特大断面地下立交互通隧道的设计思考

2023-01-09 10:53许瑞镇
运输经理世界 2022年26期
关键词:净距匝道互通

许瑞镇

(湖北省交通规划设计院股份有限公司厦门分公司,福建厦门 361000)

0 引言

近年来,城市发展与土地资源日趋紧张的矛盾日趋尖锐,地下空间的开发利用越来越受到重视,地下互通具有缓解城市用地紧张、不侵占地面资源,疏解城市交通拥堵、缩短行车里程等特点。但互通隧道向匝道引出处包含多种隧道断面形式,如小净距段、连拱段、大跨段等,断面变化将给隧道设计、施工带来极大的挑战。本文借海沧疏港通道工程隧道项目,研究地下互通隧道的设计。通过此项目的论述,为国内类似工程的设计提供经验。

1 工程概况

项目位于厦门市海沧区,主线呈东西走向,设蔡尖尾山1 号、2 号隧道下穿蔡尖尾山。项目主线采用设计速度为80km/h,双向6 车道的一级公路与城市快速路相结合标准建设。

其中,疏港通道主线2 号隧道与芦澳路主线隧道于新美路节点设置芦疏互通一座,为半互通形式,共布设A/B/C/D 四个匝道,匝道从疏港通道主线接芦澳路主线。

项目总体布置如图1 所示。

图1 项目总体布置图

2 工程设计方案

2.1 平纵设计方案

蔡尖尾山2 号隧道主线左线长4240m,右线长4250m;隧道左右线进口段平面均位于直线段,洞身位于直线上,出口均位于圆曲线上;隧道采用人字坡。

2.2 建筑限界及内净空设计

2.2.1 建筑限界

该隧道建筑限界尺寸的拟定根据《公路隧道设计规范》(JTG D70—2004),并综合考虑道路性质、功能定位、设计车速、通行能力、交通安全和管线布置等因素,具体如下:

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

2.2.2 内轮廓

隧道内轮廓除应满足限界要求外,还应考虑设备、管线等的布置,结构受力要求等所需空间,并预留内装饰空间。

2.3 结构设计方案

2.3.1 明洞结构

明洞结构型式一般有拱形结构和矩形结构两种型式。拱形结构受力合理,结构尺寸较小,全隧道内净空一致,利于通风排烟。矩形结构建筑高度小,布置合理,空间利用率高。考虑通风排烟及结构受力,项目采用拱形断面结构型式。结合工程实践经验,并参照数值分析结果,拟定隧道明洞采用70cm 模筑C30防水耐腐蚀钢筋混凝土结构[1]。

2.3.2 暗洞结构

沿用新奥法基本原理,采用初支+二衬的结构形式。该隧道支护结构参数设计以工程类比法为主,根据围岩级别、净距、结构跨度及埋深等条件拟定相应的支护类型,并通过数值计算分析进行校核。施工中重视现场监量分析,及时调整支护,实现动态设计、动态施工。其中,匝道分岔段支护参数如表1 所示[2]。

表1 匝道分岔段复合式衬砌支护参数表

3 隧道设计重难点段落及对策

3.1 分岔段特大断面隧道设计施工技术

分段逐步扩大过渡方式有经济、衬砌自然过渡平顺、简单的特点,因此该隧道采用分段逐步扩大过渡方式对分岔段进行设计和施工。

3.1.1 通过对既有类似工程实例的类比和对该工程具体问题的分析,该隧道分岔段特大断面隧道设计和施工的重难点为:

匝道从主洞三车道分岔出“3+2”个车道,主洞隧道与匝道隧道平交口分岔段采用分段扩挖形式,开挖断面宽度由14.45m(三车道)—16.2m(FC1)—18.2m(FC2)—21.45mm(FC3)—24.95m(FC4)—28m(FC5)分段扩大,分岔断面至分岔的喇叭口扩挖处,最大开挖净跨度达到30.51m。由于目前已建成的大跨度分岔隧道均位于围岩地质条件较好的Ⅱ、Ⅲ级围岩地段,该隧道分岔段(即喇叭口扩挖处)部分位于Ⅳ、Ⅴ级地段,因此将给分岔段的施工带来极大的挑战。

图2 隧道扩挖断面示意图

主线分岔段结构形式变化大,施工工序多,容易引起安全问题,给设计与施工带来了诸多困难。

3.1.2 对策措施

针对主线渐变段及分岔段结构形式变化大、施工工序多等情况,对大跨度断面进行数值计算。拟定最大跨度断面支护方案。具体支护参数如下:

其一,5.0m 长φ25 中空注浆锚杆,间距1.0×0.75m;

其二,28cm+18cm 双层C25 喷射混凝土,内设φ8双层钢筋网,间距15×15cm;

