山区高速公路棚洞结构优化研究

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1、引言图1．2路堑设计方案图影响边坡稳定的因素是多种多样的，包含地形地貌、区域地质构造与地震、岩体结构、岩土特性、地表及地下水以及边坡的施工方法及工艺。其破坏类型一般有平面破坏、楔体破坏、圆弧破坏、倾倒破坏和溃曲破坏。其稳定分析方法也较多，对于不同性质的边坡可以采用不同的力学模型与分析方法，如工程地质类比法、图解分析法、极限平衡分析法和基于有限元强度折减的数值分析法等。路堑方案的防护工程费用在工程造价中占相当份额。由于对深路堑的工程地质条件勘探、认识不足，边坡设计不合理，边坡防护加固支挡方案不可行，施工方法不规范，致使国内许多山区高等级公路路堑边坡

2、在施工阶段产生变形、滑塌、失稳等破坏，又在处理这些路堑边坡失稳中追加了相当大的工程费用，在公路运营阶段，路堑边坡失稳或产生病害，将造成高速公路临时断通，直接影响运营效益。同时，由于路堑边坡放坡增加了相当大的占地面积，在森林、饮用水源地区、城市公园绿地等地区，高大边坡和由于边坡失稳引起的路基病害，较大的破坏了这些地区的自然生态环境，造成水土流失，破坏了自然景观，造成了不良的社会影响。(2)明洞方案为了保护环境，在沿河傍山的公路设计时可以考虑采用明洞方案，尽量减少对周围原生植被的破坏，明洞施工完成后再通过回填植草绿化等措施恢复原始地形地貌。通过调查综

3、合分析国内外相关公路隧道建设资料，对沿河傍山路段，国外也常采用明洞设计方案，明洞有全封闭与半封闭形式。在沿河傍山高速公路建设中，在隧道洞口设置一定长度的明洞已较为普遍，如重庆的真武山隧道出口、铁山坪隧道进口、深圳大梅沙隧道进出口、云南阳宗隧道进口、广东大宝山隧道进口、靠椅山隧道进口等。作为高速公路洞口环保型技术，明洞可以有效地减小隧道边仰坡的放坡高度，有效地控制洞项落石等危及行车安全事故的发生。明洞结构施工完成后对边仰坡可以采用绿化种草等措施，同时配合景观设计。明洞断面一般采用与隧道洞身洞门相同的断面形式，基础设3北京交通大学硕士学位论文置仰拱，

4、结构一般为钢筋混凝土结构。设计中主要考虑结构自身重量和拱背覆盖土石重量，再结合抗震等要求综合验算确定结构厚度。设计参数根据工程条件不同，往往有一定的差异。图l-3明洞设计方案图图1．3所示为某明洞方案设计图，根据公路实际地形情况，设计中采用了钢筋混凝土拱型明洞，并设计钢筋混凝土仰拱。根据工程地质情况，明洞拉槽时靠山侧边坡坡率一般为1：0．5,--,1：1，每级坡高度为8～10米，设l～1．5米宽的平台，临时支护采用喷锚防护；明洞选离山体一侧常采用浆砌片石反压；明洞顶采用土石回填，表面植草防护。目前，明洞结构多位于公路隧道洞口地段，主要是解决隧道洞

5、口仰坡稳定和隧道洞口运营安全问题。明洞常与偏压挡墙联合使用，在傍山斜坡地形条件下回填工程量和影响范围较大。同时，当明洞采用传统施工方案施工时，由于明洞基础拉槽切坡，往往边坡较高，边坡上刷坡范围大，对原生植被和自然环境影响较大，不利于保护环境；虽然明洞结构完成后采用回填土石植草等恢复自然地貌，但明洞自身结构承载能力有限，不容易也不能完全恢复原始地形。棚洞属于高速公路建设中的新型结构物，不仅对公路边坡具有支挡作用，同时还具有公路隧道的功能，典型棚洞设计方案见图1．4。4引言图1．4平顶斜柱棚洞方案图由于是新型结构，棚洞结构设计、棚洞防排水措施、棚洞洞

6、口处理、棚洞施工工艺等尚没有适用的规范、明确的标准和成熟的方法。一方面，棚洞建造的适用性、设计与施工技术不成熟，施工难度大，容易诱发滑坡，导致结构失稳；另一方面，对棚洞结构和边坡的相互作用机理研究甚少，不能很好地利用棚洞对边坡的支挡作用，致使棚洞结构设计过于保守，加大工程建设成本。因此，这种新型结构对高速公路隧道的建设提出了更高的要求，对设计与施工均提出了相当大的挑战总之，棚洞在公路建设环保方面具有较大的优势，在高速公路建设中受到越来越多的重视和应用。由于依托项目不多，建成的工程实例较少，其设计和施工等关键技术尚不成熟，因此，很有必要开展棚洞结构

7、设计与施工方面的专题技术研究。1．2研究目的-+●论文依托我国西部重庆及甘肃等地区的多条拟建高速公路中的棚洞工程，围绕棚洞结构适应性、防排水、棚洞与边坡相互作用、环境保护等核心问题，通过科技攻关，研究得到沿河路段棚洞结构适应性及设计与施工中的关键技术，有效解决棚洞结构建设中的诸多技术难题，使棚洞结构在山区公路建设中发挥出环境友好、资源节约的优势，有效地协调上述建设与环保间的矛盾，真正达到和谐交5北京交通大学硕士学位论文通的目的。论文通过对棚洞结构受力特点的分析，充分调研山区高速公路建设的地形地貌特征、工程地质与水文地质状况，重点研究棚洞结构形式、

8、防排水设计方案、棚洞施工工艺及棚洞的适用范围，提出棚洞结构设计和施工的成套技术，并与明洞、棚架、人工边坡等山区公路常用的工程手段进行对比