城際鐵路隧道平行下穿既有河道方案設計

張竹清

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

1 工程概況

廣佛環線佛山西站至廣州南站段全長36.174 km，西連佛肇城際，東接佛莞城際，同時與廣佛江珠城際換乘，是整個珠三角城際軌道交通網中東西向交通干線的重要組成部分，也是廣佛交通走廊內重要的城際客運線路。其中沙堤隧道位于佛山市南海區及禪城區內，隧道在穿越汾江后，走向基本與南北大涌平行，平行段隧道長度2.7 km。

南北大涌北接汾江，南與東平水道相連，長度為5.3 km，河道寬度45 m，目前改造工程正在進行中，河道主要作用是防洪、排澇及擔負兩岸工業、生活排污工作。大涌東側多為居民小區、工業區廠房等建筑，西側與新建禪西大道平行。由于多條道路均需跨越南北大涌，因此涌上橋梁較多，根據調查結果，隧道范圍內共有高速公路橋梁1座，市政道路橋梁及箱涵6座，泵站1座，分別歸屬于高速公路公司、市政、交通、水務等部門管理。

2 工程及水文地質概況

沙堤隧道下穿南北大涌段河涌內第四系地層厚度10～22 m，主要為淤泥質土、粉質黏土和細砂。下伏基巖以砂巖為主，普遍夾有泥巖，局部夾礫巖。基巖面頂板高程-9～-20 m，弱風化層頂面高程-17～-37 m。隧道范圍內地下水類型主要有2種:一種為第四系孔隙水，另一種為基巖風化裂隙水。第四系孔隙水，主要賦存于海陸交互沉積層中的粉砂＜3-1＞、細砂＜3-2＞、中砂＜3-3＞、粗砂＜3-4＞及礫砂＜3-5＞中。基巖風化裂隙水主要賦存于下第三系始新統強、弱風化的砂巖夾泥巖風化節理裂隙中，含水層埋深和厚度差異較大，砂巖節理裂隙較發育。由于巖性及裂隙發育程度的差異，其富水程度與滲透性也不盡相同，其滲透性受基巖裂隙發育程度影響，具有一定的隨機性，局部裂隙發育，裂隙連通性較好，滲透性較強，致使地下水的滲透性在空間分布上的差異較大。基巖風化層滲透系數一般小于 1.3×10-5m/s。

3 線位方案比較

南北大涌兩側是禪城區主要的工業園區，受控于張槎站站位及佛山軍用機場的下穿條件，線路只能敷設于南北大涌下方(以下簡稱下方方案)或東側(以下簡稱東側方案)。線位需從與地方城市規劃的關系、地面控制點、拆遷占地及改涌投資、隧道造價等方面進行綜合比較。如圖1、圖2所示。

圖1 下穿南北大涌方案布置

3.1 與城市規劃的結合

根據與地方規劃部門的多次結合，調查到南北大涌東側已建、在建或規劃的項目較多，具體見表1。

由于東側方案要全部下穿地方已建、在建或規劃項目，隧道淺埋段950 m范圍內建筑物樁基已經侵入隧道結構，需要對既有建筑進行大量拆遷，對規劃建筑的布局影響也非常大。同時由于軌道交通保護條例的規定，隧道結構兩側50 m范圍內的土地均處于保護區內［6］，因此一旦修建軌道交通后，對地塊侵占較多，所以規劃部門對東側方案提出較大異議。下方方案雖然在隧道明挖段及敞開段需要對南北大涌局部進行改移，但考慮到本段正在進行的大涌改造工程可結合城際鐵路一起實施，同時對規劃地塊影響較小，因此地方規劃部門同意采用下方方案。

