长沙营盘路湘江隧道分岔大跨施工技术

荆永军，樊 至，欧阳刚杰，陈长强，许玉民

(中铁隧道股份有限公司，河南 郑州 450000)

0 引言

随着国内城市交通网的大力发展，特别是城市地下工程的普遍应用，城市地下合流分流隧道不断涌现出来。因城市地下合流分流隧道一般地处城市繁华区域，隧道施工受到地表建(构)筑物、管线等诸多周边条件限制，且隧道围岩较软弱，结构断面变化复杂。文献［1］和文献［2］主要对营盘路江底大跨段施工进行了安全风险评估和安全性分析;文献［3］对湘江隧道大跨和浅埋段的洞内超前预注浆技术进行了介绍;文献［4］介绍了大跨度隧道的开挖和优化。以上研究针对施工中遇到的某个或几个问题展开了探讨，而对于营盘路湘江隧道主线与匝道分岔段在大断面、浅埋、地质差及周边环境复杂等情况下的暗挖隧道整套施工技术，可参考借鉴的文献并不多。本文提出了分岔段地层加固、大断面分解与渐变、保留临时支撑施作二次衬砌等技术，突出对大断面的分块与确保支护结构安全前提下的步序调整，对分岔大跨合流段施工技术进行了详细介绍。

1 工程概况

长沙市营盘路湘江隧道分岔大跨段存在地质条件复杂(由上自下依次为路面、杂填土、粉质黏土、圆砾层、全(强)风化板岩、中风化板岩)、超浅埋［5］(埋深最浅 6.5 m)、开挖断面大(DKAⅢ'最大开挖面积约375 m2)、分岔段跨度大(最大跨24.5 m)、周边环境复杂(穿越湘江大堤、地表动荷载大的潇湘大道、紧临溁银桥)，且采用矿山法施工，施工过程风险极大。A，B匝道分别与南、北线交汇形成分岔大断面，如图1和图2所示。其中，A匝道与主隧道形成的大断面于2010年6月开始施工，于2011年7月全部完成。

A，B匝道分别与南、北线交汇形成的分岔大跨断面同一横断面里程相差约100 m，北线超前，即南线里程为0+800，则同一横断面北线里程大约为0+900。

2 技术原理

将复杂地质条件下的匝道与主线合流隧道断面逐步划分成为较安全的小断面独头施作，以科学合理分块为基础，采用导坑超前、临时支撑封闭成环的施工组织。期间采用多种超前地质预报技术，准确分析、判断掌子面前方围岩地质参数。地表采用袖阀管注浆和高压旋喷加固，洞内采用超前预注浆、管棚超前支护、径向注浆补强等措施加固。针对分岔大断面受力复杂［6］的特点，采用合理渐变、科学分块、控制爆破，结合人工机械开挖，将大断面化整为零，过程中及时收集监控量测数据并分析反馈指导现场，成功突破了分岔大断面开挖施工，有效地防止了分岔段坍塌和涌水突泥。在竖撑未拆的情况下，利用异型台车同步施作拱墙衬砌工艺，实现了初期支护结构的稳定可控，保证了衬砌安全、优质、高效施作。

3 施工技术要点

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图3。根据分岔大跨段的实际情况，开挖分为11部(除DKC断面外的所有大跨断面)、CRD法(DKB到DKC渐变)及三台阶法(DKC断面)。

总体施工顺序为:右侧壁导坑独立先行施作①②部，保留③部暂不施工，利用临时横撑封闭成环;待与相向开挖面贯通且DKC断面形成三台阶施工后，采用双作业面相向施工左侧壁导坑④⑤部，同样保留⑥部;左侧壁贯通后，分别以两作业面前后错开施作③⑥部，并及时封闭初期支护，再施作③⑥部仰拱衬砌及填充，同时在DKC断面反向增开第1作业面，在DKA与DKB交界处以横通道形式增开第2、第3作业面，开始以微台阶形式施作中导坑顶部⑦⑧部;待⑦⑧部开挖初期支护完毕后，整体施作拱墙衬砌，至此，除中导坑中下部外，其余部位开挖衬砌全部完成;最后再开挖中导坑剩余部位和施作中导坑仰拱衬砌及填充。分岔大断面分部如图4所示。

3.2 操作要点

3.2.1 超前地质预报

图5 分岔大断面施工平面组织Fig.5 Construction organization of fork section

施工前，先对隧道沿线及周边进行详细的地质补勘，确保掌握详细的地质资料。根据地质勘察资料，针对特殊工程性质，采取长短距离相结合、物探和钻探相结合，运用TSP203(0～120 m)、长短超前探孔(0～30 m)等方法和手段组成综合超前地质预报，最大程度地掌握围岩的真实情况，查明隧道的工程、水文地质及不良地质体的准确位置和岩土物理力学参数等，从而制定合理的施工方案，避免隧道施工中坍塌、突涌水等现象。

