1、內(nèi) 容n背景n隧道擴建的形式n原位拓寬的工法n原位擴寬隧道的力學特性n原位擴寬設計特點n總結(jié) 一、背景n隨著我國國民經(jīng)的迅速發(fā)展，公路交通量也迅猛增長。圖1 高速公路某路段交通量預測160.8% 一、背景n交通量增長導致的結(jié)果道路上擁擠不堪。圖圖1-2 1-2 某高速公路擁擠堵車某高速公路擁擠堵車 一、背景n擴建高速公路提出了隧道擴建的設計問題n原隧道擴建成為雙向八車道公路隧道是一種有效的方法解決辦法新建道路擴建道路一、背景n已經(jīng)取得的成果大帽山隧道后祠隧道金雞山隧道一點體會與大家探討二、隧道擴建的形式n雙洞四車道公路隧道擴建為雙洞八車道隧道 -有兩種形式 增建形式原位擴建形式二、隧道擴建的形

2、式n增建形式:在原有隧道附近增設2孔單向雙車道隧道n適用條件：洞口接線地形開闊、地物較少、非良田地段圖2-1某隧道增建形式方案二、隧道擴建的形式n增建形式多樣性方案一 原兩隧道之間增設兩個兩車道隧道方案二 原兩隧道間增設一個兩車道隧道，一側(cè)再增設一個兩車道隧道二、隧道擴建的形式n增建形式多樣性方案三 原兩隧道兩側(cè)邊各增設一個兩車道隧道方案四 原隧道一側(cè)新建兩個兩車道隧道二、隧道擴建的形式n增建形式實例圖圖2-22-2增建隧道的擴建方案（建成后）增建隧道的擴建方案（建成后）原隧道原隧道二、隧道擴建的形式n原位擴建的方式 ：將原有兩車道隧道擴挖為四車道n當洞口接線地形狹窄、地物較多的地段圖2-3

3、原位拓寬隧道的擴建方案二、隧道擴建的形式n原位擴建形式多樣性方法一 外側(cè)擴寬 方法二 內(nèi)側(cè)擴寬 二、隧道擴建的形式n原位擴建形式多樣性方法三 兩側(cè)擴寬 圖圖3-2 3-2 原位擴寬原位擴寬的擴建方案的擴建方案（建成后）（建成后）重點！二、隧道擴建的形式n兩種擴寬形式的優(yōu)缺點和適用范圍 擴建形式優(yōu) 點缺 點使用范圍增建隧道 1.設計施工技術相對簡單 2.隧道斷面布置靈活 1.洞口接線占地和工程量較大 2.對運營車輛的通行有一定的影響 洞口地形開闊、地物較少、用地指標相對充裕的地段原位擴寬 1.洞口接線占地少，工程量相對較少； 2.運營車輛行駛方便。 1.斷面的布設受限于既有隧道； 2.開挖寬度大

4、，設計和施工技術復雜。 洞口接線地形受限，地物較多，用地指標限制的地段。表表1 1 擴寬形式的優(yōu)缺點和適用范圍擴寬形式的優(yōu)缺點和適用范圍三、原位拓寬的工法n原位拓寬是隧道擴建的主要方法之一，根據(jù)隧道和洞口接線的地形、地物及地質(zhì)條件，主要有三種的擴寬形式。 內(nèi)側(cè)擴寬外側(cè)擴寬兩側(cè)擴寬組合三、原位拓寬的工法n原位拓寬主要三種方法的比較拓寬形式拓寬形式簡簡 圖圖優(yōu)優(yōu) 點點缺缺 點點方法一外側(cè)擴寬最大限度地保持中夾巖的寬度，減小倆洞間的受力和施工干擾。1.洞口接線占地相對較大；2.存在非對稱受力。方法二內(nèi)側(cè)擴寬洞口接線占地相對較小1.中夾巖的寬度小，倆洞間的受力和施工干擾相對較大；2.存在非對稱受力。方