圖2 南北大涌現狀

表1 沙堤隧道下穿南北大涌段與地方城市規劃關系概況

3.2 平行下穿南北大涌方案控制點及隧道工法的選擇

南北大涌東側主要分布著工業園區及居民小區建筑，大涌上方建有多座橋梁及水利設施。根據調查，各控制點概況如表2所示。

表2 沙堤隧道下穿南北大涌段主要控制點統計

從表2可知，隧道下穿南北大涌方案主要的受控點是涌上方及東側分布的橋梁等建筑物的基礎。

本段線路有條件下壓坡度，增加線路埋深，埋深加大后下方方案可以避讓佛開高速、朗沙二路、工業大道、興業路、張槎路跨南北大涌之橋梁樁基，從其下方通過。在建輕工路主橋跨南北大涌主跨為37 m，線路有條件從主跨下穿通過，但副橋由于跨度較小，橋樁基長度26 m，而隧道在輕工路立交橋范圍埋深已經減小到15 m，因此副橋需拆除還建或進行樁基托換。同樣，橋苑街人行橋范圍隧道埋深只有10 m，而樁基長度達22 m，且線路無法避讓樁基，因此橋苑街人行橋需拆除還建或進行樁基托換。

由于本段隧道范圍內建筑物密集，路網發達，采用明挖法實施十分困難;同時為控制地表沉降，減少開挖礦山法放炮開挖對周圍居民的影響，加快施工進度，減少淺埋段軟弱地層的加固費用，因此隧道施工推薦采用盾構法施工。

3.3 拆遷、占地及改涌方案投資比較

東側方案與下方方案拆遷及占地統計見表3，由表可知，拆遷及占地下方方案投資節省約7 600萬元，下方方案改涌投資約8 901萬元，本部分比較下方方案較東側方案投資增加1 301萬元。

表3 東側方案與下方方案拆遷占地及改涌投資統計

3.4 隧道總投資比較

東側方案與下方方案拆隧道投資統計見表4，由表可知，隧道投資下方方案較東側方案投資增加1 593.4萬元。

表4 東側方案與下方方案隧道投資統計

3.5 方案優缺點比較及結論

綜上所述，本段隧道平行南北大涌下方及東側方案優缺點如表5所示，綜合比較后，推薦采用下方方案。

表5 東側方案與下方方案優缺點比較

4 下方方案隧道工程難點及解決措施

4.1 隧道下穿建筑物相關措施

本隧道盾構管片外徑9.8 m，線路壓破后，除輕工路立交副橋及橋苑街人行橋外，其他橋梁及泵站樁基礎均有條件下穿。隧道結構頂與建筑物樁基礎最小距離為9 m，并且盾構隧道穿行在弱風化砂巖中，從以往設計及施工經驗來看，施工中加強監控，及時跟進二次注漿，能夠保證隧道上方結構的安全，相關處理措施見表6。

輕工路立交副橋及橋苑街人行橋由于隧道埋深已經小于15 m，并且線路無法避讓樁基。輕工路立交副橋及橋苑街人行橋均為跨河橋梁，樁基托換施工風險大，難度高，加之兩座橋梁跨度較小，交通量不大，相比拆除還建樁基托換費用上并沒有太大優勢，因此上述兩橋推薦采用拆除后進行還建的方案，還建方案詳見圖3、圖4。

表6 下方方案隧道控制點措施

圖3 輕工路立交副橋還建方案(單位:cm)

圖4 橋苑街人行橋還建方案(單位:cm)

4.2 隧道結構防水措施

下方方案建成后，本段隧道有2.65 km將長期處于水下運營的狀態，其中盾構段長度2.35 km，明挖暗埋段長度0.3 km，對隧道結構的防水提出了較高的要求。

為此隧道采用全封閉防水型結構，結構防水遵循“以防為主、剛柔結合、多道防線、因地制宜、綜合治理”的原則，隧道防水設計滿足現行國家標準《地下工程防水技術規范》的一級標準，即不允許滲水，結構表面無濕漬。