3.2.2 分岔段预加固施工

分岔段大部分处于潇湘大堤下，拱顶存在与湘江江水连通的卵石圆砾层，围岩较破碎且复杂多变，是水下隧道施工的难点。为保证施工安全，采用地表袖阀管预注浆加固、地表旋喷加固、超前注浆加固堵水、超前长(短)管棚预支护。分岔段预加固措施见表1。

3.2.3 开挖施工

3.2.3.1 开挖方法的确定

分岔段施工时，考虑到施工安全，两侧壁导坑先后进行施工，保留③⑥部。先行侧壁导坑分三台阶施工①②部，后行侧壁导坑待先行导坑贯通形成反向施工能力后(④⑤部)以两头对打的方式进行施作，待两侧壁导坑中上部都贯通后，再开挖③⑥部。中部导坑先开挖⑦⑧部，待初期支护封闭后再开挖⑨⑩部。分岔大断面施工平面组织如图5所示。

表1 分岔段预加固施工措施Table 1 Preconsolidation measures for fork section

DKC断面采用6部CRD法和三台阶法施作。将大断面的右侧壁断面预留一定的安全距离后进行扩大，从而转换成后续的三台阶法施工。

由于分岔大跨段开挖断面大、地质复杂、大部分为软弱围岩，且随时可能出现卵石圆砾层，要保证围岩的自稳及开挖安全，一次开挖断面不能过大。从出碴机械设备及施工简便方面考虑，①②、④⑤部都分为3个微台阶进行开挖，台阶的开挖高度定为3 m，③⑥部同样分为二台阶进行施作。由于中导坑跨度较大(最大超过11 m)，所以中导坑上部采用左右2个导坑前后错开3～5 m进行开挖，中导坑其余部位按设计进行分部开挖。其中，匝道侧壁进入大跨段施工纵向步序见图6，其他侧壁断面施工纵向步序类似。

图6 匝道侧壁进入大跨施工纵向步序(单位:m)Fig.6 Construction procedure(m)

3.2.3.2 爆破设计

按弱爆破设计，采用φ 32 mm岩石乳化炸药，楔形掏槽，掘进眼采用连续装药，周边眼采用间隔装药，非电毫秒雷管网络联接起爆，用3台YT－28气腿式风钻同时司钻。由于上台阶开挖后，中、下台阶各部位开挖时至少有2个临空面，小药量即可爆破成型，但需要控制两侧及仰拱的爆破成型效果。

3.2.4 分岔大跨断面渐变处施工

由于DKA与DKB断面、DKB与DKC断面存在断面差，特别是由大断面变为小断面侧壁缩小施工时，存在由大到小的渐变过程，远离设计中线的侧壁还存在中支撑扩挖的渐变。渐变的处理也是保证分岔大跨段施工安全和工期控制的关键。由大断面进入小断面时，侧壁处直接缩小开挖断面，中支撑每循环向目标方向偏移50 cm，最终形成目标断面，2个断面的初期支护工字钢之间在堵头墙位置采用工字钢加网喷混凝土支护。由小断面进入大断面时，由于超前管棚要割除，主要采用超前注浆对地层加固以保证前方岩土的稳定，同时扩挖采用逐榀(每次扩大约50 cm)施工支护渐进抬升，最终形成目标大断面，如图7和图8所示。

3.2.5 分岔段初期支护

分岔大跨段初期支护由C25纤维喷射混凝土、双层I22b型钢钢架、φ 8钢筋网和φ 22连接筋组成。

施工时，外层初期支护在开挖完成后立即架设，内层初期支护滞后外层初期支护3～5 m架设。内层钢架在不拆除临时支撑的情况下采用四向连接板进行内层钢拱架的安装，外层钢架架设的精度要求较高，具体连接情况见图9。

图9 大跨断面内层钢架接头连接示意图Fig.9 Joint connection of steel rib

3.2.6 渐变段开挖支护

在正常断面进入大跨断面前，由2个正常断面经小净距、零净距断面渐变成大跨断面，此复杂条件下渐变段的施工是本技术的难点和风险点，渐变段断面如图10所示。先由2个正常断面渐变成大跨渐变断面，并开始由三台阶工法转换为侧壁工法，然后再将渐变断面拱顶逐步抬高，形成大跨断面。

图10 渐变段断面Fig.10 Cross-section of tunnel

渐变段(DKAⅠ'和DKAⅢ')采用14部分块开挖形式与大跨正常断面同步施作，如图11所示。渐变段结构矢跨比小于0.3，受力形式复杂，这样的断面施工风险较大，故将渐变段分为14个小断面进行施作。

图11 渐变段断面分部图Fig.11 Construction sequence

3.2.7 支撑拆除

由于工况复杂及沉降变形较大，拱墙二次衬砌施工前保留了2排竖向临时支撑，对2道横向支撑进行拆除。分别在③⑥部仰拱衬砌及填充施工完毕后，拆除两侧壁导坑的临时横撑，临时竖撑只把拱墙二次衬砌钢筋的位置凿出，待拱墙衬砌施作完后再拆除。

