公路隧道微开挖进洞及洞口景观技术研究
【成果名称】公路隧道微开挖进洞及洞口景观技术研究
【成果属性】
【推荐单位】浙江省交通规划设计研究院
【成果体现形式】新技术
【鉴定/评价单位】浙江省交通运输厅
【成果研究形式】与院校或院所合作
【鉴定/评价日期】2017-07-02
【成果推广形式】
【成果内容简介】简要技术说明：
通过对省内外公路隧道洞口工程的调查分析，结合省内大量工程实践，采用统计分析、数值分析、现场监测等手段，开展了洞口微开挖的定量化指标研究，隧道边仰坡坡体结构工程地质及稳定性研究，以及基坑法、倾斜护拱法、先墙后洞进洞法、半明半暗法等微开挖进洞工法的施工力学分析研究；通过对省内外公路隧道各类洞门的景观技术现状调查，结合洞口景观元素对隧道照明节能影响分析研究，进行了洞口的景观美学特点和洞口景观方案研究；编制了《洞口微开挖及洞口景观营造设计施工指南》。
主要技术性能指标：
（1）通过省内外公路隧道洞口工程建设条件（地形、地质情况）、洞口设计与施工方案（洞门形式、明洞长度、开挖和回填方量）、施工过程中事故情况及运营期间病害情况、照明设计情况（洞外亮度的取值、加强段灯具的配置等）的调查分析，采用概率统计方法，以正态分布的0.2及0.5分位数建立了微开挖、中度开挖与大开挖的开挖量划分指标，并综合考虑边仰坡开挖高度、边仰坡裸露高度，建立了定量化的微开挖指标。研发了基于B/S架构和百度地图开源库的公路隧道结构物大数据平台。
（2）根据两个关键因素——结构面体系和工程地质岩组，建立了洞口边仰坡的坡体结构特征工程地质分类。在坡体结构特征调查分析的基础上，对隧道洞口段边坡稳定性的主要影响因素（坡角、地层分界面产状、地层物理力学参数、超前支护手段、施工开挖参数等）进行了系统分析和敏感度排序。
（3）建立了隧道边仰坡-超前支护-隧道结构的相互作用模型，利用复杂岩土介质的建模技术，采用全过程数值模方法，对施工全过程进行稳定性及施工力学分析（原始状态、开挖工作坑后、施做超前支护、逐段掘进、隧道建成、洞顶回填），提出了隧道边仰坡的渐进破坏和超前支护和隧道结构体对边仰坡稳定的作用机理。
（4）与山体实际情况相适应的微开挖进、出洞工法及支护技术研究，建立了软弱破碎地质条件和各种相交角度下的公路隧道微开挖进洞工法技术体系，包括正交进洞护拱法、斜交进洞半护拱法、基坑明洞法、先墙后洞法等方法，系统总结了该技术体系的技术原理、设计方案、施工工序、施工工艺及施工要点。
（5）开发了两种新型的隧道进洞施工工法——“先墙后洞”法、“基坑明洞”法。
（6）以恢复生态、营造自然美观、预防边仰坡地质灾害、缓解视觉疲劳、融合地域文化、降低洞口环境亮度和照明节能为目的，研究了隧道洞口景观营建技术。开发了基于数码相机测试法的洞外景观亮度不停车测试系统。
【成果前景介绍】作为山区高速公路重要构造物之一的隧道，在缩短路线长度、改善路线指标方面起到重要作用，在山区水土保持、环境保护方面也扮演重要角色。由于洞门是隧道唯一外露的部位，隧道洞口景观本身在高速公路景观中扮演着节点的作用，在整条公路景观流线上形成景观系列，冲击司乘人员的视觉心理，减少疲劳，增进舒适感。同时，公路隧道对山体及环境的影响也主要集中在洞口施工阶段。为了给暗洞进洞提供工作面，通常需要切割山体，一方面难以避免破坏地表的植被，另一方面也容易打破山体边仰坡原有的平衡状态，进而引发滑坡、塌方等工程事故。而就隧道的电耗构成而言，主要包括通风系统、照明系统、供配电损耗三个方面。其中照明系统的电耗比通风系统更为普遍，规范对于长度大于100m的高速公路、一级公路隧道即要求设置电光照明，总体而言，照明系统的电耗占总电耗的30~50%。
《公路隧道设计规范》、《公路隧道设计细则》、《浙江省山区高速公路勘察设计要点》均提出了隧道洞口位置应坚持“早进洞、晚出洞”的原则，减少对自然山体和环境的破坏。但是，有关隧道洞口微开挖及洞口景观营建技术的研究及实践在省内尚是一个空白，本课题建立起了一套定量化的指标表体系和标准图集及施工工法，将对隧道洞口段边坡稳定性的主要影响因素进行系统分析和敏感度排序，从而指导设计过程中抓住主要因素、忽略次要因素；并采用隧道边仰坡-超前支护-隧道结构的相互作用模型，对几种工法的施工全过程稳定性及施工力学进行模拟；并开发了一种新型的隧道进洞施工工法。
随着我国高等级公路的建设发展，山区复杂地质条件下高等级公路隧道洞口段安全、环保和经济性等问题日益引起公众关注，公路工程建设应注重景观和环境的协调，已经成为一种共识。因此，本课题的开展，将引导微创开挖进洞，实现恢复生态、营造自然美观、预防边仰坡地质灾害、缓解视觉疲劳、融合地域文化、降低洞口环境亮度和照明节能的综合效益。
【成果登记日期】2017-07-02