錢文斐，江 帆，宋 尚

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

1 工程概述

獨(dú)墅湖第二通道工程的建設(shè)是為了緩解既有獨(dú)墅湖隧道的交通壓力，進(jìn)一步增強(qiáng)獨(dú)墅湖兩側(cè)吳中區(qū)、園區(qū)的交通聯(lián)系，提高區(qū)域路網(wǎng)溝通能力。工程總長(zhǎng)3.93 km，采用城市主干路標(biāo)準(zhǔn)，主線設(shè)計(jì)速度50 km/h，匝道設(shè)計(jì)速度30 km/h。主線隧道長(zhǎng)約2.6 km，匝道隧道長(zhǎng)約0.65 km。陸域段隧道工法采用明挖法，下穿蘇申外港、獨(dú)墅湖等水域段隧道工法采用明筑圍堰法。

2 總體方案

本工程平面線形的制定主要依據(jù)規(guī)劃，縱面線形相關(guān)控制性因素如下：（1）經(jīng)過(guò)與河道管理部門溝通，隧道需下穿尹山河過(guò)水涵洞，為降低道路縱坡，涵洞底板與隧道頂板采用共板形式，路線縱坡為5.3%。（2）蘇申外港段經(jīng)過(guò)航道主管部門批復(fù)，標(biāo)高需滿足現(xiàn)行《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》[1]相關(guān)規(guī)定：Ⅲ級(jí)航道條件下隧道頂部不應(yīng)高于遠(yuǎn)期規(guī)劃航道底標(biāo)高以下2 m，確定河道口寬范圍內(nèi)隧道頂板標(biāo)高為-5.09 m。（3）獨(dú)墅湖段無(wú)通航要求，為遠(yuǎn)期預(yù)留水上運(yùn)動(dòng)休閑的船只通行條件，隧道建成后頂部最小覆土按1 m考慮。

主線隧道雙向4 車道采用分離式單箱單室斷面，雙向6 車道采用兩孔一管廊斷面，其中管廊艙上至下分為3 艙，分別為電纜通道、安全通道、管溝通道。匝道隧道采用單箱雙室斷面形式。

獨(dú)墅湖第二通道工程平面圖和縱面圖分別如圖1、圖2 所示。

圖1 獨(dú)墅湖第二通道工程平面圖

圖2 獨(dú)墅湖第二通道工程縱面圖

3 水域段隧道接頭方案

水域段隧道結(jié)構(gòu)節(jié)段長(zhǎng)度對(duì)30 m、60 m、90 m 3 種情況進(jìn)行了分析研究，考慮到溫度應(yīng)力工況下混凝土裂縫開(kāi)展情況，從盡量減少接縫數(shù)量從而提高防水能力等方面因素出發(fā)，節(jié)段長(zhǎng)度采用60 m，同時(shí)變形縫寬度取20 mm，以滿足溫度變化條件下節(jié)段伸縮空間要求。

為了降低變形縫兩端差異沉降導(dǎo)致止水帶“撕裂”造成防水失效，將差異沉降值控制在10 mm 以內(nèi)，提出了在變形縫設(shè)置枕梁+ 樁基方案（見(jiàn)圖3）。通過(guò)計(jì)算分析，此種方案較之常規(guī)的樁基方案，變形縫兩端的差異沉降值可以減小約80%。

圖3 水域段隧道枕梁+ 樁基方案縱剖面

4 基坑方案

結(jié)合周邊環(huán)境、工程地質(zhì)情況，本工程基坑圍護(hù)選型見(jiàn)表1。

表1 圍護(hù)形式一覽

本項(xiàng)目基坑工程的關(guān)鍵點(diǎn)主要涉及2 處保護(hù)建筑物。

4.1 側(cè)穿東吳寺

東吳寺為單層磚墻結(jié)構(gòu)，淺基礎(chǔ)形式，對(duì)于位移的變化十分敏感?；悠矫孀钚【嚯x僅約3 m，開(kāi)挖深度約12 m，環(huán)境保護(hù)等級(jí)為一級(jí)（見(jiàn)圖4）。采取的支護(hù)方案如下：

