城市隧道穿越已有構筑物的設計研究

謝圣綱，馬悅

（重慶市設計院，重慶 400015）

1 工程概況

某工程位于重慶市南坪區市區，工程范圍南端起點位于工貿立交橋，西側至重慶國際會展中心。設計方案道路交通總體組織選用直行下穿加輔道的形式，利用直行下穿提高過境車流通行能力，兩側輔道疏解地面車流通行壓力，達到合理解決會展中心車流人流混行問題，以緩解南坪商業中心區域交通壓力。工程效果圖如圖1所示。

圖1 工程效果圖

圖2 典型下穿道斷面示意圖

2 直行下穿道設計分析

直行下穿道為雙向六車道，左線設計長度為198.7m，右線設計長度為237.1m，下穿道限界寬度為13.25m，限高5.0m，采用五心圓復合式襯砌斷面形式。典型下穿道斷面如圖2所示。

根據地勘資料，該段地層由上而下依次可分為第四系全新統填土層、殘坡積層和侏羅系中統沙溪廟組沉積巖層。下穿道隧道頂部為現狀道路，為保證過境交通，施工期間無法中斷。該段下穿道隧道埋深為12m，巖土分界線位于隧道拱部，為淺埋隧道，地層性質軟弱，穩定性差。根據現有研究，當隧道下穿既有鐵路公路等交通設施[1]或已有建筑物[2]時，應考慮隧道開挖對其他工程項目的影響，特別是應控制開挖爆破等震動對其的不利影響[3]，并設計完善相應的施工預案。

為增加主線下穿道暗挖段圍巖穩定性，初期襯砌以工字鋼+錨噴進行支護。工字鋼在隧道縱向以直徑22的鋼筋聯接，聯接鋼筋沿隧道環向間距取1.0m，并在鋼架支護內緣、外緣交錯布置，鋼支撐與鋼筋間采用焊接聯接，鋼支撐與聯接鋼板也采用焊接聯接，聯接鋼板間采用螺栓聯接。典型工字鋼襯砌如圖3所示。

圖3 典型工字鋼襯砌示意圖

為在隧道施工過程中減小對周圍已有建筑物的影響及預防地質災害，超前支護采用管棚，外徑127mm、壁厚8mm熱軋無縫鋼管，鋼管前端呈尖錐狀，尾部焊接10加勁箍，管壁上鉆2排12mm注漿孔。管棚施工時沿隧道周邊以不大于3.5°外插角打入圍巖，再灌注M30號水泥漿。同時，輔以型鋼以增加超前支護的穩定性。典型超前支護布置如圖4所示。

圖4 典型超前支護示意圖

圖5 下穿道與已有構筑物平面布置圖

3 已有擋墻穿越段設計分析

下穿道右線K0+080～K0+170段的總計90m范圍內存在已有擋墻。已有擋墻為雙孔雙室空箱擋墻，每孔水平距離為7.0m，縱向間距為4.0～4.5m，最大高度為19.7m，已有擋墻上方為既有道路。直行下穿道與已有擋墻的平面位置關系如圖5所示。

已有擋墻與主線下穿道隧道沖突位置存在承臺和樁基，若直接截除樁基將導致擋墻失穩，最終影響上部道路。下穿道與承臺和樁位置關系如圖6所示。

隧道與已有擋墻沖突位置需要截除承臺和樁基，為避免擋墻失穩，需要采取相應的技術措施。首先，在已有擋墻外側增設加固樁，加固樁與擋墻肋柱的投影位置相對應。然后，主線下穿道隧道在土層部分采用Φ127×8mm大管棚，系統錨桿為R25中空注漿錨桿，初次襯砌厚度為30cm，可確保下穿道隧道穩定，且可減小擋墻側向壓力。此外，采用C20素混凝土對空箱擋墻回填密實，保證空箱擋墻重心位置不發生變化。

圖6 下穿道與承臺和樁剖面示意圖

表1 單側壁開挖法的施工工序

4 已有擋墻穿越段的施工要求

下穿道右線與已有擋墻沖突區域較大，采用傳統的側壁導坑開挖方法無法保證擋墻及道路安全，故下穿道開挖應與已有擋墻截樁及加固相結合進行。

該工程施工步驟繁多，且需要“短進尺、多循環”作業。為明確施工流程，在設計文件中采用施工工序說明和循環示意圖相結合的方式。單側壁開挖法的流程數字代碼如表1所示，工序4—11循環示意圖及工序12—14循環示意圖如圖7所示。

實踐表明，該種方法能夠清楚地表達施工步驟，能夠有效地指導施工單位采取正確的工序循環過程。根據施工期間第三方監測資料顯示，隧道拱頂累計下沉值為13.8mm，水平收斂值為3.46mm，擋墻墻頂傾斜角度為0.07°，且均穩定，這說明該段采用的支護措施及施工方案比較合理。該工程的使用現狀如圖8所示。

圖7 典型工序循環示意圖

圖8 工程使用現狀示意圖

5 結論

1）由于現狀地面需要通車無法中斷交通，采用暗挖方式進行施工是現在城市隧道施工的有效技術措施。

2）該工程考慮到大斷面城市隧道，且結合地質情況采用復合式襯砌并輔以一定的超前支護，能有效控制地面沉降及圍巖變形。

3）當隧道與已有擋墻空間位置沖突時，應盡量減少隧道開挖對已有構筑物的影響。

4）施工文字說明與工序循環圖相結合的方式能夠對“短進尺、多循環”的施工作業起到明確的指導作用。

5）根據施工期間監測資料顯示，隧道和擋墻均處于穩定狀態，說明該段采用的支護措施及施工方案比較合理，能夠對相似工程起到有益的參考作用。