市政道路隧道改扩建工程方案的比选研究

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1、市政道路隧道改扩建工程方案的比选研究何丹风1王伟军2王军波3（弘业建设集团有限公司）摘要：木文以市政道路某隧道扩建工程为依托，并结合隧道现状，拟定多个方案进行数值模拟比选，研究成果可为类似的隧道施工提供参考。关键词：方案比选；隧道施工；改造20世纪七、八十年代城市的公路隧道大多设计为双车道，而随着社会不断进步以及人们牛.活水平的不断提高，车辆拥有量也达到新的规模，使得原有的双车道道路通行能力不能满足现阶段的使用要求，在一定程度上阻碍了城市发展的进程。目前关于地下空问扩建的研宄较少，合理的扩建形式及工序关系着工程安全、投资规模等，因而对隧道改扩建的形式及施工工

2、序进行研究很有必要。一、工程概况某隧道位于城市主干道二环路东北段，其平面呈分离双洞布置，按单洞2车道进行设计，双洞中心问距约38m,隧道长约377m。2009年在隧道北侧约30m修建一座双向混行的行人和非机动车道，其路面净宽约6.5m，隧道长约205m,洞外分別设置过街天桥和高架桥下穿横通道。通过对该隧道进行全面检测，结果表明左右主洞己出现了结构开裂、衬砌背后回填不密实或有空洞、滲漏水等病害。洞外道路己经过拓宽和立交改造，其宽度为双向8车道，主路为双向4车道高架桥跨越沿路路U,已形成快速交通通道；高架桥两侧分别设置约9m宽（ti括2个快速交通通道和1个非机动

3、车道）的辅路，辅路外侧为人行道。因此，隧道与洞外道路的通行能力不匹配。三、安全性计算分析根据隧道裂缝检查、隧道二次衬砌强度检查和隧道二次衬砌厚度及背后空洞检测结果，南洞隧道衬砌裂缝和衬砌材料劣化相对比较严重，其中KS+040-KS+080段尤为严重，故选取KS+067作为最不利断面进行计算。施工竣工图资料表明，该处隧道埋深为40m，计算假定围岩属于理想弹塑性材料，符合摩尔一库伦屈服准则，采用板单元;衬砌结构视为线弹性，采用梁单元;钢拱架通过提高初期支护的弹性模量来模拟，围岩预加固和二衬可作为安全储备。通过分析方案1可以知道，隧道改扩建完成后，辅路左洞隧道右下

4、拱脚位置最大水平位移-2.2mm，主、辅路左洞隧道间距较小，图中水平位移云图相接，说明应加强支护措施，以稳定两洞间围岩。由于主路左洞隧道为新建，在初始地应力作用下，隧道开挖后竖向位移变化较大，仰拱隆起，最大位移6.37mm，拱顶最大位移4.79mm。另查看衬砌结构轴力云图，既冇主路石洞隧道左侧墙处最大轴力4.30×103kN，拱脚处最大弯矩5.24×l02kN·ma通过分析方案2可以知道，隧道改扩建完成后，左、右洞隧道位移及内力云图基本对称，仰拱隆起最大位移9.76mm;拱顶最人下沉6.14mm。另査看衬砌结构轴力云图（

5、略），隧道侧墙处最大轴力4.29×103kN，拱脚处最大弯矩5.83×102kN·m。通过分析方案3可以知道，隧道改扩建完成后，左洞隧道仰拱隆起最大位移9.55mm;拱顶最大下沉5.45mm。另查看衬砌结构轴力云图，隧道侧墙处最大轴力4.24×103kN，拱脚处最大弯矩5.72×102kN·m。四、方案比选隧道工程的拓宽改造方案可能会出现多种组合，艽基本方案一般奋两种，即保留既右隧道增建复线隧道和拆除既右隧道扩建既右隧道。受周边条件的制约，增建复线隧道一般与既有隧道呈小浄距的平面布置

6、，这种情况在用地紧张、环境复杂的隧道改扩建工程中比较多见。如果既奋隧道围岩在隧道修建吋曾受到过施工扰动，围岩整体稳定性和自承能力会降低;如果在施工中曾发生过大超挖或坍塌，II既有隧道结构又存在严重病害，拓宽改造施工就会面临较人的安全风险。其风险主要表现为:扩建既奋隧道衬砌拆除施工中可能会出现围岩掉块、坍塌等险情;增建复线隧道的近距离施工干扰会对既奋隧道的结构安全产生不利影响。因此，无论采用哪一种拓宽改造方案，都必须将既冇隧道作为重点关注对象，应进行安全控制。方案1，交通组织较好，施工对交通的影响较小，但须拆除改建部分高架桥，施工周期长，造价高。方案2,对高架

7、桥无影响，施工场地条件好，但须中断或管制先行拓宽隧道的洞内交通，对交通影响大。方案3,对高架桥无影响，施工对交通的影响小，工期较短，投资较低，但对施工爆破要求较高。由于二环路交通量大，是城市交通路网中的主干道，一旦出现交通中断情况，会造成大范围的交通瘫痪，其影响后果严重，因此，在改造过程中须尽量避免或减小对交通和既有结构物的影响。综合各种因素，建议方案3作为拓宽改造的实施方案。五、改造的控制因素及原则(1)隧道与洞外道路的路面宽度不匹配，应结合隧道及其洞外道路交通现状进行隧道拓宽改造，形成隧道与洞外道路交通的畅通衔接，解决隧道交通瓶颈问题。为保持隧道与洞外主

8、路和辅路的交通顺接，需将隧道的机动车道从双向4车道拓