杭千高速公路南峰、善岭隧道设计与施工 [复制链接]

杭千高速公路南峰、善岭隧道设计与施工ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

摘  要：本文通过对大跨径连体隧道设计原理的介绍和分析，总结出一些设计和施工应注意的经验。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

关键词：隧道工程；大跨径连体；设计与施工 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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0  前  言 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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由于新奥法在隧道工程中的成功应用，当前已被国内外作为隧道结构设计和施工的重要方法，其设计思路是最大限度地发挥围岩的自承能力，但是我国应用新奥法也存在发展不平衡的问题，需充分了解隧道开挖过程中地层发生的变化，采取相应的加固方法和相应的支护措施，才能达到安全、经济的目的。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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1  隧道设计概况 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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南峰、善岭隧道位于杭州富阳市东南近郊，两隧道均为整体式单线双洞连拱隧道。南峰隧道位于南峰村西南，原设计起讫桩号为：K27+000-K27+410，长410m。纵坡为单向坡，坡度为+2.8%。善岭隧道位于南峰隧道出口后跨越毛竹湾山沟的西南侧山坡上。原设计起讫桩号为：K27+485-K27+810，长325m。纵坡为+2.8%和-0.396%间。两隧道均位于大半径平曲线上。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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1.1工程地质、水文等情况 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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两隧道位于富春江河谷平原堆积地貌区，南峰隧道进出洞口地段地形起伏较大，植被发育。表部为残坡积土，Vp=500-900m/s，层厚1.0-4.0m。下伏基岩，中风化砂岩，Vp=1700-2800m/s，层厚4.0-10.0m，微风化砂岩厚度大，Vp=2800-3600m/s，岩石为块、碎石状结构，节理很发育。地下水不发育，主要为基岩裂隙水。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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善岭隧道进洞口地形起伏较大，出洞口较平缓，表部第四系残坡积土为含碎石亚粘土Vp=600-1000m/s，结构松散，稳定性差；下伏基岩为强风化砂岩，厚约6.0m，Vp=1000-1800m/s。中风化砂岩，厚度大，Vp=1900-2800m/s，节理发育。微风化砂岩Vp=2800-3900m/s。节理裂隙较发育。地下水不发育，主要为裂隙水。两隧道地震烈度为VI度。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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1.2隧道原设计情况 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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1.2.1净空断面  隧道为上下行合建的6车道连拱隧道，全隧道建筑限界净宽30.00m，净高5.0m。隧道衬砌内轮廓线单线采用二心圆形式，边墙为曲墙。中隔墙中心线与路线中心线一致。单向隧道净空面积为97.92m2。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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1.2.2交角  南峰隧道进出口线路中线与地形等高线的交角约50°-60°，且进口和出口原地面坡度较陡，使整座隧道处于较为严重的偏压状态，只好采用削竹式斜交洞门，以保持山体良好的茂密树林覆盖，其进口处基本不挖。该方案缺点就是洞口段地表有1m-2m的残坡积层，为Ⅱ类围岩。所以洞口斜交范围洞底必须设置在中风化砂岩上，衬砌支护参数也需加强。善岭隧道进出口均设计为正交的端墙式洞门。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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1.2.3 隧道结构设计  两隧道结构设计除洞口段结合地形、地质条件设置明洞，采用矿山法设计外，其余均按新奥法原理进行。采用柔性支护体系的复合衬砌。以注浆中空锚杆，湿喷钢纤维砼为初期支护。并辅以钢架、超前锚杆、加固注浆、超前长管棚等支护措施，充分调动和发挥围岩的自承能力，在监控量测信息的指导下施作初期支护和二次衬砌。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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复合式衬砌的各项参数，参照有关规范及国内外类似工程的经验，进行分析比选和拟定参数。并应用同济曙光岩土及地下工程设计与施工分析软件，进行围岩稳定状态分析，结构内力计算与强度校核。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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中隔墙设计采用直墙式钢筋砼结构，基底设置了5根砂浆锚杆，以提高其稳定性，在施工中必须特别注意中隔墙顶部预埋件的设置以及顶部防排水处理。分析计算表明，中隔墙在隧道单侧施工时承受较大偏心荷载，因此必须等到中隔墙砼达到设计强度后才能进行主洞开挖，且顶部与侧边回填必须密实。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

