海底隧道下穿高層建筑段的處理措施

摘要:膠州灣灣口海底隧道青島端接線工程隧道下穿33層高層建筑物，拱頂距高層建筑基坑底僅有4.3米，施工難度相當(dāng)大，施工方法處理的是否恰當(dāng)，直接影響到工期及施工安全，本文結(jié)合道ZK1+180-ZK1+580過高層段的處理方案，介紹了過高層段的處理方法，即高層基坑加固，中隔壁法開挖，可注漿端頭錨固式錨桿支護(hù)。隧道施工過程中沒有產(chǎn)生不良影響，順利通過此段。

關(guān)鍵詞:城市隧道 過高層段 處理

1 工程概況

膠州灣海底隧道是青島市規(guī)劃“南隧北橋”中的南隧，是膠州灣海底隧道和快速路三期的重要紐帶。膠州灣灣口海底隧道青島端接線工程，南起膠州灣灣口海底隧道青島端終點，向北以上下行分離式雙洞隧道形式分別沿四川路、云南路向北，在東平路路口北側(cè)出地面后開始高架，于山西路路口上方合流后接入快速路三期工程。主要包括云南路主線隧道、團(tuán)島二路出口匝道隧道、團(tuán)島二路匝道隧道出口段地道、車行橫通道、人行橫通道、緊急出口、風(fēng)井、人防洞室處理、隧道下穿房屋處理等工程項目施工。云南路主隧道(左線)起點里程ZK1+095.98，分界點里程ZK2+755，長1659.02m。云南路主隧道均為單向三車道，凈寬13.5m。

海底隧道接線工程左線出口所穿越新建高層段，位于云南路西鎮(zhèn)一帶，地貌類型為侵蝕堆積斜坡～剝蝕斜坡，隧道埋深7.5～25m，隧址處地層由第四系全新統(tǒng)人工填土層雜填土，第四季上更新統(tǒng)洪沖積層亞粘土和弱～微風(fēng)化花崗巖組成。過高層段洞頂圍巖為弱風(fēng)化花崗巖，洞身為弱～微風(fēng)化花崗巖，該段圍巖自穩(wěn)能力差，易發(fā)生塌方，透水性中等。高層建筑物與隧道開挖線的水平、垂直距離見下表及剖面圖:

2 過高層段對施工的影響因素及處理方案

建筑物荷載較大，隧道結(jié)構(gòu)承受較大的偏壓荷載作用，高層基坑開挖破壞原有地層，產(chǎn)生偏壓的同時使圍巖變形。主要表現(xiàn)一下幾個方面:①圍巖失穩(wěn):高層基坑開挖深10m左右，基坑邊線靠近隧道拱頂，基坑底距隧道開挖線的最小凈距僅有4.3m，隧道開挖的成拱作用無法形成，靠近基坑一側(cè)的圍巖受到擾動，圍巖自穩(wěn)能力差易失穩(wěn)，產(chǎn)生塌方和冒頂，對地面和高層建筑物造成影響，嚴(yán)重可能造成重大安全事故。②隧道距離建筑物比較近，隧道爆破振動對建筑物有一定的影響。③高層建筑物在隧道周邊產(chǎn)生附加壓力，使隧道受偏壓力作用。④隧道開挖使周邊圍巖應(yīng)力釋放，隧道周邊產(chǎn)生收拉區(qū)和向隧道內(nèi)變形，收拉區(qū)到達(dá)高層基礎(chǔ)底部，將影響高層基礎(chǔ)承載力，引高層起建筑物變形。因此高層段處理的好壞直接影響到施工及運營安全。

工程地質(zhì)是制定工程措施的基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計院所提供的工程地質(zhì)資料，加上我們對過高層段基坑地址的調(diào)查，我們采取了先對高層建筑基坑加固處理，然后隧道施工采用CD法施工，先開挖靠近建筑物一側(cè)，后開挖背離建筑物一側(cè)的方法，采用型鋼加強支護(hù)，可注漿端頭錨固式錨桿對開挖范圍進(jìn)行注漿支護(hù)。開挖時遵守“短開挖，早支護(hù)，勤量測，適襯砌”的原則進(jìn)行。其優(yōu)點在于:①施工作業(yè)面大，可以在較短的時間內(nèi)開挖成型，迅速進(jìn)行初期支護(hù)。②短開挖減少了爆破對圍巖的擾動，對圍巖有較強的控制能力。③工序單純，便于現(xiàn)場指揮。④安全，迅速開挖后，在上部混凝土護(hù)頂?shù)谋Ｗo(hù)下開挖可保證施工人員的安全，且早護(hù)頂，對結(jié)構(gòu)安全有利。在巖石十分破裂的地帶，可采用超前注漿等手段進(jìn)行處理。

