关键词：超大断面；隧道；断面型式
引言
随着我国交通运输行业的快速发展，交通运输量的不断提高，超大断面市政隧道也将会越来越多，超大断面隧道所承受的压力大，受理条件复杂，非常容易出现围岩不稳定，隧道内部开裂等诸多问题。同时在超大断面隧道建设施工的过程中也经常会出现塌方问题，甚至造成重大伤亡。造成超大断面隧道塌方的原因也是各种各样，比如地质环境、工艺结构、断面型式等等都会造成隧道的塌方。本文就对超大断面市政隧道的受力特性进行分析，找出影响隧道断面的原因，为超大断面隧道的断面型式的确定提供帮助。
1、超大断面隧道的特点
超大断面隧道具有相当大的优点，不仅可以节省时间，缩短距离还可以增快车速节省燃料，但与此同时超大断面隧道也存在相当多的问题。隧道所在的岩体并不是单一性质的地质，成分相当复杂，正是复杂的成分使得岩体情况多变严重影响了围岩的稳定性。超大断面隧道的建设，由于挖开的面积大，岩体结构稳定的不确定性大大增加，这对于围岩的稳定性相当不利。现如今，超大断面隧道的设计和施工大多是根据双车道隧道的设计与施工，然而超大断面隧道大多是四车道的，相比于双车道的公路隧道，其跨度整整大了一倍，按照双车道的方法设计制造，则挖开的断面面积将相当巨大，工程的造价也会提高，但利用率却降低了很多。为了能够解决这一问题，就要降低隧道的扁平率，降低了扁平率会对围岩的稳定和结构造成巨大的影响，尤其是在重应力场为主的隧道，随之而来的其他问题也会逐渐显现。很显然，超大断面隧道的建设不可采用双车道隧道的理论设计。
2、隧道断面型式的制约
隧道断面型式的制约条件主要有：
（1）通风面积。隧道内部高度在满足隧道要求高度的基础上，还要考虑隧道内的通风。隧道净空断面非常受通风方式的影响，要先确定隧道内所需要的通风量，然后考虑自然通风和交通通风是不是可以满足需要。
（2）建筑限界控制点。隧道内轮廓线要把隧道的所有建筑限界包括在里边，确保限界边界的所有点都在内轮廓线内，从而满足限界的要求。
（3）受力要求。内轮廓的形状不仅受到上面所说的约束条件，还会受到受力的约束，即强度的检算，安全系数和偏心都要满足要求。
（4）施工工艺。施工工艺的好坏也会影响隧道断面。岩体工程，尤其是大型的开挖工程，整个过程从开挖到结束耗时是相当长的，这些施工大部分都会破坏原有的平衡，从新搭构一个新的平衡和稳定，这个过程中岩体的力学和物理有个巨大的转换与调整。
3、断面型式的选择
就当前的隧道来看，大部分是采用了单心圆、三心圆或是五心圆的拱形断面，但是超大断面隧道的拱形结构就要保持扁平，因为超大断面隧道车道数量多，宽度大，为了节省工程成本，高度变化很小，所以就变得扁平。下面就Ⅲ级和Ⅳ级的围岩，对三心圆和五心圆从多方面进行了对比分析。
3.1围岩位移
在Ⅲ级围岩下，两种断面的围岩位移有相类似的规律，都是拱顶沉降，拱底隆起，洞边向洞里收敛。由于三心圆与五心圆在Ⅲ级围岩中各项特征都很相似，从围岩位移来说，两种均可。
在Ⅳ级围岩下，两种断面的围岩位移有相类似的规律，都是拱顶沉降，拱底隆起，洞边向洞里收敛，但位移分布的规律略有不同，三心圆断面会更好一些。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆水平位移由于三心圆与五心圆这两种断面在Ⅲ级围岩中各项特征都很相似，从围岩位移来说，两种均可，但在水平位移方面来说，三心圆要更好一些。
3.2围岩应力
