1盾構(gòu)法隧道匝道設(shè)置的研究與實(shí)踐

1．1用暗挖法建出入口匝道的方法

1．1．1用管幕+凍結(jié)法建主隧道與匝道盾構(gòu)隧道間分合流拓寬段(AW－1工法)1)施工方法。在盾構(gòu)法隧道主線完成后，再以小直徑的盾構(gòu)施工匝道隧道至分合流點(diǎn)，然后施工主隧道和匝道隧道間的分合流段。日本某工程根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和施工條件，對分合流段車道拓寬段(以下簡稱“拓寬段”)進(jìn)行了如下3種施工方法(見表1)的比較。其中，以弧形管幕+凍結(jié)防水方法為最優(yōu)(AW－1方案)。2)匝道分合流段橫斷面設(shè)計(jì)。沿道路方向分合流段橫斷面設(shè)計(jì)尺寸在不斷變化。框架橫斷面寬度第一段最大，加減速段(第二段)和逐漸變窄段(第三段)內(nèi)部空間逐步減少，第三段已不再有匝道隧道，只需施工弧形管幕來保證框架內(nèi)所需的空間即可。

1．1．2構(gòu)筑橢圓形襯砌環(huán)滿足盾構(gòu)法隧道、匝道間分合流段的建設(shè)(AW－2工法)日本橫濱環(huán)線道路北段為二管平行的盾構(gòu)法隧道(Φ12．49)，其間共設(shè)置了4個(gè)分合流區(qū)段，地下拓寬段為建造耐久、防水的擴(kuò)大段結(jié)構(gòu)，在分合流段沿隧道縱向以管幕法建橢圓形斷面的襯砌環(huán)。

1．1．3利用豎井構(gòu)筑二主線隧道間管幕再暗挖出入口車道間拓寬段(AW－3工法)日本新宿線對明挖施工會(huì)嚴(yán)重影響地面交通或地下構(gòu)筑物的不易處理區(qū)段，采用了利用豎井、通過管幕支撐上部土體，然后開挖2條隧道間的土體，最后完成出入口的非明挖施工方法。該工法施工過程中，結(jié)構(gòu)受力體系會(huì)發(fā)生重大變化，可能出現(xiàn)管幕、地面沉降、隧道變形、隧道上浮等問題，應(yīng)對不同工況下臨時(shí)擋土墻、豎井、隧道管片、隧道內(nèi)部支撐、管幕梁進(jìn)行三維整體分析后進(jìn)行設(shè)計(jì)，并輔以必要的施工監(jiān)測來確保安全。

1．2通過工作井內(nèi)明挖施工完成主線隧道與匝道隧道間的拓寬段

根據(jù)工程沿線環(huán)境條件、用地情況、交通特征與需求，再結(jié)合施工工藝、流程，對有條件設(shè)工作井的情況，則可較方便地在工作井內(nèi)完成主線隧道與出入口匝道間分合流拓寬段的施工，并可為匝道的暗挖施工———矩形頂管或矩形盾構(gòu)提供實(shí)施條件。根據(jù)需要與可能，主線隧道有雙管單層和單管雙層之分。雙管隧道出入口匝道設(shè)置又有成對對稱設(shè)置和前后錯(cuò)開單側(cè)設(shè)置兩種。

1．2．1日本新宿首次采用特殊的明挖技術(shù)，切割已成環(huán)鋼管片建出入口匝道(MW－1工法)在日本東京中央環(huán)線新宿線地下工程中，為不減少地面道路的車道數(shù)，保證地面道路的正常交通，全線長11km中的70%均以盾構(gòu)法施工。沿線表層為亞黏土層，盾構(gòu)掘進(jìn)范圍主要有東京碎石層和N值超過50的Kazusa層。施工中，在兩條平行隧道建成后，對出入口匝道上方土層采用明挖施工，再按需切割已成環(huán)的盾構(gòu)隧道的鋼管片，然后施工鋼筋混凝土框架構(gòu)筑匝道。為了縮短工期，在新宿線工程中，當(dāng)盾構(gòu)剛推過匝道處，即開始切割隧道，該工法施工出入口的示意圖。因開挖深度和鋼管片切割范圍隨主線、匝道線路縱斷面變化而變化，故鋼筋混凝土框架的位置、形狀也在逐步變化。施工中主要關(guān)鍵技術(shù)有:1)有效解決擋土墻底與隧道襯砌間滲漏水問題。2)采用合理的臨時(shí)支撐，防止在開挖和框架底部施工過程中的土體坍塌，將隧道變形限制在允許范圍內(nèi)。3)隧道開挖段采用適當(dāng)?shù)膹?fù)合結(jié)構(gòu)，控制結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)變。匝道段鋼管片在匝道施工中和施工后都會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力與變形，設(shè)計(jì)中應(yīng)以施工階段不同工況應(yīng)力分析為基礎(chǔ)，采用特殊的加強(qiáng)鋼管片(含結(jié)構(gòu)型式和材質(zhì)的加強(qiáng))與有效、合理的支撐。

1．2．2在明挖工作井內(nèi)按需完成主線、匝道隧道間分合流拓寬段的設(shè)計(jì)1)主線雙管單層隧道方案。現(xiàn)以一主線設(shè)計(jì)速度為60km/h的雙向4車道小客車專用地下道路隧道設(shè)計(jì)為例，取單向主線車道寬度為3．25m×2+2．5m(應(yīng)急車道)。匝道設(shè)計(jì)速度為40km/h，車道寬度為3．25m+2．0m(停車帶)。車行道凈高3．5m。

