張金夫， 郝小蘇， 宋　林

(中鐵一局集團有限公司， 陜西 西安　710054)

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廈門第二西通道陸域段施工技術問題探討

張金夫， 郝小蘇， 宋林

(中鐵一局集團有限公司， 陜西 西安710054)

廈門市第二西通道陸域段工程沿廈門島內繁忙干道興湖路布設，結構形式多樣，安全風險較高。對廈門市第二西通道陸域段工程中淺埋暗挖雙連拱隧道、深大明挖基坑、隧道上跨既有地鐵隧道等施工中的關鍵技術問題進行研究。主要研究和結論如下：1)淺埋暗挖雙連拱隧道埋深小、跨度大、地質軟弱、保持地面交通，控制沉降是施工的關鍵技術所在。從三導洞工況理論分析看，設計支護和開挖方法是合理可行的，施工中還應結合實際優(yōu)化具體支護參數(shù)，注重受力體系轉換環(huán)節(jié)，加強監(jiān)控量測，用信息化指導施工。2)深大明挖基坑，關鍵是要確?；又ёo體系變形受控，結構安全，基坑防水有效，保證基坑和周邊建筑物的安全，尤其要注重復合地層組合式圍護體系的整體穩(wěn)定。3)隧道上跨既有地鐵隧道，施工中要采取防既有地鐵軌道上浮的工程措施，同時加強地鐵軌道監(jiān)控量測，制定好軌道調整預案，保證地鐵軌道線型符合規(guī)范要求。

廈門第二西通道； 陸域段； 暗挖雙連拱隧道； 明挖基坑； 三導洞； 長管棚； 鉆孔灌注樁； 旋噴樁

0　引言

廈門翔安海底隧道2010年4月26日建成通車，剛剛滿6年，廈門第二西通道海底隧道也動工修建，足以看到海底隧道的快速發(fā)展趨勢。廈門第二西通道，是連接廈門海滄區(qū)和本島的一條通道，建設這條通道，是緩解廈門島西部交通進出壓力的重要舉措，該工程也是廈門市“兩環(huán)八射”快速路網(wǎng)系統(tǒng)、海西城市聯(lián)絡線的重要組成部分。項目采用隧道建設方案，隧道長約6 335 m，超過翔安海底隧道，建成后將是福建省最長的海底隧道。

近年來，海底隧道陸域段工程越來越多，國內學者對海底隧道陸域段的施工技術也開展了一些研究工作。如：文獻[1]根據(jù)廈門海底隧道場區(qū)內工程地質情況，對各施工部的掌子面與仰拱之間的距離，各部的封閉時間以及整個斷面的封閉時間進行了研究；文獻[2]結合廈門翔安海底公路隧道陸域段大斷面全至強風化花崗閃長巖隧道開挖施工工法、施工組織和機械化施工配套技術等實施情況，介紹了大斷面隧道CRD工法施工對該地層的適應性和實現(xiàn)安全快速施工的技術措施和機械配套技術；文獻[3]闡述了在青島膠州灣海底隧道陸域段采用的下導洞超前、后續(xù)大斷面擴挖施工方法，運用液壓鑿巖臺車進行大中空孔直眼掏槽及合理化的鉆爆設計等技術；文獻[4]采用增設鎖腳錨管、加強臨時支護及管井降水等工程措施在一定程度上減小隧道支護結構的變形，得出在地質條件較差的富水強風化巖層中修建大跨公路隧道時將2種或多種工程措施組合起來使用效果更佳的結論；文獻[5]從地質條件、隧道封閉距離和封閉時間、CRD法開挖順序等方面分析海底隧道陸域段異常變形的原因,采取包括加強臨時支護剛度和強度、設置鎖腳錨桿、仰拱注漿以及連續(xù)墻降水等多種措施；文獻[6]從海底隧道的技術方法、方案比選、風險管理、工程理念等方面進行論述，并對沉埋法、暗挖法、盾構法修筑海底隧道的優(yōu)缺點進行了分析；文獻[7]基于翔安隧道現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),對CD法、CRD法及雙側壁導坑法的應用情況進行了探討，得出在大跨度海底隧道修建過程中,施工工法對隧道結構的變形及受力具有重要的影響。

