复杂地质条件下单洞双向长大公路隧道设计
摘 要 通渝隧道长4279m，是我国目前埋深最大（1200m）、工程质条件最为复杂（高地应力、岩爆、岩溶、煤层瓦斯）的单洞双向行驶的公路隧道。本文以该隧道为依托，详细介绍了该隧道的工程地质条件、设计标准、土建结构设计及机电附属工程设计，为类似工程实施提供参考。
关键词 公路隧道工程地质设计
1. 工程地质条件
通渝隧道位于四川盆地边缘的雪宝山区，属强烈切割的溶蚀高中山地形。区内最高点标高2176.3m，最低点标高1110.4m，相对高差1065.9m，属高中山地貌，山高坡陡，石灰岩分布区，具岩溶地貌。隧址区属亚热带季风气候，四季分明。区内冬春季节常有降雪，最大积雪深度达1.2m。
通渝隧道自北而南穿越八台山-大宁厂向斜和甘泉背斜。进口位于八台山-大宁厂向斜北翼志留系纱帽组（S2s），向南依次穿越二叠系、三叠系大冶组、二叠系、志留系、奥陶系、寒武系三游洞组、奥陶系，出口为甘泉背斜南翼奥陶系宝塔组（O2b），除志留系为页岩、少量粉砂岩及奥陶系部分为泥、页岩外，其余地层主要为石灰岩及泥质灰岩、白云岩等。区域构造较复杂，构造裂隙较发育。隧道不良地质现象主要有：
1.1 岩溶及岩溶水
隧址区岩层主要为石灰岩，占隧道围岩的70%左右，岩溶发育，特别是地表浅部溶蚀洼地、落水洞、漏斗成片出现，再加上隧址区地质构造又主要为一向斜，给地下水的汇集创造了极好的条件。一方面由于岩溶溶蚀作用破坏了岩体的完整性而形成岩溶，另一方面汇集的地下水形成岩溶水使隧道施工的难度增大，施工时易出现突水、突泥现象。
1.2 高地应力及岩爆
区内部分岩石的单轴抗压强度已接近80MPa，故埋深超过800m或850m的部分极硬岩在局部有可能发生岩爆。隧道埋深800~1200m段长度达1285m，占隧道长度的30%。重点是呈连续厚层状的志留系砂岩和二叠系石灰岩，尤以石灰岩中所夹燧石条带为最，因其硬度、脆度大，更具岩爆可能。
1.3 软弱围岩及大变形
通渝隧道将穿越志留系页、泥岩夹泥质砂岩、粉砂岩，厚度大，分布连续，属极软岩、软质岩、硬质岩相间组合。其中一段洞轴线从一山脊通过，隧道埋深440~610m，两侧有平行展布的横向沟谷，谷底离设计路面高差300~500m，推断地应力有一定释放，局部将产生轻微塑性变形。另一段处于隧址区最高山岭之下，隧道埋深达310~1030m，计算的最大水平主应力为21~33MPa，局部可能产生中等或严重塑性变形。另外，主向斜南翼梁山组（P11）和吴家坪组第一段（P2W1），埋藏深度大，最大水平主应力达29.89~34.45MPa，而两组段所夹煤层及铝土岩、
粘土岩等软弱岩层力学性能差，故该段可能产生较严重的塑性变形。
1.4 煤层及瓦斯
通渝隧道穿越吴家坪组第一段（P2W1）和梁山组（P11）二个含煤岩系。上述二段、组地层依次含C1、C2两层煤：C1煤层位于P2W1中上部，厚0~1.59m，无夹矸，煤层顶底板依次为灰色砂屑灰岩、深灰色砂质泥岩，煤层底板之下为厚灰白色粘土岩（软弱夹层），；C2煤层位于P11中部，厚0~2.00m，无夹矸。以上两层煤均含瓦斯，C1、C2煤层瓦斯总涌出量依次为2.98m3/min、2.65m3/min，穿越C1、C2煤层时空气中的瓦斯浓度依次为1.47%、1.31%，均大于0.5%，隧道穿越煤层前应采取相关措施。该两煤层均无人开采。
隧道工程地质图见图1。
图1 隧道工程地质纵断面示意图
2. 总体设计
隧道平面设计为直线隧道；隧道纵面设计为人字坡，隧道进口段设计纵坡为0.6%，里程由小到大为上坡；隧道出口段设计纵坡为-0.6%，里程由小到大为下坡；变坡点设置凸向竖曲线。隧道内轮廓设计为曲墙半圆拱（马蹄形），路面横坡设计为人字坡，坡比2%。隧道内交错设五处紧急停车带，紧急停车带长40m，较一般段加宽3.0m，净空为三心圆拱。
在隧道路线前进方向左侧设贯通避难通道，避难通道进口部分设半径为22m的圆曲线，其余部分避难通道为直线通道，避难通道轴线与隧道轴线平行，两轴线距离为22m，避难通道全长4303.84m。隧道与避难通道间设9条联络通道，联络通道与隧道及避难通道均成90°直交。
3. 隧道结构设计
通渝隧道道路等级为山岭重丘二级公路；设计车速为40km/h；隧道限界净宽为9.0(2×3.75 +2×0.75)'；限界净高为5.0m；设计交通量为3748辆3 日（中型车）；隧道内CO允许浓度：正常运营时250ppm，发生事故时短时间（20min）内为300ppm；隧道烟尘允许浓度为0.0075m-1。
隧道按新奥法设计，采用复合式衬砌，初期支护以喷射混凝土、锚杆和钢筋网为主要手段，局部辅以格栅拱加强。二次衬砌采用C25整体式现浇素混凝土，个别地段如风机吊挂加强段采用钢筋混凝土。隧道洞室开挖要求尽量采用全断面开挖，软弱围岩段采用分部开挖，II型衬砌段及III型衬砌破碎带以超前锚杆预支护作为辅助施工措施，爆破作业时要求采用光面爆破或预裂爆破等控制爆破技术。喷射混凝土为C20，锚杆采用Ф22药包锚杆，锚杆露头加设150mm×150mm ×8mm的钢垫板；钢筋网采用Ф6.5钢筋；III类围岩以下衬砌段初期支护中采用格栅拱加强，格栅拱用Ф22钢筋和Ф10钢筋加工而成。
要求隧道施工过程中应加强新奥法监测，进行以下量测工作：超前地质预报、围岩地质衬砌支护观测、地表沉降观测周边收敛观测、拱顶下沉观测等必测项目量测。掌握围岩变化情况，保证施工安全。
避难通道及联络通道按新奥法设计，采用复合式衬砌，初期支护以喷射混凝土、锚杆为主要手段，避难通道软弱围岩段和不良地质段二次衬砌采用C25整体式现浇素混凝土，IV类围以上隧道段不设二次衬砌。
4. 特殊地质地段设计
4.1 岩溶及岩溶水
在石灰岩地段进行隧道开挖施工时，首先采用超前地质预报分段对溶洞的发育状况进行探测预报，并利用超前探测钻孔进行验证，根据探测结果采用相应的施工措施。并时刻作好突水等紧急情况的处治准备。
对于超前探孔中单孔流量大于3L/s，或掌子面总流量小于10L/s的岩溶，应根据岩溶的具体位置，预留5~8围岩段，进行局部超前注浆堵水；对于掌子面总流量大于10L/s的岩溶或超前60%以上探孔均出水的围岩段，应预留8~10m围岩段进行注浆堵水。[本文共有 2 页，当前是第 1 页] <<上一页 下一页>>
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