管窥十字交叉隧道的设计与施工范文

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1工程概况

万石山隧道位于厦门市机场路一期工程（仙岳路～演武大桥）上，按城市快速路标准两车道外加一辅道设计，设计车速60km／h，隧道单洞净宽115m，净高50m，隧道左洞全长28505m；右洞全长2805m。万石山隧道下穿既有钟鼓山隧道，其洞顶距钟鼓山隧道路面最近距离仅43cm。两隧道基本上同时开工，万石山隧道属于新建隧道，钟鼓山隧道属于改建隧道。万石山隧道地下立交为目前我国第一座大型暗挖地下互通式立交，涉及到平面分岔口6处，上下交叉结构4处，立交平面线形，万石山地下立交平面线位结构如图2所示。本文主要介绍万石山隧道与钟鼓山隧道十字交叉部位的设计与施工。

2建设条件

万石山隧道围岩主要为各种风化花岗岩，十字交叉段围岩以Ⅲ、Ⅴ级围岩为主，局部地段地下水较为密集，施工时有裂隙水渗出。另外，受地质构造的影响，段内分布有大小不等的断层带。钟鼓山隧道最初为人防洞室工程，后来为了满足交通要求，于20世纪80年代和20世纪90年代两次改造，形成如今的双洞单向行驶的公路隧道。钟鼓山隧道由于修建年限已久，隧道采用单层条石衬砌或混凝土衬砌，衬砌背后存在大量的坍塌体或空腔，对隧道行车安全造成很大的安全隐患，并且隧道内空断面已经不能满足现在行车的标准限界要求，因此，此次对该隧道一并进行改造设计和施工。

3十字交叉段结构设计

万石山下穿钟鼓山隧道段，共有4处下穿工程。设计上考虑的施工方法是：先扩挖钟鼓山隧道至设计开挖线，然后施作初期支护，再开挖万石山隧道下穿段。万石山隧道施工时先开挖万石山隧道基坑并支护，然后浇注隧道二次衬砌，外设防水板，回填衬砌与基坑间的空隙，最后浇筑钟鼓山隧道二次衬砌。按照上述施工步序，万石山隧道设计的主要措施是：基坑开挖时采用55m长32自进式锚杆护壁，间距80cm×80cm，按梅花形布设，基坑开挖面采用C20喷射混凝土封闭，厚度26cm，内设65钢筋网，网格间距为15cm；由于交叉段万石山隧道为扩大断面，隧道净宽1687m，净高107m，因此二次衬砌做了适当加强处理，隧道拱墙二次衬砌采用75cm的C25钢筋混凝土结构，仰拱采用60cm的C25钢筋混凝土结构；考虑到钟鼓山隧道对万石山隧道的影响，在交叉段万石山隧道加强段结构型式相对于钟鼓山隧道外延5m左右，即交叉段万石山隧道加强段衬砌长度为20m；万石山隧道拱背与基坑间的空隙至钟鼓山隧道路面底采用C15混凝土回填。钟鼓山隧道采用新奥法设计，矿山法施工，设计的主要措施是：采用喷锚支护，锚杆采用35m长22普通砂浆锚杆，按80cm×80cm间距梅花形布设；喷射混凝土厚度20cm，内设单层65钢筋网，网格间距为20cm，喷射混凝土内采用格栅钢架加强，格栅钢架间距80cm；隧道二次衬砌按照塌落拱荷载进行设计，便于结构受力和节省造价，二次衬砌采用变截面形式，拱顶衬砌厚度为50cm，从拱顶到边墙逐渐加厚处理，边墙底部结构厚度达到115cm，钟鼓山隧道结构横断面设计。为了分散钟鼓山隧道结构对万石山隧道的作用力，钟鼓山隧道两侧边墙做了加强处理，在边墙内设置暗梁，暗梁长度须在万石山隧道基坑边界两侧各延伸30m左右，总长度25m，以便钟鼓山隧道的结构荷载通过两侧边墙的暗梁传递到万石山隧道两侧的基岩山，减少钟鼓山隧道结构对万石山隧道衬砌结构的直接作用，以保证万石山隧道的稳定。暗梁为一矩形截面，结构宽度为80cm，结构高度为26m；暗梁底部设置7排32的主筋，顶部设置两排32的主筋，暗梁设计。由于施工工期的调整，施工中需要先施作钟鼓山隧道二次衬砌，再施作万石山隧道。结合施工的实际情况，设计上也及时调整了设计参数，以保证工程的顺利进行。为了保证万石山隧道施工中不影响钟鼓山隧道的运营，钟鼓山隧道的设计措施没有进行调整，但是将万石山隧道的二次衬砌结构作了一定的修改，由于万石山隧道的开挖是在钟鼓山隧道洞内进行（万石山隧道的开挖面到交叉部位还有很长的距离），因此施作的万石山隧道基坑不能一次开挖到位，一次只能施作万石山衬砌结构的上半断面，并且即使万石山隧道开挖到位，其衬砌结构也无法采用模板台车进行浇筑，保证不了衬砌结构的浇筑质量。为了不影响万石山隧道的结构整体性，并保证防水层的完整，设计上将原来的单层衬砌结构变成双层衬砌结构：第一层衬砌结构厚度75cm，采用先拱后墙法浇筑；第二层衬砌结构厚度30cm，在万石山隧道主洞施工过程中通过模板台车整体浇筑。

