摘要：夏鹃路隧道属于市政道路，穿越规划智慧公园山体。受整个路网规划影响，线位不能过多调整，导致隧道具有浅埋、偏压、大跨径的特点，难度极大。文中根据工程地质条件及周边环境，采用工程类比及数值模拟方法，对隧道总体方案、横断面布置、衬砌支护、施工方案等进行分析及设计，并对二次衬砌、中隔墙等结构的安全性和受力进行验证。
关键词：隧道；连拱隧道；浅埋偏压；关键节点设计
１项目概况
夏鹃路位于长沙市梅溪湖国际新城二期规划区域中轴线处，呈南北走向，北起红枫路，南至梅溪湖路西延路，是贯通金桥枢纽和大王山的城市主干道。道路全长２９８８ｍ，规划路基标准断面宽度为４８ｍ，双向六车道，设计速度为５０ｋｍ／ｈ，中间预留双向轨道交通。智慧公园位于夏鹃路中段、雪松路与龙柏路之间，山体起伏较大。受环境保护要求、夏鹃路控制规划用地红线及道路断面的限制，夏鹃路采用连拱隧道下穿智慧公园山体，北侧与规划雪松路相接，南侧与龙柏路相接。隧道南北两端山体坡度均较陡峭，高差达５３ｍ，山峦起伏，植被茂盛。工程设计范围为夏鹃路下穿智慧公园隧道工程的隧道部分及两侧接线道路（雪松路—龙柏路，见图１、图２）。根据现场地质调查，工程区域上覆地层为较薄的植物层及第四系残积（Ｑｅｌ）粉质黏土，隧道区下伏基岩为元古界（Ｐｔ）板溪群马底驿组泥质板岩及砂质板岩。地势呈西高东低、南高北低。
２工程设计方案
２．１总体方案
根据梅溪湖国际新城二期控制性规划，现阶段对于研究工程范围内的横断面布置存在影响的主要因素有：１）中运量专用车道的设置；２）人非车道的通行设置；３）机动车的交通组织；４）隧道结构的受力；５）对于夏鹃路智慧公园段的环境保护。受以上因素的影响，夏鹃路隧道为市政道路的一部分，两边的道路均已完成，故隧道进出洞位置均已确定。夏鹃路穿越智慧公园段横断面设计如下：保持隧道断面和夏鹃路标准断面一致，采用左、右主路隧道及左、右人非隧道四洞隧道形式；为减少横断面占地宽度，中间车行隧道采用连拱隧道形式，两边人非隧道为单独小净距隧道布置在车行主隧道两侧，与主隧道净距为５．６５ｍ；整个车行主隧道为２×１８．８１７ｍ（外包）连拱隧道，独立的人非隧道宽度为７．７３ｍ（外包），隧道总长２８０ｍ，采用暗挖方案。由于隧道线形位置处于智慧公园两个山包的坡脚之间，隧道在较短范围内出现半明半暗、全暗、反向半明半暗、全暗、再半明半暗５段，结构受力及施工难度较大。隧道洞口段采用半明半暗的进洞方式。隧道平面布置见图３。
２．２隧道工程方案
２．２．１横断面设计受夏鹃路控制规划用地红线及道路断面的限制，夏鹃路隧道采用连拱隧道形式，长２８０ｍ，为小间距＋连拱＋小间距群体隧道（见图４）。根据隧道建筑限界采用三心圆方法确定车行隧道最优内轮廓断面：半径Ｒ１＝９０２５ｍｍ的拱圈；半径Ｒ２＝６０８０ｍｍ的侧墙；半径Ｒ３＝１９００ｍｍ的与仰拱连接的过渡曲线；仰拱半径Ｒ４＝２５００ｍｍ。车行隧道结构的内轮廓见图５。２．２．２超前支护根据工程地质勘测资料及现场实地踏勘，该项目所在地区围岩级别较差，其中进洞口围岩级别更差。为防止围岩变形，在进洞口加强段设计采用大管棚超前支护，进洞后根据围岩情况设置注浆小导管超前支护。