預(yù)留地鐵盾構(gòu)超近距離大角度穿越條件的隧道深基坑設(shè)計(jì)

張建安

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引 言

隨著國家城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，道路、橋梁、隧道及軌道交通等基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目在各大城市興起，各類型工程之間將不可避免地在空間和時(shí)間上產(chǎn)生交叉關(guān)系。諸多工程項(xiàng)目在規(guī)劃設(shè)計(jì)中除了將已建工程作為邊界條件或者控制因素去考慮避讓或采用相應(yīng)技術(shù)措施進(jìn)行隔離保護(hù)，還要為存在空間交叉的遠(yuǎn)期規(guī)劃項(xiàng)目預(yù)留建設(shè)條件，其中隧道工程在建設(shè)中為遠(yuǎn)期規(guī)劃軌道交通預(yù)留建設(shè)條件的情況越來越多。

由于軌道交通規(guī)劃線位的諸多限制，有些情況下不得不近距離下穿隧道結(jié)構(gòu)，從而不可避免地對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響。如果隧道結(jié)構(gòu)埋深較深，其基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)就會(huì)成為軌交盾構(gòu)穿越線路上的一大障礙，因此隧道圍護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮采用一定技術(shù)措施來預(yù)留盾構(gòu)穿越條件[1]。

在312國道蘇州東段改擴(kuò)建工程中，草鞋山隧道線位與規(guī)劃蘇州市域軌道交通S1線平面大角度斜交，豎向上S1線超近距離下穿草鞋山隧道。而在建設(shè)時(shí)序上，隧道在先，軌道交通在后。因此草鞋山隧道設(shè)計(jì)和施工時(shí)需預(yù)留后期規(guī)劃S1線下穿條件。

1 工程概況

本工程隧道位于蘇州工業(yè)園區(qū)陽澄湖畔，自東向西穿越蘇州市唯勝路、司馬涇河橋、夷亭路以及新建陽澄湖服務(wù)區(qū)高速出入口，全長2.18 km，雙向6車道。在唯勝路與司馬涇河橋之間規(guī)劃有蘇州市域軌道交通S1號(hào)線，該軌交工程計(jì)劃于隧道結(jié)構(gòu)施工完成后穿越隧道結(jié)構(gòu)。

該段隧道結(jié)構(gòu)為單箱雙室加管廊倉型結(jié)構(gòu)，隧道基坑寬度約34.3 m，深度約14.2~15.3 m，采用明挖順筑法施工。為盡早完成該段隧道結(jié)構(gòu)施工以銜接軌道交通工程計(jì)劃工期，隧道基坑在交叉范圍東西各設(shè)1道地下連續(xù)墻封堵，將隧道基坑施工化整為零，先行施工交叉區(qū)域段隧道。

該段規(guī)劃軌道S1線為單洞雙線盾構(gòu)隧道，盾構(gòu)外徑6.6 m，雙線盾構(gòu)中心距約16.5 m，平面上S1線設(shè)計(jì)與隧道中心線斜向交叉，夾角約70°，交叉范圍約38 m×50 m（見圖1）。

豎向上，由于規(guī)劃S1線受該段區(qū)間兩端站點(diǎn)位置、標(biāo)高及沿線諸多環(huán)境控制因素的限制，盾構(gòu)區(qū)間縱斷面深度難以調(diào)整，因此其下穿隧道處埋深約19.9~20.9 m，盾構(gòu)結(jié)構(gòu)頂距隧道基坑底最小距離約4.53 m（見圖2）。

圖2 隧道與S 1線相對(duì)位置關(guān)系橫斷面圖（單位：m）

2 工程地質(zhì)情況

擬建地區(qū)系典型的江南水網(wǎng)化平原，水系發(fā)育，地勢(shì)平坦，工程范圍內(nèi)主要分布土層及其物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。其中隧道基坑底及盾構(gòu)穿越區(qū)間主要分布為4-2粉砂夾粉土、5-1粉質(zhì)黏土及6-1黏土。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

4-2粉砂夾粉土層為中等透水層，綜合地質(zhì)條件復(fù)雜，土層工程特性一般，中軟土層多。

3 常見預(yù)留盾構(gòu)穿越方法

目前城市地下隧道建設(shè)需預(yù)留軌道交通建設(shè)條件時(shí)，通常采用的技術(shù)方案有：

（1）隧道與規(guī)劃軌道交通采用共建的方式；（2）軌道交通在豎向上完全避開隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)，從下部穿越；（3）隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用工法樁，軌道交通無障礙穿越；（4）隧道圍護(hù)地下連續(xù)墻采用低標(biāo)號(hào)混凝土+玻璃纖維筋的構(gòu)造，滿足軌交盾構(gòu)直接切削穿越[2]。目前類似案例多采用滿足盾構(gòu)切削穿越的特殊地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)方案，如上海軌道交通4號(hào)線宜山路站基坑及復(fù)興東路隧道浦西暗埋段基坑等均為該方案。

上海市迎賓三路隧道建設(shè)中采用了超短地下連續(xù)墻與長SMW工法樁相結(jié)合的基坑支護(hù)方案，為遠(yuǎn)期地鐵17號(hào)線下穿預(yù)留了條件[3-4]。外灘通道為預(yù)留地鐵12號(hào)線穿越條件采用了短地下連續(xù)墻+長型鋼工法樁，并在建設(shè)過程中取得了成功[5-6]。

但本工程隧道中心線與規(guī)劃軌道線位交角約70°，屬大交角穿越，若基坑設(shè)計(jì)采用特殊地下連續(xù)墻，則遠(yuǎn)期盾構(gòu)穿越時(shí)存在大角度斜向切削工況，將大大減弱盾構(gòu)機(jī)切削能力，且容易導(dǎo)致機(jī)頭掌子面軟硬不均，產(chǎn)生較大偏位風(fēng)險(xiǎn)。