在Ⅲ级围岩下，两种断面的围岩应力和分布有相类似的规律，两种断面的各项特征以及主应力的值差别也非常小。主应力的分布均是拱底大，拱脚小。所以从围岩应力这一方面来说，这两种断面的型式都可以。
在Ⅳ级围岩下，两种断面的围岩应力和分布有相类似的规律，两种断面的各项特征以及主应力的值差别也非常小。主应力的分布均是拱底大，拱脚小。所以从围岩应力这一方面来说，这两种断面的型式都可以。
3.3围岩塑性区
在Ⅲ级围岩下，两种断面的围岩塑性区分布有相类似的规律，都是拱肩区域的塑性区深度最大，但是三心圆型式的塑性区比五心圆断面型式的塑性区更大些，故而，从围岩塑性区这方面考虑，五心圆断面更适合。
在Ⅳ级围岩下，两种断面的围塑性区分布有相类似的规律，施工对这两种断面的影响程度相近。故而，这两种断面的型式都可以。
3.4初衬力学
在Ⅲ级围岩下，三心圆断面型式和五心圆断面型式的弯矩分布以及初衬轴力都非常类似，区别不大，初衬的全断面均受压。三心圆与五心圆所承受的轴力也基本一致。从三心圆到五心圆的弧段变化对应力场的分布和量值的产生造成的影响非常小。在拱脚所受的拉应力上来说，三心圆所受拉力大于材料的拉应力值。两种断面弯矩的差别也很小，但，三心圆比五心圆的弯矩稍稍大一些。所以从这方面考虑，五心圆断面型式更合适一些。
在Ⅳ级围岩下，三心圆断面型式和五心圆断面型式在各方面都很相似，差别都不大，但在拱脚所受的拉应力上来说，三心圆所受拉力小于五心圆所受的。所以从这方面考虑，五心圆断面型式更合适一些。
4、需要解决的技术问题
现如今，我国虽然已经修建了非常多的超大断面的隧道，但是对建设超大断面的隧道还没有非常成熟的技术，目前还处于研究与试验阶段。也是因为我国的技术不成熟，所以在施工工艺和设计理论上时常借鉴采纳国外对超大断面隧道的方法，导致我国现在也没有统一的执行标准。在以往的研究中也得到了非常多的经验，了解了大断面隧道比小断面隧道的难点，主要有以下几个方面：
（1）断面尺度过大对受力分布的影响。
（2）断面尺度过大对岩体和支撑保护构造件强度的影响。
（3）因为隧道尺寸过大，隧道开始挖掘的顺序也非常重要，会影响底层结构和应力的分布情况。
（4）荷载也对隧道造成巨大的影响，隧道的荷载受多方面因素的影响，比如：静水压力、围岩压力以及弹性抗力等，交通荷载、环境荷载、功能性荷载、施工荷载、突发荷载等等，这些荷载都会影响隧道的稳定性。其中围岩压力是相当大的荷载，严重影响隧道的稳定性，能否准确的得到围岩的性质和压力大小是现在面临的巨大问题，
5、结束语
随着我国社会的发展，经济的进步，交通行业的压力也越来越大，超大断面隧道的研究与建立在不断进行，通过本文对超大断面隧道特点的概述，分析现存在需要解决的问题，我国目前超大断面隧道的建设道路任重而道远。
参考文献
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[2]黄峰.超大断面市政隧道合理断面型式的确定［J］.工程建设与设计,2020，2:20.
[3]吴正恺.大断面市政公路隧道扁平率与支护参数适宜性研究［J］.西南交通大学,2017，5:44-45.
作者简介：徐新阳（1988-），男，山东昌邑人，工程师，本科，从事现场施工生产质量和进度管理。
论文作者:徐新阳
论文发表刊物:《城镇建设》2020年第3期
论文发表时间:2020/4/13
标签：断面论文; 隧道论文; 围岩论文; 型式论文; 应力论文; 两种论文; 荷载论文; 《城镇建设》2020年第3期论文;