縱向倒邊蓋挖半逆作工法在明挖穿河隧道中的應用

2018-12-25 18:00:08熊松林志軍

珠江水運 2018年22期

熊松林志軍

摘要：本文以文一路地下通道工程明挖隧道過紫金港河為研究對象，在面臨周邊環境復雜、河道汛期全斷面保通的雙重難題下，提出了縱向倒邊蓋挖半逆作法施工工法，并對該工法下穿河道的設計思路、受力體系、關鍵技術進行了深入探討，為類似下穿河道工程提供了經驗。

關鍵詞：明挖隧道下穿河道蓋挖半逆作

明挖隧道下穿河道施工過程中，為避免水系對施工的不利影響，創造干地施工條件，需修建圍堰進行導流，除考慮工程進度及造價因素外，隧道開挖須與圍堰導流密切配合，減小周邊環境影響。

本文以文一路地下通道工程明挖穿紫金港河為對象，在面臨周邊環境復雜、河道汛期須全斷面保通的雙重難題下，提出了改進的下穿河道開挖工法—縱向倒邊蓋挖半逆作工法，現場施工實踐證明，該方法安全可靠。

1.工程概況

1.1周邊環境

文一路工程西明挖段位于杭州市文一西路與紫荊文路交叉口西側，東西向布置，長約230m。工程分兩期實施，一期為盾構始發段隧道，二期為下穿紫金港河段隧道，其河岸段基坑開挖深度為14.5～15.3m，下穿段部分基坑開挖深度10.4～10.8m（河床底以下），基坑寬度32.8～36.5m，本文僅對下穿部分蓋挖段進行探討。

現狀紫金港河河寬21.4～29.6m，河底標高-0.5m，非汛期十年一遇水位2.82m，基坑周邊地坪標高約為+4.0m。基坑周邊建構筑物林立、管線豐富，其中西南角省公安監管總隊二層商鋪及北側110kv電力管為本工程重點保護對象。

1.2工程及水文地質

本工程隧道開挖及圍護樁范圍內的土層劃分從上至下以填土、淤泥及淤泥質粘土、淤泥質粉質粘土及粘土為主。基坑底一般位于③2淤泥質粉質粘土，地基土承載能力較差，滲透系數小。

場地地下水類型主要為孔隙潛水和松散孔隙承壓水。沿線場地潛水主要賦存于淺（中）部土層中，穩定水位埋深為地面下1.3～4.6m。承壓水主要分布于下部的細粉砂及粉砂中，含水層厚度較小，與本工程建設影響不大。

2.總體設計思路

本工程初步設計方案為施工縱向圍堰，采取河道倒邊、基坑明挖順作方式完成該段隧道結構施工，由于該圍堰方式需在兩個汛期占用河道，不滿足河道部門提出的“非汛期（10月中旬至次年4月中旬）保證10m過水斷面，汛期恢復全斷面過流能力”的河道保通要求，原施工縱向圍堰、結構倒邊順作方式施工周期較長，無法滿足。

2.1主要技術難點

（1）河道為防洪排澇河道，水體保護要求高，施工中須嚴格落實河道要求。

（2）工程開挖地層以淤泥及淤泥質粘土為主，物理力學性質差，基坑變形控制難度較大。

（3）周邊建構筑物林立，管線豐富。建構筑物以學校、公建為主，基礎形式不明，管線以電力、燃氣及大直徑雨、污水管為主，變形控制要求嚴格。

（4）施工工序復雜，施工期需同步考慮拆復建橋梁施工，并充分利用圍堰進行橋梁樁基施工。

2.2初步方案

本工程下穿紫金港河段隧道結構頂板頂標高為-2.1m～-1.3m，與現狀河床（底標高-0.5m）距離較近，結合該實際情況，我單位提出采用縱向倒邊蓋挖半逆作工法進行施工，即依靠2個非汛期分別實施東、西兩個半幅的結構頂板，采用縱向圍堰保證10m寬的過流斷面。而后，在第2個汛期進行蓋挖半逆作施工，在滿足河道全斷面過流能力的前提下，借用結構頂板作為水平支撐，借助其水平剛度和抗壓強度保證基坑的穩定，而后分層分段開挖土方，并依次澆筑隧道底板及側墻結構。