過高層段的穿越是整個海底隧道連接線貫通的關(guān)鍵，在施工中我們以質(zhì)量及安全為龍頭，不盲目追求進(jìn)度，確保高層段的順利通過。

3 具體做法

3.1 高層建筑基坑加固處理 高層段建筑施工單位在基坑開挖時采用爆破施工，已擾動了隧道圍巖，基坑回填材料為碎石土，基坑底距隧道開挖線的最小凈距僅有4.3m，使隧道開挖的成拱無法形成，施工中對高層已回填的基坑的碎石土，將基地清理干凈，先鉆孔對于圍巖裂隙部位進(jìn)行灌漿處理，在打入錨桿，錨桿端頭與鋼筋網(wǎng)焊接，最后采用C25混凝土回填。見下圖:

高層段基坑底部注漿管通過注水泥漿，漿液有效地固結(jié)了破碎圍巖，提高了圍巖的自穩(wěn)能力，防止圍巖松弛、坍塌;鋼管樁有效地減小了高層建筑物對隧道的側(cè)向壓力，使建筑物基礎(chǔ)不再處于受拉力，保證了建筑物的安全，減小了對隧道支護(hù)的偏壓;插入基坑邊坡的錨桿和上部的混凝土，與基坑邊坡成為一個整體，混凝土承受了基坑上部回填材料的重力，使隧道開挖可以成拱。

3.2 開挖 本段施工中嚴(yán)格按“短進(jìn)尺、弱爆破”進(jìn)行爆破施工。施工中嚴(yán)格控制最大起爆炸藥量。首先進(jìn)行的是靠近建筑物一側(cè)的開挖。根據(jù)圍巖情況，加上以前的施工經(jīng)驗，中壁導(dǎo)坑開挖斷面為6m×8m(高×寬)，待通過高層段以后，圍巖已穩(wěn)定，然后進(jìn)行背離建筑物一側(cè)的開挖。如下圖所示:

3.2.1 設(shè)計原則

3.2.2 爆破器材的選擇 及于以上原則，周邊眼采用φ27的乳化炸藥小藥卷，輔助眼采用直徑為φ32的乳化炸藥炸藥。

雷管采用第二系列的毫秒延期雷管，該系列的雷管延期時間為25ms，采用隔段起爆的方式，能達(dá)到延期時間為50ms，實踐證明，延期50ms，能有效地防止地震波的疊加。

參數(shù)選擇

因從《膠州灣海底隧道青島端接線工程工程地質(zhì)勘察報告》中查不到相關(guān)的參數(shù)，因此無法對光面爆破參數(shù)做更為詳細(xì)的計算，因此，在做該設(shè)計時，我們采用以往的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，在施工過程中，根據(jù)試驗所得的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行調(diào)整，其參數(shù)采用下表經(jīng)驗數(shù)值

3.2.3 掏槽形式 掏槽采用減輕振動的掏槽形式，其掏槽形式如下:

掏槽眼每孔裝藥0.36kg，堵塞長度20cm，擴槽眼單孔藥量為0.72kg，堵塞40cm。

裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞方式

掘進(jìn)眼、內(nèi)圈眼、底板眼采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，周邊眼采用直徑藥卷間隔裝藥。所有裝藥炮眼均采用炮泥堵塞，堵塞長度不小于20cm。

3.2.4 最大段裝藥量估算 一般情況，最大段裝藥量的估算是根據(jù)爆破安全規(guī)程所提供的薩氏衰減公式對最大段裝藥量進(jìn)行估算，但該公式不一定適合青島的地質(zhì)情況。因此，在本方案里，直接采用青島市地下鐵道工程辦公室趙繼增、青島市人民防空建筑設(shè)計研究院孫毅在青島地鐵試驗段青防醫(yī)院車站的隧道掘進(jìn)控制爆破中總結(jié)出來的爆破振動控制和減振公式。其公式為:

Q=(V/K)2/αR2

鋼筋混凝土框架房屋的安全振動速度為V=5cm/s，R值按最近距高層建筑物中心的最近距離10m進(jìn)行考慮，根據(jù)趙繼增、孫毅的研究K值、α值的取值為55和1.4。

