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公路交通技术2012年6月第3期TechnologyofHighwayandTransportJun．2012No．3地下立交设计施工关键技术研究胡学兵(招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆400067)摘要：我国城市快速发展，交通量急剧增加，导致城市立交发展迅猛。为了减少地面立交工程对区域规划的破坏，地下立交成为一个新的发展趋势。以长沙市营盘路湘江隧道和厦门市万石山地下立交工程为实例，介绍地下立交的功能定位，结构设计的控制性因素。以万石山地下立交_Y-程为实例，介绍地下立交的设计和施工技术，为类似工程提供借鉴。关键词：隧道；地下立交；大跨；连拱；小净距文章编号：1009—6477(2012)03—0091—05中图分类号：U459．3文献标识码：BResearchonKeyTechniquesinDesignandConstructionofUndergroundInterchangesHUXuebing随着城市规模日益发展，城市人口也日趋集中，通网的需求，将万石山隧道与当时正在扩建的钟鼓城市交通拥堵正成为诸多城市发展的瓶颈，由此催生山隧道综合考虑，通过地下立交的型式(图1)，有效了大量的城市立交工程。但是，地面立交工程势必占连接厦门机场片区、厦门市政府片区和厦门大学片用大量地面，有可能破坏城市的整体规划，因此，城市区，以构成三地间的交通枢纽，缩短行车距离，改善地下立交成为一个新的发展趋势，如已经建成通车的道路条件，充分发挥机场路快速干道的作用。厦门厦门市机场路上的万石山地下立交，正在建设的长沙大学片区车辆可通过A匝道快速到达机场，厦门市市营盘路湘江隧道，厦门市东坪山地下立交工程、长政府片区的车辆可通过B匝道快速到达机场，厦门沙市南湖路湘江隧道等地下立交工程。地下立交虽机场的车辆可通过C匝道快速抵达厦门市政府片然可以减小建设过程中对城市区域规划和既有路网区，也可通过D匝道快速到达厦门大学片区，厦门的影响，但其具有结构复杂，隧道开挖断面大、结构型市政府片区与厦门大学片区的车辆可通过钟鼓山隧式多、施工工艺要求高、交通组织困难等难点。合理道直接到达。考虑到机场往厦门大学方向的车辆没解决上述难题，是城市地下立交设计的关键¨J。有严格的时间限制，且D匝道所在位置存在重要的地下建筑物，因此取消了该匝道的设置。最终万石l地下立交功能定位山隧道地下立交是由万石山隧道左右线，钟鼓山隧立交主要是解决临近或交叉道路间车辆的自由道A、B洞改造工程和A、B、C3条匝道，共7条隧道选道，缩短车辆掉头的行驶里程，提高道路的运营效组成的总长6077．5m的地下立交群，是目前国内首率。一般地面立交在主干道交叉时选用全互通式立座互通式地下立交工程。交，而地下立交由于建设成本、施工风险、地下构造长沙市营盘路湘江隧道工程的主要功能是“增物J、地质条件、运营风险等因素的制约，一般仅解加南北通道，完善交通功能；利用地下空间，减少地决主要车流方向的疏导。面拆迁；延长暗挖长度，降低施工干扰；利用地下匝厦门机场路万石山隧道段按城市快速路标准道，解决施工运输；合理分段施工，控制隧道工期”。2车道外加一辅道设计，设计车速60km／h，终点接为了实现上述设计理念和思路，对长沙市城市总体思明南路和环岛路。思明南路道路等级较低，而环规划和主要交通流向进行了分析。