以上海底隧道修建過程積累的許多寶貴經驗可供第二西通道隧道借鑒，但由于第二西通道工程地質及其水文地質有著不同之處，仍然有許多工程問題需要研究探索。本工程陸域段工程沿廈門島內繁忙干道興湖路布設，暗挖雙連拱隧道淺埋難度大，明挖基坑規(guī)模大，隧道上跨既有地鐵隧道，沿線建構筑物監(jiān)控量測要求高，結構形式多樣，安全風險較高。筆者結合前期參與的設計方案審核工作，以及對投標階段的施工方案的研究，試圖對關鍵施工技術問題進行分析和探討。

1　工程概況

1.1項目簡介

廈門第二西通道采用雙向6車道，設計時速為80 km/h，路線長7 073.499 m，跨海域寬度為2.8 km，隧道縱斷面采用“U”形坡，最大縱坡為3.5%，最小縱坡為 0.5%，海域最低點設計高程約-70.433 m。項目線路位置圖如圖1所示。

圖1　項目線路位置圖

陸域段工程主要為明挖隧道，沿興湖路布設，起點位于華昌路與興湖路交叉口位置，終點位于石鼓山立交西側的興湖路左側，主線明挖隧道長990 m，其中240 m為雙層(上層擬用于市政功能)分離式，373 m為單層分離式，357 m為整體雙箱剛構，下穿石鼓山立交興湖路段設有157 m雙連拱隧道。陸域段結構平面布置圖如圖2所示。

下穿石鼓山立交興湖路段根據(jù)地形地質條件及水文地質情況，采用了整體雙連拱隧道斷面形式。

1.2工程地質

1.2.1暗挖雙連拱隧道區(qū)

淺埋暗挖段，地表覆蓋層為雜填土，疏密不均，厚約3.0 m，其下為殘積粉質黏土，自穩(wěn)能力差，厚 2.3～13.5 m；基巖為花崗巖，巖石風化嚴重，全、強風化帶厚10～25.7 m，弱風化巖不發(fā)育，微風化巖呈塊石砌體結構，結構面結合較好，巖質堅硬，透水性弱。

1.2.2明挖隧道場區(qū)

明挖隧道場區(qū)屬剝蝕殘丘地帶，經人工堆填改造，主要地層從上至下主要為雜填土、淤泥、粉質黏土、全風化花崗巖、弱風化花崗巖、微風化花崗巖等，土石可挖性分級為Ⅵ—Ⅲ級。

1.3水文地質

工程范圍內的地下水分為上層滯水、松散巖類孔隙水、基巖裂隙水3種類型，整體上所涉及到地層的水文地質情況較好。

圖2　陸域段結構平面布置圖

2　主要工程技術問題及措施

2.1雙連拱隧道施工

本標段雙向6車道整體式雙連拱隧道，全長157 m，均為Ⅴ級圍巖，隧道埋深在5～15.4 m，隧道進口處于興湖路斜坡地帶，進出口臨時場地布設困難，且隧道下穿城市道路。隧道施工采用三導洞法開挖，連拱隧道最大斷面面積達119.27 m2，且隧道洞口存在偏壓現(xiàn)象，施工過程中結構穩(wěn)定性較差，應當采取綜合措施嚴加控制。

2.1.1施工原則

1)施工前進行模擬計算，計算中應考慮襯砌與地層共同作用或考慮地層抗力對襯砌變形的約束作用[8]。

2)采用分步開挖法施工時，結構計算應考慮其受力具有時間和空間性，確定復合式襯砌初期支護與二次襯砌之間的承載分配關系，全斷面一次性加載對結構進行計算。

3)施工前制定施工監(jiān)控量測方案，確定監(jiān)控量測內容和檢測方法、頻率，施工中定期監(jiān)測分析[9]。

4)根據(jù)設計方案確定超前支護措施，做好各項準備工作，加強工藝控制，保證超前措施發(fā)揮應有的效率。

2.1.2有限元模擬分析

施工采用“三導洞”施工方案，通過有限元對施工工藝流程及隧道施工對道路沉降的影響進行分析，得出結論：1)三導洞施工方案沉降變形控制在規(guī)范要求以內，支護參數(shù)合理，滿足受力要求；2)雙連拱隧道中隔墻位置所受軸力較大，中隔墻與雙連拱相交位置彎矩較大，施工時應保證初期支護連接可靠，同時重視該位置的受力、變形動態(tài)監(jiān)測；3)地表垂直注漿加固措施可有效控制道路沉降變形。有限元模型圖如圖3所示，初期支護軸力圖如圖4所示，初期支護彎矩圖如圖5所示，位移變形圖如圖6所示,地表注漿加固后位移變形圖如圖7所示。