3.圍護結構設計

3.1圍護結構設計

鑒于本工程周邊環境復雜，河中段隧道基坑圍護結構與河岸段一致，采用800厚地下連續墻，墻深根據計算采用31.5m，坑底土質較差，采用高壓旋噴樁進行被動區裙邊+抽條加固，加固寬度、深度均為3m。

3.2水平支撐設計

河中段基坑水平支撐體系由兩道支撐組成：第一道水平支撐利用主體結構的頂板，以平衡作用在圍護結構上的水土壓力。板結構水平剛度大，可以有效控制基坑變形和地面沉降；第二道支撐采用800直徑鋼管支撐，可有效減少支撐道數，加快土方開挖及結構回筑的速度。

3.3豎向支撐設計

河中段基坑豎向支撐體系由隧道結構頂板、臨時立柱和地連墻三部分組成。頂板將上部水體豎向荷載及自重傳遞給臨時立柱及地連墻。對于臨時立柱，其承擔了上部傳來的頂板自重及水體豎向荷載，可采用型鋼方案及鉆孔灌注樁方案兩種形式。

由于鉆孔灌注樁方案剛度較大，能有效加大臨時立柱的平面間距，利于頂板下方土方開挖，本工程最終采用該形式，臨時立柱采用與立柱樁相同規格的φ1000鉆孔灌注樁，根據承載力計算及頂板的抗沖切計算，鉆孔樁立柱間距按9×9m布置，頂板內對應設置格柵式暗梁，增加整體穩定性。

4.關鍵技術

縱向倒邊蓋挖半逆作工法在下穿河道中的應用，需著重注意和解決以下關鍵技術。

4.1頂、底板節點設計

河中段地連墻作為豎向受力體系的一部分，通過預留鋼筋接駁器，實現了與結構頂板的剛接，通過與臨時立柱協同受力，承擔了上部頂板自重及水體豎向荷載，由此可減少2排臨時立柱。

采用逆作法施工的結構，通過立柱和圍護樁實現的豎向支撐體系，立柱與圍護樁之間可能產生差異沉降。兩者之間的差異沉降量過大，將會導致梁、板承受過大彎矩而開裂，再加上水平荷載作用，使梁板處于異常的壓彎狀態下，則有可能造成垮塌事故。為避免發生此類事故，擬將結構整體加強，河中段隧道底板與地連墻也采用上述構造連接，具體做法詳見圖4。

4.2立柱節點設計

河中段立柱由于采用鉆孔灌注樁形式，與結構的頂、底板的銜接是另一個關鍵問題，對于頂板，立柱與其銜接形式與抗拔樁類似，無殊。對于底板，采用鉆孔灌注樁立柱，由于底板鋼筋不能穿越、止水鋼板難以施工，經綜合考慮，立柱位置底板采用后澆做法，底板澆筑過程中，立柱位置預留一1.5×1.5m底板開孔，待隧道主體結構全部完成后，鑿除砼立柱并用C40微膨脹砼封閉該開孔。

4.3關鍵節點防水設計

縱向倒邊蓋挖半逆作下穿河道隧道須主要解決以下兩個防水問題，其余部分與明挖結構相同。

（1）基坑外側過流通道與基坑銜接防水

基坑外側由圍堰引流而來的河流，與基坑冠梁首先接觸，為加強冠梁自身防水、避免河道沖刷引起冠梁外側土方掏蝕造成結構受力問題，冠梁外側增設3m寬趾墻，與冠梁一同施工。

（2）冠梁加強防水

過河段隧道頂板與冠梁采用倒角銜接，頂板上涂刷2mm厚單組分聚氨酯防水涂料，采用50厚C25細石混凝土進行保護；冠梁與地連墻銜接位置，采用遇水膨脹止水膠結合預埋式注漿管兩道防水；隧道結構與地連墻界面上，采用水泥滲透結晶防水涂料，詳見圖6。