陳曙東，陳繼光

（1.廣州市白云區(qū)水利技術(shù)推廣服務(wù)中心，廣東廣州510405；2.廣東省冶金建筑設(shè)計研究院，廣東廣州510080）

0 前言

較地面以上的工程而言，地下工程的設(shè)計與施工的相互聯(lián)系更加緊密。一個成功的設(shè)計必須兼顧到施工的安全性與可行性，其次兼顧經(jīng)濟性。地下工程的設(shè)計與施工，更加依賴于巖土條件、水文條件、地下管線、地下構(gòu)筑物的分布情況，依賴于周邊建筑物及其基礎(chǔ)條件。在進行地下工程的方案決策前，必須查明這些情況。決策者必須依據(jù)這些條件，綜合分析與比選后，才能做出正確決策。廣州市北部水系建設(shè)引水干渠工程與廣清（廣州至清遠）高速交叉就遇到了如何選擇穿過方案的問題。

1 工程概況

廣州市北部水系建設(shè)引水干渠工程，位于與廣清高速交叉的位置，方案設(shè)計干渠明渠段標(biāo)準寬度18 m；穿過高速公路路基的變?yōu)榘德穸?，斷面變?yōu)閮魧?.3 m，凈高3.826 m的拱頂矩形箱式斷面。箱形斷面在高速公路的路堤以下的原狀土中，全斷面位于中粗砂層中。砂層級配一般，粒徑3～5 mm，標(biāo)貫擊數(shù)N=14（平均）。地下水位在原地面以下1.5 m左右。地下水主要富存于砂層中，受大氣降水或地表水補給，水量豐富。沿管渠軸線，場地地面最低標(biāo)高6.30 m，廣清高速公路主線路基標(biāo)高12.90 m，收費站匝道標(biāo)高8.40 m，管渠上游開口段底面標(biāo)高2.00 m，經(jīng)1：4坡降到-0.15 m，經(jīng)0.14%縱坡降至-0.44 m，以1∶4坡升高至1.76 m，變?yōu)橄掠伍_口段。工程的平面及縱斷面見圖1。

在方案設(shè)計階段，設(shè)計單位推薦的是礦山法施工及明挖施工組合工法。收費站、田心路下的閉口段，覆土厚度3.25～4.55 m，采用礦山法施工；高速公路主線處閉口段覆土大于8.75 m，且不可中斷交通，采用礦山法施工；其余段落采用明挖法施工。礦山法施工的掘進斷面位于中粗砂層之中，采用的加固措施是拱頂長管棚加超前小導(dǎo)管注漿，掌子面加固采用超前小導(dǎo)管深孔注漿。開挖斷面總寬度10.0 m，開挖總高度5.526 m。開挖方式采用雙側(cè)壁導(dǎo)洞法，設(shè)左右導(dǎo)洞，每個導(dǎo)洞上下臺階開挖，初期支護采用小導(dǎo)管錨桿、格柵鋼架、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土聯(lián)合支護。開挖方法及開挖支護順序見圖2。

2 方案的比選

根據(jù)地質(zhì)報告及設(shè)計單位的推薦方案，隧道的掘進面大部分位于中粗砂層，其成功的關(guān)鍵在于掌子面深孔注漿與導(dǎo)洞側(cè)壁的小導(dǎo)管注漿，一旦有疏漏，開挖到疏漏點，就會涌水涌砂，高速公路的沉降就會難以控制。

由于本項目場地條件、地質(zhì)條件極其復(fù)雜，下穿高速公路沉降風(fēng)險相當(dāng)高，為了高速公路行車的安全，建設(shè)單位委托了設(shè)計咨詢單位。設(shè)計咨詢單位提出了頂管施工過高速公路的方案。經(jīng)水利主管部門同意，按照滿足引水干渠過流量的先決條件，本項目允許鋼筋混凝土箱換為若干條圓形鋼筋混凝土管，經(jīng)過水力計算，可以換為4條內(nèi)徑2.8 m的圓管。

采用頂管方案，需要設(shè)置兩個豎井，用于放置頂進機械，放管與出土，吊出頂管機頭。工作井與接收井設(shè)在廣清高速收費站以外。頂管方案縱斷面及橫斷面見圖3、圖4。

