電力隧道淺埋暗挖下穿城市道路的可行性研究

喻 海

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京市 100022）

1 工程概況

某新建電力管道項目建設位于通州區北關大道至通州區玉帶河大街，西起北關大道，向東南和東關北街、東關中街、東關南街、東關一街、新華東街、西上園一路、上園路、上園北二街、上園北一街、上園中街、上園南街、東上園一路依次相交，終止于玉帶河大街西北側。某標段涵蓋從1+315～2+158與其支線，新建2.0 m×2.3 m+2.6 m×2.9 m暗挖電力隧道，總長187 m。

2 工程難點及應對措施

2.1 工程難點

暗挖隧道覆土范圍控制在2.8～7.5 m，縱坡≤6.4%，穿越地點包括粉砂、粘質粉土、細砂層。因為隧道與北運河的距離相對較小，并且具備非常豐富的含水量，因此在實際挖掘的過程中，涌水涌沙的幾率相對較大，并且會被潛水嚴重干擾[1]。

在該項目中，暗挖豎井共2座，規格是12.3 m×5.9 m。井口配置現澆鋼筋混凝土鎖口圈梁，在鎖口圈梁的下部區域使用“噴射商品混凝土+網構架構+鋼筋網支護+防水模板+現澆鋼筋混凝土”的形式，支護最開始的襯厚度為0.30 m，鋼架數值方向的間隔控制在0.6 m左右。二襯之后的厚度大致控制在0.3 m左右，所使用的是鋼筋混凝土架構。豎井底部的初襯所使用的是噴射混凝土的形式進行施工，其整體厚度控制在0.3 m左右。在施工作業時，將其自身的厚度控制在0.5 m左右，鋼筋與其二襯側墻鋼筋連結起來。初襯鋼架使用的是Φ22 mm的受力鋼筋，之后將Φ12 mm鋼筋冷壓構成“8”字筋并與受力筋焊在一起，連接鋼筋使用的是Φ20 mm的鋼筋，環向當中間隔1m之內使用外雙層排布，拱架內外兩邊配設Φ6 mm鋼筋網線。因為豎井挖掘的深度相對較低，并且其豎井挖掘穿過地質架構的穩定系數相對較低，其自身還會受到地下潛水的影響，因此其挖掘的風險系數相對較大。

在暗挖區段（1+875～2+062），因為暗挖18#豎井區域屬于某公司項目臨時通道，因此不能臨時占地。此處堆積有該公司相對較多的材質、器械，要求展開對應的協調工作。

2.2 應對措施

（1）隧道展開臺階作業，實時地架設格柵封閉成為一個環形。

（2）格柵自身的間隔控制在0.5 m左右，由對應的工程師全程監控，確保各個過程安裝的整體安全質量。

（3）暗挖隧道所使用的是超前注漿穩固手段，注漿材質所使用的是Φ32 mm的普通鋼管展開穩固作業，加固區間是挖掘的頂層，注漿閉水材質屬于水泥水玻璃漿體。

（4）拱提頂層及其變現以10 m配置沉降點與收斂點為一組，強化檢測的頻度，出現問題時及時地矯正并修改方案，確保挖掘作業的穩定性。

（5）豎井挖掘所使用的預留核心土，對稱挖掘，實時配設格柵，并展開對應的密閉作業；由施工員全程監控，嚴格管理豎井整體架構，以及其安全質量。

（6）豎井環向配置側面的錨管，垂直方向兩榀配置一打，上下分開，其角度控制在15°～20°左右，錨管的半徑為16 mm，整體長度為2.5 m，水平間隔控制在1 m的水平。借助錨管向地基灌注改良的水玻璃漿液來實現，依照挖掘的切實土體性質及其地下潛水的狀況，調節錨管間隔及其注漿材質，假若潛水相對富余，應把壓注漿液換為水泥-水玻璃漿液，確保豎井是在無水的情況之下完成的作業，減少豎井挖掘整體，以及其自身的作業風險。

3 有限元計算

3.1 計算模型

為了探討車輛載荷效益下隧道整體的形變狀況，就該隧道和路面間的位置關聯展開研究分析，通過FLAC3D構作有限元計算整體模型。模型建立時參照了超前管棚的預注漿效益，以及錨桿整體的穩固作用。

