賈 峰，李鴻博

(中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

0 引言

市區(qū)內(nèi)地下工程受城市復(fù)雜環(huán)境影響較大，控制因素繁多，尤其緊鄰市區(qū)河道地段，地下水豐富，施工風(fēng)險較大。同時隨著城市化進程的加快，地下通道施工范圍內(nèi)的市政管線和城市軌道交通線路也越來越密集，如何保證地下通道施工時臨近構(gòu)(建)筑物的安全成為市政工程建設(shè)的重難點。特別在為保證城市道路交通的正常運營而采用淺埋暗挖法時，容易造成地面沉降等問題，因此在設(shè)計過程中綜合考慮各方面的控制因素尤為重要。

1 工程概況

武漢中央文化區(qū)J2～J3 中北路下穿通道全長66.8 m，地下通道連通中北路兩側(cè)漢街J－2 建筑物與漢街J－3 建筑物的地下室，是武漢中央文化區(qū)的關(guān)鍵節(jié)點工程。通道所穿越的中北路交通條件復(fù)雜，管線眾多。通道緊鄰楚河，且底標(biāo)高低于楚河底標(biāo)高約2 m，由于前期漢街施工工期緊迫，回填的雜填土不密實，地下水通過滲流路徑與楚河相同，地下水較豐富。同時通道與已施工的地鐵四號線盾構(gòu)區(qū)間垂直相交，凈距約2.5 m。通道覆土厚約4.8 m，由于需要保持道路交通暢通，施工采用暗挖法施工。

前期中北路施工過程中對于穿越中北路的區(qū)段在未施作圍護結(jié)構(gòu)的情況下單獨施工了通道頂板，并覆蓋回填，已施工頂板段長度約46.1 m。

為保證在地鐵四號線通車前完成地下通道的施工，確保地鐵運營的安全，分別在J2 和J3 兩端設(shè)施工豎井，由兩端向中部暗挖掘進施工。

隧道洞身段線形為直線，靠J3 區(qū)段為水平段，長30.644 m;靠J2 區(qū)段縱坡坡度為－8.77%(J3 向J2 前進方向上坡為正)，長26.025 m。通道內(nèi)輪廓采用3.15 m×7.00 m 矩形斷面。

施工豎井及通道總平面見圖1。

圖1 施工豎井及通道總平面(單位:m)

2 通道地質(zhì)條件

2.1 周邊環(huán)境

該隧道所處區(qū)域為市區(qū)道路，地勢平整，交通條件復(fù)雜，管線眾多，不具備明挖施工的條件。

2.2 地層條件

通道所在場地除上部為雜填土層外，其下主要為粉質(zhì)黏土和粘土層，狀態(tài)為硬塑和堅硬，壓縮性較低。地下通道穿過的地層均為老粘土。

3 施工豎井設(shè)計

3.1 施工豎井總體方案

施工豎井井位對暗挖段長度、周邊環(huán)境、地下管線改遷有較大的影響，需綜合周邊環(huán)境、地下管線等因素確定。施工豎井選址主要考慮以下原則:

1)盡量減小暗挖段長度，滿足經(jīng)濟性、合理性;

2)盡量減少對周邊環(huán)境和交通的影響，包括對管線和建筑物的影響;

3)方便通道與原地下室結(jié)構(gòu)的連接。

在J2 片區(qū)，將施工豎井設(shè)置在靠近已施工的J2片區(qū)地下室處，考慮長管棚支護的施工需要，施工豎井內(nèi)輪廓采用6 m×13 m。在J3 片區(qū)，為避開Φ300給水、Φ300 燃?xì)饧唉?00 電信等管道，并考慮一定的施工安全距離，將施工豎井設(shè)在緊鄰J3 地下室處，內(nèi)輪廓為2.15 m×10 m。

