多交叉口的隧道交通轉(zhuǎn)換帶施工及支護(hù)技術(shù)研究

1 工程概況

四川省仁壽至屏山新市公路五指山隧道起訖里程：K132+910～K137+750，隧道總長(zhǎng)4840m。為了把特長(zhǎng)隧道分為相對(duì)較短的隧道，實(shí)現(xiàn)“長(zhǎng)隧短運(yùn)”，方便在運(yùn)營(yíng)期間的維修、養(yǎng)護(hù)及應(yīng)急救援轉(zhuǎn)向，五指山隧道于K136+800～K137+000（ZK136+797～ZK136+997）段設(shè)置了全長(zhǎng)為200m的交通轉(zhuǎn)換帶。

交通轉(zhuǎn)換帶采用正常主洞兩側(cè)加寬的方式，兩隧洞相鄰側(cè)加寬3m。另一側(cè)加寬2.75m。開(kāi)挖斷面面積（含仰拱）192.36m2（正常段的97.6m2），建筑限界16×5m。開(kāi)挖面積為普通斷面的1.97倍。左右洞間設(shè)2個(gè)聯(lián)絡(luò)通道，如圖1所示。

圖1 交通轉(zhuǎn)換帶設(shè)計(jì)構(gòu)造圖

五指山隧道交通轉(zhuǎn)換帶為Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖。圍巖以細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥石為主。細(xì)砂石呈灰色，中厚層狀構(gòu)造，石質(zhì)軟～較堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙發(fā)育。含層間孔隙、裂隙水及風(fēng)化裂隙水，以線流狀滲出為主。圍巖局部穿越玄武巖，屬較堅(jiān)硬-堅(jiān)硬巖，位于宜威組及峨眉山組接觸帶處，巖體節(jié)理裂隙極為發(fā)育，巖體破碎，以裂隙碎塊狀結(jié)構(gòu)為主，地下水相對(duì)較豐，隧道涌水量隨季節(jié)變化，地下水以線～淋雨?duì)顫B出為主。

2 交通轉(zhuǎn)換帶施工的重難點(diǎn)

①開(kāi)挖斷面變化大，由正常段的97.6m2增加至192.36m2，斷面變化處由于圍巖臨空面突變，邊緣線呈折線變化，導(dǎo)致此處圍巖分布復(fù)雜，且出現(xiàn)應(yīng)力集中處。尤其是由小斷面向大斷面掘進(jìn)時(shí)，在斷面突變?yōu)榇怪庇谒淼垒S線的圍巖臨空面，不僅施工防護(hù)困難，且破壞了原隧道圓拱形斷面良好的自穩(wěn)性能，導(dǎo)致突變處發(fā)生圍巖坍塌的風(fēng)險(xiǎn)極高。如何確保斷面突變處圍巖穩(wěn)定、安全是交通轉(zhuǎn)換帶施工的技術(shù)重難點(diǎn)。②斷面突然增大，如何平穩(wěn)、快速地將小斷面施工采用的開(kāi)挖方法及支護(hù)工藝措施轉(zhuǎn)換至適合大斷面，是交通轉(zhuǎn)換帶需解決的施工難點(diǎn)。③交通轉(zhuǎn)換帶包括4個(gè)聯(lián)絡(luò)通道與主洞的交叉口。聯(lián)絡(luò)通道鋼拱架與正洞的鋼拱架相碰，安裝通道鋼拱架時(shí)，需切除正洞鋼拱架的相碰部分，導(dǎo)致該部分正洞圍巖的支護(hù)缺失，極易產(chǎn)生支護(hù)變形及洞壁坍塌問(wèn)題。避免交叉口處初支變形、防止圍巖坍塌是轉(zhuǎn)換帶交叉口處施工所面臨的技術(shù)難題。

3 施工技術(shù)措施

3.1 過(guò)渡段加強(qiáng)支護(hù)措施

在距離交通轉(zhuǎn)換帶斷面變化處前后10m（ZK136+787～ZK136+797、ZK136+997～ZK137+007、K136+790～K136+800、K137+000～K137+010）的段落加強(qiáng)圍巖支護(hù)（如圖2所示），具體措施如下：

圖2 正洞與交通轉(zhuǎn)換過(guò)渡段加強(qiáng)支護(hù)的技術(shù)措施

①距離交通轉(zhuǎn)換帶10～3m段的支護(hù)類(lèi)型由原設(shè)計(jì)的WZ4c變?yōu)閃Z4b。即原設(shè)計(jì)為格柵拱架，增強(qiáng)為I16工字鋼拱架，其安裝間距為100cm，共安裝7榀。②在距離交通轉(zhuǎn)換帶斷面變化處3m段，支護(hù)拱架采用I20b工字鋼，間距60cm。

通過(guò)以上加強(qiáng)措施，可保證交通轉(zhuǎn)換帶變截面過(guò)渡段的巖體穩(wěn)定性，確保施工安全。

3.2 掘進(jìn)斷面由小變大的施工方法

五指山隧道現(xiàn)階段正洞采用三臺(tái)階法開(kāi)挖。在進(jìn)入交通轉(zhuǎn)換帶后采取分級(jí)擴(kuò)挖及支護(hù)的方法（如圖3所示）。

