坞水库西北部的山体上，本隧道设计为连拱（岩质）隧道，屯溪端桩号为K54+795.0m，设计高程为155.412m；景德镇端桩号为K54+985.0m，设计高程为153.845m，隧道长190.0m，最大埋深为45m。隧道设计时速80km/h，平面上呈圆曲线形展布，平曲线半径R=1000m；隧道纵坡为双向坡，坡率为0.35％、-2.0％，隧道设计净宽×高为：2×（10.25×5.0）m。
隧道出口端地质情况为强风化板岩．片状构造，岩体呈薄层结构，节理裂隙发育，岩体较破碎，稳定性较差。隧道轴线与等高线斜交．交角45。～60。 隧址明洞处偏压极为严重，如何确保施工安全进洞．减少大开大挖，不对环境产生破坏．设计方案的优劣将是其中的关键。
2、隧道方案的比选
由于本隧道屯溪端紧邻牌楼坞水库，景德镇端紧接祁门大桥，桥长约1000米，大桥跨越祁门金东河为祁门县饮用水源，为了充分保护环境和水资源，尽量减少土石方弃置，尽可能降低工程造价，结合工程地质和地形地貌，在进行了充分的外业调查基础上．制定了两套比选方案：
2.1分离式隧道与深路堑方案比选
初步设计阶段对隧道进行了分离式隧道与深路堑方案比选。
2.1.1分离式隧道方案：
隧道右线起止点桩号为K54+440～K54+945，隧道长505米；左线起止点ZK54+410～ZK54+926，隧道长516米。优点：遵循了隧道设计“早进晚出”的原则，最大程度避免了高边坡；土石方开挖量约10万方，弃方量较小，有利于保护环境；耕地占用量小。缺点：隧道洞身K54+800~830段隧道埋深较浅，中线处埋深仅11米，且靠外侧还存在冒顶，施工难度和风险较大；隧道出口与祁门大桥为桥隧相连，洞口离金东河较近，隧道出口施工作业面小，施工难度较大，施工污染金东河的风险较高；隧道工程造价较高。
2.1.2路堑方案：
路基方案优点：施工简单，难度较小；施工作业面大，可多个作业面同时开展；路基土石方工程造价较低。缺点：土石方开挖量约55万方，弃方量大，不利于保护环境；开挖边坡较高，最大边坡高度达48米；耕地占用量较大。
由于黄山地区位于皖南山区，土地资源稀缺，为高速公路建设应尽量减少占地，特别是耕地占用量。路堑方案虽然施工难度较小，工程造价相对较低，但耕地占用量大，且大量余方也需要征用更多土地来弃置。分离式隧道技术成熟，隧道存在的施工难度在现有施工技术水平下都能较好解决，施工中只要措施得当也能避免污染水资源，虽然工程造价相对较高，但从长远发展来看，综合比较后，初步设计推荐采用分离式隧道方案。
2.2连拱隧道与深路堑方案比选
初步设计阶段所比选的两个方案的优缺点都很明显，两个方案的各自优势不显著，都不是较理想的方案。在施工设计阶段，针对初步设计中各方案的优缺点，结合项目实际地形地貌和沿线设施，对路线线位进行了优化调整：将初步设计隧道段线位向北移100~120米，将隧道前后线形顺接后形成施工图设计隧道平面。
2.2.1连拱隧道方案：
隧道起止点桩号为K54+795～K54+985，隧道长190米。优点：遵循了隧道设计“早进晚出”的原则，最大程度避免了高边坡；土石方开挖量约4.5万方，弃方量小，有利于保护环境；隧道洞口离金东河较远，水资源污染风险较小；隧道洞口施工作业面较大；耕地占用量小。缺点：隧道出口K54+970~K55+000段地形较陡，隧道右侧边坡较高，而隧道左侧埋深较浅，局部段落存在掉空现象，隧道出口施工难度和风险较大；隧道工程造价较高。
