城市小净距大小断面隧道交叉口段暗挖技术研究

郑剑锋

(中铁十六局集团有限公司 北京 100018)

1 引言

随着城市交通的快速发展，越来越多的城市修建地下快速路[1-2]。为了实现道路交通的快速转换，在两条地下快速路的交叉处修建隧道交叉口是最佳的交通结构形式。对于采用新奥法原理修建的地下交叉隧道，交叉口处是一条隧道分成两条隧道的分流点或两条隧道合成一条隧道合流点。由于隧道净距小，交叉口处宽度大，地下结构及围岩受力复杂[3-4]。因此地下隧道的交叉口开挖通常成为了设计、施工的难点。

本文结合杭州市紫之隧道，针对城市地下两条快速路的交叉口施工中经常遇到的隧道小净距的问题，以及交叉口处隧道宽度大、地下结构和围岩受力复杂等难点，系统研究了复杂环境条件下由小断面隧道进入大断面隧道施工技术。

2 工程概况及难点分析

2.1 工程概况

紫之隧道包含3座4～5 km隧道，全长14.4 km，是杭州市最长的隧道，目前也是全国最长的城市隧道。设计为双向六车道，南北各设置了一对匝道与主隧道相交，如图1所示。交叉口处形成了跨度24.7 m的特大断面和0.3 m的小净距。

图1 匝道与隧道主线交叉平面图

2.2 水文地质

立体交叉段东线二车道K2+512.6～K2+555.6属于Ⅳ级围岩，岩性为泥岩、粉砂岩、不均质夹岩屑砂岩、泥质粉砂软岩，相互交错，岩石均匀性差，地质条件复杂，且场地附近存在地下水，围岩中泥质结构在地下水作用下易崩解，导致围岩强度降低。

2.3 工程难点

(1)开挖宽度大

东大跨ND1型断面开挖宽24.768m，高13.421 m，地处Ⅲ级围岩。

(2)超小净距施工

东匝道与东主线并行交汇于东大跨段，形成小净距施工，中夹岩最薄处0.3 m厚。

(3)高差大，且有变截面施工

东线匝道与东大跨交界处:东线匝道拱顶标高为29.782 m，东大跨段拱顶标高为35.178 m，拱顶高差为5.396 m，且由东线匝道进入东大跨施工。

(4)多断面交叉施工

匝道(单车道)与主隧道(两车道)在大跨度断面段(三车道)处交汇[5]，围岩受力复杂，工序转换多，多工作面交叉作业，施工组织难度大[6]。

3 小净距大小断面隧道交叉口施工技术

3.1 总体施工方案

如图2所示，先将小断面隧道开挖至大跨度断面隧道，再进行横向扩挖，然后再进行反向开挖小净距隧道。在小净距隧道施工中，放弃了复杂连拱隧道技术，采用了超小净距隧道的开挖支护技术。

图2 开挖步序(单位:mm)

3.2 施工关键技术

3.2.1 导洞爬坡开挖

(1)匝道开挖至与大跨度断面相交时，匝道末端拱架进行密排加强。加固完成后，对爬坡导洞进行测量放样，确定导洞开挖方向和扩挖轮廓线。

(2)导洞向大跨段断面方向按29°仰角进行快速爬坡(坡度满足大型挖机和铲车进入的要求)开挖。

(3)原则上应根据匝道上台阶的高度和宽度控制导洞的高度和宽度，以便与坡道统一使用工作小车。

(4)按照大跨度断面轮廓控制导洞内轮廓与大跨度断面隧道重合处的爆破形状。由于此处存在挑高和侧向扩挖同步进行，导洞断面形状应满足受力均匀。

(5)导洞爬坡采用光面爆破，加密炮孔，减少单个炮孔装药量，每循环进尺1～1.5 m。视情况对围岩不稳定部位进行锚杆+网片+喷射砼支护，必要时设置临时钢架支撑。

3.2.2 反向扩挖

导洞爬坡施工至设计标高后，导洞顶部进行反向扩挖，并确保大跨度断面顶部支护到位。

(1)在导洞末端坡道上用碎石反向铺设台车施工平台，在之前简单喷锚处理的掌子面上，按大跨度断面轮廓进行炮孔放样，工班按炮孔位置钻孔爆破。

(2)在大跨度导洞顶部按照1 m间隔架设工字钢架，并靠近大跨度断面未开挖一侧设置临时支撑，喷射混凝土20 cm，直至导洞扩挖完成。

3.2.3 横挑扩挖

(1)导洞扩挖完成后，大断面上台阶可进行正向横挑扩挖。为便于操作开挖台车，大断面上台阶高度按原匝道上台阶的施工高度来控制。

(2)每循环在横、纵向分别扩挖3 m。扩挖面设置竖向临时支撑，对断头部分进行喷射混凝土加固。按此工序依次进行多次扩挖，直至达到大跨段设计断面[7]。

3.2.4 反向开挖(同步主洞开挖)

(1)大断面开挖至设计轮廓后，向大跨度断面隧道方向采用台阶法开挖约5～6 m。此时，大断面方向形成第一个工作面，主隧道可通过台阶法展开施工。

(2)反向开挖大跨度断面隧道未扩挖到位部分，每循环开挖进尺1 m[8]。开挖后及时进行锚喷支护，并与前期初期支护连接牢固[9]。根据地质条件和监测数据，对在横挑扩挖开挖过程中搭设的临时支护选择保留或拆除。

3.2.5 中台阶、下台阶及仰拱开挖支护

反向开挖和大断面上台阶开挖完成，由匝道往大跨度断面方向依次开挖大断面中、下台阶和仰拱。施工中应分层、分部开挖，每循环开挖及时进行钢架接长，并及时封闭仰拱。

3.2.6 超小净距隧道施工

(1)相邻隧道(匝道)初期支护封闭成环并回填仰拱后进行超小净距隧道施工。施工中采用φ42注浆小导管超前预加固，并对夹岩>1.5 m处施作4.5 m长φ25对拉锚杆，如图3所示。

图3 小净距加固示意

(2)在开挖过程中，为便于控制钻孔精度和爆破装药参数，从中夹岩由薄变厚的方向开挖小净距隧道。

(3)为减小对相邻匝道的影响，采用控制爆破，按照导洞先行，再扩挖的方式组织施工[10-11]。小净距隧道施工时爆破开挖分为三部分(见图4)，每循环进尺1～1.5 m。

①部超前开挖1.5～2 m后，②部进行扩大开挖。这样不仅①部爆破后可增加爆破自由面，减少一次起爆的炸药量，还可以降低爆破振动，提高光面爆破效果。上台阶超前开挖支护5～10 m后，对下台阶进行爆破开挖。

(4)当小净距隧道进尺达到6 m时，即可进入主隧道开挖。此时在小净距方向形成第二工作面，可以与在大跨度断面方向的第一工作面同步开挖。大跨度断面段可展开后续二次衬砌施工[12]。

4 结束语

杭州紫之隧道应用城市地下隧道交叉口小净距及大断面施工方法，克服了传统方法无法由小洞往大洞方向开挖的缺陷。通过大跨段的安全监测结果表明，该段变形在2 cm以内，安全性可靠，施工进度提高10%以上，节约了施工成本。

(1)在匝道处采用小断面纵向爬坡挑顶进入大断面，反向扩挖分叉主隧道，保证施工安全。

(2)采用控制爆破技术，保证了小净距隧道间0.3 m夹层围岩的稳定。

(3)在软弱围岩段采用超前导管、超前预注浆加固地层，保证了交叉隧道开挖稳定。