3.2 施工豎井土建設(shè)計

施工豎井采用倒掛井壁法施工，J2 施工豎井深12.3 m，J3 施工豎井深10.2 m。施工豎井口設(shè)1.3 m×1.0 m 鎖口圈梁。圍護結(jié)構(gòu)采用鋼格柵噴射30 cm 厚C25 混凝土。施工豎井內(nèi)設(shè)1 道橫撐和4 道斜撐，均采用I32b 工字鋼?？拥撞捎肐22a 工字鋼橫向支撐封底，間隔1 m 布置。圖2為J2 施工豎井支護立面圖。

圖2 J2 施工豎井支護立面圖(單位:mm)

由于J2 施工豎井鋼支撐點間距較大且基坑較深，因此對J2 施工豎井圍護結(jié)構(gòu)采用荷載結(jié)構(gòu)法進行計算，計算結(jié)果(圖3)顯示，支撐處豎井圍護結(jié)構(gòu)負(fù)彎矩較大，因此設(shè)計過程中，結(jié)合彎矩圖盡量將格柵接頭布置在彎矩較小處。

圖3 J2 施工豎井圍護結(jié)構(gòu)計算簡圖

4 通道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 暗挖段襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計

本路段暗挖隧道襯砌結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌，即初期支護采用錨網(wǎng)噴混凝土和鋼拱架，輔以不同形式的超前支護，二次襯砌為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。襯砌設(shè)計支護參數(shù)通過工程類比和計算分析綜合確定。

隧道復(fù)合式襯砌設(shè)計的主要原則為:

1)初期支護:

初期支護采用直徑25 mm 格柵架，Φ8@150 ×150 鋼筋網(wǎng)及300 mm 厚C25 噴射混凝土組成，并輔以不同型式的超前支護，預(yù)留變形量為10 cm。

2)二次襯砌:

二次襯砌采用500 mm 厚鋼筋混凝土，以確保通道結(jié)構(gòu)的安全。二次襯砌施作的合理時間應(yīng)根據(jù)圍巖地質(zhì)情況和施工監(jiān)測數(shù)據(jù)確定。二襯結(jié)構(gòu)計算采用荷載－結(jié)構(gòu)法，利用結(jié)構(gòu)有限元分析軟件SAP2000 進行結(jié)構(gòu)計算分析，根據(jù)最不利內(nèi)力計算結(jié)果對構(gòu)件進行承載力和裂縫驗算，裂縫最大寬度按0.2 mm 控制。計算結(jié)果(圖4)顯示結(jié)構(gòu)頂板支座處彎矩加大，因此在頂板支座處設(shè)置豎向加腋，保證受力體系的可靠性。

圖4 通道二襯結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖

由于矩形斷面受力不利，且施工過程中沉降控制要求高，因此設(shè)計采用“長管棚加超前小導(dǎo)管支護與CRD 暗挖法相結(jié)合”的施工方案。同時施工中注意各工序的順接，加強監(jiān)控量測，嚴(yán)格控制施工過程中的沉降，保證中北路的行車安全。

4.2 施工豎井內(nèi)通道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計

施工豎井內(nèi)通道采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工完成后回填碎石土，并分層夯實。施工豎井內(nèi)通道襯砌結(jié)構(gòu)計算同暗挖段襯砌結(jié)構(gòu)計算類似。

5 輔助施工措施

根據(jù)淺埋暗挖隧道“管超前，嚴(yán)注漿”的原則，為保證隧道開挖過程中，周圍土體不發(fā)生失穩(wěn)、涌水而產(chǎn)生坍塌、冒頂?shù)劝踩鹿?，針對本路段隧道的地質(zhì)情況和周圍環(huán)境設(shè)計采用的超前支護措施主要有長管棚支護、超前小導(dǎo)管等。超前長管棚:設(shè)于J2端洞口，防止隧道開挖塌方;超前小導(dǎo)管:適用于暗挖隧道段，主要防止隧道開挖發(fā)生塌方，用于提高施工中圍巖的穩(wěn)定性。

1)超前長管棚:

設(shè)置于隧道洞口，管棚入土深度是結(jié)合地形、地質(zhì)情況確定。管棚鋼管均采用Φ108 ×6 mm 熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距40 cm，接頭用長15 cm 的絲扣直接對口連接。

2)超前小導(dǎo)管:

設(shè)置在暗挖通道段，采用外徑42 mm 的熱軋無縫鋼管。鋼管環(huán)向間距約40 cm，外插角控制在10°～15°左右，尾端支撐于鋼格柵架上，每排小導(dǎo)管縱向至少需搭接1.0 m。

6 工程重難點及對策

6.1 上跨地鐵區(qū)間隧道段通道施工

地下通道靠近J3 施工豎井段上穿地鐵四號線青魚嘴－周家大灣區(qū)間隧道，根據(jù)地鐵隧道位置關(guān)系分析，地下通道和區(qū)間隧道之間凈距約2.5 m，地下通道的開挖會引起周圍土體的應(yīng)力重分布，土體產(chǎn)生位移，隧道下側(cè)土體卸載回彈會導(dǎo)致地鐵區(qū)間隧道的上浮，影響地鐵安全。鋪軌后的地鐵隧道對變形的要求更加嚴(yán)格，需要考慮區(qū)間隧道變形時對軌道的影響，道床與區(qū)間隧道管片已澆筑連接在一起，考慮道床軌道跟隧道為一體共同變形。根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB50157 －2003)、《鐵路線路維修規(guī)則》(鐵運［2006］146 號)規(guī)定 Vmax≤120 km/h的線路在經(jīng)常保養(yǎng)的條件下，水平偏差小于6 mm，豎向偏差小于6 mm。

對上穿地鐵區(qū)間隧道段地下通道采用大型有限元軟件Midas/GTS 進行施工階段數(shù)值模擬，通道周圍土體采用莫爾－庫倫本構(gòu)模型，地鐵隧道和通道襯砌采用殼單元模擬，周圍土體采用三維實體單位，CRD 法施工的鋼支撐采用一維梁單元模擬。三維有限元模型如圖5所示。

圖5 暗挖通道施工模擬的三維有限元模型

暗挖通道開挖后，在施工過程中，隧道變形的最大值為3.95 mm，滿足變形要求。地鐵隧道變形圖如圖6。

圖6 地鐵隧道的變形云圖

針對地下通道近距離上穿地鐵區(qū)間隧道的情況，結(jié)合施工階段數(shù)值模擬的計算結(jié)果，對此段通道的施工采取了以下技術(shù)措施和應(yīng)急預(yù)案:

1)本段地下通道的開挖必須嚴(yán)格控制開挖進尺，遵循淺埋暗挖隧道施工“早封閉，短進尺”的原則，并及時施作二襯底板。

2)應(yīng)加強對通道變形及底板土壓力的監(jiān)控測量。施工時，加密監(jiān)測斷面并加大監(jiān)測頻率。同時采取信息化施工手段，動態(tài)調(diào)整施工措施，必要時采取地面注漿、堆載壓重或扣軌等手段，嚴(yán)格保證地鐵四號線區(qū)間隧道的安全性。

3)加強與地鐵集團的溝通協(xié)調(diào)，針對施工情況及時采取相應(yīng)保護措施，保證地鐵區(qū)間隧道的安全性。

6.2 涌水處理及基坑加固措施

由于地下通道緊鄰楚河，且漢街的地下管線復(fù)雜，廢棄管線較多，地下水是施工中的突出問題。在J2 施工豎井開挖到標(biāo)高17.4 m 時，由于管線基礎(chǔ)不密實，造成管線下沉破損，使得楚河與施工豎井聯(lián)通，基坑坑底標(biāo)高低于楚河標(biāo)高，楚河河水通過污水管倒灌進J2 施工豎井內(nèi)，造成了基坑內(nèi)約2～3 m深的積水。土體被水浸泡后會軟化，同時支護結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)滲水和大面積濕漬，將嚴(yán)重影響基坑安全。