綜合考慮道路建筑限界、隧道設(shè)備限界、安全疏散要求、施工誤差等因素，主線圓隧道內(nèi)徑取11．0m，外徑12．0m，根據(jù)道路規(guī)范規(guī)定，拓寬段由45m漸變段和120m加速車道段(減速車道段長僅70m，現(xiàn)均按加速車道計(jì))構(gòu)成，不同情況下工作井的規(guī)模大小如下:(1)匝道對稱設(shè)置(MW－2、3、4工法)。①對稱設(shè)置入口匝道與出口匝道情況下，明挖施工的工作井范圍見圖，按較緊湊的安排工作井長度165．00m、出入口端工作井寬度61．90m。②當(dāng)設(shè)一對入口匝道時(shí)，工作井長度165．00m、寬度51．45m(兩端擴(kuò)大部分垂直線路方向錯(cuò)位約8．7m)。③設(shè)一對出口匝道時(shí)，工作井長度115．00m，工作井最大寬度為51．45m(二端擴(kuò)大部分垂直線路方向錯(cuò)位約8．7m)。2)匝道單側(cè)設(shè)置(MW－5、6、7)。①單側(cè)設(shè)入口匝道情況時(shí)，單線工作井長165．00m，寬33．45m。②單側(cè)設(shè)出口匝道時(shí)，工作井長度短，長約115．00m，寬33．45m。③主線中設(shè)雙車道及集散車道(3．25m×2+3．25m)，集散車道服務(wù)于出入口匝道段漸變、分合流之需。這樣盾構(gòu)法隧道外徑擴(kuò)至13．40m，但工作井長度縮減至91．00m、最大寬度為65．20m。2)主線單管雙層隧道方案。當(dāng)采用單管雙層隧道時(shí)，主線隧道直徑必然要加大，相應(yīng)工作井深度加深、平面尺寸縮小。下層車道的匝道長度會(huì)增加，相比上層匝道約需增長180m左右。

(1)當(dāng)上、下層車道內(nèi)均布置雙向4車道+應(yīng)急車道時(shí)，隧道外徑為14．5m。不同情況(MW－8、9工法)下工作井的設(shè)計(jì)規(guī)模如下:①匝道對稱設(shè)置，應(yīng)急車道設(shè)在車行方向右側(cè)的情況。對稱分別設(shè)立上層出口匝道、下層入口匝道時(shí)，按較緊湊的安排，隧道工作井長165m、最大寬度49．4m。若需設(shè)上層入口匝道、下層出口匝道，雖布置有別，但工作井尺寸大小相。②單側(cè)設(shè)置出入口匝道，上層和下層應(yīng)急車道設(shè)在盾構(gòu)斷面同一側(cè)的情況。當(dāng)需設(shè)立上層出口匝道、下層入口匝道或需上層入口匝道、下層出口匝道時(shí)，工作井的外包尺寸長約165m、最寬約37．45m。

(2)主線全線上、下層均設(shè)雙車道+集散車道(3．25m×2+3．25m)，集散車道主要服務(wù)于出入口匝道段漸變、部分分合流段之需，這樣盾構(gòu)法隧道外徑擴(kuò)大至15．5m(MW－10工法)，工作井長度87．00m、寬度38．45m，兩端井位擴(kuò)大段垂直線路方向錯(cuò)位約8．7m。

2拓寬段實(shí)施方案比選

根據(jù)上述介紹，對盾構(gòu)隧道出入口匝道拓寬段設(shè)置的暗挖法、明挖法兩大類中的不同方案進(jìn)行了比較，其內(nèi)容主要為:主線交通安全、出入口交通組織;環(huán)境影響、占地范圍;施工技術(shù)難度、風(fēng)險(xiǎn);工程投資等。

3結(jié)語

隨著用盾構(gòu)暗挖法建設(shè)地下道路工程需求的增多，盾構(gòu)法能否廣泛應(yīng)用于地下道路工程中，除匝道可采用頂管、小盾構(gòu)暗挖施工外，更關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)是———如何因地制宜、經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可行的解決出入口匝道拓寬段設(shè)計(jì)。當(dāng)然，它的前提條件是根據(jù)地下道路匝道設(shè)置的具體要求;沿線地面道路、交通狀況;地上、地下建(構(gòu))筑物分布;施工工藝;施工進(jìn)度、投資大小、風(fēng)險(xiǎn)控制等。按需要與可能，趨利避害、揚(yáng)長避短地選擇合適的方法。日本的一些工程中，受到土地使用條件和環(huán)境影響的限制，選用了技術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)較高的暗挖法，有實(shí)施的可能性，在工程技術(shù)上有很好的借鑒、引領(lǐng)作用。但在可能的情況下，工作井部分局部明挖法應(yīng)更為成熟和可行。當(dāng)?shù)孛娴缆藩M窄時(shí)，對雙線隧道尚可取匝道單側(cè)縱向錯(cuò)開布置或單管雙層隧道方案(下層匝道較長);而全線設(shè)集散車道，可減少工作井明挖段的長度。因此，在工程設(shè)計(jì)中，需根據(jù)工程建設(shè)條件，就交通功能、施工風(fēng)險(xiǎn)、工程投資等各種因素進(jìn)行綜合比較，以謀求科學(xué)、合理、可行的解決盾構(gòu)法隧道中出入口匝道的設(shè)置方案。

作者：曹文宏 申偉強(qiáng) 單位：上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院