1盾構法隧道匝道設置的研究與實踐

1．1用暗挖法建出入口匝道的方法

1．1．1用管幕+凍結法建主隧道與匝道盾構隧道間分合流拓寬段(AW－1工法)1)施工方法。在盾構法隧道主線完成后，再以小直徑的盾構施工匝道隧道至分合流點，然后施工主隧道和匝道隧道間的分合流段。日本某工程根據現有技術和施工條件，對分合流段車道拓寬段(以下簡稱“拓寬段”)進行了如下3種施工方法(見表1)的比較。其中，以弧形管幕+凍結防水方法為最優(AW－1方案)。2)匝道分合流段橫斷面設計。沿道路方向分合流段橫斷面設計尺寸在不斷變化?？蚣軝M斷面寬度第一段最大，加減速段(第二段)和逐漸變窄段(第三段)內部空間逐步減少，第三段已不再有匝道隧道，只需施工弧形管幕來保證框架內所需的空間即可。

1．1．2構筑橢圓形襯砌環滿足盾構法隧道、匝道間分合流段的建設(AW－2工法)日本橫濱環線道路北段為二管平行的盾構法隧道(Φ12．49)，其間共設置了4個分合流區段，地下拓寬段為建造耐久、防水的擴大段結構，在分合流段沿隧道縱向以管幕法建橢圓形斷面的襯砌環。

1．1．3利用豎井構筑二主線隧道間管幕再暗挖出入口車道間拓寬段(AW－3工法)日本新宿線對明挖施工會嚴重影響地面交通或地下構筑物的不易處理區段，采用了利用豎井、通過管幕支撐上部土體，然后開挖2條隧道間的土體，最后完成出入口的非明挖施工方法。該工法施工過程中，結構受力體系會發生重大變化，可能出現管幕、地面沉降、隧道變形、隧道上浮等問題，應對不同工況下臨時擋土墻、豎井、隧道管片、隧道內部支撐、管幕梁進行三維整體分析后進行設計，并輔以必要的施工監測來確保安全。

1．2通過工作井內明挖施工完成主線隧道與匝道隧道間的拓寬段

根據工程沿線環境條件、用地情況、交通特征與需求，再結合施工工藝、流程，對有條件設工作井的情況，則可較方便地在工作井內完成主線隧道與出入口匝道間分合流拓寬段的施工，并可為匝道的暗挖施工———矩形頂管或矩形盾構提供實施條件。根據需要與可能，主線隧道有雙管單層和單管雙層之分。雙管隧道出入口匝道設置又有成對對稱設置和前后錯開單側設置兩種。

1．2．1日本新宿首次采用特殊的明挖技術，切割已成環鋼管片建出入口匝道(MW－1工法)在日本東京中央環線新宿線地下工程中，為不減少地面道路的車道數，保證地面道路的正常交通，全線長11km中的70%均以盾構法施工。沿線表層為亞黏土層，盾構掘進范圍主要有東京碎石層和N值超過50的Kazusa層。施工中，在兩條平行隧道建成后，對出入口匝道上方土層采用明挖施工，再按需切割已成環的盾構隧道的鋼管片，然后施工鋼筋混凝土框架構筑匝道。為了縮短工期，在新宿線工程中，當盾構剛推過匝道處，即開始切割隧道，該工法施工出入口的示意圖。因開挖深度和鋼管片切割范圍隨主線、匝道線路縱斷面變化而變化，故鋼筋混凝土框架的位置、形狀也在逐步變化。施工中主要關鍵技術有:1)有效解決擋土墻底與隧道襯砌間滲漏水問題。2)采用合理的臨時支撐，防止在開挖和框架底部施工過程中的土體坍塌，將隧道變形限制在允許范圍內。3)隧道開挖段采用適當的復合結構，控制結構變形、應變。匝道段鋼管片在匝道施工中和施工后都會產生附加應力與變形，設計中應以施工階段不同工況應力分析為基礎，采用特殊的加強鋼管片(含結構型式和材質的加強)與有效、合理的支撐。

1．2．2在明挖工作井內按需完成主線、匝道隧道間分合流拓寬段的設計1)主線雙管單層隧道方案。現以一主線設計速度為60km/h的雙向4車道小客車專用地下道路隧道設計為例，取單向主線車道寬度為3．25m×2+2．5m(應急車道)。匝道設計速度為40km/h，車道寬度為3．25m+2．0m(停車帶)。車行道凈高3．5m。