針對地下水突涌情況采取了以下應(yīng)對措施:

1)對J2 施工豎井標(biāo)高17.4 m 以上圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)增加I32b 型鋼支撐進行加固，標(biāo)高17.4 m 以下部分施工豎井圍護結(jié)構(gòu)厚度調(diào)整為500 mm。

2)J2 施工豎井北側(cè)施作 2 m × 1.4 m × 1.5 m鋼水箱，頂面標(biāo)高為17.4 m，并施作500 mm 厚擋墻隔離，擋墻兩端與豎井支護結(jié)構(gòu)相連。將涌水排入到鋼水箱中，并集中抽走。

3)針對通道進洞后地下水豐富的情況，必要時采用超前注漿止水方案。保證隧道開挖施工的安全。

圖7為J2 施工豎井圍護結(jié)構(gòu)型鋼加固示意。

圖7 J2 施工豎井圍護結(jié)構(gòu)型鋼加固

6.3 淺埋暗挖施工的地面沉降控制

地下通道下穿中北路段埋深約為5 m，通道所在地層為老粘土，為控制施工過程中中北路地面的沉降變形，保證中北路交通不受影響，在淺埋暗挖施工中，采取如下措施:

1)采用長管棚和超前小導(dǎo)管輔助施工技術(shù)，在暗挖通道頂部形成拱棚，在拱棚保護下，將襯砌變形控制到允許范圍內(nèi)。

2)對主體結(jié)構(gòu)、土體和周邊建筑進行嚴(yán)密監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測成果動態(tài)調(diào)整支護方案，必要時路面鋪鋼板保護。

6.4 地下管線的保護

由于市內(nèi)地下管線眾多，所以地下管線的保護是市區(qū)內(nèi)地下工程施工應(yīng)重點考慮的因素。地下管線的處理方法主要有懸吊保護、臨時遷改、永久遷改等。由于漢街周邊施工空間狹窄，無法進行永久遷改和臨時遷改，只能采取對地下管線懸吊保護的方法。

J3 施工豎井的開挖過程中，對開挖出來的電纜管溝采取了懸吊保護的方法。如圖8。

J2 施工豎井開挖過程中，豎井東南側(cè)一條污水波紋管(圖9)和南側(cè)豎井角部一條混凝土管侵入到了豎井圍護結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，對這2 條管線的保護是施工中的重難點。本工程中采取了先行架設(shè)格柵鋼架，然后支模板在格柵與排水管之間用C30 砼密實回填，待達到設(shè)計強度75%以上后，在格柵背后土體注漿的保護方法。

圖8 J3 施工豎井內(nèi)電纜管溝的懸吊保護

圖9 J2 施工豎井范圍內(nèi)的污水波紋管

針對通道施工影響范圍內(nèi)的其他地下管線，應(yīng)依照監(jiān)控量測的方案對管線進行監(jiān)測，并結(jié)合監(jiān)測結(jié)果，必要時對暗挖區(qū)段地下管線采用地表注漿加固。

7 結(jié)論

1)市區(qū)內(nèi)的淺埋暗挖地下通道的水文地質(zhì)勘察應(yīng)力求準(zhǔn)確，特別降水量、滲透參數(shù)、最大涌水量等是重要參數(shù)，對地下管線的位置應(yīng)勘察準(zhǔn)確。

2)對地面沉降、基坑支護應(yīng)加強監(jiān)控量測，保證淺埋暗挖法施工的安全性。

3)對穿越附近構(gòu)筑物的情況，應(yīng)通過有限元法數(shù)值模擬結(jié)果和現(xiàn)場量測結(jié)果對比分析，同時加強與構(gòu)筑物所屬單位的溝通協(xié)調(diào)。

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［4］陳敬軍，王海祥.暗挖隧道近接上穿鐵盾構(gòu)隧道的施工模擬［J］.鐵道建筑，2011(10):44 －47.

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