宛坪高速公路隧道觀測與施工控制技術研究
調研報告與研究計畫
一、前言
南陽市宛坪高速公路是上海至武威國家重點幹線公路的重要組成部分，也是河南省規劃的「五縱、四橫、四通道」高速公路主骨架中「第四橫」的組成部分。公路地處豫西南山地，跨南陽盆地西北邊緣，屬秦嶺山系東段，大部分為山嶺重丘區，地形起伏較大。宛坪高速公路設計有16座隧道，總長度3249公尺，隧道按六車道標準一次實施，均為大跨度連拱隧道，技術標準高，工程規模大。
連拱隧道是一種較新的隧道結構形式,與傳統的分幅修建單體隧道相比，連拱隧道**路平面、洞口位置等的選擇上均較分幅修建隧道優越，而且自由度較大，因此我國在高等級公路及市政道路建設中, 為獲得良好的技術經濟效果越來越多地採用了連拱隧道方案。我國已經在雙向四車道連拱隧道設計與施工中積累了許多經驗，在施工方法及工序、中隔牆的防水等方面取得了一定的成果，交通西部專案也對於連拱隧道建設關鍵技術進行了立項研究。但是對於六車道大跨度連拱隧道，國內外可供模擬的工程不多，其中截止到2023年5月，我國已經建成的或者在建部分雙向六車道連拱隧道如表1。
由於六車道連拱隧道跨度大，結構複雜，不利因素多，設計和施工難度很大。
二、全線路基基本情況簡介
宛坪高速公路地處豫西南山地，跨南陽盆地西北邊緣，屬秦嶺山系東段，山脈走向為北西－南東及北東－南西向。大部分路段地處構造剝蝕基岩低中山區，區域性路段為處山間盆地，形成山川相間的地貌格局，總體地勢為西北高東南低，西北方向海拔高度一般在900-950公尺之間；東南方向海拔高度一般在200-260公尺之間，相對高差600-700公尺。高速公路設計有六車道大跨度連拱隧道16座，總長度3249公尺，均為短隧道。
相應的公路隧道技術標準如表2。
表2 隧道技術標準沿線隧道分布表
沿線隧道分布表如表3（部分資料待補充）。
表3 沿線隧道分布表
隧道襯砌結構設計基本情況說明如下：
（1）橫斷面設計
隧道按雙洞單向行車雙跨連拱斷面設計，建築限界寬度14.0公尺，其構成為： 0.
75（檢修道）+1.0（右側餘寬）+3×3.75（行車道）+0.
5（左側餘寬）+0.5，因隧道均為短隧道，並考慮洞內外銜接等問題，故只在右側設檢修道，內輪廓採用三心圓，半徑ｒ＝8.05m，r＝6.
65m，建築限界高度 5.0m。
（2）襯砌結構設計
隧道洞口段結合地形、地質概況設定了長度不等的明洞，明洞均採用鋼筋混凝土結構。隧道洞身段襯砌均按新奧法原理設計，採用複合式襯砌。ⅳ級圍岩（圖中ⅲ類）複合式襯砌斷面和ⅴ級圍岩深埋段導洞襯砌斷面圖分別如圖1和圖2。
圖1 ⅳ級圍岩複合式襯砌斷面圖
圖2 ⅴ級圍岩深埋段導洞襯砌斷面圖
初期支護採用噴、錨、網、鋼架支護，二次襯砌及中隔牆採用鋼筋混凝土或素混凝土襯砌，同時視地層、地質條件增加管棚、小導管、超前錨桿等預加固措施，洞口偏壓、淺埋地段結合地質條件採取地表注漿、反壓回填等工程措施。隧道支護引數選擇以工程模擬為主，並通過計算分析進行校核，在施工中還需通過現場量測分析調整設計引數，實現動態設計，資訊化施工。各類圍岩複合式襯砌支護設計引數見表4。
表4 各類圍岩複合式襯砌支護設計參數列