圖4 東吳寺基坑橫斷面圖（單位：mm）

（1）采用MJS 在基坑與東吳寺之間進(jìn)行隔離并兼作止水帷幕。

（2）采用φ800@1 000 mm 鉆孔灌注樁圍護(hù)形式并適當(dāng)加深坑底嵌固長(zhǎng)度。其中，靠近東吳寺側(cè)在MJS 加固體內(nèi)進(jìn)行套打，遠(yuǎn)離一側(cè)在鉆孔灌注樁外側(cè)設(shè)置φ850@600 mm 的三軸攪拌樁止水帷幕。

（3）坑底內(nèi)以下4 m 范圍采用三軸攪拌樁進(jìn)行滿堂加固，水泥摻量為20%，通過(guò)被動(dòng)區(qū)加固進(jìn)一步減少基坑開(kāi)挖引起的水平位移。

4.2 側(cè)穿正榮國(guó)領(lǐng)

正榮國(guó)領(lǐng)為25 層高層框剪結(jié)構(gòu)形式，樁基礎(chǔ)形式?；訛樯顪\坑，平面最小距離約13 m，深坑部分開(kāi)挖深度約16 m，環(huán)境保護(hù)等級(jí)為一級(jí)（見(jiàn)圖5）。采取的支護(hù)方案如下：

圖5 正榮國(guó)領(lǐng)段基坑橫斷面圖（單位：mm）

（1）在圍護(hù)結(jié)構(gòu)與保護(hù)建筑之間設(shè)置φ800@1 000 mm 的鉆孔灌注樁作為隔離樁。

（2）采用1 000 mm 厚地連墻圍護(hù)形式并適當(dāng)加深坑底嵌固長(zhǎng)度。

（3）對(duì)于深淺坑及隧道結(jié)構(gòu)之間空隙采用C20 素混凝土作為傳力體系。

（4）靠近正榮國(guó)領(lǐng)側(cè)坑底采用三軸攪拌樁進(jìn)行滿堂加固。

5 圍堰工程方案

5.1 圍堰頂部高程

圍堰頂部高程為設(shè)計(jì)水位、設(shè)計(jì)波高、設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度、安全超高之和。根據(jù)現(xiàn)行《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]，確定本工程圍堰建筑物級(jí)別為4 級(jí)，取20 a 一遇的防洪水位標(biāo)準(zhǔn)，本工程考慮到近些年極端天氣發(fā)生的頻繁性，設(shè)計(jì)水位取100 a 一遇洪水位。

5.2 圍堰形式

圍堰采用雙側(cè)鋼管樁+ 中間填土形式，其中臨水側(cè)鋼管樁除滿足受力要求外，尚需起到止水帷幕的作用。以較深水處為例，臨水側(cè)采用鎖扣鋼管樁規(guī)格為DN630×14 mm，背水側(cè)鋼管樁規(guī)格為DN500×10 mm，其間設(shè)置土工布和土工格柵起到擋土作用。兩排鋼管樁通過(guò)上下兩排φ48 圓鋼拉桿、[28a 槽鋼形成的圍檁對(duì)兩側(cè)鋼管形成拉結(jié)作用，填土后可以形成類似“重力壩”式圍堰（見(jiàn)圖6）。為了避免臨水側(cè)湖水對(duì)圍堰底部的沖刷，湖床上設(shè)置復(fù)合土工膜，并在其上堆載2 m 高的袋裝土。背水側(cè)堆放隧道基坑的挖方，高度控制在3 m，后期可作為基坑回填土。

圖6 雙排鋼管樁圍堰橫斷面圖（單位：mm）

對(duì)于圍堰分期實(shí)施需設(shè)置橫向圍堰，其設(shè)計(jì)方案為：在已建隧道頂部設(shè)置槽墻，形成兩個(gè)0.8 m（寬）×2 m（高）卡槽，以固定鋼管樁，其余做法同前（見(jiàn)圖7）。為避免二期圍堰施工期間湖水通過(guò)一期結(jié)構(gòu)底板產(chǎn)生滲流破壞，在一期隧道結(jié)構(gòu)底板下設(shè)置水泥土攪拌樁作為止水帷幕，長(zhǎng)度需隔斷承壓水層。