圖3　有限元模型圖

圖4　初期支護軸力圖(單位：kN)

(a) 水平變形

(b) 沉降變形

通過計算模擬進行綜合考慮，為更好地控制隧道施工給興湖路帶來的沉降變形及興湖路行車荷載給隧道施工帶來的拱頂沉降變形的影響，在確保既有道路主行車道正常通行的前提下：1)對既有道路隧道施工影響范圍內的路基邊坡坡面、坡腳以及在隧道出口端地表主行車道外采用地表垂直注漿； 2)對主行車道范圍內采用橫向鋼花管注漿加固； 3)同時在隧道進口段進行反壓回填加固。

通過對地表垂直注漿、洞內超前注漿和洞口段加固處理，減小施工對地層的擾動程度，確保隧道施工完成后最大累計沉降量控制在30 mm以內。

2.1.3長管棚施工

根據(jù)初步設計，洞口長管棚設置于隧道進口，棚管采用長80 mφ159 mm×10 mm@40 cm熱軋無縫鋼管。管棚與襯砌設計外輪廓線間距為30 cm，平行線路中線布置。采用儀器定向、一次性導向跟管鉆進長管棚施工技術，預防管棚下沉超限、糾偏以及方向控制是施工的重難點。針對本項目應主要做好以下幾點。

1)管棚長度及搭接優(yōu)化。隧道進口位于右轉曲線段，考慮到80 m長管棚打設施工難度、線型控制難度大，加之曲線外偏角的影響，施工中要控制好進洞角度和方向偏差，重視導向墻的施工。另外，從降低施工難度的角度，建議可采用“25～30 m管棚+ 3～5 m搭接”超前預加固措施。

(a) 水平變形

(b) 沉降變形

2)合理確定隧道沉降標準。隧道施工破壞了原地層穩(wěn)定平衡的應力分布狀態(tài)，在隧道進口端施工管棚及開挖后，隧道拱頂必然發(fā)生沉降。為了保證隧道凈空斷面和高程，管棚施工及開挖輪廓要考慮適當?shù)耐夥胖?，應通過對進口段初始幾個循環(huán)的現(xiàn)場監(jiān)控量測結果進行分析，確定合適的外放值，減少超挖和保持地層穩(wěn)定。

3)選用合適的管棚施工設備。管棚施工精度要求很高，偏差較大可能出現(xiàn)管棚入侵隧道凈空，影響隧道正常掘進。選用的管棚鉆機要具有先進的導向、糾正功能，能夠隨時監(jiān)測鉆進曲線并糾偏，確保實際管棚鉆進盡量擬合設計的空間位置。

2.1.4隧道爆破開挖

本隧道采用三導洞法施工，再進行左、右主洞開挖及襯砌。中導洞Ⅴ級圍巖段采用臺階法開挖，上臺階超前3～5 m，作為鉆孔噴錨作業(yè)平臺，開挖前先施作φ50 mm×4 mm鎖腳小導管支護，人力風鎬配合EX120小型挖掘機開挖，每循環(huán)進尺1.5 m。中導洞初期支護采用錨、網(wǎng)、噴及型鋼拱架聯(lián)合支護，中隔墻臨時支護采用φ159 mm×10 mm鋼管，緊跟開挖面及時施作。

在主洞上、下斷面開挖時，將對已成型的中隔墻襯砌帶來影響，故在主洞洞身開挖爆破前，首先拆除中導洞開挖一側初期支護中的鋼支撐，并對另一側施作橫向支撐，以免因爆破沖擊鋼支撐而撞裂中隔墻襯砌混凝土和防止偏壓對中隔墻混凝土造成破壞[10-11]。同時施工中除采取“短進尺，弱爆破”，調整最小抵抗線方向和控制一次爆破裝藥量，并對已襯砌中隔墻混凝土表面采取防護措施，防止爆破飛石損傷襯砌。

爆破時，在爆破的另一側對中隔墻輔以I16工字鋼橫撐(縱向間距1 m，支點距中隔墻頂1.6～1.8 m，上下2道，豎向焊接連接)。

2.2大跨超深基坑施工

本標段明挖段長約1 783.43 m,明挖基坑寬25～32 m、基坑深15～24 m，屬于超寬、深基坑施工，地層主要以雜填土、粉質黏土、全至弱花崗巖為主。基坑支護典型斷面如圖8所示。

