襄陽漢江沉管隧道基礎設計

任耀譜

摘 要：襄陽漢江沉管隧道為華中區域首條沉管隧道。項目所在位置河床演變為有沖有淤。通過對壓砂法和先鋪碎石墊層法比選，結合裝備開發成果，基礎墊層選擇先鋪卵石墊層法。對岸堤及江中基底荷載較大段，采用管頂減載的方法，有效控制了最大沉降及差異沉降。

關鍵詞：沉管隧道;基礎設計;碎石墊層;減載

中圖分類號：U452 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2019）06-0107-03

1工程概況

魚梁洲為漢江流域最大江心洲，為襄陽市“一心四城”城市格局的核心。襄陽市東西軸線道路工程是聯系樊城與東津新城中心區的交通大通道，采用隧道下穿魚梁洲，保護魚梁洲“水青洲綠”的生態景觀。

襄陽東西軸線道路工程魚梁洲段隧道全長5400m，采用沉管方案兩次下穿漢江，沉管段總長1011m。西汊布置4節標準管節（86.5m×4）和1節短管節5m，總長351m。東汊布置6節標準管節（120.5m×4+86.5m×2）和1節短管節5m，總長660m。

隧道采用設計車速60km/h的雙向六車道城市快速路設計標準，隧道建筑限界凈寬12.25m。隧道結構采用鋼筋混凝土，整體式管節，橫斷面寬31.2m，高9.2m。

2建設條件

2.1地質條件

西汊沉管段主要分布有②-2a ， ②-2b粉細砂層，③層卵石混圓礫，③-1圓礫層。隧道底基本位于③層卵石混圓礫，③-1圓礫層之上。東汊沉管段主要分布有②-2a ， ②-2b粉細砂層，③層卵石混圓礫，③-1圓礫層。隧道底基本位于③層卵石混圓礫，③-1圓礫層之上。

②-2a粉細砂（Q4al+pl）：灰褐色，松散，飽和，主要成份為石英、長石及少量云母，質較純。揭示層厚0.65～13.80m。

②-2b粉細砂（Q4al+pl）：灰褐色，稍密，飽和，主要成份為石英、長石及少量云母;質較純。揭示層厚0.50～11.25m。

③卵石混圓礫（Q4al+pl）：黃褐色～灰褐色，中密～密實，飽和，卵石含量約51%，粒徑主要為2-6cm;成份為石英巖及燧石，磨圓度中等，呈次圓狀;充填物主要為粉細砂及黏性土，局部夾少量圓礫和漂石。揭示層厚5.2～26.90m。

③-1圓礫（Q4 al+pl）：灰色、灰黃色，中密～密實，飽和，含68%左右礫石，粒徑主要為0.2～2cm，礫石成份主要為石英巖、燧石，磨圓度中等，充填物主要為粉細砂和黏性土。揭示層厚0.80～20.3m。

2.2河床演變

在各典型年水沙條件的作用下，工程河段的河勢仍較為穩定，雖然河床有沖有淤，但總體仍呈淤積趨勢。河床的淤積主要集中在灘地上;河床的沖刷則位于河道主槽。

3 沉管基礎墊層設計

3.1沉管基礎墊層比選

沉管隧道基礎墊層設計按處理方法大致可分為先鋪法和后鋪法兩大類。先鋪法主要是指碎石整平墊層，后鋪法有噴砂墊層、壓砂墊層、壓漿墊層等，其中壓砂法工程案例較多，工藝較為成熟。本項目重點對碎石整平墊層和壓砂法進行比選。

壓砂法是指在沉管沉放對接后，通過預留的壓砂孔，向基底壓注砂水混合物，形成一定大小的砂積盤，通過相互重疊的砂積盤，最后將沉管下面的空隙填滿，形成基礎。壓砂法主要優勢為：設備簡單，不需要大型船機設備;可采用管內灌砂，水上作業時間短;沉管沉放后，才進行墊層施工，避免回淤對墊層影響。主要缺點為：施工工藝要求較高，需控制孔口壓力和擴散半徑，既要保證墊層密實，又要避免上托力抬高沉管;填充效果檢測困難;地震情況下，砂可能液化;鋪設的砂層在波浪、海流流速達到臨界值后易受到沖刷的影響;填砂的過程中，管節支撐在支座上，未鎖定回填，需選擇合適的天氣窗口[1]。

先鋪碎石墊層由于可采用大型專用整平設備機械化施工，具有可控性好、精度高、工期短、工效高、抗液化的優點[2]。其主要缺點為：內河流域不適宜采用大型船機設備;墊層施工完成與沉管沉放開始的時間段，容易受回淤影響;造價偏高。本項目研發了適用于內河流域的整平船，并利用基槽及基坑開挖的卵石作為墊層原材料以降低造價，彌補了先鋪碎石墊層的缺點。經綜合比選，第一次在內河沉管隧道中采用先鋪卵石墊層。

