陳七林

(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，福州 350003)

0 引言

隧道工程的拓寬改造方案可能會(huì)出現(xiàn)多種組合，其基本方案一般有2種，即保留既有隧道增建復(fù)線隧道和拆除既有隧道擴(kuò)建既有隧道。受周邊條件的制約，增建復(fù)線隧道一般與既有隧道呈小凈距的平面布置，這種情況在用地緊張、環(huán)境復(fù)雜的市政隧道拓寬改造工程中比較多見。如果既有隧道圍巖在隧道修建時(shí)曾受到過施工擾動(dòng)，圍巖整體穩(wěn)定性和自承能力會(huì)降低;如果在施工中曾發(fā)生過大超挖或坍塌，且既有隧道結(jié)構(gòu)又存在嚴(yán)重病害，拓寬改造施工就會(huì)面臨較大的安全風(fēng)險(xiǎn)［1-3］。其風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)為:擴(kuò)建既有隧道的襯砌拆除施工中可能會(huì)出現(xiàn)圍巖掉塊、坍塌等險(xiǎn)情;增建復(fù)線隧道的近距離施工干擾會(huì)對(duì)既有隧道的結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生不利影響。因此，無論采用哪一種拓寬改造方案，都必須將既有隧道作為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，并應(yīng)進(jìn)行安全控制。許多工程實(shí)踐和研究表明，既有隧道的拓寬改造施工安全是可控的［1-9］;但對(duì)于環(huán)境復(fù)雜的市政隧道，安全控制需根據(jù)具體情況進(jìn)行。本文主要結(jié)合市政工程特點(diǎn)，對(duì)金雞山隧道拓寬改造的總體方案和安全控制進(jìn)行研究。

1 工程現(xiàn)狀

金雞山隧道位于福州市城市主干道二環(huán)路東北段，主洞隧道于1995年建成通車，其平面呈分離雙洞布置，按單洞2車道設(shè)計(jì)，雙洞中心距離約38 m，隧道長約577 m。隧道東洞口緊接鶴林高架橋，與橋臺(tái)的最小距離約64 m。2005年在隧道北側(cè)約30 m處修建了一座雙向混行的行人和非機(jī)動(dòng)車隧道，其路面凈寬約6.5 m，隧道長約605 m，洞外分別設(shè)置過街天橋和鶴林高架橋下穿橫通道。金雞山隧道示意圖見圖1。

金雞山隧道左右主洞已出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)開裂、襯砌背后回填不密實(shí)或有空洞、出現(xiàn)滲漏水等病害。洞外道路已經(jīng)過拓寬和立交改造，其寬度為機(jī)動(dòng)車雙向8車道，主路為雙向4車道高架橋跨越沿路路口，已經(jīng)形成快速交通通道;高架橋兩側(cè)分別設(shè)置約9 m寬(包括2個(gè)機(jī)動(dòng)車道和1個(gè)非機(jī)動(dòng)車道)的輔路，輔路外側(cè)為人行道。因此，金雞山隧道與洞外道路的交通能力不匹配，已成為福州市二環(huán)路的交通瓶頸路段，急待進(jìn)行隧道工程的拓寬改造。

圖1 金雞山隧道Fig.1 Jinjishan tunnel

2 拓寬改造的控制因素及原則

1)金雞山隧道與洞外道路的路面寬度不匹配，應(yīng)結(jié)合隧道及其洞外道路交通現(xiàn)狀進(jìn)行隧道拓寬改造，形成隧道與洞外道路交通的暢通銜接，徹底解決金雞山隧道交通瓶頸問題。為了保持金雞山隧道與洞外主路和輔路的交通順接，需將金雞山隧道的機(jī)動(dòng)車道從雙向4車道拓寬為雙向8車道，并維持非機(jī)動(dòng)車道和人行道雙向混行的路面寬度約6.5 m。

2)二環(huán)路交通量大，是福州市城市交通路網(wǎng)中的主干道，一旦出現(xiàn)交通中斷情況，會(huì)造成大范圍的交通癱瘓，其影響后果嚴(yán)重;因此，在隧道拓寬改造施工期間，必須維持現(xiàn)狀機(jī)動(dòng)車雙向4車道、非機(jī)動(dòng)車道和人行道雙向混行的交通不中斷。

3)隧道洞外道路紅線寬度為80～90 m，洞口兩側(cè)房屋密集，用地比較緊張。應(yīng)減少占用周邊土地，減小房屋拆遷量，盡量在現(xiàn)有道路紅線范圍內(nèi)進(jìn)行隧道的拓寬改造。