由分析可知，湘岛路与机场间的联系并不十分紧密，因此，为了完善江西岸西北侧是长沙市政府区，东岸东南侧是长沙万石山隧道作为城市快速干道的功能，满足城市交市最繁华的商业区，湘江两岸的主要交通流向是西收稿日期：201l一1l一15作者简介：胡学兵(1976-)，男，湖北省洪湖市人，硕士，高工 92公路交通技术2012生图2湘江隧道平面线位2地下立交结构设计2．1上下立体交叉结构设计对于地下立交工程，当2隧道上下交叉时，可采图1万石山隧道地下立交布置用上下2层结构合建和分别建设2种方式。为了减小立交匝道的纵坡和规模，一般应尽可能减小2隧北侧与东南侧之间。该隧道距北侧的银盆岭大桥约道间的高差，争取2层隧道合建，但又必须保证相关2．1km，距南侧的橘子洲大桥约1．3km，是为缓解结构的厚度尺寸；当隧道纵坡在可控范围内时，应适上述2座大桥的交通压力和匹配路网交通分配，更当增加上下2层隧道结构问的岩层厚度，以上层结好地完善路网交通而增设的又一条湘江大通道。通构的修筑不破坏下层结构为原则来控制2层隧道结过多方案比较，确定该工程设南(SK)北(NK)主线，构问的围岩厚度。因此，下层结构顶板与上层结构在东西岸各设2条进出匝道，西岸为A、B匝道，东底板问的间距是控制2隧道设计高程的控制指标之岸为C、D匝道(图2)。与该地下立交工程主线隧一道和匝道相连的几条接线道路均为城市主干路I，需要考虑的主要指标有上层结构的路面厚度、底板厚度，下层结构内轮廓、顶板厚度等。级，因此该地下立交工程设计等级为城市主干路I上层结构的路面通常为同一厚度，不需特殊设级，主线为双向4车道隧道，设计车速为50km／h；计。匝道为单向单车道隧道，设计车速40km／h。西岸当上下2层结构采用合建方式时，上层结构要成家湖路上的车辆通过南线隧道入口进入南线隧跨越下层结构，为了尽可能减小下部结构的荷载，以道，潇湘北路上的车辆通过A匝道后进入湘江南线及考虑施工过程的影响，一般将上层结构横跨段按隧道，通过C匝道到达湘江中路，通过南线隧道出纵梁型式设计。纵粱长度根据梁底围岩条件确定，口到达银盆路；东岸银盆路上的车辆通过北线隧道一般要求纵梁两端各超过下层结构开挖边界线不小人口进入北线隧道，湘江中路上的车辆通过D匝道于3．5m。如纵梁底围岩较好，满足梁端部的承载进入北线隧道，之后通过北线隧道出口到达成家湖力要求，或下部结构已经施作完毕(下部结构已考路，通过B匝道到达潇湘北路。西岸线路南侧的车虑上部结构的传递荷载)，则可以将纵梁直接置于辆要想通过湘江隧道到达东岸，必须先绕行至咸家基岩上；如梁底围岩较差，则还应在纵梁底板两端设湖路或潇湘北路后，驶入南线隧道；东岸线路北侧的置桩基础。底板纵梁厚度根据具体情况确定，一般车辆要想通过湘江隧道到达西岸，则必须先绕行至可将底板作为纵梁或两侧边墙作为纵梁来考虑。将银盆路或湘江中路。设计中主要是考虑到西岸南侧底板作为纵梁时，底板要求较厚，可采用平底板结及东岸北侧这2个立交的车流量、工程风险以及运构；将边墙作为纵梁时，边墙作为深梁进行设计，底营安全等因素而取消。板厚度可适当减薄，仅起两侧边墙横撑的作用。通过上述2个工程实例的功能定位分析，可以为了利于通风，保证结构美观，下层结构内轮廓看出，地下立交设置需考虑的因素较多，通常难以实应顺畅，与相邻段落隧道内轮廓保持一致。当路线现真正意义上的全互通式立交，但可以解决主要的纵坡难以调整时，下层内轮廓也可适当被侵占，但不交通问题，克服地面立交难以克服的展线、拆迁、征得侵入隧道建筑限界内，并保证限界不少于10t3nl地等难题。