多交叉口的隧道交通轉換帶施工及支護技術研究

1 工程概況

四川省仁壽至屏山新市公路五指山隧道起訖里程：K132+910～K137+750，隧道總長4840m。為了把特長隧道分為相對較短的隧道，實現“長隧短運”，方便在運營期間的維修、養護及應急救援轉向，五指山隧道于K136+800～K137+000（ZK136+797～ZK136+997）段設置了全長為200m的交通轉換帶。

交通轉換帶采用正常主洞兩側加寬的方式，兩隧洞相鄰側加寬3m。另一側加寬2.75m。開挖斷面面積（含仰拱）192.36m2（正常段的97.6m2），建筑限界16×5m。開挖面積為普通斷面的1.97倍。左右洞間設2個聯絡通道，如圖1所示。

圖1 交通轉換帶設計構造圖

五指山隧道交通轉換帶為Ⅳ、Ⅴ級圍巖。圍巖以細砂巖、粉砂質泥石為主。細砂石呈灰色，中厚層狀構造，石質軟～較堅硬，節理裂隙發育。含層間孔隙、裂隙水及風化裂隙水，以線流狀滲出為主。圍巖局部穿越玄武巖，屬較堅硬-堅硬巖，位于宜威組及峨眉山組接觸帶處，巖體節理裂隙極為發育，巖體破碎，以裂隙碎塊狀結構為主，地下水相對較豐，隧道涌水量隨季節變化，地下水以線～淋雨狀滲出為主。

2 交通轉換帶施工的重難點

①開挖斷面變化大，由正常段的97.6m2增加至192.36m2，斷面變化處由于圍巖臨空面突變，邊緣線呈折線變化，導致此處圍巖分布復雜，且出現應力集中處。尤其是由小斷面向大斷面掘進時，在斷面突變為垂直于隧道軸線的圍巖臨空面，不僅施工防護困難，且破壞了原隧道圓拱形斷面良好的自穩性能，導致突變處發生圍巖坍塌的風險極高。如何確保斷面突變處圍巖穩定、安全是交通轉換帶施工的技術重難點。②斷面突然增大，如何平穩、快速地將小斷面施工采用的開挖方法及支護工藝措施轉換至適合大斷面，是交通轉換帶需解決的施工難點。③交通轉換帶包括4個聯絡通道與主洞的交叉口。聯絡通道鋼拱架與正洞的鋼拱架相碰，安裝通道鋼拱架時，需切除正洞鋼拱架的相碰部分，導致該部分正洞圍巖的支護缺失，極易產生支護變形及洞壁坍塌問題。避免交叉口處初支變形、防止圍巖坍塌是轉換帶交叉口處施工所面臨的技術難題。

3 施工技術措施

3.1 過渡段加強支護措施

在距離交通轉換帶斷面變化處前后10m（ZK136+787～ZK136+797、ZK136+997～ZK137+007、K136+790～K136+800、K137+000～K137+010）的段落加強圍巖支護（如圖2所示），具體措施如下：

圖2 正洞與交通轉換過渡段加強支護的技術措施

①距離交通轉換帶10～3m段的支護類型由原設計的WZ4c變為WZ4b。即原設計為格柵拱架，增強為I16工字鋼拱架，其安裝間距為100cm，共安裝7榀。②在距離交通轉換帶斷面變化處3m段，支護拱架采用I20b工字鋼，間距60cm。

通過以上加強措施，可保證交通轉換帶變截面過渡段的巖體穩定性，確保施工安全。

3.2 掘進斷面由小變大的施工方法

五指山隧道現階段正洞采用三臺階法開挖。在進入交通轉換帶后采取分級擴挖及支護的方法（如圖3所示）。

圖3 交通轉換帶逐級開挖支護示意圖

①交通轉換帶按主洞正常斷面采用上導預留核心土法掘進3.2m。完成掘進后噴砼封閉掌子面。②然后對隧洞周邊輪廓逐級擴挖。每次擴挖周邊外插角約10°。在擴挖中及時噴砼防護。③當掌子面擴挖到位后，立即進行鋼拱架支護，并及時噴砼封閉。④上導開挖完成后進行初期支護（包括上導堵頭墻）。⑤中下導擴挖采用中間拉槽，單側擴挖直至到位。切記不得對稱開挖，每次開挖不得大于2榀拱架間距。⑥交通轉換帶斷面形成后，根據圍巖情況采取適合工法進行轉換帶的掘進。

3.3 交通轉換帶開挖支護施工工藝

根據設計圍巖與超前地質預報、TSP+3D及瓦斯超前鉆孔地質情況綜合分析，交通轉換帶Ⅳ級圍巖采用臺階分布開挖法；Ⅳ級偏弱圍巖采用單側壁導坑法；Ⅴ級圍巖采用三臺階七步開挖法。

3.3.1 Ⅳ級圍巖開挖及支護施工工藝

由于交通轉換帶Ⅳ級圍巖段落穿越玄武巖地殼層，圍巖主要為強風化玄武巖，接觸帶古風化殼厚度5～20cm，古風化殼呈土狀。構造節理裂隙發育，局部穿越玄武巖，巖石較硬，采用圖4所示的臺階分布開挖法。

