關于下穿車行隧道與人行地下通道工程共建產生影響的分析

周 帥

（珠海華昕開發建設有限公司,廣東 珠海 519000 ）

0 前言

隨著社會經濟和城鎮化的高速發展，機動車保有量高速增長，交通日益擁堵，城市交通也面臨巨大壓力。道路節點是城市交通網的重要組成部分，也是道路的交通瓶頸，其設置合理與否直接關系到關鍵線路乃至整個路網交通功能的發揮。為緩解交通擁堵狀況，在城市主干道越來越多設置立體交通形式，下穿車行隧道和人行地下通道具有對城市景觀和噪聲干擾小等突出特點，其設置既能消除人行平面過街設施及信號燈控制系統對車行速度的影響，又能最大限度保障行人的通行安全。兩者（下穿車行隧道和人行地下通道）在城市道路建設中應用越來越廣泛[1]。

1 工程概況

該項目基坑為珠海灣仔南調頭隧道與天一居人行地道共建基坑。橫琴隧道灣仔北站—灣仔站區間位于珠海市市區南灣大道。線路沿城區主干道前行，水陸交通便利。灣仔南調頭下穿隧道中心樁號K0+197.458。起點樁號K0+041.373，終點樁號K0+353.543，全長312.17 m，其中開口段長度235.046 m，閉口段長度77.124 m。隧道橫斷面總寬7~8 m=0.5 m檢修道+6~7 m機動車道+0.5 m檢修道。灣仔南調頭隧道段基坑長約150 m，寬約47 m；天一居人行地道段基坑長約42 m，寬約40 m。

2 分析原因

該項目基坑場地下方有已建的珠機城軌隧道結構，其中灣仔南調頭隧道段距城軌隧道最小距離約為6.4 m，天一居人行地道段基坑坑底距城軌隧道最小距離約為8.4 m。灣仔南調頭隧道段基坑開挖深7.5 m，而天一居人行地道段基坑深度為5.1 m。基坑開挖施工必然引起場地土層應力場的顯著變化，引起坑底土層隆起變形，進而可能對既有城軌隧道結構產生一定的影響。同時，灣仔南調頭隧道基坑圍護樁與既有盾構隧道（大致平行）水平距離較近，其中支護6、7段（鉆孔灌注樁、高壓旋噴樁）最小水平距離約4 m，支護9、10段（鉆孔灌注樁、高壓旋噴樁）水平距離約為3.6~4 m，支護11段（采用12 m鋼板樁）鋼板樁樁底距盾構隧道邊界約4 m；在天一居基坑鋼板樁（正交與盾構隧道處）鋼板樁樁底距盾構隧道約為1.5 m。其中，未施工鋼板樁對盾構隧道的影響仍存在較大工程風險，同時該基坑工程施工與隧道工程施工（含既有盾構隧道）存在相互影響的風險，應引起高度關注。

3 分析施工步

該次分析的工況設置為基坑完成坑內降水后開挖，該工況包含7個施工步[2]，如表1所示。計算過程中的主要荷載包括自重和施工機械荷載20 kPa。

表1 開挖分析施工步表

4 基坑開挖對珠機隧道的影響

在軟土地區，基坑開挖過程中的卸荷作用引起了坑外土體產生向坑內移動趨勢，從而導致基坑圍護結構發生水平方向變形，繼而帶動基坑臨近隧道隨著土體位移產生相應變形。坑外既有隧道因到基坑距離、基坑開挖深度、支護形式、現場土質條件、施工工法等諸多因素的不同，而產生較大差異的響應[3]。

該次從珠機隧道結構位移、珠機隧道結構彎矩及軌道近似位移（變形）方面來進行數據分析，研究灣仔南調頭隧道與天一居人行地道共建基坑開挖對既有珠機城軌隧道結構的影響。

4.1 珠機隧道結構位移結果分析

灣仔南調頭隧道與天一居人行地道共建基坑開挖過程，珠機隧道Z方向的最大位移值結果如表2所示。

表2 基坑開挖過程珠機隧道Z方向最大位移值匯總表

由表2可知，由于坑底土體隆起，珠機隧道結構發生明顯上浮，且上浮的位移隨著基坑的開挖進程不斷增大。其中，隧道結構Z方向最大位移為8.52 mm，發生于開挖至基坑坑底時。根據《城市軌道交通結構安全保護技術規范》（CJJ/T 202—2013），各施工過程引起的隧道結構豎向位移接近預警值10 mm以及小于控制值15 mm，故既有珠機隧道結構處于安全狀態。

