復雜條件下城市下穿隧道工程設計技術探析

米偉

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司 重慶 401121）

復雜條件下城市下穿隧道工程設計技術探析

米偉

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司 重慶 401121）

城市化進程的不斷加快，使得城市土地資源日益緊張，為此我國開始廣泛建設地下隧道工程。但是因為隧道工程的建設環境較為復雜，且對于施工技術的要求較高。為了保證工程的建設質量，需在設計階段進行嚴格的控制。本文結合具體的工程實例對復雜條件下城市下穿隧道工程設計技術進行探析，供相關人士參考。

復雜條件；城市下穿隧道；設計技術

1 引言

隨著我國社會經濟的快速發展，我國機動車輛不斷增長，交通堵塞情況日益嚴重。為了緩解城市的交通壓力，道路節點作為城市交通網絡的重要組成部分，其成為了改善城市交通狀況的有效途徑。當前我國城市干道節點上采用立體交通形式的案例不斷增加，由于下穿隧道對于城市景觀的影響較小，并且噪音小，不會對周圍居民的日常生活造成很大干擾，所以其應用日益廣泛。

2 復雜條件下城市下穿隧道工程設計要點

2.1 結構形式

隧道結構通常分為兩種，即開口段以及閉口段。開口段又可以分為兩類：①地質條件比較好并且在地下水位以上，通常采用路肩擋土墻結合一般路基路面的結構形式；②對于地質條件較差并且在地下水位以下的情況下，會采用“U”開口框架結構。閉口段采用封閉式矩形單孔或者是多孔框架結構。

2.2 隧道結構防水及排水設計

隧道結構防水主要是以結構自防水為關鍵，并且綜合應用外防水。通常情況下，下穿隧道結構可以采用摻入CMA高性能抗裂膨脹劑的防水混凝土，其抗滲等級應滿足規范要求；結構外防水主要采用的是“外防外貼法”，隧道結構中大多采用3mmBAC橡膠瀝青雙面自粘防水卷材作為主要的防水材料類型。沉降縫位置一般使用背貼式止水帶和中埋式止水帶作為有效的防水處理措施。復雜條件的城市下穿隧道施工縫采用的預埋鋼板止水帶形式。為了避免隧道范圍外的雨水滲入隧道內部，在隧道起終點處的縱斷面大多設置為反向坡，也就是凸曲線。在隧道內需要加設縱向水溝，為了保證縱向邊溝排水順暢，需要設置檢查井，排水溝不能設置為暗溝，暗溝收集雨水緩慢，若需將其設置在開口段，則需要綜合應用蓋板溝和雨水箅的形式。在閉口段縱坡位置最低處設置橫截式排水溝，需要將隧道雨水集中在位置最低處，再將其引至排水泵房，再經過潛水泵將其排放至地面，借助消能井以及排水管將積水排出，最終將其輸送至其他排水系統或者是河流。

2.3 隧道抗浮設計

隧道抗浮設計主要集中于開口段，抗浮設計需要注意抗浮計算、地下水位的選取以及抗浮具體措施。對于全埋式結構，下穿式隧道地下水位通常都是參考地面標高進行選取的，隧道閉口段一般情況下根據計算，依靠其結構自重就能夠滿足抗浮的基本需求。為了提升隧道結構整體的安全性，需要在底板設置凸出墻趾，并且需要考慮到土體的壓重，其可以有效強化隧道的抗浮能力。隧道開口段的抗浮是設計關鍵點，尤其是埋置深度大于3～4m的部分，對于需要采取支護措施的基坑來說，需要借助側墻外的支護系統，將其作為抗浮主要構造，這樣做的主要目的是節約成本。如果抗浮能力不達標，則需要在“U”型底板下設置抗拔樁或者抗拔錨桿等，這樣可以有效提升抗浮性能。

3 實例探析復雜條件下城市下穿隧道工程設計技術

3.1 工程概況

重慶某新建隧道地質條件復雜，全長4.33km，隧道最大埋深約270m，按照新奧法的原理進行設計，結構形式采用的復合式襯砌結構，并且選用鉆爆法進行施工。該下穿隧道底層富水性受到外部地質環境的影響，巖溶發育程度較高，富含巖溶水。因此，下面針對該下穿隧道的富水防治設計方法進行分析。

3.2 隧道注漿堵水設計方案

（1）需要根據工程的實際情況，設置適宜的注漿堵水的排水量指標，當隧道出現注漿堵水以后，可以參考當地類似工程的建設經驗進行設定。由于該工程施工階段，可能會因為排泄巖溶而引起地下水量較大，可能會引發地表局部塌陷、井泉干涸、水庫疏干等負面影響，經過系統處理以后，可以對地表生態環境起到保護作用。經過測定，發現該工程經過堵水處理以后，巖溶段的平均排水量為1m3/m·d，這就表明該地區的生態環境可以承受該標準的排水量，所以經過反復核對，將該隧道的限量排放標準設定為1m3/m·d，也就是注漿堵水實際效果達標。