考虑到进出洞口加强段处由于土体无自稳能力，采用大管棚超前支护设计，隧道拱部１３５°范围及中隔墙顶部设置大管棚，环向间距０．４ｍ，外角３°。大管棚采用外径１０８ｍｍ、壁厚６．０ｍｍ热轧无缝钢管加工而成。２．２．３初期支护连拱隧道衬砌一般采用复合式衬砌结构，该结构的初期支护由喷射砼、系统锚杆、钢筋网、钢架支撑组成，钢架与锚杆、钢筋网焊接为一体，与围岩密贴，形成承载结构。初期支护设计参数见表１。２．２．４二次衬砌该工程二次衬砌采用Ｃ３０钢筋砼结构，施工时要求采用全断面模板台车一次整体浇筑。二次衬砌设计参数见表１。
２．３隧道结构验算
采用荷载结构法，运用有限元模拟软件，选取全暗埋段、大偏压浅埋段两个典型断面进行隧道二次衬砌结构验算。二次衬砌结构断面情况见表２，计算模型见图６，计算参数见表３。二次衬砌结构计算时，Ⅴ级围岩重度取１９ｋＮ／ｍ３，地层弹性抗力系数取１５０ＭＰａ／ｍ，二次衬砌钢筋砼重度取２５ｋＮ／ｍ３，弹性模量取３１．０ＧＰａ，二次衬砌承担所有荷载。计算结果见图７～９、表４、图１０、图１１。验算结果表明：１）断面一左侧隧道与右侧隧道相比安全系数稍高，左侧隧道拱腰及拱顶位置的安全系数为６～８，右侧隧道在左拱腰、拱顶、右拱腰位置的安全系数分别为４．０６、４．３３、４．２１，其中右侧隧道左拱腰位置的安全系数最小。２）断面二右侧隧道与左侧隧道相比安全系数稍高，右侧隧道拱腰及拱顶位置的安全系数为４～７，左侧隧道在左拱腰、拱顶、右拱腰位置的安全系数分别为３．０４、３．２１、３．０８，其中左侧隧道左拱腰位置的安全系数最小。３）断面一中隔墙最大拉应力为１．０８ＭＰａ，最大压应力为４．６９ＭＰａ；断面二中隔墙最大拉应力为１．２３ＭＰａ，最大压应力为５．１６ＭＰａ。根据ＪＴＧ３３７０．１－２０１８《公路隧道设计规范第一册土建工程》，Ｃ３０砼的抗压强度设计值为１４．３ＭＰａ，抗拉强度设计值为１．４３ＭＰａ，中隔墙的最大拉、压应力均小于设计值，受力满足要求。
２．４隧道施工开挖设计
在遵循技术可行和经济合理的原则下，通过总结连拱隧道施工经验，确定夏鹃路隧道群施工顺序为先进行连拱隧道中导洞施工并贯通，然后分别进行东西两侧人非隧道施工并贯通，最后进行车行连拱隧道施工。主洞进洞采用三导洞－双侧导洞法，施工工序见图１２。
３结语
夏鹃路隧道工程规模不大，但鉴于市政工程的特殊性，工程线位受整个路网规划影响，不能过多调整，故其具有浅埋、偏压、大跨径的特点，难度极大。对其总体方案、隧道横断面、支护参数、开挖方案等进行分析和针对性设计，得出以下结论：（１）隧道横断面为小间距＋连拱＋小间距的四洞隧道群，其中车行隧道为连拱隧道，两侧为人非隧道。连拱隧道采用３层复合式曲中墙，其中初期支护采用Ｃ２５喷射砼＋锚杆＋钢筋网＋钢支撑，二次衬砌采用Ｃ３０钢筋砼，辅以大管棚或超前小导管支护。通过结构安全验算，二次衬砌、中隔墙的安全性和受力均满足要求。（２）隧道开挖方案为先进行连拱隧道中导洞施工并贯通，再进行两侧人非隧道施工并贯通，最后进行车行连拱隧道施工。隧道开挖采用三导洞－双侧导洞法。