距離層建筑最近距離為R=(7.53×7.53+2.7×2.7)1/2=9.65m

因此，其最大段裝藥量為

Q=(5/55)2/1.49.652=2.98kg

3.2.5 炮眼布置 本段采用靠近高層建筑物一側(cè)超前的側(cè)壁導(dǎo)坑法施工(CD)法，其鉆爆設(shè)計圖如下:

說明:①掏槽眼底部間距0.2m，擴槽眼底部間距0.35m，掏槽眼堵塞長度為0.2m，其余炮眼堵塞長度不小于0.4m。②垂直炮眼采用炮泥間隔分二層裝藥，上下分層裝藥長度各為1m，上部和中間堵塞長度各為1m。③光爆孔裝藥集中度2.1kg/m，光爆孔間距根據(jù)現(xiàn)場試驗情況進(jìn)行調(diào)整。

3.3 支護(hù) 在開挖后，立即進(jìn)行支護(hù)，用I20型鋼拱架加掛鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土進(jìn)行初期支護(hù)。型鋼拱架間距為75cm。型鋼拱架與鋼筋網(wǎng)焊接成整體。初期支護(hù)為C25噴射砼，噴層厚度為30cm，待強度滿足要求后再進(jìn)行下一輪的開挖。由于該段施工埋深淺、巖體破碎，為散體結(jié)構(gòu)，受偏壓作用，其自穩(wěn)能力時間極短，圍巖易坍塌，常用的砂漿錨稈和噴射混凝土已無能為力，采用了鋼支撐加臨時支撐組成全封閉受力結(jié)構(gòu)，間距采用0.75m，主要作用是在塌方處和較大圍巖壓力作用下時做圍巖的加強支護(hù)。

可注漿端頭錨固式錨桿支護(hù):

3.3.1 錨桿長度 錨桿長度計算公式L1=c1+h+c2

式中 L1——錨桿長度(m);

c1——錨桿插入堅硬巖石內(nèi)的深度

一般為200～300mm;

h——直接錨入圍巖的厚度;

c2——錨桿外露長度，對金

屬錨桿為墊板及螺母

高度再加50～100mm。

3.3.2 錨桿的間距與排距 金屬錨桿間距與排距t可用下式計算:

式中 Q—錨固力或桿體拉斷的較小值;

k—安全系數(shù)，通常取3;

r—頂板巖石容重(t/m3);

h—被錨圍巖層厚度(m)。

錨桿的間距不宜大于錨桿長度二分之一，一般為0.5～1.25m，并不得大于1.25m。圍巖較堅固時可取上限值，圍巖較弱時則用下限值。

3.3.3 布置 根據(jù)圍巖情況，錨桿長度取4m，錨桿按梅花形布設(shè)，縱向間距為1m，橫向間距為1m。

4 監(jiān)控量測

隧道開挖后，原有的力學(xué)平衡被破壞，雖然在進(jìn)行支護(hù)后，力學(xué)狀態(tài)的改變得到一定的控制，但仍無法恢復(fù)原有的狀態(tài)，隨著時間的推移，圍巖的變形也就表現(xiàn)出來，因此對隧道進(jìn)行量測，收集信息，及時對發(fā)生的變化加以處理十分重要。根據(jù)我們的技術(shù)裝備，我們采用了機械式測試元件:撓度計。

其優(yōu)點是安裝簡便，穩(wěn)定可靠，受外界影響小，但靈敏度較低。具體監(jiān)控量測如下表進(jìn)行:

5 注意的問題

5.1 對于該段，一定要做好減震措施，爆破振速控制在2cm/s，保證地面建筑物安全。

5.2 對于巖石很破碎地段，一定要注意盡快進(jìn)行超前注漿，以保證隧道圍巖的穩(wěn)定。

6 結(jié)論

海底隧道接線工程所穿越新建高層段處理方法得當(dāng)，使施工進(jìn)度大大提高，且未出現(xiàn)任何質(zhì)量事故。采用CD法開挖，有利于圍巖的穩(wěn)定;及時支護(hù)封閉成環(huán)，避免了由于側(cè)壓力過大而引起初期支護(hù)被破壞;可注漿端頭錨固式錨桿注漿，使得襯砌的穩(wěn)定性更加好。采用此方法最大的優(yōu)點是安全，施工中不產(chǎn)生危險，不為運營遺留任何隱患。

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