4十字交叉段施工组织设计及其实施

根据设计思想，交叉段万石山隧道基坑的开挖主要从万石山隧道内组织施工，先采用模板台车浇筑万石山隧道交叉段衬砌结构，再回填后浇筑钟鼓山隧道二次衬砌，这样两隧道的结构受力更加明确，施工更加简单，是比较理想的施工方法。但是施工中由于其他因素的限制，万石山隧道一直不能动工，并且钟鼓山隧道工期比较紧张，根据工期编排，钟鼓山隧道通车后，万石山隧道交叉部才开始组织施工。因此不得已将原施工方案进行变更，采用半明半暗的方式开挖万石山隧道。实际的施工顺序是：先扩挖钟鼓山隧道→施作钟鼓山隧道初期支护→开挖万石山隧道上半断面→浇筑万石山隧道第一层衬砌拱部→万石山隧道第一层衬砌外基坑回填→钟鼓山隧道二次衬砌浇筑→钟鼓山隧道路面等附属设置施工→万石山隧道下半断面开挖→万石山隧道第一层二次衬砌落底→万石山隧道防水板铺设→万石山隧道第二层衬砌模筑混凝土施工→万石山隧道洞内附属设施施工。万石山隧道衬砌结构如果能够一次浇筑完毕，将大大提高衬砌结构的整体性和承载能力。但是，万石山隧道基坑开挖深度达到12m（从钟鼓山隧道路面到万石山隧道底板），从钟鼓山隧道组织基坑开挖基本上没有办法实施。因此，万石山隧道只能分台阶分部实施。施工过程中，钟鼓山隧道初期支护改造完毕后，通过锁脚锚杆等设施，稳定钟鼓山隧道初期支护，然后开挖万石山隧道拱部围岩，绑扎外层衬砌钢筋，通过临时内外模板浇筑外层第一层衬砌。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的不均匀沉降。并且拱脚与基岩之间铺设2cm厚砂层，便于万石山隧道下台阶开挖时围岩与衬砌间的脱离。通过外层钢筋混凝土结构的施作，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，减少万石山隧道的施工对钟鼓山隧道的影响。十字交叉段的施工

5结语

十字交叉隧道开挖断面高，结构受力复杂，施工组织繁琐，施工组织不当即可能出现塌方或大变形。因此，合理设计、周密施工组织是保证交叉隧道成功修建的前提。通过万石山地下十字交叉隧道的成功修建，可得出如下结论。

（1）地下十字交叉隧道开挖断面很高，设计中只有采取有效的支护措施保证边墙下半断面的稳定，才能保证整个十字交叉断面的稳定。

（2）十字交叉隧道由于结构复杂，施工过程对围岩的扰动较大，因此设计中应采用加强结构进行处理，并宜采用抗扰动能力较强的钢筋混凝土结构。

（3）为了减少上层隧道对下层隧道的作用力，上层隧道两侧边墙应设置暗梁跨越下层结构，上层结构的荷载宜按照塌落拱荷载进行设计。

（4）十字交叉隧道宜先修建下层结构的衬砌结构，再组织施作上层结构的衬砌结构；在施工条件难以满足时，下层结构也可采用分台阶施工，待下层隧道拱部结构浇筑完毕后即施作上层隧道结构，但设计和施工中应充分考虑下层隧道下半断面的施工对上层隧道的影响。

作者：逄铁铮单位：北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心厦门路桥建设集团有限公司