而相對(duì)于特殊地下連續(xù)墻而言，工法樁拔出型鋼后，盾構(gòu)機(jī)斜向穿越加固體將更為安全可靠，故本工程設(shè)計(jì)采用長工法樁結(jié)合短地下連續(xù)墻圍護(hù)方案，為遠(yuǎn)期盾構(gòu)穿越預(yù)留條件。

4 預(yù)留盾構(gòu)穿越條件的隧道基坑設(shè)計(jì)

本工程中隧道基坑設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮為遠(yuǎn)期S1線盾構(gòu)隧道超近距離大角度下穿預(yù)留條件，且應(yīng)采取一定措施減少S1線盾構(gòu)穿越時(shí)對(duì)草鞋山隧道已施工結(jié)構(gòu)的不利影響。設(shè)計(jì)采用了“短地下連續(xù)墻+長工法樁”結(jié)合滿堂地基加固的圍護(hù)方案，以確保隧道基坑在開挖及回做過程中的整體穩(wěn)定性以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力要求。待隧道主體結(jié)構(gòu)施工完成并回填上部覆土后，拔除長工法樁型鋼，使規(guī)劃S1線盾構(gòu)穿越時(shí)不再有地下障礙物。

4.1 超短地下連續(xù)墻+長工法樁

規(guī)劃盾構(gòu)穿越區(qū)域隧道基坑最深15.3 m，地下連續(xù)墻厚度取800 mm；為控制地下連續(xù)墻底距規(guī)劃S1線盾構(gòu)頂凈距不小于1.5 m，設(shè)計(jì)墻長18.4 m，最小插入比約0.2；長工法樁為φ1000@750SMW工法樁，樁長28 m，密插長27 m的800 mm×300 mm×14 mm×26 mm型鋼；工法樁與地下連續(xù)墻中心間距為1.2 m，間隙采用壓密注漿加固，頂部設(shè)計(jì)2 500 mm（寬）×800 mm（高）鋼筋混凝土冠梁，用以連接地下連續(xù)墻與工法樁頂部。

隧道圍護(hù)橫斷面圖見圖3。

圖3 隧道圍護(hù)橫斷面圖（單位：mm）

4.2 地基加固

為保證隧道基坑開挖施工中的整體穩(wěn)定性，并減少遠(yuǎn)期S1線盾構(gòu)穿越時(shí)對(duì)已建成隧道結(jié)構(gòu)的不利影響，隧道基坑底采用厚4 m攪拌樁地基滿堂加固。

4.3 坑底型鋼暗梁支撐

在坑底隧道厚400 mm素混凝土墊層范圍內(nèi)，根據(jù)地下連續(xù)墻分幅，每處接縫處設(shè)置1道800 mm×300 mm×14 mm×26 mm型鋼暗梁支撐，并與地下連續(xù)墻接縫H型鋼頂緊焊接，以增強(qiáng)隧道支撐體系，提高基坑穩(wěn)定性。

隧道坑底型鋼暗梁支撐見圖4。

圖4 隧道坑底型鋼暗梁支撐（單位：mm）

由于基坑采用短地下連續(xù)墻+長工法樁的復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)基坑設(shè)計(jì)軟件結(jié)合三維有限元軟件進(jìn)行分析計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，基坑抗傾覆、整體穩(wěn)定性等均滿足《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120—2012）要求，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移最大計(jì)算值為20.1 mm，坑外地表沉降最大計(jì)算值為21 mm。

隧道基坑變形計(jì)算結(jié)果見圖5。

圖5 隧道基坑變形計(jì)算結(jié)果

5 現(xiàn)場施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋，交叉區(qū)域基坑自開挖至隧道結(jié)構(gòu)回做完成，基坑整體穩(wěn)定良好，未見明顯隆起沉降變形，圍護(hù)墻體最大深層水平位移約19.70 mm，周邊地表豎向沉降約13.05 mm。基坑實(shí)際施工達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。

隧道基坑變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見圖6。

圖6 隧道基坑變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

主體結(jié)構(gòu)上部回填覆土后，工法樁內(nèi)型鋼順利拔除，為S1線盾構(gòu)穿越提供了可行條件。1個(gè)月后S1線盾構(gòu)結(jié)構(gòu)右線自北向南順利穿越隧道結(jié)構(gòu)，穿越過程中隧道變形縫差異沉降約1.96 mm，地下連續(xù)墻最大隆起量約2.97 mm，結(jié)構(gòu)上部擋墻最大隆起量約4.43 mm，均滿足結(jié)構(gòu)變形要求。兩工程均按預(yù)定節(jié)點(diǎn)完成，質(zhì)量達(dá)到預(yù)期。

6 結(jié)語

（1）本文參考相關(guān)工程案例，結(jié)合本工程實(shí)際情況，采用短地下連續(xù)墻+長工法樁的圍護(hù)結(jié)構(gòu)及相關(guān)加固和構(gòu)造措施，以確保隧道深基坑開挖及結(jié)構(gòu)回筑的安全和穩(wěn)定，并為規(guī)劃超近距離地鐵盾構(gòu)大角度穿越施工預(yù)留條件。

（2）根據(jù)計(jì)算分析及實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)方案滿足規(guī)范要求，且施工過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、地表沉降及整體穩(wěn)定性均符合設(shè)計(jì)計(jì)算工況；后期軌道交通盾構(gòu)亦實(shí)現(xiàn)順利穿越已建隧道，并未對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。由此說明該總體設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)可行，可為日后類似相關(guān)工程提供參考。