特大斷面地下立交互通隧道的設(shè)計(jì)思考

許瑞鎮(zhèn)

（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司廈門分公司，福建廈門 361000）

0 引言

近年來，城市發(fā)展與土地資源日趨緊張的矛盾日趨尖銳，地下空間的開發(fā)利用越來越受到重視，地下互通具有緩解城市用地緊張、不侵占地面資源，疏解城市交通擁堵、縮短行車?yán)锍痰忍攸c(diǎn)。但互通隧道向匝道引出處包含多種隧道斷面形式，如小凈距段、連拱段、大跨段等，斷面變化將給隧道設(shè)計(jì)、施工帶來極大的挑戰(zhàn)。本文借海滄疏港通道工程隧道項(xiàng)目，研究地下互通隧道的設(shè)計(jì)。通過此項(xiàng)目的論述，為國內(nèi)類似工程的設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

項(xiàng)目位于廈門市海滄區(qū)，主線呈東西走向，設(shè)蔡尖尾山1 號(hào)、2 號(hào)隧道下穿蔡尖尾山。項(xiàng)目主線采用設(shè)計(jì)速度為80km/h，雙向6 車道的一級(jí)公路與城市快速路相結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。

其中，疏港通道主線2 號(hào)隧道與蘆澳路主線隧道于新美路節(jié)點(diǎn)設(shè)置蘆疏互通一座，為半互通形式，共布設(shè)A/B/C/D 四個(gè)匝道，匝道從疏港通道主線接蘆澳路主線。

項(xiàng)目總體布置如圖1 所示。

圖1 項(xiàng)目總體布置圖

2 工程設(shè)計(jì)方案

2.1 平縱設(shè)計(jì)方案

蔡尖尾山2 號(hào)隧道主線左線長4240m，右線長4250m；隧道左右線進(jìn)口段平面均位于直線段，洞身位于直線上，出口均位于圓曲線上；隧道采用人字坡。

2.2 建筑限界及內(nèi)凈空設(shè)計(jì)

2.2.1 建筑限界

該隧道建筑限界尺寸的擬定根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70—2004），并綜合考慮道路性質(zhì)、功能定位、設(shè)計(jì)車速、通行能力、交通安全和管線布置等因素，具體如下：

隧道限界為13.75m=0.75m+0.75m+3.75m×2+3.5m+0.5m+0.75m。

2.2.2 內(nèi)輪廓

隧道內(nèi)輪廓除應(yīng)滿足限界要求外，還應(yīng)考慮設(shè)備、管線等的布置，結(jié)構(gòu)受力要求等所需空間，并預(yù)留內(nèi)裝飾空間。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

2.3.1 明洞結(jié)構(gòu)

明洞結(jié)構(gòu)型式一般有拱形結(jié)構(gòu)和矩形結(jié)構(gòu)兩種型式。拱形結(jié)構(gòu)受力合理，結(jié)構(gòu)尺寸較小，全隧道內(nèi)凈空一致，利于通風(fēng)排煙。矩形結(jié)構(gòu)建筑高度小，布置合理，空間利用率高?？紤]通風(fēng)排煙及結(jié)構(gòu)受力，項(xiàng)目采用拱形斷面結(jié)構(gòu)型式。結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并參照數(shù)值分析結(jié)果，擬定隧道明洞采用70cm 模筑C30防水耐腐蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[1]。

2.3.2 暗洞結(jié)構(gòu)

沿用新奧法基本原理，采用初支+二襯的結(jié)構(gòu)形式。該隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)以工程類比法為主，根據(jù)圍巖級(jí)別、凈距、結(jié)構(gòu)跨度及埋深等條件擬定相應(yīng)的支護(hù)類型，并通過數(shù)值計(jì)算分析進(jìn)行校核。施工中重視現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)量分析，及時(shí)調(diào)整支護(hù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工。其中，匝道分岔段支護(hù)參數(shù)如表1 所示[2]。

表1 匝道分岔段復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)表

3 隧道設(shè)計(jì)重難點(diǎn)段落及對(duì)策

3.1 分岔段特大斷面隧道設(shè)計(jì)施工技術(shù)