4)隧道東洞口距離鶴林高架橋較近，隧道拓寬改造須兼顧鶴林高架橋影響，綜合考慮實(shí)施方案。

5)在隧道拓寬改造施工過程中，需確保既有隧道的結(jié)構(gòu)及公共交通運(yùn)營的安全。

3 拓寬改造的總體方案

3.1 方案1

在A，B隧道之間增設(shè)1座2車道的D隧道，D隧道與B隧道組成雙向4車道的主路隧道并將A，C隧道拓寬為輔路隧道，輔路隧道包括2個(gè)機(jī)動(dòng)車道和1個(gè)行人和非機(jī)動(dòng)車混行道，見圖2。

該方案須拆除和改建與隧道東洞口相接的鶴林高架橋，以便于D隧道順接?？煽紤]拆除與既有A隧道相接的南半幅部分的高架橋結(jié)構(gòu)，同時(shí)新建2車道高架橋與D隧道對(duì)接。

隧道拓寬改造施工及交通疏解方案如下:

1)維持現(xiàn)狀交通不變，施工D隧道，將D隧道與西洞口人行天橋和東洞口鶴林高架橋下穿橫通道連通，以滿足非機(jī)動(dòng)車和行人的通行要求。

2)維持現(xiàn)狀機(jī)動(dòng)車交通不變，將非機(jī)動(dòng)車和行人從C隧道遷移至D隧道，再拓寬施工C隧道及其洞外道路。

3)將從鶴林高架橋到斗門高架橋方向的交通從B，D隧道遷移至C隧道，將A隧道交通遷移至B隧道，再拓寬施工A隧道及其洞外道路，包括拆除部分鶴林高架橋。

4)將B，D 2隧道交通遷移至A隧道，對(duì)B隧道進(jìn)行大修，并新建2車道鶴林高架橋與D隧道銜接，完工后，B，D 2隧道交付使用。

3.2 方案2

將A，B隧道從2車道拓寬為4車道，維持既有C隧道不變。為實(shí)現(xiàn)與鶴林高架橋的交通銜接，A，B隧道東洞口段需向隧道外側(cè)拓寬;為減小隧道洞口附近的房屋拆遷工程量，A隧道西洞口段需向隧道內(nèi)側(cè)拓寬，見圖3。

本方案在既有隧址上進(jìn)行拓寬，其施工會(huì)影響洞內(nèi)交通?？上汝P(guān)閉一座隧道的交通，并進(jìn)行隧道及其洞外道路的拓寬施工;完工后，在已拓寬隧道內(nèi)按4車道雙向交通方式恢復(fù)交通，并拓寬施工另一座隧道及其洞外道路;最后恢復(fù)兩隧道的單向交通運(yùn)營方式。

顯然，關(guān)閉隧道交通的施工方法能夠確保施工安全并達(dá)到快速施工目的，但對(duì)隧道交通的影響較大。有工程實(shí)例表明［5，9］:可在既有隧道的拓寬施工范圍內(nèi)設(shè)置防護(hù)臺(tái)車，通過防護(hù)臺(tái)車對(duì)洞內(nèi)交通車輛的保護(hù)和采取相應(yīng)的交通管制措施，以減小拓寬施工對(duì)洞內(nèi)交通的影響。但臺(tái)車保護(hù)的施工方法對(duì)拓寬改造的施工安全提出了較高的要求，施工工期也受到洞內(nèi)交通干擾的影響。

3.3 方案3

在B，C隧道之間增建2車道D隧道;然后，將既有A隧道從2車道拓寬為4車道，維持既有C隧道不變。為實(shí)現(xiàn)與鶴林高架橋的交通銜接，減小房屋拆遷，A隧道東洞口段需向隧道外側(cè)拓寬，西洞口段則需向隧道內(nèi)側(cè)拓寬，見圖4。

圖2 隧道拓寬方案1Fig.2 Tunnel widening option 1

表1 隧道拓寬方案分析比較表Table 1 Comparison and contrast between different tunnel widening options

圖3 隧道拓寬方案2Fig.3 Tunnel widening option 2

隧道的拓寬改造施工及交通疏解方案為:首先維持現(xiàn)狀交通不變，施工D隧道及洞外道路;然后將B隧道交通遷移至D隧道，A隧道交通遷移至B隧道，施工A隧道及洞外道路;最后將B隧道交通遷移至A隧道，B隧道經(jīng)大修后交付運(yùn)營。

3.4 方案比選

從表1中可以看出，3個(gè)方案各具優(yōu)缺點(diǎn)。方案1:行人、非機(jī)動(dòng)車無需過街，交通功能較好，施工對(duì)交通的影響較小，但須拆除改建部分鶴林高架橋，施工工期長，投資高;方案2:對(duì)鶴林高架橋無影響，施工場(chǎng)地條件好，但須中斷或管制先行拓寬隧道的洞內(nèi)交通，對(duì)交通的影響大;方案3:對(duì)鶴林高架橋無影響，施工對(duì)交通的影響較小，工期較短，投資較低，但對(duì)隧道施工的控制爆破技術(shù)要求高。

