铁路隧道三线分岔大跨段变截面施工技术

任东平

中铁二十局集团市政工程有限公司，兰州 730046

地下大跨结构在城市轨道交通车站［1］及水电站地下厂房［2］中较常见，铁路隧道在道岔分线、隧道喇叭口等特殊部位也常设大跨段［3］。对于隧道大跨段施工通常将大断面转化为小断面，使各部分自成稳定的受力体系。根据跨度不同可分别采用三台阶临时仰拱法［4-5］、单侧壁导坑法［6］、双侧壁导坑法［7-8］、交叉中隔壁法［9-10］等施工方法。

在分岔大跨段存在较大的断面差，须过渡渐变施工。由小断面进入大断面时，由于中管棚要割除，主要采用超前注浆对地层进行加固，扩挖时逐榀施工支护逐榀渐渐抬升，最终形成目标大断面。

本文对重庆铁路枢纽东环线樵坪山隧道三线分岔大跨段变截面处的施工方法进行研究，为类似工程提供参考。

1 工程概况

樵坪山隧道为全线最长隧道，其横跨重庆市巴南区、南岸区，隧道全长7 568 m，最大埋深340 m。该隧道为单洞双线，采取“两斜井+一横洞”的辅助坑道方案施工。东环正线需与重庆东站相连，故须在洞内设置两个大跨段，分别引入重庆东站左右联络线。左联络线大跨段起讫里程为DK43+400—DK43+584，长184 m。右联络线大跨段起讫里程为DK43+150—DK43+304，长154 m。左右联络线大跨段的跨度分别为24.53、19.77 m，断面面积分别为317、227 m2。大跨段施工平面布置如图1所示。

图1 大跨段施工平面布置（单位：m）

大跨段围岩属Ⅳ级围岩，岩性以泥岩、砂岩为主，无水或有少量基岩裂隙水。岩层缓倾，整体稳定性较好。

2 大跨段初期支护参数

左右联络线大跨段除长度及扩挖方向不同外，支护参数、断面大小均一致。本文以右联络线（DK43+150—DK43+304）为例进行介绍。

该工程变截面过渡段分为两种：①15.12 m（断面宽度）大跨段向19.77 m大跨段过渡；②19.77 m大跨段向24.53 m大跨段过渡。

1）15.12 m大跨段

设计初期支护钢架采用I20b型钢，间距0.8 m，全环设置ϕ8钢筋网片，C25喷射混凝土厚度27 cm。拱部采用ϕ22组合中空锚杆，单根长4 m，间距为1.2 m（环向）×1.0 m（纵向）。拱脚每节点设置ϕ22锁脚锚管，单根长4 m。临时横撑钢架采用I18型钢。

2）19.77 m大跨段

初期支护钢架采用I25b型钢，间距0.6 m，全环设置ϕ8钢筋网片，C25喷射混凝土厚度32 cm。拱部采用ϕ25自进式锚杆，单根长6 m，间距为1.0 m（环向）×1.0 m（纵向）。拱脚每节点设置ϕ76锁脚锚管，单根长4 m。

3）24.53 m大跨段

设计初期支护钢架采用I25b型钢，间距0.5 m，全环设置ϕ8钢筋网片，C25喷射混凝土厚度32 cm。拱部采用ϕ25自进式锚杆，单根长6 m，间距为1.0 m（环向）×1.0 m（纵向）。拱脚每节点设置ϕ42锁脚锚管，单根长4 m。临时横撑钢架采用I18型钢。

3 过渡段施工方案

隧道变截面施工有直接突变扩挖［11］、提前渐变斜向扩挖［12］两种方案。直接突变扩挖适用于断面宽度变化较小工况，工艺简单，施工进度较快，但截面突变处常有应力集中，须特别处理［13］。提前渐变斜向扩挖适用于断面宽度变化较大工况，常见于斜井进正洞时的挑顶施工。优点是截面渐变过渡，减少应力集中，施工更安全。

本工程断面宽度变化较大，原则上应采用提前渐变斜向扩挖方案，经专家论证和比对，在采取加强支护措施的前提下，也可以采用直接突变扩挖方案。为防止变截面处出现应力集中，对变截面前后段落加强支护。

4 过渡段施工方法及步骤

4.1 15.12 m大跨段向19.77 m大跨段的过渡

4.1.1 施工方法

该过渡段开挖工法为上下台阶法+临时横撑向三台阶临时仰拱法过渡。为实现该段顺利过渡，需设置5.4 m过渡段（DK43+148.8—DK43+154.2，DK43+150处变截面）。上台阶施工至DK43+148.8后开始向上、向下、向右直接扩挖。在过渡段的左侧设置I22b临时竖撑支撑拱部钢架拱脚，同时初期支护钢拱架连接板上部约30 cm处采用型钢加强，其余部分仍采用原设计ϕ22螺纹钢筋连接。右侧扩挖时采用小导洞法［14］，小导洞内架立I18型钢门架临时支撑，门架安装在初期支护外部，待开挖至上台阶拱脚处时接长正洞上台阶钢架，喷射混凝土封闭，完成上台阶初期支护施工。之后进行中、下台阶开挖及初期支护施工。