2.2.2路堑方案：
路基方案优点：施工简单，难度较小；施工作业面大，可多个作业面同时开展；路基土石方工程造价较低。缺点：土石方开挖量约30万方，弃方量大，不利于保护环境；开挖边坡较高，最大边坡高度达45米；耕地占用量较大。
通过祁门隧道平面图不难看出，隧道洞外两端仍然存在较大挖方，通过土石方综合调配后仍然存在一定量的弃方。路堑方案虽然施工难度较小，工程造价相对较低，但耕地占用量较大，且路基挖方也需要征用更多土地来弃置。连拱隧道技术较成熟，隧道出口高边坡和掉空通过技术措施能较好的处理。连拱隧道虽然工程造价相对较高，但从长远发展来看，综合比较后，施工图设计推荐采用连拱隧道方案。
3、隧道设计
3.1平纵面线型设计
3.1.1隧道平面线型设计
本隧道为连拱短隧道，平纵方案主要由路线方案控制，隧道位置根据地形、地质条件、环境、造价、功能等因素综合确定，在综合线型指标和造价的前提下，通过实地勘察，充分研究隧道所处地域的地形、地质情况，主要考虑隧道进出口地形条件、隧址区工程地质条件、营运管理设施布置场地等因素拟定隧道方案。
3.1.2隧道纵面线型设计
隧道纵断面设计综合了隧道长度、主要施工方向、通风、排水、洞口位置以及隧道进出口接线等因素。
3.1.3隧道横断面设计
（1）建筑限界
净宽2×10.25m＝2×（0.75m左侧检修道+0.5m左侧侧向宽度+2×3.75m行车道+0.75m右侧侧向宽度+0.75m右侧检修道）净高5.0m
（2）内轮廓设计
隧道内轮廓除满足建筑限界要求外，还考虑了通风、照明、监控、通讯、营运管理等附属设施所需空间，并结合衬砌结构受力要求而拟定。隧道内各种附属设施均不得侵入建筑限界。
3.2隧道洞门设计
3.2.1洞门设计原则
根据隧道进出口地形及工程地质条件，结合开挖边、仰坡稳定性及洞口防排水需要，本着“早进晚出”、“零开挖、零埋深”、“不破坏就是最大的保护”的原则确定各隧道洞口位置。洞门型式的选择力求结构简洁，并考虑使用功能，本着“与地形、环境协调、经济、美观并有利于视线诱导”的原则来确定洞门型式，洞门型式采用了削竹式和明洞式，并优先采用“绿色洞门”。隧道洞口处接长明洞，以尽量减少对洞口自然景观的破坏。
3.2.2洞口施工注意事项
①本隧道景德镇端洞口开挖边坡较高，开挖后应及时进行挂网、锚喷支护，暗洞工作面开挖应控制开挖。
②洞口施工前应作好洞顶截水沟及洞口区的临时截、排水系统，以防冲刷洞口。
③洞门墙基础必须置于稳固的地基上，若地基承载力不足时，应换填基底或注浆加固处理。
④洞口施工中应尽量减少扰动周围岩体，尽早做好洞口边坡、仰坡的防护及隧道洞门，确保洞口安全。
3.3洞身结构设计
除洞口段采用明洞结构外，其余地段各种洞室的支护结构均按照新奥法原理设计。Ⅳ、Ⅴ级围岩采用复合式衬砌，以超前管棚或小导管注浆加固地层、工字钢拱架（或格栅拱架）、系统锚杆、钢筋网及喷射混凝土组成；而对于Ⅲ级围岩则由系统锚杆、钢筋网及喷射混凝土为初期支护；钢拱架之间设Φ22纵向连接钢筋，拱架与围岩密贴。锚杆打设应尽量垂直于岩层层面。二次衬砌一般情况下采用素混凝土，以方便施工，但是当设计荷载较大，特别是浅埋、软弱围岩等地段，后期变形荷载较大时则必须采用钢筋混凝土，以确保隧道支护结构的安全。二次衬砌施作的合理时间应根据施工监测数据确定，尽可能发挥初期支护的承载能力，但又不能超过其承载能力，充分发挥、利用围岩的自稳能力。