（2）在選擇注漿方案時，需要設定適宜的自然水量界定標準，依據前期地質調查報告數據顯示，當隧道的掌子面超前探孔涌水量不小于10m3/h，則必須立即停止開挖，開展超前帷幕注漿堵水。若該隧道掌子面超前探孔涌水量以及掌子面總涌水量不超過10m3/h，掌子面有滲水漏水現象，那么在開挖后需要向隧道進行徑向注漿以阻止滲水。

（3）注漿設計方案：①進行超前帷幕注漿，再進行徑向注漿，采用混凝土止漿墻，其混凝土厚度為3～5m。當安全巖盤的厚度滿足掌子面圍巖的結構穩定要求，其止水、止漿功能才能充分發揮出來。每一循環注漿的長度設置為25m，開挖深度為20m。需要注意的是，要預留5m的止漿巖盤，注漿加固圈固結范圍設定為開挖輪廓線外6m。②徑向注漿加固圈的固結范圍是開挖輪廓線外的5m范圍內，該工程采用一般的水泥漿。徑向注漿施工過程中，需要注意孔口管的設計以及尺寸、位置的設置，需要保證孔口管的長度適宜，漿液從孔底向外擴散，這樣可以形成深層注漿。然后，需要對徑向注漿的壓力進行嚴格控制，該工程注漿壓力需要控制在1.5～2MPa左右，進漿時速度不能過快或者過慢，徑向注漿階段注漿孔的打設方向需要和徑向保持一致，并且保證注漿加固圈的厚度設計滿足施工要求。

3.3 隧道防排水設計方案

巖溶富水段的地下水水量較高，并且水壓較高，在隧道施工過程中進行地下水的封堵處理不具有可行性。所以在對該隧道圍巖進行積水處理設計時，需要將部分的滲漏水引至隧道的內部進行排放，這樣可以減少隧道襯砌結構承受的水壓力。另外，考慮到該隧道巖溶地區地下水中的鈣離子含量較高，容易產生結晶物沉淀，若采用傳統的排水處理方法，就會造成防水層的堵塞，排水系統系統可能直接癱瘓。所以，該隧道采用了HDPE排水板，然后使用橫向導水管將襯砌背后的積水進行集中排放。

3.4 隧道穿越巖溶富水區段的襯砌設計

隧道設計將自然資源的保護和生態平衡的維持作為主要著手點，針對地下水處理，主要遵循“先治理，后限量排放”的原則，將重點放在地下水堵塞的具體位置上，在實行限量排放的同時，制定有效的防范措施，進行綜合治理，并對地下水豐富的地段進行注漿堵水處理，由襯砌后的排水系統引流到隧道內的水溝進行排放，從而避免在隧道修建的過程中出現地下水嚴重流失的現象。在保障襯砌背后的排水系統暢通的前提下，通過注漿加固圈滲透進來的地下水可通過該排水系統進行排放，避免水給襯砌造成壓力，同時軌道交通隧道具有一定的耐久性，在運營過程中不允許出現中斷的現象，再加上襯砌背后的排水系統容易出現堵塞情況，嚴格要求隧道襯砌具備承受一定水壓力的安全儲備設施。在對變形縫進行綜合考慮后，明顯發現處在變形縫位置具有較低的抗水壓能力，可結合國內工程的相關經驗，來確定巖溶富水段襯砌所具備的實際承受1MPa水壓力的安全儲備設施，如圖1～2所示。

圖1 隧道防排水斷面示意圖

圖2 巖溶富水段隧道襯砌設計斷面

4 結束語

綜上所述，下穿隧道在城市交通建設中的地位逐漸提高，這也是有效改善當前城市交通狀況的有效途徑。在對復雜條件下城市下穿隧道工程進行設計的過程中，需要對外部環境進行綜合考量，注重前期調查工作，并盡量滿足其功能需求，同時做好排水工作，避免運行中隧道出現病害，影響隧道運行安全。

[1]何小龍，何成，喬春江，等.城市復雜地質與環境條件下小凈距隧道設計[J].武漢工程大學學報，2011，33（5）：41～45.

[2]劉治寶.復雜地層條件下地鐵隧道下穿管廊工程的風險評估與控制措施[J].鐵道建筑，2014（6）：98～100.

[3]楊立華，潘智鋒，王晨濤.軟弱圍巖條件下新建隧道下穿淺埋隧道安全及穩定性研究[J].公路，2015（7）：303.

[4]劉 挺，徐學深.復雜條件下城市隧道改建設計[J].隧道建設，2012，32（4）：523～530.

U455.4

A

1004-7344（2016）21-0149-02

2016-7-3

米 偉（1984-），男，工程師，碩士，主要從事市政隧道和地鐵站設計方面的工作。