5、法三兩側(cè)擴寬受力基本對稱施工工序相對復雜。三、原位拓寬的工法n原位拓寬根據(jù)拓寬的形式可分為兩種工法單側(cè)邊擴挖 兩側(cè)擴挖 適用內(nèi)外側(cè)擴寬適用兩側(cè)擴寬圖圖3-1 3-1 拓寬隧道施工現(xiàn)場拓寬隧道施工現(xiàn)場原隧道三、原位拓寬的工法nIV、V級圍巖單側(cè)邊擴挖工法的主要工序 原有洞室下半斷面回填開挖支護左上導坑（原洞側(cè)）開挖支護左下導坑（原洞側(cè)）開挖支護右上導坑開挖支護右下導坑拆除臨時支撐澆筑二襯混凝土三、原位拓寬的工法n單側(cè)邊擴挖工法的主要工序示意 圖圖3-2 3-2 單側(cè)邊擴挖工法示意單側(cè)邊擴挖工法示意123456三、原位拓寬的工法nIV、V級圍巖兩側(cè)邊擴挖工法的主要工序 原有洞室下半斷面回填開挖支護

6、中上導坑 開挖支護左上導坑 開挖支護右上導坑 開挖支護中下導坑 開挖支護左下導坑 開挖支護右下導坑 拆除臨時支撐澆筑二襯混凝土三、原位拓寬的工法n兩側(cè)邊擴挖工法的主要工序示意12345678圖圖3-3 3-3 兩側(cè)邊擴挖工法示意兩側(cè)邊擴挖工法示意三、原位拓寬的工法n對比兩種工法n共同點：利用原有的隧道洞室作為臨空面，作為擴挖的起始步。n不同點：由于原有隧道洞室所處的位置不同，使得兩側(cè)邊擴挖工法分步較單側(cè)邊擴挖工法分步多，增加了施工的復雜性和延長了施工工期。四、原位擴寬隧道的力學特性n圍巖和初支的受力特點 n目的：了解三種主要擴寬形式的圍巖和初支的受力特點 n采用的工具:有限元計算程序 n分析的

7、對象:相同模型大小和邊界條件下的V級圍巖三種典型擴寬形式 圍巖容重（KN/m3）變形模量(MPa)泊松比內(nèi)摩擦角()粘聚力（MPa）V級19.015000.35260.18表表4-1 4-1 圍巖物理力學主要指標圍巖物理力學主要指標 四、原位擴寬隧道的力學特性n模型大小：200米110米（寬高），本例原有兩車道隧道的中距40米，拓寬后隧道開挖凈寬xx米。n圍巖和初支的受力特點n模型邊界條件：左右邊界為水平約束，下邊界為豎向約束，上邊界為自由邊界。n單元：圍巖采用彈塑性三角形實體單元 ，屈服準則為：德魯克普拉格準則。噴射混凝土及鋼支撐采用梁單元，錨桿采用桿單元 。四、原位擴寬隧道的力學特性n圍巖

8、和初支的受力特點n初期支護參數(shù)：錨桿直徑25mm，長度5.5米，布設間距0.7米0.5米；鋼支撐采用工25b的型鋼，間距0.5米；噴射混凝土采用C25濕噴混凝土，厚度35厘米。圖圖4-1 4-1 擴寬模型網(wǎng)格劃分示意擴寬模型網(wǎng)格劃分示意四、原位擴寬隧道的力學特性n三種擴寬工法圍巖屈服區(qū)的比較 圖4-2a 外側(cè)擴寬圖4-2b 內(nèi)側(cè)擴寬最大最小四、原位擴寬隧道的力學特性n三種擴寬工法圍巖屈服區(qū)的比較圖4-2c 外側(cè)擴寬n結(jié)果表明：三種方法中外側(cè)拓寬的圍巖屈服區(qū)面積最小，內(nèi)側(cè)擴寬最大，比外側(cè)拓寬大32%。四、原位擴寬隧道的力學特性n三種擴寬工法圍巖屈服區(qū)的比較n以外側(cè)擴寬（方法一）的圍巖屈服區(qū)面積為