的富余高度。 2012年第3期胡学兵：地下立交设计施工关键技术研究93下层结构顶板厚度一方面取决于其外部荷载，而言，受影响的主线隧道有辅助车道段和分流、汇流另一方面取决于施工顺序和施工工艺。如果先施作段，而影响地下立交分岔段规模的主要因素有主线下部结构，下层结构顶板需考虑自身的围岩压力、上和匝道的设计车速、车道数等，一般汇流段受影响的层结构洞室开挖时的卸荷作用、上层结构的围岩开范围大于分流段。挖时的震动荷载、上层结构施工时的围岩冲击荷载，在平面分岔部位，隧道结构主要有大拱隧道、连以及上层结构施工完毕后传递的应力和车辆荷载拱隧道、小净距隧道和普通分离式隧道4种(图等。如先施作上部结构，则下层结构顶板仅需考虑4)，其中大拱隧道结构是地下立交成败的关键部下层结构的水平压力、顶部的围岩压力、上部结构的位；连拱隧道和小净距隧道的长度直接影响地下立传递应力等。交的造价。因此，设计地下立交时，一般采用匝道与当上下2层结构分别建设时，上下2层隧道结主隧道快速分离的选线原则，主线隧道分岔段以处构间的围岩厚度应不小于51TI(图3)，且进行下曲线段为宜，而匝道隧道一般选取较小的半径。层隧道结构的强度设计时，应考虑上层隧道结构的考虑到施工方便，减少2次衬砌模板台车的拼围岩荷载、上层隧道结构的自重荷载、车辆荷载，以装时间，隧道分岔部位的跨段宜采用单侧扩大的突及下层隧道的围岩荷载等。交叉段上、下层隧道结变断面形式，以便模板台车的充分利用和大跨结构构应进行针对性专项设计。对于施工方案，一般要的快速施工。匝道与主线交汇处的大拱隧道最大断求先施工下层隧道结构，再施作上层隧道结构，下层面一般都超过单洞4车道的隧道断面，其施工风险隧道结构施工时应严格按照“管超前、短进尺、弱爆非常大，因此，设计过程中除了考虑合理的施工步序破、强初支、紧支护、勤监测、备预案”的原则实施，外，还应考虑该段2次衬砌结构的快速实施。由于以防止上层隧道施工时围岩的爆破震动、爆破冲击该段隧道衬砌模板台车是在洞内安装，因此，为了提荷载和车辆超载荷载对下层隧道结构造成影响。供模板台车的拼装空间，充分发挥模板台车的作用，2．2平面分岔结构设计最大断面长度以按2个循环的模板台车长度控制为平面分岔结构主要集中在匝道与主线的交汇宜。模板台车长度一般不宜超过8m，以6m为宜，段，从线路上考虑，匝道测设线一般有平行式和渐灭以保证其可快速拼装和移动方便，且应选用可伸缩式2种，地下立交较多采用平行式。平面分岔结构的组合式模板台车，以便将其综合利用。整个分岔的规模是地下立交工程设计的关键，对于分岔部位段大跨段的结构断面不宜太多，一般以2～3种断面型式为宜。连拱隧道尽量考虑采用复合式中墙结构，以保证防排水系统的完整性。当2隧道问距太小，采用复合式连拱隧道有困难时，也可选用无中墙连拱隧道结构型式(图5)，以简化连拱隧道的施工工艺和保证防水系统的完整性。在大拱结构与连拱隧道结构选取有冲突，大拱隧道设计风险太大时，应优先考虑结构的安全性，即采用整体式中墙连拱隧道代替大拱隧道，从而缩短大拱结构的长度，减小大拱结构的跨度。考虑到分岔结构2洞间距分离较快，小净距隧道结构段落较短，故小净距隧道段的围图3上下层隧道结构分建断面岩最小净距可比一般高速公路小净距段隧道段的问分离段图4平面分岔结构布置 公路交通技术2012丘22mm砂浆锚杆，L=300cn1钢筋，通过临时内外模板浇筑外层衬砌。外层衬砌拱脚加设边梁，防止该段万石山隧道落底时外层衬砌不均匀沉降。