支撑采用人工风镐破除混凝土、氧气乙炔割断工字钢的方式进行拆除。拆除过程中，量测频率较开挖施工时加大，出现量测数据异常时，应立即暂停拆撑作业，排除隐患后再进行施工。破除后的临时支撑混凝土，由人工通过梭槽将其转至仰拱上由挖机装碴运至洞外。

3.2.8 防水施工

分岔大跨段防水采用排导型，主要材料有防水板、止水钢板、背贴式止水带、中埋式钢边橡胶止水带和遇水膨胀橡胶止水条。

防水板在纵向施工缝下2 m开始向上铺设，仰拱无防水板，施工缝处由内到外依次设置背贴式止水带、纵向止水钢板、中埋式钢边橡胶止水带和遇水膨胀橡胶止水条。其中，背贴式止水带用热风将其焊接在防水板上，浇筑混凝土后，背贴式止水带的肋带嵌入衬砌混凝土内，在防水板内侧形成一个个防水分区，可增强防水效果［7］。

施作衬砌时，临时支撑尚未拆除，为了保证二次衬砌的整体性，把临时支撑间的喷射混凝土全部凿掉，仅保留临时竖撑的工字钢，待二次衬砌混凝土浇完等强后，从二次衬砌表面把露出的工字钢割断。考虑到要把工字钢浇筑进混凝土里，针对节点部位，采用2块E字型止水钢板对焊的形式将工字钢全环包裹，达到防水的目的［8］。

3.2.9 衬砌施工

分岔大跨段衬砌由φ 32@125 mm主筋、φ 22@250 mm纵向筋、φ 10@250 mm×500 mm架立筋和C35.P12防水混凝土组成。根据量测变形情况，出于安全迅速完成分岔大跨施工的考虑，大跨段衬砌施作采用异型衬砌台车+满堂红脚手架同步施工的形式。

待两侧壁导坑③⑥部开挖完成后，随即进行③⑥部仰拱及填充施作，在正常断面同时进行侧壁台车拼装工作。待③⑥部仰拱及填充完成后，拆除侧壁临时横撑，两侧壁台车(同时同里程)以衬砌台车进行衬砌施作，中导坑以脚手架+组合钢模对两侧台车进行连接，形成衬砌整体施工的方式，达到控制偏压、防止形成悬臂结构、控制施工风险和节约施工工期的目的。拱墙衬砌完成后，拆除临时支撑，开挖中导坑剩余部位，再施作中导坑仰拱及填充，异型台车施工形式见图12。

3.2.10 监控量测

开挖施工时，对分岔大断面地表沉降、洞内洞顶沉降、隧道收敛变形进行监测，所有量测项目监测频率为1次/d，当数据出现异常时，监测频率变为2次/d，直到量测数据正常后再将监测频率调整到正常状态。

开挖结束后、拆撑施作时是隧道施工风险最大的时候，量测工作也是重中之重，量测频率要比开挖时大。拆撑前的监测频率为1次/d。拆撑前6 h内采集监测数据，拆撑过程中，对拆撑地段进行全程监测;拆撑6 h内对拆撑地段监测1次，若无异常变化，将监测频率调整为1次/6 h。监测数据变化不大时，可适当降低监测频率。

图12 分岔大跨段衬砌双台车施工示意图Fig.12 Tunnel lining constructed by twin formwork trolleys

对采集到的现场数据进行及时分析，有异常情况时应第一时间反馈施工现场，指导现场施工。

3.3 施工效果

营盘路湘江隧道分岔大跨段采用本技术已顺利建成，期间未发生安全事故，创造了隧道建设领域的奇迹，取得了良好的社会效益，得到了社会各界的一致好评。

4 结论与讨论

营盘路湘江隧道分岔大跨段地层加固在地表有条件的地段采用了地表加固施工，在地表无条件的地段进行了洞内超前帷幕注浆加固，良好的地层加固效果降低了洞内开挖的风险。分岔合流段开挖由双洞通过A，B，C断面逐步渐变为标准单洞断面，大断面合理划分为小断面，有效地降低了隧道的坍塌风险，实现了分岔大跨段的成功实施。分岔大跨段二次衬砌采用双台车同步施工，保留了临时支撑，确保了隧道支护结构的稳定，提高了安全可靠性并优化了施工组织，较满堂红+脚手架+组合钢模的施工工艺，施工工序便于管控。衬砌后拆除的临时支撑采用了双E型止水钢板，有效地防止了衬砌渗漏水。

由于几个断面类型在渐变时尺寸比较多，施工比较繁琐，是本段施工的风险点，所以在应用本技术时需要特别注意渐变段的细节处理。

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