分段逐步擴(kuò)大過渡方式有經(jīng)濟(jì)、襯砌自然過渡平順、簡單的特點(diǎn)，因此該隧道采用分段逐步擴(kuò)大過渡方式對(duì)分岔段進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。

3.1.1 通過對(duì)既有類似工程實(shí)例的類比和對(duì)該工程具體問題的分析，該隧道分岔段特大斷面隧道設(shè)計(jì)和施工的重難點(diǎn)為：

匝道從主洞三車道分岔出“3+2”個(gè)車道，主洞隧道與匝道隧道平交口分岔段采用分段擴(kuò)挖形式，開挖斷面寬度由14.45m（三車道）—16.2m（FC1）—18.2m（FC2）—21.45mm（FC3）—24.95m（FC4）—28m（FC5）分段擴(kuò)大，分岔斷面至分岔的喇叭口擴(kuò)挖處，最大開挖凈跨度達(dá)到30.51m。由于目前已建成的大跨度分岔隧道均位于圍巖地質(zhì)條件較好的Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖地段，該隧道分岔段（即喇叭口擴(kuò)挖處）部分位于Ⅳ、Ⅴ級(jí)地段，因此將給分岔段的施工帶來極大的挑戰(zhàn)。

圖2 隧道擴(kuò)挖斷面示意圖

主線分岔段結(jié)構(gòu)形式變化大，施工工序多，容易引起安全問題，給設(shè)計(jì)與施工帶來了諸多困難。

3.1.2 對(duì)策措施

針對(duì)主線漸變段及分岔段結(jié)構(gòu)形式變化大、施工工序多等情況，對(duì)大跨度斷面進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。擬定最大跨度斷面支護(hù)方案。具體支護(hù)參數(shù)如下：

其一，5.0m 長φ25 中空注漿錨桿，間距1.0×0.75m；

其二，28cm+18cm 雙層C25 噴射混凝土，內(nèi)設(shè)φ8雙層鋼筋網(wǎng)，間距15×15cm；

其三，I22b 與φ28 鋼格柵雙層支護(hù)，間距0.75m；其四，70～80cm 厚鋼筋混凝土二襯。

3.1.3 施工中需注意的事項(xiàng)

第一，限界凈寬≥20m 段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工，兩側(cè)導(dǎo)洞掌子面縱向需拉開20m 間距；第二，待左、右側(cè)導(dǎo)洞初支施作完畢，圍巖基本穩(wěn)定后，分臺(tái)階開挖中導(dǎo)洞核心土；第三，初支封閉成環(huán)后，即拆除臨時(shí)支撐，模筑整體二襯；第四，施工過程中施工工序必須緊湊，必須隨挖隨支，及時(shí)封閉臨空面。

3.2 長距離超小凈距隧道施工技術(shù)

匝道與右、左線主隧道交匯處由喇叭口大斷面隧道、小凈距隧道組成，為減少大斷面長度并解決小凈距間距過小問題，凈距1.5～3.0m 段采用連拱過渡至小凈距隧道。

主隧道先行施工，待開挖至20m 后，再進(jìn)行匝道施工。在輪廓線處相隔50cm 打一預(yù)裂眼，隔孔裝藥，以減少爆破震動(dòng)對(duì)巖柱的擾動(dòng)。隧道開挖嚴(yán)格控制每次進(jìn)尺，每次進(jìn)尺應(yīng)小于1m。開挖后立即噴射3～5cm 厚的混凝土，打設(shè)錨桿、安裝鋼架及時(shí)封閉。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理及施工組織，縮減每個(gè)工序作業(yè)時(shí)間，及早完成初支，使初支盡快承力，減少圍巖變形[3]。

除上述措施外，為減少隧道施工對(duì)鄰近隧道的影響，采取如下：相鄰隧道間巖柱厚度大于5m 時(shí)，相鄰隧道間巖柱采用對(duì)拉錨桿和注漿處理，有效地利用兩隧道間的圍巖，利于兩隧道整體穩(wěn)定。錨桿對(duì)拉的具體做法為：主隧道先施工，打入邊墻系統(tǒng)錨桿并注漿；匝道上斷面開挖后應(yīng)及時(shí)封閉，架立鋼格柵，隧道下部開挖時(shí)切除露頭錨桿，并與匝道隧道格柵焊接或用墊板將螺帽壓緊。