綜合考慮道路建筑限界、隧道設備限界、安全疏散要求、施工誤差等因素，主線圓隧道內徑取11．0m，外徑12．0m，根據道路規范規定，拓寬段由45m漸變段和120m加速車道段(減速車道段長僅70m，現均按加速車道計)構成，不同情況下工作井的規模大小如下:(1)匝道對稱設置(MW－2、3、4工法)。①對稱設置入口匝道與出口匝道情況下，明挖施工的工作井范圍見圖，按較緊湊的安排工作井長度165．00m、出入口端工作井寬度61．90m。②當設一對入口匝道時，工作井長度165．00m、寬度51．45m(兩端擴大部分垂直線路方向錯位約8．7m)。③設一對出口匝道時，工作井長度115．00m，工作井最大寬度為51．45m(二端擴大部分垂直線路方向錯位約8．7m)。2)匝道單側設置(MW－5、6、7)。①單側設入口匝道情況時，單線工作井長165．00m，寬33．45m。②單側設出口匝道時，工作井長度短，長約115．00m，寬33．45m。③主線中設雙車道及集散車道(3．25m×2+3．25m)，集散車道服務于出入口匝道段漸變、分合流之需。這樣盾構法隧道外徑擴至13．40m，但工作井長度縮減至91．00m、最大寬度為65．20m。2)主線單管雙層隧道方案。當采用單管雙層隧道時，主線隧道直徑必然要加大，相應工作井深度加深、平面尺寸縮小。下層車道的匝道長度會增加，相比上層匝道約需增長180m左右。

(1)當上、下層車道內均布置雙向4車道+應急車道時，隧道外徑為14．5m。不同情況(MW－8、9工法)下工作井的設計規模如下:①匝道對稱設置，應急車道設在車行方向右側的情況。對稱分別設立上層出口匝道、下層入口匝道時，按較緊湊的安排，隧道工作井長165m、最大寬度49．4m。若需設上層入口匝道、下層出口匝道，雖布置有別，但工作井尺寸大小相。②單側設置出入口匝道，上層和下層應急車道設在盾構斷面同一側的情況。當需設立上層出口匝道、下層入口匝道或需上層入口匝道、下層出口匝道時，工作井的外包尺寸長約165m、最寬約37．45m。

(2)主線全線上、下層均設雙車道+集散車道(3．25m×2+3．25m)，集散車道主要服務于出入口匝道段漸變、部分分合流段之需，這樣盾構法隧道外徑擴大至15．5m(MW－10工法)，工作井長度87．00m、寬度38．45m，兩端井位擴大段垂直線路方向錯位約8．7m。

2拓寬段實施方案比選

根據上述介紹，對盾構隧道出入口匝道拓寬段設置的暗挖法、明挖法兩大類中的不同方案進行了比較，其內容主要為:主線交通安全、出入口交通組織;環境影響、占地范圍;施工技術難度、風險;工程投資等。

3結語

隨著用盾構暗挖法建設地下道路工程需求的增多，盾構法能否廣泛應用于地下道路工程中，除匝道可采用頂管、小盾構暗挖施工外，更關鍵的技術難點是———如何因地制宜、經濟、合理、安全、可行的解決出入口匝道拓寬段設計。當然，它的前提條件是根據地下道路匝道設置的具體要求;沿線地面道路、交通狀況;地上、地下建(構)筑物分布;施工工藝;施工進度、投資大小、風險控制等。按需要與可能，趨利避害、揚長避短地選擇合適的方法。日本的一些工程中，受到土地使用條件和環境影響的限制，選用了技術難度和風險較高的暗挖法，有實施的可能性，在工程技術上有很好的借鑒、引領作用。但在可能的情況下，工作井部分局部明挖法應更為成熟和可行。當地面道路狹窄時，對雙線隧道尚可取匝道單側縱向錯開布置或單管雙層隧道方案(下層匝道較長);而全線設集散車道，可減少工作井明挖段的長度。因此，在工程設計中，需根據工程建設條件，就交通功能、施工風險、工程投資等各種因素進行綜合比較，以謀求科學、合理、可行的解決盾構法隧道中出入口匝道的設置方案。

作者：曹文宏 申偉強 單位：上海市隧道工程軌道交通設計研究院