隧道洞門設計，本著「早進洞、晚出洞」的原則並結合隧道進出口地層、地貌特徵、開挖邊坡穩定性及洞口排水情況等確定了相應的洞口位置。洞門型式主要考慮使用功能，同時也考慮結合地形地貌的整體美化效果，設計了多種洞門型式，以端牆式和削竹式為主。除洞口開挖邊仰坡採用護面牆外，還結合地質條件輔以噴、錨、網等防護措施，最後植草綠化。
對於隧道施工方案的選擇，隧道進出口明洞均採用明挖，在確保洞口處邊仰坡穩定的條件下，然後就地模築全斷面整體式鋼筋混凝土襯砌。
ⅴ、ⅳ級圍岩段隧道暗洞採用三導洞先牆後拱法施工，ⅴ級圍岩淺埋段隧道施工方案如圖3，圍岩開挖支護順序如圖4。
圖3 ⅴ級圍岩淺埋段隧道施工方案
圖4 ⅴ級圍岩開挖支護順序
三導洞法施工要點為：
①對ⅱ、ⅲ類圍岩段合理控制三個導洞開挖作業之間的距離，中導洞先行，系隧道開挖的關鍵；再開挖地質條件較差或受力不利一側的導洞a，a導洞滯後中導洞8~10公尺；然後再開挖另一側導洞b，b導洞滯後a導洞8~10公尺，導洞均採用正台階法施工，台階長度5~8公尺，開挖進尺按兩榀鋼架間距進行。
②對ⅱ、ⅲ類圍岩段合理控制左、右主洞開挖作業面之間的距離，主洞開挖先進行導洞a側主洞，導洞b側主洞滯後a側主洞8~10公尺，主洞開挖亦採用台階法，ⅱ類圍岩上台階分部開挖留核心土，進尺控制同導洞開挖，然後進行初期支護施工，防排水施工。
③控制正洞開挖作業面與二次襯砌作業面之間的距離，正洞隧道開挖作業面與襯砌作業面之間距離最小按15公尺考慮。
④二次襯砌採用混凝土運輸車、輸送幫浦和襯砌模板台車的機械化配套施工方案，確保混凝土質量達到內實外光。
⑤ⅱ、ⅲ類圍岩在施工中要堅持「弱爆破、短開挖、強支護、早封閉」的原則。
⑥施工過程加強監測，及時處理分析資料，調整支護引數。
因本隧道為大跨徑連拱隧道，故隧道在施工開挖時，應盡可能採用弱爆破或光面爆破。在施作初期支護時，根據洞室軟弱圍岩穩定時間較短的特點，必須及時施作初期支護，盡早封閉成環，必要時採用噴射混凝土封閉掌子面。錨桿需作拉拔試驗，抗拔力不小於50kn，並根據圍岩監控量測結果以觀察拱頂下沉和拱腳收斂情況，若變形速率值突然增大，除加強初期支護外，必須立即封閉仰拱。
所有系統錨桿均採用了壓力中空注漿錨桿，通過壓力注漿使未膠結的圍岩形成整體和一定厚度的承載圈以提高自身承載能力，最終根據圍岩監控量測結果，在初期支護趨於穩定的條件下，全斷面模築二次鋼筋混凝土襯砌。
三、工程地質條件簡介
根據本路段的地貌成因型別、工程地質及水文地質測繪，結合鑽探揭示的地層岩性，線路段可劃分為兩個地貌單元，即山前丘陵地貌單元（ⅰ）和構造剝蝕低山地貌單元（ⅱ）。構造剝蝕低山地貌單元（ⅱ）又分為碎屑岩工程地質亞區、鬆散堆積物工程地質亞區、火成岩工程地質亞區和變質岩工程地質亞區等4個亞區。
主要地層、岩性：下伏主要以下元古界郭莊組（pt1q1）、寬坪組（pt1q3）、陶灣組（pt1q4）和大溝組（pt1d）；中元古界大廟組（pt2e1）、姚營寨組（pt2ml）和馬頭山組（pt2m2）的變質岩係為基底；上覆有古生界泥盆系沙溝組（d2-3sh），中生界白堊系上統（k2）。第三系缺失，第四系不發育，並平行不整合於中生界、古生界地層之上，厚度約2-10公尺，為鬆散沉積物所組成。
主要地層、岩性如下：