拱脚与基岩之间铺设2cm厚砂层，以使万石山隧道下台阶开挖时围岩与衬砌脱离。然后施作外层钢筋混凝土结构，以满足上层钟鼓山隧道行车的结构安全。万石山隧道下半部开挖过程中，采用机械法或弱爆破等开挖方式跳槽开挖，以减少其施工对钟鼓山隧道造成的影响。开挖完毕后挂设防水板，采用整体式模板台车浇筑内层衬砌结构。图5主线分岔处无中墙连拱衬砌断面上下交叉段施工见图6。距小，通过施工中的控制措施来保证结构的安全。3地下立交施工技术对于分离式隧道段，可根据地质条件和断面大小，采用台阶法或CD法施工。对于小净距隧道段，可根据施工进展，选择一侧隧道作为先行洞，采用一般分离式隧道的施工方法组织施工；后行隧道在Ⅳ、V级围岩条件下一般采用CD法施工，先施工图6上下交叉结构施工靠近另一个隧道较近的导洞，施作对拉锚杆后，进行另一侧导洞的施工；围岩条件较好的Ⅱ、Ⅲ级围岩地万石山地下立交平面分岔部位根据围岩条件和段，可采用台阶法施工后行洞；小净距隧道施工时，匝道与主线的路线间距，分别采用了大拱隧道、连拱为防止后行洞施工对先行洞围岩的扰动而出现坍塌隧道、小净距隧道和分离式隧道结构型式。或大变形，一般要求先行洞2次衬砌超前后行洞掌平面分岔结构支护参数主要根据工程类比和子面不少于20m。对于连拱隧道段，可采用先施作结构计算来确定。在小净距隧道设计中，C匝道与中导洞和中墙结构，再采用CD法或台阶法施作主钟鼓山隧道交叉口段设计较为复杂(图1)，该处围洞；当采用无中墙连拱隧道结构时，其施工步序要求岩以Ⅲ级弱风化花岗岩为主，由于匝道与主洞间交与小净距隧道基本一致。对于大拱结构段，应根据角太小，不便于2洞室的分离，从节约工程投资和便围岩条件，采用双侧壁导坑法或CD法施工。连拱于施工等多方面因素考虑，设计中将小净距隧道中隧道、小净距隧道和分离式隧道2次衬砌采用整体夹岩最小厚度取为1．42m，以使匝道与钟鼓山隧道式模板台车浇筑，大拱结构可采用水平向可伸缩的尽早独立成环，分开施工。施工中的主要支护措施组合式模板台车进行浇筑，以缩短台车拼装时间。为：1)通过水平对拉锚杆加固中夹岩；2)22Cll厚C20喷射混凝土，内设(b6．5mm单层钢筋网，网格4工程实例分析间距20era~20till；3)18工字钢加强支护，间距1．0厦门市机场路万石山地下立交工程中，万石山m；4)45cm厚钢筋混凝土2次衬砌。隧道下穿钟鼓山隧道段共有4处下穿工程，采用合连拱隧道受线路宽度的限制，只能采用曲墙式建方式。在上下交叉段结构设计上，上层结构均将整体中墙连拱方式，且需通过加强中墙顶部的防水边墙作为纵梁考虑，以减小上层结构对下层结构的设施来避免整体中墙防水系统的不足。施工过程中集中荷载作用，增大上层结构的抗沉降能力。需根据围岩条件，采用必要的超前支护、锚喷和钢架考虑到2隧道结构问的影响，万石山隧道采用支撑等支护手段来确保围岩和结构的稳定。半明半暗方式开挖。万石山隧道在交叉部位采用双大跨隧道结构是本次结构设计的最大难点，断层衬砌结构型式通过，2层衬砌之间铺设防水板，解面设计中，内空最大净跨达到23．9m，最大开挖宽决隧道防水问题。在钟鼓山隧道初期支护改造完毕度达到25．8m，比普通单洞4车道隧道开挖跨度大后，通过设置锁脚锚杆等措施，稳定钟鼓山隧道初期了4～5m；最大跨度段主要处于Ⅲ级围岩地段，围支护，然后开挖万石山隧道拱部围岩，绑扎外层衬砌岩稳定性较好，但由于隧道跨度较大，扁平率较小， 2012年第3期胡学兵：地下立交设计施工关键技术研究95其矢跨比只有0．