4.2 珠機隧道結構彎矩結果分析

灣仔南調頭隧道與天一居人行地道共建基坑開挖過程，珠機隧道的Y方向彎矩極值結果如表3所示。

表3 基坑開挖過程珠機隧道Y方向彎矩極值匯總表

由表3可知，隨著基坑的開挖進程，珠機隧道結構Y方向的彎矩有增大的趨勢。其中，隧道結構Y方向最大彎矩為365.8 kN·m，發生于開挖至基坑坑底時。

4.3 軌道近似位移(變形)結果的分析

該研究以鋪設鋼軌在盾構隧道整體道床頂面鉛垂投影線的位移(變形)，代表軌道近似位移(變形)，分析基坑施工對鋪設軌道產生的影響。

該次模擬選取臨近基坑北端邊線111 m范圍的城軌隧道作為受不利影響的研究對象，在整體道床頂面鋼軌鉛垂投影線上每隔0.6 m的倍數提取一個變形值。

基坑開挖至坑底時，整體道床鋼軌軌向位移差值的最大值和估算的相應最大軌向變形率均出現在城際左線盾構隧道內左股鋼軌，最大變形量為0.182 mm，最大軌向變形率為0.0061%。根據《城市軌道交通結構安全保護技術規范》（CJJ/T 202—2013），軌道軌向高差有2 mm的預警值和4 mm的控制值，可得計算得到的軌道軌向高差小于控制值。

基坑開挖至坑底時，城軌軌道左線的軌道總體橫向位移（變形）最大值為0.191 mm。根據規范可知既有珠機隧道結構處于安全狀態。

5 基坑開挖對圍護結構的影響

在軟土地區，基坑開挖過程中的卸荷作用引起了坑外土體產生向坑內移動趨勢，從而引起基坑圍護結構發生水平方向變形。該次分析從圍護結構在水平X方向的位移和Y方向上的彎矩來進行數據分析，研究灣仔南調頭隧道與天一居人行地道共建基坑開挖對其圍護結構的影響。

5.1 圍護結構位移結果分析

灣仔南調頭隧道與天一居人行地道共建基坑開挖過程，基坑圍護結構的X方向最大位移值結果如表4所示。

表4 基坑開挖過程圍護結構X方向最大位移值匯總表

由表4可知，隨著基坑的開挖進程，其圍護結構往基坑內部發生明顯位移，且圍護結構X方向的位移不斷增大。其中，圍護結構X方向最大位移為6.48 mm，發生于開挖至基坑坑底時。根據《建筑基坑工程技術規范》（DBJ/T15—20—2016）中，各施工過程引起的一級基坑圍護結構水平位移均應小于限值30 mm，故基坑圍護結構處于安全狀態。

5.2 圍護結構彎矩結果分析

灣仔南調頭隧道與天一居人行地道共建基坑開挖過程，基坑圍護結構的Y方向彎矩極值結果如表5所示。

表5 基坑開挖過程圍護結構Y方向彎矩極值匯總表

由表5可知，隨著基坑的開挖進程，基坑圍護結構Y方向的彎矩不斷增大。其中，圍護結構Y方向最大彎矩為223.8 kN·m，發生于開挖至基坑坑底時。

6 安全防護及危害處理措施

灣仔南調頭隧道與天一居人行地道共建的基坑項目（以下簡稱“該項目”），主要采用D120@150鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁的圍護止水樁墻。該基坑工程存在以下特點：①局部（鋼板）圍護樁與其正下方隧道正交；②該工程施工誘發基底隆起及盾構隧道產生過度變形等問題的風險。該文結合該工程特點提出了如下安全預防及危害處理措施建議。

（1）成立由該項目和鄰近既有珠機城際工程項目的業主、施工方(承建方等)、設計方、監理方，以及監控或監(檢)測方等組成的項目領導小組，負責協調、應急預案制定、施工風險管控等具體工作。

（2）及時進行該項目涉及的既有工程和該項目(既有、待實施)工程的聯測、核實工作，盡快核對、調整、補充該工程施工圖設計中的工程樁、地基加固、土方施工與基坑封底以及基礎等，與鄰近既有城際隧道工程的實際平面圖與空間關系圖。