明挖法隧道主體結構采用抗滲等級為P10的C35防水鋼筋混凝土，結構外側采用高分子復合單面自粘型防水卷材全包防水。防水卷材胎基厚1.5 mm，其背水側為復合粘結層，迎水側為復合土工布。邊墻及底板采用預鋪法施工，頂板采用后鋪法施工。明挖段縱向施工縫中部設置3 mm厚鍍鋅鋼板及遇水膨脹橡膠止水條;環向施工縫中部設置中埋式鋼邊橡膠止水帶以及遇水膨脹橡膠止水條，并在環向預埋可重復注漿的注漿管。明挖段變形縫外側設置外貼式止水帶，中部設置中埋式鋼邊橡膠止水帶，變形縫處軌面以上拱墻范圍內設置φ20 mm的PVC圓管(外包土工布)，將少量滲水引入道床排水溝并排入區間廢水泵房，圓管外側采用雙組份聚硫密封膠填充密實。

盾構法隧道襯砌自身須具有良好的防水能力，混凝土應連續澆筑。管片采用C50鋼筋混凝土，抗滲等級為P12，管片密封墊槽間嵌入三元乙丙橡膠進行防水。在管片背面及密封墊外側的管片表面涂刷滲透性環氧型防水防腐蝕涂料，涂層應能在盾尾密封用鋼絲刷與鋼板擠壓條件下不損傷。

另外，為降低河水下滲量，隧道淺埋地段河道底部應進行相應的處理，河道斷面采用鋼筋混凝土U形槽結構，并在外側設置全包防水層。

5 結論

(1)城際鐵路隧道工程由于線路平面半徑的限制，往往很難適應城市現有或規劃的路網形式，從而會導致線位選擇時要下穿大量的建(構)筑物。這就要求在線路選線時要與地方規劃部門進行充分溝通，并取得規劃部門的同意。

(2)鑒于城際鐵路隧道周邊環境復雜，邊界條件控制要素多的特點，需要展開大量的地面、地下建(構)筑物調查工作，因此要加強此工作的人員配備。

(3)隧道下穿河道既有建(構)物基礎時，線路宜首先從平面位置進行避讓，其次應考慮壓低縱斷面高程，使隧道結構從樁基下方通過，最后在無法避讓的情況下，需對拆除還建及樁基托換進行綜合對比后確定經濟合理的方案。

(4)平行下穿現有河道的隧道工程線路宜盡量降低高程，以增大隧道結構埋深，同時河道底面宜采用鋼筋混凝土結構，以減小河水下滲，保證運營期間隧道結構的防水效果。

(5)城際鐵路平行下穿現有河道的隧道工程，一般情況下宜盡量采用盾構法施工，減少臨時改涌長度。

［1］苗銳，馬玉瑩.吉林省城際客運鐵路建設融資模式研究［J］.企業研究，2011(10):95.

［2］中華人民共和國鐵道部.鐵建設［2005］140號 新建時速200～250 km客運專線鐵路設計暫行規定(上下)［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國鐵道部，廣東省人民政府.關于廣佛環線佛山西站至廣州南站段項目建議書的批復［Z］.北京:中華人民共和國鐵道部，2011.

［4］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中華人民共和國建設部.GB50157—2003 地鐵設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［5］中鐵第一勘察設計院集團有限公司.廣佛環線佛山西站至廣州南站段初步設計總說明［R］.西安:中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2012

［6］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中華人民共和國建設部.GB 50108—2001 地下工程防水技術規范［S］.北京:中國計劃出版社，2001.

［7］中華人民共和國鐵道部.TB10119—2000 鐵路隧道防排水技術規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2001.

［8］中華人民共和國鐵道部.TB10005—2010 鐵路混凝土結構耐久性設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2011.

［9］徐慧宇.東莞至惠州城際軌道交通東江隧道下穿東江段技術方案研究［J］.鐵道標準設計，2011(8):85-88.

［10］中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB 50446—2008 盾構法隧道施工與驗收規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2008.