圖4 Ⅳ級圍巖臺階分布開挖法工序圖

①臺階分布開挖法施工順序。

1）施做超前錨桿；2）環形開挖上臺階；3）施做上臺階初支；4）開挖上臺階核心土；5）開挖下臺階中部；6）開挖下臺階兩側側壁；7）施做下臺階初支；8）澆筑仰拱；9）施做防水層，澆筑二襯。

②施工關鍵技術。

1）上臺階長度≯1.5倍洞徑；2）下臺階落底采取左右側拉中槽交替進行。兩側縱向錯位2.5～3m，避免兩側拱腳同時懸空；3）掘進采用人工或機械。環形開挖進尺控制在1.2m內。如需爆破掘時，采用微爆破開挖，控制爆破震速≤15cm/s。

3.3.2 Ⅳ級偏弱圍巖開挖及支護施工工藝

采用單側壁導坑法進行Ⅳ級偏弱圍巖的開挖，如圖5所示。

圖5 Ⅴ級偏強圍巖單側壁導坑法工序圖

①單側壁導坑法施工順序為：

1）小導管注漿超前支護施做；2）掘進先行導洞的上半斷面；3）施做上半斷面的臨時支護及初支；4）掘進先行導洞的下半斷面；5）施做下半斷面的臨時支護及初支；6）掘進后行洞上半斷面；7）施做后行洞上半斷面的臨時支護及初支；8）掘進后行洞下半斷面；9）施做后行洞下半斷面初支；10）施做仰拱；防水層施工，澆筑二次襯砌。

②施工關鍵技術。

1）先、后洞開挖面相距不小于15m；2）該段掘進采用人工或機械。循環開挖進尺控制在0.9m內。如需爆破掘時，采用微爆破開挖，控制爆破震速≤15cm/s。

3.3.3 Ⅴ級圍巖開挖及支護施工工藝

Ⅴ級圍巖為強風化玄武巖，接觸帶古風化殼厚度5～20cm，古風化殼呈土狀。構造節理裂隙發育，巖體破碎，巖質軟～較軟，產狀水平，呈薄層狀，層間結合差，拱頂圍巖容易坍塌。采用三臺階七步開挖法。如圖6所示。

圖6 Ⅴ級圍巖三臺階七部開挖法工序圖

施工關鍵技術：①遵循“短開挖、少擾動、強支護、實回填、嚴治水、勤量測”的施工原則。精心組織、工序緊跟。②臺階長度控制在3～5m。及時施做支初，嚴禁初支鋼架后有空洞，增設鎖腳錨桿，盡快封閉成環。③如出現失穩現象，及時噴砼封閉，增設錨桿、鋼支撐等措施加強支護；④仰拱、二襯及時施做，避免隧道邊墻向內位移變形。

3.4 交通轉換帶仰拱、襯砌澆筑的施工組織

由于交通轉換帶結構復雜，需要臺架、臺車較多。各臺架、臺車體型大，在長度較短的交通轉換帶內施工時，易形成互相干擾，甚至無法正常施工。故需對臺架、臺車的使用、進場次序及布設，及相應的掘進、支護順序等進行精心組織和安排，以確保順利、有序地完成施工。

交通轉換帶由右線小里程端先行開挖，然后再開挖左洞，左右洞掌子面間里程間距30m。1號聯絡通道由右線向左線施工31.7m（剩余部分由左線施工），2號聯絡通道由左線向右線施工31.7m（剩余部分由右線施工）；交通轉換帶仰拱緊隨開挖進行施工，確保安全步距。

交通轉換帶采用原正洞仰拱棧橋。交通轉換帶防水板、鋼筋臺架、襯砌臺車、橫通道仰拱棧橋需另行制作，現場拼裝。橫通道防水板臺架使用原正洞臺架。各類臺車按施工方案的布置位置及施工順序，適時安排進場。

3.5 交通轉換帶交叉口施工

交通轉換帶橫通道為2個，且與隧道縱向方向呈55°斜交。造成交叉位置橫通道洞徑為15.33m，其跨度大，施工難度高。采用交通轉換帶正洞施工至交叉口位置時，先施工聯絡通道。具體方法（如圖7所示）如下：①正洞掘進至交叉口位置后停止開挖，在交叉口處先行施作交通轉換帶的超前支護，并封閉正洞掌子面。再測量放樣確定橫通道與交通轉換帶交叉的輪廓線，在輪廓線拱部120°范圍內施作Φ42小導管，單根長度4.5m，環向間距40cm。②沿通道輪廓線切割正洞鋼拱架，沿輪廓線周邊施做通道的I20b支護鋼拱架，每榀施作4根Φ25鎖腳錨桿，單根長度6m。③在交叉口正洞段加橫向鋼拱架與橫通道鋼拱架連接。④橫通道同樣采用三臺階法開挖，左右線各施工一段，施工完成后，交通轉換帶掌子面開始繼續施工。

圖7 交通轉換帶交叉口施工支護示意圖

4 結語

本項目進行了隧道交通轉換帶斷面由小轉大施工及支護的技術研究，采取了加強過渡段支護、逐級擴挖及支護、科學選擇開挖方法、合理優化支護參數等綜合施工及支護技術，安全順利地完成了交通轉換帶正洞及聯絡通道的掘進施工。可為今后類似工程的實施提供借鑒。