小关大跨度连拱隧道的设计与施工是一项极具挑战性的工程。

在设计方面，需充分考虑隧道的大跨度特性，合理规划拱圈结构以确保稳定性。要精确计算连拱之间的受力关系，采用合适的衬砌结构设计，能承受上方山体压力及其他荷载。例如，采用高强度的混凝土材料和合理的配筋设计。

施工过程复杂，首先面临着开挖顺序的难题。需采用科学的分步开挖法，如先开挖一侧导洞，进行初期支护后再开挖另一侧，以减少对山体的扰动。同时，要严格控制爆破参数，防止对围岩过度破坏。施工过程中还需加强监测，及时反馈数据以调整施工方案，确保隧道安全高效地建成。

    【提 要】：小关隧道属贵阳市中心环北线项目关键工程之一，大跨连拱、型式新颖受力复杂并穿越断层地带。本文就洞口和衬砌等结构的设计作一探讨，并对施工阶段的相互影响进行了数值模拟，最后就施工事项进行了简要介绍。（参考《建筑中文网》）

    【关键词】：大跨连拱隧道断层中隔墙
   
    Abstract: The project under question, Large span project at Xiaoguan, is one of the key projects for Ring Line North . Long span, with multi-arch , brand new configuration , complicated in force bearing, and the project is situated in fault zone. This paper makes a brief description of construction at portal, and lining jobs.

    Keywords: long span tunnel， faulty zone， middle bulkhead.
   
    1 工程概况
    小关隧道全长273m，是贵阳市中心环北线项目的关键工程之一。隧道最大埋深为75m，局部地形陡峻；进、出口端均浅埋于Ⅱ类围岩中，地表为第四系残积粘土层，厚0～2m，局部为断层破碎物质，下伏基岩为三叠系中疏松泥质白云岩、灰岩，因此地质条件很差。其中进出口端的断层陡倾，节理发育，产状变化大，岩体破碎，且软硬质岩石相间，当地表水沿硬质岩渗透到软硬岩交汇处时，会迅速降低岩石的物理力学和化学性能，在掘进过程中易引起坍方掉块。
    隧道穿越城市山岭，受地理因素所限，上、下行线路无法分离，故设计成双跨连拱隧道形式。有关尺寸参见公路隧道设计规范的高速公路山岭地区隧道建筑限界，中直墙厚2m，上纵坡度为3‰。
   
    2 结构设计
    2.1 洞口设计
    小关隧道进出口端均位于Ⅱ类围岩地段，进口段地形等高线与线路中线成45°斜交，洞口上方左低右高的地形易产生偏压。设计的连拱形式毛洞宽24m，洞顶两侧地表高差7～8m，为抵抗偏压修建了明洞，长7m；洞门采用柱式结构，能起到抵挡仰坡下滑和增强端墙稳定性的作用，同时作建筑艺术的效果处理，右侧高边坡处设置10m长的挡墙，以降低边坡高度。出口也相应修建5m明洞,同样采用柱式洞门结构，在边坡高度已满足隧规要求的情况下省略挡墙布置，并在两端运用管棚进洞的辅助措施。
    2.2 衬砌结构设计
    隧道衬砌结构设计为双跨连拱结构形式，中隔墙为直线形，两侧边墙为曲线，边墙与拱圈内轮廓为单一的圆弧。依据新奥法原理指导设计与施工，衬砌结构采用复合形式，支护结构形式见图1。

    图1 连拱隧道村砌结构图
    Ⅱ类围岩区域围岩松软，施工中周边围岩松动及位移不可避免，故在设计中采用I18型钢钢架支撑，并用热轧无缝钢管42mm的超前小导管进行预支护。衬砌初期支护采用锚网喷形式，二衬定为钢筋砼结构。Ⅲ类围岩段设置钢花拱，可防止拱部产生较大的坍塌，同时也能保持侧壁的稳定，二次模注衬砌与Ⅱ类厚度等同。主要支护参数见表1。
   

    表1 主要支护参数

    3 数值模拟
    3.1 计算原理与模型
    采用空间弹塑性有限元方法对施工的不同阶段进行模拟计算。岩土类材料屈服条件表示为f(σ)＝K(k)，计算时采用Drucker-Prager屈服准则，建立其本构方程，然后由求得的各高斯点的强度发挥系数确定隧道围岩塑性区范围。
    Ⅱ类围岩浅埋隧道段向上计算范围取至地表，计算时不同岩体视为均匀介质，隧道围岩、初期支护用平面等参数单元模拟，二次衬砌锚杆分别用梁单元和轴力杆单元近似模拟。图2、图3即为相应的衬砌内力示意图。

    （a） 轴力图(单位：kN)（b）弯矩图（单位：kN）

   
    3.2 结果分析
    计算结果见表2和表3。
   

    表2 Ⅱ类围岩不同施工阶段洞室收敛位移及洞室周边围岩最大主应力计算结果

    表3 Ⅲ类围岩不同施工阶段洞室收敛位移计算结果

原文网址：http://www.pipcn.com/research/200809/13603.htm