3.2 材料物理力學參數

材料物理力學數據依照《公路隧道設計規范》（JTG D70—2004），《混凝土設計規范》（GB 50010—2010），以及其現場的地址診斷結果來確立，如表1所列。

表1 計算模型材料力學數據一覽表

3.3 汽車荷載施加

在都市中的隧道作業環節中，必定會出現繞行的情況。所以在模型建立時，要考慮到車輛自身的載荷作用。依照《城市橋梁設計規范》（CJJ 11-2011），將其所受到的最不利的載荷考慮到其中，汽車荷載分別按“車道荷載”與“車輛荷載”考慮，所以模型同樣依照兩種形式來進行計算分析，如圖1和圖2所示。

圖1 “車輛荷載”加載受力圖

圖2 “車道荷載”加載受力圖

3.4 施工步序

電力隧道模型區段的整體寬度控制在11 m左右，借助邊挖掘邊支護形式展開。每以此挖掘的整體長度控制在1 m左右，挖掘6 m(也就是1/2時)。針對已經挖掘的區段展開二次襯砌，并要求一次澆筑完成。首個區段二次襯砌成型后，再展開區域的挖掘，并且要求挖掘及其支護形式都是每挖掘1 m再支護1 m，挖掘作業完成之后總體展開支護[2]。

4 計算結果

4.1 “車輛荷載”模式加載計算結果

因為車輛荷載效益在左車道，隧道挖掘完成之后，在模型上出現有編排部分區域的沉降總量＞右半部分的情況；行車時，后輪集中荷載效益區域豎直方向位的位移極限是2.4 mm，車輛中車輪效益區域極限豎向的位移是5 mm；隧道底層的極限抬升總量為1.73 mm。

各區段曲線的整體走向大致相同，隧道的作用區間大致為7 m；右車道區域并沒有受到行車載荷的作用，因此沉降總量相對較低；隧道軸線處的沉降總量相對較大，3 m、4 m、7 m、8 m斷面受到的車輛荷載效益及其沉降總量最大；1m、10 m處斷面都處在人行道之上，因此其沉降量最低。

路表面沉降量在車輛荷載作用區域是最大的，而人行道則最低；隧道頂層的沉降在6 m區域達到極限數值，并且其隧道入口以及其出口斷面豎直沉降的數量都相對較大。所以，在作業環節中要求開展好隧道出入口區域的安全防護工作。

4.2 “車道荷載”模式加載計算結果

計算后得到：在均布荷載的前提下，隧道挖掘結束的時候，模型兩側豎向變形具備顯著的對稱性；相較于人行道沉降量來說，路面沉降量顯著要大，而隧道出洞段路面沉降量又比這兩者均大；隧道拱頂與路面沉降量的極限值分別是1.23 mm、0.9 mm，隧道拱底隆起的極限值是1.83 mm。

沉降槽的分布具備顯著的對稱性；隧道會對周圍7 m內的環境造成影響，隧道中心線路面沉降存在非常明顯的區別，其余點位路面沉降量幾乎沒有差異；沉降量最低與最高的分別是1 m、2 m斷面路面、隧道中心線，10 m位置斷面出洞口周圍的沉降量同樣偏大。鑒于此，在實際作業時，一定要重視這一點。在車道都具備荷載的條件下，路面沉降量與隧道沉降量都相對平緩；路面沉降的極限值在隧道出洞口上方，進出洞口位置的隧道拱頂沉降都相對較大。鑒于此，在實際作業時務必注重[3]。

5 價值分析

（1）以往已經有類似工程在沉降變形敏感的地方運用淺埋暗挖法。隧道挖掘之后結構的穩定性相對較好，并且圍巖變形量也相對理想，結構受力與位移變形值能很好地控制，所以倘若交通沒有中斷，依然能進行暗挖施工。

（2）選擇暗挖法下穿公路具備技術可靠性，可是因為實際作業中掛車通行要被限制，要防止隧道出現嚴重變形問題，避免出現坍塌問題。

（3）隧道進出洞口位置是作業中的難點與危險點，因此進洞前應運用切實有效的加固手段，還應在隧道進出口第一時間完成鎖口操作。

6 結 語

綜上所述，通過應用這種施工方法，電力隧道選擇淺埋暗挖法下穿道路具備較好的可靠性與可行性，不但能使道路的暢通性得到保障，還能使作業中電力隧道穩定性與安全性得到保障，保證了工程的順利施工，值得推廣應用。