教材精读 · 公路工程

隧道围岩分级与构造详解

在公路隧道工程中,围岩分级是设计与施工的核心依据,而合理的隧道构造则是保障隧道安全运营与施工的关键。本文将围绕隧道围岩分级、隧道构造两大核心内容进行科普解读。

本文目录 · 10 节

在公路隧道工程中,围岩分级是设计与施工的核心依据,而合理的隧道构造则是保障隧道安全运营与施工的关键。本文将围绕隧道围岩分级、隧道构造两大核心内容进行科普解读。

一、隧道围岩分级

1. 围岩分级的重要性

隧道围岩分级是隧道设计、施工的基础依据,直接影响施工方法选择、衬砌结构类型及尺寸确定,甚至施工劳动定额、材料消耗标准的制定,是保障隧道工程安全与经济性的核心前提。

2. 围岩分级标准

我国公路隧道围岩分为Ⅰ至Ⅵ六级,各级围岩的特征及岩体质量指标如下:

  • Ⅰ级:坚硬岩,岩体完整,岩体基本质量指标BQ>550;
  • Ⅱ级:坚硬岩且岩体较完整,或较坚硬岩且岩体完整,BQ值为550~451;
  • Ⅲ级:坚硬岩岩体较破碎、较坚硬岩岩体较完整,或较软岩岩体完整(整体状/巨厚层状结构),BQ值为450~351;
  • Ⅳ级:坚硬岩岩体破碎、较坚硬岩岩体较破碎至破碎、较软岩岩体较完整至较破碎、软岩岩体完整至较完整,BQ值为350~251;此外压密/成岩作用的黏性土、黄土(Q₁、Q₂)、钙质/铁质胶结的碎石土等土体也属于Ⅳ级围岩;
  • Ⅴ级:较软岩岩体破碎、软岩岩体较破碎至破碎、极软岩或极破碎岩,以及一般第四系半干硬至硬塑黏性土、潮湿碎石土等,BQ值≤250;
  • Ⅵ级:软塑状黏性土、潮湿饱和粉细砂层、软土等特殊土体。

注:该分级不适用于膨胀性围岩、多年冻土等特殊条件。

3. 围岩级别判定方法

判定围岩级别需采用综合评判法,主要分为两步:
① 初步分级:结合岩石坚硬程度、岩体完整程度的定性特征,以及岩体基本质量指标BQ进行判定;
② 综合定级:在初步分级基础上,考虑地下水、软弱结构面等修正因素,得到岩体修正质量指标[BQ],再结合定性特征确定最终围岩级别。

此外,现场施工中常采用工程类比法或经验法快速判定。

图1

图:隧道围岩分级判定流程图

二、隧道构造

隧道结构由主体构造物和附属构造物两部分组成:主体构造物包括洞身衬砌和洞门构造物,是隧道的核心承重结构;附属构造物则为保障运营、施工、安全等设置,如通风、照明、排水设施等。

1. 隧道分类

隧道可按跨度和长度进行分类:

  • **按跨度分类:**分为小跨度(开挖宽度B<9m,如平行导洞、施工通道)、一般跨度(9≤B<14m,如单洞两车道隧道)、中等跨度(9≤B<19m,如单洞三车道隧道)、大跨度(B≥18m,如单洞四车道隧道)四类;

图2

  • **按长度分类:**分为特长隧道(L>3000m)、长隧道(1000<L≤3000m)、中隧道(500<L≤1000m)、短隧道(L≤500m)四类。

图3

2. 洞门类型及构造

洞门是隧道的外露结构,兼具支挡边坡、拦截落石、引导排水的作用,也是隧道的标志性建筑。

  • **洞门类型:**主要分为两类:
    ① 端墙式洞门:包括墙式、翼墙式、台阶式、柱式、拱墙式,多垂直于隧道轴线设置,翼墙式还可支挡路基边坡;
    ② 明洞式洞门:包括直削式、削竹式、倒削式、喇叭口式、棚洞式、框架式,其中棚洞式适用于仰坡易碎落的洞口,框架式适用于隧道上方有公路或建筑的场景。

图4

图:常见隧道洞门类型对比图

  • **洞门构造要求:**洞门端墙最小厚度不小于0.5m,翼墙不小于0.3m;端墙基础需埋入稳固地基,岩石地基不小于0.2m,土质地基不小于1.0m;同时需设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔,满足抗震要求。

3. 明洞类型及构造

明洞采用明挖法修建,适用于隧道洞口覆盖层薄、存在不良地质、上方有建筑等场景。

  • **明洞类型:**分为拱形明洞和矩形明洞。拱形明洞适用于洞顶回填厚、有塌方/落石风险或需抵抗滑坡推力的情况;矩形明洞适用于高度受限的地段。
  • **明洞构造要求:**采用钢筋混凝土结构;半路堑拱形明洞需考虑偏压,可设置反压回填;围岩差时需设仰拱;地质变化段设沉降缝,气温多变地区设伸缩缝;防落石明洞需验算冲击荷载安全性。

4. 隧道衬砌类型及构造

衬砌是隧道的内部承重结构,直接承受围岩压力。

  • **衬砌类型:**主要有锚喷衬砌、整体式衬砌、复合式衬砌,按断面形状可分为曲墙式、直墙式、连拱式。其中二级公路隧道需采用复合式衬砌;三级及以下公路隧道洞口段、Ⅳ~Ⅴ级围岩洞身段采用复合式或整体式衬砌,Ⅰ~Ⅲ级围岩可采用锚喷衬砌。
  • **衬砌构造要求:**围岩差、侧压力大的地段需设仰拱;洞口段需设不小于10m的加强衬砌;围岩较差地段衬砌需向较好地段延伸5~10m;横通道与主洞交叉段需加强衬砌。

5. 隧道逃生与救援

隧道施工需配备完善的应急救援体系:

  • 配备应急救援设备、物资并定期维护,不得挪用;
  • 规划逃生路线,设置避难场所并配备逃生设备;
  • 重要场所设置应急照明与逃生标志,应急照明需有备用电源;
  • 建立兼职救援队伍,保障通风、供水、供电设备正常运行并备有备用设备;
  • 软弱围岩隧道施工时,掌子面至二次衬砌间需设置逃生通道 Tosca,距离掌子面不大于20m,内径不小于0.8m。

图5

图:隧道施工逃生通道布置示意图

图片来自网络,如有侵权请联系删除。版权说明·3698680505@qq.com

本文为自编总结与短引用,仅供学习参考;不提供教材原文 PDF 或真题原卷下载。如涉版权问题,请联系删除。