圖3 交通轉(zhuǎn)換帶逐級(jí)開(kāi)挖支護(hù)示意圖

①交通轉(zhuǎn)換帶按主洞正常斷面采用上導(dǎo)預(yù)留核心土法掘進(jìn)3.2m。完成掘進(jìn)后噴砼封閉掌子面。②然后對(duì)隧洞周邊輪廓逐級(jí)擴(kuò)挖。每次擴(kuò)挖周邊外插角約10°。在擴(kuò)挖中及時(shí)噴砼防護(hù)。③當(dāng)掌子面擴(kuò)挖到位后，立即進(jìn)行鋼拱架支護(hù)，并及時(shí)噴砼封閉。④上導(dǎo)開(kāi)挖完成后進(jìn)行初期支護(hù)（包括上導(dǎo)堵頭墻）。⑤中下導(dǎo)擴(kuò)挖采用中間拉槽，單側(cè)擴(kuò)挖直至到位。切記不得對(duì)稱開(kāi)挖，每次開(kāi)挖不得大于2榀拱架間距。⑥交通轉(zhuǎn)換帶斷面形成后，根據(jù)圍巖情況采取適合工法進(jìn)行轉(zhuǎn)換帶的掘進(jìn)。

3.3 交通轉(zhuǎn)換帶開(kāi)挖支護(hù)施工工藝

根據(jù)設(shè)計(jì)圍巖與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、TSP+3D及瓦斯超前鉆孔地質(zhì)情況綜合分析，交通轉(zhuǎn)換帶Ⅳ級(jí)圍巖采用臺(tái)階分布開(kāi)挖法；Ⅳ級(jí)偏弱圍巖采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法；Ⅴ級(jí)圍巖采用三臺(tái)階七步開(kāi)挖法。

3.3.1 Ⅳ級(jí)圍巖開(kāi)挖及支護(hù)施工工藝

由于交通轉(zhuǎn)換帶Ⅳ級(jí)圍巖段落穿越玄武巖地殼層，圍巖主要為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，接觸帶古風(fēng)化殼厚度5～20cm，古風(fēng)化殼呈土狀。構(gòu)造節(jié)理裂隙發(fā)育，局部穿越玄武巖，巖石較硬，采用圖4所示的臺(tái)階分布開(kāi)挖法。

圖4 Ⅳ級(jí)圍巖臺(tái)階分布開(kāi)挖法工序圖

①臺(tái)階分布開(kāi)挖法施工順序。

1）施做超前錨桿；2）環(huán)形開(kāi)挖上臺(tái)階；3）施做上臺(tái)階初支；4）開(kāi)挖上臺(tái)階核心土；5）開(kāi)挖下臺(tái)階中部；6）開(kāi)挖下臺(tái)階兩側(cè)側(cè)壁；7）施做下臺(tái)階初支；8）澆筑仰拱；9）施做防水層，澆筑二襯。

②施工關(guān)鍵技術(shù)。

1）上臺(tái)階長(zhǎng)度≯1.5倍洞徑；2）下臺(tái)階落底采取左右側(cè)拉中槽交替進(jìn)行。兩側(cè)縱向錯(cuò)位2.5～3m，避免兩側(cè)拱腳同時(shí)懸空；3）掘進(jìn)采用人工或機(jī)械。環(huán)形開(kāi)挖進(jìn)尺控制在1.2m內(nèi)。如需爆破掘時(shí)，采用微爆破開(kāi)挖，控制爆破震速≤15cm/s。

3.3.2 Ⅳ級(jí)偏弱圍巖開(kāi)挖及支護(hù)施工工藝

采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行Ⅳ級(jí)偏弱圍巖的開(kāi)挖，如圖5所示。

圖5 Ⅴ級(jí)偏強(qiáng)圍巖單側(cè)壁導(dǎo)坑法工序圖

①單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工順序?yàn)椋?/p>

1）小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)施做；2）掘進(jìn)先行導(dǎo)洞的上半斷面；3）施做上半斷面的臨時(shí)支護(hù)及初支；4）掘進(jìn)先行導(dǎo)洞的下半斷面；5）施做下半斷面的臨時(shí)支護(hù)及初支；6）掘進(jìn)后行洞上半斷面；7）施做后行洞上半斷面的臨時(shí)支護(hù)及初支；8）掘進(jìn)后行洞下半斷面；9）施做后行洞下半斷面初支；10）施做仰拱；防水層施工，澆筑二次襯砌。

②施工關(guān)鍵技術(shù)。

1）先、后洞開(kāi)挖面相距不小于15m；2）該段掘進(jìn)采用人工或機(jī)械。循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺控制在0.9m內(nèi)。如需爆破掘時(shí)，采用微爆破開(kāi)挖，控制爆破震速≤15cm/s。