9、基數(shù)1.0，與內(nèi)側(cè)擴寬（方法二）、兩側(cè)擴寬（方法三）進行比較。圖圖4-3 4-3 拓寬形式屈服區(qū)比較拓寬形式屈服區(qū)比較四、原位擴寬隧道的力學特性n三種擴寬工法初期支護內(nèi)力的比較 軸力彎矩圖圖4-4 4-4 外側(cè)擴寬內(nèi)力外側(cè)擴寬內(nèi)力n方法二（內(nèi)側(cè)擴寬）的軸力和彎矩最大n方法三（兩側(cè)擴寬）的軸力和彎矩最小 四、原位擴寬隧道的力學特性n三種擴寬工法初期支護內(nèi)力的比較n以外側(cè)擴寬（方法一）的內(nèi)力為基數(shù)1.0，與內(nèi)側(cè)擴寬（方法二）、兩側(cè)擴寬（方法三）進行比較。圖圖4-5 4-5 各拓寬形式初期支護內(nèi)力比較各拓寬形式初期支護內(nèi)力比較 四、原位擴寬隧道的力學特性n三種擴寬工法初期支護內(nèi)力的比較n方法三（兩側(cè)

10、擴寬）的軸力僅為方法一的82.3%，彎矩僅為方法一的80%。n分析上述圍巖塑性區(qū)和初期支護的受力情況，擴寬方法對圍巖及支護的受力特性有一定的影響。方法三的圍巖塑性區(qū)面積與方法一相當，而初期支護的軸力和彎矩比方法一有一定的改善，僅為方法一的82.3%，因此單從受力特性上來看，拓寬方法三（兩側(cè)擴寬）有一定的優(yōu)勢。四、原位擴寬隧道的力學特性n二次襯砌圍巖壓力的探討n二次襯砌是隧道的支護結(jié)構(gòu)組成的主要部分，在軟弱圍巖段它承受著部分甚至大部分的圍巖壓力。 n二次襯砌計算采用結(jié)構(gòu)-荷載法，荷載的確定對二次襯砌的計算是重要的。n新建大跨度單洞4車道隧道的圍巖壓力，在修訂的公路隧道設計規(guī)范中已有規(guī)定。四、原位

11、擴寬隧道的力學特性n修訂公路隧道設計規(guī)范荷載計算（6.2.3條）n垂直均布壓力 q=0.452S-1 S-圍巖級別； -寬度影響系數(shù) =1+i（B-5） i - B 每增減1m 圍巖壓力增減率隧道寬度B14B25圍巖壓力增減率i考慮施工過程分導洞開挖0.07上下臺階法或一次性開挖0.12表4-2 圍巖壓力增減率i i取值表形式?jīng)]有變化變化四、原位擴寬隧道的力學特性n原位擴建的荷載如何計算？n修訂公路隧道設計規(guī)范17.3.3-1既有隧道施工時對圍巖擾動不大、施工期間未發(fā)生大變形、坍方等，且經(jīng)過一定時間運營后，圍巖無明顯變異的段落，可參照新建隧道計算圍巖壓力。怎么會呢？圖4-6 洞室對圍巖應力（3

12、）的影響明顯不一樣！四、原位擴寬隧道的力學特性n基于規(guī)范公式的系數(shù)修正法 n原洞室的存在和位置對圍巖壓力的大小和分布形式有著一定的影響。在缺乏類比及經(jīng)驗資料的情況下可采用基于規(guī)范公式的系數(shù)修正法對圍巖的壓力進行計算，公式如下：iiifFnFi-修正后的圍巖壓力ni圍巖壓力修正系數(shù)nfi-由規(guī)范（修正稿）求得的圍巖壓力這樣行嗎？關鍵四、原位擴寬隧道的力學特性n圍巖壓力修正系數(shù)i i是關鍵數(shù)字模型比較法求出n拓寬形式的數(shù)據(jù)模型求得特征點的位移與單洞同參數(shù)隧道的特征點的位移比來求得n垂直壓力修正系數(shù)采用拱頂豎直位移比 n內(nèi)外側(cè)水平壓力的修正系數(shù)采用邊墻水平位移比 四、原位擴寬隧道的力學特性圖圖4-7