圖8　基坑支護典型斷面

基坑圍護結構設計采用上部錨索+鉆孔灌注樁(吊腳樁)、下部微型樁錨桿噴射混凝土形式，施工控制要求高。本工程擬設置隧道基坑外集水井128口，基坑水位觀察井88口，基坑內深層井點降水井204口。

本基坑采用豎向2級圍護結構，基坑超寬、深，開挖過程中如何保證支護體系的安全有效是本項目的又一個關鍵點。

2.2.1基坑圍護結構施工

本工程圍護結構采用了多種形式，包括SMW工法樁、鉆孔灌注樁、鋼板樁、錨索、旋噴樁等形式，施工方法多樣。

1)SMW工法樁采用三軸攪拌樁機，樁徑為850 mm，軸心距為600 mm，攪拌樁搭接250 mm。通過精確放樣施工導向槽，采用挖掘機開挖，三軸攪拌樁采用跳槽雙孔全套復攪式施工，在特殊情況下也可采用單側擠壓式施工。

2)鉆孔灌注樁圍護結構1 200 mm采用沖擊鉆機鉆孔，汽車吊吊放鋼筋籠，商品混凝土導管法灌注。周圍用黏土填筑，分層夯實，埋設深度不小于2.5 m，護筒頂面宜高出地面不小于0.3 m。

3)鋼板樁采用SP-IV新型拉森鋼板樁，采用履帶吊吊振動錘打設。在打樁過程中，開始打設的一、二塊鋼板樁的位置和方向應確保精確，每組鋼板樁插打至穩(wěn)定位置。當鋼板樁全部合攏以后，再逐塊插打到設計位置。拔除鋼板樁采用振動錘引拔，拔除后樁孔采用水泥砂漿回填密實[12]。

4)錨索采用潛孔鉆機成孔，錨索鉆孔直徑為150 mm，孔深不小于設計長度。錨索制作采用φ15.2 mm和φ21.6 mm的鋼絞線，每隔1.5 m設置對中支架(定位架)，注漿壓力為0.4～0.6 MPa，水泥砂漿的水灰質量比為0.4～0.45，錨索的張拉與鎖定在注漿后10 d進行，錨固體強度應達到設計強度的80%。

5)旋噴樁采用旋噴鉆機三重管高壓旋噴施工，攪拌機現(xiàn)場攪拌漿液，高壓注漿泵輸送漿液，空氣壓縮機輸送高壓空氣，三重管旋噴鉆機噴射作業(yè)。

2.2.2基坑開挖支護

隨開挖及時跟進架設支撐體系，縮短基坑無支撐暴露時間。鋼支撐架設時重點控制活絡端頭伸出長度，使其不宜過大，并使支撐與圍護結構接觸面和支撐軸線保持垂直。每道鋼筋混凝土支撐強度達到設計強度后，方可進行下一層開挖。

在基坑巖石地層開挖中采用水壓爆破，爆破時間安排要考慮城市作業(yè)對居民的影響及爆破振動對周邊建筑物的影響。

根據(jù)設計和方案要求，對既有建筑物保護提前編制好方案，專人負責定期采集動態(tài)數(shù)據(jù)，反饋采取相應的措施。

2.3上跨既有地鐵隧道施工

明挖隧道在BK18+253.096～+300段上跨既有的地鐵區(qū)間隧道,上跨地鐵段基坑深度為11.110～12.689 m，寬度為31.342～31.601 m，基坑底與地鐵1號線區(qū)間隧道拱頂最小凈間距約6.4 m?；釉O計采用φ1 000 mm@1 200 mm的鉆孔灌注樁為圍護樁、φ800 mm@1 200 mm旋噴樁為止水帷幕，采用1道混凝土支撐+2道鋼支撐為內支撐體系，采用φ800 mm旋噴樁對基底以下4 m范圍進行滿堂加固。

