鐵路隧道三線分岔大跨段變截面施工技術

任東平

中鐵二十局集團市政工程有限公司，蘭州 730046

地下大跨結構在城市軌道交通車站［1］及水電站地下廠房［2］中較常見，鐵路隧道在道岔分線、隧道喇叭口等特殊部位也常設大跨段［3］。對于隧道大跨段施工通常將大斷面轉化為小斷面，使各部分自成穩定的受力體系。根據跨度不同可分別采用三臺階臨時仰拱法［4-5］、單側壁導坑法［6］、雙側壁導坑法［7-8］、交叉中隔壁法［9-10］等施工方法。

在分岔大跨段存在較大的斷面差，須過渡漸變施工。由小斷面進入大斷面時，由于中管棚要割除，主要采用超前注漿對地層進行加固，擴挖時逐榀施工支護逐榀漸漸抬升，最終形成目標大斷面。

本文對重慶鐵路樞紐東環線樵坪山隧道三線分岔大跨段變截面處的施工方法進行研究，為類似工程提供參考。

1 工程概況

樵坪山隧道為全線最長隧道，其橫跨重慶市巴南區、南岸區，隧道全長7 568 m，最大埋深340 m。該隧道為單洞雙線，采取“兩斜井+一橫洞”的輔助坑道方案施工。東環正線需與重慶東站相連，故須在洞內設置兩個大跨段，分別引入重慶東站左右聯絡線。左聯絡線大跨段起訖里程為DK43+400—DK43+584，長184 m。右聯絡線大跨段起訖里程為DK43+150—DK43+304，長154 m。左右聯絡線大跨段的跨度分別為24.53、19.77 m，斷面面積分別為317、227 m2。大跨段施工平面布置如圖1所示。

圖1 大跨段施工平面布置（單位：m）

大跨段圍巖屬Ⅳ級圍巖，巖性以泥巖、砂巖為主，無水或有少量基巖裂隙水。巖層緩傾，整體穩定性較好。

2 大跨段初期支護參數

左右聯絡線大跨段除長度及擴挖方向不同外，支護參數、斷面大小均一致。本文以右聯絡線（DK43+150—DK43+304）為例進行介紹。

該工程變截面過渡段分為兩種：①15.12 m（斷面寬度）大跨段向19.77 m大跨段過渡；②19.77 m大跨段向24.53 m大跨段過渡。

1）15.12 m大跨段

設計初期支護鋼架采用I20b型鋼，間距0.8 m，全環設置?8鋼筋網片，C25噴射混凝土厚度27 cm。拱部采用?22組合中空錨桿，單根長4 m，間距為1.2 m（環向）×1.0 m（縱向）。拱腳每節點設置?22鎖腳錨管，單根長4 m。臨時橫撐鋼架采用I18型鋼。

2）19.77 m大跨段

初期支護鋼架采用I25b型鋼，間距0.6 m，全環設置?8鋼筋網片，C25噴射混凝土厚度32 cm。拱部采用?25自進式錨桿，單根長6 m，間距為1.0 m（環向）×1.0 m（縱向）。拱腳每節點設置?76鎖腳錨管，單根長4 m。

3）24.53 m大跨段

設計初期支護鋼架采用I25b型鋼，間距0.5 m，全環設置?8鋼筋網片，C25噴射混凝土厚度32 cm。拱部采用?25自進式錨桿，單根長6 m，間距為1.0 m（環向）×1.0 m（縱向）。拱腳每節點設置?42鎖腳錨管，單根長4 m。臨時橫撐鋼架采用I18型鋼。

3 過渡段施工方案

隧道變截面施工有直接突變擴挖［11］、提前漸變斜向擴挖［12］兩種方案。直接突變擴挖適用于斷面寬度變化較小工況，工藝簡單，施工進度較快，但截面突變處常有應力集中，須特別處理［13］。提前漸變斜向擴挖適用于斷面寬度變化較大工況，常見于斜井進正洞時的挑頂施工。優點是截面漸變過渡，減少應力集中，施工更安全。

本工程斷面寬度變化較大，原則上應采用提前漸變斜向擴挖方案，經專家論證和比對，在采取加強支護措施的前提下，也可以采用直接突變擴挖方案。為防止變截面處出現應力集中，對變截面前后段落加強支護。

4 過渡段施工方法及步驟

4.1 15.12 m大跨段向19.77 m大跨段的過渡

4.1.1 施工方法

該過渡段開挖工法為上下臺階法+臨時橫撐向三臺階臨時仰拱法過渡。為實現該段順利過渡，需設置5.4 m過渡段（DK43+148.8—DK43+154.2，DK43+150處變截面）。上臺階施工至DK43+148.8后開始向上、向下、向右直接擴挖。在過渡段的左側設置I22b臨時豎撐支撐拱部鋼架拱腳，同時初期支護鋼拱架連接板上部約30 cm處采用型鋼加強，其余部分仍采用原設計?22螺紋鋼筋連接。右側擴挖時采用小導洞法［14］，小導洞內架立I18型鋼門架臨時支撐，門架安裝在初期支護外部，待開挖至上臺階拱腳處時接長正洞上臺階鋼架，噴射混凝土封閉，完成上臺階初期支護施工。之后進行中、下臺階開挖及初期支護施工。