3.3.3 Ⅴ級(jí)圍巖開(kāi)挖及支護(hù)施工工藝

Ⅴ級(jí)圍巖為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，接觸帶古風(fēng)化殼厚度5～20cm，古風(fēng)化殼呈土狀。構(gòu)造節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖質(zhì)軟～較軟，產(chǎn)狀水平，呈薄層狀，層間結(jié)合差，拱頂圍巖容易坍塌。采用三臺(tái)階七步開(kāi)挖法。如圖6所示。

圖6 Ⅴ級(jí)圍巖三臺(tái)階七部開(kāi)挖法工序圖

施工關(guān)鍵技術(shù)：①遵循“短開(kāi)挖、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、實(shí)回填、嚴(yán)治水、勤量測(cè)”的施工原則。精心組織、工序緊跟。②臺(tái)階長(zhǎng)度控制在3～5m。及時(shí)施做支初，嚴(yán)禁初支鋼架后有空洞，增設(shè)鎖腳錨桿，盡快封閉成環(huán)。③如出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，及時(shí)噴砼封閉，增設(shè)錨桿、鋼支撐等措施加強(qiáng)支護(hù)；④仰拱、二襯及時(shí)施做，避免隧道邊墻向內(nèi)位移變形。

3.4 交通轉(zhuǎn)換帶仰拱、襯砌澆筑的施工組織

由于交通轉(zhuǎn)換帶結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要臺(tái)架、臺(tái)車(chē)較多。各臺(tái)架、臺(tái)車(chē)體型大，在長(zhǎng)度較短的交通轉(zhuǎn)換帶內(nèi)施工時(shí)，易形成互相干擾，甚至無(wú)法正常施工。故需對(duì)臺(tái)架、臺(tái)車(chē)的使用、進(jìn)場(chǎng)次序及布設(shè)，及相應(yīng)的掘進(jìn)、支護(hù)順序等進(jìn)行精心組織和安排，以確保順利、有序地完成施工。

交通轉(zhuǎn)換帶由右線小里程端先行開(kāi)挖，然后再開(kāi)挖左洞，左右洞掌子面間里程間距30m。1號(hào)聯(lián)絡(luò)通道由右線向左線施工31.7m（剩余部分由左線施工），2號(hào)聯(lián)絡(luò)通道由左線向右線施工31.7m（剩余部分由右線施工）；交通轉(zhuǎn)換帶仰拱緊隨開(kāi)挖進(jìn)行施工，確保安全步距。

交通轉(zhuǎn)換帶采用原正洞仰拱棧橋。交通轉(zhuǎn)換帶防水板、鋼筋臺(tái)架、襯砌臺(tái)車(chē)、橫通道仰拱棧橋需另行制作，現(xiàn)場(chǎng)拼裝。橫通道防水板臺(tái)架使用原正洞臺(tái)架。各類(lèi)臺(tái)車(chē)按施工方案的布置位置及施工順序，適時(shí)安排進(jìn)場(chǎng)。

3.5 交通轉(zhuǎn)換帶交叉口施工

交通轉(zhuǎn)換帶橫通道為2個(gè)，且與隧道縱向方向呈55°斜交。造成交叉位置橫通道洞徑為15.33m，其跨度大，施工難度高。采用交通轉(zhuǎn)換帶正洞施工至交叉口位置時(shí)，先施工聯(lián)絡(luò)通道。具體方法（如圖7所示）如下：①正洞掘進(jìn)至交叉口位置后停止開(kāi)挖，在交叉口處先行施作交通轉(zhuǎn)換帶的超前支護(hù)，并封閉正洞掌子面。再測(cè)量放樣確定橫通道與交通轉(zhuǎn)換帶交叉的輪廓線，在輪廓線拱部120°范圍內(nèi)施作Φ42小導(dǎo)管，單根長(zhǎng)度4.5m，環(huán)向間距40cm。②沿通道輪廓線切割正洞鋼拱架，沿輪廓線周邊施做通道的I20b支護(hù)鋼拱架，每榀施作4根Φ25鎖腳錨桿，單根長(zhǎng)度6m。③在交叉口正洞段加橫向鋼拱架與橫通道鋼拱架連接。④橫通道同樣采用三臺(tái)階法開(kāi)挖，左右線各施工一段，施工完成后，交通轉(zhuǎn)換帶掌子面開(kāi)始繼續(xù)施工。

圖7 交通轉(zhuǎn)換帶交叉口施工支護(hù)示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目進(jìn)行了隧道交通轉(zhuǎn)換帶斷面由小轉(zhuǎn)大施工及支護(hù)的技術(shù)研究，采取了加強(qiáng)過(guò)渡段支護(hù)、逐級(jí)擴(kuò)挖及支護(hù)、科學(xué)選擇開(kāi)挖方法、合理優(yōu)化支護(hù)參數(shù)等綜合施工及支護(hù)技術(shù)，安全順利地完成了交通轉(zhuǎn)換帶正洞及聯(lián)絡(luò)通道的掘進(jìn)施工?？蔀榻窈箢?lèi)似工程的實(shí)施提供借鑒。