（3）加強該項目工程樁的施工風險管控。1）在既有盾構隧道上方，嚴禁沖孔樁施工。2）對于既有盾構隧道側向鄰近的工程樁施工，工程樁與隧道之間的水平凈間距不小于3.0 m；當水平凈間距不滿足隧道保護規定要求時，相關方應及時協商并確定能保護鄰近隧道的工程樁施工方案。3）對于既有隧道正上方工程樁，工程樁樁底至隧道結構的最小豎向間距，與隧道結構形式、樁的形式及其施工參數等有關；由相關方基于工程類比、協商或者試樁等方式，確定工程樁樁底至隧道結構的最小豎向間距。

（4）加強該項目基坑工程的(坑底)地基加固、坑底過度變形等施工風險管控。1）坑底下方既有隧道地基加固涉及的隧道上方與兩側之保護范圍，與地基加固方式及其施工參數等有關；由相關方基于工程類比、協商或者參照工程樁與隧道之間的水平凈間距不小于3.0 m的保護規定，確定隧道周圍的保護范圍。2）該項目灣仔南U調頭隧道的明挖基坑施工，尤其應該加強坑底過度變形等施工風險管控。采用適當留核心土、控制開挖長度或寬度以及快速可靠封底等技術措施，控制坑底過度變形誘發城軌工程相應變形風險的發生。

（5）主要借助于對既有城軌隧道的監控和巡查，加強該項目施工可能誘發工程產生過度變形的施工風險管控，尤其應該高度關注灣仔南U調頭隧道的明挖基坑施工風險。1）按規定或協商約定，在既有城際隧道結構、軌道板等上布置監(檢)測斷面，進行收斂變形、沉降、管縫張開等監(檢)測。2）加強洞內隱患病害的巡查，把控管片結構的滲(漏)水、錯臺、開裂等狀態的時空變化情況。

（6）制定合理應急預案。針對該項目施工期間，洞內難以架設臨時型鋼支撐加固的客觀情況，可考慮采用洞內壓載、洞內注漿加固、坑內壓載等措施進行隧道保護。

（7）預防臺風暴雨可能誘發該項目基坑施工風險，加強基坑排水措施，杜絕因浸水軟化坑底地層進而誘發隧道過度變形。

7 結束語

鑒于該項目實體工程施工的大環境由“珠機城際鋪軌前的工況”，幾乎不可避免地變更為“珠機城際鋪軌后的工況”的客觀事實，該研究采用Midas/GTS仿真平臺，建立三維計算模型，對灣仔南調頭隧道與天一居人行地道共建基坑的設計施工引起的珠機城軌隧道與基坑圍護結構的力學特性及土層位移變形特性進行了分析，得到的主要結論如下：

（1）灣仔南調頭隧道與天一居人行地道共建基坑開挖過程，由于坑底土體隆起，珠機隧道結構發生較明顯的上浮。同時，珠機隧道結構產生的Z方向的位移極值和Y方向的彎矩極值均小于安全限制，最大管片接縫張開量也小于盾構管片接縫張開量的控制值2.0 mm，即基坑開挖過程盾構隧道結構處于安全狀態。

（2）隨著基坑的開挖進程，基坑圍護結構往基坑內部發生較明顯的位移，同時圍護結構X方向的位移和Y方向的彎矩均不斷增大。但基坑施工引起的圍護結構位移極值小于安全限值，故基坑開挖過程其圍護結構處于安全狀態。

（3）基坑開挖至坑底時，對軌道的變形影響最大，城軌軌道左線左股的軌向位移(變形)最大，總體最大位移為0.182 mm，預估最大軌向變形率為0.0061%；城軌軌道左線的軌道橫向位移(變形)最大值為0.191 mm。均小于規范中2 mm的預警值和4 mm的控制值，故既有珠機隧道結構處于安全狀態。

（4）建議制定合理應急預案，針對灣仔南調頭隧道與天一居人行地道施工期間城軌隧道洞內難以架設臨時型鋼支撐加固的客觀情況，可考慮采用洞內壓載、洞內注漿加固、坑內壓載等措施進行隧道保護。

（5）為保證下穿車行隧道與人行地道共建順利推進，基坑明挖施工時尤其要加強坑底過度變形等施工風險管控。采用適當留核心土、控制開挖長度或寬度以及快速可靠封底等技術措施，控制坑底過度變形誘發城軌工程相應變形風險的發生。