其三,I22b 与φ28 钢格栅双层支护,间距0.75m;其四,70~80cm 厚钢筋混凝土二衬。

3.1.3 施工中需注意的事项

第一,限界净宽≥20m 段采用双侧壁导坑法进行施工,两侧导洞掌子面纵向需拉开20m 间距;第二,待左、右侧导洞初支施作完毕,围岩基本稳定后,分台阶开挖中导洞核心土;第三,初支封闭成环后,即拆除临时支撑,模筑整体二衬;第四,施工过程中施工工序必须紧凑,必须随挖随支,及时封闭临空面。

3.2 长距离超小净距隧道施工技术

匝道与右、左线主隧道交汇处由喇叭口大断面隧道、小净距隧道组成,为减少大断面长度并解决小净距间距过小问题,净距1.5~3.0m 段采用连拱过渡至小净距隧道。

主隧道先行施工,待开挖至20m 后,再进行匝道施工。在轮廓线处相隔50cm 打一预裂眼,隔孔装药,以减少爆破震动对岩柱的扰动。隧道开挖严格控制每次进尺,每次进尺应小于1m。开挖后立即喷射3~5cm 厚的混凝土,打设锚杆、安装钢架及时封闭。加强现场管理及施工组织,缩减每个工序作业时间,及早完成初支,使初支尽快承力,减少围岩变形[3]。

除上述措施外,为减少隧道施工对邻近隧道的影响,采取如下:相邻隧道间岩柱厚度大于5m 时,相邻隧道间岩柱采用对拉锚杆和注浆处理,有效地利用两隧道间的围岩,利于两隧道整体稳定。锚杆对拉的具体做法为:主隧道先施工,打入边墙系统锚杆并注浆;匝道上断面开挖后应及时封闭,架立钢格栅,隧道下部开挖时切除露头锚杆,并与匝道隧道格栅焊接或用垫板将螺帽压紧。

3.3 地下立交互通

3.3.1 主线隧道上跨在建隧道、匝道、地铁隧道、既有新阳隧道,与在建隧道通过匝道连通,存在多处上跨、下穿交叉点,隧道临近施工,后续施工开挖隧道对已修筑隧道爆破影响较大。

3.3.2 应对措施

通过施工中合理安排工期,利用施工横通道、横洞优先施工开挖下穿隧道,后施工上跨隧道,避免后施工隧道下穿新建隧道。施工过程采用控制微差爆破技术,严格控制爆破振速;加强监测和地质预报;先施工下穿隧道开挖后对四周围岩进行适当周边注浆,初支背后注浆回填密实,二衬采用带仰拱的钢筋混凝土结构,减缓后续隧道爆破施工对已建隧道的影响。

上跨既有隧道段,上下层隧道净间距较小,为确保施工过程中新阳隧道的运营安全,对上跨影响段采用静态爆破控制技术进行开挖。同时,为保证施工期间减少对新阳隧道的影响,应对新阳隧道的机电设备及结构进行加强监测,保证施工运营车辆安全。

3.4 爆破防震技术

3.4.1 爆破振动影响

大断面隧道施工中爆破振动会影响邻近构筑物。隧道间距小时,隧道的振动速度会很大,需严格控制爆破参数,保证振动速度不会超标。隧道爆破开挖造成的振动势必对相邻隧道产生较大影响,故而施工中须采取减振措施以保证安全。

3.4.2 防震措施

由于爆破设计参数可能存在一些差异,且隧道施工工序要求支护未能及时闭合,因此实际隧道对施工爆破振动的要求可能更高。现场振动速度标准按V≤2.0cm/s(上跨隧道按1.0cm/s)控制。施工中减振措施主要有缩小爆破进尺、降低炮眼装药密度、光面爆破和预裂爆破等。而隔振措施则主要有预切槽、隔断桩技术等。控制爆破施工中的振动效应的措施主要有:

第一,采用低威力、低爆速炸药或采用小直径不耦合装药;

第二,采用微差爆破;

第三,采用预裂爆破或预钻防震孔;

第四,限制单次起爆装药量;

第五,分步开挖,增加临空面。

4 结语

其一,对于地下互通隧道,可借鉴的案例较少,通过设计优化及后续施工跟踪,采用合理的支护参数及开挖工法,为国内同类工程设计提供参考。

其二,小净距隧道段开挖方法的选择减小对中岩墙的扰动,控制中岩墙的变形,保证开挖过程中围岩的稳定,合理安排施工方法和施工工序。

其三,由匝道开挖进入分岔隧道段需考虑匝道安全,根据开挖段地质情况,考虑主线隧道稳定,综合确定反挖施工点。

其四,大断面隧道施工监控量测必不可少,可验证设计合理性和施工安全,通过监测了解构筑物、地层与支护结构的变化情况,评价其安全及稳定性。监测成果弥补理论分析不足,修正后的支护参数及采取的控制措施方可作为可借鉴的成果。

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