金雞山隧道的拓寬改造須盡量避免或減小對(duì)道路交通的影響，同時(shí)要考慮隧道拓寬改造對(duì)鶴林高架橋的影響;因此，綜合考慮各種因素，可選用方案3作為拓寬改造的實(shí)施方案。

4 拓寬改造的安全控制措施

4.1 既有隧道的現(xiàn)狀調(diào)查

準(zhǔn)確掌握既有隧道的現(xiàn)狀是安全順利地實(shí)施隧道拓寬改造的前提條件。一般來說，既有隧道的設(shè)計(jì)文件和竣工文件可作為隧道拓寬改造設(shè)計(jì)和施工的基礎(chǔ)資料;但是，其內(nèi)容往往不夠完整且與現(xiàn)實(shí)情況不盡相同。為此，必須采用現(xiàn)場(chǎng)踏勘和測(cè)量以及無損檢測(cè)技術(shù)等調(diào)查手段收集既有隧道的現(xiàn)場(chǎng)資料。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料的內(nèi)容應(yīng)包括:隧道平面和縱斷面、隧道凈空斷面、襯砌結(jié)構(gòu)開裂和滲漏水情況、二次襯砌的厚度和鋼筋分布情況、初期支護(hù)的厚度和鋼支撐分布情況、二次襯砌和初期支護(hù)背后的空洞等病害分布情況、初期支護(hù)背后的破碎或軟弱圍巖的分布情況。

4.2 新建小凈距隧道的安全施工措施

方案3中的新建D隧道與既有B，C隧道之間的凈距離約4 m，隧道之間的中夾巖寬度比較小，新建隧道的施工將會(huì)對(duì)既有隧道的安全產(chǎn)生不利影響。在工程實(shí)踐中，有許多修建類似小凈距隧道的成功經(jīng)驗(yàn)［3-5］;但是，在施工中因?yàn)樗淼篱g距較小而出現(xiàn)既有隧道襯砌開裂、剝落等危及行車安全的現(xiàn)象在國內(nèi)外也有實(shí)例［6］。為此，在隧道拓寬改造施工中采取合理的安全施工措施是很有必要的。

圖4 隧道拓寬方案3Fig.4 Fig.3 Tunnel widening option 3

1)既有B，C隧道的加固和防護(hù)措施。既有隧道的加固主要是針對(duì)存在病害的地段，且應(yīng)在新建隧道施工之前實(shí)施。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，對(duì)襯砌背后存在回填不密實(shí)、空洞及圍巖整體性差等病害的地段，進(jìn)行襯砌背后的注漿加固;對(duì)二次襯砌厚度不足或開裂嚴(yán)重地段，在洞內(nèi)設(shè)置防護(hù)拱架進(jìn)行臨時(shí)加固防護(hù)，防護(hù)拱架須緊貼二次襯砌內(nèi)側(cè)。

在新建隧道爆破掌子面對(duì)應(yīng)的既有隧道內(nèi)設(shè)置防護(hù)臺(tái)車，以防止因新建隧道的爆破施工可能產(chǎn)生既有襯砌的剝落或掉塊，確保既有隧道的運(yùn)營安全。

2)新建D隧道的爆破施工及中夾巖加固措施。金雞山隧道的圍巖巖性主要為中風(fēng)化-微風(fēng)化花崗巖，屬于硬質(zhì)巖;因此，新建隧道的爆破震動(dòng)對(duì)既有隧道的影響最大［6］，應(yīng)采用微震動(dòng)的控制爆破技術(shù)和震動(dòng)監(jiān)測(cè)等監(jiān)控量測(cè)手段，以控制爆破震動(dòng)對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)和中夾巖的不利影響。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，對(duì)中夾巖的整體穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，或采用無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)中夾巖的完整性和穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)中夾巖圍巖整體穩(wěn)定性差、結(jié)構(gòu)破碎的地段，還需采用超前支護(hù)措施進(jìn)行注漿加固，以確保中夾巖的穩(wěn)定性。

