特大断面地下立交互通隧道的设计思考

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。