隧道防排水设计遵循“以排为主，防排结合，因地制宜，综合治理”的原则，采用排、防、截、堵相结合。防水方面：在初期支护与二次衬砌之间敷设一层TJ383BFP防水卷材，作为第一道防水措施；拱部及边墙二次衬砌采用高强防渗的BR—3型防水砼，全隧道满铺，作为第二道防水措施。二次衬砌变形缝均用322型250×8中埋式橡胶止水带止水，纵向施工缝、环向施工缝用BW—2型20×15遇水膨胀止水条止水，高强防渗的BR—3型防水砼外加防水剂。排水方面：在衬砌背后按5m的纵向间距设置了TJRΦ50mm圆型带状环向盲沟，以引入边沟排出洞外。在洞内路面两侧设置了矩形边沟以排除衬砌后围岩渗水和路面积水。中隔墙顶部的排水采用预埋在中隔墙内部的Φ70mmPVC管与两侧环向排水管相连通。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

2  设计的变更及完善 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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杭州至千岛湖高速公路是浙江省公路水路交通建设规划（2003—2020）公路网主骨架“两纵两横十八连三绕三通道”之一连“杭新景高速公路”的组成部分，与我省即将动工的“景婺常高速公路”相接，设计为计算行车速度120km/h、6车道的高速公路。南峰、善岭隧道从网上查询可知是目前我国全断面开挖跨径最大的连拱隧道，且属于超浅埋，施工难度极大，施工单位进场后立即着手阅图和复测工作，并会同业主、设计、监理对全国部分在建、已建的连拱隧道进行考察学习。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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2.1图纸复核 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

鉴于原设计只对隧道中线拱顶覆盖层厚度进行了纵断面测量，施工单位进场后，还对两隧道做横断面拱顶覆盖层厚度复核，发现进出口仍至洞身部分洞顶覆盖层普遍偏薄，按照有关资料，洞顶覆盖层厚度小于30m为浅埋，小于10m为超浅埋，复测后发现南峰隧道暗洞部分：K27+020-K27+100及K27+340-K27+390，善岭隧道暗洞部分：K27+495-K27+530及K27+740+K27+765为两隧道的超浅埋地段，部分在3-5m之间，不利施工安全。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

2.2设计优化情况 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

根据上述原因，业主在组织了几次专家论证后，设计单位重新出图，调整了路线纵坡，设计高程平均下压6m－8m，且进出口各延长5m；南峰隧道进、出口设计仍为斜交削竹式洞门，但在明洞部分斜交，进入暗洞后正交；中隔墙由直墙变为曲墙，中隔墙两侧埋设竖向弹簧排水管，整体挂设防水板后，再进行二衬；隧道净宽增至33.5m。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

3  连拱隧道的施工 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

连拱隧道施工的核心是维护隧道的围岩稳定和保证隧道支护结构处于合理的受力状态 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

3.1控制爆破，减少围岩扰动 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.1.1控制爆破  开挖中严格遵守“弱爆破、短开挖”的施工原则。2类围岩进尺控制在0.5m-0.8m，Ⅲ类围岩进尺控制在0.8m-1.0m，以减小每次爆破的炸药总用量，爆破一般采用光面控制爆破和预裂爆破。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.1.2尽量减小周边眼的距离  根据围岩情况的不同，一般控制在30cm-40cm，周边眼采用小直径药卷间隔装药技术，以控制开挖成型，减小爆破对围岩的扰动。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.1.3掏槽方式可根据各自的施工经验  采用斜眼楔形掏槽或直眼半孔掏醋；起爆采用非电毫秒雷管，大间隔微差起爆。使相邻段的起爆间隔大于100ms，以减少对围岩扰动的目的。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.1.4检查  每次爆破后采用断面仪对开挖断面进行检查记录，并结合监控量测的信息反馈及时调整爆破参数。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.2偏压连拱隧道的施工方法 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.2.1转换  关键是要很好地处理左右拱部施工由不对称性到左右洞拱部施工完毕的对称结构体系的转换。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.2.2采用先山体外侧，后山体内侧的施工方法  （1）先开挖外侧隧道，在其掌子面超前于内侧掌子面30m以上；（2）外侧隧道二次衬砌超前于内侧隧道的掌子面，这时内侧隧道方可向前掘进（此时，可使中隔墙所受的偏压推力先行得到外侧隧道支护结构的支撑，使其受力平稳，减少中隔墙的水平位移；同时避免了内侧隧道的围岩受外侧隧道开挖的二次扰动，减少围岩变形和减少围岩荷载）。（3）采用中导洞先行，两侧导洞滞后的“三导洞先墙后拱法”，即从基础做起，形成支护环后再开挖核心部分。该方法较安全，结构整体性好。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.3施工顺序 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

