探索道路隧道工程中出入口的设计

探索道路隧道工程中出入口的设计1盾构法隧道匝道设置的研究与实践1．1用暗挖法建出入口匝道的方法1．1．1用管幕+冻结法建主隧道与匝道盾构隧道间分合流拓宽段(AW－1工法)1)施工方法。在盾构法隧道主线完成后，再以小直径的盾构施工匝道隧道至分合流点，然后施工主隧道和匝道隧道间的分合流段。日本某工程根据现有技术和施工条件，对分合流段车道拓宽段(以下简称"拓宽段")进行了如下3种施工方法(见表1)的比较。其中，以弧形管幕+冻结防水方法为最优(AW－1方案)。2)匝道分合流段横断面设计。沿道路方向分合流段横断面设计尺寸在不断变化。框架横断面宽度第一段最大，加减速段(第二段)和逐渐变窄段(第三段)内部空间逐步减少，第三段已不再有匝道隧道，只需施工弧形管幕来保证框架内所需的空间即可。1．1．2构筑椭圆形衬砌环满足盾构法隧道、匝道间分合流段的建设(AW－2工法)日本横滨环线道路北段为二管平行的盾构法隧道(Φ12．49)，其间共设置了4个分合流区段，地下拓宽段为建造耐久、防水的扩大段结构，在分合流段沿隧道纵向以管幕法建椭圆形断面的衬砌环。第6页共6页 1．1．3利用竖井构筑二主线隧道间管幕再暗挖出入口车道间拓宽段(AW－3工法)日本新宿线对明挖施工会严重影响地面交通或地下构筑物的不易处理区段，采用了利用竖井、通过管幕支撑上部土体，然后开挖2条隧道间的土体，最后完成出入口的非明挖施工方法。该工法施工过程中，结构受力体系会发生重大变化，可能出现管幕、地面沉降、隧道变形、隧道上浮等问题，应对不同工况下临时挡土墙、竖井、隧道管片、隧道内部支撑、管幕梁进行三维整体分析后进行设计，并辅以必要的施工监测来确保安全。1．2通过工作井内明挖施工完成主线隧道与匝道隧道间的拓宽段根据工程沿线环境条件、用地情况、交通特征与需求，再结合施工工艺、流程，对有条件设工作井的情况，则可较方便地在工作井内完成主线隧道与出入口匝道间分合流拓宽段的施工，并可为匝道的暗挖施工——————矩形顶管或矩形盾构提供实施条件。根据需要与可能，主线隧道有双管单层和单管双层之分。双管隧道出入口匝道设置又有成对对称设置和前后错开单侧设置两种。第6页共6页 1．2．1日本新宿首次采用特殊的明挖技术，切割已成环钢管片建出入口匝道(MW－1工法)在日本东京中央环线新宿线地下工程中，为不减少地面道路的车道数，保证地面道路的正常交通，全线长11km中的70%均以盾构法施工。沿线表层为亚黏土层，盾构掘进范围主要有东京碎石层和N值超过50的Kazusa层。施工中，在两条平行隧道建成后，对出入口匝道上方土层采用明挖施工，再按需切割已成环的盾构隧道的钢管片，然后施工钢筋混凝土框架构筑匝道。为了缩短工期，在新宿线工程中，当盾构刚推过匝道处，即开始切割隧道，该工法施工出入口的示意图。因开挖深度和钢管片切割范围随主线、匝道线路纵断面变化而变化，故钢筋混凝土框架的位置、形状也在逐步变化。施工中主要关键技术有:1)有效解决挡土墙底与隧道衬砌间渗漏水问题。2)采用合理的临时支撑，防止在开挖和框架底部施工过程中的土体坍塌，将隧道变形限制在允许范围内。3)隧道开挖段采用适当的复合结构，控制结构变形、应变。匝道段钢管片在匝道施工中和施工后都会产生附加应力与变形，设计中应以施工阶段不同工况应力分析为基础，采用特殊的加强钢管片(含结构型式和材质的加强)与有效、合理的支撑。1．2．2在明挖工作井内按需完成主线、匝道隧道间分合流拓宽段的设计1)主线双管单层隧道方案。现以一主线设计速度为60km/h的双向4车道小客车专用地下道路隧道设计为例，取单向主线车道宽度为3．25mx2+2．5m(应急车道)。匝道设计速度为40km/h，车道宽度为3．25m+2．0m(停车带)。车行道净高3．5m。