455，因此，围岩的稳定性主要受节理裂隙面的控制。设计中的主要支护参数如下：1)5．5ITI长R32自进式锚杆，间距1．2IIl×1．0m；2)20cm厚C20喷射混凝土，内设6．5mm单层钢筋网，网格间距20crux20cm；3)格栅拱加强支护，问距1．01TI；4)65cm厚钢筋混凝土2次衬砌。地下立交结构施工方案必须结合工程现状及不注：①一◎表示施1：步序同结构形式问的衔接关系，并考虑施工场地条件，进图8万石山大拱隧道施工步序行统筹设计。在匝道与钟鼓山隧道分岔处，小净距隧道段先改造钟鼓山隧道，然后根据围岩条件，匝道隧道采用台阶法或全断面法开挖；在钟鼓山隧道平5结语交处大跨隧道段采用CD法开挖(图7)，先开挖左虽然隧道地下立交工程结构复杂，工程风险大，半断面，该断面包含整个既有钟鼓山隧道。将既有建设费用高，但在成熟的城市环境中，地下立交工程钟鼓山隧道衬砌拆除、扩挖，初期支护施作完毕后，很大程度上可解决城市局部交通拥堵问题，且不破采用台阶法开挖右半部。右半部下台阶采用分幅开坏既有地面规划条件。地下立交作为一个系统工程，设计时应充分考虑结构安全性、施工可行性以及挖，先将边墙部位围岩开挖，将初期支护落底后，再运营期问的有效性，以确保地下立交结构安全和运开挖余下部分并拆除临时中壁支撑，最后模筑整体2次衬砌。在匝道与万石山隧道分岔处，由于开挖营安全。地下立交建设技术将为城市发展规划提供断面较大，采用双侧壁法开挖(图8)，先开挖两新的思路。侧导洞(两侧导洞掌子面纵向拉开20m间距)，待导洞初期支护施作完毕，围岩基本稳定后，再分台阶参考文献[1]镇木生，刘辉．南京钟鼓偻地下立交工程建设的若开挖核心土；核心土开挖完毕且初期支护封闭成环干问题[J]．西部探矿工程，2001(6)：72—73．后，即可拆除临时中壁支撑，模筑整体2次衬砌。平[2]中国建筑科学研究院．JGJ123-2000既有建筑地基基交口处由于开挖跨度加大，施工过程中必须边开挖、础加固技术规范[s]．北京：中国建筑工业出版社，2000．边支护，及时封闭临空面，同时，在工序转化阶段，应[3]李勇，李晓春，胡学兵．地下互通式立交隧道设计与做好相应的现场监控量测工作和相关的工程预案，施工[J]．公路交通技术，2007(增1)：100—103．避免事故发生。对于小净距隧道段，先采用CD法[4]孙钧，侯学渊．地下工程[M]．北京：科学出版社，1984．开挖万石山隧道，然后采用台阶法或全断面法开挖[5]重庆交通科研设计院．JTGD70-2004公路隧道设计匝道隧道。连拱隧道施工中首先开挖中导洞，将中规范[S]．北京：人民交通出版社，2004．墙浇筑、顶部回填完毕后，采用台阶法开挖匝道，最[6]程明薪．城市浅埋洞室暗挖法施工技术[J]．铁道建筑后采用CD法开挖万石山隧道主洞。技术，2000(1)：42-44．[7]吴波，刘维宁，高波，等．地铁分岔隧道施工性态的三维数值模拟与分析[J]．岩石力学与工程学报，2004(18)：3081—3086．[8]宫成兵，张武祥，杨彦民．大断面单洞4车道公路隧道结构设计与施工方案探讨[J]．公路，2OO4(6)：177—182．[9]黄俊，张顶立．地铁暗挖隧道上覆地层大变形规律分析[J]．岩土力学，2004，25(8)：1288—1301．注：①⑨表示施T步序。[10]王梦恕．北京地铁浅埋暗挖法施工[J]．铁道工程学图7钟鼓山大拱隧道施工步序报，1988，12(4)：7一l2．