连拱由于中隔墙的存在，施工过程中必须先进行中隔墙的开挖及衬砌，从而保证拱部，初期支护，钢支撑及2次衬砌具有着力点。一般施工顺序见附图： ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

3.3.1Ⅱ、Ⅲ围岩  ①中导坑开挖→②中导坑锚喷支护、钢架支撑等→③中隔墙衬砌→④铺中墙顶防水板并回填砼→⑤侧导坑开挖（当有偏压时，两侧导洞应滞后）→⑥侧导坑锚喷支护、钢架支撑等→⑦侧墙防水板铺设、侧墙二次衬砌等→⑧ 右中央拱部开挖、拆除临时支护及钢架支撑→⑨右中央拱部锚喷支护、钢架支撑→⑩在左洞设置工字钢临时支顶以平衡右洞二次衬砌产生的水平推力(或用其它方法支顶平衡均可)→⑾右洞防水板铺设，右洞衬砌→⑿左中央拱部开挖、拆除临时支护、钢架支撑等→⒀左中央拱部锚喷支护、钢架支撑等→⒁ 左洞防水板铺设左洞二次衬砌→⒂ 左洞其余部分开挖及拆除工字钢临时支顶装置。3.3.2Ⅳ、Ⅴ类围岩  ①中导坑开挖→②中导坑喷射砼支护→③中隔墙衬砌→④左洞防水板铺设左洞二次衬砌→⑤右洞全断面开挖→⑥右洞喷射砼支护→⑦右洞防水板铺设右洞二次衬砌→⑧左洞全断面开挖→⑨ 左洞喷射砼支护→⑩ 左洞防水板铺设左洞二次衬砌。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.3.3洞口处理  一般在洞口段及Ⅱ、Ⅲ类围岩地段采用先墙后拱法，其余地段可采用先拱后墙法。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.4中隔墙 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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解决中隔墙水平推力的平衡问题，是连拱隧道施工成败的关键。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

由于连拱隧道的结构特点，即须中隔墙砼施作后，方可进行正洞的开挖及支护；左右两洞的不对称施工；爆破的振动；分部施工的反复扰动，使初期支护传递到中墙的地压力造成了中墙受力的不平衡，当中墙不能抵抗这种单侧的推力而发生较大的位移时，就会引起拱部开裂，支护遭破坏而失稳，造成严重后果。应注重采取如下措施： ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