扩挖过程中根据围岩情况对初期支护钢架采取一定的加固措施，如设置型钢纵向连接。变截面处超前支护难以正常施作，向右侧扩挖施作初期支护时可在拱部打设ϕ42超前小导管进行预支护。

4.1.2 过渡段施工

过渡段施工顺序见图2。

图2 过渡段施工顺序

具体施工步骤：

1）超前支护施工。DK43+150处由断面宽15.12 m突变为19.77 m。考虑变截面处挡头墙衬砌厚1.0 m，初期支护厚0.2 m，将变截面处型钢钢架位置设在DK43+148.8。施工至DK43+148.8后，施作上台阶左侧ϕ76超前中管棚。

2）左侧开挖及支护。按设计断面宽19.77 m开挖左侧上台阶和中台阶约2/3高度（图2中Ⅰ部、Ⅱ部，其中Ⅱ部分两次开挖成型），开挖平面距拱顶高度约6 m，以便挖机进入19.77 m断面后向右直拐开挖扩大断面。环向采用I25b型钢钢架。在每榀环向I25b型钢钢架拱顶处安装I22b型钢钢架作为竖向临时支撑；支撑底部采用宽60 cm，长90 cm，厚20 mm钢垫板，竖向支撑纵向上下各采用I16型钢加强。环向I25b型钢钢架右侧形成悬臂状态。拱部施作ϕ25自进式锚杆，锚杆长度6 m。锚杆端部设置锚垫板与拱架焊接牢固。

3）右侧开挖及支护。①待Ⅱ部开挖至DK43+154.2后，拆除右侧的临时竖向支撑，只保留首尾榀竖向支撑。②向右直拐90°，在9（榀钢架）×60 cm（间距）=540 cm宽作业空间按断面宽19.77 m开挖右侧上台阶、中台阶剩余部分，开挖长度为隧道环向4.6 m。③小导坑采用I18型钢门架支撑，宽6 m的I18型钢门架支撑横梁底部高出隧道环向I25b型钢钢架顶部10 cm，I18型钢间距0.8 m，每次开挖1榀。19.77 m大跨段右侧上台阶、中台阶剩余部分开挖完成后，在I18型钢门架支撑横梁下部安装隧道环向I25b型钢钢架剩余部分。待上台阶、中台阶拱架全部安装完毕后，拆除0榀之外的I18型钢门架竖向支撑，形成三台阶临时仰拱法作业面。④按照三台阶临时仰拱法施工中台阶初期支护剩余部分及下台阶初期支护。

4.2 19.77 m大跨段向24.53 m大跨段的过渡

4.2.1 施工方法

该过渡段开挖工法为三台阶临时仰拱法向双侧壁导坑法过渡。按照设计位置布置临时竖撑会导致右侧导坑不能顺利与三台阶临时仰拱法所施工的通道衔接，直接影响施工机械通行。为解决该问题，需设置10 m过渡段（DK43+255.8—DK43+265.8，DK43+257处变截面）。在过渡段内对临时竖撑的位置进行调整［15］。即刚进入24.53 m断面时，双侧壁导坑右导坑的临时竖撑位置向左调整1.5 m，以保证右导坑宽度5 m，满足施工机械通行。过渡段右侧扩挖仍采用小导洞法，扩挖方法同15.12 m断面向19.77 m断面的扩挖施工。

4.2.2 DK43+257处变截面施工（图3）

图3 DK43+257过渡段施工顺序（单位：m）

具体施工步骤：①19.77 m大跨段上台阶按照三台阶临时仰拱法施工至DK43+255.8，封闭掌子面，待中台阶施工至DK43+255.8后调整开挖工法。按照双侧壁导坑法施工24.53 m大跨段上台阶。②开挖左导坑1部，施作1部周边初期支护及临时支撑。每循环进尺不大于2榀钢架间距。③滞后1部10～15 m开挖右导坑2-1部，然后向右侧、向上部扩挖2-2部，施作周边初期支护及临时竖撑。每循环进尺不大于2榀钢架间距。④滞后2部10～15 m施作中部导坑3部。先开挖3-1部，然后向上扩挖3-2部，施作周边初期支护。每循环进尺不大于2榀钢架间距。⑤按照第①步到第③步的方法继续施工上台阶至DK43+265.8，完成过渡段10 m上台阶的开挖支护。⑥施工下台阶初期支护及临时支撑，完成过渡段10 m下台阶的开挖支护。

临时竖撑位置调整将对24.53 m大跨段整体的稳定性产生一定影响。为确保施工安全，该段须采取加强措施，将两侧拱脚锁脚锚管长度由4 m调整为6 m。

5 结语

大跨段变截面施工的难点在于如何在变截面处将各种工法安全平顺过渡，施工前须对各种施工方案进行对比，选定更安全、经济的施工方案。

从15.12 m大跨段（台阶法+临时横撑）向17.99 m大跨段（三台阶临时仰拱法）施工时，在变截面处设置了长5.4 m的过渡段。从17.99 m大跨段（三台阶临时仰拱法）向24.53 m大跨段（双侧壁导坑法）施工时设置了长10 m的过渡段。为解决施工机械通行的问题，对长10 m过渡段临时竖撑的位置进行了调整。

樵坪山隧道在大跨段施工过程中严格遵照所制定的方案施工。目前两大跨段均安全、顺利施工完毕。