3.3 地下立交互通

3.3.1 主線隧道上跨在建隧道、匝道、地鐵隧道、既有新陽隧道，與在建隧道通過匝道連通，存在多處上跨、下穿交叉點(diǎn)，隧道臨近施工，后續(xù)施工開挖隧道對(duì)已修筑隧道爆破影響較大。

3.3.2 應(yīng)對(duì)措施

通過施工中合理安排工期，利用施工橫通道、橫洞優(yōu)先施工開挖下穿隧道，后施工上跨隧道，避免后施工隧道下穿新建隧道。施工過程采用控制微差爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制爆破振速；加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和地質(zhì)預(yù)報(bào)；先施工下穿隧道開挖后對(duì)四周圍巖進(jìn)行適當(dāng)周邊注漿，初支背后注漿回填密實(shí)，二襯采用帶仰拱的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，減緩后續(xù)隧道爆破施工對(duì)已建隧道的影響。

上跨既有隧道段，上下層隧道凈間距較小，為確保施工過程中新陽隧道的運(yùn)營安全，對(duì)上跨影響段采用靜態(tài)爆破控制技術(shù)進(jìn)行開挖。同時(shí)，為保證施工期間減少對(duì)新陽隧道的影響，應(yīng)對(duì)新陽隧道的機(jī)電設(shè)備及結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，保證施工運(yùn)營車輛安全。

3.4 爆破防震技術(shù)

3.4.1 爆破振動(dòng)影響

大斷面隧道施工中爆破振動(dòng)會(huì)影響鄰近構(gòu)筑物。隧道間距小時(shí)，隧道的振動(dòng)速度會(huì)很大，需嚴(yán)格控制爆破參數(shù)，保證振動(dòng)速度不會(huì)超標(biāo)。隧道爆破開挖造成的振動(dòng)勢(shì)必對(duì)相鄰隧道產(chǎn)生較大影響，故而施工中須采取減振措施以保證安全。

3.4.2 防震措施

由于爆破設(shè)計(jì)參數(shù)可能存在一些差異，且隧道施工工序要求支護(hù)未能及時(shí)閉合，因此實(shí)際隧道對(duì)施工爆破振動(dòng)的要求可能更高?，F(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)速度標(biāo)準(zhǔn)按V≤2.0cm/s（上跨隧道按1.0cm/s）控制。施工中減振措施主要有縮小爆破進(jìn)尺、降低炮眼裝藥密度、光面爆破和預(yù)裂爆破等。而隔振措施則主要有預(yù)切槽、隔斷樁技術(shù)等?？刂票剖┕ぶ械恼駝?dòng)效應(yīng)的措施主要有：

第一，采用低威力、低爆速炸藥或采用小直徑不耦合裝藥；

第二，采用微差爆破；

第三，采用預(yù)裂爆破或預(yù)鉆防震孔；

第四，限制單次起爆裝藥量；

第五，分步開挖，增加臨空面。

4 結(jié)語

其一，對(duì)于地下互通隧道，可借鑒的案例較少，通過設(shè)計(jì)優(yōu)化及后續(xù)施工跟蹤，采用合理的支護(hù)參數(shù)及開挖工法，為國內(nèi)同類工程設(shè)計(jì)提供參考。

其二，小凈距隧道段開挖方法的選擇減小對(duì)中巖墻的擾動(dòng)，控制中巖墻的變形，保證開挖過程中圍巖的穩(wěn)定，合理安排施工方法和施工工序。

其三，由匝道開挖進(jìn)入分岔隧道段需考慮匝道安全，根據(jù)開挖段地質(zhì)情況，考慮主線隧道穩(wěn)定，綜合確定反挖施工點(diǎn)。

其四，大斷面隧道施工監(jiān)控量測(cè)必不可少，可驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性和施工安全，通過監(jiān)測(cè)了解構(gòu)筑物、地層與支護(hù)結(jié)構(gòu)的變化情況，評(píng)價(jià)其安全及穩(wěn)定性。監(jiān)測(cè)成果彌補(bǔ)理論分析不足，修正后的支護(hù)參數(shù)及采取的控制措施方可作為可借鑒的成果。