3.4.1控制  合理组织好施工工序，作好爆破控制，尽量减小对围岩的扰动，以控制中墙所受的这种不平衡推力至最小。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.4.2检查基底承载力  中墙砼施工前，应首先检查基底承载能力（一般若不设置仰拱，要求大于2000kPa-2500kPa，这至少要求为Ⅲ类偏高地段才可能达到；若设置仰拱，地基承载力也不宜小于350kPa -450kPa，否则应对中隔墙基础采取加固注浆，一般土质地段中隔墙基础采用RD25中空注浆锚杆进行高压加固注浆，以提高其承载能力，风化岩层地段可用Φ22砂浆锚杆加固地基）。以保证中墙在今后受力时不因基底承载力不足而沉降，从而导致支护失稳。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.4.3及时回填  中墙顶部围岩，在施工中遭三次扰动，易提早出现塑性破坏，形成塌方。当中墙施工后，及时将顶部及围岩的空隙用砼回填顶紧，“顶天立地”，并将中导洞开挖的洞碴回填，尽可能恢复原生土状。根据中导洞拱顶围岩情况用锚杆或小导管注浆加固中导洞拱顶围岩，使中隔墙钢筋与加固导洞拱顶锚杆或小导管焊接成整体，这样达到减跨支护的作用，有利于从中导洞初期支护承载到正洞初期支护承载体系的转换。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.4.4尽快施作仰拱铺底砼及2次衬砌  仰拱铺底砼应适当超前，一般情况和衬砌面保持15cm以上的间距；2次衬砌宜尽快紧跟，一般情况和掌子面的距离不应超过50m，使中墙与支护体系形成一个共同体承载力，加大其抵抗不平衡推力的能力。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.4.5渗漏现象  中隔墙的渗漏现象是目前连拱较普遍存在的一个问题，由于受到诸多不利因素（形成的汇水点；施工接缝；防水板经多工序，易受损害而开裂；二次衬砌钢筋接头；泄水管的安装），影响防水体系的效果，施工中要严加控制，精心施工，确保各工序的质量。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5连拱隧道的监控量测 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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现场监控量测是新奥法复合式衬砌设计、施工的核心技术之一，其信息反馈资料是指导施工、动态设计的基础。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5.1超前导洞 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5.1.1沿导洞每10m设一个断面。（拱顶和水平收敛点的要求见设计图） ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5.1.2中导洞以拱顶下沉为主；侧导洞以水平收敛为主。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5.1.3当采用上台阶法施工时，若出现变形数量过大或收敛速度无稳定趋势时，应及时设临时仰拱，会收到明显效果。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5.1.4从变形的纵向分布看，若随着埋深的增加，变形值逐渐增大，说明隧道具有明显的浅埋特征，若围岩类别不变，变形量趋小或稳定时，从某种意义上讲隧道已进入深埋段了。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5.1.5建议各类围岩导洞变形平均值采用如下控制（六车道连拱）：1.拱顶下沉（mm）Ⅱ类围岩50-60；Ⅲ类围岩40-50；Ⅳ类围岩30-40。2.水平收敛（mm）Ⅱ类围岩20-30；Ⅲ类围岩15-20；Ⅳ类围岩10-15。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5.2正洞 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5.2.1沿正洞每10m设一个断面。（拱顶及水平收敛的要求见设计图）。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5.2.2在三导洞开挖完毕后，施作了中墙及左右边墙的二次衬砌结构。此时，左、右隧道正洞初期支护的拱顶下沉量应控制在10-15mm；而水平收敛量应控制在2mm以下（以下两指标均为平均值）。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5.2.3围岩基本稳定的速率控制值仍按设计要求（即拱顶下沉速率为0.1mm/d-0.2mm/d。）特别是Ⅱ、Ⅲ类围岩，二次衬砌承受部分围岩压力设计，应根据量测结果，分析、判断确定二次衬砌的适当时机，不能早，也不能晚。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5.3地表下沉 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5.3.1当中导坑通过横断面后，最大沉降点位于中导坑的正上方。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5.3.2正洞的开挖引起地表第2次较大的沉降，沉降主要集中于左、右隧道中线之间的土体。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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3.5.3.3当地表沉降过大（一般平均控制在50mm以内）时，应采取加固围岩或补强结构或者二者均采用的综合措施。 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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4  结  语 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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本文针对国内连体隧道设计和施工经验及实施效果，介绍了杭千高速公路南峰、善岭隧道在设计和施工中的改进措施，以便预期达到解决连体隧道结构的合理受力和整体性，从而消除病害的目的。 　　 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

参考文献： ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

[1] JTJ026-9,公路隧道设计规范[S]. ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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[2] JTJ042-9,公路隧道施工技术规范[S]. ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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[3] 朱汉华,尚岳全等编著.公路隧道设计与施工新法[M].北京：人民交通出版社 ÄúsXç&Ó8bbs.3c3t.comÊ&š è`ØXŠ

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