①泥盆系沙溝組（d2-3sh）：厚度大於1000公尺，岩性為石英片岩夾有鈣質片岩、大理岩及石英岩薄層。岩層產狀：
傾向北北西，傾角40-60度。節理極發育有三組-四組。主要分布在水峽河大橋以西(香坊溝-終點)。
②白堊系上統（k2）：厚度大於1000公尺，岩性上部主要由砂礫巖與紫紅色泥岩互層組成；中部主要由褐紅色泥質細砂岩夾薄層灰色砂礫巖、紫紅色泥岩組成；下部主要由紫紅色砂礫巖、灰色細砂岩、紫紅色泥質粉砂岩互層組成。岩層產狀：
傾向南西西，傾角20-25度，主要有兩組「x」節理，節理一般不發育，節理面平直，延伸一般數公尺，。主要分布在水峽河大橋以東(起點－香坊溝)。
③上更新統（q3）：厚度0.5-3.0公尺，為山坡殘、坡積物堆積。岩性主要為亞粘土，低部主要為粒徑10-40厘公尺的漂、卵礫組成。主要分布在山坡坡頂及坡腳。
④全新統（q4）：厚度2—10公尺，為河流衝、洪積物堆積。岩性為亞砂土、亞粘土與卵礫砂組成。主要分布在黑漆河、淇河、水峽河、丁河、老灌河等河流的河漫灘及一級階地。
宛坪高速公路地處秦嶺造山帶東段，在大地構造位置上跨華北、中秦嶺、揚子三大板塊構造單元，具有長期、複雜的構造演化歷史和變質變形特徵。構造線方向北西西-南東東向，北西西走向的褶皺、擠壓帶、衝斷層等壓性結構面是本區構造的主導。次為與壓性結構面斜交的北東和北西向扭性斷層，北東向扭斷層北西盤相對向南西方向推移，北西向扭斷層北東盤相對向南東移動，此兩方向斷層構成了本區的「x」扭性結構面。
再次是與壓性結構面近於直交走向近南北的張性結構面和與壓性結構面平行的低次序的北西西-南東東向的張性斷層。這些構造形跡大部分具有長期和多次活動的特點。
四、岩土力學引數主要試驗成果
在詳細的工程地質勘查報告中，針對每一座隧道均進行了鑽探取樣，對岩性特徵進行了描述，給出了岩石單軸抗壓強度試驗值。對於工程地質勘查報告中所提供的飽和單軸抗壓強度值總結如表5。
表5 沿線隧道岩石單軸抗壓強度試驗結果
高速公路隧道測量方案
2 洞內控制網測量 要求施工單位洞內的平面控制網採用導線形式,洞內的座標 高程系統與洞外一致,必須嚴格按照洞外控制測量成果指導進洞方向，支導線測量時，一定要前視距離不能超過後視距離 即長邊控制短邊 指導開挖的臨時支導線點，採用全站儀多次測角 測距，然後根據洞外控制邊進行計算支導線座標 對於短隧道，可...
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隧道進洞方案 1 工程概況 隧道為左右分離式隧道，隧道左線 長 右線 長 m,洞門形式 端牆式洞門。進口位於季節性沖溝邊緣的自然斜坡的中上部，地形坡向與岩層走向基本一致。地形標高為1726 1610m，相對高差為116m 地形總體向東傾斜，地形坡度一般為19 47，呈下緩上陡 左線隧道進口位處沖溝南...
高速公路服務區調研報告
高速公路服務區關鍵詞 對外 1.為人服務 公共廁所，公共休息廳，餐飲，購物，商務，室外休息，綠化水池等觀賞設施 2.為車服務 入出車道，停車場，加油站，修理站 對內 管理用房，職工生活用房，配電房，空調機房，水幫浦房，汙水垃圾處理 上述功能引發服務區板塊組成 1.牽引閘道2.停車區3.綜合樓單體建築...