第6页共6页 综合考虑道路建筑限界、隧道设备限界、安全疏散要求、施工误差等因素，主线圆隧道内径取11．0m，外径12．0m，根据道路规范规定，拓宽段由45m渐变段和120m加速车道段(减速车道段长仅70m，现均按加速车道计)构成，不同情况下工作井的规模大小如下:(1)匝道对称设置(MW－2、3、4工法)。①对称设置入口匝道与出口匝道情况下，明挖施工的工作井范围见图，按较紧凑的安排工作井长度165．00m、出入口端工作井宽度61．90m。②当设一对入口匝道时，工作井长度165．00m、宽度51．45m(两端扩大部分垂直线路方向错位约8．7m)。③设一对出口匝道时，工作井长度115．00m，工作井最大宽度为51．45m(二端扩大部分垂直线路方向错位约8．7m)。2)匝道单侧设置(MW－5、6、7)。①单侧设入口匝道情况时，单线工作井长165．00m，宽33．45m。②单侧设出口匝道时，工作井长度短，长约115．00m，宽33．45m。③主线中设双车道及集散车道(3．25mx2+3．25m)，集散车道服务于出入口匝道段渐变、分合流之需。这样盾构法隧道外径扩至13．40m，但工作井长度缩减至91．00m、最大宽度为65．20m。2)主线单管双层隧道方案。当采用单管双层隧道时，主线隧道直径必然要加大，相应工作井深度加深、平面尺寸缩小。下层车道的匝道长度会增加，相比上层匝道约需增长180m左右。(1)当上、下层车道内均布置双向4车道+应急车道时，隧道外径为14．5m。不同情况(MW－8、9工法)下工作井的设计规模如下:①匝道对称设置，应急车道设在车行方向右侧的情况。对称分别设立上层出口匝道、下层入口匝道时，按较紧凑的安排，隧道工作井长165m、最大宽度49．4m。若需设上层入口匝道、下层出口匝道，虽布置有别，但工作井尺寸大小相。②单侧设置出入口匝道，上层和下层应急车道设在盾构断面同一侧的情况。当需设立上层出口匝道、下层入口匝道或需上层入口匝道、下层出口匝道时，工作井的外包尺寸长约165m、最宽约37．45m。第6页共6页 (2)主线全线上、下层均设双车道+集散车道(3．25mx2+3．25m)，集散车道主要服务于出入口匝道段渐变、部分分合流段之需，这样盾构法隧道外径扩大至15．5m(MW－10工法)，工作井长度87．00m、宽度38．45m，两端井位扩大段垂直线路方向错位约8．7m。2拓宽段实施方案比选根据上述介绍，对盾构隧道出入口匝道拓宽段设置的暗挖法、明挖法两大类中的不同方案进行了比较，其内容主要为:主线交通安全、出入口交通组织;环境影响、占地范围;施工技术难度、风险;工程投资等。3结语第6页共6页 随着用盾构暗挖法建设地下道路工程需求的增多，盾构法能否广泛应用于地下道路工程中，除匝道可采用顶管、小盾构暗挖施工外，更关键的技术难点是——————如何因地制宜、经济、合理、安全、可行的解决出入口匝道拓宽段设计。当然，它的前提条件是根据地下道路匝道设置的具体要求;沿线地面道路、交通状况;地上、地下建(构)筑物分布;施工工艺;施工进度、投资大小、风险控制等。按需要与可能，趋利避害、扬长避短地选择合适的方法。日本的一些工程中，受到土地使用条件和环境影响的限制，选用了技术难度和风险较高的暗挖法，有实施的可能性，在工程技术上有很好的借鉴、引领作用。但在可能的情况下，工作井部分局部明挖法应更为成熟和可行。当地面道路狭窄时，对双线隧道尚可取匝道单侧纵向错开布置或单管双层隧道方案(下层匝道较长);而全线设集散车道，可减少工作井明挖段的长度。因此，在工程设计中，需根据工程建设条件，就交通功能、施工风险、工程投资等各种因素进行综合比较，以谋求科学、合理、可行的解决盾构法隧道中出入口匝道的设置方案。作者：曹文宏申伟强单位：上海市隧道工程轨道交通设计研究院第6页共6页