4.3 拆除擴(kuò)建既有隧道的安全施工措施

在方案3中，既有A隧道需要拆除和擴(kuò)建。既有隧道的拆除一般可采用爆破拆除的方法，主要是運(yùn)用微震動(dòng)的控制爆破技術(shù)，并輔以人工鑿除、機(jī)械切除和機(jī)械清理等，該方法安全、快速、有效，在工程中的應(yīng)用較多［2，4-5，7-9］。襯砌結(jié)構(gòu)拆除后，圍巖和襯砌之間的受力平衡遭到破壞，圍巖會(huì)發(fā)生應(yīng)力重分布。當(dāng)襯砌背后存在回填不密實(shí)和空洞或圍巖整體性差等病害時(shí)，如果襯砌拆除的方法不當(dāng)會(huì)發(fā)生圍巖掉塊、坍塌等險(xiǎn)情。由于初期支護(hù)對(duì)圍巖具有支護(hù)作用，爆破拆除二次襯砌時(shí)發(fā)生險(xiǎn)情的可能性比較小，而最有可能發(fā)生險(xiǎn)情的是初期支護(hù)的拆除施工;因此，在拆除初期支護(hù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)病害情況首選人工拆除方法，必要時(shí)可考慮先采用超前預(yù)加固措施對(duì)病害處進(jìn)行圍巖注漿加固，再采用人工拆除初期支護(hù)。

擴(kuò)建隧道的斷面比既有隧道的斷面要大很多，可考慮采用導(dǎo)洞超前先行開挖巖石，以便盡可能首先清除襯砌背后的松散巖體，避免襯砌拆除時(shí)出現(xiàn)圍巖掉塊或坍塌等險(xiǎn)情，也可為爆破施工創(chuàng)造臨空面。

當(dāng)既有隧道襯砌背后無病害或病害分布范圍位于擴(kuò)建隧道的開挖輪廓線以內(nèi)時(shí)，可采用微震動(dòng)的控制爆破技術(shù)進(jìn)行開挖施工，其施工順序詳見圖5(a)。

當(dāng)既有隧道襯砌背后的病害分布范圍位于擴(kuò)建隧道的開挖輪廓線以外時(shí)，應(yīng)首先采用超前預(yù)加固措施對(duì)病害處圍巖進(jìn)行注漿加固，以提高擴(kuò)建隧道圍巖的穩(wěn)定性，防止過大超挖、掉塊和坍塌，然后采用微震動(dòng)的控制爆破技術(shù)進(jìn)行開挖施工，其施工順序詳見圖5(b)。

圖5 擴(kuò)建隧道開挖順序Fig.11 Excavation sequence in tunnel widening

當(dāng)既有隧道襯砌背后的病害分布范圍位于擴(kuò)建隧道的開挖輪廓線以外且病害的分布范圍較小時(shí)，也可采用適當(dāng)加大超挖的方式清除病害，然后再密實(shí)回填。

4.4 既有隧道的交通安全維護(hù)措施

既有隧道的加固、防護(hù)和監(jiān)控量測(cè)等工作不應(yīng)影響洞內(nèi)交通，可在交通量較小的夜間進(jìn)行施工作業(yè)。為確保施工安全，在進(jìn)行新建復(fù)線隧道和擴(kuò)建既有隧道的爆破施工中，應(yīng)對(duì)既有隧道實(shí)行交通管制。

5 結(jié)論與建議

1)金雞山隧道的拓寬改造方案需要綜合考慮城市交通要求、道路紅線范圍、城市用地、房屋拆遷以及與鶴林高架橋的銜接等各種因素。經(jīng)過3個(gè)方案的分析比較，方案3(增建復(fù)線D隧道、擴(kuò)建既有A隧道和大修B隧道)可作為實(shí)施方案。

2)既有隧道的拓寬改造必須準(zhǔn)確掌握既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)和圍巖的病害現(xiàn)狀。

3)在新建小凈距隧道的施工前，必須針對(duì)病害情況對(duì)既有隧道進(jìn)行襯砌背后的注漿加固和采用鋼拱架進(jìn)行臨時(shí)結(jié)構(gòu)防護(hù);為防止襯砌掉塊，確保運(yùn)營安全，既有隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)置防護(hù)臺(tái)車。

4)新建小凈距隧道和拆除擴(kuò)建既有隧道應(yīng)采用微震動(dòng)控制爆破技術(shù)和震動(dòng)監(jiān)測(cè)等監(jiān)控量測(cè)手段，以控制爆破震動(dòng)對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)和圍巖的不利影響。對(duì)中夾巖圍巖整體穩(wěn)定性差、結(jié)構(gòu)破碎的地段，還需采用超前支護(hù)措施進(jìn)行注漿加固。

5)拆除擴(kuò)建既有隧道的開挖，應(yīng)盡量先行清除襯砌背后的松散巖體，避免襯砌爆破拆除時(shí)出現(xiàn)掉塊或坍塌。在拆除初期支護(hù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)病害情況謹(jǐn)慎采用爆破拆除的方法，必要時(shí)可采用超前預(yù)加固措施，并以人工鑿除為主拆除初期支護(hù)。

6)既有隧道內(nèi)的施工作業(yè)均應(yīng)以不影響洞內(nèi)交通為前提。在新建隧道和擴(kuò)建隧道的爆破施工中，應(yīng)對(duì)既有隧道實(shí)行交通管制。

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