2.1 兩個方案在施工安全方面的比選

礦山法施工的風(fēng)險來自于注漿止水的疏漏，其出現(xiàn)的幾率在開挖的每一個循環(huán)都存在，后果是高速公路塌陷而局部或全部中斷交通，極有可能還伴隨有交通事故。

頂管法施工的風(fēng)險來自于頂進過程中遇到機頭無法克服的巨石、樹樁、鐵塊等。地質(zhì)鉆孔沒有揭露下臥砂層中存在上述異物，頂進中遇到的機會不大。一旦遇到，可在上部開挖臨時豎井排除，對高速公路風(fēng)險是可控的。

2.2 兩個方案在施工可行性方面的比選

礦山法與頂管法均為地下工程領(lǐng)域成熟的技術(shù)，在本項目環(huán)境條件下，兩者都具有施工可行性。

2.3 施工工期的比選

采用礦山法施工方案，工地分兩大場區(qū)，即基坑支護明挖區(qū)，礦山法暗挖區(qū)。首先是明挖區(qū)間施工，明挖基坑施工完畢，再進行暗挖洞口準備，及進洞施工。暗挖施工主要工序包括地層預(yù)注漿加固，分區(qū)開挖，初次支護，二次襯砌等。采取雙側(cè)壁導(dǎo)洞法，分區(qū)多；各分區(qū)必須保持一定的距離，本工程采用4 m；工序多，工期較長。根據(jù)設(shè)計方案及施工經(jīng)驗，礦山法暗挖，預(yù)計總工期為350 d（明挖段120 d，暗挖段230 d）。

采用頂管法施工，工地也是兩個區(qū)間，即明挖施工（包括頂管豎井）區(qū)間，頂管區(qū)間。明挖區(qū)間施工工期與礦山法施工的明挖段基本一致，頂管施工較礦山工藝簡化很多。本工程采用一套頂管機具，4條管逐條頂進，預(yù)計總工期260 d（明挖段120 d，頂管段140 d）。工期比選結(jié)果表明頂管法比礦山法具有明顯的優(yōu)勢。

2.4 經(jīng)濟性比選

（1）采用礦山法工法的主要工程量（見表1）

（2）采用頂管法的主要工程量（見表2）

表1、表2為兩方案不同項目的主要數(shù)量。對兩表套用相同的分項工程單價,得出礦山法的方案建安費（不含措施費及稅費）為2 908萬元,頂管方案的建安費（不含措施費及稅費）為2 758萬元。經(jīng)濟比選表明，頂管方案造價略低，具有經(jīng)濟上的優(yōu)勢。

表1 采用礦山法的工程量

表2 采用頂管法的工程量

3 結(jié)語

經(jīng)過全面而科學(xué)的比選，項目建設(shè)單位決定采用頂管法施工方案，設(shè)計單位對頂管施工方案進行了施工圖設(shè)計。該項目于2008年9月開始進行圍蔽施工，由于工作井與接收井鉆孔樁及止水帷幕施工控制不當(dāng)而出現(xiàn)基坑漏水，耽誤部分工期，正式頂管從2009年4月15日開始，采用兩套頂管機具，第一條管在出洞后，到高速公路路基之前遇到地下一塊鐵器，后采用“開天窗”的方法予以排除，之后頂進十分順利，2009年7月15日全部頂管完工。

地下工程地質(zhì)條件變異性大，技術(shù)復(fù)雜性高，施工風(fēng)險性高，委托專業(yè)機構(gòu)進行設(shè)計咨詢十分必要。結(jié)合工程環(huán)境條件，進行多方案的詳細比選十分必要，這種比選應(yīng)該是科學(xué)的，實際的，而不能主觀先行，人為地“制造”比選的數(shù)據(jù)。

[1]中華人民共和國交通部.公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]余彬泉,陳傳燦.頂管施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3]中國工程建設(shè)協(xié)會標(biāo)準.給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國計劃出版社,2008.

[4]廣州市北部水系建設(shè)廣清頂管方案設(shè)計[Z].廣東省建筑設(shè)計研究院,2007.