在明挖隧道施工中需采取措施確保地鐵1號線的安全，是本標段施工的重點。采用信息化施工，并依據(jù)監(jiān)測信息對開挖方案進行合理優(yōu)化調整。

2.3.1施工原則

1)基坑開挖前，必須完成圍護結構鉆孔灌注樁和旋噴樁止水結構的施工，及對基坑底部按照設計完成4 m深度滿堂旋噴二重管加固。

2)基坑開挖嚴格按照分層、分塊、分區(qū)進行，必須做到先支后挖，禁止無支護開挖及超挖。

3)開挖到基坑底后，盡快施工底板封閉，控制基坑收斂及坑底隆起變形。

4)加強施工監(jiān)測，及時反饋監(jiān)測信息。

2.3.2三維有限元模擬分析

對基坑開挖、加撐至開挖到底各工況進行了模擬，其中每一道支撐開挖工況又分為一次開挖和分層開挖。

模擬分析采用巖土工程三維有限元軟件Midas GTS NX2015，土體采用摩爾-庫侖模型，將開挖影響范圍的結構和地層劃分為若干單元和節(jié)點。通過模擬計算得出：基坑采用分層、分塊開挖方式，圍護結構的水平和豎向位移最大2 mm，地鐵隧道上浮最大6.88 mm，滿足地鐵運營隧道對于變形控制的要求。

3　結論與建議

1)淺埋暗挖雙連拱隧道埋深小、跨度大、地質軟弱、地面維持通車，控制沉降是施工的關鍵技術所在。從三導洞工況理論分析看，設計支護和開挖方法是合理可行的，施工中還應結合實際優(yōu)化具體支護參數(shù)，注重受力體系轉換環(huán)節(jié)，加強監(jiān)控量測，用信息化指導施工，嚴格控制沉降，保證結構安全。

2)深大明挖基坑，關鍵是要確?；又ёo體系受力變形受控，結構安全，基坑防水有效，保證基坑和周邊建筑物安全，尤其要注重復合地層組合式圍護體系的整體穩(wěn)定。

3)隧道上跨既有地鐵隧道，施工開挖必然導致現(xiàn)有地鐵隧道結構因卸載而上浮，理論分析上浮不超過7 mm，對既有結構安全影響不大，但對地鐵軌道會有影響，施工中要嚴格落實好防上浮的工程措施，同時加強地鐵軌道監(jiān)控量測，制定好軌道調整預案，保證地鐵軌道線型符合規(guī)范要求。

4)廈門第二西通道陸域段雙連拱隧道，組合結構、圍護結構以及上跨既有地鐵隧道等新技術問題是本項目的特點，必須引起足夠的重視。本項目現(xiàn)處于開工策劃、施工組織安排部署階段，加強對本項目面臨的技術難題、工程風險等的研究，提前制定相應的工程對策，對工程的順利實施做好技術保障。

5)施工過程中，應針對淺埋大跨度雙連拱隧道施工、大跨超深基坑施工、隧道上跨既有地鐵隧道等難題，開展技術攻關，細化專項方案，加強過程控制，確保施工安全、質量可控。做好各項監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集、分析、整理，及時進行工程和科研總結，以積累新的工程經驗。

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Discussion on Construction Technologies for Land Section of Xiamen Second West Passage

ZHANG Jinfu, HAO Xiaosu, SONG Lin

(China Railway First Group Co., Ltd., Xi’an 710054, Shaanxi, China)

The structural mode of land section of Xiamen Second West Passage varies and it is highly risky. In this paper, the construction technologies for shallow mined double-arch tunnel, large and deep open-cut foundation pit and tunnel crossing above existing Metro tunnel are discussed. Some conclusions are drawn as follows: 1) The shallow mined double-arch tunnel has many disadvantages, such as shallow cover, large span, weak rock and complex conditions on ground; and the settlement control is the key. The design supporting and construction method are feasible according to theoretical calculation results. A series of technologies, i.e. supporting parameter optimization, paying attention to stress system conversion, monitoring strengthening and informatized construction, should be adopted. 2) The keys to large and deep foundation pits are deformation control of supporting structure, structural safety, water-proofing, safety of surrounding buildings and stability of combined retaining system of complex strata. 3) The uplifting of existing Metro tunnel induced by above-crossing tunnel construction can not be avoided. It has any influence on existing tunnel structure, but it has influence on tunnel tracks. As a result, anti-uplifting technology, monitoring and prepared countermeasures should be adopted.

Xiamen Second West Passage; land section; mined double-arch tunnel; open-cut foundation pit; three pilot adit; long pipe roof; bored pile; jet grouting pile

2016-05-04;

2016-06-25

張金夫(1961—)，男，陜西眉縣人，1982年畢業(yè)于蘭州鐵道學院，鐵道工程專業(yè)，本科，教授級高級工程師，從事隧道及地下工程施工技術管理工作。E-mail：vjf777@126.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.08.014

U 45

B

1672-741X(2016)08-0982-06