擴挖過程中根據圍巖情況對初期支護鋼架采取一定的加固措施，如設置型鋼縱向連接。變截面處超前支護難以正常施作，向右側擴挖施作初期支護時可在拱部打設?42超前小導管進行預支護。

4.1.2 過渡段施工

過渡段施工順序見圖2。

圖2 過渡段施工順序

具體施工步驟：

1）超前支護施工。DK43+150處由斷面寬15.12 m突變為19.77 m。考慮變截面處擋頭墻襯砌厚1.0 m，初期支護厚0.2 m，將變截面處型鋼鋼架位置設在DK43+148.8。施工至DK43+148.8后，施作上臺階左側?76超前中管棚。

2）左側開挖及支護。按設計斷面寬19.77 m開挖左側上臺階和中臺階約2/3高度（圖2中Ⅰ部、Ⅱ部，其中Ⅱ部分兩次開挖成型），開挖平面距拱頂高度約6 m，以便挖機進入19.77 m斷面后向右直拐開挖擴大斷面。環向采用I25b型鋼鋼架。在每榀環向I25b型鋼鋼架拱頂處安裝I22b型鋼鋼架作為豎向臨時支撐；支撐底部采用寬60 cm，長90 cm，厚20 mm鋼墊板，豎向支撐縱向上下各采用I16型鋼加強。環向I25b型鋼鋼架右側形成懸臂狀態。拱部施作?25自進式錨桿，錨桿長度6 m。錨桿端部設置錨墊板與拱架焊接牢固。

3）右側開挖及支護。①待Ⅱ部開挖至DK43+154.2后，拆除右側的臨時豎向支撐，只保留首尾榀豎向支撐。②向右直拐90°，在9（榀鋼架）×60 cm（間距）=540 cm寬作業空間按斷面寬19.77 m開挖右側上臺階、中臺階剩余部分，開挖長度為隧道環向4.6 m。③小導坑采用I18型鋼門架支撐，寬6 m的I18型鋼門架支撐橫梁底部高出隧道環向I25b型鋼鋼架頂部10 cm，I18型鋼間距0.8 m，每次開挖1榀。19.77 m大跨段右側上臺階、中臺階剩余部分開挖完成后，在I18型鋼門架支撐橫梁下部安裝隧道環向I25b型鋼鋼架剩余部分。待上臺階、中臺階拱架全部安裝完畢后，拆除0榀之外的I18型鋼門架豎向支撐，形成三臺階臨時仰拱法作業面。④按照三臺階臨時仰拱法施工中臺階初期支護剩余部分及下臺階初期支護。

4.2 19.77 m大跨段向24.53 m大跨段的過渡

4.2.1 施工方法

該過渡段開挖工法為三臺階臨時仰拱法向雙側壁導坑法過渡。按照設計位置布置臨時豎撐會導致右側導坑不能順利與三臺階臨時仰拱法所施工的通道銜接，直接影響施工機械通行。為解決該問題，需設置10 m過渡段（DK43+255.8—DK43+265.8，DK43+257處變截面）。在過渡段內對臨時豎撐的位置進行調整［15］。即剛進入24.53 m斷面時，雙側壁導坑右導坑的臨時豎撐位置向左調整1.5 m，以保證右導坑寬度5 m，滿足施工機械通行。過渡段右側擴挖仍采用小導洞法，擴挖方法同15.12 m斷面向19.77 m斷面的擴挖施工。

4.2.2 DK43+257處變截面施工（圖3）

圖3 DK43+257過渡段施工順序（單位：m）

具體施工步驟：①19.77 m大跨段上臺階按照三臺階臨時仰拱法施工至DK43+255.8，封閉掌子面，待中臺階施工至DK43+255.8后調整開挖工法。按照雙側壁導坑法施工24.53 m大跨段上臺階。②開挖左導坑1部，施作1部周邊初期支護及臨時支撐。每循環進尺不大于2榀鋼架間距。③滯后1部10～15 m開挖右導坑2-1部，然后向右側、向上部擴挖2-2部，施作周邊初期支護及臨時豎撐。每循環進尺不大于2榀鋼架間距。④滯后2部10～15 m施作中部導坑3部。先開挖3-1部，然后向上擴挖3-2部，施作周邊初期支護。每循環進尺不大于2榀鋼架間距。⑤按照第①步到第③步的方法繼續施工上臺階至DK43+265.8，完成過渡段10 m上臺階的開挖支護。⑥施工下臺階初期支護及臨時支撐，完成過渡段10 m下臺階的開挖支護。

臨時豎撐位置調整將對24.53 m大跨段整體的穩定性產生一定影響。為確保施工安全，該段須采取加強措施，將兩側拱腳鎖腳錨管長度由4 m調整為6 m。

5 結語

大跨段變截面施工的難點在于如何在變截面處將各種工法安全平順過渡，施工前須對各種施工方案進行對比，選定更安全、經濟的施工方案。

從15.12 m大跨段（臺階法+臨時橫撐）向17.99 m大跨段（三臺階臨時仰拱法）施工時，在變截面處設置了長5.4 m的過渡段。從17.99 m大跨段（三臺階臨時仰拱法）向24.53 m大跨段（雙側壁導坑法）施工時設置了長10 m的過渡段。為解決施工機械通行的問題，對長10 m過渡段臨時豎撐的位置進行了調整。

樵坪山隧道在大跨段施工過程中嚴格遵照所制定的方案施工。目前兩大跨段均安全、順利施工完畢。