圖7 橫向圍堰剖面圖（單位：mm）

5.3 蘇申外港段

蘇申外港現(xiàn)狀為四級(jí)航道，遠(yuǎn)期規(guī)劃為三級(jí)航道，長(zhǎng)度為29.92 km，通行的船只大多在500 t 以下，流量約13 艘/h。根據(jù)航評(píng)、洪評(píng)評(píng)估報(bào)告，施工期間擬分兩期以保證施工期船只的通行及泄洪，需滿足如下要求：航道通航水深不小于3.2 m，底寬不小于45 m，口寬不小于60 m，平面半徑不小于320 m。為此，圍堰采取分期實(shí)施以滿足上述要求，為了消除船只直接碰撞圍堰的安全隱患，在圍堰外側(cè)設(shè)置了DN630×14 mm 的鋼管樁防撞措施。根據(jù)海事部門要求設(shè)置相關(guān)的標(biāo)志并進(jìn)行安全巡查。關(guān)于防撞鋼管樁的設(shè)計(jì)需滿足現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》條文中碰撞力工況下的安全性。

本段基坑開(kāi)挖深度范圍為13～21 m。受航道通行影響，圍堰與基坑之間的距離按9 m 考慮，在基坑1倍開(kāi)挖深度范圍內(nèi)，兩者之間的相互影響大，工程實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)高。為此，適當(dāng)加強(qiáng)了圍護(hù)設(shè)計(jì)，采用了抗側(cè)剛度大的1 200 mm、1 000 mm 厚地連墻，并加大了嵌入深度。經(jīng)過(guò)有限元模擬分析得出，基坑開(kāi)挖對(duì)圍堰產(chǎn)生的累計(jì)水平位移為20.49 mm，累計(jì)向下豎向位移為14.69 mm，由此得出通過(guò)合理的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，對(duì)圍堰的不利影響可控。

蘇申外港段航道一期、二期實(shí)施平面示意圖如圖8、圖9 所示。基坑開(kāi)挖對(duì)圍堰影響位移云紋圖如圖10 所示。

圖8 蘇申外港段航道一期實(shí)施平面示意圖

圖9 蘇申外港段航道二期實(shí)施平面示意圖

5.4 獨(dú)墅湖段

獨(dú)墅湖湖泊面積9.19 km2，湖泊岸線長(zhǎng)度為18.07 km，其中工業(yè)園區(qū)境內(nèi)12.19 km，吳中區(qū)境內(nèi)5.88 km。根據(jù)洪評(píng)評(píng)估報(bào)告，獨(dú)墅湖段需采用兩期實(shí)施（見(jiàn)圖11）。一期北側(cè)、南側(cè)縱向圍堰長(zhǎng)度分別為1 174 m 和910 m。二期北側(cè)、南側(cè)縱向圍堰長(zhǎng)度分別為600 m 和708 m。其中，二期圍堰利用一期圍堰長(zhǎng)度為258 m，橫向圍堰長(zhǎng)253 m。為了滿足獨(dú)墅湖的環(huán)評(píng)要求，達(dá)到土方工程“取之于湖、用之于湖”的目的，在北側(cè)圍堰與湖內(nèi)基坑放坡坡腳間預(yù)留100 m 空間作為臨時(shí)堆土場(chǎng)。

湖中段基坑主要采用放坡開(kāi)挖形式。通過(guò)計(jì)算分析，邊坡坡率均為1∶2.0，邊坡間平臺(tái)寬度為2.5 m。邊坡表面采用C20 早強(qiáng)噴射混凝土80 mm，鋼筋網(wǎng)片規(guī)格為φ6@200×200 mm，并設(shè)置了1.5 m 長(zhǎng)、間距為1 500 mm×1 500 mm 的φ16 插筋固定鋼筋網(wǎng)片。為了進(jìn)一步提高坡體的穩(wěn)定性，坡頂設(shè)置降水井。

圍堰與基坑布置以“互不影響、自成體系”的原則，一般情況下圍堰布置在2 倍基坑開(kāi)挖深度以外（見(jiàn)圖12）。

6 結(jié) 語(yǔ)

截至目前，本項(xiàng)目土建結(jié)構(gòu)部分基本完成，以上的關(guān)鍵技術(shù)研究結(jié)論在工程建設(shè)過(guò)程中起到了有效的指導(dǎo)作用。其中，水域段變形縫處采用“樁基+ 枕梁”方案在施工期間監(jiān)測(cè)反映變形縫兩側(cè)差異沉降值在5 mm 以內(nèi)，后期擬在隧道運(yùn)營(yíng)期繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)沉降值的觀測(cè)，以驗(yàn)證“樁基+ 枕梁”方案的合理性，并將在今后水下明筑圍堰法隧道工程中進(jìn)行推廣使用。