13、 4-7 各拓寬方式圍巖壓力修正系數(shù)各拓寬方式圍巖壓力修正系數(shù)n原洞室存在和位置對擴寬圍巖壓力影響較大四、原位擴寬隧道的力學特性n二次襯砌荷載承擔系數(shù) n圍巖壓力由初期支護和二襯共同承擔，存在著兩者分擔荷載比例的問題 n初期支護完好，二次襯砌荷載承擔系數(shù)不會大于二次襯砌的剛度和復合式襯砌的剛度之比n設計中可以用二次襯砌的剛度和復合式襯砌的剛度之比作為二次襯砌荷載承擔系數(shù) 四、原位擴寬隧道的力學特性n二次襯砌荷載承擔系數(shù)計算1n二次襯砌荷載承擔系數(shù)n二次襯砌于初期支護的剛度比 nEe、Ec二次襯砌和初期支護砼的抗彎彈性模量nIe、Ic二次襯砌和初期支護的慣性矩cceeIEIEcceeIEIEcc

14、eeIEIE五、原位擴寬設計特點n隧道原位拓寬，由于原洞室的影響，在圍巖的穩(wěn)定、支護結(jié)構(gòu)的受力情況以及施工工法方面與新建四車道隧道存在著一定的差異。 n在設計工作中有其特點 五、原位擴寬設計特點n設計工作中的特點1.收集原有隧道的設計和施工資料：隧道各段落實際圍巖級別、施工過程的病害及處置情況、施工過程的變更、監(jiān)控量測資料和竣工圖等技術資料，重點對塌方段落的病害處置情況進行研究 2.對原有隧道進行全面的技術檢測：根據(jù)檢測數(shù)據(jù)對原有隧道做出安全評估。檢測中應特別注意隧道背后的空洞的大小和分布情況，二次襯砌的厚度、混凝土標號以及裂縫等；五、原位擴寬設計特點n設計工作中的特點3.原位擴建通常是在交通

15、量較大地段，設計中要增加交通保障設計:一般采用一洞擴建，一洞雙向通車或采用一洞擴建，一洞單向通車加另一行車方向繞行等方式維持車輛通行； 泉廈高速公路的大帽山隧道擴建方案采用新建一個四車道隧道和右洞原位擴建為四車道隧道的方案。例子五、原位擴寬設計特點n設計工作中的特點大帽山隧道橫斷面布置五、原位擴寬設計特點n設計工作中的特點a、施工新建四車道隧道，利用原有隧道維持正常交通，這時不需要臨時交通組織。五、原位擴寬設計特點n設計工作中的特點b、新建隧道施工完后，將需要原位擴建隧道側(cè)的交通轉(zhuǎn)換到新建隧道，然后進行隧道原位擴建。五、原位擴寬設計特點n設計工作中的特點c、隧道擴建施工完成后為標準八車道組織交

16、通。五、原位擴寬設計特點n設計工作中的特點4.考慮原洞的影響：設計中除了考慮地形地質(zhì)條件外，還應考慮原洞的位置、大小對支護參數(shù)和施工工法的影響。 某拓寬隧道非對稱支護示意某拓寬隧道非對稱支護示意 五、原位擴寬設計特點n設計工作中的特點特點：非對稱支護設計，靠近原洞室一側(cè)，錨桿改為小導管注漿，以更好地加固多次擾動的圍巖。 下表：某隧道復合式支護設計參數(shù)，V圍巖加強段才用了雙層噴射混凝土支護，以增強初期支護的強度和，系統(tǒng)錨桿采用中空錨桿和小導管注漿相結(jié)合的方式布設。 五、原位擴寬設計特點n設計工作中的特點襯砌類型初期支護二次襯砌C25噴射砼錨桿+42小導管鋼拱架厚度(cm)長度(m)間距(m)類 型縱距(m)厚度(cm)/標號V級加強25+20（雙層）60.70.5工20b 0.565/C40鋼筋格柵V級一般3560.70.5工25b0.565/C40IV級一般2661.00.5工20b1.050/C30某隧道復合式支護設計