3.2沉管基礎墊層設計

沉管隧道墊層的厚度主要由基槽高程施工偏差容忍能力、隧道結構對地基剛度縱橫向變化容忍能力等方面的要求決定。經試驗研究，并結合國內外同類工程經驗，隧道墊層厚度確定為80cm厚，考慮基槽開挖精度，墊層下方設置0～40cm厚調平層。卵石墊層頂面最終標高與隧道各管節結構底標高一致。卵石墊層設置V形槽，縱斷面鋸齒形，平面S型鋪設。卵石墊層頂橫向寬度35.2m（結構寬31.2m+結構外緣線兩側各預留2m），單壟頂縱向寬度1.2m，V型槽頂縱向寬度0.6m，管節間大槽頂寬3.1m。卵石壟邊坡坡率暫按1：1.5設計，實際按自然休止角成形。基礎卵石壟溝布置見圖1。

4 沉管基礎設計

隧道基礎位于隧道結構下方，主要功能是承受來自隧道結構自身、回填、管頂防護層、防沖刷保護層以及回淤、行車等荷載，為隧道結構提供均勻可靠的剛度支撐，并控制基礎總沉降與不均勻沉降，以滿足隧道沉管節段、暗埋段間的協調變形，使隧道結構在設計荷載作用下因地基變形引起的結構內力以及變形在可承受范圍之內。

4.1 沉管基礎沉降標準

根據類似工程經驗并結合分析計算，采用8cm作為沉管沉放后總沉降控制標準。根據管節接頭剪力鍵的承載能力及差異沉降分析，采用3cm及L/1000作為縱向差異沉降控制標準。

4.2 沉管初始沉降計算

隧道沉降計算考慮的荷載主要為：沉管結構荷載、沉管結構受到的浮力、隧道頂部防護層、防沖刷保護層、隧道兩側回填產生的向下拖曳作用、回淤荷載、隧道內汽車荷載。防沖刷保護層為按卵石回填考慮。回淤高度按河床面與回淤線高差考慮。東汊沉管基底荷載見圖2。

從圖中可知，兩端岸堤處，尤其是東津端，基底荷載較大，東津端沉管終點處基底荷載達到216.7kPa。東汊沉管中部水深較淺、回淤嚴重區，基底荷載也較大。

由于沉管基底主要為卵石、圓礫層，沉管沉放后的沉降主要由卵石墊層和卵石調平層的壓縮量、土體的回彈再壓縮沉降兩部分組成。對卵石墊層和卵石調平層按分層總和法計算，對土體按基于室內壓縮試驗指標的e-logp曲線方法進行計算。基底沉降見圖3。

從圖中可知，由于基底地層較為均勻，沉降變化趨勢與荷載變化趨勢較為一致。最大沉降值為112mm，位于東津端沉管終點處。最大差異沉降同樣位于東津端沉管終點處，達59mm。由于沉降及差異沉降值偏大，需考慮處理措施。基底主要為卵石、圓礫層，局部為粉質黏土層，地基處理工序較為復雜，且對地基沉降控制效果有限。本項目主要考慮通過管頂上部減載來控制沉降。

4.3 減載處理后沉管沉降

減載方案為：東汊沉管在兩處岸堤K13+325～K13+360、K13+940～K13+990.8，漢江東汊淤積段K13+604～K13+685設置管頂減載。減載寬度均取與沉管結構同寬，減載材料均采用密度13～14kN/m3的輕質砼。對于岸堤處減載高度取護面層回填至河床面，對于江中水深較淺段，減載高度為護面層回填至沖刷線之間，避免影響河床沖刷，影響防洪。

采用減載處理后，最大沉降及差異沉降均得到了有效控制，最大沉降位于沉管中部，沉降值為69mm，最大差異沉降控制在了16mm。沉降滿足沉降標準要求。

5 結語

在襄陽沉管隧道項目中，經綜合比選，結合裝備開發，基礎墊層在內河流域首次采用先鋪卵石法。受上下游水庫的影響，河床演變具有既沖又淤的特點，針對這一特點，對岸堤及江中基底荷載較大段，采用了管頂減載的方法，有效地控制了最大沉降及差異沉降。

參考文獻：

[1] 陳韶章，任孝思，陳越.珠江沉管隧道基礎處理技術[J].世界隧道.1996.（6）：34-39.

[2] 王勇.深埋沉管隧道基礎碎石墊層變形特性試驗研究[J].巖土力學.2015.12（36）：3387-3392.